BAGIKAN
Credit: Meenesh Singh

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Meenesh Singh di University of Illinois Chicago telah menemukan cara untuk mengubah 100% karbon dioksida yang ditangkap dari emisi kegiatan industri menjadi etilen, salah satu bahan utama dalam pembuatan plastik.

Sementara para peneliti telah menjajaki kemungkinan mengubah karbon dioksida menjadi etilen selama lebih dari satu dekade, pendekatan tim UIC adalah yang pertama mencapai hampir 100% pemanfaatan karbon dioksida untuk menghasilkan hidrokarbon.

Sistem mereka menggunakan elektrolisis untuk mengubah gas karbon dioksida yang ditangkap menjadi etilen dengan kemurnian tinggi, dengan oksigen dan bahan bakar hidrokarbon sebagai produk sampingannya.

Proses ini dapat mengubah hingga 6 metrik ton karbon dioksida menjadi 1 metrik ton etilen, mendaur ulang hampir semua karbon dioksida yang ditangkap. Karena sistem pembuatannya menggunakan listrik, penggunaan energi terbarukan dapat membuat prosesnya menjadi karbon negatif.

Menurut Singh, pendekatan timnya melampaui tujuan net-zero carbon dari teknologi penangkapan dan konversi karbon lainnya dengan benar-benar mengurangi total keluaran karbon dioksida dari industri. “Ini negatif bersih,” katanya dalam sebuah pernyataan.

“Untuk setiap 1 ton etilen yang diproduksi, Anda membutuhkan 6 ton CO2 dari tutik sumber yang jika tidak akan dilepaskan ke atmosfer.”

Upaya sebelumnya untuk mengubah karbon dioksida menjadi etilen mengandalkan reaktor yang menghasilkan etilen dalam aliran emisi karbon dioksida sumber. Dalam penelitian ini, hanya 10% dari emisi CO2 yang biasanya diubah menjadi etilen. Etilena kemudian harus dipisahkan dari karbon dioksida dalam proses intensif energi yang sering kali melibatkan bahan bakar fosil.

Credit: Sciencedirect/Meenesh Singh et. al.

Dalam pendekatan UIC, arus listrik dilewatkan melalui sel, setengahnya diisi dengan karbon dioksida yang ditangkap, setengah lainnya dengan larutan berbasis air. Katalis berlistrik menarik atom hidrogen bermuatan dari molekul air ke bagian lain dari unit yang dipisahkan oleh membran, di mana mereka bergabung dengan atom karbon bermuatan dari molekul karbon dioksida untuk membentuk etilen.

Di antara bahan kimia yang diproduksi di seluruh dunia, etilen menempati urutan ketiga sebagai penghasil emisi karbon setelah amonia dan semen. Etilen digunakan tidak hanya untuk membuat produk plastik untuk kemasan, pertanian dan industri otomotif, tetapi juga untuk memproduksi bahan kimia yang digunakan dalam antibeku, sterilisasi medis dan pelapis dinding vinil untuk rumah.

Etilen biasanya dibuat dalam proses yang disebut perengkahan uap yang membutuhkan panas dalam jumlah besar. Cracking menghasilkan sekitar 1,5 metrik ton emisi karbon per ton etilen yang dibuat. Rata-rata, para produsen memproduksi sekitar 160 juta ton etilen setiap tahun, yang menghasilkan lebih dari 260 juta ton emisi karbon dioksida di seluruh dunia.

Selain etilen, para ilmuwan UIC mampu menghasilkan produk kaya karbon lainnya yang berguna untuk industri dengan pendekatan elektrolisis mereka. Mereka juga mencapai efisiensi konversi energi surya yang sangat tinggi, mengubah 10% energi dari panel surya langsung ke output produk karbon. Ini 2% jauh di atas standar mutakhir. Untuk semua etilen yang mereka hasilkan, efisiensi konversi energi matahari sekitar 4%, kira-kira sama dengan laju fotosintesis.

Penelitian ini telah diterbitkan di Cell Reports Physical Science.