Pabrik semen seperti yang terlihat di sini merupakan sumber utama karbon dioksida penyebab pemanasan iklim. Namun, beberapa polutan ini dapat diubah menjadi jenis bahan bakar baru. Garam ini dapat disimpan dengan aman selama beberapa dekade atau lebih.
Ini adalah kisah lain dalam rangkaian yang membahas teknologi dan tindakan baru yang dapat memperlambat perubahan iklim, mengurangi dampaknya, atau membantu masyarakat mengatasi dunia yang berubah dengan cepat.
Aktivitas yang melepaskan karbon dioksida (CO2), gas rumah kaca yang umum, berkontribusi pada pemanasan atmosfer Bumi. Gagasan untuk mengekstrak CO2 dari udara dan menyimpannya bukanlah hal baru. Namun, hal itu sulit dilakukan, terutama jika masyarakat mampu membiayainya. Sebuah sistem baru memecahkan masalah polusi CO2 dengan cara yang sedikit berbeda. Sistem ini secara kimiawi mengubah gas penyebab pemanasan iklim tersebut menjadi bahan bakar.
Pada tanggal 15 November, para peneliti dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge menerbitkan hasil penelitian mereka yang inovatif di jurnal Cell Reports Physical Science.
Sistem baru mereka dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama melibatkan pengubahan karbon dioksida dari udara menjadi molekul yang disebut format untuk menghasilkan bahan bakar. Seperti karbon dioksida, format mengandung satu atom karbon dan dua atom oksigen, serta satu atom hidrogen. Format juga mengandung beberapa unsur lain. Studi baru ini menggunakan garam format, yang berasal dari natrium atau kalium.
Sebagian besar sel bahan bakar beroperasi menggunakan hidrogen, gas yang mudah terbakar yang membutuhkan pipa dan tangki bertekanan untuk pengangkutannya. Namun, sel bahan bakar juga dapat beroperasi menggunakan format. Format memiliki kandungan energi yang sebanding dengan hidrogen, menurut Li Ju, seorang ilmuwan material yang memimpin pengembangan sistem baru ini. Format memiliki beberapa keunggulan dibandingkan hidrogen, kata Li Ju. Format lebih aman dan tidak memerlukan penyimpanan bertekanan tinggi.
Para peneliti di MIT menciptakan sel bahan bakar untuk menguji format, yang mereka produksi dari karbon dioksida. Pertama, mereka mencampur garam tersebut dengan air. Campuran tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel bahan bakar. Di dalam sel bahan bakar, format melepaskan elektron dalam reaksi kimia. Elektron-elektron ini mengalir dari elektroda negatif sel bahan bakar ke elektroda positif, melengkapi rangkaian listrik. Elektron yang mengalir ini—arus listrik—hadir selama 200 jam selama percobaan.
Zhen Zhang, seorang ilmuwan material yang bekerja dengan Li di MIT, optimis bahwa timnya akan mampu meningkatkan skala teknologi baru ini dalam satu dekade.
Tim peneliti MIT menggunakan metode kimia untuk mengubah karbon dioksida menjadi bahan utama untuk produksi bahan bakar. Pertama, mereka memaparkannya pada larutan yang sangat basa. Mereka memilih natrium hidroksida (NaOH), yang biasa dikenal sebagai larutan alkali. Ini memicu reaksi kimia yang menghasilkan natrium bikarbonat (NaHCO3), yang lebih dikenal sebagai soda kue.
Kemudian mereka menyalakan daya. Arus listrik memicu reaksi kimia baru yang memecah setiap atom oksigen dalam molekul soda kue, menyisakan natrium format (NaCHO2). Sistem mereka mengubah hampir semua karbon dalam CO2 — lebih dari 96 persen — menjadi garam ini.
Energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan oksigen tersimpan dalam ikatan kimia format. Profesor Li mencatat bahwa format dapat menyimpan energi ini selama beberapa dekade tanpa kehilangan energi potensial. Kemudian, format menghasilkan listrik ketika melewati sel bahan bakar. Jika listrik yang digunakan untuk menghasilkan format berasal dari tenaga surya, angin, atau tenaga air, listrik yang dihasilkan oleh sel bahan bakar akan menjadi sumber energi bersih.
Untuk meningkatkan skala teknologi baru ini, kata Lee, “kita perlu menemukan sumber daya geologi yang kaya akan alkali.” Dia mempelajari jenis batuan yang disebut basal alkali (AL-kuh-lye buh-SALT). Ketika dicampur dengan air, batuan ini berubah menjadi alkali.
