Sejak dimulainya revolusi industri dari tahun 1980 sampai 2016, konsentrasi CO2 meningkat menjadi 402,6 ppm yang sudah melebihi nilai standar konsentrasi gas CO2 di atmosfer. Emisi gas CO2 umumnya dihasilkan dari proses produksi di industri seperti industri semen dan proses produksi energi dari berbagai jenis bahan bakar baik bahan bakar padat, cair maupun gas. Hal ini merupakan salah satu penyebab pemanasan global yang harus segera ditemukan solusi efektifnya.
Jika emisi gas CO2 tidak segera ditanggulangi, Bumi akan menerima dampak yang cukup besar seperti pergantian musim yang tidak teratur dan mencairnya es di kutub utara dan selatan. Teknologi-teknologi pemanfaatan CO2 sudah mulai dirancang dan diaplikasikan seperti Carbon Capture Storage (CCS) dan Reduksi Termokimia CO2. Permasalahan utama dari teknologi tersebut adalah temperatur operasi yang tinggi dan rendahnya ketersediaan material katalis. Dua kendala tersebut tentu saja berdampak pada biaya operasi yang tinggi. Baca juga Teknologi Baru yang Mengubah gas CO2 menjadi Gas O2 dan Bahan Bakar
Pada bulan Juni 2017, para peneliti di Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (EPFL) mengembangkan teknologi elektrolisis untuk mengubah CO2 menjadi CO (gas sintetik) menggunakan material katalis yang melimpah ketersediannya di Bumi. Katalis tersebut adalah tembaga oksida (CuO) nanowires yang dimodifikasi oleh timah(IV) oksida (SnO2). Tembaga dan timah sangat melimpah di Bumi sehingga teknologi tersebut tidak akan mahal saat di scale up. Baca juga Timah(IV) Oksida; Material Superstar dalam Aplikasi sebagai Sensor Gas.
Komponen yang terdapat pada sistem elektrolisis adalah elektroda (anoda dan katoda), elektrolit dan sumber listrik. Elektroda dilapisi katalis CuO yang distabilkan oleh timah(IV) oksida (SnO2). Ketersediaan material katalis tersebut sangat melimpah di bumi sehingga dapat menurunkan biaya operasi konversi CO2. Para peneliti menggunakan panel surya tiga lapis (GaInP/GaInAs/Ge) sebagai sumber listrik. Penelitian ini dipimpin oleh Michael Gratzel, penemu Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). Baca juga Dye Sensitized Solar Cell dan Tokoh Penemunya (M. Gratzel).
Katalis CuO yang dimodifikasi oleh SnO2 memiliki dua fungsi; mereduksi gas CO2 menjadi gas CO pada katoda dan mengoksidasi H2O menjadi O2 yang dikenal sebagai “oxygen evolution reaction (OER)” pada anoda. Pada penelitian sebelumnya, untuk melangsungkan EOR harus menggunakan katalis logam mulia seperti emas, palladium dan ruthenium. Ketiga logam tersebut merupakan logam mahal dan sedikit ketersediannya di Bumi.
Di sisi anoda, KOH ditambahkan ke dalam air agar air mudah terionisasi menjadi OH– dan H+. Di sisi katoda, NaHCO3 ditambahkan agar CO2 mudah larut di dalam larutan. Elektrolit yang digunakan adalah membran nafion untuk memisahkan produk. Konversi CO2 menjadi CO dengan katalis CuO sebesar 13,4% di dalam air dengan efisiensi faraday lebih dari 90%. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Produk gas CO dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan bahan bakar sintetis menggunakan proses Fischer-Tropsch, baca juga : Membuat Minyak Bumi (Jenis Green Diesel) dari Biomassa dengan Proses Fischer-Tropsch. Selain itu, teknologi ini dapat membantu para astronaut sebagai sumber oksigen saat menjalankan misi ke Mars karena atmosfir Mars mengandung 95,3% CO2[4]. Teknologi ini sangat menjanjikan di masa depan untuk mengurangi emisi gas CO2. Hal ini didukung oleh ketersediaan material katalisnya yang melimpah dan beroperasi pada temperatur ruang sehingga dapat menurunkan biaya operasinya. Baca juga Material Baru Yang Bisa Menyerap Gas Rumah Kaca Dan Mengubahnya Menjadi Bahan Bakar.
Referensi
[1] What are safe levels of CO and CO2 in rooms?. What are safe levels of CO and CO2 in rooms? | Kane International Limited (diakses pada 29 Desember 2017)
[2] Dlugokencky, Ed dan Pieter T. 2017. Global CO2 Concentrations (parts per million) 1980-2016. Global Monitoring Laboratory - Carbon Cycle Greenhouse Gases (Diakses pada 29 Desember 2017)
[3] Schreier, M, Florent H, Ludmilla S, Shahzada A, Jeremy S L, Matthew T M, Jingshan Luo, dan Michael G. 2017. Solar conversion of CO2 to CO using Earth-abundant electrocatalysts prepared by atomic layer modification of CuO. Nature Energy 2, 17087. DOI : 10.1038/nenergy.2017.87
[4] Sharp, T. (2017, September 11). Mars’ Atmosphere : Composition, Climate & Weather. Retrieved from Mars' atmosphere: Facts about the composition and climate | Space
[5] Papageorgiou, N. 2017. Splitting carbon dioxide using low-cost catalyst materials. Splitting carbon dioxide using low-cost catalyst materials - EPFL (diakses pada 29 Desember 2017)
