Suatu mineral tanah yang tersebar luas, α-besi-(III) oksihidroksida, ditemukan sebagai katalis yang dapat didaur ulang untuk fotoreduksi karbon dioksida menjadi asam format. Kredit: Prof. Kazuhiko Maeda
Fotoreduksi CO2 menjadi bahan bakar yang mudah diangkut seperti asam format (HCOOH) adalah cara yang baik untuk memerangi peningkatan kadar CO2 di atmosfer. Untuk membantu tugas ini, tim peneliti di Institut Teknologi Tokyo memilih mineral berbasis besi yang mudah didapat dan memuatnya ke penyangga alumina untuk mengembangkan katalis yang dapat secara efisien mengubah CO2 menjadi HCOOH, dengan selektivitas sekitar 90%!
Kendaraan listrik merupakan pilihan menarik bagi banyak orang, dan alasan utamanya adalah karena tidak menghasilkan emisi karbon. Namun, kelemahan besar bagi banyak orang adalah jangkauan yang terbatas dan waktu pengisian daya yang lama. Di sinilah bahan bakar cair seperti bensin memiliki keunggulan besar. Kepadatan energinya yang tinggi berarti jangkauan yang jauh dan pengisian bahan bakar yang cepat.
Beralih dari bensin atau diesel ke bahan bakar cair yang berbeda dapat menghilangkan emisi karbon sambil mempertahankan keunggulan bahan bakar cair. Dalam sel bahan bakar, misalnya, asam format dapat menggerakkan mesin sambil melepaskan air dan karbon dioksida. Namun, jika asam format diproduksi dengan mereduksi CO2 atmosfer menjadi HCOOH, maka satu-satunya keluaran bersih adalah air.
Meningkatnya kadar karbon dioksida di atmosfer kita dan kontribusinya terhadap pemanasan global kini menjadi berita umum. Saat para peneliti bereksperimen dengan berbagai pendekatan untuk mengatasi masalah ini, sebuah solusi efektif muncul—mengubah kelebihan karbon dioksida di atmosfer menjadi bahan kimia kaya energi.
Produksi bahan bakar seperti asam format (HCOOH) melalui fotoreduksi CO2 di bawah sinar matahari telah menarik banyak perhatian akhir-akhir ini karena proses ini memiliki manfaat ganda: mengurangi emisi CO2 berlebih dan juga membantu meminimalkan kekurangan energi yang kita hadapi saat ini. Sebagai pembawa hidrogen yang sangat baik dengan kepadatan energi tinggi, HCOOH dapat menyediakan energi melalui pembakaran sambil hanya melepaskan air sebagai produk sampingan.
Untuk mewujudkan solusi yang menguntungkan ini, para ilmuwan telah mengembangkan sistem fotokatalitik yang mereduksi karbon dioksida dengan bantuan sinar matahari. Sistem ini terdiri dari substrat penyerap cahaya (yaitu, fotosensitizer) dan katalis yang memungkinkan transfer elektron ganda yang diperlukan untuk reduksi CO2 menjadi HCOOH. Dan dengan demikian dimulailah pencarian katalis yang sesuai dan efisien!
Infografis tentang reduksi fotokatalitik karbon dioksida menggunakan senyawa yang umum digunakan. Kredit: Profesor Kazuhiko Maeda
Karena efisiensi dan potensi daur ulangnya, katalis padat dianggap sebagai kandidat terbaik untuk tugas ini, dan selama bertahun-tahun, kemampuan katalitik dari banyak kerangka logam-organik (MOF) berbasis kobalt, mangan, nikel, dan besi telah dieksplorasi, di antaranya yang terakhir memiliki beberapa keunggulan dibandingkan logam lain. Namun, sebagian besar katalis berbasis besi yang dilaporkan sejauh ini hanya menghasilkan karbon monoksida sebagai produk utama, bukan HCOOH.
