Sistem fotosintesis buatan yang dikembangkan peneliti Jepang mampu mengubah karbon dioksida dan air menjadi bahan bakar cair meski intensitas sinar Matahari berubah-ubah sepanjang hari.
Ilustrasi dibuat oleh AI.Ringkasan
- Peneliti Osaka Metropolitan University mengembangkan sistem fotosintesis buatan yang menghasilkan asam format dari CO₂ dan air menggunakan energi surya.
- Sistem tetap bekerja relatif stabil dalam kondisi cahaya berubah-ubah tanpa memerlukan baterai dan pengendali elektronik yang rumit.
- Kuncinya adalah elektroliser khusus yang mampu menyesuaikan diri secara otomatis terhadap perubahan intensitas sinar Matahari.
SAAT membicarakan energi surya, kebanyakan orang langsung membayangkan panel surya yang mengubah cahaya Matahari menjadi listrik.
Listrik itu kemudian disimpan dalam baterai untuk digunakan saat malam hari atau ketika cuaca mendung. Namun alam sebenarnya telah menunjukkan cara lain yang jauh lebih elegan: fotosintesis.
Daun tumbuhan tidak menyimpan energi dalam bentuk listrik. Sebaliknya, mereka mengubah energi Matahari menjadi energi kimia yang tersimpan dalam molekul-molekul organik.
Proses ini tetap dapat berlangsung bahkan ketika cahaya tidak terlalu kuat.
Terinspirasi oleh kemampuan tersebut, tim peneliti dari Osaka Metropolitan University mengembangkan sistem fotosintesis buatan yang dapat menghasilkan "bahan bakar surya" (solar fuel).
Bentuknya, berupa asam format (formic acid) dari karbon dioksida dan air.
Yang membuat penelitian ini menarik bukan hanya karena berhasil menghasilkan asam format. Teknologi serupa sebenarnya sudah ada.
Keunggulan utamanya terletak pada kemampuan sistem untuk terus bekerja secara relatif stabil sepanjang hari tanpa memerlukan rangkaian baterai dan perangkat pengatur daya yang biasanya dibutuhkan dalam sistem energi surya.
Asam format merupakan senyawa kimia sederhana yang semakin banyak dilirik sebagai media penyimpanan energi dan bahan baku industri kimia.
Senyawa ini dapat diproduksi dari karbon dioksida yang ditangkap dari udara atau sumber emisi lainnya, sehingga berpotensi membantu mengurangi akumulasi gas rumah kaca.
Dalam sistem yang dikembangkan peneliti, panel surya tetap digunakan untuk menghasilkan listrik. Namun listrik tersebut tidak disimpan dalam baterai.
Sebaliknya, listrik langsung digunakan oleh sebuah elektroliser untuk menjalankan reaksi kimia yang mengubah air dan karbon dioksida menjadi asam format.
Pendekatan ini sering disebut sebagai sistem solar fuel, karena energi Matahari langsung disimpan dalam bentuk bahan bakar kimia.
Masalahnya, sinar Matahari bukan sumber energi yang stabil. Intensitas cahaya terus berubah akibat pergerakan awan, perubahan cuaca, atau posisi Matahari di langit.
Ketika cahaya melemah, produksi listrik panel surya ikut turun. Akibatnya, laju reaksi kimia di dalam elektroliser juga menurun.
Sebaliknya, ketika cahaya tiba-tiba meningkat, sistem bisa menerima energi lebih besar daripada yang dirancang untuk ditangani secara optimal.
Untuk mengatasi masalah tersebut, sebagian besar sistem energi surya modern menggunakan teknologi bernama Maximum Power Point Tracking (MPPT).
Secara sederhana, MPPT bertugas memastikan panel surya selalu bekerja pada kondisi paling efisien meskipun intensitas cahaya berubah.
Sistem ini biasanya memerlukan pengendali elektronik tambahan, konverter daya, dan sering kali baterai sebagai penyangga energi.
