Tanaman mampu melakukannya, tapi para ilmuan dan insinyur berjuang puluhan tahun untuk mengubah sinar matahari menjadi energi yang dapat disimpan.
Sekarang beberapa ilmuan MIT berhasil membuat terobosan baru dengan meniru salah satu aspek kunci dari kemampuan tanaman tersebut.
Salah satu masalah dalam memanen sinar matahari adalah karena sinar matahari dapat merusak banyak bahan. Sinar matahari membawa pada degradasi perlahan pada banyak sistem yang terlibat untuk memanennya. Namun tanaman telah mengadopsi strategi menarik untuk mengatasi masalah ini lewat fotosintesis : Mereka terus menghancurkan molekul penangkap cahaya mereka dan menyusunnya ulang dari pecahan-pecahannya, sehingga struktur dasar yang menangkap energi matahari, akibatnya, selalu baru.
Tabung nano karbon
Proses ini ditiru oleh Michael Strano, profesor teknik kimia MIT dan tim peneliti dan mahasiswa pasca sarjananya. Mereka telah menciptakan sederetan molekul penyusun diri yang dapat mengubah sinar matahari menjadi listrik; molekul yang dapat dihancurkan terus menerus lalu menyusun ulang dirinya dengan cepat, hanya dengan menambah atau mengurangi sebuah larutan tambahan. Laporan penelitian mereka diterbitkan dalam jurnal Nature Chemistry edisi 5 September.
Strano mengatakan gagasan ini pertama muncul saat ia membaca tentang biologi tanaman. “Saya sangat terkesan bagaimana sel tanaman memiliki mekanisme perbaikan yang sangat efisien,” katanya. Di bawah sinar matahari musim panas, “sebuah daun di pohon mendaur ulang proteinnya sekitar tiap 45 menit, walaupun anda mengira ia sebuah fotosel yang statis.”
Salah satu tujuan penelitian jangka panjang Strano adalah menemukan jalan meniru prinsip-prinsip di alam menggunakan komponen nano. Dalam kasus molekul yang digunakan untuk fotosintesis tanaman, bentuk reaktif oksigen yang dihasilkan sinar matahari menyebabkan protein gagal dalam beberapa cara. Seperti ditunjukkan Strani, oksigen membongkar ikatan protein, namun protein yang sama dengan cepat tersusun kembali untuk mengulang prosesnya.
Tindakan ini semua terjadi di dalam kapsul kecil bernama kloroplas yang berada dalam setiap sel tanaman – dan disinilah fotosintesis terjadi. Kloroplas adalah mesin yang mengagumkan, kata Strano. Mereka menggunakan mesin yang mengkonsumsi karbon dioksida dan memakai cahaya untuk menghasilkan glukosa, sebuah kimiawi yang menyediakan energi untuk metabolisme.
Untuk meniru proses ini, Strano dan timnya, didukung dana dari Inisiatif Energi MIT dan Departemen Energi, membuat molekul sintetik yang disebut fosfolipid yang membentuk cakram; cakram ini memberi dukungan struktural untuk molekul lain yang merespon cahaya, dalam struktur yang disebut pusat reaksi, yang melepaskan elektron saat dihantam partikel cahaya. Cakram ini, membawa pusat reaksi, berada dalam sebuah larutan dimana mereka menempel secara spontal pada tabung nano karbon – tabung bolong mirip kabel dari atom karbon yang tebalnya beberapa nanometer saja namun lebih kuat dari baja dan mampu menghantarkan listrik seribu kali lebih baik daripada tembaga. Tabung nano menahan cakram fosfolipid dalam susunan yang beraturan sehingga pusat reaksi dapat terpaparkan pada sinar matahari, dan mereka juga bertindak sebagai kabel untuk mengumpulkan dan menyalurkan aliran elektron yang dilontarkan oleh molekul reaktif.
Sistem yang dibuat tim Strano tersusun dari tujuh senyawa berbeda, termasuk tabung nano karbon, fosfolipid, dan protein yang menyusun pusat reaksi, yang dibawah kondisi yang tepat akan secara spontan menyusun dirinya sendiri menjadi sebuah struktur pemanen cahaya yang menghasilkan arus listrik. Strano mengatakan ia percaya kalau hal ini menjadi rekor kerumitan sebuah sistem perakit diri. Saat sebuah surfaktan – pada prinsipnya sama dengan kimiawi yang dipakai untuk memecah minyak di Teluk Meksiko – ditambahkan pada campuran, ketujuh komponen semuanya terpecah dan menjadi sebuah larutan kental. Lalu, saat para ilmuan membuang surfaktan tersebut dengan mendorong larutan melewati sebuah selaput, senyawa-senyawa secara spontan merakit dirinya sendiri menjadi fotosel yang sempurna.
“Kita pada dasarnya meniru trik yang ditemukan oleh alam semenjak jutaan tahun” – khususnya, “kemampuan balik, kemampuan memecah dan menyusun kembali,” kata Strano. Tim peneliti yang memuat peneliti pasca doktroal, Moon-Ho Ham dan mahasiswa pasca sarjana, Ardemis Boghossian, tiba pada sistem ini berdasarkan sebuah analisa teoritik, namun kemudian memutuskan membangun sebuah sel prototipe untuk mengujinya. Mereka menjalankan sel tersebut lewat siklus perakitan dan penghancuran berulang selama periode 14 jam, tanpa kehilangan efisiensi.
Struktur molekul Fosfolipid
Strano mengatakan bahwa dalam membangun sistem baru untuk membangkitkan listrik dari cahaya ini, para peneliti tidak jarang mempelajari bagaimana sistem berubah seiring berjalannya waktu. Untuk sel fotovoltaik berbasis silikon, ada sedikit degradasi, namun dengan banyak sistem baru telah dikembangkan – baik untuk biaya murah, efisiensi lebih tinggi, keluwesan atau karakteristik lainnya yang diperbaiki – degradasi dapat sangat signifikan. “Sering orang melihat, dalam 60 jam, efisiensi jatuh 10 persen dari awalnya,” kata beliau.
Reaksi individual dari struktur molekul baru ini dalam mengubah sinar matahari memiliki efisiensi sekitar 40 persen, atau sekitar dua kali efisiensi sel surya komersial terbaik masa kini. Secara teoritis, efisiensi struktur ini dapat mendekati 100 persen, kata beliau. Namun dalam penelitian awal, konsentrasi struktur dalam larutan ini rendah, sehingga efisiensi total peralatan – jumlah listrik yang dihasilkan untuk permukaan – sangat lemah. Mereka sekarang sedang mencari jalan meningkatkan konsentrasinya.
Meniru daun untuk teknologi pembangkit listrik
Sumber:
http://www.faktailmiah.com/2010/09/09/pembangkit-listrik-tenaga-surya.html
No comments:
Post a Comment