Zams Site - Para peneliti yang terinspirasi oleh alam telah menggunakan protein biasa untuk mendesain bahan yang dapat menyimpan energi gas hidrogen. Bahan sintetis ini bekerja 10 kali lebih cepat daripada protein asli yang ditemukan dalam air tempat tinggal mikroba.Penelitian ini hanyalah salah satu bagian dari serangkaian upaya untuk memisahkan air dan membuat gas hidrogen. Namun peneliti menunjukkan hasilnya bahwa mereka bisa belajar dari alam seputar bagaimana mengontrol reaksi-reaksi untuk membuat katalis sintetik tahan lama untuk penyimpanan energi, seperti di sel bahan bakar.
Selain protein alami dan enzim, peneliti menggunakan logam yang tersedia banyak dan murah dalam desain tersebut. Saat ini, bahan-bahan itu - yang disebut katalis karena mereka memacu reaksi bersama - bergantung pada logam mahal seperti platinum.
“Katalis berbasis nikel sangat cepat,” kata Morris Bullock, peneliti dari Departemen Energi Pacific Northwest National Laboratory, seperti dikutip dari Science Daily, 16 Agustus 2011. “Ini sekitar seratus kali lebih cepat dari rekor sebelumnya dan katalis dari alam. Kini kita tahu itu bisa dilakukan dengan nikel yang melimpah dan murah atau besi," ucapnya.
Seperti diketahui, energi listrik tidak lebih daripada elektron yang mengikat atom bersama-sama ketika mereka terikat secara kimia satu sama lain dalam molekul seperti gas hidrogen.
Memasukkan elektron dalam ikatan kimia adalah salah satu cara untuk menyimpan energi listrik, yang sangat penting bagi sumber energi terbarukan dan berkelanjutan seperti tenaga surya atau angin.
Mengubah ikatan kimia yang mengalir kembali ke listrik ketika matahari tidak bersinar atau angin tidak bertiup memungkinkan penggunaan energi yang tersimpan, misalnya di dalam sel bahan bakar yang berjalan pada hidrogen.
Elektron sering disimpan dalam baterai, namun Bullock dan koleganya ingin mengambil keuntungan dari kemasan tertutup yang tersedia dalam bahan kimia.
"Kami ingin menyimpan energi sepadat mungkin. Ikatan kimia dapat menyimpan sejumlah energi besar dalam ruang fisik yang kecil," kata Bullock.
Biologi menyimpan energi padat sepanjang waktu. Tanaman menggunakan fotosintesis untuk menyimpan energi matahari dalam ikatan kimia, yang digunakan orang ketika mereka makan makanan. Dan sebuah mikroba umumnya menyimpan energi dalam ikatan gas hidrogen dengan bantuan protein disebut sebuah Hidrogenasi.
Karena hidrogenasi ditemukan dalam alam tidak bertahan lama seperti yang lainnya yang dibangun dari bahan kimia yang lebih keras (kertas vs plastik), para peneliti ingin menarik keluar bagian aktif dari Hidrogenasi Biologis dan mendesain ulang dengan dasar kimia yang stabil.
Dalam studi ini, para peneliti melihat hanya satu bagian kecil dari pemisahan air menjadi gas hidrogen, seperti proses yang cepat ke akhir sebuah film. Dari banyak langkah, ada bagian di akhir ketika katalis telah memegang dua atom hidrogen yang telah diambil dari air dan terkunci bersamaan.
Katalis melakukan hal ini dengan benar-benar membongkar beberapa atom hidrogen dari sumber seperti air dan memindahkan ke sekitar potongan. Karena kemudahan atom hidrogen, potongan-potongan ini adalah proton bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif. Katalis mengatur potongan-potongan ini dalam posisi yang tepat sehingga mereka dapat disatukan dengan benar. "Dua ditambah dua elektron sama dengan satu molekul gas hidrogen," kata Bullock.
Dalam kehidupan nyata, proton akan muncul dari air, tetapi karena tim hanya memeriksa sebagian dari reaksi, para peneliti menggunakan air yang mengalir seperti asam untuk menguji katalis mereka.
"Kami melihat hidrogenasi dan bertanya apa yang bagian penting dari ini?" kata Bullock. "Hidrogenasi menggerakkan proton di dalam apa yang kita sebut proton yang dikembalikan. Kemana Proton pergi, elektron akan mengikutinya," katanya
Pengujian katalis dipangkas, tim menemukan itu menjadi jauh lebih baik daripada yang diduga. Pada awalnya mereka menggunakan kondisi di mana tidak ada air seperti sekarang (ingat, mereka menggunakan air stand-in), dan katalis dapat menciptakan gas hidrogen pada laju sekitar 33.000 molekul per detik. Itu jauh lebih cepat daripada inspirasi alami mereka, yang melaju sekitar 10.000 per detik.
Namun, sebagian besar penerapan dalam kehidupan nyata akan memiliki air, sehingga mereka menambahkan air untuk melihat bagaimana reaksi itu akan terbentuk. Katalis berlari tiga kali lebih cepat, menciptakan lebih dari 100.000 molekul hidrogen setiap detik. Para peneliti berpikir air bisa membantu dengan menggerakkan proton ke tempat yang lebih menguntungkan pada amina liontin, namun mereka masih mempelajari rincian.
Namun katalis mereka memiliki kelemahan. Ini cepat, tapi itu tidak efisien. Katalis berjalan pada listrik - setelah semua, perlu elektron untuk memindahkan barang-barang mereka ke dalam ikatan kimia - tetapi membutuhkan listrik lebih praktis, sebuah karakteristik yang disebut overpotensial.
Bullock mengatakan tim telah mempunyai beberapa ide tentang bagaimana mengurangi inefisiensi. Dan pekerjaan di masa depan akan memerlukan perakitan katalis yang membagi air selain membuat gas hidrogen. Bahkan dengan overpotensial yang tinggi, para peneliti melihat potensi tinggi untuk katalis ini. (eh)
