Para peneliti dari Pusat Penelitian Frontier Energi di Universitas North Carolina Chapel Hill telah membangun sebuah sistem yang diklaim mampu mengubah energi matahari menjadi bahan bakar hidrogen.
“Bahan bakar surya seperti hidrogen disebut-sebut menawarkan solusi untuk menyimpan energi guna digunakan pada malam hari dengan mengambil petunjuk dari fotosintesis alami,‘ kata peneliti utama Tom Meyer, Profesor Terkemuka Kimia di College of Arts and Sciences UNCs. ”Temuan baru kami mungkin memberikan bagian terakhir yang penting dalam teka-teki cara baru untuk menyimpan energi matahari—ini bisa menjadi titik balik bagi masa depan energi surya.“
Disebut sel fotoelektrolisis berwarna-sensitif (DSPEC), sistem baru—yang dirancang oleh Meyer dan rekan-rekannya di UNC serta kelompok Greg Parsons di North Carolina State University—menghasilkan bahan bakar hidrogen dengan menggunakan energi matahari untuk memecah air menjadi komponen-komponennya. Setelah pemecahan tersebut, hidrogen diamankan dan disimpan, sementara oksigen yang merupakan produk sampingan dilepaskan ke udara.
“Namun, memecah air sangat sulit dilakukan,” kata Meyer dalam sebuah pernyataan. ”Anda perlu mengambil empat elektron dari dua molekul air, mentransfernya ke tempat lain, lalu membuat hidrogen, dan setelah itu, menjaga agar hidrogen dan oksigen tetap terpisah. Bagaimana merancang molekul yang mampu melakukan hal tersebut adalah tantangan besar yang mulai kita atasi.”
Desain Meyer dikatakan memiliki dua komponen dasar: sebuah molekul dan nanopartikel. Molekul tersebut, yaitu rakitan kromofor-katalis, menyerap sinar matahari dan memicu katalis untuk melepaskan elektron dari air. Nanopartikel, yang ditautkan dengan ribuan rakitan kromofor-katalis, merupakan bagian dari lapisan nanopartikel yang mengangkut elektron menuju pembentukan hidrogen.
Menurut UNC-Chapel Hill, bahkan dengan upaya terbaik pun, sistem ini selalu mengalami kegagalan karena baik rakitan kromofor-katalis lepas dari nanopartikel maupun karena elektron tidak dapat diangkut cukup cepat untuk membentuk hidrogen.
Untuk mengatasi kedua masalah ini, Meyer beralih kepada kelompok Parsons di NCSU untuk menggunakan teknik yang melapisi nanopartikel dengan lapisan tipis titanium dioksida.
Dengan menggunakan lapisan ultra-tipis, para peneliti menemukan bahwa nanopartikel dapat mengangkut elektron jauh lebih cepat daripada sebelumnya, sehingga elektron yang terlepas siap digunakan untuk membentuk hidrogen. Mereka juga menentukan cara membuat lapisan pelindung yang menjaga rakitan kromofor-katalis tetap kuat menempel pada nanopartikel, memastikan rakitan tersebut tetap berada di permukaan.
Dengan elektron mengalir melalui nanopartikel dan tautan yang stabil, sistem baru Meyer mampu mengubah energi matahari menjadi bahan bakar tanpa memerlukan daya eksternal yang hampir sama sekali.
Infrastruktur untuk memasang konverter cahaya matahari menjadi bahan bakar ini sudah terlihat berdasarkan teknologi yang ada saat ini. Target berikutnya adalah menggunakan pendekatan yang sama untuk mengurangi karbon dioksida menjadi bahan bakar berbasis karbon seperti format atau metanol.
“Ketika Anda berbicara tentang menggerakkan planet dengan energi yang tersimpan dalam baterai, itu sama sekali tidak praktis,” kata Meyer. ”Ternyata cara paling padat energi untuk menyimpan energi adalah dalam ikatan kimia molekul. Dan itulah yang kami lakukan—kami menemukan jawabannya melalui kimia.”
