Bayangkan jika kita bisa memanfaatkan CO2, yang paling terkenal buruk dari gas rumah kaca, dan mengubahnya menjadi sesuatu yang lebih bermanfaat. Sesuatu seperti plastik, misalnya. Efek positifnya bisa dramatis, baik itu pengalihan CO2 dari atmosfer maupun mengurangi kebutuhan akan bahan bakar fosil untuk menghasilkan sebuah produk.
Sekelompok peneliti, yang dipimpin oleh kelompok Universitas Toronto Ted Sargent Group , baru saja menerbitkan hasil yang membawa kemungkinan tersebut jauh lebih dekat.
Dengan menggunakan Canadian Light Source dan teknik baru yang eksklusif untuk fasilitas ini, mereka dapat menunjukkan kondisi yang mengubah CO2 menjadi etilen paling efisien. Etilena, pada gilirannya, digunakan untuk membuat polietilen – plastik yang paling umum digunakan saat ini – yang produksi global tahunannya mencapai sekitar 80 juta ton .
“Percobaan ini mungkin belum dapat dilakukan di tempat lain di dunia ini, dan kami sangat senang dengan hasilnya,” kata mahasiswa PhD U, Phil De Luna , peneliti utama proyek ini.
Sains
Inti dari pekerjaan ini adalah reaksi reduksi karbon dioksida, dimana CO2 diubah menjadi bahan kimia lain melalui penggunaan arus listrik dan reaksi kimia, dibantu oleh sebuah katalis.
Banyak logam dapat berfungsi sebagai katalis dalam reaksi jenis ini: emas, perak dan seng dapat membuat karbon monoksida, sementara timah dan paladium dapat membuat asam format. Hanya tembaga yang bisa menghasilkan etilen, komponen inti dari plastik polietilen.
“Tembaga adalah logam yang sedikit ajaib, karena bisa membuat banyak bahan kimia berbeda, seperti metana, ethylene, dan ethanol, tapi mampu mengendalikan apa yang membuatnya sulit,” kata De Luna.
Justru itulah hasil tim, bagaimanapun juga. Mereka mampu merancang katalis dan menentukan kondisi ideal untuk memaksimalkan produksi etilen, selain meminimalkan keluaran metana hingga nyaris tidak ada.
Dipasangkan dengan teknologi penangkapan karbon, ini bisa menghasilkan mekanisme produksi yang sangat hijau untuk plastik sehari-hari, selain menyerap gas rumah kaca yang berbahaya.
“Saya pikir masa depan akan dipenuhi dengan teknologi yang membuat keluaran bernilai dari limbah. Ini mengasyikkan karena kita sedang berupaya mengembangkan cara baru dan berkelanjutan untuk memenuhi kebutuhan energi masa depan,” kata De Luna.
Teknik inovatif dan Serendipity
Sepotong peralatan unik yang dikembangkan oleh ilmuwan senior CLS Tom Regier memungkinkan para peneliti untuk mempelajari morfologi, bentuk, dan lingkungan kimia dari katalis tembaga mereka selama reaksi reduksi CO2 , secara real time.
“Ini belum pernah dilakukan sebelumnya,” kata mahasiswa PhD Rafael Quintero-Bermudez, rekan penulis pertama kertas ini. “Pengukuran unik ini memungkinkan kami untuk mengeksplorasi banyak pertanyaan penelitian tentang bagaimana prosesnya berlangsung dan bagaimana hal itu dapat direkayasa untuk diperbaiki.”
Dengan mengidentifikasi kondisi yang tepat yang memaksimalkan produksi etilen selama reaksi, adalah mungkin untuk merekayasa katalis untuk memenuhi kondisi tersebut.
Quintero-Bermudez dan De Luna mendekati akhir waktu penelitian mereka yang diberikan di CLS saat hasil kuncinya masuk. Setelah berjam-jam kerja yang tak terhitung jumlahnya, dan banyak usaha yang gagal, eksperimen tersebut berhasil.
“Kami hampir menyerah, tapi ketika hasilnya terlihat, mereka sangat baik sehingga kami harus duduk. Hasil bagus sekali,” kata Quintero-Bermudez.
Regier sama-sama senang dengan pekerjaan ini.
“Kami terus berupaya mengembangkan alat yang lebih banyak dan lebih baik untuk digunakan oleh komunitas riset. Ini bermanfaat ketika Anda melihat alat yang digunakan untuk memecahkan masalah penting dengan aplikasi signifikan,” kata Regier.
Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Nature Catalysis.
