Metode alami ini mampu menangkap emisi karbon dioksida PLTU batubara hingga 90%!

Sebuah membran yang terinspirasi dari sistem biologis dibuat untuk membersihkan karbon dioksida hampir sepenuhnya dari asap pembangkit listrik tenaga batu bara, telah dikembangkan oleh para ilmuwan di Sandia National Laboratories dan University of New Mexico, Amerika Serikat. Inovasi ini telah menarik perusahaan energi untuk secara signifikan dan murah mengurangi emisi karbon dioksida, salah satu gas rumah kaca yang paling banyak, dan mengeksplorasi kemungkinan penggunaan lain dari penemuan ini. Membran yang disebut dengan memzyme ini memenuhi standar Departemen Energi dengan menangkap 90 persen produksi karbon dioksida pembangkit listrik dengan biaya yang relatif rendah yaitu US$ 40 per ton.

Para peneliti menyematkan nama “memzyme” karena fungsinya yang seperti filter tetapi sangat dekat dengan enzim karbonat anhidrase, yang dikembangkan oleh sel-sel hidup selama jutaan tahun untuk membantu melepaskan diri dari karbon dioksida secara efisien dan cepat.

“Sampai saat ini, pengikatan karbon dioksida dari asap sangat mahal, dengan menggunakan sistem yang tersedia saat ini yaitu membran polimer yang tebal dan padat,” kata Jeff Brinker, profesor dari Universitas New Mexico dan penulis utama makalah penelitian. “Metode kami murah, terinspirasi dari alam dalam menggunakan membran berbasis air yang hanya setebal 18 nanometer, menggabungkan enzim alami untuk menangkap 90 persen karbon dioksida. (Satu nanometer adalah sekitar 1/700 dari diameter rambut manusia.) Ini hampir 70 persen lebih baik daripada metode komersial saat ini, dan itu dilakukan dengan biaya kecil.”

Pembuatan perangkat ini dimulai dengan proses pengeringan yang disebut evaporation-induced self-assembly, pertama kali dikembangkan di Sandia oleh Brinker sendiri 20 tahun yang lalu.

Prosedur ini menciptakan sederetan nanopori silika yang dirancang untuk mengakomodasi enzim karbonik anhidrase dan membuatnya tetap stabil. Ini dilakukan dalam beberapa langkah. Pertama, selarik 100 nanometer material diperlakukan dengan teknik yang disebut pengendapan lapisan atom untuk membuat permukaan air hidrofobik. Hal ini diikuti oleh perlakuan oksigen plasma yang melapisi permukaan yang tidak menyerap air untuk membuat pori-pori nano yang menyukai air atau bersifat hidrofilik, tetapi hanya sampai kedalaman 18 nanometer. Larutan enzim dan air secara spontan terisi dan distabilkan di dalam bagian yang menyukai air dari pori-pori nano. Ini menciptakan membran air setebal 18 nanometer, dengan konsentrasi anhidrase karbonat 10 kali lebih besar dari larutan berair yang dibuat hingga saat ini.

Enzim pada membran ini mampu melarutkan karbon dioksida dengan cepat dan selektif, membran katalitik memiliki kemampuan untuk menangkap sebagian besar molekul karbon dioksida yang menyamarkannya dari awan asap batubara yang naik. Molekul yang terikat kemudian melewati membran dengan cepat, didorong semata-mata oleh gradien tekanan yang terjadi secara alami yang disebabkan oleh sejumlah besar molekul karbon dioksida pada satu sisi membran dan ketidakhadiran komparatifnya di sisi lain. Proses kimia mengubah gas sebentar menjadi asam karbonat dan kemudian bikarbonat sebelum keluar segera ke hilir sebagai gas karbon dioksida. Gas dapat dipanen dengan kemurnian 99 persen – begitu murni sehingga dapat digunakan oleh perusahaan minyak untuk ekstraksi sumber daya. Molekul lainnya melewati permukaan membran tanpa terganggu. Enzim dapat digunakan kembali, dan karena air berfungsi sebagai media bukan aktor, tidak perlu diganti.

Pori-pori nano mengering dalam jangka waktu lama karena penguapan. Ini akan diperiksa oleh uap air yang naik dari rendaman air bawah yang telah dipasang di pembangkit listrik untuk mengurangi emisi sulfur. Dan, enzim yang rusak dari penggunaan dari waktu ke waktu dapat dengan mudah diganti.

Brinker mengatakan, “Konsentrasi karbonat anhidrase yang sangat tinggi, bersama dengan ketipisan saluran air, menghasilkan fluks karbon dioksida yang sangat tinggi melalui membran. Semakin besar konsentrasi karbonik anhidrase, semakin besar fluks. Semakin tipis membran, lebih besar fluks. ”

Susunan membran di cerobong pembangkit akan menjadi seperti catalytic converter di dalam mobil. Selaput akan duduk di permukaan bagian dalam tabung yang diatur seperti sarang lebah. Gas cerobong akan mengalir melalui tabung membran-tertanam, dengan aliran gas bebas karbon dioksida di luar tabung. Memvariasikan panjang tabung dan diameter akan mengoptimalkan proses ekstraksi karbon dioksida.

“Perusahaan energi dan utilitas minyak dan gas telah menyatakan minatnya untuk mengoptimalkan filter gas untuk kondisi tertentu,” kata Susan Rempe, peneliti Sandia dan rekan penulis, yang menyarankan dan mengembangkan gagasan memasukkan karbonat anhidrase ke dalam larutan air untuk meningkatkan kecepatan, dimana karbon dioksida dapat diambil dan dilepaskan dari membran. “Enzim ini dapat mengkatalisis pembubaran satu juta molekul karbon dioksida per detik, sangat meningkatkan kecepatan proses. Dengan optimalisasi oleh industri, memzyme dapat membuat produksi listrik murah dan hijau,” katanya.

Credit: Science Daily, Sandia National Laboratory

Post Author: Onny

"Science is the highest Art in the universe."

Leave a Reply