Farzan Kazemifar adalah seorang insinyur di Universitas Negeri San Jose di California. Penelitiannya berfokus pada penyimpanan karbon dioksida di formasi garam bawah tanah. Menurutnya, menghilangkan karbon dioksida dari udara selalu sulit dan karenanya mahal. Jadi, menguntungkan untuk mengubah CO2 menjadi produk yang dapat digunakan seperti format. Biaya produk dapat menutupi biaya produksi.
Telah banyak penelitian yang dilakukan untuk menangkap karbon dioksida dari udara. Misalnya, sebuah tim ilmuwan di Universitas Lehigh baru-baru ini menjelaskan metode lain untuk menyaring karbon dioksida dari udara dan mengubahnya menjadi soda kue. Kelompok penelitian lain menyimpan CO2 dalam batuan khusus, mengubahnya menjadi karbon padat yang kemudian dapat diolah menjadi etanol, bahan bakar alkohol. Sebagian besar proyek ini berskala kecil dan belum memberikan dampak signifikan dalam mengurangi kadar karbon dioksida yang tinggi di udara.
Gambar ini menunjukkan sebuah rumah yang menggunakan karbon dioksida sebagai sumber energi. Perangkat yang ditunjukkan di sini mengubah karbon dioksida (molekul dalam gelembung merah dan putih) menjadi garam yang disebut format (gelembung biru, merah, putih, dan hitam). Garam ini kemudian dapat digunakan dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik.
Kazemifar mengatakan pilihan terbaik kita adalah "mengurangi emisi gas rumah kaca terlebih dahulu." Salah satu caranya adalah dengan mengganti bahan bakar fosil dengan sumber energi terbarukan seperti angin atau matahari. Ini adalah bagian dari transisi yang oleh para ilmuwan disebut "dekarbonisasi." Tetapi ia menambahkan bahwa menghentikan perubahan iklim akan membutuhkan pendekatan yang beragam. Teknologi baru ini dibutuhkan untuk menangkap karbon di area yang sulit untuk didekarbonisasi, katanya. Ambil contoh pabrik baja dan pabrik semen.
Tim MIT juga melihat manfaat dalam menggabungkan teknologi baru mereka dengan tenaga surya dan angin. Baterai tradisional dirancang untuk menyimpan energi selama berminggu-minggu. Menyimpan sinar matahari musim panas hingga musim dingin atau lebih lama membutuhkan pendekatan yang berbeda. “Dengan bahan bakar format,” kata Lee, Anda tidak lagi terbatas pada penyimpanan musiman. “Ini bisa berlangsung lintas generasi.”
Mungkin tidak berkilau seperti emas, tetapi “Saya bisa meninggalkan 200 ton… format kepada putra dan putri saya,” kata Lee, “sebagai warisan.”
Alkalin: Kata sifat yang menggambarkan zat kimia yang membentuk ion hidroksida (OH-) dalam larutan. Larutan ini juga disebut alkalin (berlawanan dengan asam) dan memiliki pH lebih besar dari 7.
Akuifer: Formasi batuan yang mampu menampung cadangan air di bawah tanah. Istilah ini juga berlaku untuk cekungan di bawah permukaan tanah.
Basalt: Batuan vulkanik berwarna hitam yang biasanya sangat padat (kecuali jika letusan gunung berapi meninggalkan kantong gas besar di dalamnya).
Ikatan: (dalam kimia) hubungan semi-permanen antara atom (atau kelompok atom) dalam sebuah molekul. Ikatan terbentuk oleh gaya tarik menarik antara atom-atom yang terlibat. Setelah ikatan terbentuk, atom-atom tersebut berfungsi sebagai satu kesatuan. Untuk memisahkan atom-atom penyusunnya, energi dalam bentuk panas atau radiasi lainnya harus diberikan kepada molekul-molekul tersebut.
Karbon: Suatu unsur kimia yang merupakan dasar fisik dari semua kehidupan di Bumi. Karbon ada secara bebas dalam bentuk grafit dan intan. Ia merupakan komponen penting dari batubara, batu kapur, dan minyak bumi, dan mampu berasosiasi secara kimiawi untuk membentuk berbagai macam molekul yang memiliki nilai kimia, biologis, dan komersial. (Dalam penelitian iklim) Istilah karbon terkadang digunakan hampir secara bergantian dengan karbon dioksida untuk merujuk pada potensi dampak yang mungkin ditimbulkan oleh suatu tindakan, produk, kebijakan, atau proses terhadap pemanasan atmosfer jangka panjang.
