Karbon Bisakah Ditangkap, Mengapa itu Penting?

Penangkapan dan Penyimpanan Karbon (CCS - Carbon Capture and Storage),  Apa itu?

Karbon, dan lebih jelasnya emisi karbon dioksida menjadi menarik, menangkap dan menyimpan karbon menjadi penting. Presiden Prabowo Subianto mulai membicarakan kelanjutan kerja sama proyek dengan Perdana Menteri Singapura, Lawrence Wong. Pembahasan ini berlangsung saat kunjungan kenegaraan Wong ke Indonesia, di mana ia menemui Prabowo di Istana Merdeka, Jakarta Pusat. Prabowo menyatakan bahwa Indonesia akan melanjutkan kerja sama dengan Singapura dalam proyek penangkapan dan penyimpanan karbon.

Lalu dalam ruang singkat ini saya akan menjelaskan apakah karbon, dalam bentuk CO2 , lalu bagaimana cara menyimpan, dan apa manfaatnya.

Pemerintah Indonesia telah mengeluarkan pedoman baru untuk mendorong perusahaan minyak dan gas agar mengimplementasikan teknologi Penangkapan Karbon (Carbon Capture) atau Penyimpanan dan Pemanfaatan Karbon (CCUS) di lokasi operasional mereka.

Aturan ini tercantum dalam Peraturan Menteri ESDM Nomor 2 Tahun 2023 tentang Penyelenggaraan Penangkapan dan Penyimpanan Karbon, serta Penangkapan, Pemanfaatan, dan Penyimpanan Karbon pada Kegiatan Usaha Hulu Migas.

Peraturan yang diumumkan pada 2 Maret 2023 tersebut mendorong pengembangan teknologi penangkapan karbon, meskipun tidak mewajibkannya. Sebagai insentif, kredit karbon akan digunakan untuk mendorong perusahaan berinvestasi dalam implementasi proses CCUS.

GAS KARBON DIOKSIDA  

Karbon dioksida adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CO. Senyawa ini terdiri dari molekul yang masing-masing memiliki satu atom karbon yang terikat kovalen secara ganda dengan dua atom oksigen. Karbon dioksida berada dalam bentuk gas pada suhu kamar dan pada konsentrasi yang biasanya dijumpai, gas ini tidak berbau. Sebagai sumber karbon dalam siklus karbon, CO atmosfer adalah sumber karbon utama bagi kehidupan di Bumi. Di udara, karbon dioksida transparan terhadap cahaya tampak tetapi menyerap radiasi inframerah, bertindak sebagai gas rumah kaca. Karbon dioksida larut dalam air dan ditemukan di air tanah, danau, lapisan es, serta air laut.

Karbon dioksida adalah gas jejak di atmosfer Bumi dengan konsentrasi 421 bagian per juta (ppm)[a], atau sekitar 0,042% (per Mei 2022), yang telah meningkat dari level pra-industri sekitar 280 ppm atau sekitar 0,028%. Pembakaran bahan bakar fosil merupakan penyebab utama peningkatan konsentrasi CO ini, yang merupakan penyebab utama perubahan iklim.

Konsentrasi CO di atmosfer Bumi pada masa pra-industri sejak akhir era Precambrian diatur oleh organisme dan fitur geologis. Tanaman, alga, dan sianobacteria menggunakan energi dari cahaya matahari untuk mensintesis karbohidrat dari karbon dioksida dan air dalam proses yang disebut fotosintesis, yang menghasilkan oksigen sebagai produk sampingan. Sebaliknya, oksigen dikonsumsi dan CO dilepaskan sebagai limbah oleh semua organisme aerobik saat mereka memetabolisme senyawa organik untuk menghasilkan energi melalui respirasi. CO juga dilepaskan dari bahan organik saat mereka membusuk atau terbakar, seperti pada kebakaran hutan. Ketika karbon dioksida larut dalam air, ia membentuk karbonat dan terutama bikarbonat (HCO), yang menyebabkan pengasaman laut seiring dengan meningkatnya level CO atmosfer.

