Nationalgeographic.co.id—Menghadapi tantangan global terkait perubahan iklim dan emisi karbon yang semakin mendesak, kebutuhan akan teknologi efisien untuk mengubah karbon dioksida (CO2) menjadi sumber daya bernilai seperti bahan bakar kimia menjadi krusial.
Untuk menjawab tantangan ini, tim riset di bawah pimpinan Dr. Dahee Park dari Divisi Penelitian Material Nano, Korea Institute of Materials Science (KIMS), bekerja sama dengan tim Profesor Jeong-Young Park dari Departemen Kimia, KAIST (lembaga sains dan teknik publik), telah mengembangkan teknologi katalis inovatif.
Teknologi ini dirancang untuk meningkatkan efisiensi konversi CO2 secara signifikan, mengatasi kendala teknologi konversi CO2 konvensional yang seringkali terhambat oleh efisiensi rendah dan kebutuhan energi yang tinggi.
Selain itu, katalis atom tunggal (SACs), yang merupakan fokus penelitian ini, juga menghadapi tantangan dalam hal metode sintesis yang kompleks serta kesulitan dalam menjaga kestabilan ikatan dengan penyangga oksida logam, faktor-faktor yang selama ini menghambat kinerja secara keseluruhan.
Oleh karena itu, terobosan dalam teknologi katalis yang dipublikasikan melali jurnal Applied Catalysis B: Environment and Energy dengan tajuk "Insights into the synergy effect in dual single-atom catalysts on defective CeO2 under CO2 hydrogenation" pada 24 Desember 2024 ini menjadi sangat penting untuk memajukan bidang konversi CO2.
Inovasi terkini dari teknologi katalis
Guna mengatasi berbagai keterbatasan dalam teknologi katalis yang ada, sebuah tim peneliti telah berhasil menciptakan terobosan inovatif melalui pengembangan teknologi katalis atom tunggal dan katalis atom tunggal ganda (DSAC).
Teknologi baru ini memperkenalkan pendekatan proses yang lebih sederhana dan efisien untuk meningkatkan kinerja katalis secara signifikan. Keunggulan utama dari inovasi ini terletak pada pemanfaatan interaksi elektronik yang terjadi antar atom-atom logam dalam konfigurasi DSAC.
Interaksi ini terbukti menghasilkan peningkatan tingkat konversi yang jauh lebih tinggi serta selektivitas yang sangat baik, melampaui kemampuan teknologi katalitik konvensional yang telah ada sebelumnya.
Pendekatan desain katalis dalam teknologi ini berfokus pada pengendalian yang presisi terhadap kekosongan oksigen serta struktur cacat yang terbentuk dalam penyangga oksida logam. Kontrol yang tepat ini menjadi kunci dalam meningkatkan efisiensi dan selektivitas reaksi konversi CO2 secara drastis.
Kekosongan oksigen berperan penting dalam memfasilitasi penyerapan molekul CO2 pada permukaan katalis, sementara konfigurasi atom tunggal dan atom tunggal ganda secara sinergis membantu dalam penyerapan hidrogen (H2).
Baca Juga: Metode Ilmiah Ini Sukses Ubah Karbon Dioksida Menjadi Energi Bersih, Sangat Efisien
Aksi gabungan yang terkoordinasi antara kekosongan oksigen, atom tunggal, dan atom tunggal ganda memungkinkan konversi CO2 dengan H2 menjadi senyawa-senyawa yang diinginkan berlangsung secara efektif dan efisien.
Secara khusus, seperti dilansir SciTechDaily, DSAC memanfaatkan interaksi elektronik antara dua atom logam untuk secara aktif mengatur jalur reaksi kimia, sehingga memaksimalkan efisiensi keseluruhan proses konversi CO2 ini.
Proses produksi yang sederhana
Tim riset telah mengembangkan metode pirolisis semprot berbantuan aerosol yang inovatif untuk mensintesis katalis secara efisien, menjanjikan produksi massal dengan proses yang disederhanakan.
Dalam metode ini, bahan cair diubah menjadi aerosol—partikel halus menyerupai kabut—dan dialirkan ke ruang yang dipanaskan, di mana katalis terbentuk secara langsung tanpa tahapan perantara yang rumit.
Keunggulan metode ini terletak pada kemampuannya untuk mendispersikan atom logam secara merata dalam penyangga oksida logam serta mengontrol struktur cacat dengan presisi tinggi.
Melalui kontrol struktur cacat yang akurat ini, tim peneliti berhasil menciptakan katalis atom tunggal dan atom tunggal ganda (DSACs) yang stabil, yang terbukti sangat efektif dalam konversi CO2.
Dengan memanfaatkan DSACs, penggunaan katalis atom tunggal dapat dikurangi sekitar 50%, namun secara signifikan meningkatkan efisiensi konversi CO2 lebih dari dua kali lipat dibandingkan metode konvensional, serta mencapai selektivitas yang sangat tinggi hingga lebih dari 99%.
Teknologi katalis yang menjanjikan ini memiliki potensi aplikasi luas di berbagai bidang, termasuk sintesis bahan bakar kimia, produksi hidrogen, dan pengembangan industri energi bersih.
Kesederhanaan proses produksi dan efisiensi tinggi yang ditawarkan oleh metode pirolisis semprot berbantuan aerosol ini menjadikan teknologi ini sangat prospektif untuk komersialisasi di masa depan.
Dr. Dahee Park menegaskan bahwa teknologi ini merupakan kemajuan signifikan dalam meningkatkan kinerja katalis konversi CO2 secara drastis sekaligus membuka jalan untuk komersialisasi melalui proses yang lebih sederhana, dan diharapkan menjadi teknologi inti dalam upaya mencapai netralitas karbon.
Senada dengan itu, Profesor Jeong-Young Park menambahkan bahwa riset ini menyediakan metode yang relatif sederhana untuk mensintesis jenis katalis atom tunggal baru yang dapat diaplikasikan dalam berbagai reaksi kimia,.
Selain itu, penelitian ini juga meletakkan fondasi penting untuk pengembangan katalis dekomposisi dan pemanfaatan CO2, yang merupakan area penelitian krusial dalam mengatasi pemanasan global akibat gas rumah kaca.
Penelitian ini mendapatkan dukungan dari proyek inti Institut Ilmu Material Korea, serta pendanaan dari Kementerian Sains dan TIK, Kementerian Perdagangan, Industri, dan Energi, serta Dewan Riset Nasional Sains dan Teknologi.
KOMENTAR