Keberlanjutan
Karbon Silikon Meningkat Sebagai Kandidat Fotokatalisis Hidrogen
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Mengapa Hidrogen Penting untuk Dekarbonisasi
Seiring upaya mendekarbonisasi sistem energi kita berlanjut, menjadi jelas bahwa beberapa proses mungkin memerlukan lebih dari sekadar listrik hijau. Hal ini mungkin berlaku untuk transportasi, terutama tugas berat seperti bus dan truk, tentu saja untuk pengiriman dan penerbangan, dan juga diperlukan untuk industri berat seperti pembuatan baja dan produksi bahan kimia.
Alasannya, beberapa aplikasi membutuhkan pembakaran sangat panas (metalurgi), penyediaan atom hidrogen berenergi tanpa menggunakan metana (industri kimia), atau bahan bakar dengan kepadatan energi sangat tinggi (pengiriman), yang tidak dapat dipenuhi oleh listrik dan baterai.
“Mobil penumpang dapat memiliki baterai, tetapi truk berat, kapal, atau pesawat tidak dapat menggunakan baterai untuk menyimpan energi. Untuk moda transportasi ini, kita perlu menemukan sumber energi bersih dan terbarukan, dan hidrogen adalah kandidat yang baik.”
Inilah mengapa peneliti dan aktivis iklim mempertimbangkan hidrogen hijau, yang diproduksi tanpa bahan bakar fosil, sebagai alternatif. Masalahnya, produksi hidrogen hijau sejauh ini masih terlalu mahal untuk memungkinkan adopsi massal dibandingkan bahan bakar fosil.
Bagaimana Menyelesaikan Tantangan Produksi Hidrogen Hijau
Sejauh ini, sebagian besar metode produksi hidrogen bekerja dengan metode 2 langkah:
- Pertama, menghasilkan energi hijau dengan tenaga surya, angin, tenaga air, atau bentuk energi terbarukan lainnya.
- Kedua, gunakan listrik hijau ini untuk menggerakkan katalisis air menjadi hidrogen.
Masalahnya, setiap proses multi-langkah secara otomatis kurang efisien.
Sebagai contoh, sinar matahari diubah menjadi listrik oleh panel surya dengan efisiensi hanya 20-25%; kemudian, listrik tersebut dipindahkan ke katalisator hidrogen, yang juga memiliki efisiensi relatif rendah. Pada akhirnya, total efisiensi energi surya menjadi hidrogen kemungkinan berada di angka satu digit rendah.
Dan ada pertanyaan tentang biaya. Katalisator kemungkinan menggunakan logam langka seperti platinum atau palladium. Produksi energi terbarukan juga menggunakan material langka seperti perak, dan transmisi listrik dari ladang surya ke katalisator sering memerlukan investasi besar.
Terakhir, sebagian besar katalisator produksi hidrogen membutuhkan tingkat listrik yang stabil, yang berarti sistem baterai besar harus ditambahkan sebagai komponen tambahan pada infrastruktur yang diperlukan.
Ada banyak pendekatan yang mungkin untuk menyelesaikan hal ini sedang dieksplorasi. Misalnya, kami telah membahas sebelumnya:
- Menggunakan material berbeda untuk produksi hidrogen, seperti tungsten-cobalt atau nickel.
- Menggunakan logam bekas dari proses pemesinan platinum dan kobalt.
- Membuat proses fotosintesis buatan dengan nanopartikel rutenium.
Setiap metode ini pada akhirnya dapat menghasilkan katalis yang lebih murah yang tidak memerlukan jumlah platinum segar yang mahal untuk memproduksi hidrogen.
Namun pendekatan baru adalah melakukan fotokatalisis langsung, yaitu transformasi air menjadi hidrogen langsung dari energi sinar matahari, tanpa konversi menjadi listrik terlebih dahulu. Fotokatalisis langsung tidak hanya menghilangkan kebutuhan akan banyak langkah, tetapi juga menggunakan material yang lebih sederhana dan kurang langka untuk membangun pembangkit energi hijau dan infrastruktur.
Ini adalah pendekatan yang didukung oleh peneliti di Universitas Linköping (Swedia), Universitas Kyushu (Jepang), Laboratorium MAX IV (Swedia), dan Universitas Teknologi Dalian (Cina). Mereka mempublikasikan kemajuan terbaru mereka di Journal of the American Chemical Society1 dengan judul “Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting”.
Karbon Silikon untuk Fotokatalisis
Bagaimana Karbon Silikon Memungkinkan Fotokatalisis Langsung
Tim riset ini sebelumnya telah bekerja dengan material yang disebut karbon silikon kubik (3C-SiC).
