Mengubah CO2 menjadi CO dan O2 dengan Teknologi Elektrolisis yang Lebih Ekonomis

Gas karbon dioksida (CO2) merupakan salah satu gas penting yang perlu dipertahankan keberadaannya di bumi, salah satunya untuk kepentingan pertumbuhan tanaman. Gas CO2 dikenal juga sebagai gas rumah kaca dengan konsentrasi standar CO2 di atmosfir adalah 250 – 350 ppm[1]. Gas rumah kaca lainnya adalah gas metana (CH4), gas nitrogen oksida (NO) dan gas fluorine (F-gases). Keberadaan gas-gas tersebut diperlukan oleh Bumi untuk menjaga temperatur permukaan Bumi untuk tetap hangat. Temperatur rata-rata permukaan Bumi tanpa gas-gas rumah kaca sekitar -18oC.

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.

Gambar 1. Kenaikan konsentrasi gas CO2 di dunia[2]

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.

Gambar 2. Hasil SEM CuO sebelum dan sesudah dimodifikasi oleh SnO[3]

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).

Baca juga:

Gambar 3. Skema elektrolisis CO2[3]

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:

Anoda                         : 2OH    ⇒   H2O +  O2 + 2e

Katoda                        : CO2 + 2H+ + 2e    ⇒    CO + H2O

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.

Gambar 4. Prototipe sel elektrolisa berukuran 20 cm2 [3]

This is the first time that such a bi-functional and low-cost catalyst is demonstrated,” adds Schreier. “Very few catalysts—except expensive ones, like gold and silver—can selectively transform CO2 to CO in water, which is crucial for industrial applications.[5]

Referensi

[1] What are safe levels of CO and CO2 in rooms?. https://www.kane.co.uk/knowledge-centre/what-are-safe-levels-of-co-and-co2-in-rooms (diakses pada 29 Desember 2017)

[2] Dlugokencky, Ed dan Pieter T. 2017. Global CO2 Concentrations (parts per million) 1980-2016. www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/ (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 https://www.space.com/16903-mars-atmosphere-climate-weather.html

[5] Papageorgiou, N. 2017. Splitting carbon dioxide using low-cost catalyst materials. https://actu.epfl.ch/news/splitting-carbon-dioxide-using-low-cost-catalyst-m/ (diakses pada 29 Desember 2017)

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Fauzi Yusupandi

Fauzi Yusupandi

Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB

2 tanggapan untuk “Mengubah CO2 menjadi CO dan O2 dengan Teknologi Elektrolisis yang Lebih Ekonomis

  • 02 Juni 2018 pada 17:19
    Permalink

    kalau co2 diuraikan menjadi co, bukannya gas karbon monoksida (co) itu berbahaya ketika terhirup ya? gas co lebih cepat mengikat hemoglobin banding co2 shg menyebabkan o2 (oksigen) berkurang dlm tubuh. jika tdk segera ditangani bs menyebabkan kematian.

    Balas
  • Fauzi Yusupandi
    02 Juni 2018 pada 21:13
    Permalink

    Terimakasih atas pertanyaannya. gas CO memang berbahaya jika dilepas begitu saja ke lingkungan, tetapi ketika skala lab atau industri pasti safety dan handling produknya akan sangat diperhatikan. Seperti halnya saat akan membuat pipa paralon (PVC), itu kan dari gas beracun juga (klor) tapi kenapa industrinya ada. Nah yang pasti ketika dlakukan pada skala lab atau industri, gas-gas beracun tadi dipastikan akan ditangani dengan baik sehingga tidak berbahaya bagi manusia.

    Balas

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *