Teknologi Baru Mengubah CO2 Dalam Asap Cerobong Menjadi Produk Baru

Di tengah tren yang mengkhawatirkan ini, Konferensi Perubahan Iklim PBB (COP28) menyatakan “awal dari akhir” bahan bakar fosil, dan menekankan pentingnya solusi alternatif.

Transisi ke energi terbarukan telah mencapai momentumnya, dengan pembangkitan listrik terbarukan mencapai 7.858 terawatt-jam pada tahun 2021. Meskipun ada kemajuan, industri tertentu—terutama transportasi berat dan proses industri—menimbulkan tantangan besar karena ketergantungan mereka pada pembawa energi kimia dengan kepadatan tinggi.

Teknologi seperti Power to X (PtX) dan Carbon Capture and Utilization (CCU) telah muncul sebagai alat penting dalam mengatasi tantangan-tantangan ini, menawarkan jalur untuk mendekarbonisasi sektor-sektor ini dan memenuhi target net-zero pada tahun 2050.

Teknologi penangkapan karbon, khususnya pembersihan bahan kimia, merupakan yang terdepan dalam mengurangi emisi. Teknologi matang ini menggunakan proses berbasis pelarut untuk menyerap CO2 dari gas buang industri. Namun, metode tradisional memerlukan biaya energi yang tinggi, menghabiskan hingga 30% dari output pembangkit listrik pada umumnya.

Sistem yang ada saat ini memerlukan energi panas sebesar 3,5 hingga 4 gigajoule per ton CO2 untuk desorpsi—biaya signifikan yang ingin dikurangi oleh para peneliti.

Inovasi seperti proses desorpsi yang dioptimalkan dan campuran pelarut yang canggih telah menunjukkan harapan, menurunkan kebutuhan energi menjadi 1,9–3,6 gigajoule per ton CO2 dalam studi percontohan. Kemajuan-kemajuan ini meningkatkan efisiensi penangkapan karbon, membuka jalan bagi penerapan yang lebih luas pada industri-industri yang resisten terhadap elektrifikasi. Namun, biaya penyimpanan, transportasi, dan pemurnian CO2 yang ditangkap masih menjadi kendala dalam penggunaannya secara luas.

Teknologi penangkapan dan pemanfaatan karbon terintegrasi (ICCU) yang sedang berkembang bertujuan untuk mengatasi tantangan ini dengan mengubah CO2 yang ditangkap secara langsung menjadi senyawa berharga. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan langkah-langkah perantara yang mahal seperti dehidrasi dan kompresi.

Teknik seperti termokatalisis, katalisis elektrokimia, dan biofiksasi dengan mikroalga menawarkan beragam pendekatan untuk mengubah emisi karbon menjadi sumber daya yang bermanfaat. Namun, metode ini memerlukan penyempurnaan lebih lanjut untuk mengatasi permasalahan seperti kebutuhan energi, ketahanan katalis, dan pengkondisian gas.

Dalam pengembangan inovatifnya, para peneliti di Universitas Aarhus telah memperkenalkan teknologi penangkapan dan pemanfaatan karbon terintegrasi secara hayati (BICCU) yang memanfaatkan mikroorganisme untuk menyederhanakan proses konversi karbon. Berbeda dengan metode konvensional, yang mengandalkan panas tinggi untuk melepaskan dan memurnikan CO2, pendekatan ini menggunakan bioreaktor mikroba untuk menyerap dan mengubah CO2 langsung di dalam unit penangkapan.

“Mikroorganisme sangat terspesialisasi dalam proses menyerap dan mengubah CO2, suatu kemampuan yang telah mereka sempurnakan selama miliaran tahun,” jelas Dr. Mads Ujarak Sieborg, peneliti pascadoktoral dan penulis utama studi tersebut.

