Reaktor elektrokatalisis yang dibangun Rice University di Houston, Texas, AS, bisa mendaur ulang karbondioksida menjadi bahan bakar minyak murni. Para ilmuwan berharap temuan ini menjadi sarana efisien dan menguntungkan agar emisi gas rumah kaca penyebab krisis iklim tersebut tak memenuhi atmosfir.
Dalam risetnya, Haotian Wang dari Rice University menggunakan bahan baku karbondioksida pada prototype reaktornya, menghasilkan asam formiat atau asam karbosilat murni berkonsentrasi tinggi. Asam formiat selama ini dibuat dari karbondioksida dengan tahapan pemurnian yang membutuhkan peralatan dan biaya tinggi.
KOMPAS/RICE UNIVERSITY/JEFF FITFLOW–Peneliti Rice University merancang reaktor elektrokatalisis untuk memproduksi asam formiat cair menjadi karbondioksida.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Produksi langsung larutan asam formiat murni akan membantu untuk mempromosikan teknologi konversi karbondiokisda secara komersial. Metode ini secara rinci ada dalam jurnal Nature Energy dan dimuat dalam Sciencedaily, 3 September 2019.
Wang yang bergabung dalam Rice’s Brown School of Engineering dan tim, mencoba mencari teknologi yang bisa mengubah emisi gas rumah kaca tersebut menjadi produk yang bermanfaat. Pada tahap uji coba memakai alat elektrokatalis baru bisa mencapai efisiensi konversi energi 42 persen. Itu berarti mendekati separuh dari energi listrik yang dapat disimpan dalam asam formiat dalam bentuk bahan bakar minyak.
“Asam formiat ini membawa energi. Ini adalah bahan bakar sel bahan bakar yang dapat menghasilkan listrik dan memancarkan karbon dioksida yang dapat Anda ambil dan daur ulang lagi,” kata Wang.
Hal itu juga mendasar dalam industri teknik kimia sebagai bahan baku untuk bahan kimia lainnya, dan bahan penyimpanan untuk hidrogen yang dapat menampung hampir 1.000 kali energi dari volume gas hidrogen yang sama, yang sulit untuk dikompres. Ini merupakan tantangan besar bagi mobil sel bahan bakar hidrogen.
KOMPAS/RICE UNIVERSITY/JEFF FITFLOW–Reaktor elektrokatalisis yang dibangun Rice University ini mendaur ulang karbondioksida menjadi larutan bahan bakar cair. Ini diharapkan dapat menjadi solusi efisien dan menguntungkan untuk mengelola emisi gas rumah kaca tersebut agar tak memenuhi atmosfir demi menjaga bumi dari ancaman krisis iklim.
Dua metode
Penulis utama dan peneliti postdoctoral Rice University, Chuan Xia mengatakan terdapat dua metode yang digunakan. Pertama, pengembangan katalis bismuth dua dimensi yang kuat. Kedua adalah elektrolit keadaan padat yang menghilangkan kebutuhan akan garam sebagai bagian dari reaksi.
Bismuth adalah atom yang sangat berat, dibandingkan dengan logam transisi seperti tembaga, besi atau kobalt. “Mobilitas bismuth jauh lebih rendah, terutama dalam kondisi bereaksi, sehingga menstabilkan katalis,” kata Wang.
Xia dapat membuat katalis teresbut dalam ukuran nano dalam jumlah besar. “Saat ini, orang menghasilkan katalis pada skala miligram atau gram. Kami mengembangkan cara untuk memproduksinya dalam skala kilogram. Itu akan membuat proses kami lebih mudah ditingkatkan untuk industri,” ujarnya.
Elektrolit padat berbasis polimer dilapisi dengan ligan asam sulfonat untuk memberikan beban muatan positif atau gugus fungsi amino untuk menghasilkan ion negatif. “Biasanya orang mengurangi karbon dioksida dalam elektrolit cair tradisional seperti air asin,” ungkap Wang.
“Anda ingin listrik dihasilkan, tetapi elektrolit air murni terlalu resisten. Anda perlu menambahkan garam seperti natrium klorida atau kalium bikarbonat sehingga ion dapat bergerak bebas dalam air,” katanya.
Ketika asam formiat dihasilkan dengan cara itu, senyawa ini bercampur dengan garam-garaman. Proses pembersihan garam ini membutuhkan biaya dan upaya tinggi. Karena itu, Wang menggunakan elektrolit padat sebagai proton dan dapat dibuat dari polimer tidak larut atau senyawa anorganik, sehingga tak membutuhkan garam.
Lebih lanjut, besaran aliran air melalui ruang produksi menentukan konsentrasi larutan. Pengaliran air secara saat ini menghasilkan larutan yang mendekati berat 30 persen asam formiat, sedangkan aliran yang lebih cepat memungkinkan konsentrasi diubah-ubah. Para peneliti berharap mendapat konsentrasi tinggi pada reaktor generasi mendatang yang bisa menerima aliran gas untuk mengeluarkan uap asam formiat murni.
Rice University bekerja sama dengan Brookhaven National Laboratory untuk menunjukkan proses kimia ini. Mereka mengikuti proses oksidasi bismuth pada potensi yang berbeda-beda dan mengidentifikasi keaktifan katalis selama pengurangan karbon dioksida.
Dengan reaktor itu, secara laboratorium menghasilkan asam formiat secara terus menerus selama 100 jam dengan degradasi komponen-komponen reaktor yang dapat diabaikan, termasuk katalis berskala nano. Wang menyarankan reaktor itu dapat dengan mudah dipasang kembali untuk menghasilkan produk bernilai lebih tinggi seperti asam asetat, bahan bakar etanol, atau propanol.
“Gambaran besarnya adalah bahwa pengurangan karbon dioksida sangat penting karena berpengaruh terhadap pemanasan global dan juga untuk sintesis kimia hijau,” kata Wang.
KOMPAS/RICE UNIVERSITY/JEFF FITFLOW–Reaktor elektrokatalisis yang dibangun Rice University ini mendaur ulang karbondioksida menjadi larutan bahan bakar cair. Ini diharapkan dapat menjadi solusi efisien dan menguntungkan untuk mengelola emisi gas rumah kaca tersebut agar tak memenuhi atmosfir demi menjaga bumi dari ancaman krisis iklim.
Oleh ICHWAN SUSANTO
Sumber: Kompas, 5 September 2019
