Para peneliti di Universitas Metropolitan Osaka telah menciptakan sistem fotosintesis buatan baru yang mampu menghasilkan bahan bakar surya lebih konsisten sekaligus menghilangkan kebutuhan peralatan kendali berbasis baterai. Terobosan ini datang dari pengintegrasian komponen kimia yang dapat diatur sendiri secara langsung ke dalam elektroliser, sehingga mengurangi kompleksitas dan biaya sistem.
Seperti fotosintesis alami pada tumbuhan, fotosintesis buatan menggunakan sinar matahari untuk mengubah air dan karbon dioksida menjadi senyawa yang kaya energi. Salah satu produk tersebut adalah asam format, bahan kimia yang dapat digunakan sebagai bahan bakar dan cara menyimpan energi.
Bagaimana fotosintesis buatan menghasilkan bahan bakar surya
Inti dari sistem ini adalah elektroliser yang mengubah listrik yang dihasilkan sel surya menjadi energi kimia. Energi ini kemudian disimpan dalam bentuk bahan bakar seperti asam format.
Tantangan terbesarnya adalah menjaga efisiensi pengoperasian seiring perubahan sinar matahari sepanjang hari. Untuk mengatasi masalah ini, banyak sistem fotosintesis buatan menggunakan pelacakan titik daya maksimum (MPPT), sebuah metode yang secara terus menerus menyesuaikan tegangan dan arus sehingga sel surya dapat memberikan keluaran daya setinggi mungkin.
Namun, pengaturan MPPT konvensional biasanya mengandalkan baterai dan elektronik tambahan untuk memperlancar aliran daya. Meskipun efektif, penambahan ini meningkatkan biaya dan kompleksitas sistem.
Elektroliser yang dapat mengatur sendiri menghilangkan baterai
Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim yang dipimpin oleh Associate Professor Yasuo Matsubara dan Profesor Yutaka Amao dari Pusat Penelitian Fotosintesis Buatan di Universitas Metropolitan Osaka bekerja sama dengan Iida Group Holdings Co., Ltd untuk mendesain ulang elektroliser itu sendiri.
Pendekatan mereka menggunakan elektrolit padat yang dirancang khusus dan terintegrasi langsung ke dalam perangkat. Hasilnya, elektroliser dapat secara otomatis menjalankan fungsi MPPT, sehingga menghilangkan kebutuhan akan sistem kontrol berbasis baterai.
Daripada mengandalkan komponen elektronik eksternal, konverter atau baterai, elektroliser menyesuaikan karakteristik listriknya melalui sifat termal dan impedansinya sendiri.
“Seiring bertambahnya sinar matahari, elektroliser akan memanas secara alami. Sistem ini dirancang sedemikian rupa sehingga pemanasan ini menyebabkan hambatan listrik turun, sehingga listrik mengalir lebih leluasa,” jelas Profesor Amao. “Hal ini memungkinkan sistem untuk secara otomatis menyesuaikan perilaku kelistrikannya.”
“Perilaku pengaturan mandiri ini membantu menjaga produksi bahan bakar lebih stabil sepanjang hari dan mengotomatiskan sistem, sekaligus mengurangi ketergantungan pada baterai dan komponen eksternal yang mahal,” tambahnya.
Produksi asam format yang stabil di bawah sinar matahari nyata
Ketika para peneliti menguji teknologi tersebut dalam kondisi luar ruangan yang sebenarnya, sistem tersebut secara konsisten menghasilkan asam format dari air dan CO2, bahkan ketika tingkat sinar matahari berfluktuasi.
“Kami yakin akan berhasil, karena penelitian ini telah kami presentasikan pada pameran “Joint Pavilion Iida Group × Osaka Metropolitan University” sebagai bagian dari Osaka Kansai Expo 2025,” kata Profesor Matsubara. “Ini berhasil menghasilkan cukup asam format untuk menyalakan diorama mini di paviliun, menunjukkan potensinya sebagai sistem fotosintesis buatan yang efisien yang berpotensi digunakan untuk mengisi daya aplikasi di rumah kita.”
Hasilnya dipublikasikan di EES surya.
