CO2 sebagai Bahan Bakar? Penemuan Katalis Mengubah Emisi Menjadi Peluang

Metanol adalah bahan baku utama untuk berbagai produk kimia, termasuk plastik dan bahan bakar. Metanol sering digambarkan sebagai "prekursor universal untuk produksi berbagai macam bahan kimia dan material," pada dasarnya "pisau Swiss serbaguna dalam bidang kimia," seperti yang dicatat oleh Javier Pérez-Ramírez, Profesor Teknik Katalisis di ETH Zurich.

Cairan ini memainkan peran kunci dalam transisi menuju produksi produk kimia dan bahan bakar yang berkelanjutan, tetapi hanya jika energi yang digunakan untuk menghasilkan hidrogen dan mendorong katalisis dihasilkan secara berkelanjutan. Dalam hal ini, metanol pada akhirnya dapat diproduksi dengan cara yang netral terhadap iklim, menyediakan cara ramah lingkungan untuk menggunakan karbon dioksida (CO₂).₂) dari atmosfer.

Namun, produksi metanol konvensional sebagian besar tidak berkelanjutan, karena sebagian besar diproduksi dari bahan bakar fosil, yang mengakibatkan emisi gas rumah kaca (GRK) yang tinggi.

Namun, hal itu mungkin tidak lagi berlaku, karena para ilmuwan dari ETH Zurich kini telah mengembangkan metode untuk mensintesis metanol yang dapat menjadi dasar industri kimia bebas fosil. Diterbitkan di Nature, penelitian¹ Menjelaskan secara rinci bagaimana alkohol cair dapat diproduksi dari hidrogen dan karbon dioksida menggunakan atom logam individual sebagai katalis.

Seiring para ilmuwan terus mengeksplorasi cara untuk membuat reaksi kimia lebih efisien menggunakan katalis, metode baru dari para peneliti ETH Zurich ini juga dapat memungkinkan penggunaan logam langka dan mahal secara lebih ekonomis.

Dengan menempatkan atom indium terisolasi pada bahan pendukung, para peneliti telah mengembangkan katalis yang dapat mengubah CO.₂ dan H₂ menjadi metanol dengan jauh lebih efisien.

Ketidakseimbangan Karbon Menciptakan Tantangan & Peluang

Karbon dioksida (CO₂CO₂ adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak beracun yang memainkan peran penting dalam sistem alam Bumi. Tumbuhan menggunakan CO₂₂ selama fotosintesis untuk menghasilkan senyawa kaya energi dan melepaskan oksigen sebagai produk sampingan. Proses ini penting untuk kelangsungan hidup manusia. CO₂ juga berperan dalam siklus karbon global, di mana atom karbon terus bergerak antara atmosfer, permukaan Bumi, dan organisme hidup.

Terlepas dari kepentingannya secara alami, CO₂ Gas rumah kaca berfungsi sebagai gas rumah kaca yang signifikan. Gas ini memerangkap panas dari sinar matahari di atmosfer, menciptakan efek pemanasan yang mempertahankan suhu yang sesuai untuk kehidupan. Tanpa gas rumah kaca, Bumi akan terlalu dingin untuk dihuni. Namun, konsentrasi yang tinggi memperparah pemanasan ini, mendorong pemanasan global dan perubahan iklim.

Karbon terus menerus bersiklus melalui berbagai reservoir: batuan, sedimen, atmosfer, dan organisme hidup. Karbon kembali memasuki atmosfer melalui respirasi, pembusukan organisme, letusan gunung berapi, dan kebakaran. Namun, aktivitas manusia kini mendominasi keseimbangan ini. Sejak industrialisasi dimulai pada awal abad ke-19, pengembangan lahan dan pembakaran bahan bakar fosil telah menghasilkan emisi karbon yang jauh melebihi kemampuan penyerapan alami. Akibatnya, CO2 di atmosfer meningkat.₂ Konsentrasi telah meningkat tajam dan terus meningkat pesat.

CO global₂ Emisi dari bahan bakar fosil dan industri mencapai 38.11 miliar metrik ton (GtCO₂).₂) pada tahun 2025, meningkat lebih dari 69% sejak tahun 1990, menurut data dari statistaCina adalah kontributor terbesar terhadap emisi gas rumah kaca global ini, diikuti oleh AS.

