International Polar Foundation – Pengolahan dan filtrasi air canggih

Pengelolaan air inovatif di stasiun riset “Princess Elisabeth Antarctica”

International Polar Foundation (IPF) menggunakan solusi ifm untuk mencapai target nol emisi di Antarktika.

Bangunan dengan nol emisi akan diwajibkan di Eropa mulai dari tahun 2028, sebagaimana ditentukan oleh Uni Eropa. Hal yang masih tidak pasti di belahan bumi kita sudah lama menjadi kenyataan di Antarktika. Di sana, Princess Elisabeth Antarctica, stasiun riset pertama dengan nol emisi, menaklukkan kondisi yang menantang. Bangunan ikonik bergaya unik ini menjadi rumah untuk aplikasi teknologi otomatisasi ifm di belahan bumi paling selatan ini.

Benua ini penuh dengan hal ekstrem. Es dengan ketebalan hingga 5.000 meter, suhu rata-rata tahunan -55 °C, kondisi gelap selama nyaris 6 bulan penuh: Antarktika mungkin adalah tempat yang paling tidak ramah untuk ditinggali secara permanen, tetapi para peneliti tetap pergi ke Kutub Selatan secara rutin untuk mengerjakan riset di berbagai bidang, seperti glasiologi, penelitian iklim, mikrobiologi, dan geologi untuk memperluas pemahaman kita tentang dunia ini.

Untuk memfasilitasi penelitian kutub sekaligus melindungi lingkungan, International Polar Foundation (IPF) berkolaborasi dengan pemerintah Belgia dan beberapa mitra swasta untuk mendirikan stasiun riset “Princess Elisabeth Antarctica”. Stasiun riset yang diresmikan pada tahun 2009 ini menjadi gedung riset pertama dan satu-satunya di Antarktika yang beroperasi bebas emisi. Stasiun riset ini dihuni selama empat bulan dalam setahun, dan selama delapan bulan musim dingin, stasiun terus beroperasi secara otomatis untuk mengumpulkan data riset dan mengirimkannya ke Belgia melalui satelit.

Nol emisi bahkan untuk konsumsi air

Listrik yang diperlukan untuk mengoperasikan fasilitas ini dihasilkan dari tenaga angin dan surya. Salju dan es menjadi sumber air bagi para peneliti dan teknisi. Dan tepat di sini, di area produksi dan pengolahan air, ada tanggung jawab yang besar: “Untuk mencapai mandat nol emisi dalam pengolahan air, sangat penting untuk mengembalikan kemurnian air yang diambil dari salju setelah digunakan dan sebelum dikembalikan ke alam. Inilah satu-satunya cara kami dapat sepenuhnya menutup siklus air dan meminimalkan dampak kami terhadap alam Antarktika,” ucap Aymar de Lichtervelde, engineer penanggungjawab projek ini.

Dari 16 menjadi 50 orang

Untuk melanjutkan hal ini ke masa depan, fasilitas pengolahan air yang baru mulai dioperasikan pada musim panas Antarktika 2023/24. “Stasiun kutub yang dibangun pada tahun 2009 dirancang untuk 16 orang. Kini, ada 40 hingga 50 orang yang bekerja di sini selama musim panas. Sehingga, fasilitas pengolahan air ini harus diperluas agar dapat terus memenuhi kebutuhan dan agar dapat memproses air industri dengan volume lebih besar.”

Tingkat daur ulang lebih tinggi, konsumsi energi lebih rendah

Aymar de Lichtervelde menjelaskan maknanya dengan angka: “Kami memperkirakan bahwa kebutuhan air harian adalah sekitar 50 liter per orang. Jumlah ini tiga kali lebih kecil dibandingkan konsumsi rata-rata rumah tangga di Eropa. Hal ini penting disebutkan, karena sama seperti energi, langkah yang pertama sudah pasti adalah mengurangi konsumsi. Langkah berikutnya adalah terkait ekstraksi air: kami menghasilkan 60 persen air kami dari alam dengan cara melelehkan salju, memperkayanya dengan mineral, kemudian memprosesnya menjadi air minum. 40 persen berasal dari air limbah yang diolah dan dipakai ulang.” Proporsi pemakaian ulang yang tinggi ini hanya bisa diwujudkan berkat fasilitas pengolahan air yang baru; sebelumnya, hanya 20 persen air yang dapat dipakai ulang. Peningkatan ini memberikan dampak positif terhadap kebutuhan energi di stasiun riset, karena daur ulang air hanya memerlukan sepersepuluh energi yang diperlukan untuk melelehkan salju.

Dari 55 liter air industri, tersisa 30 gram lumpur kering

“Kini kami dapat mengolah 100 persen air kelabu dan air hitam yang dihasilkan di fasilitas ini, baik untuk dipasok kembali ke siklus internal kami maupun untuk dikembalikan ke alam sebagai air yang telah dimurnikan. Karena Antarktika bukan negara, tidak ada standar yang ditentukan untuk kualitas air yang boleh kami buang. Protokol Madrid menyebutkan beberapa praktik terbaik yang dapat diikuti, tetapi tidak memberikan standar kuantitatif. Jadi, kami mengikuti rekomendasi untuk air minum yang ditetapkan oleh organisasi kesehatan dunia atau WHO. Basis ini sangat ambisius dari sudut pandang ekologis dan juga bermanfaat bagi operasi kami, karena kami dapat memakai ulang air tanpa memunculkan masalah bagi penggunanya.” Beberapa angka lainnya juga sangat mengesankan: fasilitas pengolahan air ini dapat mengolah 54 dari 55 liter air kelabu dan air hitam menjadi air ultra-murni; hanya 30 gram lumpur kering yang tersisa setiap harinya, dan sisanya menguap; lumpur ini dikumpulkan dan setelah beberapa tahun diekspor ke Afrika Selatan untuk dibakar.

