Kimia Anorganik

Peneliti dari Amerika telah mengembangkan cara yang efisien untuk memproduksi gas hidrogen dari urin – tentu saja hal ini menjadi salah satu alternative untuk sumber bahan bakar mobil dimasa depan melainkan juga menjadi cara untuk memperdayagunakan limbah yang dihasilkan oleh manusia.

Penggunaan gas hydrogen untuk bahan bakar mobil telah menjadi alternative bahan bakar yang penggunaannya semakin meningkat, hal ini disebabkan dengan mengggunakan gas hydrogen maka gas buang yang dihasilkan tidak mencemari lingkuangan karena yang keluar hanya uap air. Akan tetapi salah satu kendala yang dihadapi adalah kurangnya sumber gas hydrogen yang murah dan mudah diperbaharui. Gerardine Botte dari Universitas Ohio kemungkinan telah menemukan jawaban atas permasalahan tersebut, dengan menggunakan pendekatan proses elektrolisis dia berhasil menghasilkan gas hydrogen dari urin, salah satu limbah yang sangat berlimpah di bumi dan tentu saja urine ini menjadi sumber gratis sehingga dapat memangkas biaya produksi gas hydrogen.

Botte mengatakan bahwa ide ini muncul kepadanya beberapa tahun lalu pada saat dia menghadiri konferensi bahan bakar, saat itu dia mendiskusikan bagaimana cara mengubah sumber daya air menjadi sumber daya energi yang bersih. “Saya berharap kita bisa mengubah air menjadi sumber energi yang ramah lingkungan”, katanya. Dia pun mulai memikirkan dengan mencari sumber limbah yang dapat dijadikan sebagai sumber untuk menghasilkan gas hydrogen.

Kandungan urin terutama adalah urea, dimana urea ini memiliki empat atom hydrogen per molekulnya, iktan hydrogen dengan ataom N dalam urea lebih lemah dibandingkan ikatan hydrogen dengan atom O dalam air. Botte kemudian memutuskan untuk menggunakan elektrolisis untuk memecah bagian molekul urea ini dengan menggunakan elektroda berbasis nikel yang bersifat selektif dan efisien untuk mengoksidasi urea. Untuk memecah molekul urea ini diperlukan voltase sebesar 0,37 Volt yang mana voltase ini masih lebih rendah jika dibandingkan yang diperlukan untuk mengelektrolisis air yaitu sekitar 1,23 volt.

Selama proses yang terjadi urea teradsorbsi pada elektroda nikel, yang kemudian mengalirkan electron yang kemudian molekul urea terurai. Gas hydrogen murni terbentuk pada katoda, gas nitrogen dan sedikit gas oksigen dan hydrogen terbentuk di anoda. Gas karbondioksida juga dihasilkan pada saat elektrolisis akan tetapi gas ini tidak bercampur dengan gas yang dihasilkan pada anoda dan katoda disebabkan gas ini bereaksi dengan KOH membentuk kalium karbonat. “Perlu waktu bagi kami untuk menggunakan rine manusia sebagai percobaan sehingga kami bisa mempubilkasikan penelitian kami ini”, kata Botte.

Menurut Botte, proses yang ada untuk memisahkan urin dari air saat ini sangat mahal dan tidak efisien. Urin umumnya terhidrolisis menjadi amonik sebelum terlepas keudara sebagai gas ammonia. Terbentuknya gas ini akan membentuk ammonium sulfat dan partikel nitral di udara, dimana kedua zat ini dapat menyebabkan berbagai macam permasalahan bagi kesehatan manusia seperti asma, bronchitis, dan kematian dini.

Grup peneliti tersebut telah menghabiskan banyak waktu untuk mempelajari sitem elektrolisis yang akan dipakai termasuk mempelajari mekanisme reaksinya secara komputasional. Botte meyakini bahwa teknologi ini akan mampu dibuat dalam skala yang besar untuk menghasilkan gas hydrogen. “salah satu kendala yang menghalangi proses adalah banyaknya garam yang ada dalam sumber urin,” kata Botte.

