Karbon Nanotube sebagai Media Penyimpanan Energi Hidrogen di Masa Depan

Ditulis Oleh Dilla Nursyafitri

Kebutuhan hidup manusia sampai waktu di masa mendatang bergantung kepada ketersediaan energi. Saat ini manusia masih menggunakan energi fosil yang mampu memenuhi kebutuhan energi dalam skala besar. Sedangkan sumber energi terbarukan belum sepenuhnya digunakan dengan alasan fluktuasi potensi dan biaya yang belum dapat bersaing dengan energi konvensional. Sementara di sisi lain manusia dihadapkan dengan menipisnya cadangan energi fosil dan dampak kerusakan lingkungan akibat penggunaan energi tersebut. Melihat permasalahan ini banyak dikembangkan penelitian intensif untuk menemukan dan mengoptimalkan dalam pemakaian energi alternatif. Sumber energi berbahan dasar hidrogen belakangan ini menarik perhatian banyak negara maju karena akan menjadi bahan bakar ramah lingkungan dan lebih efisien.

Gas Hidrogen termasuk gas reaktif, bahkan pada konsentrasi 4-47% gas hidrogen membentuk campuran ekplosif dengan udara. Campuran akan spontan meledak karena dipicu oleh api, panas atau sinar matahari. Alasan inilah yang membuat penggunaan bahan bakar hidrogen harus dengan hati-hati. Berbagai teknologi penyimpanan gas hidrogen telah dikembangkan dengan mempertimbangkan efisiensi, biaya, keawetan, waktu pengisian dan pengosongan (charge and discharge) serta temperatur kerja.

Salah satu bentuk penyimpanan energi gas hidrogen yang akan kami kembangkan adalah menggunakan Carbon Nanotube. Carbon nanotubes (CNT) adalah kelas bahan nano yang terdiri dari kisi heksagonal atom karbon dua dimensi, ditekuk dan disatukan dalam satu arah sehingga membentuk silinder berlubang. Karbon nanotube adalah salah satu alotrop karbon, khususnya kelas  fullerene, antara buckyballs (cangkang tertutup) dan graphene (lembaran datar). Carbon nanotubes cukup menjanjikan sebagai materi ukuran nano yang cocok untuk berbagai aplikasi karena sifat-sifat elektriknya, kekuatan mekanik yang baik, dan resistensi yang rendah .Carbon nanotubes merupakan material anorganik yang memiliki pori-pori, luas permukaan yang besar, rapat energi tinggi, dan waktu hidup yang lama. Dengan sifat-sifat tersebut, carbon nanotubes akan bermanfaat apabila digunakan untuk sistem desalinasi karena mampu menyimpan materi gas hidrogen tersebut. Karena merupakan fenomena permukaan maka semakin luas permukaan kontak makin tinggilah efisiensi pengolahan.^[1]

Berkat struktur nano dan kekuatan ikatan antar atom, molekul karbon silindris ini memiliki kekakuan mekanik dan kekuatan tarik yang luar biasa. Mereka juga memiliki stabilitas kimia sedang, konduktivitas listrik tinggi, dan konduktivitas termal luar biasa. Sifat-sifat ini diharapkan bernilai di banyak bidang teknologi, seperti elektronik, optik, material komposit (menggantikan atau melengkapi serat karbon), nanoteknologi, dan aplikasi ilmu material lainnya.

Karbon Nanotube dimodelkan dengan cara yang sama seperti komposit tradisional di mana fase penguat ditutup dengan fase matriks. Model ideal seperti model silinder, heksagonal dan square adalah bentuk yang umum. Identitas sebenarnya dari penemu karbon nanotube adalah subjek dari beberapa kontroversi. Editorial 2006 yang ditulis oleh Marc Monthioux dan Vladimir Kuznetsov dalam jurnal Carbon menggambarkan asal-usul nanotube karbon yang menarik dan sering salah saji. Sebagian besar literatur akademis dan populer mengaitkan penemuan tabung berongga, berukuran nanometer yang terdiri dari karbon grafis kepada Sumio Iijima dari NEC pada tahun 1991. Ia menerbitkan sebuah makalah yang menggambarkan penemuannya yang memicu kegembiraan dan dapat dianggap sebagai sumber inspirasi. banyak ilmuwan sekarang mempelajari aplikasi karbon nanotube. Meskipun Iijima telah diberi banyak penghargaan untuk menemukan nanotube karbon, ternyata garis waktu karbon nanotube kembali lebih jauh dari tahun 1991. Teknologi penyimpanan energi hidrogen melalui metode ini dinamakan fisisorbsi. Metode ini akan membuat hidrogen diadsorbsi pada permukaan berpori salah satunya karbon nanotube. Penggunaan teknologi ini belum banyak dikembangkan lebih lanjut penelitiannya.

Sintesis CNT memakai metode spray-pyrolyisis. Pada sintesis CNT, bahan dasar yang digunakan adalah benzena dan ferrocene sebagai katalisator. Pencampuran benzena (C₆H₆) dengan ferrocene dilakukan sebelum penginjeksian ke dalam tabung quartz di dalam furnace. Benzena berperan sebagai sumber hidrokarbon, sedangkan ferrocene

sebagai katalis yang membantu dalam proses penumbuhan karbon hasil pemanasan. Penginjeksian dalam tabung quartz disertai dengan aliran gas argon 5 liter/menit dengan maksud untuk mendorong keluar gas pengganggu yang berasal dari lingkungan, terutama gas oksigen dan gas-gas lain yang berada di dalam tabung tersebut. Sintesis dilakukan

pada suhu 900°C. Penambahan karbon nanotube (CNT) bertujuan untuk mengurangi resistensi pada karbon aktif karena sifat kelistrikan dan kekuatan mekanik yang baik, dan resistensi rendah. Tabung-tabung CNT yang kecil dan memanjang akan menyusup dan menjadi jembatan pada struktur makroporos dan mesoporos karbon aktif, sehingga akan meningkatkan konduktivitas komposit elektroda dan mengakibatkan resistensi berkurang.^[2]

Keuntungan menggunakan energi hidrogen selain bebas polusi, mesin bekerja lebih baik dan beroperasi pada efisiensi yang tinggi daripada  mesin pembakaran internal ketika akan dikonversikan menjadi energi listrik. Sedangkan kekurangannya energi hidrogen membutuhkan biaya yang cukup besar karena infrastruktur yang ada saat ini belum dibuat untuk mengakomodasi bahan bakar hidrogen dan cenderung lebih sulit dalam hal penyimpanannya. Sebelum energi ini memainkan peranan yang besar serta menjadi energi alternatif di kemudian hari, segala aspek fasilitas harus dipersiapkan dengan matang termasuk dalam proses produksi dan bentuk penyimpanannya agar masyarakat dapat menggunakannya dengan aman serta ekonomis.

Daftar Pustaka

[1] S. B. Sinnott & R. Andreys (2001). “Carbon Nanotubes: Synthesis, Properties, and Applications”. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 26 (3): 145–249. Bibcode:2001CRSSM..26..145S. doi:10.1080/20014091104189.

[2] Widagdo,E.A., Pardoyo dan Agus, S.2008. Pemanfaatan Carbon Nanotube dan Karbon Aktif Sebagai Elektroda Model Desalinasi. Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi. 11(3): 90-95.