Menangani Kekhawatiran Karbon Dioksida dengan Material Fotokatalitik yang Baru Ditemukan

Volume emisi Karbon Dioksida global adalah tantangan paling berat yang kita hadapi saat ini. Emisi ini khususnya telah berkembang menjadi ancaman eksistensi selama 75 tahun terakhir. 

Pada tahun 1950, dunia menghasilkan 6 miliar ton karbon dioksida. Pada tahun 1990, jumlahnya menjadi 20 miliar ton. Dan kini lebih dari 35 miliar ton. Amerika Serikat saja telah menghasilkan sekitar 400 miliar ton Karbon dioksida sejak 1751, hampir seperempat dari total emisi hingga saat ini. Sejak 1751, volume kumulatif global emisi Karbon Dioksida telah mencapai 1,5 triliun ton. 

Karbon Dioksida dapat berasal dari banyak sumber, termasuk pembakaran bahan bakar fosil, kebakaran hutan, letusan gunung berapi, dll. Gas ini berbahaya karena merupakan gas penangkap panas. Karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya membentuk selimut atau penutup untuk menjebak panas yang seharusnya dapat dipancarkan planet ke luar angkasa. 

Yang lebih mengkhawatirkan adalah kemampuan penangkap panas karbon dioksida yang sangat besar, dan volume kecil karbon dioksida atmosfer dapat menjebak volume panas yang sangat besar. Angka emisi lebih dari 35 miliar ton yang kami bahas merupakan hasil dari keberadaan karbon dioksida yang hanya sebesar 0,04% dari atmosfer. 

Saat menjelaskan betapa kecilnya keberadaan karbon dioksida di atmosfer, Jason Smerdon, ilmuwan iklim di Lamont-Doherty Earth Observatory Universitas Columbia, memberikan analogi berikut: 

“Jika seseorang seukuran saya minum dua bir, kadar alkohol dalam darah saya akan sekitar 0,04 persen.” 

Namun, dia kemudian mengingatkan kita bahwa bahkan volume kecil suatu zat dapat menimbulkan konsekuensi tidak menguntungkan yang tak dapat diperbaiki. Ia melanjutkan dengan mengatakan: 

“Tidak diperlukan banyak sianida untuk meracuni seseorang. Hal ini tergantung pada bagaimana zat spesifik tersebut berinteraksi dengan sistem yang lebih besar dan apa yang dilakukannya untuk memengaruhi sistem tersebut.”

Oleh karena itu, sifat penangkap panas karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya merupakan ancaman yang harus ditangani dengan urgensi dan keseriusan tertinggi. 

Koalisi Iklim dan Udara Bersih, sebuah inisiatif yang diselenggarakan oleh UNEP, mengakui urgensi ini dengan istilah yang paling jelas. Mereka mengatakan: 

“Waktu kita semakin habis untuk menjaga pemanasan di bawah 2 derajat Celsius.”

Menurut Durwood Zaelke, Ketua Komite dan Presiden Institute for Governance and International Development (IGSD):

“Kita tidak dapat menyelesaikan masalah yang bergerak cepat seperti perubahan iklim dengan solusi yang bergerak lambat. Kecepatan adalah metrik baru kita—kecepatan untuk mengurangi SLCP hingga 2030, mencapai energi bersih dan emisi nol bersih pada 2050, serta menghilangkan bagian yang semakin besar dari karbon dioksida yang sudah kita hasilkan.”

Zaelke lebih lanjut mengkuantifikasi target dengan mengatakan:  

“Mengurangi SLCP dapat menghindari pemanasan sebesar 0,6 derajat pada pertengahan abad dan memiliki peran penting jika kita ingin menjaga pemanasan tetap pada 1,5 derajat.”

Di sini, SLCP adalah singkatan dari short-lived climate pollutants. Menangani kekhawatiran karbon dioksida adalah kebutuhan saat ini. Memenuhi urgensi yang belum pernah terjadi sebelumnya tidak akan mungkin tanpa solusi inovatif. Pada segmen berikut, kami membahas cara-cara inovatif yang baru-baru ini muncul. 

Peneliti Menunjukkan Cara Mengubah Karbon Dioksida menjadi Bahan Bakar Berkelanjutan

Tim peneliti internasional, yang terdiri dari perwakilan dari School of Chemistry Universitas Nottingham, Universitas Birmingham, Universitas Queensland, dan Universitas Ulm, telah merancang sebuah material yang dapat dianggap sebagai langkah signifikan dan menentukan dalam menghasilkan bahan bakar hijau baru.

Lebih tentang Material

Material tersebut berasal dari tembaga yang terikat pada nitrat karbon nanokristalin. Atom tembaga berada di dalam struktur nanokristalin, memungkinkan elektron bergerak dari nitrat karbon ke karbon dioksida. Pergerakan ini penting dalam menghasilkan metanol dari karbon dioksida di bawah iradiasi matahari. 

Jika berhasil mencapai skala, prosedur ini akan menyelesaikan salah satu masalah paling krusial dalam mengatasi ancaman yang ditimbulkan oleh karbon dioksida. 

