Membatasi pemanasan global jangka panjang hingga di bawah 1,5°C memerlukan lebih dari sekadar mengurangi emisi gas rumah kaca. Menurut skenario iklim yang disajikan dalam laporan penilaian terbaru Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim (IPCC), dunia juga akan membutuhkan teknologi yang mampu menghilangkan dan menyimpan ratusan miliar ton karbon dioksida (CO).2) sudah ada di atmosfer.
Salah satu pendekatan yang semakin mendapat perhatian adalah penangkapan udara langsung (DAC), sebuah proses yang menghilangkan CO2 langsung dari udara. Perusahaan dan tim peneliti telah menghabiskan waktu bertahun-tahun mengembangkan sistem DAC, dan spin-off ETH Zurich, Climeworks, yang didirikan pada tahun 2009, merupakan salah satu perusahaan pertama yang mengkomersialkan teknologi tersebut. Meskipun ada kemajuan, menangkap karbon dari atmosfer masih mahal dan memerlukan energi dalam jumlah besar.
Mutiara protein terbuat dari limbah industri makanan
Para peneliti di ETH Zurich telah mengembangkan bahan penangkap karbon baru yang terbuat dari sumber yang tidak terduga: limbah dari pabrik susu dan tahu.
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di PNASsebuah tim yang dipimpin oleh ilmuwan material Raffaele Mezzenga, profesor di Departemen Ilmu dan Teknologi Kesehatan di ETH Zurich, menjelaskan metode yang menggunakan whey dan produk sampingan dari produksi tahu untuk menyerap CO2.
Cairan kaya protein dalam jumlah besar dihasilkan selama produksi produk susu dan tahu. Hanya sebagian saja yang digunakan kembali dalam pembuatan produk makanan, sementara sebagian besar sisanya dibuang begitu saja. Para peneliti mengekstraksi protein dari aliran limbah ini dan menyusunnya menjadi struktur panjang seperti benang yang disebut fibril amiloid.
Fibril ini kemudian digabungkan dengan kalium hidroksida dan dibuat menjadi manik-manik berpori berukuran diameter sekitar setengah sentimeter hingga satu sentimeter.
“Bahan yang didapat seperti spons yang mampu menyerap CO dalam jumlah besar2 melalui kalium hidroksida,” jelas Mezzenga.
Kinerja penangkapan karbon melebihi metode yang ada
Saat terkena udara, kalium hidroksida di dalam butiran bereaksi dengan CO2menghasilkan hidrogen karbonat, garam dari asam karbonat. Reaksi ini secara efektif menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer.
“Selama pengujian kami dengan udara sekitar, kami mampu mengekstraksi 97 miligram CO2 dengan satu gram materi,” jelas Zhou Dong, peneliti postdoctoral di kelompok Mezzenga dan penulis utama studi tersebut.
Menurut Dong, kinerja ini luar biasa kuat, melebihi kapasitas teknologi DAC konvensional sebesar 10-50%. Dia memperkirakan bahwa satu kilogram butiran protein secara teoritis dapat menangkap dan mengisolasi sekitar 100 gram CO.2 selama satu siklus operasi.
Penghapusan karbon berenergi rendah
Sistem penangkapan udara langsung tradisional biasanya mengandalkan panas dan tekanan negatif untuk melepaskan CO yang ditangkap.2 bahan yang menahannya. Karbon dioksida yang diperoleh kembali kemudian dapat disimpan atau diubah menjadi produk lain, sehingga tidak masuk ke atmosfer dalam jangka panjang.
Karena proses ini menghabiskan banyak energi, instalasi DAC umumnya lebih praktis di lokasi dengan sumber daya energi terbarukan yang melimpah.
Tim ETH Zurich telah mengembangkan pendekatan yang berbeda. Untuk melepaskan CO yang ditangkap2Para peneliti secara bergantian menyemprotkan butiran protein dengan asam ringan dan basa ringan selama sekitar 10 menit pada suhu kamar. Proses ini memutus ikatan kimia yang menahan CO2mengizinkan pengumpulannya.
Manik-manik yang dapat digunakan kembali mendukung ekonomi sirkular
Manik-manik asam, basa, dan protein semuanya dapat digunakan kembali.
“Bahan sintetis yang digunakan untuk menangkap CO2 saat ini, butiran protein tersebut terurai dengan cepat,” kata Dong. “Sebaliknya, butiran protein kami tetap stabil untuk waktu yang lama.”
Uji laboratorium menunjukkan bahwa material tersebut mempertahankan kinerjanya selama 30 siklus penangkapan dan pelepasan karbon, tanpa kehilangan efisiensi yang besar.
Seiring waktu, kapasitas adsorpsi pada akhirnya akan menurun. Mezzenga memperkirakan penggantian mungkin diperlukan setelah beberapa ribu siklus. Namun, karena manik-manik tersebut sepenuhnya organik, maka manik-manik tersebut dapat digunakan kembali sebagai pupuk pertanian atau diubah menjadi biofuel.
Sifatnya yang dapat terbiodegradasi memungkinkan teknologi ini masuk ke dalam model ekonomi sirkular yang lebih luas, mengurangi limbah namun tetap memberikan nilai setelah manik-manik tersebut tidak lagi digunakan untuk menangkap karbon.
“Bahan yang kami gunakan untuk proses ini tidak beracun dan food grade,” tegas Mezzenga.
Tim juga melakukan analisis siklus hidup dan menemukan bahwa pendekatan baru ini menghasilkan lebih sedikit polusi lingkungan sepanjang masa pakainya dibandingkan teknologi DAC yang ada.
Bisakah teknologi berkembang?
Meskipun hasilnya cukup menjanjikan, pengujian lebih lanjut masih diperlukan untuk menentukan apakah teknologi tersebut dapat beroperasi secara efektif pada skala industri sambil mempertahankan kapasitas penangkapan karbonnya yang tinggi.
Untuk penelitian saat ini, para peneliti bekerja di laboratorium terkontrol hanya dengan menggunakan beberapa gram bahan dan menangkap sekitar 50 gram CO.2.
Mezzenga tetap optimis dengan masa depan teknologi ini. Dia telah menghabiskan hampir dua dekade mempelajari fibril amiloid dan telah menggunakannya untuk mengembangkan alternatif pengganti plastik biodegradable dan teknologi pemurnian air.
“Kami yakin teknologi ini dapat diperluas,” katanya.
Menurut Mezzenga, sistem semprotan yang digunakan untuk melepaskan CO2 kompatibel dengan teknik industri yang sudah banyak digunakan. Dong akan terus mempelajari bagaimana proses ini bekerja dalam skala yang lebih besar.
Para peneliti belum menghitung biaya pasti untuk menangkap satu ton CO2 menggunakan peralatan baru. Namun, Mezzenga memperkirakan biayanya jauh lebih murah dibandingkan sistem penangkapan udara langsung konvensional.
“Teknologi kami lebih murah dan berkelanjutan karena hanya memerlukan sedikit energi dan didasarkan pada limbah yang tersedia secara luas,” jelasnya. “Ini bisa menjadi terobosan baru dalam upaya eliminasi CO di masa depan2 dari udara.”
