Memanen Bahan Bakar Hidrogen Melalui Fotosintesis Buatan

Memanen Bahan Bakar Hidrogen Melalui Fotosintesis Buatan

Hidrogen adalah bahan bakar yang paling bersih, dan hanya menghasilkan air sebagai satu-satunya emisi. Tetapi produksi hidrogen tidak selalu ramah lingkungan, karena metode konvensional yang selama ini ada masih membutuhkan gas alam atau listrik. 

Awal bulan Mei 2018 ini, sebuah tim peneliti telah mengembangkan perangkat fotosintesis baru yang mampu memanfaatkan sinar matahari untuk memecah air (baik air tawar maupun air laut), dan menghasilkan hidrogen yang dapat digunakan sebagai sel bahan bakar. Selain lebih stabil, perangkat baru ini memiliki efisiensi tiga kali lipat dibandingkan dengan perangkat serupa yang pernah dibuat sebelumnya. Tim tersebut juga mengkonfigurasi ulang perangkat ciptaannya untuk mengubah karbon dioksida kembali menjadi bahan bakar, sehingga memiliki potensi untuk mengurangi dampak perubahan iklim.

(Gambar mikroskopis menara galium nitrida dalam perangkat fotosintesis buatan)

Tidak seperti panel surya, yang hanya dapat menyimpan energi ketika menempel pada baterai, perangkat fotosintesis buatan ini menggunakan pecahan air untuk menyimpan energi matahari sebagai bahan bakar hidrogen. Meskipun memiliki perbedaan yang cukup mendasar dengan panel surya, perangkat ini terbuat dari bahan yang sama, seperti silikon dan galium nitrida, yang juga ditemukan pada panel LED. Menara-menara kecil galium nitrida inilah yang menghasilkan medan listrik untuk mengubah foton menjadi muatan bebas, yang memecah air menjadi dua elemen: oksigen dan hidrogen. Dengan desain yang siap untuk diproduksi oleh industri dan dapat beroperasi hanya dengan sinar matahari dan air laut, perangkat ini membuka jalan bagi produksi bahan bakar hidrogen bersih dalam skala besar. 

Zetian Mi, seorang profesor teknik elektro dan komputer di University of Michigan yang memimpin penelitian di McGill University, mengatakan: "Jika kita dapat menyimpan energi matahari secara langsung sebagai bahan bakar kimia, seperti apa yang dilakukan alam dengan fotosintesis, kita dapat memecahkan tantangan mendasar dari energi terbarukan." Sedangkan Faqrul Alam Chowdhury, seorang mahasiswa doktoral di bidang teknik elektro dan komputer di McGill University (salah satu anggota tim peneliti), mengatakan bahwa masalah yang ada pada sel surya adalah, mereka tidak dapat menyimpan listrik tanpa baterai, sehingga membutuhkan biaya tinggi dan umur yang terbatas.

(Bentuk lanskap berbukit dari menara galium nitrida yang menghasilkan medan listrik untuk memecah air)

Sebelum ini memang sudah ada perangkat dengan fungsi sejenis yang memiliki tingkat efisiensi sebesar 1 persen. Hanya saja, perangkat tersebut menggunakan bahan yang mahal, tidak efisien, atau tidak stabil, seperti titanium dioksida, yang juga membutuhkan penambahan larutan dengan keasaman tinggi untuk mencapai efisiensi yang lebih tinggi. Padahal, perangkat yang dibuat oleh Zetian Mi dan timnya tanpa menggunakan bahan mahal maupun larutan asam ini mampu mencapai tingkat efisiensi sebesar 3 persen. 

"Meskipun efisiensi sebesar 3 persen ini mungkin masih tampak rendah, ketika kita mempertimbangkan waktu 40 tahun yang dihabiskan untuk penelitian tentang proses ini, hasil tersebut benar-benar merupakan sebuah terobosan besar," kata Mi. "Fotosintesis alami, memiliki efisiensi sekitar 0,6 persen, tergantung bagaimana Anda menghitungnya."

Perangkat baru ini telah didokumentasikan dalam penelitian berjudul, "A photochemical diode artificial photosynthesis system for unassisted high efficiency overall pure water splitting", yang diterbitkan oleh jurnal Nature Communications. Selain Mi dan Chowdhury, anggota tim peneliti lainnya adalah Michel Trudeau dari Center of Excellence in Transportation Electrification and Energy Storage, Hydro-Québec, dan Hong Guo dari McGill University.

---

(dirangkum dari: Inhabitat, Futurity, dan Michigan News)