Karbon dioksida (atau CO2) adalah gas tak berwarna dan tak berbau yang dihasilkan oleh semua hewan ketika oksigen yang mereka hirup bereaksi dengan makanan kaya karbon yang mereka makan. Karbon dioksida juga dilepaskan ketika materi organik, termasuk bahan bakar fosil seperti minyak atau gas alam, dibakar. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang memerangkap panas di atmosfer Bumi. Tumbuhan mengubah karbon dioksida menjadi oksigen melalui fotosintesis dan menggunakan proses ini untuk membuat makanan mereka sendiri.
Semen: Bahan pengikat yang digunakan untuk menyatukan dua material, menyebabkan material tersebut mengeras menjadi padat, atau lem kental yang digunakan untuk menyatukan dua material. (Konstruksi) Bahan yang digiling halus yang digunakan untuk mengikat pasir atau batu pecah bersama-sama untuk membentuk beton. Semen biasanya dibuat dalam bentuk bubuk. Tetapi begitu basah, semen berubah menjadi bubur kental yang mengeras saat mengering.
Zat kimia: Suatu zat yang terdiri dari dua atom atau lebih yang bergabung (berikatan) dalam proporsi dan struktur tetap. Misalnya, air adalah zat kimia yang terdiri dari dua atom hidrogen yang berikatan dengan satu atom oksigen. Rumus kimianya adalah H2O. "Kimia" juga dapat digunakan sebagai kata sifat untuk menggambarkan sifat-sifat suatu zat yang dihasilkan dari berbagai reaksi antara senyawa yang berbeda.
Ikatan kimia: Gaya tarik menarik antar atom yang cukup kuat untuk menyebabkan unsur-unsur yang terikat berfungsi sebagai satu kesatuan. Beberapa gaya tarik lemah, yang lain kuat. Semua ikatan tampaknya menghubungkan atom dengan cara berbagi (atau mencoba berbagi) elektron.
Reaksi kimia: Suatu proses yang melibatkan penataan ulang molekul atau struktur suatu zat, bukan perubahan bentuk fisik (misalnya, dari padat menjadi gas).
Kimia: cabang ilmu yang mempelajari komposisi, struktur, sifat, dan interaksi zat. Para ilmuwan menggunakan pengetahuan ini untuk mempelajari zat-zat yang tidak dikenal, untuk mereproduksi zat-zat bermanfaat dalam jumlah besar, atau untuk merancang dan menciptakan zat-zat bermanfaat baru. (tentang senyawa kimia) Kimia juga merujuk pada rumus suatu senyawa, metode pembuatannya, atau beberapa sifatnya. Orang yang bekerja di bidang ini disebut ahli kimia. (dalam ilmu sosial) kemampuan orang untuk bekerja sama, bergaul, dan menikmati kebersamaan satu sama lain.
Perubahan iklim: Perubahan signifikan dan jangka panjang pada iklim Bumi. Hal ini dapat terjadi secara alami atau sebagai akibat dari aktivitas manusia, termasuk pembakaran bahan bakar fosil dan penebangan hutan.
Dekarbonisasi: mengacu pada transisi yang disengaja dari teknologi, aktivitas, dan sumber energi yang mencemari lingkungan dan melepaskan gas rumah kaca berbasis karbon, seperti karbon dioksida dan metana, ke atmosfer. Tujuannya adalah untuk mengurangi jumlah gas karbon yang berkontribusi terhadap perubahan iklim.
Listrik: Aliran muatan listrik, biasanya dihasilkan dari pergerakan partikel bermuatan negatif yang disebut elektron.
Elektron: partikel bermuatan negatif yang biasanya mengorbit di bagian terluar atom; elektron juga merupakan pembawa listrik dalam zat padat.
Insinyur: Seseorang yang menggunakan ilmu pengetahuan dan matematika untuk memecahkan masalah. Ketika digunakan sebagai kata kerja, kata insinyur merujuk pada perancangan suatu perangkat, material, atau proses untuk memecahkan masalah atau kebutuhan yang belum terpenuhi.
Etanol: Alkohol, juga disebut etil alkohol, yang merupakan dasar dari minuman beralkohol seperti bir, anggur, dan minuman keras. Etanol juga digunakan sebagai pelarut dan bahan bakar (misalnya, sering dicampur dengan bensin).
Filter: (n.) Sesuatu yang memungkinkan beberapa bahan untuk melewatinya dan bahan lainnya untuk melewatinya, tergantung pada ukuran atau karakteristik lainnya. (v.) Proses memilih zat tertentu berdasarkan sifat-sifat seperti ukuran, kepadatan, muatan, dll. (dalam fisika) Layar, pelat, atau lapisan suatu zat yang menyerap cahaya atau radiasi lain atau secara selektif mencegah beberapa komponennya untuk melewatinya.