Bruce Logan, seorang ahli energi dari limbah dan direktur Pennsylvania State University’s H2E Center and Engineering Environmental Institute memberikan applause pada Botte yang telah memberi kontribusi atas alternative produksi hydrogen tanpa memecah molekul air. Bagaimanapun juga dia memberi suatau pernyataan bahwa urea lebih cepat diubah menjadi ammonia dengan menggunakan bakteri, hal ini tentu saja menjadi batasan penelitian yang dilakukan oleh Botte. Tapi Logan merasa bahwa ide Botte sangat bagus dengan memikirkan bagaimana cara untuk mengolah limbah urine kita tidak hanya untuk menghasilkan hydrogen akan tetapi juga untuk menghasilkan sumber lain misalnya fosfor sebagai sumber pupuk menginggat dimasa mendatang seperti halnya minyak bumi fosfor bisa menjadi barang yang langka dan kita harus memikirkan cara untuk mericycle fosfor untuk keperluan di masa datang.

Sumber : http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/July/02070902.asp

Perkembangan teknologi lampu dioda (LED) menggunakan bahan inorganik yang fleksibel dan lentur telah mampu direalisasikan dengan menggunakan ZnO yang berbentuk benang nano yang bertindak sebagai komponen optis.

Diawali oleh emisi sinar ultra violet(uv) dengan panjang gelombang 393 nm dari benang nano ZnO, para peneliti kini telah menemukan spectrum yang berada pada rentang cahaya tampak hingga mendekati sinar infra merah (500-1100 nm) mampu dihasilkan oleh LED yang berbasiskan benang nano dari ZnO.

Gambar 1. Diagram dari struktur LED berbasis benang nano pada substrate plastik

Penemuan ini di pelopori oleh Prof. Rolf Könenkamp dari Portland State University in Oregon. Hasil penemuannya melaporkan bahwa LED dari bahan inorganik diprediksikan menjadi alternative masa depan untuk menggantikan semua perangkat elektronik dan photonic dari bahan organic.

Struktur dari divais LED berbasiskan benang nano yang lentur dapat di lihat pada gambar 1. Dari gambar tersebut benang nano ZnO ditumbuhkan diatas substrate polyethylene terephtalate (bahan plastic) yang telah dilapisi oleh indium tin okside (ITO). Kristal tunggal benang nano tersebut ditumbuhkan dengan metode elektrodeposisi dengan temperature 80^oC di atas ITO. Proses penumbuhan kira-kira memakan waktu satu jam dengan arah tumbuh vertical dan homogeny. Dari hasil karakterisasi, panjang benang nano rata-rata 2 m dan diameter 70-120 nm. Lalu benang-benang nano tersebut di lapisi dengan lapisan tipis polysterene sebagai isolator yang mengisi tiap celah diantara benang-benang nano. Lapisan tipis polysterene melapisi benang nano dengan ketebalan kira-kira 10 nm. Proses pengisian celah atau pelapisan benang-benang nano tersebut menggunakan metode spin coating. Lalu bagian atas dilapisi pula menggunakan poly(3,4-ethylene-dioxythiophene) poly(styrenesulfonate), PEDOT/PSS, selanjutnya dilapisi emas (sebagai kontak Ohmic) yang berperan sebagai anoda (elektroda positif).

Gambar 2. Benang-benang nano ZnO yang berada dilapisi oleh lapisan tipis polystyrene

Dari penelitian lebih lanjut, ternyata benang-benang nano ZnO tersebut melekat sangat kuat diatas substrate meskipun dibengkokan dengan jari-jari kelengkungan <10>

Dari sisi intensitas cahaya yang diemisikan, LED benang nano yang berada diatas substrate plastic memancarkan cahaya dengan intensitas lebih rendah dibandingkan diatas substrate gelas. Namun demikian distribusi spectrum cahaya yang teramati dari elektroluminisensi memiliki kemiripan yaitu berada di rentang cahaya tampak.

