Kawanishi, Jepang, 15 November 2022 /PRNewswire/ — Masalah lingkungan seperti perubahan iklim, penipisan sumber daya alam, kepunahan spesies, polusi plastik, dan penggundulan hutan semakin memburuk di seluruh dunia akibat ledakan populasi.
Karbon dioksida (CO2) adalah gas rumah kaca dan salah satu penyebab utama perubahan iklim. Dalam hal ini, suatu proses yang dikenal sebagai "fotosintesis buatan (fotoreduksi CO2)" dapat menghasilkan bahan baku organik untuk bahan bakar dan bahan kimia dari CO2, air, dan energi matahari, seperti yang dilakukan oleh tumbuhan. Pada saat yang sama, proses ini juga mengurangi emisi CO2, karena CO2 digunakan sebagai bahan baku untuk produksi energi dan sumber daya kimia. Oleh karena itu, fotosintesis buatan dianggap sebagai salah satu teknologi hijau terbaru.
MOF (Metal Organic Frameworks) adalah material ultrapori yang tersusun dari gugus logam anorganik dan penghubung organik. Struktur MOF dapat dikendalikan pada tingkat molekuler dalam rentang nanometer dan memiliki luas permukaan yang besar. Karena sifat-sifat ini, MOF dapat diaplikasikan dalam penyimpanan gas, pemisahan gas, adsorpsi logam, katalisis, pengiriman obat, pengolahan air, sensor, elektroda, filter, dan lain-lain. Baru-baru ini, MOF ditemukan memiliki kemampuan menangkap CO2 yang dapat direduksi secara fotokimia, yaitu fotosintesis buatan.
Di sisi lain, titik kuantum adalah material ultra tipis (0,5–9 nm) yang sifat optiknya sesuai dengan aturan kimia kuantum dan mekanika kuantum. Mereka disebut "atom buatan atau molekul buatan" karena setiap titik kuantum hanya terdiri dari beberapa atau beberapa ribu atom atau molekul. Dalam rentang ukuran ini, tingkat energi elektron tidak lagi kontinu dan menjadi terpisah karena fenomena fisik yang dikenal sebagai efek pengurungan kuantum. Dalam hal ini, panjang gelombang cahaya yang dipancarkan akan bergantung pada ukuran titik kuantum. Titik kuantum ini juga dapat diaplikasikan dalam fotosintesis buatan karena kapasitas penyerapan cahayanya yang tinggi, kemampuan untuk menghasilkan banyak eksiton, dan luas permukaan yang besar.
Baik MOF maupun titik kuantum telah disintesis di bawah naungan Green Science Alliance. Sebelumnya, mereka telah berhasil menggunakan material komposit MOF-titik kuantum untuk menghasilkan asam format sebagai katalis khusus untuk fotosintesis buatan. Namun, katalis ini berbentuk bubuk dan bubuk katalis ini harus dikumpulkan dengan penyaringan di setiap proses. Oleh karena itu, karena proses ini tidak berkelanjutan, sulit untuk diterapkan dalam penggunaan industri praktis.
Sebagai tanggapan, Bapak Tetsuro Kajino, Bapak Hirohisa Iwabayashi, dan Dr. Ryohei Mori dari Green Science Alliance Co., Ltd. menggunakan teknologi mereka untuk mengimobilisasi katalis fotosintesis buatan khusus ini pada lembaran tekstil murah dan mengembangkan proses baru untuk produksi asam format, yang dapat beroperasi secara terus menerus dalam aplikasi industri praktis. Setelah reaksi fotosintesis buatan selesai, air yang mengandung asam format dapat diambil untuk diekstraksi, dan air segar baru dapat ditambahkan kembali ke wadah untuk melanjutkan fotosintesis buatan secara terus menerus.
Asam format dapat menggantikan bahan bakar hidrogen. Salah satu alasan utama yang menghambat penyebaran masyarakat hidrogen di seluruh dunia adalah karena hidrogen merupakan atom terkecil di alam semesta, sehingga sulit untuk menyimpannya, dan produksi tangki hidrogen dengan efek penyegelan yang tinggi akan sangat mahal. Selain itu, gas hidrogen dapat meledak dan menimbulkan bahaya keselamatan. Karena asam format berbentuk cair, lebih mudah disimpan sebagai bahan bakar. Jika perlu, asam format dapat digunakan untuk mengkatalisis produksi hidrogen di tempat. Selain itu, asam format dapat digunakan sebagai bahan baku untuk berbagai bahan kimia.
Meskipun efisiensi fotosintesis buatan masih rendah, Aliansi Sains Hijau akan terus berjuang untuk meningkatkan efisiensi guna mewujudkan aplikasi praktis untuk fotosintesis buatan.