Jepun Menghidupkan Loji Kuasa Osmotik Pertama di Asia, Menukar Aliran Sisa Menjadi Elektrik 24 Jam Sehari

Mengubah Kelemahan Kritikal Tenaga Boleh Baharu Menjadi Kekuatan

Panel solar berhenti berfungsi apabila matahari terbenam. Turbin angin terhenti apabila angin reda. Malah empangan hidroelektrik menyaksikan pengeluaran menyusut ketika musim kering berpanjangan. Revolusi tenaga boleh baharu telah menghabiskan masa berdekad-dekad mencari sumber kuasa bersih yang beroperasi tanpa henti, jam demi jam, tanpa perlu menyemak ramalan cuaca terlebih dahulu. Pada Ogos 2025, sebuah kemudahan kecil di pantai selatan Jepun mula melakukan perkara itu, dengan menjana elektrik daripada perbezaan kimia antara air tawar dan air masin. Loji itu, yang terletak di dalam Pusat Penyahgaraman Air Laut Uminonakamichi Nata di Fukuoka, merupakan kemudahan kuasa osmotik pertama yang beroperasi di Asia. Ia juga loji komersial beroperasi berterusan kedua seumpamanya di dunia, selepas kemudahan di Denmark dibuka pada 2023. Bagi sebuah negara yang mengimport kebanyakan bahan api fosilnya dan berdepan tekanan yang semakin meningkat untuk menyahkarbonkan ekonomi, pengoperasian loji ini lebih daripada sekadar percubaan tempatan. Ia merupakan ujian sebenar sama ada lautan yang mengelilingi Jepun boleh menjadi sumber kuasa bersih beban asas yang stabil.

Kemudahan itu, yang juga dikenali sebagai Mamizupia, secara rasmi memulakan operasi dengan majlis perasmian pada 5 Ogos 2025. Tidak seperti stesen janakuasa konvensional, ia tidak membakar bahan api dan tidak mengeluarkan karbon dioksida. Selain sebuah turbin, hampir tiada bahagian bergerak di dalamnya. Yang paling penting, operasinya tidak bergantung pada cahaya matahari, kelajuan angin atau hujan bermusim. Loji itu beroperasi menggunakan prinsip yang dikenali sebagai osmosis tertunda tekanan, lazimnya disingkatkan sebagai PRO, untuk mengekstrak tenaga yang boleh digunakan daripada kecenderungan semula jadi air untuk menyamakan kepekatan garam. Dengan menggabungkan dua aliran sisa yang sudah dihasilkan oleh bandar itu, iaitu air garam pekat daripada proses penyahgaraman dan air sisa terawat daripada loji kumbahan, sistem ini menjana kira-kira 880000 kilowatt jam elektrik setahun. Jumlah itu mencukupi untuk menampung sebahagian besar keperluan tenaga pusat penyahgaraman tersebut, selain membekalkan tenaga yang setara dengan penggunaan 220 hingga 300 isi rumah Jepun. Pengendalinya melaporkan kadar penggunaan hampir 90 peratus, tahap konsistensi yang hanya boleh dicapai oleh kemudahan solar dan angin dengan sokongan bateri yang mahal.

Fizik Senyap di Sebalik Tenaga Biru

Untuk memahami cara loji di Fukuoka berfungsi, ada baiknya kita mengingati proses biologi asas. Osmosis ialah daya yang sama yang membolehkan akar pokok menyerap air dari tanah dan menghalang sel manusia daripada mengempis apabila dikelilingi cecair. Apabila dua larutan dengan kepekatan garam berbeza berada pada sisi bertentangan membran separa telap, molekul air secara semula jadi bergerak dari sisi yang kurang masin ke sisi yang lebih masin untuk menyamakan kepekatan. Ion garam terlalu besar untuk menembusi membran, jadi hanya air yang bergerak. Di dalam ruang tekanan tertutup, pergerakan ini meningkatkan isi padu dan tekanan pada bahagian yang lebih masin. Jurutera menyalurkan tekanan itu melalui turbin untuk memutarkan penjana elektrik. Hasilnya ialah elektrik yang dijana hanya daripada perbezaan kimia antara dua jasad air.