Karbon dioksida lebih padat 53% dibandingkan udara kering, tetapi memiliki umur panjang dan tercampur secara merata di atmosfer. Sekitar setengah dari emisi CO berlebih ke atmosfer diserap oleh penyerap karbon di daratan dan lautan. Penyerap ini dapat menjadi jenuh dan bersifat volatil, karena pembusukan dan kebakaran hutan menyebabkan CO dilepaskan kembali ke atmosfer. CO akhirnya disekuestrasi (disimpan untuk jangka panjang) dalam batuan dan deposit organik seperti batu bara, minyak, dan gas alam.

Hampir semua CO yang dihasilkan oleh manusia masuk ke atmosfer. Kurang dari 1% dari CO yang diproduksi setiap tahun digunakan untuk keperluan komersial, sebagian besar dalam industri pupuk dan dalam industri minyak dan gas untuk pemulihan minyak yang ditingkatkan. Aplikasi komersial lainnya termasuk produksi makanan dan minuman, fabrikasi logam, pendinginan, pemadam kebakaran, dan merangsang pertumbuhan tanaman di rumah kaca.

SIFAT KIMIA DAN FISIKA

Karbon dioksida tidak dapat dilikuidkan pada tekanan atmosfer. Karbon dioksida suhu rendah secara komersial digunakan dalam bentuk padatnya, yang dikenal dengan nama "es kering". Transisi fase dari padat ke gas terjadi pada 194,7 Kelvin dan disebut sublima.

STRUKTUR, IKATAN, DAN GETARAN MOLEKULER

Simetri molekul karbon dioksida bersifat linier dan centrosimetri pada geometri keseimbangannya. Panjang ikatan karbon--oksigen dalam karbon dioksida adalah 116,3 pm, yang jelas lebih pendek dibandingkan dengan panjang ikatan C--O tunggal yang biasanya sekitar 140 pm, dan lebih pendek dari sebagian besar kelompok fungsional C--O yang terikat ganda seperti karbonil. Karena bersifat centrosimetri, molekul ini tidak memiliki momen dipol listrik.

Karbon dioksida, sebagai molekul triatomik linier, memiliki empat mode getaran seperti yang ditunjukkan dalam diagram. Dalam mode pemanjangan simetris dan antisimetri, atom bergerak sepanjang sumbu molekul. Ada dua mode pembengkokan, yang degenerasi, artinya mereka memiliki frekuensi dan energi yang sama, karena simetri molekul. Ketika molekul bersentuhan dengan permukaan atau molekul lain, dua mode pembengkokan ini bisa berbeda frekuensinya karena interaksi yang berbeda untuk masing-masing mode. Beberapa mode getaran ini dapat diamati dalam spektrum inframerah (IR): mode pemanjangan antisimetri pada angka gelombang 2349 cm (panjang gelombang 4,25 m) dan pasangan degenerasi mode pembengkokan pada 667 cm (panjang gelombang 15,0 m). Mode pemanjangan simetris tidak menciptakan dipol listrik sehingga tidak terdeteksi dalam spektroskopi IR, tetapi dapat dideteksi dalam spektroskopi Raman pada 1388 cm (panjang gelombang 7,20 m).

Dalam fase gas, molekul karbon dioksida menjalani gerakan getaran yang signifikan dan tidak mempertahankan struktur tetap. Namun, dalam eksperimen pencitraan ledakan Coulomb, gambar instan dari struktur molekul dapat disimpulkan. Eksperimen semacam itu telah dilakukan untuk karbon dioksida. Hasil eksperimen ini, serta kesimpulan dari perhitungan teoretis berdasarkan permukaan energi potensial ab initio molekul, menunjukkan bahwa tidak ada molekul dalam fase gas yang selalu linier. Hasil yang tidak intuitif ini disebabkan oleh fakta bahwa elemen volume gerakan nuklir hilang untuk geometri linier. Hal ini berlaku untuk semua molekul kecuali molekul diatomik.

PERAN BIOLOGIS CO2

Karbon dioksida adalah produk akhir dari respirasi seluler pada organisme yang memperoleh energi dengan memecah gula, lemak, dan asam amino menggunakan oksigen sebagai bagian dari metabolisme mereka. Ini termasuk semua tanaman, alga, hewan, serta jamur dan bakteri aerobik. Pada vertebrata, karbon dioksida bergerak dalam darah dari jaringan tubuh ke kulit (misalnya, amfibi) atau insang (misalnya, ikan), dari mana ia larut ke dalam air, atau ke paru-paru untuk dikeluarkan saat bernapas. Selama fotosintesis aktif, tanaman dapat menyerap lebih banyak karbon dioksida dari atmosfer daripada yang mereka keluarkan melalui respirasi.

