Perubahan iklim yang disebabkan oleh gas rumah kaca, khususnya karbon dioksida (CO2), menjadi salah satu tantangan terbesar dalam menjaga keberlanjutan planet kita. Karbon dioksida, CO2, meskipun merupakan salah satu penyebab utama pemanasan global, sebenarnya dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk memproduksi berbagai produk berguna. Salah satu cara untuk melakukan konversi CO2 menjadi produk yang berguna adalah dengan menggunakan proses elektrokatalisis. Pada Februari 2025, sekelompok peneliti dari University of Nottingham dan University of Birmingham berhasil mengembangkan katalis baru yang dapat mengubah CO2 menjadi produk berharga dengan efisiensi tinggi, sekaligus berpotensi membantu mengurangi dampak perubahan iklim.
Apa Itu Elektrokatalisis dan Mengapa Penting?
Elektrokatalisis adalah proses kimia di mana energi listrik digunakan untuk memicu reaksi kimia yang mengubah molekul tertentu menjadi produk lain. Dalam hal ini, reaksi utama adalah mengubah CO2 menjadi formiat, yang banyak digunakan dalam industri kimia, farmasi, dan produksi bahan polimer. Salah satu tantangan besar dalam elektrokatalisis adalah meningkatkan efisiensi konversi CO2 sambil mempertahankan kestabilan katalis yang digunakan.
Pada umumnya, katalis yang digunakan dalam reaksi ini mengalami penurunan kinerja setelah digunakan untuk waktu yang lama. Namun, penemuan terbaru ini mengungkapkan sebuah metode yang memungkinkan katalis tersebut untuk “menyesuaikan diri” dan meningkat seiring waktu, memberikan hasil yang lebih baik dalam proses konversi CO2.
Penemuan Katalis Baru dengan Timah pada Skala Nano
Peneliti dari University of Nottingham dan University of Birmingham menciptakan katalis yang terbuat dari partikel-partikel timah (Sn) yang didukung oleh struktur karbon bertekstur nano. Timah, yang merupakan bahan melimpah dan ramah lingkungan, dipilih karena kemampuannya dalam mengkonversi CO2 menjadi formiat dengan efisiensi yang tinggi.
Timah yang digunakan dalam katalis ini berada pada skala mikro, namun saat proses elektrokatalisis berlangsung, partikel timah ini akan terpecah menjadi partikel nano yang lebih kecil. Proses ini meningkatkan interaksi antara partikel timah dengan serat karbon bertekstur nano, yang pada gilirannya memperbaiki kinerja katalis dalam mengalirkan elektron dan meningkatkan efisiensi reaksi konversi CO2.
Bagaimana Katalis Ini Bekerja?
Katalis yang dikembangkan oleh tim ini memiliki struktur yang sangat penting. Partikel timah yang lebih besar pertama-tama ditempatkan pada substrat karbon bertekstur nano. Selama reaksi konversi CO2, partikel timah ini secara bertahap terpecah menjadi partikel yang lebih kecil, sekitar 3 nm. Ukuran partikel yang lebih kecil ini memungkinkan interaksi yang lebih baik dengan substrat karbon, meningkatkan konduktivitas listrik dan mengurangi hambatan transfer elektron.
Selama 48 jam pengujian, para peneliti mengamati peningkatan aliran arus listrik melalui katalis ini, yang menunjukkan bahwa katalis ini terus beradaptasi dan meningkatkan kemampuannya untuk mengonversi CO2 menjadi formiat, bahkan setelah waktu penggunaan yang lama. Dengan cara ini, tim peneliti berhasil meningkatkan produktivitas hingga tiga kali lipat, sambil mempertahankan hampir 100% selektivitas terhadap formiat.