Versi yang beroperasi di Fukuoka menggunakan kaedah yang diubah suai, iaitu osmosis tertunda tekanan. Dalam sistem PRO air laut kepada air tawar yang biasa, proses kimia berfungsi paling baik dengan perbezaan tekanan kira-kira 26 bar, bersamaan lebih kurang daya yang dirasai di dasar turus air setinggi 270 meter. Kemudahan Fukuoka menambah baik model teori dengan menyalurkan air garam pekat yang tinggal selepas proses penyahgaraman menyingkirkan air tawar, bukannya air laut biasa, ke bahagian masin. Di bahagian air tawar pula, loji itu menggunakan air sisa terawat yang disalurkan dari kemudahan rawatan kumbahan berhampiran. Sandra Kentish, seorang jurutera kimia di Universiti Melbourne, menjelaskan bahawa gabungan ini memperbesar jurang kemasinan dan menghasilkan lebih banyak tenaga daripada proses itu berbanding sistem air laut biasa. Dr Ali Altaee, pakar sumber air alternatif di Universiti Teknologi Sydney, menyatakan bahawa kedua-dua aliran itu memang sudah dicampurkan sebelum dilepaskan, maka pemasangan membran dan turbin di antaranya membolehkan tenaga yang sebaliknya akan terlesap ke laut dimanfaatkan.

Penyelesaian Kitaran Tertutup bagi Masalah Pesisir

Fukuoka bukanlah metropolis yang jelas berdepan krisis air, namun keadaan geografinya memaksa rantau itu membuat perancangan rapi. Kawasan metropolitan yang lebih luas menampung kira-kira 2.6 juta penduduk tanpa sungai besar berhampiran, menjadikan hujan sebagai satu-satunya sumber air minuman yang tidak boleh diharapkan. Sejak 2005, Pusat Penyahgaraman Air Laut Uminonakamichi Nata menstabilkan bekalan air tempatan dengan menukar air laut menjadi air tawar pada kadar kira-kira 50000 meter padu sehari. Proses itu penting untuk kelangsungan hidup, tetapi menghasilkan bahan sampingan yang sukar diurus. Air garam pekat, yang kadar garamnya sering mencecah 8 peratus, perlu dilupuskan dengan cermat bagi mengelakkan kerosakan kepada ekosistem marin tempatan.

Loji kuasa osmotik itu mentafsir semula sisa tersebut sebagai sumber. Daripada menganggap air garam pekat sebagai beban alam sekitar yang perlu dicairkan dan dilepaskan, pengendali kini menyalurkannya melalui modul membran untuk bertemu air sisa terawat. Tolakan air tawar merentasi membran meningkatkan tekanan pada bahagian air garam, menggerakkan turbin dan akhirnya menghasilkan air yang telah dicairkan, yang boleh dilepaskan dengan kesan ekologi yang lebih rendah. Ringkasnya, loji itu menukar dua masalah pelupusan menjadi satu aliran kuasa. Elektrik yang dijana disalurkan kembali ke pusat penyahgaraman, sekali gus mengurangkan kos operasi dan penggunaan kuasa daripada grid konvensional. Kenji Hirokawa, ketua Pusat Penyahgaraman Air Laut, menyifatkan kemudahan itu sebagai langkah awal yang sederhana, bukannya penyelesaian muktamad. Gambaran itu sesuai bagi teknologi yang masih membuktikan keupayaannya pada skala komersial, namun turut mencerminkan cita-cita yang lebih luas. Bandar pesisir di seluruh dunia menghadapi dua masalah yang sama, iaitu permintaan tenaga yang meningkat dan pelupusan air garam pekat. Contoh Fukuoka menunjukkan cara menangani kedua-duanya secara serentak.

Pengajaran daripada Sedekad Percubaan yang Tidak Berhasil

Idea menjana kuasa daripada kecerunan kemasinan bukanlah perkara baharu. Seorang penyelidik Amerika mula-mula mengemukakan konsep itu pada 1976 dalam Journal of Membrane Science. Selama lebih tiga dekad, teori itu sebahagian besarnya tidak disentuh sehingga syarikat utiliti Norway, Statkraft, mula membina perkakasan berskala besar. Pada November 2009, Statkraft membuka prototaip PRO pertama di Tofte, di Oslo Fjord, dengan matlamat membuktikan bahawa kuasa osmotik boleh bersaing dalam pasaran sebenar. Kapasiti reka bentuk loji itu disasarkan pada 10 kilowatt, tetapi dalam praktiknya ia hanya menjana 2 hingga 4 kilowatt. Menjelang Januari 2014, Statkraft menutup projek itu dan mengumumkan bahawa kecekapan membran masih terlalu rendah untuk daya maju komersial.