Karbon dioksida, agen paling signifikan pemanasan global, dapat diubah menjadi produk berguna. Namun, sejauh ini, proses konversi tersebut mengharuskan kita bergantung pada hidrogen yang bersumber dari bahan bakar fosil. Tenaga surya digunakan untuk pertama kalinya. 

Penelitian ini menegaskan kebutuhan untuk mengembangkan metode alternatif, berbasis foto- dan elektrokatalisis, proses yang secara efisien memanfaatkan energi surya berkelanjutan dan kelimpahan air. 

Menurut Dr. Madasamy Thangamuthu, salah satu peneliti di School of Chemistry: 

“Ada beragam material yang digunakan dalam fotokatalisis. Penting bahwa fotokatalis menyerap cahaya dan memisahkan pembawa muatan dengan efisiensi tinggi. Dalam pendekatan kami, kami mengendalikan material pada skala nano. Kami mengembangkan bentuk baru nitrat karbon dengan domain kristalin nanoskal yang memungkinkan interaksi cahaya yang efisien serta pemisahan muatan yang memadai.”

Klik di sini untuk daftar saham penangkap karbon teratas.

Lebih tentang Proses

Proses pemanasan yang digunakan dalam penelitian memastikan nitrat karbon mencapai tingkat kristalinitas yang diperlukan, penting untuk memaksimalkan potensi material dalam fotokatalisis. Proses ini juga melibatkan sputtering magnetron untuk mengendapkan tembaga tanpa menggunakan pelarut. Ketiadaan pelarut ini memungkinkan kontak intim antara semikonduktor dan atom logam. 

Menurut Tara LeMercier, mahasiswa PhD di University of Nottingham School of Chemistry:

“Bahkan tanpa tembaga, bentuk baru nitrat karbon ini 44 kali lebih aktif daripada nitrat karbon tradisional. Namun, yang mengejutkan kami, penambahan hanya 1 mg tembaga per 1 g nitrat karbon meningkatkan efisiensi empat kali lipat. Yang paling penting, selektivitas berubah dari metana, gas rumah kaca lain, menjadi metanol, bahan bakar hijau yang berharga.”

Secara keseluruhan, percobaan ini pionir karena menggunakan katalis yang hanya terdiri dari elemen berkelanjutan. Menurut Profesor Andrei Khlobystov dari School of Chemistry:

“Pemanfaatan karbon dioksida memegang kunci untuk mencapai ambisi net-zero Inggris. Sangat penting memastikan keberlanjutan material katalis kami untuk reaksi penting ini. Keuntungan besar dari katalis baru ini adalah bahwa ia terdiri dari elemen berkelanjutan—karbon, nitrogen, dan tembaga—semuanya sangat melimpah di planet kita.”

Perusahaan di seluruh dunia sedang bekerja mengubah karbon menjadi energi hijau. Beberapa perusahaan ini telah memberi kami solusi yang sangat menarik, inovatif, dan efektif. 

#1. Climeworks

Climeworks dikenal karena fasilitas penangkapan dan penyimpanan udara langsungnya, yang menghilangkan karbon dioksida dari udara. Selain mengoperasikan fasilitas penghilangan karbonnya, Climeworks juga bermitra dengan pihak lain untuk memastikan portofolio lengkap solusi berkualitas tinggi bagi strategi net-zero global.

Perusahaan ini beroperasi di seluruh dunia dan menawarkan solusi beragam yang disesuaikan dengan kebutuhan spesifik. Misalnya, di Islandia, perusahaan, dengan bantuan mitra penyimpanannya Carbfix, memindahkan karbon dioksida jauh ke dalam tanah dan membuatnya bereaksi dengan batu basalt melalui proses alami sehingga emisi berbahaya dapat berubah menjadi batu dan tetap terenkapsulasi dengan aman selama lebih dari 10.000 tahun. 

Di Amerika Serikat, Climeworks telah mengumumkan tiga proyek di bawah program Regional DAC Hubs Departemen Energi AS. Proyek Cypress, yang mana Climeworks menjadi mitra pengembang, akan menerapkan metode penangkapan udara langsung untuk menghilangkan kelebihan karbon dioksida (CO2) dari atmosfer guna mencegah memperburuk peristiwa cuaca ekstrem, seperti badai, kekeringan, dan banjir, dalam jangka panjang. 

Di Zurich, Swiss, Climeworks telah mengembangkan fasilitas yang membantu menghasilkan sayuran netral karbon. Pabrik penangkapan udara langsungnya memompa gas ke dalam rumah kaca, meningkatkan fotosintesis tanaman dan meningkatkan hasilnya hingga 20%. Climeworks mengatakan akan mengekstrak sekitar 900 ton CO2 per tahun dari udara.

Menurut Matt Lucas dari Centre for Carbon Removal:

“Teknologi untuk menangkap CO2 dari udara, seperti unit Climeworks, memiliki potensi penurunan harga tajam seperti yang kita lihat pada tenaga surya, angin, dan baterai, yang juga merupakan produk manufaktur pabrik.”

Pada 9 April 2024, Climeworks menerima 2,2 juta CHF (26 juta NOK) dalam pendanaan Norwegia dari Enova, perusahaan milik negara yang dimiliki oleh Kementerian Iklim dan Lingkungan Pemerintah Norwegia. 

