Energi
Bahan Bakar Alternatif – Bagaimana Cahaya Dapat Membantu Mengubah Ulang Karbon Dioksida
Salah satu penyebab terbesar perubahan iklim adalah karbon dioksida (CO2). Gas rumah kaca penting, CO2, merupakan hasil pembakaran bahan bakar fosil (seperti minyak, batu bara, dan gas alam). CO2 juga terjadi secara alami melalui pernapasan manusia, respirasi tumbuhan, dan letusan gunung berapi.
Kebakaran hutan merupakan alasan penting lainnya untuk emisi CO2, dengan perkiraan 2.170 juta ton metrik dilepaskan pada tahun 2023 saja.
Sebuah studi baru menemukan bahwa emisi CO2 dari kebakaran hutan sebenarnya telah meningkat sebesar 60% secara global selama 23 tahun terakhir.
Dipimpin oleh University of East Anglia (UEA), studi tersebut mengelompokkan wilayah dunia ke dalam ‘pyromes,’ yaitu daerah di mana pola kebakaran hutan dipengaruhi oleh kontrol iklim, manusia, dan lingkungan yang serupa.
Dengan itu, studi tersebut meneliti perbedaan antara kebakaran hutan dan non‑hutan, yang mengungkap faktor kunci yang mendorong peningkatan aktivitas kebakaran hutan baru-baru ini.
Menurut studi, emisi CO2 dari kebakaran di salah satu pyromes terbesar hampir tiga kali lipat antara 2001 dan 2023. Pyromes ini, yang mencakup hutan boreal di Eurasia dan Amerika Utara, memiliki beberapa hutan boreal utara yang paling sensitif terhadap iklim.
Peningkatan signifikan telah terlihat secara lebih luas di hutan ekstratropik, menambah setengah miliar ton karbon dioksida setiap tahun. Pusat emisi CO2 juga bergerak menuju wilayah ekstratropik, menjauh dari hutan tropis.
Peningkatan emisi telah dikaitkan dengan peningkatan kondisi cuaca yang mendukung kebakaran, seperti kondisi panas dan kering selama gelombang panas dan kekeringan. Selain itu, laju pertumbuhan hutan yang meningkat menghasilkan lebih banyak bahan bakar vegetasi. Tren ini semakin didukung oleh kenaikan suhu di lintang utara tinggi, yang terjadi dua kali lebih cepat dibandingkan tingkat global.
Tidak hanya terjadi peningkatan substansial dalam luas kebakaran hutan, tetapi tingkat keparahannya juga meningkat selama dua dekade terakhir.
Kecepatan pembakaran karbon, yang mengukur keparahan kebakaran berdasarkan karbon yang dilepaskan per unit area terbakar, melonjak hingga 50% di seluruh hutan secara global selama periode ini. Menurut penulis utama Dr Matthew Jones dari Tyndall Centre for Climate Change Research di UEA:
“Peningkatan baik dalam luas maupun keparahan kebakaran hutan telah menyebabkan kenaikan dramatis dalam jumlah karbon yang dilepaskan oleh kebakaran hutan secara global. Perubahan signifikan dalam geografi global kebakaran juga sedang berlangsung, dan hal itu terutama dijelaskan oleh dampak yang semakin besar dari perubahan iklim di hutan boreal dunia.”
Dampak Kebakaran Hutan terhadap Upaya Sekuestrasi Karbon
Ilmuwan dari seluruh dunia berkumpul untuk studi baru ini dan memperingatkan bahwa untuk mencegah pertumbuhan terus‑menerus kebakaran hutan, kita harus mengatasi penyebab utama perubahan iklim.
“Untuk melindungi ekosistem hutan yang kritis dari ancaman kebakaran hutan yang semakin cepat, kita harus menahan pemanasan global, dan ini menekankan mengapa sangat penting untuk membuat kemajuan cepat menuju emisi nol bersih.”
– Dr. Jones, Peneliti Independen NERC
Hutan itu sendiri memainkan peran penting dalam mencapai target iklim internasional. Mereka, pada dasarnya, membantu menghilangkan CO2 dari atmosfer dengan berfungsi sebagai penyerap karbon.