Sumber: RRL Solar
Material ini dapat secara efektif menangkap sinar matahari untuk produksi hidrogen melalui reaksi pemisahan air fotokimia.
Sumber: RRL Solar
Ketika sinar matahari mengenai material, muatan listrik dihasilkan (seperti pada panel surya polisilikon), yang kemudian digunakan untuk memisahkan air.
Tantangan dalam pengembangan material untuk aplikasi ini adalah mencegah muatan positif dan negatif bergabung kembali dan menetralkan satu sama lain.
Jadi, untuk membuat pemisahan air menjadi hidrogen lebih efektif, penting untuk menjaga muatan listrik tetap terpisah.
Desain Katalis Karbon Silikon Tri-Lapisan Baru
Para peneliti menggabungkan satu lapisan karbon silikon kubik dengan dua lapisan lainnya, menggunakan nikel hidroksida (Ni(OH)2) dan oksida kobalt (Co3O4).
Tim sebelumnya telah menyempurnakan produksi karbon silikon kubik menggunakan teknik sublimasi, mengonfirmasi kualitas kristal dengan difraksi sinar-X (XRD).
Mereka juga mengonfirmasi bahwa antarmuka antara lapisan meningkatkan masa hidup muatan listrik, meningkatkan peluang elektron digunakan dalam reaksi kimia yang memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen.
“Ini adalah struktur yang sangat rumit, jadi fokus kami dalam studi ini adalah memahami fungsi setiap lapisan dan bagaimana hal itu membantu meningkatkan sifat material.
Material baru memiliki kinerja delapan kali lebih baik dibandingkan karbon silikon kubik murni untuk memisahkan air menjadi hidrogen.”
Langkah Selanjutnya untuk Meningkatkan Efisiensi Fotokatalisis
Sejauh ini, fotokatalisis karbon silikon hanya mampu mencapai hasil energi 1-3%.
Keberadaan lapisan “P-Type” dari oksida kobalt di bawah struktur nikel hidroksida mempercepat pergerakan elektron, mempercepat produksi hidrogen.
Meskipun belum mencapai target, para peneliti memperkirakan hal ini dapat ditingkatkan secara signifikan dengan metode mereka.
Akhirnya, diharapkan hasil >10%, tanpa memerlukan platinum atau palladium, tanpa infrastruktur rumit atau kebutuhan pasokan listrik terus-menerus, dengan produksi hidrogen terjadi langsung begitu Matahari menyinari perangkat.
Berinvestasi pada Perusahaan Karbon Silikon
ON Semi
ON Grafik Harga
ON Semi adalah perusahaan semikonduktor yang berspesialisasi dalam elektrifikasi, termasuk di otomotif, tetapi juga di sektor lain seperti energi surya, baterai, dirgantara, telekomunikasi, pusat data, dan medis.
Dengan demikian, perusahaan ini merupakan mitra kunci bagi banyak perusahaan industri terbesar di dunia.
Sumber: ON Semi
Sebagian besar keunggulan teknologi ON Semi didasarkan pada karbon silikon, sejenis senyawa silikon-karbon yang digunakan untuk sistem listrik berenergi tinggi. Mereka secara khusus memungkinkan beban daya sangat tinggi yang diperlukan untuk pengisian cepat kendaraan listrik (EV).
Karbon silikon adalah bahan kimia yang baru-baru ini digunakan peneliti untuk mengembangkan graphene semikonduktif, seperti yang dibahas dalam artikel kami “Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?” dan seperti yang dibahas di sini juga memiliki potensi untuk menghasilkan hidrogen.
Strategi ON Semi yang menggandakan fokus pada karbon silikon menyebabkan perusahaan mengalami lonjakan pendapatan dalam beberapa tahun terakhir, didorong oleh revolusi kendaraan listrik.
Sumber: ON Semiconductor
Baterai dan sistem listrik yang semakin kuat dan efisien menggunakan karbon silikon semakin penting dalam rantai pasokan global. Sebagai pemimpin di sektor ini, ON Semi kemungkinan akan sangat diuntungkan oleh tren elektrifikasi, terutama kendaraan listrik (EV) dan energi hijau lainnya.
(Anda juga dapat membaca tulisan yang lebih panjang tentang perusahaan ini dalam “On Semiconductor (ON): Silicon Carbide Powering Electrification”.)
Berita dan Perkembangan Saham ON Semi (ON) Terbaru
Studi yang Dirujuk
1. Hui Zeng, et al. (2025) Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting. Journal of the American Chemical Society Vol 147/Issue 17. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c04005