FOTOSINTESIS DAN FIKSASI KARBON DAN TINJAUAN SIKLUS CALVIN DAN FIKSASI KARBON

Fiksasi karbon adalah proses biokimia di mana karbon dioksida atmosfer diserap oleh tanaman, alga, dan sianobakteria ke dalam molekul organik yang kaya energi seperti glukosa, sehingga menciptakan makanan mereka sendiri melalui fotosintesis. Fotosintesis menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula yang dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lainnya, dan oksigen dihasilkan sebagai produk sampingan.

Ribulosa-1,5-bisfosfat karboksilase oksigenase, yang biasa disingkat RuBisCO, adalah enzim yang terlibat dalam langkah pertama fiksasi karbon, yaitu produksi dua molekul 3-fosfoglikerat dari CO dan ribulosa bisfosfat, seperti yang terlihat pada diagram di sebelah kiri.

Fototrof  menggunakan produk fotosintesis mereka sebagai sumber makanan internal dan sebagai bahan baku untuk biosintesis molekul organik yang lebih kompleks, seperti polisakarida, asam nukleat, dan protein. Ini digunakan untuk pertumbuhan mereka sendiri, dan juga sebagai dasar dari rantai makanan dan jejaring makanan yang memberi makan organisme lain, termasuk hewan seperti kita. Beberapa fototrof penting, seperti  coccolithophores, mensintesis lapisan kalsium karbonat keras. Salah satu spesies coccolithophore yang signifikan secara global adalah Emiliania huxleyi, yang lapisan kalsitnya telah membentuk dasar banyak batuan sedimen seperti batu kapur, di mana karbon yang sebelumnya ada di atmosfer dapat tetap terperangkap selama skala waktu geologis.

TINJAUAN FOTOSINTESIS DAN RESPIRASI

Karbon dioksida (di sebelah kanan), bersama dengan air, membentuk oksigen dan senyawa organik (di sebelah kiri) melalui fotosintesis (hijau), yang kemudian dapat digunakan dalam respirasi (merah) menjadi air dan CO.

Tanaman dapat tumbuh hingga 50% lebih cepat pada konsentrasi 1.000 ppm CO dibandingkan dengan kondisi normal, meskipun ini mengasumsikan tidak ada perubahan iklim dan tidak ada keterbatasan pada nutrisi lainnya. Peningkatan kadar CO menyebabkan pertumbuhan yang lebih besar yang tercermin dalam hasil panen tanaman, dengan gandum, padi, dan kedelai menunjukkan peningkatan hasil 12--14% di bawah CO yang tinggi dalam eksperimen FACE.

Peningkatan konsentrasi CO atmosfer menghasilkan lebih sedikit stomata yang berkembang pada tanaman, yang menyebabkan penggunaan air yang lebih rendah dan efisiensi penggunaan air yang lebih tinggi. Penelitian menggunakan FACE menunjukkan bahwa peningkatan CO menyebabkan penurunan konsentrasi mikronutrien pada tanaman pangan. Hal ini dapat berdampak pada bagian lain dari ekosistem, karena herbivora harus makan lebih banyak untuk mendapatkan jumlah protein yang sama.

Konsentrasi metabolit sekunder seperti fenilpropanoid dan flavonoid juga dapat diubah pada tanaman yang terpapar konsentrasi CO tinggi.

Tanaman juga mengeluarkan CO selama respirasi, sehingga sebagian besar tanaman dan alga, yang menggunakan fotosintesis C3, hanya menyerap CO bersih selama siang hari. Meskipun hutan yang sedang berkembang dapat menyerap banyak ton CO setiap tahun, hutan yang matang akan menghasilkan sebanyak CO dari respirasi dan dekomposisi spesimen mati (misalnya, cabang yang jatuh) seperti yang digunakan dalam fotosintesis tanaman yang sedang tumbuh. Bertentangan dengan pandangan lama bahwa mereka netral karbon, hutan yang matang masih dapat terus mengakumulasi karbon dan tetap menjadi penyerap karbon yang berharga, membantu menjaga keseimbangan karbon atmosfer Bumi. Selain itu, dan yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi, fotosintesis oleh fitoplankton mengkonsumsi CO terlarut di laut bagian atas dan dengan demikian mempromosikan penyerapan CO dari atmosfer.