Cara kerjanya adalah hutan menyerap karbon dioksida dari atmosfer dan menyimpannya dalam bentuk biomassa, kayu mati, dedaunan, dan tanah, yang disebut sekuestrasi karbon, dan hal ini mengurangi laju pemanasan global.
Oleh karena itu, pemerintah di seluruh dunia telah memperkenalkan program reboisasi dan aforestasi untuk menyeimbangkan emisi CO2 manusia, terutama dari sektor seperti penerbangan dan industri tertentu. Keberhasilan program ini, bagaimanapun, bergantung pada penyimpanan karbon permanen di hutan, yang terancam oleh kebakaran hutan.
Dengan kebakaran ekstratropik yang sudah memancarkan setengah miliar ton CO2 lebih banyak dibandingkan tahun 2001 dan efek jangka panjang tergantung pada pemulihan hutan, kebakaran hutan yang lebih luas dan parah menyeimbangkan emisi dengan karbon yang ditangkap oleh pemulihan pasca‑kebakaran. Dr. Jones berkata:
“Tren tajam menuju peningkatan emisi kebakaran hutan ekstratropik merupakan peringatan tentang kerentanan hutan yang semakin meningkat, dan ini menimbulkan tantangan signifikan bagi target global dalam mengatasi perubahan iklim.”
Dia lebih lanjut menyatakan bahwa setelah kebakaran parah, hutan diketahui pulih dengan buruk. Oleh karena itu, kita perlu memperhatikan dengan seksama bagaimana peningkatan keparahan kebakaran akan memengaruhi penyimpanan karbon hutan dalam beberapa tahun mendatang.
Di tengah semua ini, telah terjadi pengurangan pembakaran sabana tropis yang rentan kebakaran, dengan studi sebelumnya menunjukkan bahwa sejak 2001, area yang terbakar oleh kebakaran hutan maupun non‑hutan telah turun sebesar seperempat secara global.
Dengan latar belakang pengurangan pembakaran di padang rumput dan sabana, studi tersebut, menurut penulisnya, menunjukkan bahwa kebakaran terus terjadi semakin sering di tempat yang tidak seharusnya, yaitu hutan telah menutupi peningkatan luas dan keparahan kebakaran hutan. Ini merupakan “ancaman terbesar bagi manusia dan penyimpanan karbon penting,” kata Dr. Jones.
Pengamatan baru ini dibuka dengan bantuan pembelajaran mesin, yang digunakan untuk mengelompokkan eko‑region hutan menjadi 12 pyromes berbeda. Seperti yang kami bagikan baru‑baru ini, model AI kini banyak digunakan untuk mendeteksi kebakaran hutan secara dini. Potensi luar biasa AI dan pembelajaran mesin semakin ditingkatkan oleh basis data kejadian kebakaran yang terus berkembang.
Dalam studi baru ini, penggunaan AI untuk pengelompokan memungkinkan ilmuwan memisahkan efek perubahan iklim dari faktor lain seperti produktivitas vegetasi dan penggunaan lahan. Lebih lanjut, memahami apa yang menyebabkan kebakaran di berbagai pyromes penting untuk mengembangkan strategi efisien dalam memprediksi dan mengurangi kebakaran hutan serta melindungi hutan.
“Pembiayaan yang substansial diperlukan untuk mendukung program strategis pengelolaan hutan, keterlibatan pemangku kepentingan, dan edukasi publik, yang semuanya mewakili pergeseran signifikan strategi manajemen kebakaran dari yang sebagian besar reaktif menjadi semakin proaktif.”
– Dr. Jones
Frontier Baru: Mengubah CO2 menjadi Produk Bernilai
Selain sekuestrasi karbon, cara lain untuk mengurangi dampak negatif CO2 pada lingkungan adalah mengubahnya menjadi produk bernilai.
Ini mencakup konversi CO2 menjadi nanofiber karbon, yang dapat digunakan untuk memperkuat bahan bangunan, menggabungkannya dengan hidrogen untuk menghasilkan bahan bakar seperti metana, metanol, bensin, dan bahan bakar penerbangan, serta mengubah CO2 menjadi bahan kimia dan produk lain seperti farmasi, aditif makanan, dan wewangian.