Industrialisasi dan pertumbuhan ekonomi yang pesat dalam beberapa dekade terakhir menyebabkan peningkatan CO2 hampir 450%.₂ emisi di negara Asia tersebut selama tiga setengah dekade terakhir, berbeda dengan penurunan 6.1% di AS, meskipun negara Amerika Utara tersebut tetap menjadi yang terendah. pencemar karbon terbesar dalam sejarah.

Perang AS-Israel terhadap Iran telah menghasilkan sekitar 5 juta ton emisi gas rumah kaca dalam dua minggu pertamanya. Sementara CO global₂ Emisi terus meningkat, dan penyerapan karbon di darat dan laut telah melemah sekitar 15% selama dekade terakhir, menurut Global Carbon ProjectMeskipun menemukan penyerap karbon di darat, CO₂ emisi yang diserap oleh tumbuhan dan tanah, agar pulih ke kondisi semula.El Nino kekuatan setelah beberapa tahun yang luar biasa lemah.

Sementara itu, sebuah studi yang diterbitkan di Alam² menemukan bahwa penurunan penyerapan karbon telah berkontribusi sekitar 8% terhadap peningkatan CO di atmosfer.₂ konsentrasi sejak tahun 1960. Penyerapan karbon dioksida juga telah menurunkan pH laut sebesar 0.1 unit, meningkatkan keasamannya sebesar 30%.

Jadi, seiring dengan meningkatnya pelepasan CO2 oleh aktivitas manusia₂ Karena semakin banyak karbon dioksida yang masuk ke atmosfer melebihi kemampuan proses alami untuk menghilangkannya, jumlah karbon dioksida di atmosfer terus meningkat dan mencapai rekor tertinggi baru, sehingga menciptakan kebutuhan mendesak untuk mengatasi masalah CO₂.₂ emisi.

Salah satu cara untuk mengatasi masalah serius ini adalah melalui transisi energi terbarukan. Meskipun energi surya, angin, tenaga air, panas bumi, dan biomassa menawarkan solusi yang menjanjikan, transisi ini merupakan proses yang lambat dan jangka panjang, menghadapi biaya modal awal yang tinggi, kebutuhan infrastruktur, dan tantangan teknologi.

Cara lain termasuk mengadopsi transportasi berkelanjutan, meningkatkan efisiensi energi, dan menghilangkan karbon yang ada melalui reboisasi dan pengelolaan lahan.

Semua ini adalah solusi yang menjanjikan, tetapi bagaimana jika kita bisa menangkap karbon dioksida Bagaimana jika kita bisa mengubah gas rumah kaca utama ini menjadi bahan bakar, langsung dari lingkungan? Itu akan menjadi terobosan dalam teknologi iklim dan energi, karena tidak hanya membantu meminimalkan pemanasan global tetapi juga memenuhi permintaan energi dunia yang tinggi.

Beberapa penelitian telah mengeksplorasi berbagai cara untuk mengubah CO₂ menjadi bahan bakar. Proses ini netral karbon karena bahan bakar tersebut mengeluarkan jumlah CO yang sama.₂ Saat dibakar, proses ini melibatkan penangkapan karbon dioksida dan penggunaan energi terbarukan untuk mengubahnya menjadi bahan bakar hidrokarbon seperti metanol, diesel, dan bensin melalui metode kimia seperti hidrogenasi katalitik atau reduksi elektrokimia.

Metanol menonjol sebagai salah satu jalur yang paling praktis dan mudah diskalakan untuk CO₂.₂ pemanfaatannya, berkat kompatibilitasnya dengan infrastruktur yang ada dan fleksibilitasnya di berbagai industri.

Metanol (CH₃Oksigen (OH) adalah alkohol tak berwarna, mudah terbakar, dan sangat beracun yang dilepaskan ke lingkungan selama penggunaan industri dan secara alami dari mikroba, vegetasi, dan gas vulkanik. Jika tertelan atau terserap, ia menimbulkan risiko kesehatan yang signifikan, termasuk kebutaan, gagal organ, atau kematian.

Senyawa kimia cair ini digunakan sebagai antibeku, pelarut industri, dan bahan baku kimia untuk plastik, cat, busa, resin, produk farmasi, dan bahan bakar. Ia juga berfungsi sebagai pembawa energi untuk menyimpan listrik terbarukan, aditif dalam bahan bakar konvensional, dan bahan bakar cair alternatif. Sebagai sumber energi yang lebih "bersih", metanol menjadi bahan bakar bus, mobil, truk, kapal, boiler, dan sel bahan bakar. Ia juga digunakan untuk memproduksi dimetil eter (DME), bahan bakar terbarukan lainnya.