Mikroba ini memetabolisme CO2, mengubahnya menjadi produk seperti metana atau prekursor kimia seperti asam asetat. Hasil-hasil ini dapat menggantikan sumber daya berbasis fosil dalam aplikasi industri, sehingga menawarkan alternatif terbarukan dan berkelanjutan.

Mikroorganisme metanogenik, pemain kunci dalam sistem ini, berkembang di lingkungan anaerobik dan mengubah CO2 menjadi metana menggunakan hidrogen terbarukan dari elektrolisis air.

Mikroba ini, termasuk spesies seperti Metanobakterium Dan Metanoculleusunggul dalam menoleransi kontaminan seperti hidrogen sulfida dan sulfur dioksida, yang jika tidak maka akan menonaktifkan katalis kimia. Ketahanan ini menjadikannya ideal untuk menangani gas buang, dimana CO2 bercampur dengan gas lain.

Meskipun menjanjikan, sistem BICCU menghadapi kendala teknis. Mikroorganisme membutuhkan hidrogen untuk bahan bakar proses metabolisme mereka, yang bergantung pada elektrolisis yang terukur dan hemat biaya. Selain itu, gas buang sering kali mengandung oksigen, suatu senyawa yang merusak metanogen anaerobik. Mengatasi masalah ini sangat penting untuk penerapan skala besar.

“Hidrogen adalah faktor pembatas dalam sistem saat ini,” kata Amalie Kirstine Hessellund Nielsen, Ph.D. siswa dan rekan penulis penelitian. “Kita memerlukan reaktor dan sistem yang efisien untuk mengintegrasikan proses ini secara efektif. Namun dengan kemajuan teknologi reaktor saat ini, tantangan-tantangan ini bukannya tidak dapat diatasi.”

Penangkapan karbon biologis memberikan insentif yang menarik bagi industri untuk menerapkan teknologi pengurangan emisi. Penangkapan karbon secara tradisional memerlukan banyak energi dan menghabiskan hampir sepertiga output pembangkit listrik.

Sebaliknya, proses biologis beroperasi pada suhu yang jauh lebih rendah, sehingga menghemat biaya secara signifikan. Selain itu, produksi produk sampingan yang bermanfaat seperti gas alam ramah lingkungan secara simultan meningkatkan daya tarik ekonominya.

Saat ini, pembangkit listrik tenaga biogas sudah mulai menangkap CO2 dari aliran produksinya, yang mengandung hingga 50% CO2. Memperluas kemampuan ini ke gas buang industri, dimana konsentrasi CO2 berkisar antara 5% hingga 10%, dapat meningkatkan ketersediaan bahan baku karbon untuk digunakan kembali. Hal ini akan melengkapi strategi energi terbarukan, mengisi kesenjangan penting dalam dekarbonisasi industri yang bergantung pada pembawa energi dengan kepadatan tinggi.

Ketika industri berupaya mencapai emisi net-zero, peran teknologi penangkapan dan pemanfaatan karbon menjadi sangat diperlukan. Sistem seperti BICCU memberikan contoh bagaimana pendekatan inovatif dapat mengubah suatu tanggung jawab—emisi karbon—menjadi sumber daya yang berharga. Meskipun tantangannya masih ada, kemajuan dalam efisiensi bioreaktor dan produksi hidrogen menjanjikan percepatan penerapannya.

“Di masa depan net-zero, kita membutuhkan teknologi yang mendaur ulang CO2 dibandingkan mengambil lebih banyak karbon dari dalam tanah,” tegas Nielsen. Solusi tersebut tidak hanya mengurangi gas rumah kaca namun juga memberikan alternatif berkelanjutan terhadap sumber daya berbasis fosil.

Untuk mencapai netralitas karbon memerlukan pendekatan multifaset, menggabungkan energi terbarukan, penangkapan karbon tingkat lanjut, dan pemanfaatan berkelanjutan. Teknologi seperti BICCU mempunyai potensi untuk merevolusi industri, menjadikan visi ekonomi karbon sirkular menjadi kenyataan.