“Mereka berhasil,” setuju Eric Hoek, seorang insinyur lingkungan di UCLA yang dilatih di bawah Elimelech 20 tahun yang lalu tetapi tidak terlibat dalam penelitian tersebut. “Akhirnya, seseorang telah memasukkan paku ke dalam peti mati.”

Akar dari ide gesekan-solusi baru sebenarnya sudah lama. Matematika molekuler di baliknya berasal dari tahun 1950-an dan 1960-an, ketika peneliti Israel Ora Kedem dan Aharon Katzir-Kachalsky, dan peneliti UC Berkeley Kurt Samuel Spiegler, menurunkan persamaan desalinasi yang menganggap gesekan—artinya bagaimana air, garam, dan pori-pori di membran plastik berinteraksi satu sama lain.

Gesekan adalah resistensi. Dalam hal ini, ini memberi tahu Anda betapa sulitnya sesuatu untuk melewati membran. Jika Anda merekayasa membran yang kurang tahan terhadap air, dan lagi resistensi terhadap garam atau apa pun yang ingin Anda hapus, Anda mendapatkan produk pembersih dengan potensi kerja yang lebih sedikit.

Tapi mannequin itu disimpan pada tahun 1965, ketika kelompok lain memperkenalkan mannequin yang lebih sederhana. Yang ini mengasumsikan bahwa polimer plastik membran itu padat dan tidak memiliki pori-pori yang dapat dilalui air. Itu juga tidak menganggap gesekan berperan. Sebaliknya, diasumsikan bahwa molekul air dalam larutan air asin akan larut ke dalam plastik dan berdifusi keluar dari sisi lain. Oleh karena itu, ini disebut mannequin “solusi-difusi”.

Difusi adalah aliran zat kimia dari tempat yang lebih pekat ke tempat yang kurang pekat. Pikirkan setetes pewarna yang menyebar ke seluruh segelas air, atau bau bawang putih yang keluar dari dapur. Itu terus bergerak menuju kesetimbangan sampai konsentrasinya sama di mana-mana, dan tidak bergantung pada perbedaan tekanan, seperti isapan yang menarik air melalui sedotan.

Modelnya macet, tapi Elimelekh selalu curiga itu salah. Baginya, menerima bahwa air berdifusi melalui membran menyiratkan sesuatu yang aneh: bahwa air tersebar menjadi molekul individu saat melewatinya. “Bagaimana bisa?” tanya Elimelekh. Pemecahan gugus molekul air membutuhkan a ton energi. “Anda hampir perlu menguapkan air untuk memasukkannya ke dalam membran.”

Tetap saja, kata Hoek, “20 tahun yang lalu adalah laknat untuk menyatakan bahwa itu salah.” Hoek bahkan tidak berani menggunakan kata “pori-pori” ketika berbicara tentang membran reverse osmosis, karena mannequin dominan tidak mengenalinya. “Selama bertahun-tahun,” katanya dengan masam, “Saya telah menyebut mereka ‘elemen quantity bebas yang saling berhubungan.’”

Selama 20 tahun terakhir, gambar yang diambil menggunakan mikroskop canggih telah memperkuat keraguan Hoek dan Elimelekh. Para peneliti menemukan bahwa polimer plastik yang digunakan dalam membran desalinasi ternyata tidak begitu padat dan tidak berpori. Mereka sebenarnya berisi terowongan yang saling berhubungan — meskipun sangat kecil, memuncak pada diameter sekitar 5 angstrom, atau setengah nanometer. Tetap saja, satu molekul air memiliki panjang sekitar 1,5 angstrom, sehingga ada cukup ruang bagi kelompok kecil molekul air untuk masuk melalui rongga ini, daripada harus keluar satu per satu.

Sekitar dua tahun lalu, Elimelekh merasa waktu yang tepat untuk menghentikan mannequin difusi-solusi. Dia bekerja dengan tim: Li Wang, postdoc di lab Elimelech, memeriksa aliran fluida melalui membran kecil untuk melakukan pengukuran nyata. Jinlong He, di College of Wisconsin-Madison, mengotak-atik mannequin komputer yang mensimulasikan apa yang terjadi pada skala molekul ketika tekanan mendorong air asin melalui membran.