Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan prosedur dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan kualitas-kualitas berikut sambil memastikan integritas konten:
Karbon dioksida (CO2) adalah sumber daya penting bagi kehidupan di Bumi sekaligus gas rumah kaca yang berkontribusi terhadap pemanasan global. Saat ini, para ilmuwan sedang mempelajari karbon dioksida sebagai sumber daya yang menjanjikan untuk produksi bahan bakar terbarukan rendah karbon dan produk kimia bernilai tinggi.
Tantangan bagi para peneliti adalah mengidentifikasi cara-cara yang efisien dan hemat biaya untuk mengubah karbon dioksida menjadi zat perantara karbon berkualitas tinggi seperti karbon monoksida, metanol, atau asam format.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh KK Neuerlin dari National Renewable Energy Laboratory (NREL) dan para kolaborator di Argonne National Laboratory dan Oak Ridge National Laboratory telah menemukan solusi yang menjanjikan untuk masalah ini. Tim tersebut mengembangkan metode konversi untuk menghasilkan asam format dari karbon dioksida menggunakan listrik terbarukan dengan efisiensi energi dan daya tahan yang tinggi.
Studi yang berjudul “Arsitektur perakitan elektroda membran yang dapat diskalakan untuk konversi elektrokimia karbon dioksida menjadi asam format yang efisien” ini diterbitkan dalam jurnal Nature Communications.
Asam format merupakan zat perantara kimia potensial dengan berbagai macam aplikasi, terutama sebagai bahan baku dalam industri kimia atau biologi. Asam format juga telah diidentifikasi sebagai bahan baku untuk biorefinasi menjadi bahan bakar penerbangan yang ramah lingkungan.
Elektrolisis CO2 menghasilkan reduksi CO2 menjadi zat perantara kimia seperti asam format atau molekul seperti etilena ketika potensial listrik diterapkan pada sel elektrolitik.
Rakitan membran-elektroda (MEA) dalam elektroliser biasanya terdiri dari membran penghantar ion (membran penukar kation atau anion) yang diapit di antara dua elektroda yang terdiri dari elektrokatalis dan polimer penghantar ion.
Dengan memanfaatkan keahlian tim dalam teknologi sel bahan bakar dan elektrolisis hidrogen, mereka mempelajari beberapa konfigurasi MEA dalam sel elektrolitik untuk membandingkan reduksi elektrokimia CO2 menjadi asam format.
Berdasarkan analisis kegagalan berbagai desain, tim berupaya memanfaatkan keterbatasan dari rangkaian material yang ada, khususnya kurangnya penolakan ion pada membran penukar anion saat ini, dan menyederhanakan desain sistem secara keseluruhan.
Penemuan oleh KS Neierlin dan Leiming Hu dari NREL adalah elektroliser MEA yang disempurnakan menggunakan membran penukar kation berlubang baru. Membran berlubang ini memberikan produksi asam format yang konsisten dan sangat selektif serta menyederhanakan desain dengan menggunakan komponen yang tersedia di pasaran.
“Hasil penelitian ini mewakili pergeseran paradigma dalam produksi elektrokimia asam organik seperti asam format,” kata salah satu penulis, Neierlin. “Struktur membran berlubang mengurangi kompleksitas desain sebelumnya dan juga dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi energi dan daya tahan perangkat konversi karbon dioksida elektrokimia lainnya.”
Seperti halnya terobosan ilmiah lainnya, penting untuk memahami faktor biaya dan kelayakan ekonomi. Bekerja sama lintas departemen, peneliti NREL Zhe Huang dan Tao Ling mempresentasikan analisis tekno-ekonomi yang mengidentifikasi cara untuk mencapai kesetaraan biaya dengan proses produksi asam format industri saat ini ketika biaya listrik terbarukan berada pada atau di bawah 2,3 sen per kilowatt-jam.
“Tim tersebut mencapai hasil ini dengan menggunakan katalis dan material membran polimer yang tersedia secara komersial, sambil menciptakan desain MEA yang memanfaatkan skalabilitas sel bahan bakar modern dan pabrik elektrolisis hidrogen,” kata Neierlin.
“Hasil penelitian ini dapat membantu mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar dan bahan kimia menggunakan listrik dan hidrogen terbarukan, mempercepat transisi menuju peningkatan skala dan komersialisasi.”
Teknologi konversi elektrokimia merupakan elemen inti dari program Electrons to Molecules NREL, yang berfokus pada hidrogen terbarukan generasi berikutnya, bahan bakar nol, bahan kimia, dan material untuk proses yang digerakkan secara elektrik.
“Program kami sedang menjajaki cara menggunakan listrik terbarukan untuk mengubah molekul seperti karbon dioksida dan air menjadi senyawa yang dapat berfungsi sebagai sumber energi,” kata Randy Cortright, direktur strategi transfer elektron dan/atau prekursor NREL untuk produksi bahan bakar atau bahan kimia.”
“Penelitian konversi elektrokimia ini memberikan terobosan yang dapat digunakan dalam berbagai proses konversi elektrokimia, dan kami menantikan hasil yang lebih menjanjikan dari kelompok ini.”
Informasi lebih lanjut: Leiming Hu dkk., Arsitektur perakitan elektroda membran yang dapat diskalakan untuk konversi elektrokimia CO2 menjadi asam format yang efisien, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Jika Anda menemukan kesalahan ketik, ketidakakuratan, atau ingin mengajukan permintaan untuk mengedit konten di halaman ini, silakan gunakan formulir ini. Untuk pertanyaan umum, silakan gunakan formulir kontak kami. Untuk umpan balik umum, gunakan bagian komentar publik di bawah ini (ikuti petunjuknya).
Masukan Anda sangat penting bagi kami. Namun, karena banyaknya pesan yang masuk, kami tidak dapat menjamin respons yang dipersonalisasi.
Alamat email Anda hanya digunakan untuk memberi tahu penerima siapa pengirim email tersebut. Baik alamat Anda maupun alamat penerima tidak akan digunakan untuk tujuan lain apa pun. Informasi yang Anda masukkan akan muncul di email Anda dan tidak akan disimpan oleh Tech Xplore dalam bentuk apa pun.
Situs web ini menggunakan cookie untuk mempermudah navigasi, menganalisis penggunaan layanan kami, mengumpulkan data personalisasi iklan, dan menyediakan konten dari pihak ketiga. Dengan menggunakan situs web kami, Anda mengakui bahwa Anda telah membaca dan memahami Kebijakan Privasi dan Syarat Penggunaan kami.