Pintar Pelajaran Produksi Hidrogen Memakai Oksida Besi, Air, Dan Cahaya Matahari

Produksi Hidrogen Menggunakan Oksida Besi, Air, Dan Cahaya Matahari - Bagaimana cara menyimpan energi surya sehingga energi ini sanggup tersedia setiap saat, siang atau malam, atau ketika matahari bersinar atau tidak? Ilmuwan EPFL sedang mengembangkan sebuah teknologi yang sanggup mengubah energi cahaya menjadi materi bakar higienis yang mempunyai emisi karbon netral, yaitu hidrogen. Bahan dasar dari teknologi yaitu air dan logam oksida, menyerupai oksida besi, atau lebih dikenal sebagai karat. Kevin Sivula dan rekan-rekannya sengaja memfokuskan studinya untuk memakai materi murah dan proses produksi yang gampang serta metode yang dianggap hemat untuk memproduksi hidrogen surya. Perangkat yang masih dalam tahap percobaan ini dijelaskan dalam sebuah artikel yang diterbitkan di jurnal Nature Photonics.

Ide mengubah energi matahari menjadi hidrogen bukanlah sesuatu yang baru. Para peneliti telah melaksanakan penelitian selama lebih dari empat dekade. Selama tahun 1990-an, EPFL ikut bergabung pada penelitian penelitian Michaël Grätzel mengenai DSSC. Grätzel dan seorang rekannya dari University of Geneva, menemukan fotoelektrokimia (PEC) sel surya, suatu teknik untuk memproduksi hidrogen secara pribadi dari air. Prototipe mereka membuatkan prinsip dasar yang sama: Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (DSSC) – yang juga diciptakan oleh Michael Grätzel – dikombinasikan dengan semikonduktor berbasis oksida.

Para ilmuwan berhasil memproduksi hidrogen dari sinar matahari, air dan karat. Teknik ini sanggup menjadi solusi ekonomi dan ekologi untuk menyimpan energi terbarukan. (Credit: Image courtesy of Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)

Perangkat ini benar-benar mandiri. Elektron yang dihasilkan dipakai untuk memecah molekul air dan mereformasinya menjadi oksigen dan hidrogen. Pada cairan yang sama, dua lapisan yang berbeda dalam perangkat tersebut mempunyai fungsi untuk menghasilkan elektron ketika distimulasi oleh cahaya. Selain itu perangkat ini juga mempunyai sebuah semikonduktor oksida, yang berfungsi untuk melaksanakan reaksi evolusi oksigen, dan Sel Surya Pewarna Tersensitisasi, yang berfungsi untuk membebaskan hidrogen.

Plat kaca, Bagian Perangkat yang Paling Mahal

Prototipe terbaru difokuskan untuk menuntaskan duduk perkara utama teknologi PEC, yaitu biaya. ”Tim peneliti dari AS telah berhasil mencapai efisiensi biaya yang mengesankan yaitu mencapai 12,4%,” kata Sivula. ”Sistem ini sangat menarik dari perspektif teoritis, tetapi dengan metode yang mereka lakukan biaya untuk menghasilkan permukaan dengan luas 10 sentimeter persegi masih terhitung mahal, yaitu sekitar 10.000 dolar.”

Oleh lantaran itu, para ilmuwan terus berusaha untuk mencari teknik dan materi yang memungkinkan untuk memproduksi perangkat tersebut secara murah. Tentunya ini bukanlah kiprah yang mudah. Namun, pada studi ini, sepertinya upaya mereka memperlihatkan gejala keberhasilan.

“Bahan yang paling mahal dari perangkat ini yaitu pelat kaca. Meskipun teknologi ini memliki potensi besar, namun efisiensinya masih rendah, yaitu antara 1,4 % sampai 3,6 %, tergantung pada prototipe yang digunakan. Studi terbaru kami telah berhasil menciptakan konsep yang lebih murah, yaitu berbasis oksida besi. Kami berharap untuk sanggup mencapai efisiensi sebesar 10 % pada beberapa tahun mendatang dengan biaya produksi kurang dari $ 80 per meter persegi. Pada kisaran biaya ini, maka kami akan sanggup bersaing dengan metode produksi hidrogen konvensional.” Kata Sivula.

Pada studi ini, semikonduktor yang bertugas melaksanakan reaksi evolusi hodrogen hanyalah oksida besi. Bahan ini merupakan materi yang stabil dan ketersediannya juga berlimpah.

Semikonduktor, yang melaksanakan reaksi evolusi oksigen, hanya oksida besi. ”Ini yaitu materi yang stabil dan berlimpah Tidak ada cara itu akan berkarat lebih jauh!. Tapi itu salah satu semikonduktor terburuk yang tersedia,” mengakui Sivula.

Nano-karat yang diperkuat Silikon

Itulah sebabnya mengapa oksida besi yang dipakai oleh tim peneliti sedikit lebih maju dibandingkan dengan karat besi yang ditemukan pada paku tua. Oksida besi ini berstruktur nano, diperkuat dengan oksida silikon, dilapisi dengan lapisan nanometer berlapis tipis berupa oksida aluminium dan kobalt oksida. Konsep ini sanggup mengoptimalkan sifat elektrokimia dari materi tersebut, namun gampang untuk diterapkan. Para peneliti terus berupaya untuk mengembangkan metode perakitannya menjadi lebih gampang dan sederhana.

Bagian kedua dari perangkat tersebut terdiri dari pewarna dan titanuim dioksida (bahan dasar DSSC). Lapisan kedua ini memungkinkan elektron sanggup ditransfer oleh oksida besi sehingga tersedia energi yang mencukupi untuk mengekstrak hidrogen dari air.

Potensi yang Luar Biasa – Efisiensi Mencapai 16%

Hasil yang disajikan pada jurnal Photonics Nature merupakan terobosan untuk meningkatkan kinerja perangkat energi melalui adanya kemajuan pada studi ini yaitu penggunaan oksida besi dan dye-sensitized titanium dioksida. Sivula memprediksi bahwa teknologi sel tandem ini pada alhasil akan bisa mencapai efisiensi 16% dengan memakai oksida besi, sementara itu biaya yang dikeluarkan juga akan murah, sehingga temuan ini akan menawarkan daya tarik tersendiri. Dengan adanya temuan yang memungkinkan untuk menyimpan energi surya dengan biaya yang murah, maka sistem yang dikembangkan tim peneliti EPL ini akan sanggup meningkatkan potensi energi surya sebagai sumber energi surya terbarukan yang layak dikembangkan di masa depan.

Referensi Jurnal :

Jeremie Brillet, Jun-Ho Yum, Maurin Cornuz, Takashi Hisatomi, Renata Solarska, Jan Augustynski, Michael Graetzel, Kevin Sivula. Highly efficient water splitting by a dual-absorber tandem cell. Nature Photonics, 2012; DOI: 10.1038/nphoton.2012.265

Artikel ini merupakan terjemahan dari materi yang disediakan oleh Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne via Science Daily (11 November 2012). Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.