Ilmuwan ubah karbon dioksida jadi bahan bakar terinspirasi oleh alam

Jakarta (Indonesia Window) – Para peneliti baru-baru ini telah mengembangkan konsep yang efisien untuk mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar yang bersih dan berkelanjutan, tanpa produk sampingan atau limbah yang tidak diinginkan.

Para peneliti dari University of Cambridge Inggris sebelumnya telah menunjukkan bahwa katalis biologis, atau enzim, dapat menghasilkan bahan bakar secara bersih menggunakan sumber energi terbarukan, tetapi dengan efisiensi rendah.

Penelitian terbaru mereka telah meningkatkan efisiensi produksi bahan bakar sebanyak 18 kali di laboratorium, menunjukkan bahwa emisi karbon yang mencemari dapat diubah menjadi bahan bakar hijau secara efisien tanpa ada energi yang terbuang.

Hasil penelitian ini dilaporkan dalam dua makalah terkait di Nature Chemistry and Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Sebagian besar metode untuk mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar juga menghasilkan produk sampingan yang tidak diinginkan seperti hidrogen.

Para ilmuwan dapat mengubah kondisi kimia untuk meminimalkan produksi hidrogen, tapi ini juga mengurangi kinerja konversi karbon dioksida, sehingga bahan bakar yang lebih bersih dapat diproduksi, tetapi dengan mengorbankan efisiensi.

Bukti konsep yang dikembangkan Cambridge bergantung pada enzim yang diisolasi dari bakteri untuk menggerakkan reaksi kimia yang mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar, sebuah proses yang disebut elektrolisis. Enzim lebih efisien daripada katalis lain, seperti emas, tapi mereka sangat sensitif terhadap lingkungan kimia lokalnya. Jika lingkungan setempat tidak sepenuhnya tepat, enzim akan berantakan dan reaksi kimia menjadi lambat.

Para peneliti Cambridge, bekerja dengan tim dari Universidade Nova de Lisboa di Portugal, telah mengembangkan metode untuk meningkatkan efisiensi elektrolisis dengan menyempurnakan kondisi larutan untuk mengubah lingkungan lokal enzim.

“Enzim telah berevolusi selama jutaan tahun menjadi sangat efisien dan selektif, dan sangat bagus untuk produksi bahan bakar karena tidak ada produk sampingan yang tidak diinginkan,” kata Dr. Esther Edwardes Moore dari Departemen Kimia Yusuf Hamied Cambridge, pertama penulis makalah PNAS.

“Namun, sensitivitas enzim memunculkan serangkaian tantangan yang berbeda. Metode kami memperhitungkan sensitivitas ini, sehingga lingkungan lokal disesuaikan agar sesuai dengan kondisi kerja ideal enzim,” terangnya.

Para peneliti menggunakan metode komputasi untuk merancang sistem guna meningkatkan elektrolisis karbon dioksida. Menggunakan sistem berbasis enzim, tingkat produksi bahan bakar meningkat 18 kali lipat dibandingkan dengan solusi benchmark saat ini.

Untuk meningkatkan lingkungan lokal lebih lanjut, tim menunjukkan bagaimana dua enzim dapat bekerja sama, satu menghasilkan bahan bakar dan yang lainnya mengendalikan lingkungan. Mereka menemukan bahwa dengan menambahkan enzim lain, ini mempercepat reaksi, baik meningkatkan efisiensi dan mengurangi produk sampingan yang tidak diinginkan.

“Kami berakhir hanya dengan bahan bakar yang kami inginkan, tanpa produk sampingan dan hanya kehilangan energi marginal, menghasilkan bahan bakar bersih dengan efisiensi maksimum,” kata Dr. Sam Cobb, penulis pertama makalah Nature Chemistry.

“Dengan mengambil inspirasi dari biologi, ini akan membantu kami mengembangkan sistem katalis sintetik yang lebih baik, yang akan kami perlukan jika kami akan menerapkan elektrolisis karbon dioksida dalam skala besar,” jelasnya.

“Elektrolisis memiliki peran besar dalam mengurangi emisi karbon,” kata Profesor Erwin Reisner, yang memimpin penelitian. “Daripada menangkap dan menyimpan karbon dioksida, yang sangat intensif energi, kami telah mendemonstrasikan konsep baru untuk menangkap karbon dan membuat sesuatu yang berguna darinya dengan cara yang hemat energi.”

Para peneliti mengatakan bahwa rahasia elektrolisis karbon dioksida yang lebih efisien terletak pada katalis. Ada peningkatan besar dalam pengembangan katalis sintetik dalam beberapa tahun terakhir, tetapi masih kurang dari enzim yang digunakan dalam penelitian ini.

“Begitu Anda berhasil membuat katalis yang lebih baik, banyak masalah dengan elektrolisis karbon dioksida hilang begitu saja,” kata Cobb. “Kami menunjukkan kepada komunitas ilmiah bahwa begitu kami dapat memproduksi katalis masa depan, kami akan dapat menghapus banyak kompromi yang saat ini dibuat, karena apa yang kami pelajari dari enzim dapat ditransfer ke katalis sintetik.”

“Begitu kami merancang konsepnya, peningkatan kinerjanya sangat mengejutkan,” kata Edwardes Moore. “Saya khawatir kami akan menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk mencoba memahami apa yang terjadi pada tingkat molekuler, tetapi begitu kami benar-benar menghargai pengaruh lingkungan setempat, itu berkembang sangat cepat.”

“Di masa depan kami ingin menggunakan apa yang telah kami pelajari untuk mengatasi beberapa masalah menantang yang dihadapi oleh katalis mutakhir saat ini, seperti menggunakan karbon dioksida langsung dari udara karena ini adalah kondisi di mana sifat-sifat enzim sebagai katalis ideal dapat benar-benar bersinar,” kata Cobb.

Sumber: https://www.technologynetworks.com/

Laporan: Redaksi