Tumbuhan menggunakan sinar matahari sebagai katalis untuk mendorong terjadinya reaksi kimia antara air dan CO2 untuk membuat dan menyimpan energi matahari dalam bentuk glukosa – dengan produk sampingan oksigen, yang dikenal sebagai fotosintesis.
Sekarang para ahli kimia di Universitas Illinois telah berhasil menciptakan bahan bakar menggunakan air, karbon dioksida dan cahaya tampak, melalui fotosintesis buatan.
Dengan mengubah karbon dioksida menjadi molekul yang lebih kompleks seperti propana, teknologi energi hijau kini selangkah lebih dekat untuk menggunakan kelebihan CO2 untuk menyimpan energi matahari — dalam bentuk ikatan kimia — untuk digunakan ketika matahari tidak bersinar dan di saat puncak permintaan.
Para peneliti mengembangkan proses buatan yang menggunakan cahaya hijau dari spektrum cahaya tampak dengan eksitasi plasmonik nanopartikel emas (partikel emas berukuran dibawah 20 nm yang memiliki sifat khusus yaitu plasmon) yang kaya akan elektron yang berfungsi sebagai katalisator. Temuan baru ini diterbitkan dalam jurnal Nature Communications .
Di bawah pengaruh sinar hijau dan dibantu oleh cairan ionik, nanopartikel emas, bagian bawah, meminjamkan elektronnya untuk mengubah molekul CO2, bola merah dan abu-abu di tengahnya, menjadi molekul bahan bakar hidrokarbon yang lebih kompleks.Credit: Penghargaan grafis Sungju Yu, Jain Lab di University of Illinois di Urbana-Champaign
“Tujuannya di sini adalah untuk menghasilkan hidrokarbon yang kompleks dan dapat dicairkan dari kelebihan CO2 dan sumber daya berkelanjutan lainnya seperti sinar matahari,” kata Prashant Jain, seorang profesor kimia dan penulis penelitian ini.
“Bahan bakar cair menjadi ideal karena lebih mudah, lebih aman, dan lebih ekonomis untuk diangkut daripada dalam bentuk gas dan karena dibuat dari molekul rantai panjang, mengandung lebih banyak ikatan — artinya mengemas energi menjadi lebih padat.”
Di laboratorium Jain, Sungju Yu, seorang peneliti pascadoktoral dan penulis pertama studi ini, menggunakan katalis logam untuk menyerap cahaya hijau dan mentransfer elektron dan proton yang diperlukan untuk reaksi kimia antara CO2 dan air.
Jain, kiri, dan Yu melakukan eksperimen fotosintesis buatan menggunakan sinar hijau. Credit: Fred Zwicky
Nanopartikel emas bekerja sangat baik sebagai katalis, kata Jain, karena permukaannya berinteraksi dengan molekul CO2, efisien dalam menyerap cahaya dan tidak terurai atau terdegradasi seperti logam lainnya.
Ada beberapa cara di mana energi yang tersimpan dalam ikatan bahan bakar hidrokarbon dibebaskan. Namun, metode pembakaran konvensional yang mudah pada akhirnya menghasilkan lebih banyak CO2 — yang kontraproduktif dengan gagasan menghasilkan dan menyimpan energi surya sejak awal, kata Jain.
“Ada kegunaan potensial lain yang lebih tidak konvensional dari hidrokarbon yang dibuat dari proses ini,” katanya. “Mereka dapat digunakan untuk menyalakan bahan bakar sel untuk menghasilkan arus dan tegangan listrik. Ada laboratorium di seluruh dunia yang mencoba mencari tahu bagaimana konversi hidrokarbon menjadi listrik dapat dilakukan secara efisien,” kata Jain.Meski pengembangan bahan bakar CO2 menjadi cairan untuk teknologi energi hijau ini menarik, para peneliti mengakui bahwa proses fotosintesis buatan Jain tidak seefisien pada tanaman alami.
“Kita perlu belajar bagaimana mengatur katalis untuk meningkatkan efisiensi reaksi kimia,” katanya. “Lalu kita bisa memulai kerja keras menentukan bagaimana cara meningkatkan proses. Dan, seperti halnya teknologi energi tidak konvensional, akan ada banyak pertanyaan kelayakan ekonomi untuk dijawab juga.”