Namun, masalah ini dengan cepat dipecahkan oleh tim peneliti di Institut Teknologi Tokyo (Tokyo Tech) yang dipimpin oleh Profesor Kazuhiko Maeda. Dalam sebuah studi baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal kimia Angewandte Chemie, tim tersebut mendemonstrasikan katalis berbasis besi yang didukung alumina (Al2O3) menggunakan α-besi(III) oksihidroksida (α-FeO​​​OH; goethit). Katalis α-FeO​​​OH/Al2O3 yang baru ini menunjukkan kinerja konversi CO2 menjadi HCOOH yang sangat baik dan kemampuan daur ulang yang sangat baik. Ketika ditanya tentang pilihan katalis mereka, Profesor Maeda mengatakan: “Kami ingin mengeksplorasi unsur-unsur yang lebih melimpah sebagai katalis dalam sistem fotoreduksi CO2. Kami membutuhkan katalis padat yang aktif, dapat didaur ulang, tidak beracun, dan murah. Itulah mengapa kami memilih mineral tanah yang tersebar luas seperti goethit untuk eksperimen kami.”
Tim tersebut menggunakan metode impregnasi sederhana untuk mensintesis katalis mereka. Kemudian, mereka menggunakan material Al2O3 yang didukung besi untuk mereduksi CO2 secara fotokatalitik pada suhu kamar dengan adanya fotosensitizer berbasis rutenium (Ru), donor elektron, dan cahaya tampak dengan panjang gelombang lebih dari 400 nanometer.
Hasilnya sangat menggembirakan. Selektivitas sistem mereka terhadap produk utama HCOOH adalah 80–90% dengan hasil kuantum 4,3% (menunjukkan efisiensi sistem).
Studi ini menyajikan katalis padat berbasis besi pertama dari jenisnya yang dapat menghasilkan HCOOH ketika dipasangkan dengan fotosensitizer yang efisien. Studi ini juga membahas pentingnya bahan pendukung yang tepat (Al2O3) dan pengaruhnya terhadap reaksi reduksi fotokimia.
Wawasan dari penelitian ini dapat membantu mengembangkan katalis baru bebas logam mulia untuk fotoreduksi karbon dioksida menjadi bahan kimia bermanfaat lainnya. “Penelitian kami menunjukkan bahwa jalan menuju ekonomi energi hijau tidaklah rumit. Bahkan metode persiapan katalis yang sederhana pun dapat menghasilkan hasil yang bagus, dan sudah diketahui bahwa senyawa yang melimpah di bumi, jika didukung oleh senyawa seperti alumina, dapat digunakan sebagai katalis selektif untuk reduksi CO2,” simpul Prof. Maeda.
Referensi: “Alumina-Supported Alpha-Iron (III) Oxyhydroxide as a Recyclable Solid Catalyst for CO2 Photoreduction under Visible Light” oleh Daehyeon An, Dr. Shunta Nishioka, Dr. Shuhei Yasuda, Dr. Tomoki Kanazawa, Dr. Yoshinobu Kamakura, Prof.. Toshiyuki Yokoi, Prof. Shunsuke Nozawa, Prof. Kazuhiko Maeda, 12 Mei 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
“Di situlah bahan bakar cair seperti bensin memiliki keunggulan besar. Kepadatan energinya yang tinggi berarti jangkauan yang jauh dan pengisian bahan bakar yang cepat.”
Bagaimana dengan beberapa angka? Bagaimana kepadatan energi asam format dibandingkan dengan bensin? Dengan hanya satu atom karbon dalam rumus kimianya, saya ragu itu akan mendekati bensin.
Selain itu, baunya sangat beracun dan, sebagai asam, ia lebih korosif daripada bensin. Ini bukanlah masalah teknik yang tidak dapat dipecahkan, tetapi kecuali asam format menawarkan keuntungan signifikan dalam meningkatkan jangkauan dan mengurangi waktu pengisian baterai, mungkin tidak ada gunanya untuk mencobanya.
Jika mereka berencana untuk mengekstrak goethit dari tanah, itu akan menjadi operasi penambangan yang membutuhkan banyak energi dan berpotensi merusak lingkungan.
Mereka mungkin akan menyebutkan banyak goethite di dalam tanah karena saya menduga dibutuhkan lebih banyak energi untuk mendapatkan bahan baku yang diperlukan dan mereaksikannya untuk mensintesis goethite.
Penting untuk melihat seluruh siklus hidup proses dan menghitung biaya energi dari semuanya. NASA tidak menemukan hal seperti peluncuran gratis. Pihak lain perlu mengingat hal ini.
SciTechDaily: Sumber berita teknologi terbaik sejak 1998. Ikuti terus berita teknologi terbaru melalui email atau media sosial.
Membayangkan saja cita rasa BBQ yang berasap dan menggugah selera sudah cukup membuat kebanyakan orang ngiler. Musim panas telah tiba, dan bagi banyak orang…