Tembaga adalah satu-satunya logam yang dapat mereduksi CO2 menjadi hidrokarbon yang berguna. Busa tembaga menawarkan pori-pori dan saluran seperti spons, menyediakan lebih banyak situs aktif untuk reaksi CO2 daripada permukaan sederhana. Kredit: Laboratorium Palmore/Universitas Brown
Sebuah tim peneliti di Pusat Penangkapan dan Konversi CO2 Universitas Brown telah menemukan bahwa busa tembaga dapat memberikan cara baru untuk mengubah kelebihan CO2 menjadi bahan kimia industri yang berguna, termasuk formik. Zat apa pun yang ketika dilarutkan dalam air, memberikan pH kurang dari 7,0, atau menyumbangkan ion hidrogen.
acid.
Providence, Rhode Island (Brown University) — Katalis yang terbuat dari tembaga berbusa memiliki sifat elektrokimia yang sangat berbeda dari katalis yang dibuat dengan tembaga halus dalam reaksi yang melibatkan karbon dioksida, sebuah studi baru menunjukkan. Penelitian, oleh para ilmuwan di Pusat Penangkapan dan Konversi CO2 Universitas Brown, menunjukkan bahwa busa tembaga dapat memberikan cara baru untuk mengubah kelebihan CO2 menjadi bahan kimia industri yang berguna.
Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal ACS Catalysis.
Karena kadar karbon dioksida di atmosfer terus meningkat, para peneliti mencari cara untuk memanfaatkannya. Salah satu pendekatannya adalah menangkap CO2 yang dipancarkan dari pembangkit listrik dan fasilitas lainnya dan menggunakannya sebagai sumber karbon untuk membuat bahan kimia industri, yang sebagian besar saat ini terbuat dari bahan bakar fosil. Masalahnya adalah CO2 sangat stabil, dan mereduksinya menjadi bentuk reaktif dan berguna tidaklah mudah.
“Tembaga telah dipelajari sejak lama sebagai elektrokatalis untuk pengurangan CO2, dan itu satu-satunya logam yang terbukti mampu mereduksi CO2 menjadi hidrokarbon yang berguna,” kata Tayhas Palmore, profesor teknik dan penulis senior penelitian baru ini. “Ada beberapa indikasi bahwa jika Anda membuat kasar permukaan tembaga planar, itu akan menciptakan lebih banyak tempat aktif untuk reaksi dengan CO2.”
Busa tembaga, yang baru dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir, memberikan kekasaran permukaan yang dicari oleh Palmore dan rekan-rekannya. Busa dibuat dengan mengendapkan tembaga pada permukaan dengan adanya hidrogen dan arus listrik yang kuat. Gelembung hidrogen menyebabkan tembaga terendapkan dalam susunan pori-pori dan saluran seperti spons dengan berbagai ukuran.
Setelah mendepositkan busa tembaga pada elektroda, para peneliti melakukan eksperimen untuk melihat jenis produk apa yang akan dihasilkan dalam reaksi elektrokimia dengan CO2 dalam air. Eksperimen dilakukan oleh Sujat Sen dan Dan Liu, mahasiswa pascasarjana kimia yang bekerja di laboratorium Palmore di Sekolah Teknik Brown.
Eksperimen menunjukkan bahwa busa tembaga mengubah CO2 menjadi asam format – senyawa yang sering digunakan sebagai bahan baku mikroba yang menghasilkan biofuel – dengan efisiensi yang jauh lebih besar daripada tembaga planar. Reaksi tersebut juga menghasilkan sejumlah kecil propilena, hidrokarbon bermanfaat yang belum pernah dilaporkan sebelumnya dalam reaksi yang melibatkan tembaga.
“Distribusi produknya unik dan sangat berbeda dari yang dilaporkan dengan elektroda planar, yang merupakan kejutan,” kata Palmore. “Kami telah mengidentifikasi parameter lain untuk dipertimbangkan dalam elektroreduksi CO2. Bukan hanya jenis logam yang bertanggung jawab atas arah kimia ini, tetapi juga arsitektur katalisnya.
Sekarang sudah jelas bahwa arsitektur itu penting, Palmore dan rekan-rekannya bekerja untuk melihat apa yang terjadi ketika arsitektur itu diubah. Kemungkinan, katanya, pori-pori dengan kedalaman atau diameter yang berbeda akan menghasilkan senyawa yang berbeda dari bahan baku CO2. Pada akhirnya, dimungkinkan untuk menyetel busa tembaga ke arah senyawa tertentu yang diinginkan.
Palmore berkata dia kagum dengan fakta bahwa masih banyak yang harus dipelajari tentang tembaga.
“Orang-orang telah mempelajari elektrokatalisis dengan tembaga selama beberapa dekade sekarang,” katanya. “Sungguh luar biasa bahwa kami masih dapat membuat perubahan yang memengaruhi apa yang diproduksi.”
Pekerjaan dalam penelitian ini merupakan bagian dari upaya yang lebih besar oleh Brown’s Center for the Capture and Conversion of CO2. Pusat tersebut, yang didanai oleh National Science Foundation, sedang menjajaki berbagai katalis yang dapat mengubah CO2 menjadi bentuk karbon yang dapat digunakan.
“Tujuannya adalah menemukan cara untuk memproduksi beberapa bahan kimia dengan volume terbesar di dunia dari sumber karbon berkelanjutan yang tidak hanya dimiliki Bumi secara berlebihan tetapi juga harus segera dikurangi,” kata Palmore, yang memimpin pusat tersebut. “Ini adalah cara bagi kami sebagai ilmuwan untuk mulai memikirkan bagaimana kami memproduksi bahan kimia industri dengan cara yang lebih berkelanjutan dan mengendalikan biaya pada saat yang bersamaan. Biaya bahan kimia komoditas tidak akan kemana-mana kecuali naik selama produksi bergantung pada bahan bakar fosil.”
Pusat Penangkapan dan Konversi CO2 adalah Pusat Inovasi Kimia yang didanai oleh National Science Foundation (CHE-1240020).
Publikasi : Sujat Sen, et al., “Electrochemical Reduction of CO 2 at Copper Nanofoams,” ACS Catal., 2014, 4 (9), pp 3091–3095; DOI: 10.1021/cs500522g
Gambar: Palmore lab/Brown University