Sebuah studi baru meningkatkan konversi CO2 menjadi produk bernilai dengan menggabungkan cahaya tampak dan elektrokimia.
Saat melakukannya, tim menemukan penemuan mengejutkan bahwa cahaya tampak secara signifikan meningkatkan selektivitas, yang merupakan atribut kimia penting. Penemuan ini membuka jalur baru untuk konversi CO2 serta banyak reaksi kimia lain yang digunakan dalam penelitian katalisis dan manufaktur kimia.
Mengubah CO2 menjadi pembawa energi alih‑alih limbah atau emisi melalui daur ulang merupakan cara yang bagus untuk mengurangi perubahan iklim. Di sini, karbon dioksida diubah menjadi bahan bakar, bahan kimia, material, dan energi termal.
Beberapa cara daur ulang CO2 meliputi fotosintesis buatan, proses di mana energi surya dimanfaatkan untuk mensintesis bahan kimia menggunakan CO2 sebagai bahan baku. Selanjutnya, ada konversi elektrokimia, di mana listrik digunakan untuk mengubah CO2 menjadi bahan kimia seperti etanol, asam asetat, atau asam format.
Studi baru tersebut memanfaatkan reduksi elektrokimia untuk mendaur ulang karbon dioksida menjadi produk bernilai. Dalam proses ini, Prashant Jain, profesor kimia di University of Illinois Urbana‑Champaign, menjelaskan, aliran gas CO2 melewati sel elektrolisis yang memecah karbon dioksida dan air menjadi karbon monoksida (CO) beracun dan hidrogen. Gas baru ini kemudian dapat dimanfaatkan untuk menciptakan produk hidrokarbon baru.
Namun, Jain menunjukkan bahwa reaksi ini cukup lambat, dan kami membutuhkan elektroda besar untuk proses ini. Elektroda tersebut mengandung banyak material katalis mahal seperti tembaga atau emas atau tembaga.
Mengingat hambatan ini, Jan, bersama mantan mahasiswa pascasarjana Francis Alcorn, mencari cara untuk mempercepat proses yang memerlukan lebih sedikit material katalis, sehingga “menjadikannya opsi yang lebih layak untuk industri bahan bakar alternatif.”
Menggunakan Cahaya Tampak untuk Meningkatkan Efisiensi Konversi CO2
Dengan metode baru, tim menggabungkan cahaya tampak dengan elektroda yang dilapisi partikel sangat kecil dari paduan emas‑tembaga. Hal ini memungkinkan reduksi CO2 dengan laju yang lebih tinggi dan selektivitas yang lebih terkontrol dibandingkan metode konvensional.
Jain menjelaskan bahwa:
“(Elektroda baru) berfungsi seperti antena kecil yang mencari foton dalam rentang cahaya tampak dan menghubungkannya dengan jalur reaksi kimia.”
Untuk meningkatkan konduktivitas elektroda ini, tim merendamnya dalam larutan air, CO2, dan elektrolit. Mereka kemudian menerapkan tegangan pada elektroda sementara permukaannya diterangi dengan laser cahaya tampak.
Hal ini menghasilkan reaksi yang dengan cepat menghasilkan hidrogen dari pemecahan molekul air dan karbon monoksida, yang berasal dari pemecahan karbon dioksida.
Meskipun tim sangat bersemangat menyaksikan lonjakan produktivitas saat menggunakan cahaya tampak, yang tidak terduga adalah cahaya tampak memberikan dampak besar pada selektivitas kimia — yang menurut Jain “adalah kemajuan penting di sini.”
Sekarang, apa itu selektivitas di sini? Nah, dalam katalisis, selektivitas kimia adalah kemampuan reaksi kimia untuk lebih memilih satu jenis molekul atau jalur dibandingkan yang lain.
Dalam studi khusus ini, reaksi pemecahan air yang menghasilkan gas hidrogen ditemukan secara selektif ditingkatkan dengan penggunaan cahaya. Jain berkata:
“Hasilnya menunjukkan bahwa cahaya tampak menawarkan peluang unik untuk menyesuaikan rasio karbon monoksida terhadap gas hidrogen yang dihasilkan, faktor krusial untuk produksi gas sintetis industri. Penemuan ini membuka jalan menuju masa depan energi yang lebih berkelanjutan dan efisien.”
