Teknologi Fotokatalistis Berbasis Ti02 untuk Mengkonversi CO2 Menjadi Biofuel

Fathul Bari

Pendahuluan

Perubahan iklim akibat peningkatan emisi gas rumah kaca, terutama karbon dioksida (CO), menjadi salah satu tantangan terbesar dalam pembangunan berkelanjutan. Seperti di Indonesia, dengan industri dan sektor energi yang terus berkembang, upaya menurunkan emisi CO menjadi prioritas. Salah satu pendekatan inovatif yang berpotensi dalam menangani masalah ini adalah teknologi fotokatalisis berbasis titanium dioksida (TiO), yang dapat mengonversi CO menjadi biofuel. Teknologi ini menawarkan solusi dua sisi, yakni mengurangi emisi gas rumah kaca sambil menghasilkan sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan. Namun, pengembangan teknologi ini di Indonesia menghadapi berbagai tantangan, baik dari segi teknis, ekonomi, maupun regulasi, yang perlu diatasi untuk memaksimalkan peluangnya.

Karbon dioksida berpeluang untuk dapat dikonversi langsung menjadi senyawa kimia yang lebih bernilai melalui berbagai metodologi, seperti biokimia, elektrokimia, termokimia dan fotokatalisis. Dari produk senyawa kimia berbasis karbon dioksida ini, methanol menjadi produk yang sangat menjanjikan untuk dipelajari karena methanol memiliki densitas enegi yang baik dan dapat menjadi bahan utama dalam produk industri kimia yang bernilai ekonomi tinggi, seperti DME (dimetil eter) dan sebagai reaktan pada reaksi transesterifikasi biodiesel. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik (2018) kebutuhan impor methanol terhitung meningkat setiap tahun. Pada tahun 2016 jumlah kebutuhan impor methanol di Indonesia mencapai 350.026,05 ton, meningkat sekitar dua kali lipat dari tahun 2015, yaitu 219.413,82 ton. Selain itu Indonesia hanya memiliki satu pabrik methanol dengan kapasistas 660.000 megaton per tahun dan kemurnian sebesar 99,85%. Bahan baku pabrik ini bersumber dari gas alam (Budi, 2021).

 

Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) merupakan teknologi yang digunakan untuk menangkap karbon dioksida dari berbagai sumber. Teknologi ini sangat penting dalam mengurangi emisi karbon mengingat sektor industry merupakan salah satu penyumbang emisi CO2 terbesar yakni sebesar 31%. Karbon dioksida yang ditangkap dan disimpan perlu dibersihkan. Terdapat beberapa teknologi yang telah umum digunakan, seperti absorpsi berbbasis amina, absorbs dengan zat padat, membrane dan pemisahan hibrida. Berdasarkan struktur kristalnya, TiO2 terbagi menjadi tiga bagian yaitu rutile (tetragonal), anatase (tetragonal) dan brookiteI (orthorhombic) (Budi, 2021).

Prinsip Teknologi Fotokatalisis Berbasis TiO

Fotokatalisis berbasis TiO adalah proses yang melibatkan penggunaan katalis, yaitu titanium dioksida, yang mampu menyerap energi cahaya, baik dari sinar matahari maupun sumber cahaya buatan, untuk menggerakkan reaksi kimia. Pada proses konversi CO menjadi biofuel, fotokatalis TiO memanfaatkan foton cahaya untuk mengaktifkan elektron dan menghasilkan pasangan elektron-hole (lubang). Pasangan ini kemudian bereaksi dengan CO dan molekul air (HO) untuk menghasilkan senyawa hidrokarbon yang lebih sederhana, seperti metanol, etanol, dan bahan bakar cair lainnya.

Teknologi ini menarik karena memanfaatkan CO, yang berlimpah di atmosfer, sebagai bahan baku utama, serta menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi, sehingga sangat cocok untuk diterapkan di negara tropis seperti Indonesia, yang memiliki potensi energi surya besar sepanjang tahun.

Secara lebih detail, reaksi fotokatilisis terdiri dari lima tahapan utama. Foton diserap untuk selanjutnya terjadi pembentukan muatan pasangan electron-hole. Setelah pasangan ini terbentuk, proses transfer electron-hole pada permukaan semikonduktor ada terjadi dan diikuti oleh penyerapan molekul reaktan. Selanjutanya reduksi-oksidasi akan terjadi pada material katalis. Untuk meningkatkan kualitas produk metanol, proses distilasi perlu dilakuakan dalam pemurnian produk. Teknologi distilasi merupakan teknologi proses separasi yang umum digunakan pada industry. Pada proses pemisahan campuran methanol dan air, distilasi merupakan teknologi yang telah lazim digunakan dan sudah komersial. Selain itu methanol dan air tidak membentuk azeotrope sehingga campuran dapat dipisahkan dengan distilasi sederhana (Budi, 2021).

Selain inovasi pada industri sendiri juga menjadi aspek penting untuk menciptakan industri berkelanjutan bagi triple bottom line, yakni people, planet dan profit. Teknologi konversi karbon dioksida menjadi methanol denga energi berbasis matahari merupakan teknologi yang visioner. Dengan penelitian dan pengembangan lebih jauh, teknologi surya sangat dimungkinkan untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dan menjamin adanya produksi bahan kimia yang terbarukan serta berkelanjutan (Budi, 2021).