Dua tahun lalu, Climeworks telah menandatangani putaran ekuitas sebesar CHF 600 juta (USD 650 juta). Daftar investor mencakup beberapa investor institusional teknologi dan infrastruktur terkenal dan besar secara global.

#2. Heirloom Carbon

Heirloom Carbon telah membangun fasilitas penangkapan udara langsung komersial pertama di Amerika Serikat. Ditenagai sepenuhnya oleh energi terbarukan, fasilitas ini secara permanen menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer. 

Ia memanfaatkan proses mineralisasi karbon, di mana batuan seperti Kapur—yang dikenal sebagai penyerap karbon alami—menangkap sejumlah besar CO2 seiring waktu. Sebagai salah satu batuan paling melimpah di planet, Kapur dapat menangkap sejumlah besar CO2 dari udara selama bertahun-tahun. Teknologi Heirloom Carbon mempercepat proses ini menjadi hanya beberapa hari. 

Teknologi Heirloom memiliki banyak manfaat. Ia secara permanen menghilangkan karbon dioksida, memastikan gas tersebut tetap tersimpan dengan aman di bawah tanah selamanya. Layanan Heirloom juga memiliki jejak lingkungan yang minimal, karena fasilitasnya dapat menghilangkan 50 ton CO2 per meter persegi dan dapat ditempatkan di lahan yang tidak dapat diolah.

Seiring waktu, Heirloom percaya layanan mereka akan menjadi sangat hemat biaya, dengan kredit penghilangan karbon mereka berharga kurang dari US$100 per ton karbon dioksida pada tahun 2035. 

Pada April 2022, Heirloom mengumpulkan US$ 1 juta sebagai hibah dari Mask Foundation dan XPRIZE. Mereka mengumpulkan US$ 53 juta dalam seri A dari AENU dan selusin investor lain pada 17 Maret 2022. Pada Juni 2021, Heirloom menerima hibah senilai US$255.737 dari National Science Foundation. 

Fokus pada Rencana Menangani Emisi Karbon yang Komprehensif

Rencana semacam itu melihat siklus hidup keseluruhan emisi karbon dan merencanakan penanganannya di mana saja dengan cara yang paling bijaksana, dioptimalkan lokasi, dan efisien. Misalnya, solusi seperti Climate TRACE membantu mengidentifikasi hotspot emisi global dengan satelit dan pembelajaran mesin. Perusahaan seperti CarbonChain, di sisi lain, membantu mengurangi emisi dalam rantai pasokan dengan membantu perusahaan memprofilkan emisi mereka saat ini dan menemukan cara menguranginya melalui penggunaan kecerdasan buatan. Mengenali kebocoran energi juga merupakan bagian dari rencana komprehensif ini. 

Setelah proses identifikasi selesai, ada tiga cara yang mungkin untuk menangani kekhawatiran karbon dioksida. Yang pertama berfokus pada menghentikan kerusakan iklim lebih lanjut dari emisi karbon dioksida. Yang kedua menangani peningkatan efisiensi energi sehingga kami dapat mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil. Yang ketiga, yang juga paling ambisius di antara ketiganya, berupaya membalikkan kerusakan yang sudah terjadi. 

Untuk solusi spesifik, banyak ide telah berkembang. Ilmuwan telah menganjurkan pertanian tanaman atau rumput laut yang dapat menyerap CO2 dari atmosfer saat tumbuh, sekaligus berfungsi sebagai sumber energi terbarukan. Eksperimen yang lebih terobosan dan radikal melibatkan contoh seperti polimer baru yang dapat mengumpulkan energi surya. Polimer ini kemudian dapat diterapkan pada tekstil sehingga pakaian kita berfungsi ganda sebagai sumber energi hijau dan mobile. 

Selama bertahun-tahun, banyak aplikasi dan solusi menarik telah dikembangkan dalam bidang pembalikan kerusakan. Misalnya, ilmuwan sedang bekerja dengan beton berbasis karbon yang melepaskan CO2 dari buang industri ke Limestone sintetis, bahan utama beton. Dalam hal ini, kita harus ingat bahwa produksi beton menyumbang 4% hingga 8% emisi CO2 dunia. 

Pekerjaan juga sedang berlangsung untuk mengembangkan tanaman pemakan karbon, pupuk yang menyerap karbon, dan banyak lagi. 

Dengan semua inovasi ini, kita harus memastikan pengurangan bersih 55% atau lebih di bawah tingkat 1990 pada tahun 2030 dan tujuan netralitas iklim pada tahun 2050. Meskipun masih banyak yang harus dilakukan dalam transisi dari bahan bakar fosil ke energi bersih dan terbarukan, kerja sama global juga harus efektif dalam menghentikan deforestasi, menggunakan lahan secara berkelanjutan, dan memulihkan alam. 

Upaya berkelanjutan pada akhirnya akan membantu kita menyeimbangkan volume gas rumah kaca yang dilepaskan ke atmosfer dengan penangkapan dan penyimpanan gas-gas ini di hutan, lautan, dan tanah kita.