- Peneliti mengembangkan membran protein baru untuk memisahkan litium dan natrium.
- Berencana merancang ribuan varian protein untuk menyaring kandidat terbaik.
- Pembuatan dan pengujian membran akan memanfaatkan teknologi mikroskop elektron kriogenik.
- Teknologi ini di masa depan berpotensi diterapkan untuk pengolahan air dan pemulihan mineral.
Peneliti Inggris sedang mengembangkan metode baru yang memanfaatkan protein rekayasa untuk mengekstrak litium yang dibutuhkan baterai, protein-protein ini mampu merakit menjadi membran dengan ukuran pori hingga 1 Angstrom, sehingga berpotensi memisahkan litium dari natrium yang memiliki sifat kimia serupa. Metode ini menggunakan protein S-lapisan, yang secara alami membentuk struktur tertib tinggi di permukaan mikroorganisme. Para peneliti bertujuan memodifikasi protein ini untuk menciptakan membran dengan pori seragam yang mampu memisahkan ion litium dan natrium secara selektif. Ilmuwan dari University of Birmingham dan Aston University menargetkan ukuran pori antara 1 hingga 50 Angstrom, di mana 1 Angstrom setara dengan sepersepuluh miliar meter.
Tujuannya adalah memproduksi membran berluas besar yang mampu melakukan pemisahan sangat selektif di kondisi operasional nyata. Program tiga tahun ini mendapat pendanaan 6,2 juta poundsterling dari Advanced Research and Invention Agency (ARIA) Inggris.
Proses Desain dan Penyaringan Membran
Para peneliti akan merancang dan menyaring ribuan varian protein, kemudian memperluas skala kandidat paling menjanjikan untuk pembuatan dan pengujian membran. Membran yang diusulkan akan menggunakan protein S-lapisan, yang secara alami membentuk struktur dua dimensi tertib di permukaan banyak mikroorganisme. Protein ini dapat merakit menjadi pola berulang tanpa perlu penempatan individual setiap komponen. Peneliti berencana memodifikasi strukturnya untuk menciptakan pori dengan ukuran dan sifat kimia yang terkontrol. Ribuan varian protein akan dirancang dan disaring untuk mengidentifikasi kandidat yang mampu memisahkan ion litium dan natrium. Versi paling menjanjikan akan diproduksi dalam skala lebih besar dan diintegrasikan ke dalam sistem membran.
Dr. Dominik Kubicki, ketua proyek dari University of Birmingham, menyatakan: "Biologi mampu membangun material tertib dengan presisi yang sulit dicapai metode manufaktur yang ada. Kami bertujuan memanfaatkan hal ini untuk menciptakan membran dengan pori seragam dan terprogram." Fold9 akan menangani desain komputasional protein, sedangkan Adaptyv Bio akan menyediakan penyaringan throughput tinggi Qualcomm untuk menguji sejumlah besar varian. Evove yang bermarkas di Inggris akan menyumbangkan keahlian pembuatan, penskalaan, dan pengujian membran. Peneliti juga akan menggunakan mikroskop elektron kriogenik (cryo-EM) dan reflectometri neutron untuk memeriksa sifat nanoskala struktur membran.
Teknologi-teknologi ini akan membantu menentukan bagaimana variasi geometri pori memengaruhi selektivitas, stabilitas, dan transportasi ion.
Tantangan Penskalaan Pembuatan Membran
Memperluas skala membran ke luar laboratorium merupakan tantangan utama. Tim berencana menggabungkan produksi protein, pembuatan membran, dan pengujian untuk menilai apakah material ini mempertahankan sifat selektifnya saat diproduksi dalam skala lebih besar. Profesor Owen Thomas dari University of Birmingham menyatakan: "Satu tantangan kunci adalah menerjemahkan kontrol tingkat molekuler menjadi membran yang dapat diproduksi dan beroperasi dalam skala praktis." Proyek ini merupakan bagian dari program "The Universal Manufacturer" ARIA, yang mengeksplorasi penggunaan protein rekayasa sebagai batu bangunan untuk memanufaktur material dengan struktur terkontrol.
Meskipun ekstraksi litium menjadi target awal, peneliti percaya pendekatan ini pada akhirnya dapat mendukung pengolahan air, pemulihan mineral kritis, serta manufaktur kimia dan farmasi.
Teknologi ini saat ini masih dalam tahap pengembangan. Tim belum melaporkan membran skala industri yang berfungsi, tingkat pemulihan litium, atau penghematan energi yang terukur. Program tiga tahun ini akan menguji apakah protein rekayasa能够提供实用分离系统所需的选择性、耐用性和可扩展性。
Potensi Aplikasi dan Tantangan Membran Protein Baru
Penelitian ini menunjukkan potensi protein rekayasa dalam produksi baterai, khususnya dalam pemisahan selektif litium dan natrium. Dengan memanfaatkan presisi biologi, peneliti berharap menciptakan membran dengan pori terkontrol, yang krusial untuk meningkatkan efisiensi baterai. Namun, memperluas teknologi laboratorium ke skala industri tetap menghadapi tantangan, terutama dalam mempertahankan sifat selektif membran. Jika berhasil, teknologi ini tidak hanya dapat meningkatkan produksi baterai, tetapi juga berperan penting di bidang pengolahan air dan pemulihan mineral, menunjukkan potensi aplikasi yang luas.