Mengurangi jumlah gas rumah kaca di atmosfer sangat penting untuk memperlambat laju perubahan iklim. Peralihan ke sumber energi terbarukan merupakan langkah kunci untuk mencapai tujuan ini. Namun, bahan bakar fosil akan tetap menjadi bagian dari campuran energi global untuk beberapa waktu, mengingat keberadaannya yang dominan dan tantangan dalam beralih ke alternatif yang lebih berkelanjutan. Teknologi Penangkapan dan Penyimpanan Karbon (CCS) memungkinkan pemanfaatan bahan bakar fosil secara lebih bersih dengan cara mengurangi emisi CO yang dihasilkan.

Emisi CO utama berasal dari sumber titik besar, seperti pabrik industri besar, fasilitas pengolahan gas alam, kilang minyak, dan pembangkit listrik, yang merupakan lokasi ideal untuk penerapan proyek CCS. Pada tahun 2022, sekitar 46 juta metrik ton karbon dioksida berhasil ditangkap dan disimpan secara global; sementara pada tahun 2030, proyek-proyek tersebut diperkirakan akan menangkap dan menyimpan sekitar 254 juta metrik ton karbon dioksida per tahun. Seiring dengan semakin banyaknya negara dan perusahaan yang berupaya mencapai emisi nol bersih dan berinvestasi dalam energi bersih, minat terhadap proyek CCS dan teknologi penangkapan karbon pun semakin meningkat.

PENYIMPANAN DAN PENANGKAPAN KARBON 

Penangkapan dan penyimpanan karbon (CCS) adalah proses untuk menangkap dan menyekuestrasi emisi karbon dioksida (CO) sebelum gas tersebut dilepaskan ke atmosfer. Tujuan utama dari CCS adalah untuk mengurangi dampak perubahan iklim dengan mencegah emisi gas rumah kaca dalam jumlah besar berkontribusi pada pemanasan global dan kerusakan lingkungan.

Proses CCS mencakup pengumpulan CO yang dihasilkan dari kegiatan industri, pembangkit listrik, dan sumber lainnya, kemudian mengangkutnya ke lokasi penyimpanan, yang biasanya berada di bawah permukaan tanah, untuk disimpan secara permanen. Dalam beberapa kasus, CCS juga disebut sebagai penangkapan, pemanfaatan, dan penyimpanan karbon (CCUS), yang mencerminkan fakta bahwa karbon yang ditangkap terkadang dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam proses industri lain.

Penyimpanan  karbon" merujuk kepada usaha untuk mengurangkan atau mengekalkan jumlah karbon dioksida (CO) dalam atmosfera bagi menangani perubahan iklim. Karbon dioksida adalah salah satu gas rumah kaca utama yang menyumbang kepada pemanasan global. Terdapat pelbagai cara untuk "menyimpan" atau mengurangkan karbon:

1. Penyerapan Karbon oleh Hutan: Pokok-pokok menyerap karbon dioksida dari udara semasa proses fotosintesis. Oleh itu, memelihara dan menanam pokok-pokok baru membantu menyimpan karbon dalam bentuk biomassa.

  

2. Penangkapan dan Penyimpanan Karbon (CCS - Carbon Capture and Storage): Teknologi ini melibatkan penangkapan karbon dioksida dari sumber seperti kilang atau loji tenaga dan menyimpannya di bawah tanah dalam formasi geologi yang sesuai, menghalangnya daripada dilepaskan ke atmosfer.

3. Pertanian yang Mesra Alam: Teknik pertanian seperti pertanian regeneratif dan agroforestri (penggabungan tanaman dan pokok) dapat meningkatkan penyerapan karbon oleh tanah. Mengurangkan penggunaan baja kimia dan memperbaiki kesuburan tanah juga boleh menyimpan karbon.

4. Penggunaan Biochar: Biochar adalah bentuk karbon yang diperoleh daripada pembakaran bahan organik pada suhu tinggi tanpa oksigen. Biochar yang ditanam di tanah dapat mengunci karbon dalam bentuk stabil untuk jangka masa panjang.

