Para peneliti telah mengembangkan fotokatalis berefisiensi tinggi yang mengubah CO2 menjadi metana menggunakan kadmium selenida dan titanium dioksida amorf, mencapai konversi metana 99,3% dengan peningkatan regenerasi. Pekerjaan di masa depan akan fokus pada peningkatan efisiensi dan stabilitas energi untuk penggunaan komersial.
Sebuah tim peneliti di DGIST telah mengembangkan fotokatalis canggih yang secara efisien mengubah CO2 menjadi metana, yang berpotensi menawarkan solusi berkelanjutan untuk memerangi pemanasan global.
Profesor In Soo-il dan timnya dari Departemen Sains & Teknik Energi di DGIST telah berhasil mengembangkan fotokatalis yang sangat efisien. Inovasi ini mampu mengubah karbon dioksida (CO2), salah satu faktor penting dalam perubahan iklim, menjadi metana (CH4) yang biasa disebut gas alam.
Pemanasan global menyebabkan iklim tidak normal di seluruh dunia, mengancam kelangsungan hidup umat manusia. Mengurangi gas rumah kaca sangat penting untuk memecahkan masalah pemanasan global yang semakin mengkhawatirkan, yang memerlukan konversi karbon dioksida di atmosfer menjadi zat lain. Teknologi fotokatalitik adalah solusi ramah lingkungan yang mengubah karbon dioksida menjadi zat bermanfaat seperti gas alam hanya dengan menggunakan energi matahari dan air. Gas alam yang dihasilkan dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari sebagai bahan bakar untuk sistem pemanas dan pendingin serta kendaraan.
Peningkatan Bahan Fotokatalitik
Tim peneliti menggabungkan kadmium selenida, yang menyerap cahaya tampak dan inframerah, dengan titanium dioksida—oksida logam dan bahan fotokatalitik terkenal—untuk mengubah karbon dioksida menjadi gas alam dengan efisiensi tinggi.
Sebelumnya, kristal titanium dioksida, yang memiliki struktur kisi periodik, dianalisis sebagai bahan fotokatalitik. Namun, pembentukan situs aktif untuk kation trivalen titanium (Ti3+) terbatas karena susunan partikel yang teratur. Untuk mengatasi masalah ini, tim Profesor In meningkatkan reaksi katalitik menggunakan titanium dioksida amorf, yang dapat membentuk lebih banyak situs aktif untuk Ti.3+ melalui susunan partikel tidak teratur yang tidak memiliki periodisitas struktur kisi.
Selain katalisis yang lebih baik, proses transfer muatan juga stabil, memastikan pasokan elektron yang cukup untuk berpartisipasi dalam reaksi. Hal ini memfasilitasi konversi karbon dioksida menjadi senyawa karbon, khususnya bahan bakar metana. Selain itu, tidak seperti fotokatalis konvensional yang memerlukan suhu tinggi untuk regenerasi, katalis amorf dapat diregenerasi dalam waktu satu menit ketika oksigen disuplai ke reaktor tanpa pemanasan.
Efisiensi Tinggi dan Arah Penelitian Masa Depan
Fotokatalis titanium dioksida-kadmium selenida amorf (TiO2-CdSe) mempertahankan kinerja konversi metana sebesar 99,3% selama 6 jam pertama setelah 18 jam fotoreaksi, menjadikannya 4,22 kali lebih regeneratif dibandingkan fotokatalis kristal (C-TiO2-CdSe) memiliki komposisi yang sama.
“Studi ini penting karena kami telah mengembangkan katalis dengan situs aktif regeneratif dan mengidentifikasi mekanisme di mana karbon dioksida diubah menjadi metana menggunakan katalis amorf melalui penelitian kimia komputasi,” kata DGIST Profesor In. “Kami akan melakukan penelitian lanjutan untuk meningkatkan kehilangan energi fotokatalis amorf dan meningkatkan stabilitas jangka panjang untuk komersialisasi teknologi di masa depan,” tambahnya.
Referensi: “Mengungkap pengaruh dinamika situs aktif Ti3+/Ti4+ pada jalur reaksi dalam fotoreduksi CO2 fase gas-padat langsung” oleh Niket S. Powar, Sanghoon Kim, Junho Lee, Eunhee Gong, Chaitanya B. Hiragond, Dongyun Kim, Tierui Zhang, Minho Kim dan Su-Il In, 26 Maret 2024, Katalisis Terapan B: Lingkungan dan Energi.
DOI: 10.1016/j.apcatb.2024.124006
Penelitian ini didukung oleh Program Penelitian Menengah dan Program Kerjasama Korea Selatan-Tiongkok dari Kementerian Sains dan TIK.
