Nanoscience

Digunakan oleh alam selama milyaran tahun, fotosintesis telah memberikan kehidupan bagi planet ini, memberikan lingkungan yang sesuai untuk organisme paling sederhana hingga kita, manusia.

Meskipun para peneliti telah meneliti dan meniru fenomena natural ini dalam laboratorium selama bertahun-tahun, pemahaman akan bagaimana proses kimia yang terjadi dibalik fotosintesis masih menjadi misteri — hingga sekarang.

Percobaan terbaru di Departemen Energi Laboratorium Nasional Argonne Amerika telah memberikan peneliti pemahaman yang lebih luas dalam hal bagaimana manipulasi fotosintesis, menjadikan manusia lebih dekat pada “bahan bakar matahari”, sebuah sumber energi bersih yang dapat menggantikan batu bara dan gas alam suatu hari nanti.

Lisa M. Utschig, peneliti kimia bioanorganik di Argonne selama 20 tahun berkata, Menyimpan energi surya dalam ikatan kimia sperti yang ditemukan dalam ikatan hidrogen dapat memberikan sumber energi terbarukan yang baru. Membakar hidrogen sebagai bahan bakar tidak menimbulkan polusi, menjadikannya tidak berbahaya bagi lingkungan daripada bahan bakar fosil.

“Kami mengambil sinar matahari, yang berlimpah, dan kami menggunakan air untuk membuat bahan bakar,” kata Utschig yang mengawasi proyek ini. “Ini luar biasa.” Tidak seperti energi yang dihasilkan panel surya, yang harus digunakan secepat mungkin, bahan bakar hidrogen dapat disimpan.

Sarah Saltou, mahasiswa postdoktoral di Argonne yang melakukan banyak penelitian mengatakan, “kunci dari penemuan dari penelitian terbaru Argonne adalah dimana kami dapat melihat proses perpindahan elektron dari molekul penyerap cahaya menuju katalis yang memproduksi bahan bakar surya. Kepingan pengetahuan ini akan membantu pengembangan sistem yang bekerja lebih efisien daripada yang bisa kita buat sekarang, dan kedepannya, mungkin bisa menggantikan minyak dan gas.

Peneliti Argonne menempelkan sebuah protein dari bayam pada molekul pengabsorpsi cahaya (disebut photosensitizer) dan katalis pemproduksi hidrogen. Protein tersebut membantu menstabilkan katlis dan photosensitizer, yang membuat peneliti bisa untuk mengamati secara langsung aliran lektron antara keduanya.

Para penilit menggunakan transient optical spectroscopy, sebuah metode untuk mendeteksi perubahan yang sangat cepat pada penyerapan cahaya oleh molekul ketika disinari dengan laser, untuk mengamati perubahan warna senyawa ketika mengalami reaksi kimia. Mereka juga menggunakan electron paramagnetic resonance, sebuah bentuk lain dari spektroskopi, untuk mengamati kemana elektron bergerak dalam molekul.

“Kami tidak hanya melihat hasilnya, hidrogennya,” kata Utsching. “Kami melihat keseluruhan sistem, kami dapat melihat bagaimana sistem ini bekerja dan dimana bagian yang penting. Saat Anda tahu bagian itu, lain kali saat Anda mencoba mendesain sesuatu, Anda akan bisa meningkatkannya karena memahami.

Argonne telah meneliti fotosintesis sejak 1960an, tapi penelitian ini telah satu tahun dijalankan. Saltou mengatakan mungkin masih beberapa tahun lagi untuk menggunakan teknik ini untuk menghasilkan bahan bakar surya untuk menghidupkan mobil atau peralatan rumah tangga, tapi mungkin lebih cepat jika peneliti menemukan cara agar proses ini lebih efisien.

“Kami perlu mencari cara untuk membuat bahan bakar surya lebih tahan lama,” katanya. “Saat ini, sistem yang ada tidak mempunyai stabilitas yang cukup untuk bertahan hingga berminggu-minggu apalagi bernulan-bulan. (scid)