5. Pengurangan Penggunaan Bahan Bakar Fosil: Mengurangkan pembakaran bahan bakar fosil seperti arang batu, minyak, dan gas asli, serta beralih kepada sumber tenaga yang boleh diperbaharui seperti tenaga suria atau angin, adalah cara utama untuk mengurangkan pelepasan karbon dioksida.

6. Kenderaan dan Teknologi Rendah Karbon: Menggunakan kenderaan elektrik dan teknologi hijau untuk menggantikan pengangkutan yang berasaskan bahan bakar fosil juga berpotensi untuk menyimpan karbon melalui pengurangan emisi.

Inisiatif ini adalah sebahagian daripada usaha global untuk mencapai netraliti karbon, iaitu mengimbangi jumlah karbon yang dikeluarkan dengan jumlah karbon yang diserap atau disimpan.

Penyimpanan karbon (carbon storage) sangat penting karena dapat membantu mengurangi jumlah karbon dioksida (CO) yang ada di atmosfer, yang merupakan salah satu penyebab utama perubahan iklim global. Berikut beberapa alasan mengapa penyimpanan karbon sangat penting:

Mengurangi Emisi Gas Rumah Kaca

Karbon dioksida (CO) adalah gas rumah kaca utama yang berkontribusi terhadap pemanasan global. Dengan menyimpan karbon, kita dapat mengurangi konsentrasi CO di atmosfer, yang membantu memperlambat laju perubahan iklim dan mengurangi dampak buruknya, seperti kenaikan suhu global, cuaca ekstrem, dan naiknya permukaan laut.

Mencapai Target Emisi Nol Bersih

Untuk memenuhi target global dalam mengurangi emisi gas rumah kaca dan mencapai emisi nol bersih (net-zero emissions), penyimpanan karbon adalah salah satu solusi penting. Bahkan jika kita mengurangi emisi secara signifikan, masih ada kebutuhan untuk menghapus karbon yang sudah ada di atmosfer. Teknologi penyimpanan karbon seperti CCS (Carbon Capture and Storage) memungkinkan kita untuk menangkap dan menyimpan CO yang dihasilkan oleh pembangkit listrik, industri, dan sumber lainnya.

Melindungi Ekosistem dan Keanekaragaman Hayati

Penurunan karbon di atmosfer dapat membantu menjaga keseimbangan ekosistem global. Hutan, lautan, dan tanah berfungsi sebagai penyerap karbon alami, yang menjaga konsentrasi gas rumah kaca tetap stabil. Jika karbon tidak disimpan dengan baik, dapat merusak habitat alami, mengancam keanekaragaman hayati, dan memperburuk kerusakan ekosistem yang sudah terancam.

Menstabilkan Iklim Global

Dengan mengurangi kadar CO di atmosfer, kita dapat membantu menstabilkan iklim global. Fluktuasi suhu ekstrem, seperti musim panas yang sangat panas atau musim dingin yang sangat dingin, dapat diminimalkan dengan mengontrol tingkat karbon di atmosfer. Ini penting untuk kelangsungan hidup spesies manusia dan lainnya di bumi.

Mendukung Solusi Energi Berkelanjutan

Penyimpanan karbon juga mendukung transisi menuju sumber energi yang lebih bersih dan berkelanjutan. Teknologi seperti CCS memungkinkan penggunaan bahan bakar fosil secara lebih bersih, mengurangi dampaknya terhadap iklim sambil memberi waktu untuk beralih sepenuhnya ke energi terbarukan seperti tenaga surya, angin, atau hidrogen.

Pemulihan Ekonomi dan Industri

Teknologi penyimpanan karbon membuka peluang ekonomi baru, seperti penciptaan lapangan kerja dalam industri energi bersih dan teknologi hijau. Ini juga dapat membantu negara-negara dan perusahaan-perusahaan yang bergantung pada industri berbasis bahan bakar fosil untuk bertransisi secara lebih mulus menuju ekonomi rendah karbon.

Penyimpanan karbon, dengan mengurangi emisi dan meningkatkan kapasitas penyimpanan karbon alami maupun buatan, adalah bagian penting dalam upaya global untuk mengurangi perubahan iklim dan memastikan masa depan yang lebih berkelanjutan bagi generasi mendatang.Moga bermanfaat***