Meskipun demikian, profesor mencatat bahwa penggunaan cahaya untuk meningkatkan reaksi kimia tidak lepas dari kontroversi, mengingat cahaya juga membawa panas. Oleh karena itu, tim harus melakukan percobaan kontrol dan pengukuran cermat untuk menentukan apakah efek pemanasan cahaya yang menyebabkan laju reaksi lebih cepat dan selektivitas.
Yang dilakukan tim untuk menentukan hal ini adalah mereka menjalankan percobaan dengan laser dan tanpa laser pada suhu yang sama persis yang dihasilkan oleh eksitasi cahaya. Hal ini membantu mereka menyingkirkan pemanasan sebagai faktor penyebab.
Tim menemukan bahwa sebenarnya medan listrik dan aliran muatan terarah yang dihasilkan oleh eksitasi cahaya yang bertanggung jawab atas peningkatan produktivitas dan selektivitas yang lebih tinggi dalam pemecahan air.
Ke depan, tim masih menghadapi tantangan. Ini termasuk penggunaan berulang nanopartikel berbasis elektroda, yang akan menyebabkan degradasi seiring waktu, terutama saat memperluas metode untuk aplikasi industri.
Tim juga harus melakukan penelitian lebih lanjut dan meningkatkan efisiensi energi keseluruhan proses serta manajemen cahaya.
“(Secara keseluruhan) apa yang kami temukan dalam studi ini memperkenalkan cara berpikir yang benar-benar baru tentang elektrokimia dan katalisis.”
– Jain
Bagaimanapun, penggunaan cahaya telah meningkatkan aktivitas katalis, tetapi yang lebih penting dan mengejutkan, hal itu memungkinkan perubahan selektivitas, yang akan membuka jalur kimia baru yang menghasilkan produk berbeda. Ini berarti reduksi CO2 atau pemecahan air hanyalah permulaan; metode ini juga dapat diterapkan pada banyak reaksi katalitik lain yang penting bagi industri kimia.
Perusahaan yang Terlibat dalam Reduksi dan Konversi CO2
Meningkatnya keparahan dan kehancuran yang disebabkan oleh kebakaran hutan telah mendorong kemajuan dalam metode perlindungan kebakaran, seperti hidrogel biomimetik yang dapat diaktifkan oleh panas. Namun, terdapat juga minat yang meningkat dalam mengurangi dan mengubah kembali emisi CO2. Pengubahan ini melibatkan transformasi karbon dioksida, kontributor utama perubahan iklim, menjadi produk berguna seperti bahan bakar, bahan kimia, dan material bangunan.
Perusahaan‑perusahaan terdepan dalam upaya ini menggabungkan teknologi mutakhir untuk mengatasi tantangan lingkungan dan ekonomi yang ditimbulkan oleh emisi CO2.
Ini mencakup Chevron Corporation (CVX ) (CVX), FuelCell Energy (FCEL ) (FCEL), dan Occidental Petroleum (OXY ). Sementara Chevron berinvestasi dalam teknologi penangkap karbon, FuelCell Energy fokus pada solusi energi bersih, dan Occidental terlibat dalam teknologi penangkapan udara langsung (DAC) untuk menghilangkan CO2 dari atmosfer dan mengubahnya menjadi produk yang dapat digunakan.
Air Products and Chemicals (APD ) adalah perusahaan lain yang terlibat dalam produksi hidrogen dan teknologi konversi CO2. Dengan kapitalisasi pasar $73.44 billion, saham APD saat ini diperdagangkan pada $330.37, naik 20.66% YTD.
(APD
)
Sekarang, mari kita lihat lebih dalam lagi pemain utama lainnya dalam penangkapan karbon:
ExxonMobil (XOM )
Korporasi minyak dan gas multinasional Amerika ini, yang merupakan keturunan langsung terbesar dari Standard Oil milik John D. Rockefeller, memiliki minat yang meningkat dalam teknologi penangkapan, pemanfaatan, dan penyimpanan karbon (CCUS) untuk mengurangi emisi CO2.
Jaringan CCS ExxonMobil melibatkan operasi pipa CO2 terpanjang di AS sepanjang 1.500 mil. Ia juga memiliki beberapa situs penyimpanan strategis di sepanjang Pantai Teluk AS.