Nilai tambah dari IO-Link menjadi semakin jelas

“Semua ini hanya dapat dicapai dalam skala yang berkelanjutan apabila sistem berfungsi dengan baik,” ucap Aymar de Lichtervelde. “Oleh karena itu, saat kami mulai merencanakan fasilitas pengolahan air yang baru dua tahun lalu, kami memutuskan memakai teknologi yang tangguh, mudah dipelihara, dan mudah diganti pada kondisi darurat. Ketika kami melihat IO-Link lebih dekat, kami segera tahu bahwa teknologi inilah yang ingin kami gunakan untuk mengintegrasikan sensor di fasilitas, karena nilai tambah yang ditawarkan sangat beragam.” IO-Link adalah sistem komunikasi antar titik digital di yang memungkinkan sensor mengirimkan data ke master, dan kemudian meneruskannya ke level fieldbus. Alih-alih memasang kabel dari setiap sensor ke kabinet kontrol seperti perkabelan analog konvensional, sinyal sensor dapat dikumpulkan secara terdesentralisasi melalui master IO-Link yang kompatibel untuk di lapangan, lalu dikirimkan ke level lapangan yang lebih tinggi.

Pengaturan parameter simpel, pemasangan mudah di lapangan

“Master IO-Link dari ifm yang kompatibel di lapangan dapat secara signifikan mengurangi kompleksitas perkabelan,” kata Aymar de Lichtervelde. Kelebihan lain dari teknologi ini yaitu parameter setiap sensor dapat disimpan di masternya masing-masing. Ketika mengganti sensor yang rusak dengan model yang sama, parameternya akan ditransfer secara otomatis ke perangkat yang baru. “Hal ini benar-benar bermanfaat bagi kami, karena penggantian perangkat di lokasi dapat dilakukan secara cepat dan mudah. Bahkan oleh orang yang bukan teknisi.”

Princess Elisabeth Antarctica hanya bisa diakses oleh peneliti selama empat bulan dalam setahun. Waktu yang berharga ini menjadikan keandalan sistem semakin penting. “Jadi, kami membangun penuh fasilitas yang baru di Belgia terlebih dahulu dan mengujinya secara intensif. Lalu semuanya dibongkar menjadi komponen-komponen yang lebih kecil untuk dikirimkan. Di sini, prinsip IO-Link juga sangat membantu kami, karena konektor M12 standar memungkinkan pemasangan ulang kabel di lokasi berjalan tanpa kesalahan dan dalam waktu yang singkat.”

Meteran aliran SM: dirancang untuk ruang terbatas

Fasilitas baru, yang terdiri dari dua sistem redundan, telah dilengkapi dengan meteran aliran SM dari spesialis otomatisasi ifm. Selain laju aliran arus, sensor ini juga mendeteksi laju aliran total dan suhu media. Semua nilai ukur ditampilkan dengan jelas di display. Jika diperlukan, perubahan warna merah/hijau dapat menunjukkan apakah nilai pengukuran berada di dalam atau di luar rentang target. Pipa pengukuran yang telah dioptimalkan dipastikan mengurangi kehilangan tekanan sehingga output pompa dapat dikurangi. Pipa inlet maupun outlet tidak diperlukan. Ini adalah kelebihannya yang paling penting, terutama di ruang terbatas. Sensor lainnya, termasuk sensor katup dan sensor ketinggian, memberikan informasi penting yang lainnya terkait status aktual pengolahan air.

Pemantauan kondisi di fasilitas juga melalui akses jarak jauh

Informasi yang relevan untuk pengontrol dan pemantauan kondisi kontinu, yaitu semua nilai yang diukur, juga dikirimkan ke level IT bersama dengan data diagnostik tambahan yang memberikan informasi tentang status aktual setiap sensor IO-Link. “Ini tidak hanya mempermudah pemeliharaan ketika berada di stasiun riset, tetapi juga memungkinkan kami untuk memantau kondisi fasilitas dari jarak jauh selama musim dingin Antarktika, serta sekaligus mempersiapkannya untuk digunakan selama musim riset berikutnya.”

Master IO-Link dari ifm yang kompatibel di lapangan dapat secara signifikan mengurangi kompleksitas perkabelan. Hal ini benar-benar bermanfaat bagi kami, karena penggantian perangkat di lokasi dapat dilakukan secara cepat dan mudah.

Aymar de Lichtervelde Engineer penanggungjawab projek

Tentang IPF

Didirikan pada tahun 2002 oleh ilmuwan dan peneliti kutub dari Belgia, International Polar Foundation yang berbasis di Brussel memperlihatkan hubungan baru antara ilmu pengetahuan dan masyarakat. Yayasan ini bertujuan untuk mempromosikan peran ilmu pengetahuan dan riset di wilayah kutub dengan meneliti ulang keterhubungan dan kerapuhan planet kita, serta dampak aktivitas manusia terhadap lingkungan dan evolusi siklus iklim milenial.