Pendekatan tersebut efektif, tetapi menambah biaya, kompleksitas, serta kebutuhan perawatan.
Tim Osaka mencoba pendekatan berbeda.
Mereka menghilangkan sebagian besar "perantara elektronik" tersebut dan membuat elektroliser mampu menyesuaikan diri secara alami terhadap perubahan energi yang masuk.
Jantung teknologi ini adalah elektrolit padat khusus yang dipasang di dalam elektroliser.
Material tersebut memiliki sifat unik: hambatan ioniknya berkurang ketika suhu meningkat.
Dengan kata lain, semakin hangat perangkat itu, semakin mudah ion bergerak di dalamnya dan semakin besar arus listrik yang dapat mengalir.
Fenomena ini menciptakan semacam mekanisme pengaturan otomatis.
Ketika cahaya Matahari menguat, panel surya menghasilkan lebih banyak listrik. Elektroliser menerima energi tambahan dan mulai memanas.
Saat suhu naik, hambatan internalnya turun sehingga perangkat dapat memanfaatkan arus listrik yang lebih besar secara alami.
Sebaliknya, ketika sinar Matahari melemah, suhu perangkat menurun dan arus yang mengalir juga berkurang.
Karena kemampuan penyesuaian ini terjadi di dalam elektroliser itu sendiri, para peneliti menyebut pendekatan tersebut sebagai "chemical MPPT" atau MPPT kimia.
Alih-alih mengandalkan kotak elektronik tambahan yang terus-menerus mengatur tegangan dan arus, sebagian fungsi pengaturan daya sudah "ditanamkan" langsung ke dalam perangkat pembuat bahan bakar.
Inovasi lainnya terdapat pada sistem aliran cairan. Pompa berdaya rendah memantau besarnya arus listrik yang mengalir melalui elektroliser.
Karena arus berkaitan langsung dengan kecepatan produksi asam format, sistem dapat menyesuaikan laju aliran air dan reaktan secara otomatis.
Jika produksi asam format meningkat, laju aliran diperbesar agar larutan tidak menjadi terlalu pekat. Jika produksi menurun, aliran diperlambat agar hasil akhir tidak terlalu encer.
Pengaturan aliran ini juga membantu mengendalikan suhu perangkat, sehingga memperkuat mekanisme penyesuaian otomatis yang sudah terjadi pada elektroliser.
Dengan kombinasi efek pemanasan, perubahan hambatan listrik, dan pengaturan aliran cairan, sistem mampu mempertahankan produksi bahan bakar yang lebih stabil dari pagi hingga sore hari.
Para peneliti menekankan bahwa mereka tidak menemukan konsep fotosintesis buatan dari nol. Teknologi elektrolisis berbasis tenaga surya, produksi asam format dari karbon dioksida, dan MPPT telah lama dikenal.
Kebaruan penelitian ini terletak pada cara mereka mengintegrasikan fungsi pelacakan daya langsung ke dalam elektroliser, sehingga kebutuhan akan perangkat pendukung berbasis baterai dapat dikurangi.
Masih ada tantangan yang harus diatasi. Ketahanan jangka panjang perangkat perlu diuji lebih lanjut, dan performanya dalam kondisi ekstrem masih harus dievaluasi.
Meski demikian, potensinya cukup besar.
Sistem yang lebih murah, lebih sederhana, dan lebih mandiri dapat dimanfaatkan untuk produksi bahan bakar di daerah terpencil, pemanfaatan karbon dioksida hasil emisi, hingga penyimpanan energi surya dalam bentuk bahan bakar cair yang mudah diangkut.
Alih-alih memaksa sinar Matahari yang berubah-ubah agar mengikuti kebutuhan mesin, para peneliti memilih pendekatan yang lebih mirip alam: membuat mesinnya yang beradaptasi terhadap perubahan sinar Matahari.
Disadur dari New Atlas - Artificial photosynthesis system produces 'solar-fuel' even in low light.
إرسال تعليق