Ahli Kimia Menggunakan Listrik Untuk Mengubah Molekul Sampah Menjadi Bahan Bakar Cair yang Berharga
Para ilmuwan telah mengembangkan metode untuk secara efisien mengubah karbon dioksida menjadi metanol menggunakan listrik dan katalis baru, memberikan wawasan yang dapat merevolusi proses katalitik dan produksi bahan bakar alternatif.
Sebuah penelitian telah mengungkapkan metode yang lebih efisien untuk membuat metanol.
Selama bertahun-tahun, para ahli kimia telah berusaha keras untuk mensintesis bahan-bahan berharga dari molekul-molekul limbah. Kini, sebuah tim ilmuwan internasional tengah menyelidiki bagaimana listrik dapat menyederhanakan proses ini.
Dalam penelitian mereka yang baru-baru ini diterbitkan di Katalisis Alampara peneliti menunjukkan bahwa karbon dioksida, gas rumah kaca, dapat diubah menjadi sejenis bahan bakar cair yang disebut metanol dengan cara yang sangat efisien.
Proses ini terjadi dengan mengambil molekul kobalt ftalosianin (CoPc) dan menyebarkannya secara merata pada karbon nanotube, grafenaTabung seperti itu memiliki sifat listrik yang unik. Di permukaannya terdapat larutan elektrolit, yang dengan mengalirkan arus listrik melaluinya, memungkinkan molekul CoPc mengambil elektron dan menggunakannya untuk mengubah karbon dioksida menjadi metanol.
Mengamati Reaksi Kimia
Dengan menggunakan metode khusus berdasarkan spektroskopi in-situ untuk memvisualisasikan reaksi kimia, para peneliti untuk pertama kalinya melihat molekul-molekul tersebut berubah menjadi metanol atau karbon monoksida, yang bukan merupakan produk yang diinginkan. Mereka menemukan bahwa jalur reaksi ditentukan oleh lingkungan tempat molekul karbon dioksida bereaksi.
Menyetel lingkungan ini dengan mengendalikan bagaimana katalis CoPc didistribusikan pada permukaan karbon nanotube memungkinkan karbon dioksida menjadi delapan kali lebih mungkin menghasilkan metanol, sebuah penemuan yang dapat meningkatkan efisiensi proses katalitik lainnya dan memiliki dampak luas pada bidang lain, kata Robert Baker, salah satu penulis studi dan seorang profesor kimia dan biokimia di Universitas Negeri Ohio.
“Ketika Anda mengambil karbon dioksida dan mengubahnya menjadi produk lain, ada banyak molekul berbeda yang dapat Anda buat,” katanya. “Metanol jelas merupakan salah satu yang paling diminati karena memiliki kepadatan energi yang tinggi dan dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar alternatif.”
Meskipun mengubah molekul limbah menjadi produk yang bermanfaat bukanlah fenomena baru, hingga saat ini, para peneliti sering kali tidak dapat melihat bagaimana reaksi sebenarnya terjadi, sebuah wawasan penting untuk dapat mengoptimalkan dan meningkatkan prosesnya.
“Kita mungkin secara empiris mengoptimalkan cara kerja sesuatu, tetapi kita tidak benar-benar memahami apa yang membuatnya bekerja, atau apa yang membuat satu katalis bekerja lebih baik daripada katalis lainnya,” kata Baker, yang mengkhususkan diri dalam kimia permukaan, studi tentang bagaimana reaksi kimia berubah saat terjadi pada permukaan objek yang berbeda. “Ini adalah hal-hal yang sangat sulit untuk dijawab.”
Teknik Spektroskopi Tingkat Lanjut
Namun, dengan bantuan teknik khusus dan pemodelan komputer, tim tersebut telah semakin dekat untuk memahami proses yang rumit tersebut. Dalam studi ini, para peneliti menggunakan jenis spektroskopi vibrasi baru, yang memungkinkan mereka untuk melihat bagaimana molekul berperilaku di permukaan, kata Quansong Zhu, penulis utama studi tersebut dan mantan Sarjana Kepresidenan Negara Bagian Ohio yang pengukurannya yang menantang sangat penting bagi penemuan tersebut.
“Kami dapat mengetahui dari tanda-tanda getarannya bahwa molekul itu adalah molekul yang sama yang berada di dua lingkungan reaksi yang berbeda,” kata Zhu. “Kami dapat menghubungkan bahwa salah satu lingkungan reaksi tersebut bertanggung jawab untuk memproduksi metanol, yang merupakan bahan bakar cair yang berharga.”
Menurut penelitian, analisis yang lebih mendalam juga menemukan bahwa molekul-molekul ini berinteraksi langsung dengan partikel bermuatan super yang disebut kation yang meningkatkan proses pembentukan metanol.
Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mempelajari lebih lanjut tentang hal lain yang dimungkinkan oleh kation ini, tetapi temuan seperti itu adalah kunci untuk mencapai cara yang lebih efisien untuk membuat metanol, kata Baker.
“Kami melihat sistem yang sangat penting dan mempelajari hal-hal tentangnya yang telah lama menjadi pertanyaan,” kata Baker. “Memahami kimia unik yang terjadi pada tingkat molekuler sangat penting untuk memungkinkan penerapan ini.”
Selain menjadi bahan bakar berbiaya rendah untuk kendaraan seperti pesawat terbang, mobil, dan kapal barang, metanol yang diproduksi dari listrik terbarukan juga dapat digunakan untuk pemanas dan pembangkit listrik, dan untuk memajukan penemuan kimia di masa mendatang.
“Ada banyak hal menarik yang dapat terjadi selanjutnya berdasarkan apa yang telah kita pelajari di sini, dan beberapa di antaranya telah mulai kita lakukan bersama,” kata Baker. “Pekerjaan ini masih berlangsung.”
Referensi: “Lingkungan solvasi kobalt ftalosianin yang terdispersi secara molekuler menentukan selektivitas metanol selama reduksi CO2 elektrokatalitik” oleh Quansong Zhu, Conor L. Rooney, Hadar Shema, Christina Zeng, Julien A. Panetier, Elad Gross, Hailiang Wang dan L. Robert Baker, 8 Juli 2024, Katalisis Alam.
DOI: 10.1038/s41929-024-01190-9
Rekan penulisnya termasuk Conor L. Rooney dan Hailiang Wang dari Universitas YaleHadar Shema dan Elad Gross dari Hebrew University, serta Christina Zeng dan Julien A. Panetier dari Binghamton University. Pekerjaan ini didukung oleh National Science Foundation dan United States–Israel Binational Science Foundation (BSF) International Collaboration.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