Keunggulan Katalis Timah pada Skala Nanoseluler
Salah satu keunggulan utama dari penemuan ini adalah kemampuan katalis untuk beradaptasi dengan kondisi operasional, yang biasanya menyebabkan penurunan kinerja pada katalis konvensional. Ketika partikel timah ini terpecah menjadi ukuran yang lebih kecil, jumlah situs aktif yang dapat terlibat dalam reaksi meningkat secara signifikan, yang menyebabkan peningkatan produktivitas tanpa mengorbankan selektivitas produk.
Penemuan ini juga mengatasi masalah umum yang ditemukan dalam penelitian sebelumnya, di mana perubahan struktur katalis justru merugikan efisiensi reaksi. Sebaliknya, pada katalis timah ini, perubahan struktur justru mendukung proses konversi CO2 dengan lebih efisien, yang sangat menjanjikan untuk aplikasi skala besar.
Implikasi Lingkungan dan Ekonomi
Dengan penemuan ini, para peneliti berharap dapat membuka jalan bagi konversi CO2 yang lebih berkelanjutan dan efisien. Proses ini tidak hanya mengurangi emisi CO2 yang berkontribusi terhadap perubahan iklim, tetapi juga menyediakan cara untuk menghasilkan produk bernilai tinggi seperti formiat, yang digunakan dalam berbagai industri.
Selain itu, karena timah adalah bahan yang melimpah dan relatif murah, katalis ini menawarkan potensi ekonomi yang signifikan. Dibandingkan dengan katalis berbasis logam langka atau mahal, seperti platinum atau emas, katalis berbasis timah ini dapat diproduksi dalam jumlah besar dengan biaya yang lebih rendah, menjadikannya solusi yang sangat menarik untuk konversi CO2 secara komersial.
Masa Depan Katalisis Elektrokimia
Penemuan ini bukan hanya sekadar terobosan dalam bidang penelitian katalisis, tetapi juga langkah penting menuju pengembangan teknologi yang dapat membantu dunia mengatasi tantangan perubahan iklim. Dengan kemajuan dalam desain katalis dan pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme elektrokatalisis, kita dapat berharap untuk melihat solusi yang lebih efisien dan ramah lingkungan dalam proses konversi CO2 di masa depan.
Tim berharap bahwa katalis berbasis timah ini dapat dikembangkan lebih lanjut untuk aplikasi industri, yang akan memungkinkan penggunaan CO2 sebagai sumber daya yang dapat diperbarui dan mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil. Dengan inovasi seperti ini, kita dapat mulai bergerak menuju ekonomi yang lebih hijau dan berkelanjutan.
Kesimpulan
Penemuan katalis timah berstruktur nano ini merupakan lompatan besar dalam upaya konversi CO2 menjadi produk berguna secara berkelanjutan. Dengan meningkatkan efisiensi dan kestabilan katalis, penelitian ini membuka potensi besar untuk mengurangi dampak perubahan iklim dan mendukung industri ramah lingkungan. Ini adalah contoh bagaimana teknologi dan inovasi dalam ilmu material dapat berperan besar dalam menjaga masa depan planet kita.
Dengan pendekatan yang berbasis pada bahan yang melimpah dan mudah diproduksi, seperti timah, kita bisa berharap akan muncul lebih banyak solusi berbasis elektrokatalisis yang efisien dan terjangkau dalam upaya global mengurangi emisi gas rumah kaca.
Referensi:
[1] https://www.nottingham.ac.uk/news/nanoscale-tin-catalyst-discovery-paves-the-way-for-sustainable-co2-conversion, diakses pada 19 Februari 2025
[2] Tom Burwell, Madasamy Thangamuthu, Elena Besley, Yifan Chen, Jasper Pyer, Jesum Alves Fernandes, Anabel E. Lanterna, Peter Licence, Gazi N. Aliev, Wolfgang Theis, Andrei N. Khlobystov. In Situ Transformation of Tin Microparticles to Nanoparticles on Nanotextured Carbon Support Boosts the Efficiency of the Electrochemical CO2 Reduction. ACS Applied Energy Materials, 2025; DOI: 10.1021/acsaem.4c02830
