NTU Kembangkan Perangkat Surya yang Hasilkan Hidrogen dari Air Laut dan Urai Limbah Beracun

Ilmuwan dari Nanyang Technological University di Singapura mengembangkan perangkat bertenaga surya yang mampu menghasilkan hidrogen dari air laut sekaligus mengurai hidrazin, polutan industri beracun tingkat tinggi. Para peneliti menggambarkan sistem tersebut sebagai pendekatan ganda yang menggabungkan produksi bahan bakar bersih dengan pengolahan air limbah. Perangkat ini memanfaatkan sinar matahari untuk menghasilkan listrik yang dibutuhkan guna menggerakkan reaksi kimia, terinspirasi dari cara daun menangkap cahaya, tanpa memerlukan pasokan listrik eksternal.

Hidrogen biasanya diproduksi dengan cara mengelektrolisis air, sebuah proses di mana listrik memecah molekul air menjadi hidrogen dan oksigen. Elektron menuju katoda (elektroda negatif), tempat elektron membantu membentuk hidrogen. Penggunaan air laut dapat meningkatkan keberlanjutan proses ini karena tidak memerlukan air tawar maupun pengolahan tambahan untuk menghilangkan garam. Namun, ion klorida yang terdapat dalam air laut dapat mengganggu proses elektrolisis, dan proses tersebut juga dapat menghasilkan senyawa klorin yang bersifat korosif dan beracun sehingga merusak elektroda. Tim NTU, yang dipimpin oleh Profesor Lydia Wong dari School of Materials Science and Engineering, mengatasi masalah ini dengan mengubah reaksi pada anoda.

Prinsip Kerja Perangkat

Katalis pada anoda terdiri dari besi, kobalt, dan kromium, yang mampu menguraikan hidrazin menjadi hidrogen dan nitrogen. Karena reaksi ini membutuhkan energi yang lebih rendah dibandingkan proses produksi oksigen pada elektrolisis air konvensional, sistem ini dapat menghasilkan hidrogen dengan kebutuhan energi yang lebih rendah. Anoda tersebut juga menghilangkan hidrazin dari air sambil menghasilkan hidrogen tambahan.

Para peneliti membangun katoda menggunakan perovskit berbasis halida timbal, sebuah material semikonduktor yang mampu menyerap sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Resin epoksi konduktif yang mengandung partikel perak dan tembaga, serta foil titanium, digunakan untuk melindungi katoda dari degradasi. Pengujian terhadap air laut simulasi maupun air laut riil menunjukkan perangkat ini mampu menghasilkan arus yang stabil saat dikenai cahaya. Perangkat mencapai densitas fot arus sebesar 25 mA cm⁻², yang merupakan ukuran arus yang dihasilkan per area elektroda yang disinari. Sistem ini beroperasi selama lebih dari 72 jam di bawah penyinaran setara cahaya matahari cerah di permukaan bumi, serta menghasilkan hidrogen dengan laju 466 μmol cm⁻² h⁻¹—angka yang menurut para peneliti sebanding dengan sistem surya lainnya.

Lompatan Besar dalam Teknologi Lingkungan

Perangkat ini juga展示了 kemampuan pengolahan air limbahnya. Perangkat secara langsung mendegradasi hidrazin di dalam air tanpa harus memisahkan polutan terlebih dahulu. Dalam 30 jam, sistem menurunkan konsentrasi hidrazin dari 0.5 M (sekitar 1.6% dari berat) menjadi 0.5 ppb. Konsentrasi akhir ini jauh lebih rendah—lebih dari 20 kali lipat—dibandingkan batas yang diizinkan oleh US EPA sebesar 10 ppb. “Perangkat dual-fungsi ini представляет sebuah lompatan besar dalam teknologi lingkungan. Dengan menangkap energi surya secara efisien untuk mengurai polutan industri yang beracun sekaligus mengumpulkan bahan bakar bersih, kami menjawab tantangan energi dan polusi,” ujar Profesor Wong dalam rilis pers.

“Terobosan ini bukan hanya tentang produksi hidrogen surya, tetapi juga menunjukkan jalur praktis menuju sistem fotoelektrokimia multifungsi. Pendekatan ganda semacam ini akan semakin penting ketika nilai ekonomi dan dampak lingkungan harus berjalan beriringan dalam penerapan teknologi bahan bakar surya di masa depan,” tambah James Durrant, Profesor Fotokimia dan Energi Berkelanjutan di Departemen Kimia Universitas Oxford, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut.

Tim saat ini tengah mengembangkan katalis yang dapat menargetkan polutan lain serta mengubah limbah menjadi produk bermanfaat, termasuk bahan bakar dan bahan kimia industri. Penelitian ini опубликовано dalam jurnal Nature Communications.

Potensi Sistem Fotoelektrokimia Multifungsi

Signifikansi penelitian ini terletak pada penggabungan inovatif antara produksi hidrogen dan pengolahan air limbah, yang menunjukkan potensi teknologi berkelanjutan. Di tengah meningkatnya permintaan global akan energi bersih, sistem ganda guna semacam ini tidak hanya mampu menjawab persoalan energi secara efektif, tetapi juga menangani pencemaran lingkungan, sejalan dengan tren keberlanjutan saat ini. Selain itu, pengembangan katalis yang terus dilakukan oleh tim peneliti akan semakin memperluas cakupan penerapannya dan berpotensi memberikan dampak jangka panjang bagi teknologi ramah lingkungan di masa depan.