Terlepas dari potensinya, peningkatan skala produksi metanol dari CO₂ Teknologi ini masih menghadapi tantangan, termasuk kebutuhan energi yang tinggi, ketersediaan hidrogen, dan kebutuhan akan katalis yang hemat biaya. Penelitian yang sedang berlangsung membuat kemajuan pesat di bidang-bidang ini.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana cahaya dapat mengubah fungsi karbon dioksida.

Inovasi Atom Tunggal Membuka Potensi CO2 yang Efisien₂ Konversi

Untuk menghasilkan metanol dari karbon dioksida dan hidrogen, para peneliti dari ETH Zurich telah membuat kemajuan dalam penelitian katalis.

Katalis telah digunakan sejak zaman kuno. Misalnya, ragi yang digunakan untuk membuat roti mengandung katalis alami (enzim) yang membantu mengubah tepung menjadi roti. Seiring waktu, kemajuan dalam bidang katalis telah menghasilkan plastik yang dapat terurai secara hayati, obat-obatan baru, dan bahan bakar yang lebih ramah lingkungan.

Katalis adalah zat yang membantu membuat reaksi lebih mudah dan efisien. "Pembantu reaksi" ini mempercepat reaksi kimia atau menurunkan tekanan atau suhu yang dibutuhkan untuk memulai reaksi, tanpa dikonsumsi selama reaksi itu sendiri.

Reaksi kimia membutuhkan energi untuk dimulai karena ikatan antar atom dalam molekul harus diatur ulang. Hambatan energi ini bisa kecil, seperti menyalakan korek api, atau jauh lebih tinggi dalam proses industri, yang menyebabkan peningkatan biaya. Katalis membantu menurunkan hambatan ini, dan katalis yang paling efektif seringkali mengandung logam, termasuk logam langka dan mahal.

Terobosan yang dilakukan oleh para ahli kimia ETH Zurich telah menghasilkan pengembangan katalis yang secara substansial menurunkan energi minimum yang dibutuhkan untuk menghasilkan metanol dari CO.₂ dan hidrogen. Para peneliti mencapai penggunaan indium yang sangat efisien sehingga setiap atom indium berfungsi sebagai situs aktifnya sendiri.

Berbeda dengan pendekatan coba-coba di masa lalu dalam penelitian katalisis, katalis yang baru ditemukan ini memungkinkan analisis dan pemahaman yang lebih tepat tentang reaksi yang terjadi di permukaannya, sehingga membuka jalan bagi desain katalis yang lebih optimal dan rasional.

“Katalis baru kami memiliki arsitektur atom tunggal, di mana atom logam aktif yang terisolasi ditambatkan pada permukaan material pendukung yang dikembangkan secara khusus.”

– Pérez-Ramírez, Direktur Katalisis Pusat Kompetensi Penelitian Nasional (NCCR)

Meskipun katalis yang baru ditemukan berupa atom tunggal, katalis tradisional mengandung logam sebagai agregat. Partikel-partikel ini sangat kecil, tetapi biasanya mengandung ratusan hingga ribuan atom logam. Banyak dari atom-atom ini bahkan tidak terlibat langsung dalam reaksi. Tetapi jika atom-atom ini dapat bekerja pada tingkat individu, mereka dapat jauh lebih efisien karena para ilmuwan dapat memanfaatkan unsur-unsur kimia yang langka dan mahal dengan lebih baik, sehingga memungkinkan penggunaan logam mulia yang layak secara ekonomi.

Selain itu, sifat katalitik atom yang terisolasi berbeda dari agregatnya.

“Indium telah digunakan dalam katalis ini selama lebih dari satu dekade,” kata Pérez-Ramírez, yang telah mengerjakan katalis yang lebih baik untuk CO.₂-produksi metanol berbasis selama lebih dari satu setengah dekade dan memegang beberapa paten di bidang ini. “Dalam penelitian kami, kami menunjukkan bahwa atom indium terisolasi pada oksida hafnium memungkinkan CO yang lebih efisien.₂sintesis metanol berbasis indium dalam bentuk nanopartikel yang mengandung sejumlah besar atom lebih baik daripada sintesis indium dalam bentuk nanopartikel.”