Penemuan ini mengindikasikan bahwa hibridisasi teknologi nano dengan polimer organic memiliki potensi untuk dikembangkan dalam ranah aplikasi optoelektronika di masa depan.

Sumber : http://www.chem-is-try.org

Pada jurnal Angewandte Chemi, para peneliti dari IBN (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) di Singapura melaporkan bahwa dengan menggunakan organokatalis, mereka dapat mengaktivasi CO₂ dengan proses yang aman menjadi metanol yang sangat berguna untuk industri dan sel bahan bakar.

Organokatalis adalah katalis yang menggunakan unsur nonlogam yang ditemukan dalam senyawa organik seperti NHC (N-heterocyclic carbenes), sebagai contoh IME (1,3-bis-(2,4,6 trimethylphenyl) imidazolylidene adalah bentuk organokatalis yang stabil dan aman dalam penyimpanan. Senyawa ini tidak memiliki unsur logam berat yang beracun dan dapat diproduksi secara mudah dan murah.

Para ilmuwan ini mereaksikan CO₂ dengan menggunakan NHC. Bila dibandingkan dengan katalis anorganik , yang beracun dan tidak stabil, NHC ini sangat stabil dan bahkan dalam ruangan terbuka yang kontak dengan oksigen. Dengan kelebihan-kelebihan ini NHC dapat bereaksi dengan CO₂ dalam kondisi ruang yang kering.

Para ilmuwan di IBN juga menunjukan bahwa hanya sebagian kecil dari NHC yang dibutuhkan untuk menginduksi CO₂. Salah satu peneliti senior IBN, Siti Nurhana Riduan, mengatakan bahwa usaha mereka dapat berkontribusi pada pengurangan CO₂ di lingkungan dan mengubahnya menjadi methanol yang dapat bermanfaat bagi industri dan sumber bahan bakar.

Pada reaksi ini, hydrosiline yang merupakan kombinasi dari silika dan hidrogen ditambahkan pada NHC yang teraktifasi oleh CO₂ dan produk dari reaksi ini adalah metanol dengan proses hidrolisis. Yugen Zhang (salah satu peneliti IBN) mengatakan bahwa hydrosiline menyediakan sumber hidrogen yang berikatan dengan CO₂ pada proses reduksi. Karbon dioksida ini direduksi secara efisien oleh NHC sehingga metanol dapat dengan mudah didapatkan dari reaksi ini.

Penelitian mereka sebelumnya pada NHC juga telah menyimpulkan bahwa aplikasi yang luas dari NHC juga dapat digunakan sebagai antioksidan kuat yang dapat mencegah penyakit degeneratif dan juga mengkatalisa gula menjadi sumber energi alternatif. Saat ini, mereka telah menerapkannya untuk produksi metanol dengan bahan baku dari gas yang sangat melimpah di bumi ini..

Penelitian-penelitian sebelumnya yang bertujuan mengurangi jumlah CO₂ menjadi produk yang berharga seperti metanol juga pernah dilakukan tapi dalam penelitian tersebut membutuhkan energi yang tinggi, reaksi yang lambat, dan katalis yang tidak stabil dari logam transisi.

Direktur eksekutif IBN, Jackie Y. Ying, Ph.D, mengatakan bahwa dalam penelitian tersebut, IBN telah menghasilkan metode yang inovatif dengan menggunakan bahan baku yang dapat mengurangi polusi udara dari CO₂. Hal ini juga dapat mengurangi efek pemanasan global sehingga menjadi solusi untuk energi alternatif ditengah-tengah krisis energi dan lingkungan saat ini.

Sumber:

Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapore (2009, April 17).

Carbon Dioxide Transformed Into Methanol. ScienceDaily. from http://www.sciencedaily.com­ /releases/2009/04/090416102247.htm