Perangi Perubahan Iklim, Ilmuwan Manfaatkan Bakteri yang Haus Karbon

Nationalgeographic.co.id - Para ilmuwan di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Lab Berkeley) telah mendemonstrasikan teknik baru. Teknik ini meniru proses metabolisme yang ditemukan pada beberapa bakteri, untuk mengubah karbon dioksida (CO2) menjadi asetat cair. Asetat cair merupakan bahan utama dalam menghasilkan "sinar matahari cair" atau bahan bakar matahari melalui fotosintesis buatan.

Pendekatan baru ini telah dilaporkan di jurnal Nature Catalysis pada 29 September dengan makalah yang berjudul “Exploration of the bio-analogous asymmetric C–C coupling mechanism in tandem CO2 electroreduction.” Temuan ini dapat membantu memajukan alternatif bebas karbon untuk bahan bakar fosil yang terkait dengan pemanasan global dan perubahan iklim.

Studi tersebut juga merupakan demonstrasi pertama dari perangkat yang meniru cara bakteri ini secara alami mensintesis asetat dari elektron dan CO2.

“Yang menakjubkan adalah kami belajar bagaimana secara selektif mengubah karbon dioksida menjadi asetat dengan meniru bagaimana mikroorganisme kecil ini melakukannya secara alami,” kata penulis senior Peidong Yang, yang memegang gelar ilmuwan fakultas senior di Divisi Ilmu Material Berkeley Lab dan profesor kimia juga ilmu material dan teknik di UC Berkeley. "Semua yang kami lakukan di lab saya untuk mengubah CO2 menjadi produk berguna terinspirasi oleh alam. Dalam hal mengurangi emisi CO2 dan melawan perubahan iklim, ini adalah bagian dari solusinya."

Selama beberapa dekade, para peneliti telah mengetahui bahwa jalur metabolisme pada beberapa bakteri memungkinkan mereka mencerna elektron dan CO2 untuk menghasilkan asetat, sebuah reaksi yang digerakkan oleh elektron. Jalur memecah molekul CO2 menjadi dua kelompok kimia yang berbeda atau "asimetris": gugus karbonil (CO) atau gugus metil (CH3). Enzim dalam jalur reaksi ini mengaktifkan karbon dalam CO dan CH3 untuk berikatan atau "pasangan", yang kemudian memicu reaksi katalitik lain yang menghasilkan asetat sebagai produk akhir.

Para peneliti di bidang fotosintesis buatan ingin mengembangkan perangkat yang meniru jalur kimia—disebut kopling karbon-karbon asimetris—tetapi untuk menemukan elektrokatalis sintetik yang bekerja seefisien katalis enzimatik alami bakteri telah menjadi tantangan.

"Tapi kami berpikir, jika mikroorganisme ini bisa melakukannya, seseorang harus bisa meniru sifat kimianya di laboratorium," kata Yang.

Peidong Yang/Berkeley Lab; courtesy of Nature Catalysis

Gambar mikroskop elektron dari nanopartikel tembaga berdiameter 7 nanometer (ditunjukkan kiri) dan nanopartikel perak (tengah). Di kanan: Gambar mikroskop elektron dari bahan ultrathin yang disintesis dari partikel nano tembaga dan perak, yang berpotensi digabungkan dengan kawat nano silikon penyerap cahaya untuk desain sistem fotosintesis buatan yang efisien.

Bakat tembaga untuk mengubah karbon menjadi berbagai produk bermanfaat pertama kali ditemukan pada tahun 1970-an. Berdasarkan studi sebelumnya, Yang dan timnya beralasan bahwa perangkat fotosintesis buatan yang dilengkapi dengan katalis tembaga harus mampu mengubah CO2 dan air menjadi gugus metil dan karbonil. Kemudian mengubah produk ini menjadi asetat. Jadi untuk satu percobaan, Yang dan tim merancang perangkat model dengan permukaan tembaga; kemudian, mereka memaparkan permukaan tembaga ke metil iodida cair (CH3I) dan gas CO, dan menerapkan bias listrik ke sistem.

Baca Juga: Awal Fotosintesis: Dari Bakteri Sekitar 2,9 Miliar Tahun Lalu

Baca Juga: Harapan untuk Pangan: Fotosintesis Buatan Tanpa Sinar Cahaya Matahari

Baca Juga: Singkap Sejarah Fotosintesis dengan Menghidupkan Kembali Enzim Kuno 

PROMOTED CONTENT

REKOMENDASI HARI INI

Kala Terbunuhnya De Bordes oleh Depresi, Jadi 'Sejarah Kecil' di Hindia Belanda