Indium (In) adalah logam berwarna putih keperakan yang pasokannya sebagian besar bergantung pada industri pertambangan seng, dengan indium sebagai produk sampingan dalam jumlah kecil. Cina (40%) adalah produsen indium terbesar dan mengendalikan sebagian besar cadangan indium dunia. Logam ini banyak digunakan dalam film indium timah oksida, paduan, dan material semikonduktor yang dibutuhkan untuk sel fotovoltaik, solder, layar panel datar, LED, material antarmuka termal, dan baterai.

Untuk menempatkan atom indium tunggal secara tepat di permukaan hafnium oksida, tim tersebut mengembangkan beberapa jalur sintesis baru. Bagian penting dari pekerjaan ini, yang dilakukan bekerja sama dengan lembaga penelitian lain, adalah merancang material pendukung untuk menyediakan lingkungan yang stabil namun reaktif bagi atom-atom tersebut.

Salah satu metode yang digunakan adalah membakar bahan awal dalam nyala api pada suhu 2,000 hingga 3,000°C sebelum mendinginkannya dengan cepat. Cara ini menjaga indium tetap berada di permukaan dan memastikan indium terintegrasi dengan kuat.

Penyisipan atom katalis ke dalam oksida hafnium tahan panas menunjukkan bahwa katalis atom tunggal dapat menahan kondisi ekstrem, termasuk suhu dan tekanan tinggi. Ketahanan ini penting karena sintesis metanol dari CO₂ dan gas hidrogen membutuhkan suhu setinggi 300°C dan tekanan sekitar 50 kali tekanan atmosfer normal.

“Oksida indium-hafnium berstruktur nano yang disintesis melalui pirolisis semprot api mencapai produktivitas metanol spesifik indium hingga 70% lebih tinggi daripada oksida indium-zirkonium, dengan peningkatan terbesar diamati untuk atom indium tunggal,” demikian pernyataan studi tersebut.

Keuntungan lain dari katalis atom terisolasi adalah para ilmuwan dapat menganalisis mekanisme reaksi dengan sinyal pengganggu yang jauh lebih sedikit, sehingga memberikan wawasan yang lebih jelas. Katalis yang ada yang terbuat dari nanopartikel agak sulit dipelajari. Pada dasarnya, mereka seperti kotak hitam. Meskipun reaksi hanya terjadi pada sejumlah kecil atom di permukaan, banyak sinyal pengukuran berasal dari atom di dalam partikel yang tidak terlibat dalam reaksi, sehingga menyulitkan untuk menafsirkan apa yang terjadi.

“Pengembangan katalis metanol dan analisis rinci mekanisme tersebut tidak akan mungkin terjadi tanpa keahlian interdisipliner ini.”

– Pérez-Ramírez

Berinvestasi dalam Daur Ulang Karbon

Perusahaan Celanese (CE + 1.67%) adalah perusahaan kimia dan material khusus global yang memproduksi polimer hasil rekayasa. Segmen bisnis utamanya meliputi Material Hasil Rekayasa dan Rantai Asetil.

Yang perlu diperhatikan, perusahaan ini terlibat langsung dalam konversi CO.₂ menjadi metanol. Melalui Fairway Methanol, usaha patungan dengan Mitsui & Co. Jepang, Celanese akan menangkap sekitar 180,000 ton CO2.₂ setiap tahunnya dan menghasilkan 130,000 ton metanol rendah karbon per tahun.

Baru-baru ini, perusahaan tersebut memperoleh Sertifikasi Jejak Karbon (CFC) untuk produk Hostaform dan Celcon POM ECO-C di lokasi produksi Frankfurt dan Texas, sebagai hasil dari investasi Celanese dalam teknologi Penangkapan dan Pemanfaatan Karbon (CCU) untuk mengurangi input berbasis fosil tanpa berdampak negatif pada kinerja material.

Dengan kapitalisasi pasar sebesar $7 miliar, saham Celanese saat ini diperdagangkan pada harga $62.47, naik 48% YTD. Saham perusahaan telah mengalami tren penurunan selama dua tahun terakhir setelah melampaui angka $170 pada awal tahun 2024, turun menjadi sekitar $35 pada akhir tahun lalu, dan sekarang kembali menunjukkan peningkatan.

Saham ini memiliki EPS (TTM) sebesar -10.40 dan P/E (TTM) -6.02. Celanese membayar dividen dengan imbal hasil 0.19%.

