Teknologi Elektroreduksi mampu Mengubah CO2 menjadi Etilena

Pemanasan global terus menjadi ancaman bagi masyarakat manusia dan sistem ekologi, dan karbon dioksida menyumbang proporsi terbesar dari gas rumah kaca yang mendominasi pemanasan iklim. Untuk melawan perubahan iklim dan menuju tujuan netralitas karbon, para peneliti telah mengembangkan sistem elektroreduksi karbon dioksida yang tahan lama, sangat selektif, dan efisien energi. Sistem ini dapat mengubah karbon dioksida menjadi etilena untuk keperluan industri guna memberikan solusi efektif dalam mengurangi emisi karbon dioksida.

blank

Pemanasan global terus menjadi ancaman bagi umat manusia dan sistem ekologi, dengan karbon dioksida menyumbang proporsi terbesar dari gas rumah kaca yang mendominasi pemanasan iklim. Untuk melawan perubahan iklim dan mencapai tujuan netralitas karbon, para peneliti dari Hong Kong Polytechnic University (PolyU) telah mengembangkan sistem elektroreduksi karbon dioksida (CO2) yang tahan lama, sangat selektif, dan efisien energi. Sistem ini dapat mengubah CO2 menjadi etilena untuk keperluan industri, memberikan solusi efektif dalam mengurangi emisi CO2. Penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan di Nature Energy dan meraih Medali Emas dalam International Exhibition of Inventions Geneva di Swiss.

Etilena, C2H4, merupakan salah satu bahan kimia paling diminati secara global. Etilena umumnya digunakan dalam pembuatan polimer seperti polietilena, yang selanjutnya digunakan untuk membuat plastik dan serat. Sayangnya, sebagian besar etilena masih diperoleh dari sumber petrokimia, dan proses produksinya melibatkan pembentukan jejak karbon yang sangat signifikan.

blank
Dengan menggunakan struktur membran elektroda perakitan berbentuk sandwich yang memiliki membran pertukaran anion dan proton gabungan yang memisahkan katoda dan anoda, sistem ini mengubah karbon dioksida menjadi etilena.

Dipimpin oleh Prof. Daniel LAU, Chair Professor of Nanomaterials dan kepala Department of Applied Physics, tim penelitian mengadopsi metode elektrokatalisis reduksi CO2—menggunakan listrik hijau untuk mengubah karbon dioksida menjadi etilena, memberikan alternatif yang lebih ramah lingkungan dan produksi etilena yang stabil. Tim penelitian berupaya memajukan teknologi ini untuk mendekatkannya pada produksi massal, menutup lingkaran karbon, dan pada akhirnya mencapai netralitas karbon.

Inovasi Prof. Lau adalah menghilangkan elektrolit logam alkali dan menggunakan air murni sebagai anolit bebas logam untuk mencegah pembentukan karbonat dan pengendapan garam. Tim penelitian menamai desain mereka sebagai sistem APMA, di mana A melambangkan membran pertukaran anion (AEM), P mewakili membran pertukaran proton (PEM), dan MA menunjukkan hasil perakitan membran tersebut.

Ketika tumpukan sel tanpa logam alkali yang mengandung APMA dan elektrokatalis tembaga dibangun, itu menghasilkan etilena dengan spesifisitas tinggi sebesar 50%. Selain itu, sistem ini mampu beroperasi selama lebih dari 1.000 jam pada arus tingkat industri sebesar 10A—peningkatan usia pakai yang sangat signifikan dibandingkan dengan sistem yang sudah ada, yang berarti sistem ini dapat dengan mudah diperluas ke skala industri.

Uji lanjutan menunjukkan bahwa pembentukan karbonat dan garam dapat ditekan, sementara tidak ada kehilangan CO2 atau elektrolit. Hal ini sangat penting, karena sel sebelumnya yang menggunakan membran bipolar alih-alih APMA mengalami kehilangan elektrolit akibat difusi ion logam alkali dari anolit. Pembentukan hidrogen yang bersaing dengan etilena, masalah lain yang mempengaruhi sistem sebelumnya yang menggunakan lingkungan katoda asam, juga berhasil diminimalkan.

Salah satu fitur kunci dari proses ini adalah elektrokatalis khusus. Tembaga digunakan untuk mengkatalisis berbagai reaksi di industri kimia. Namun, katalis khusus yang digunakan oleh tim penelitian memanfaatkan beberapa fitur khas. Jutaan bola tembaga berukuran nano memiliki permukaan yang kaya tekstur, dengan langkah-langkah, kesalahan tumpukan, dan batas butiran. “Kesalahan” ini—dibandingkan dengan struktur logam ideal—memberikan lingkungan yang menguntungkan untuk kelangsungan reaksi.

Proyek inovatif dari PolyU ini merupakan hasil kolaborasi dengan para peneliti dari University of Oxford, National Synchrotron Radiation Research Centre of Taiwan, dan Jiangsu UniversiRRty.

Referensi :

[1] https://www.polyu.edu.hk/rio/news/2024/20240122—polyu-develops-high-efficiency-carbon-dioxide-electroreduction-system/ diakses pada 04 Februari 2024

[2] Xiaojie She, Lingling Zhai, Yifei Wang, Pei Xiong, Molly Meng-Jung Li, Tai-Sing Wu, Man Chung Wong, Xuyun Guo, Zhihang Xu, Huaming Li, Hui Xu, Ye Zhu, Shik Chi Edman Tsang, Shu Ping Lau. Pure-water-fed, electrocatalytic CO2 reduction to ethylene beyond 1,000 h stability at 10 ANature Energy, 2024; 9 (1): 81 DOI: 10.1038/s41560-023-01415-4

Tinggalkan Komentar

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