‘Logam yang terancam punah’ tidak lagi diperlukan untuk menghasilkan hidrogen dari air

Metode baru yang bebas logam langka untuk memproduksi hidrogen dari air telah ditemukan oleh tim peneliti di RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) di Jepang.

Alih-alih bahan langka, para ilmuwan menemukan cara untuk menggunakan kobalt dan mangan untuk menghasilkan hidrogen untuk sel bahan bakar dan pupuk pertanian.

Di kertas dipublikasikan di jurnal Katalisis Alamkelompok di balik penelitian ini menjelaskan bahwa tujuan mereka adalah untuk mengatasi masalah ekstraksi hidrogen – atau elektrolisis – menjadi proses yang mahal dan tidak berkelanjutan.

“Ini terutama karena kurangnya katalis yang baik,” kata pemimpin peneliti Ryuhei Nakamura dalam sebuah pernyataan media. “Selain mampu menahan lingkungan asam yang keras, katalis harus sangat aktif. Jika tidak, jumlah listrik yang dibutuhkan untuk reaksi untuk menghasilkan sejumlah hidrogen tertentu akan melonjak, dan dengan itu, demikian pula biayanya.”

Nakamura menjelaskan, saat ini katalis yang paling aktif untuk elektrolisis air adalah logam langka seperti platina dan iridium, yang membuat dilema karena mereka mahal dan dianggap sebagai “spesies yang terancam punah” di antara logam.

Menurut ilmuwan, mengalihkan seluruh planet ke bahan bakar hidrogen saat ini akan membutuhkan produksi iridium sekitar 800 tahun, jumlah yang bahkan mungkin tidak ada. Di sisi lain, logam yang melimpah seperti besi dan nikel tidak cukup aktif dan cenderung langsung larut dalam lingkungan elektrolisis asam yang keras.

Representasi skematis dari konsep untuk produksi hidrogen yang berkelanjutan. (Gambar milik RIKEN).

Inilah sebabnya mengapa dalam mencari katalis yang lebih baik, ia dan timnya melihat campuran kobalt dan mangan oksida. Kobalt oksida dapat aktif untuk reaksi yang diperlukan tetapi menimbulkan korosi sangat cepat di lingkungan asam. Oksida mangan lebih stabil tetapi hampir tidak cukup aktif. Dengan menggabungkan mereka, para peneliti berharap untuk mengambil keuntungan dari sifat komplementer mereka. Mereka juga harus mempertimbangkan kepadatan arus tinggi yang diperlukan untuk aplikasi praktis di luar laboratorium.

“Untuk produksi hidrogen skala industri, kami perlu menetapkan kepadatan arus target penelitian kami menjadi sekitar 10 hingga 100 kali lebih tinggi daripada yang telah digunakan dalam eksperimen sebelumnya,” kata rekan penulis Shuang Kong. “Arus tinggi menyebabkan sejumlah masalah seperti dekomposisi fisik katalis.”

Akhirnya, tim mengatasi masalah ini dengan coba-coba dan menemukan katalis aktif dan stabil dengan memasukkan mangan ke dalam kisi spinel Co3O4, menghasilkan campuran kobalt mangan oksida Co2MnO4.

Dalam makalah mereka, para ahli melaporkan bahwa tingkat aktivasi untuk Co2MnO4 mendekati tingkat aktivasi iridium oksida yang canggih.

Selain itu, katalis baru bertahan lebih dari dua bulan dengan kepadatan arus 200 miliampere per sentimeter persegi, yang dapat membuatnya efektif untuk penggunaan praktis. Dibandingkan dengan katalis logam non-langka lainnya, yang biasanya hanya bertahan beberapa hari atau minggu pada kerapatan arus yang jauh lebih rendah, elektrokatalis baru bisa menjadi pengubah permainan.

“Kami telah mencapai apa yang telah luput dari para ilmuwan selama beberapa dekade,” kata rekan penulis Ailong Li. “Produksi hidrogen menggunakan katalis yang sangat aktif dan stabil yang terbuat dari logam yang melimpah. Dalam jangka panjang, kami percaya bahwa ini adalah langkah besar untuk menciptakan ekonomi hidrogen yang berkelanjutan. Seperti teknologi terbarukan lainnya seperti sel surya dan tenaga angin, kami memperkirakan biaya teknologi hidrogen hijau akan turun dalam waktu dekat karena lebih banyak kemajuan yang dibuat.”

Tinggalkan komentar