Penggunaan Karbon Dioksida untuk Bahan Bakar Semakin Dekat

Para ilmuwan di Laboratorium Energi Nasional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) Departemen Energi telah mengembangkan sebuah elektrokatatalis baru yang dapat secara langsung mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar multikarbon dan alkohol dengan menggunakan input energi rendah. Pekerjaan ini merupakan yang terbaru dalam serangkaian penelitian yang keluar dari Berkeley Lab untuk mengatasi tantangan menciptakan sistem manufaktur kimia bersih yang dapat membuat karbon dioksida digunakan dengan baik.

Dalam studi baru yang diterbitkan minggu ini dalam Prosiding National Academy of Sciences (PNAS), sebuah tim yang dipimpin oleh ilmuwan Berkeley Lab, Peidong Yang, menemukan bahwa sebuah elektroda yang terdiri dari nanopartikel tembaga menyediakan kondisi yang diperlukan untuk memecah karbon dioksida menjadi bentuk etilena, etanol, dan propanol.

Semua produk tersebut mengandung dua sampai tiga atom karbon, dan semuanya dianggap produk bernilai tinggi dalam kehidupan modern. Etilen adalah bahan dasar yang digunakan untuk membuat plastik dan botol serta pipa polivinil klorida (PVC). Etanol, yang biasa dibuat dari biomassa, telah menetapkan tempatnya sebagai bahan tambahan biofuel untuk bensin. Sementara propanol adalah bahan bakar yang sangat efektif, saat ini terlalu mahal untuk diproduksi agar bisa digunakan untuk tujuan itu.

Studi terbaru ini mencontohkan bagaimana pengurangan karbon dioksida telah menjadi area yang semakin aktif dalam penelitian energi selama beberapa tahun terakhir. Alih-alih memanfaatkan energi matahari untuk mengubah karbon dioksida menjadi makanan tanaman, fotosintesis buatan berusaha menggunakan bahan awal yang sama untuk menghasilkan prekursor kimia yang biasa digunakan pada produk sintetis dan juga bahan bakar seperti etanol.

Periset di Berkeley Lab telah mengambil berbagai aspek dari tantangan ini, seperti mengendalikan produk yang keluar dari reaksi katalitik. Misalnya, pada tahun 2016, sistem bakteri semikonduktor hibrida dikembangkan untuk produksi asetat dari CO2 dan sinar matahari. Awal tahun ini, tim peneliti lain menggunakan fotokatalis untuk mengubah karbon dioksida hampir secara eksklusif menjadi karbon monoksida. Baru-baru ini, sebuah katalis baru dilaporkan untuk produksi efektif campuran gas sintesis, atau syngas.

Periset juga telah berupaya meningkatkan efisiensi energi pengurangan karbon dioksida sehingga sistem dapat ditingkatkan untuk keperluan industri.

Sebuah makalah baru-baru ini yang dipimpin oleh para periset Berkeley Lab di Pusat Bersama untuk Fotosintesis Buatan memanfaatkan sains dasar untuk menunjukkan bagaimana mengoptimalkan setiap komponen dari keseluruhan sistem dapat mencapai tujuan produksi bahan bakar bertenaga surya dengan tingkat efisiensi energi yang mengesankan.

Studi PNAS baru ini berfokus pada efisiensi katalis daripada keseluruhan sistem, namun para periset menunjukkan bahwa katalis tersebut dapat dihubungkan ke berbagai sumber energi terbarukan, termasuk sel surya.

"Dengan memanfaatkan nilai yang sudah ada untuk komponen lain, seperti sel surya komersial dan elektrolimer, kami memproyeksikan efisiensi energi dari produk ke produk dan solar ke produk hingga 24,1 dan 4,3 persen untuk dua sampai tiga produk karbon, masing-masing, "kata Kim.

Kim memperkirakan bahwa jika katalis ini dimasukkan ke dalam electrolyzer sebagai bagian dari sistem bahan bakar matahari, material yang hanya 10 sentimeter persegi bisa menghasilkan sekitar 1,3 gram etilena, 0,8 gram etanol, dan 0,2 gram propanol per hari.

"Dengan perbaikan terus-menerus pada komponen individual dari sistem bahan bakar matahari, angka tersebut harus terus meningkat seiring berjalannya waktu," katanya.