Format: Istilah umum untuk garam atau ester asam format, bentuk teroksidasi dari asam lemak. (Ester adalah senyawa berbasis karbon yang terbentuk dengan mengganti atom hidrogen dari asam tertentu dengan jenis gugus organik tertentu. Banyak lemak dan minyak atsiri merupakan ester asam lemak yang terjadi secara alami.)
Bahan bakar fosil: Setiap bahan bakar, seperti batu bara, minyak bumi (minyak mentah), atau gas alam, yang terbentuk selama jutaan tahun di dalam Bumi dari sisa-sisa bakteri, tumbuhan, atau hewan yang membusuk.
Bahan bakar: Setiap zat yang melepaskan energi melalui reaksi kimia atau nuklir yang terkontrol. Bahan bakar fosil (batu bara, gas alam, dan minyak) adalah bahan bakar umum yang melepaskan energi melalui reaksi kimia ketika dipanaskan (biasanya hingga mencapai titik pembakaran).
Sel bahan bakar: Sebuah perangkat yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Bahan bakar yang paling umum adalah hidrogen, yang satu-satunya produk sampingannya adalah uap air.
Geologi: Sebuah kata sifat yang menggambarkan segala sesuatu yang berkaitan dengan struktur fisik Bumi, materialnya, sejarahnya, dan proses-proses yang terjadi di dalamnya. Orang-orang yang bekerja di bidang ini disebut ahli geologi.
Pemanasan global: Peningkatan bertahap suhu keseluruhan atmosfer Bumi akibat efek rumah kaca. Efek ini disebabkan oleh peningkatan kadar karbon dioksida, klorofluorokarbon, dan gas-gas lain di udara, yang sebagian besar dihasilkan oleh aktivitas manusia.
Hidrogen: Unsur paling ringan di alam semesta. Sebagai gas, ia tidak berwarna, tidak berbau, dan sangat mudah terbakar. Ia merupakan komponen dari banyak bahan bakar, lemak, dan bahan kimia yang membentuk jaringan hidup. Ia terdiri dari sebuah proton (inti) dan sebuah elektron yang mengorbitnya.
Inovasi: (v. berinovasi; adj. berinovasi) Penyesuaian atau peningkatan pada ide, proses, atau produk yang sudah ada untuk menjadikannya lebih baru, lebih cerdas, lebih efisien, atau lebih bermanfaat.
Larutan alkali: Nama umum untuk larutan natrium hidroksida (NaOH). Larutan alkali sering dicampur dengan minyak nabati atau lemak hewan dan bahan-bahan lain untuk membuat sabun batangan.
Ilmuwan material: Seorang peneliti yang mempelajari hubungan antara struktur atom dan molekul suatu material dengan sifat-sifat keseluruhannya. Ilmuwan material dapat mengembangkan material baru atau menganalisis material yang sudah ada. Menganalisis sifat-sifat keseluruhan suatu material, seperti densitas, kekuatan, dan titik leleh, dapat membantu para insinyur dan peneliti lainnya memilih material terbaik untuk aplikasi baru.
Molekul: Sekelompok atom netral secara listrik yang mewakili jumlah terkecil yang mungkin dari suatu senyawa kimia. Molekul dapat terdiri dari satu jenis atom atau berbagai jenis atom. Misalnya, oksigen di udara terdiri dari dua atom oksigen (O2), dan air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen (H2O).
Polutan: Suatu zat yang mencemari sesuatu, seperti udara, air, manusia, atau makanan. Beberapa polutan berupa bahan kimia, seperti pestisida. Polutan lainnya dapat berupa radiasi, termasuk panas atau cahaya yang berlebihan. Bahkan gulma dan spesies invasif lainnya dapat dianggap sebagai bentuk biofouling.
Potent: Sebuah kata sifat yang merujuk pada sesuatu yang sangat kuat atau dahsyat (seperti kuman, racun, obat, atau asam).
Terbarukan: Kata sifat yang merujuk pada sumber daya yang dapat diganti tanpa batas (seperti air, tumbuhan hijau, sinar matahari, dan angin). Ini berbeda dengan sumber daya tak terbarukan, yang persediaannya terbatas dan dapat habis. Sumber daya tak terbarukan meliputi minyak (dan bahan bakar fosil lainnya) atau unsur dan mineral yang relatif langka.