Mengenai kinerja keuangan perusahaan, tercatat penurunan penjualan bersih sebesar 7% menjadi $9.5 miliar untuk tahun penuh 2025, yang disebabkan oleh penurunan harga dan volume sebesar 4%. Kerugian operasional mencapai $786 juta, sementara kerugian per saham dilusian GAAP adalah $10.44, dan laba per saham yang disesuaikan adalah $3.98.

Celanese melaporkan permintaan yang lebih rendah dari biasanya di pasar akhir utama seperti cat, pelapis, otomotif, dan konstruksi, tetapi tetap fokus pada peningkatan arus kas untuk memperbaiki biaya, mempercepat pengurangan utang, dan mendorong pertumbuhan pendapatan.

“Kinerja kami sepanjang tahun menunjukkan kekuatan rencana aksi dan pelaksanaan yang disiplin dalam lingkungan yang penuh tantangan.”

– CEO Scott Richardson

Pada tahun 2025, perusahaan menghasilkan arus kas operasional sebesar $1.1 miliar dan melaporkan arus kas bebas sebesar $773 juta.

Peningkatan arus kas ini, dikombinasikan dengan pengurangan biaya lebih dari $120 juta, penyelesaian divestasi Micromax, pembiayaan ulang jatuh tempo jangka pendek, dan pengenalan program untuk mendorong pertumbuhan dan memperkaya lini produk pasar berkembang, membantu perusahaan membuat "kemajuan yang signifikan terhadap prioritas kami dalam hal pengurangan utang, peningkatan biaya, dan pertumbuhan pendapatan," kata Richardson. Untuk kuartal terakhir, Celanese melaporkan penjualan bersih sebesar $2.2 miliar, laba operasi sebesar $93 juta, dan laba per saham yang disesuaikan sebesar $0.67.

Untuk kuartal saat ini, perusahaan memperkirakan sedikit perubahan dalam permintaan tetapi mengantisipasi peningkatan musiman yang moderat dalam volume, sehingga memperkirakan laba per saham yang disesuaikan untuk kuartal pertama sebesar $0.70 hingga $0.85.

“Kami memperkirakan akan kembali mencatatkan tahun yang kuat dalam menghasilkan arus kas dengan target arus kas bebas sebesar $650 hingga $750 juta. Meskipun lingkungan makro masih belum pasti, kami telah menciptakan momentum positif. Kami yakin tindakan tegas yang kami ambil akan memposisikan Celanese untuk mendapatkan manfaat yang signifikan dari pemulihan ekonomi di masa mendatang.”

– Richardson

Berita dan Perkembangan Terbaru Saham Celanese Corporation (CE)

Kesimpulan

Mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar merupakan peluang signifikan untuk mengubah tantangan iklim menjadi aset ekonomi. Dan dengan inovasi seperti katalis atom tunggal yang secara dramatis meningkatkan efisiensi, jalan menuju produksi metanol dari CO2 semakin terbuka.₂ menjadi semakin layak dari sebelumnya. Namun tentu saja, untuk meningkatkan skala solusi ini akan membutuhkan energi terbarukan yang melimpah, produksi hidrogen yang hemat biaya, dan kerangka kebijakan yang mendukung. Setelah semua faktor ini selaras, CO2₂ berpotensi bergeser dari salah satu tantangan lingkungan terbesar di dunia menjadi salah satu sumber daya terpentingnya.

Referensi

1. Zhang, X., Liu, Y., Wang, C., Li, J., Chen, Z., Zhao, H., Xu, L., Sun, K., Zhou, Q., Yang, F., Wu, T., Guo, S., Li, Y., Huang, J., Deng, D., Bao, X. & Li, C. Atom tunggal indium memungkinkan CO yang efisien₂ hidrogenasi menjadi metanol. Nature Nanotechnology (2026). https://doi.org/10.1038/s41565-026-02135-y
2. Friedlingstein, P., Le Quéré, C., O'Sullivan, M., Hauck, J., Landschützer, P., Luijkx, IT, Li, H., van der Woude, A., Schwingshackl, C., Pongratz, J., Regnier, P., Andrew, RM, Bakker, DCE, Canadell, JG, Ciais, P., Gasser, T., Jones, MW, Lan, X., Morgan, E., Olsen, A., Peters, GP, Peters, W., Sitch, S. & Tian, ​​​​H. Munculnya dampak iklim terhadap penyerap karbon dalam anggaran karbon konsolidasi. Alam 649, 98–103 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09802-5