Terobosan terbaru dalam energi berkelanjutan dapat mengubah penangkapan dan konversi karbon industri. Para ilmuwan di Universitas Sains dan Teknologi Nanjing telah mengembangkan bahan kerangka logam-organik (metal-organic framework-MOF) canggih yang secara signifikan dapat meningkatkan efisiensi elektrolisis karbon dioksida (CO₂) pada skala industri. Khususnya, MOF ini menunjukkan toleransi yang tinggi terhadap lingkungan asam, sehingga cocok untuk pengelolaan karbon skala besar yang kuat. Inovasi ini memberikan pendekatan yang menjanjikan untuk mengurangi emisi karbon industri dan mendukung pergeseran menuju netralitas karbon.
Untuk mencapai target netral karbon global, emisi karbon dioksida harus dikelola dengan baik ketika bahan bakar fosil tradisional digunakan, yang berarti strategi pengurangan karbon dioksida harus dikembangkan.
Jingjing Duan
Tantangan penangkapan karbon industri
Dengan meningkatnya dampak perubahan iklim, urgensi teknologi penangkapan karbon yang efektif semakin meningkat. Industri beremisi tinggi, seperti baja, semen, dan bahan kimia, merupakan salah satu sumber utama emisi CO₂. Menangkap dan mengubah CO₂ ini menjadi produk yang berharga telah menjadi tujuan ilmiah yang telah lama ada, meskipun prosesnya tetap menantang. Hambatan utama terletak pada kondisi asam yang keras yang diperlukan untuk elektrolisis CO₂ yang efisien, yang dapat mendegradasi banyak bahan yang terlibat dalam proses tersebut.
Memasuki kerangka logam-organik (MOF)
Tim peneliti, yang dipimpin oleh Prof Jingjing Duan dan Qiang Li, ahli dalam ilmu material dan elektrokimia, telah merancang MOF baru yang menonjol karena kemampuannya untuk bertahan dalam kondisi asam yang menantang ini.
MOF baru ini, yang secara khusus dirancang agar tahan terhadap asam, mengatasi keterbatasan ini. Struktur unik bahan ini mempertahankan integritas dan kinerjanya bahkan ketika terpapar pada kondisi korosif dalam proses elektrolisis CO2 industri. Ketahanan ini membuka pintu bagi teknologi penangkapan karbon yang lebih efisien dan tahan lama yang dapat diimplementasikan dalam skala besar.
Sebuah tim peneliti yang berspesialisasi dalam ilmu material dan elektrokimia mengembangkan MOF baru untuk menahan kondisi asam yang keras. MOF yang tahan asam ini mengatasi batasan kritis dalam penangkapan karbon dengan mempertahankan struktur dan kinerjanya selama terpapar pada lingkungan korosif dari proses elektrolisis CO₂ industri. Ketahanan ini membuka jalan bagi teknologi penangkapan karbon yang lebih efisien dan tahan lama yang cocok untuk implementasi skala besar.
Bagaimana cara kerjanya
Elektrolisis CO₂, yang menggunakan listrik untuk mengubah CO₂ menjadi bahan kimia berharga seperti asam format atau bahan bakar sintetis, biasanya membutuhkan lingkungan yang sangat asam untuk mencegah kehilangan karbon. Namun, kondisi seperti itu menimbulkan tantangan yang signifikan, karena dapat menimbulkan korosi pada bahan elektroliser, menurunkan efisiensi dan meningkatkan biaya.
Solusi praktis menggabungkan elektrokatalis berbasis bismut yang tahan asam, membran penukar proton, dan elektrolit yang dioptimalkan untuk nilai pH yang stabil. Konstruksi yang kuat ini memastikan platform yang tahan lama untuk elektrolisis CO₂, yang penting untuk penggunaan industri yang membutuhkan stabilitas jangka panjang. Selain itu, mekanisme konversi “Semi-Aktivasi-Semi-Transformasi” meningkatkan efisiensi ekonomi di berbagai dimensi.
Kredit. Penulis
Implikasi untuk masa depan
Penelitian ini memiliki potensi yang signifikan untuk mengurangi emisi karbon industri dan menghasilkan produk sampingan yang berharga. Dengan meningkatkan efisiensi dan efektivitas biaya elektrolisis CO₂, MOF yang baru dikembangkan dapat memungkinkan industri untuk menurunkan jejak karbon mereka sambil menciptakan produk yang menguntungkan. Misalnya, mengubah CO₂ menjadi asam format - bahan kimia penting di berbagai sektor - menawarkan manfaat ganda bagi perusahaan, yaitu pengurangan dampak lingkungan dan peluang pendapatan baru.
Selain itu, kemajuan bahan yang tahan asam seperti MOF ini menetapkan panggung untuk kemajuan lebih lanjut dalam teknologi penangkapan dan pemanfaatan karbon. Inovasi-inovasi seperti ini sangat penting karena dunia mendekati solusi energi berkelanjutan, membantu pengurangan gas rumah kaca dan mitigasi perubahan iklim.
Sebuah langkah menuju netralitas karbon
Terobosan ini muncul seiring dengan meningkatnya upaya iklim global, dengan banyak negara yang menetapkan target pengurangan karbon yang ambisius dan industri yang menghadapi tekanan yang meningkat untuk menerapkan praktik yang lebih ramah lingkungan. Teknologi penangkapan dan konversi CO₂ yang efisien dan hemat biaya sangat penting untuk memenuhi tujuan ini.
Dengan mengatasi tantangan utama dalam elektrolisis CO₂, MOF yang baru dikembangkan menandai kemajuan substansial dalam mengejar netralitas karbon. Meskipun penelitian dan penyempurnaan lebih lanjut diperlukan, bahan ini memiliki potensi yang jelas. Seiring dengan perkembangannya, bahan ini dapat menjadi alat yang sangat penting dalam strategi industri untuk mengurangi emisi karbon dan memerangi perubahan iklim.
Apa selanjutnya?
Bahan baru ini dapat dimasukkan ke dalam sistem elektrolisis CO₂ yang sudah ada, sehingga dapat meningkatkan efisiensi dan daya tahannya. Tim peneliti juga sedang menyelidiki potensi MOF ini di bidang lain, seperti sel bahan bakar dan produksi hidrogen, di mana lingkungan asam menimbulkan tantangan yang sama.
Ketika dunia berusaha mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan beralih ke energi berkelanjutan, kemajuan seperti ini sangat penting. Menciptakan MOF yang tahan terhadap asam merupakan lebih dari sekadar terobosan ilmiah; MOF ini menawarkan jalan yang menjanjikan menuju masa depan di mana industri dapat tumbuh secara berkelanjutan sambil melindungi planet ini.
🔬🧫🧪🔍🤓👩🔬🦠🔭📚
Referensi jurnal
Yang, K., Li, M., Gao, T., Xu, G., Li, D., Zheng, Y., … & Duan, J. (2024). An acid-tolerant metal-organic framework for industrial CO2 electrolysis using a proton exchange membrane. Nature communications, 15(1), 7060. https://doi.org/10.1038/s41467-024-51475-7