Kegagalan Norway itu menjadi peringatan tentang jurang antara kimia makmal dengan ekonomi perindustrian. Ketumpatan kuasa membran menjadi ukuran kritikal. Penyelidikan yang diterbitkan dalam jurnal akademik menunjukkan bahawa sistem osmotik perlu menghasilkan kira-kira 5 watt bagi setiap meter persegi membran untuk menghampiri daya maju kewangan. Kemudahan Tofte hanya mencapai 1 hingga 3 watt bagi setiap meter persegi. Membrannya terlalu mahal, terlalu cepat mengalami pengotoran dan membenarkan aliran air yang terlalu sedikit untuk mengimbangi tenaga yang diperlukan bagi pengepaman. Sepanjang dekad berikutnya, teknologi itu terhenti dalam program perintis dan makalah akademik, sementara kos tenaga solar dan angin menjunam.

Loji Fukuoka cuba mengelakkan perangkap itu dengan memilih lokasi secara lebih bijak, dan bukannya menunggu penemuan baharu dalam bahan. Oleh sebab kemudahan itu sudah menghasilkan air garam hiperpekat dan menerima kumbahan terawat, kecerunan kemasinannya jauh lebih curam berbanding gabungan air laut dan air tawar biasa. Jurang yang lebih besar itu membolehkan teknologi membran sedia ada, meskipun masih belum sempurna, mengekstrak tenaga bersih yang mencukupi untuk menjadikan loji itu berbaloi. Akihiko Tanioka, seorang pakar dalam bidang ini, memuji pencapaian tersebut dan potensi lebih luasnya.

Pelaksanaan yang berjaya ini merupakan pencapaian besar. Saya berharap ia akan ditiru di seluruh dunia.

Syarikat Denmark, SaltPower, telah pun membuktikan konsep itu boleh berfungsi menerusi loji komersial beroperasi berterusan di Mariager pada 2023. Kemudahan Jepun yang lebih besar itu kini menambah satu lagi titik data dari Asia dan menunjukkan bahawa PRO boleh disepadukan dengan infrastruktur air perbandaran sedia ada.

Angka Kecil, Nilai yang Stabil

Mengikut piawaian grid kuasa utama, loji osmotik Fukuoka sangat kecil. Purata keluaran berterusannya kira-kira 100 kilowatt, jumlah yang boleh diabaikan berbanding ratusan megawatt yang dihasilkan oleh ladang angin luar pesisir atau loji gas. Kos projek kira-kira 4.38 juta dolar menunjukkan bahawa kuasa ini masih belum murah. Hampir semua elektrik yang dijana digunakan semula untuk mengendalikan pusat penyahgaraman itu sendiri, menjadikan kemudahan ini lebih menyerupai gelung pemulihan tenaga berbanding penjana kendiri yang membekalkan kuasa kepada bandar.

Namun, saiz bukan satu-satunya ukuran kepentingan. Kekurangan kapasiti diimbangi dengan kebolehjangkaan loji itu. Kadar penggunaan 90 peratus bermakna sistem ini menjana kuasa ketika taufan, malam tanpa angin dan musim sejuk mendung. Dua padang bola sepak yang dipenuhi panel solar mungkin menyamai pengeluaran tahunannya di atas kertas, tetapi awan, malam dan perubahan sudut mengikut musim menjadikan jumlah teori itu tidak menentu dalam realiti. Pengendali grid perlu mengimbangi turun naik tersebut dengan rizab berputar atau bank bateri. Sebaliknya, kuasa osmotik menawarkan lengkung penjanaan yang rata, yang boleh dijadualkan oleh syarikat utiliti dengan yakin.

Konfigurasi ini juga masuk akal dari segi ekonomi dalam konteksnya. Kajian 2024 dalam Chemical Engineering Science menghuraikan pengubahsuaian membran baharu yang boleh memajukan penjanaan kuasa mampan daripada kecerunan kemasinan, manakala analisis teknoekonomi PRO yang diterbitkan dalam Frontiers in Energy Research mengesahkan bahawa penyepaduan PRO dengan loji penyahgaraman merupakan antara laluan teknologi yang lebih berdaya maju secara komersial. Sebabnya mudah: aliran air garam pekat sudah dihasilkan tanpa kos tambahan, dan aliran air sisa memang sudah tersedia. Loji itu tidak perlu membeli bahan api atau membina saluran paip merentasi kawasan liar. Ia hanya disepadukan ke dalam kitaran penggunaan air yang sedia ada.

