'Bunga-bunga nano' tembaga kecil telah melekat pada daun buatan untuk menghasilkan bahan bakar dan bahan kimia yang bersih yang merupakan tulang punggung energi dan manufaktur modern.
Para peneliti, dari University of Cambridge dan University of California, Berkeley, mengembangkan cara praktis untuk membuat hidrokarbon – molekul yang terbuat dari karbon dan hidrogen – hanya ditenagai oleh matahari.
Perangkat yang mereka kembangkan menggabungkan 'daun' penyerap cahaya yang terbuat dari bahan sel surya efisiensi tinggi yang disebut perovskite, dengan katalis nanoflower tembaga, untuk mengubah karbon dioksida menjadi molekul yang berguna. Tidak seperti kebanyakan katalis logam, yang hanya dapat mengubah CO2 menjadi molekul karbon tunggal, bunga tembaga memungkinkan pembentukan hidrokarbon yang lebih kompleks dengan dua atom karbon, seperti etana dan etilena – blok bangunan utama untuk bahan bakar cair, bahan kimia dan plastik.
Hampir semua hidrokarbon saat ini berasal dari bahan bakar fosil, tetapi metode yang dikembangkan oleh tim Cambridge -Berkeley menghasilkan bahan kimia bersih dan bahan bakar yang terbuat dari CO2, air dan gliserol – senyawa organik umum – tanpa emisi karbon tambahan. Hasilnya dilaporkan dalam jurnal Katalisis Alam.
Studi ini dibangun di atas karya tim sebelumnya tentang daun buatan, yang mengambil inspirasi mereka dari fotosintesis: proses di mana tanaman mengubah sinar matahari menjadi makanan. “Kami ingin melampaui pengurangan karbon dioksida dasar dan menghasilkan hidrokarbon yang lebih kompleks, tetapi itu membutuhkan lebih banyak energi,” kata Dr Virgil Andrei dari Departemen Kimia Cambridge Yusuf, penulis utama penelitian ini.
Andrei, seorang peneliti dari St John's College, Cambridge, melakukan pekerjaan sebagai bagian dari program pertukaran Winton Cambridge-Kavli ENSI di laboratorium Profesor Peidong Yang di University of California, Berkeley.
Dengan menggabungkan penyerap cahaya perovskite dengan katalis nanoflower tembaga, tim dapat menghasilkan hidrokarbon yang lebih kompleks. Untuk lebih meningkatkan efisiensi dan mengatasi batas energi pemisahan air, tim menambahkan elektroda nanowire silikon yang dapat mengoksidasi gliserol. Platform baru ini menghasilkan hidrokarbon jauh lebih efektif – 200 kali lebih baik daripada sistem sebelumnya untuk membelah air dan karbon dioksida.
Reaksi tidak hanya meningkatkan kinerja reduksi CO2, tetapi juga menghasilkan bahan kimia bernilai tinggi seperti glikerat, laktat, dan format, yang memiliki aplikasi dalam obat-obatan, kosmetik, dan sintesis kimia.
“Gliserol biasanya dianggap limbah, tetapi di sini memainkan peran penting dalam meningkatkan laju reaksi,” kata Andrei. “Ini menunjukkan bahwa kami dapat menerapkan platform kami ke berbagai proses kimia di luar hanya konversi limbah. Dengan merancang area permukaan katalis, kami dapat memengaruhi produk apa yang kami hasilkan, membuat proses lebih selektif.”
Sementara selektivitas CO2-ke-hidrokarbon saat ini tetap sekitar 10%, para peneliti optimis tentang meningkatkan desain katalis untuk meningkatkan efisiensi. Tim ini membayangkan menerapkan platform mereka untuk reaksi organik yang lebih kompleks, membuka pintu untuk inovasi dalam produksi kimia berkelanjutan. Dengan perbaikan berkelanjutan, penelitian ini dapat mempercepat transisi ke ekonomi sirkular, karbon-netral.
“Ini” dengan menggabungkan keahlian dari Cambridge dan Berkeley, kami telah mengembangkan sistem yang dapat membentuk kembali cara kami menghasilkan bahan bakar dan bahan kimia berharga secara berkelanjutan. ”
Penelitian ini didukung sebagian oleh Program Winton untuk Fisika Keberlanjutan, St John's College, Departemen Energi AS, Dewan Penelitian Eropa, dan Penelitian dan Inovasi Inggris (UKRI).
Referensi:
Virgil Andrei et al. 'Sintesis hidrokarbon Surya C2 yang digerakkan oleh Perovskite dari CO2.' Katalisis Alam (2025). Doi: 10.1038/s41929-025-01292-y