Tantangan Teknologis

Meskipun memiliki potensi besar, penerapan teknologi fotokatalisis TiO dalam konversi CO menjadi biofuel masih menghadapi sejumlah tantangan teknologis yang signifikan. Salah satunya adalah efisiensi konversi yang relatif rendah. Reaksi fotokatalisis TiO membutuhkan energi yang cukup besar untuk memisahkan elektron dan hole, namun energi tersebut belum bisa sepenuhnya dioptimalkan dalam proses konversi CO. Selain itu, pengembangan material fotokatalis yang lebih efisien juga masih menjadi fokus penelitian. Upaya untuk meningkatkan kemampuan TiO dalam menyerap cahaya, terutama di wilayah spektrum sinar tampak, serta meningkatkan stabilitas material selama reaksi berlangsung merupakan beberapa tantangan utama yang sedang dihadapi oleh para peneliti.

Sementara itu, integrasi teknologi ini dengan infrastruktur energi yang ada di Indonesia juga memerlukan adaptasi yang cukup besar. Teknologi fotokatalisis masih memerlukan pengembangan sistem skala besar yang efisien dan ekonomis sebelum dapat diimplementasikan secara komersial. Pengolahan dan penyimpanan hasil konversi juga memerlukan perhatian khusus, terutama dalam hal pengelolaan produk sampingan dan kestabilan biofuel yang dihasilkan.

Tantangan Ekonomi dan Regulasi

Tantangan lain di Indonesia yakni ekonomi dan regulasi menjadi salah satu hambatan utama dalam pengembangan teknologi fotokatalisis untuk produksi biofuel. Investasi awal yang diperlukan untuk membangun fasilitas fotokatalitik masih sangat tinggi dan teknologi ini belum memiliki daya saing dengan teknologi energi terbarukan lain yang lebih mapan, seperti tenaga surya, angin, atau biomassa.

Selain itu, regulasi terkait pemanfaatan CO sebagai bahan baku energi masih belum sepenuhnya terstruktur. Kebijakan energi terbarukan di Indonesia lebih berfokus pada peningkatan kapasitas energi listrik dari sumber-sumber konvensional seperti panas bumi dan hidro. Dukungan pemerintah dalam bentuk insentif atau subsidi untuk pengembangan teknologi fotokatalisis masih terbatas. Diperlukan kerangka regulasi yang lebih inklusif yang mendukung pengembangan teknologi ini secara signifikan, baik dalam tahap riset maupun implementasi komersial.

Peluang di Indonesia

Meskipun adanya tantangan, namun peluang pengembangan teknologi fotokatalisis di Indonesia cukup menjanjikan. Negara ini memiliki sumber daya alam yang melimpah, termasuk sinar matahari yang intens sepanjang tahun, yang dapat menjadi energi utama dalam reaksi fotokatalitik. Melaui potensi tersebut, Indonesia dapat memposisikan diri sebagai salah satu pemimpin dalam pengembangan biofuel berbasis fotokatalisis.

Selain itu, dengan meningkatnya perhatian global terhadap pengurangan emisi dan target net zero emissions, Indonesia memiliki insentif yang kuat untuk mengadopsi teknologi ini. Biofuel yang dihasilkan melalui proses ini dapat menjadi alternatif yang berkelanjutan bagi bahan bakar fosil, sekaligus membantu Indonesia mencapai target pengurangan emisi dalam Perjanjian Paris.

Kerjasama antara sektor akademisi, industri dan pemerintah sangat penting dalam mendorong inovasi dan implementasi teknologi fotokatalisis. Dukungan penelitian dan pengembangan serta insentif bagi perusahaan-perusahaan yang tertarik mengadopsi teknologi ini akan menjadi langkah penting dalam mempercepat penerapan teknologi fotokatalisis berbasis TiO di Indonesia.

Kesimpulan

Teknologi fotokatalisis berbasis TiO untuk mengonversi CO menjadi biofuel menawarkan solusi inovatif untuk menghadapi tantangan perubahan iklim di Indonesia. Meskipun terdapat tantangan dari segi teknis, ekonomi, dan regulasi, potensi besar yang dimiliki negara ini, terutama dalam hal energi surya, menjadikan teknologi ini sebagai salah satu opsi yang patut dipertimbangkan dalam strategi pengembangan energi terbarukan. Melalui dukungan yang tepat, baik dari sisi riset maupun kebijakan, teknologi ini dapat menjadi komponen penting dalam transisi energi bersih di Indonesia.

Referensi :      

Budi, I, D, M. 2021. Potensi Produksi Metanol Berbasis Fotokalisis Ti02 Terintegrasi Teknologi Penangkapan Karbon Sebagai Upaya Implementasi Pengembangan Energi Terbarukan di Indonesia. Indonesia Menuju Energi Bersih. 50 Karya Terbaik Kompetisi Penulisan Artikel Energi Baru Terbarukan. Piala Menteri ESDM RI 2021. Society of Renewable Energy (SRE) & Rakyat Merdeka (RM). RM Books