Persaingan Global untuk Memperbaik Membran

Walaupun Fukuoka menimbulkan keyakinan, industri kuasa osmotik masih berdepan cabaran bahan. Agensi Tenaga Boleh Baharu Antarabangsa menganggarkan potensi teknikal global bagi kuasa kecerunan kemasinan boleh mencecah 647 gigawatt dan 5177 terawatt jam setahun, meskipun faktor geografi dan kejuruteraan akan mengehadkan angka praktikal kepada tahap yang jauh lebih rendah. Untuk merealisasikan potensi itu, membran perlu menjadi lebih murah, lebih tahan lama dan kurang mudah mengalami pengotoran. IRENA mengenal pasti kos membran sebagai halangan utama, sementara para penyelidik terus mencari bahan yang membolehkan aliran air lebih pantas sambil menahan pengumpulan bahan organik dan mineral.

Jepun mempunyai insentif komersial untuk menerajui penyelidikan itu. Menurut kerajaan Jepun, syarikat tempatan sudah menguasai kira-kira 60 peratus pasaran membran penyahgaraman global. Kemajuan membran kuasa osmotik boleh mengukuhkan kedudukan perindustrian itu sambil membuka pasaran eksport. Kyowakiden Industry, syarikat kejuruteraan yang membekalkan membran dan pakej turbin untuk loji Fukuoka, menyatakan hasrat untuk membina kemudahan lima hingga sepuluh kali lebih besar jika projek perintis itu menunjukkan prestasi yang baik sepanjang tempoh ujian berbilang tahun. Pelanggan yang paling jelas ialah wilayah yang sudah bergantung pada penyahgaraman, khususnya Timur Tengah, tempat sebuah loji boleh menghasilkan lebih 900000 meter padu air tawar sehari.

Projek perintis terus muncul di seluruh dunia. Prototaip dan demonstrasi telah dibangunkan di Norway, Korea Selatan, Australia, Sepanyol dan Qatar. Dr Altaee menyatakan bahawa Universiti Teknologi Sydney mempunyai prototaip sendiri yang boleh beroperasi semula dengan pembiayaan kerajaan, dengan menggunakan tasik garam di New South Wales sebagai sumber. Loji Fukuoka tidak perlu bersaiz besar untuk memberi pengaruh. Ia perlu membuktikan bahawa membran, pam dan model ekonominya mampu bertahan dalam operasi berterusan cukup lama untuk menarik pelaburan lebih besar. Jika berjaya, bandar pesisir yang mempunyai infrastruktur penyahgaraman mungkin mendapati bahawa mereka sebenarnya memiliki sumber kuasa bersih beban asas yang tidak dijangka.

Perkara yang Perlu Diketahui

• Loji kuasa osmotik pertama di Jepun mula beroperasi pada 5 Ogos 2025 di Pusat Penyahgaraman Air Laut Uminonakamichi Nata di Fukuoka, menjadikannya kemudahan pertama seumpamanya di Asia dan loji komersial beroperasi berterusan kedua di dunia selepas sebuah kemudahan di Denmark dibuka pada 2023.
• Loji itu menggunakan osmosis tertunda tekanan untuk menjana kira-kira 880000 kilowatt jam setahun dengan memanfaatkan perbezaan kemasinan antara air garam pekat daripada penyahgaraman dengan air sisa terawat.
• Dengan kadar penggunaan hampir 90 peratus, kemudahan itu menjana elektrik secara berterusan tanpa mengira cuaca atau waktu, menawarkan kebolehpercayaan yang tidak dapat ditandingi tenaga solar dan angin tanpa sistem penyimpanan.
• Projek itu mengitar semula dua aliran sisa sedia ada, mengurangkan kesan alam sekitar daripada pelupusan air garam pekat sambil mengimbangi sebahagian penggunaan tenaga loji penyahgaraman.
• Teknologi membran kekal sebagai cabaran utama; usaha terdahulu, termasuk prototaip Norway yang ditinggalkan pada 2014, gagal kerana kecekapan membran terlalu rendah untuk menjustifikasikan kos.
• Syarikat Jepun menguasai kira-kira 60 peratus pasaran membran penyahgaraman global, memberikan negara itu dorongan perindustrian dan kepakaran teknikal untuk memajukan pengembangan kuasa osmotik.
• Jika projek perintis itu berjaya, jurutera berhasrat membina kemudahan lima hingga sepuluh kali lebih besar, dengan rantau utama yang bergantung pada penyahgaraman seperti Timur Tengah menjadi pasaran pengembangan yang paling berkemungkinan.