Polimer baru yang “tumbuh” melalui reaksi kimia dengan karbon dioksida.
Para peneliti dari MIT telah menciptakan sebuah bahan yang dapat menyerap karbon dioksida di udara terbuka sehingga dapat menambah kekuatan, bahkan dapat memperbaiki secara mandiri jika terdapat keretakan.
Bahan polimer ini suatu saat nanti dapat digunakan sebagai bahan untuk konstruksi, perbaikan atau untuk lapisan pelindung, secara berkelanjutan mengubah gas rumah kaca menjadi bahan berbasis karbon yang kekuatannya dapat semakin bertambah.
Versi dari bahan baru yang ada saat ini adalah zat seperti gel sintetis yang melakukan proses kimia yang mirip dengan cara sebagaimana tanaman menggabungkan karbon dioksida dari udara ke dalam jaringan pertumbuhannya. Salah satu peluang dari bahan ini, misalnya, saat dibuat menjadi panel-panel matriks ringan yang dapat dikirimkan ke lokasi konstruksi, di mana bahan tersebut akan bertambah keras hanya terkena paparan udara dan sinar matahari, sehingga menghemat energi dan biaya transportasi.
Temuan ini dijelaskan dalam sebuah makalah di jurnal Advanced Materials, oleh Profesor Michael Strano, Seon-Yeong Kwak, dan delapan orang lainnya dari MIT dan University of California Riverside.
“Ini adalah konsep yang benar-benar baru dalam ilmu material,” kata Strano. “Apa yang kita katakan sebagai bahan pengikat karbon belum ada saat ini” di luar bidang biologi, katanya, menggambarkan bahan yang dapat mengubah karbon dioksida di udara ambien menjadi bentuk padat, stabil, hanya menggunakan kekuatan sinar matahari, percis seperti halnya tumbuhan.
Mengembangkan bahan sintetis yang tidak hanya menghindari penggunaan bahan bakar fosil untuk pembuatannya, tetapi sebenarnya mengkonsumsi karbon dioksida dari udara, memiliki manfaat nyata bagi lingkungan dan iklim, para peneliti menunjukkan. “Bayangkan bahan sintetis yang bisa tumbuh seperti pohon, mengambil karbon dari karbon dioksida dan memasukkannya ke dalam tulang punggung material,” kata Strano.
Materi yang digunakan tim dalam percobaan bukti-konsep awal ini memanfaatkan satu komponen biologis – kloroplas, komponen yang menyerap cahaya di dalam sel tanaman, yang diperoleh para peneliti dari daun bayam. Kloroplas tidak hidup tetapi mengkatalisis reaksi karbon dioksida menjadi glukosa. Kloroplas terisolasi sangat tidak stabil, yang berarti bahwa mereka cenderung berhenti berfungsi setelah beberapa jam ketika dikeluarkan dari tumbuhan. Dalam makalahnya, Strano dan rekan kerjanya memperagakan metode untuk meningkatkan masa hidup ekstraksi kloroplas katalitik secara signifikan. Dalam pekerjaan yang sedang berlangsung dan di masa depan, kloroplas sedang digantikan oleh katalis yang berasal dari nonbiologi, Strano menjelaskan.
Materi yang digunakan para peneliti, matriks gel yang tersusun dari polimer yang terbuat dari aminopropil methacrylamide (APMA) dan glukosa, enzim yang disebut glukosa oksidase, dan kloroplas, menjadi lebih kuat karena menggabungkan karbon. Ini belum cukup kuat untuk digunakan sebagai bahan bangunan, meskipun mungkin berfungsi sebagai pengisi keretakan atau bahan pelapis, kata para peneliti.
Salah satu keuntungan utama dari bahan tersebut adalah akan memperbaiki diri sendiri setelah terpapar sinar matahari atau pencahayaan dalam ruangan, kata Strano. Jika permukaannya tergores atau retak, area yang terkena akan tumbuh untuk mengisi celah dan memperbaiki kerusakan, tanpa memerlukan tindakan eksternal apa pun.
Meskipun ada upaya luas untuk mengembangkan bahan penyembuhan diri yang dapat meniru kemampuan organisme biologisnya, para peneliti mengatakan, ini semua membutuhkan input aktif di luar untuk berfungsi. Pemanasan, sinar UV, tekanan mekanis, atau perawatan kimia diperlukan untuk mengaktifkan proses. Sebaliknya, bahan-bahan ini tidak memerlukan apa pun kecuali cahaya ambient, dan mereka menggabungkan massa dari karbon di atmosfer, yang ada di mana-mana.
Bahan ini pada awalnya berbentuk cairan, Kwak mengatakan, “sangat menarik saat melihatnya ketika mulai tumbuh dan berkelompok” menjadi bentuk yang solid.
“Ilmu material tidak pernah menghasilkan sesuatu seperti ini,” kata Strano. “Bahan-bahan ini meniru beberapa aspek dari sesuatu yang hidup, meskipun itu tidak mereproduksi.” Karena temuan ini membuka berbagai kemungkinan penelitian lanjutan, Departemen Energi AS mensponsori program baru yang disutradarai oleh Strano untuk mengembangkannya lebih lanjut.
“Pekerjaan kami menunjukkan bahwa karbon dioksida semata-mata tidak perlu menjadi beban dan biaya,” kata Strano. “Ini juga merupakan peluang dalam hal ini. Ada karbon di mana-mana. Kita membangun dunia dengan karbon. Manusia terbuat dari karbon. Membuat material yang dapat menggunakan karbon yang berlimpah di sekitar kita adalah kesempatan yang signifikan untuk ilmu material. Dengan cara ini, pekerjaan kami adalah membuat material yang tidak hanya netral karbon, tetapi juga karbon negatif. ”
