Fotokatalitik Pecah Ikatan Kimia Air

Fotokatalitik menjadi terobosan ilmiah dalam memproduksi bahan bakar hidrogen. Bahan ini dapat menciptakan reaksi yang dapat memisahkan air dipecah menjadi molekul hidrogen dan oksigen dengan memanfaatkan energi sinar matahari.

Para peneliti dari Universitas Shinshu berharap fotokatalitik suatu hari nanti dapat mengubah sistem energi untuk memproduksi hidrogen dengan sinar matahari. Pasokan bahan bakar bersih ini sangat ramah lingkungan dan jumlahnya hampir tak terbatas.

Sebagai bahan bakar, hidrogen hijau dapat digunakan dalam banyak cara seperti menyalakan mobil dan rumah atau sebagai bagian penting dari proses industri. Ia juga dapat membantu menyimpan energi surya sebagai bahan bakar hidrogen. Energi tersebut dapat digunakan nanti saat matahari tidak bersinar.

Pemisahan air secara fotokatalitik menggunakan sinar matahari untuk memecah air (H2O) menjadi komponen-komponen dasarnya yaitu hidrogen (H2) dan oksigen (O2). Kunci dari proses ini adalah menggunakan bahan-bahan yang dikenal sebagai fotokatalis yaitu zat yang menyerap cahaya dan mendorong reaksi menggunakan energi cahaya. Bahan-bahan ini dapat menyerap sinar matahari dan menggunakan energi tersebut untuk memecah ikatan kimia dalam molekul air.

Fotokatalis biasanya terbuat dari bahan semikonduktor yaitu zat yang menghantarkan listrik dalam kondisi tertentu. Fotokatalis berada di antara konduktor seperti logam dan isolator seperti karet. Dalam fotokatalisis, fotokatalis menyerap sinar matahari untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.

Bahan fotokatalis dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti sel surya yang dapat memanfaatkan energi matahari secara efisien, tetapi fotokatalis harus cukup stabil agar dapat bekerja dengan baik di dalam air.

Ada beberapa jenis sistem fotokatalis. Salah satu pendekatan yang umum adalah menggunakan fotokatalis dalam bentuk bubuk yang dicampur ke dalam air dalam tangki besar dan bening. Saat sinar matahari mengenai air, partikel fotokatalis menyerap cahaya dan menghasilkan energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul air.

Pendekatan lain melibatkan penggunaan lapisan tipis fotokatalis yang dilapisi pada berbagai permukaan. Lapisan-lapisan ini biasanya direndam dalam baki dangkal yang diisi dengan air dan ditempatkan di bawah sinar matahari langsung untuk menghasilkan hidrogen.

Dalam kedua sistem tersebut, hidrogen yang dihasilkan naik ke permukaan dan dapat dikumpulkan menggunakan serangkaian tabung atau ruang pengumpul gas, dan disimpan dalam tangki untuk digunakan kemudian. Saat sinar matahari memasuki tangki, fotokatalis akan memperoleh energi untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.

“Kami membuat sistem ini dengan melapisi lapisan tipis fotokatalis pada lembaran kaca besar yang dirakit menjadi panel. Panel ini memiliki saluran masuk tempat air dapat masuk dan saluran keluar tempat hidrogen dan oksigen dapat keluar,” kata Profesor Kazunari Domen, rekan penulis penelitian dari Universitas Shinshu.

Setiap sistem memiliki kelebihan dan tantangannya sendiri. Misalnya, fotokatalis bubuk dapat dengan mudah dicampur ke dalam air dalam volume besar, sehingga memungkinkan untuk mendistribusikan partikel fotokatalis secara merata pada konsentrasi yang cukup tinggi untuk menyerap sinar matahari dan melepaskan gas yang dihasilkan dengan cepat.

“Namun, pengumpulan dan penggunaan kembali katalis bubuk bisa jadi sulit. Di sisi lain, lapisan tipis lebih mudah ditangani dan digunakan kembali, tetapi harus dirancang dengan sangat hati-hati untuk memastikannya menerima cukup cahaya,” katan dia.  hay/I-1