Melalui ExxonMobil Low Carbon Solutions, perusahaan memainkan peran penting dalam memperluas teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon. Saat ini memiliki kapasitas penangkapan 9 juta ton metrik per tahun, total penangkapan kumulatif 120 juta ton metrik hingga kini, dan secara keseluruhan mencakup sekitar 40% dari semua CO2 yang dihasilkan manusia yang ditangkap, menurut data dari situs resmi ExxonMobil.
Perusahaan telah berkolaborasi dengan Mitsubishi Heavy Industries (MHI) untuk menyediakan solusi menyeluruh end‑to‑end dalam penangkapan CO2 pasca‑pembakaran. Solusi tersebut menyediakan penangkapan, transportasi, dan penyimpanan karbon secara lengkap.
Perusahaan juga menjalankan proyek percontohan untuk menggunakan gas, yang seharusnya dibakar karena kekurangan pipa, dari sumur minyaknya di North Dakota untuk memberi daya pada operator penambangan Bitcoin. Untuk ini, ExxonMobil bermitra dengan Crusoe Energy Systems, yang memanfaatkan sumber energi limbah untuk mengambil gas dari sumur minyaknya dan menggerakkan generator mobil yang digunakan dalam operasi penambangan Bitcoin. Perusahaan berharap rencana pengurangan emisinya dapat mencapai Zero Routine Flaring Bank Dunia pada tahun 2030.
(XOM
)
Pada saat penulisan, sahamnya diperdagangkan pada $119.94 setelah kenaikan 20.72% harga tahun ini. Ini menempatkan kapitalisasi pasar ExxonMobil pada $536.2 billion dengan EPS (TTM) 8.34, P/E (TTM) 14.47, dan dividen yield 3.15%.
Untuk kuartal 2 tahun 2024, perusahaan melaporkan pendapatan $9.2 billion, yang menurutnya menampilkan “kekuatan diferensial portofolio ExxonMobil dan peningkatan daya hasilnya.” Perusahaan juga memperluas proposisi nilainya dengan memperkuat kepemimpinan penangkapan dan penyimpanan karbon (CCS) melalui perjanjian baru yang meningkatkan total kontrak pengambilan CO2 menjadi 5.5 juta ton metrik per tahun. Ini, menurut ExxonMobil, merupakan “volume komitmen lebih besar daripada perusahaan lain mana pun yang telah diumumkan.” Hasil keuangan kuartal ketiga 2024 akan dirilis pada 1 November.
Kesimpulan
Dengan miliaran ton metrik CO2 yang dilepaskan ke atmosfer setiap tahun, hal ini tidak hanya menyebabkan perubahan iklim yang memicu peristiwa cuaca ekstrem, tetapi juga bahaya kesehatan dan pengasaman laut yang mengancam kehidupan laut serta terumbu karang.
Seiring krisis iklim semakin intensif, menjadi krusial untuk mengatasi masalah serius peningkatan emisi CO2 guna mengurangi pemanasan global dan konsekuensi katastrofiknya. Kebakaran hutan, yang dipicu oleh perubahan iklim, melepaskan tingkat karbon dioksida yang belum pernah terjadi sebelumnya, mempercepat masalah ini. Meskipun program reboisasi dan aforestasi penting untuk menyeimbangkan emisi, ancaman kebakaran hutan sangat besar, menjadikan strategi manajemen kebakaran proaktif sangat penting.
Solusi inovatif, seperti reduksi elektrokimia CO2 dan penggunaan cahaya tampak untuk meningkatkan reaksi katalitik, menawarkan solusi menjanjikan untuk mengubah emisi karbon berbahaya menjadi produk bernilai seperti bahan bakar sintetis dan bahan kimia industri.
Kemajuan ini, meskipun masih dalam tahap pengembangan, menunjukkan potensi untuk mengurangi perubahan iklim dengan mengubah CO2 dari polutan global menjadi sumber daya masa depan. Seiring perusahaan terus berinvestasi dalam teknologi penangkapan karbon dan bahan bakar alternatif, kita semakin mendekati solusi berkelanjutan yang dapat mengubah lanskap energi.
