Material Tekstil Maju Fungsional Katun Dengan Carbonic Anhydrase Sebagai Penyerap Polusi CO2 di Udara

BULETIN TEKSTIL.COM/Jakarta -Isu mengenai peningkatan konsentrasi gas CO2 yang merupakan salah satu produk emisi industri sebenarnya telah menjadi perhatian dan menjadi permasalahan global. Berdasarkan pada hasil observasi pengukuran CO2 di atmosfer dari National Oceanic Atmospheric Administration (NOAA) Amerika Serikat pada tahun 2020, didapatkan fakta bahwa kadar gas CO2 di atmosfer telah meningkat lebih besar 50% dari level pra-industri pada kadar atmosfir sebesar 421 parts per million (ppm).

Polusi CO2 dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar fosil untuk transportasi dan pembangkit listrik, proses manufaktur semen, serta aktifitas manusia yang lainnya. Karbon dioksida bersama gas rumah kaca lainnya memerangkap panas yang memancar dari permukaan planet Bumi. Gas ini, jika tidak lolos ke luar angkasa, menyebabkan atmosfer terus menghangat. Ini berdampak pada serangkaian cuaca, termasuk panas ekstrem, kekeringan, kebakaran hutan, curah hujan yang lebih tinggi, banjir, dan badai tropis.

Secara alami, pohon dan tumbuhan memiliki peran dalam menyerap kadar CO2 yang berada di atmosfer, namun terbatasnya lahan terbuka hijau dan perhutanan telah menjadi fakta yang dihadapi saat ini. Hal tersebut dapat dijadikan sebuah acuan pengingat bahwa kita perlu mengambil langkah-langkah mendesak dan serius mengenai hal tersebut, termasuk solusi inovatif yang mungkin dapat dilakukan mengenai hal tersebut.

Teknologi Penangkapan Carbon Konvensional

Saat ini peneliti sedang mengembangkan beberapa jenis teknologi inovatif penangkap karbon yang diharapkan dapat menjadi salah satu solusi dari permasalahan polusi CO2 yang dihadapi oleh dunia. Salah satu contoh solusi yang telah ditemukan saat ini yaitu metode penangkapan karbon dengan proses elektrokimia.

Akan tetapi metode tersebut masih memerlukan biaya listrik yang masif dan harus dikeluarkan dalam proses reduksi gas CO2 di dalam sel elektrokimia. Hal tersebut menunjukan bahwa kita masih perlu mengembangkan teknologi yang inovatif dalam hal penangkapan polusi CO2 agar lebih komprehensif dalam segi biaya dan efektifitasnya.

ilustrasi metode penangkapan karbon konvensional dengan proses elektrokimia menggunakan energi listrik

Tekstil Fungsional Penangkap Karbon

Bahan tekstil fungsional yang dapat menyerap CO2 dari udara menjadi salah satu terobosan inovatif terbaru dari para peneliti NCSU saat ini. North Caroline State University (NCSU) di Amerika Serikat telah mempublikasikan hasil penelitiannya pada jurnal ACS Sustainable Chemical Engineering beberapa bulan yang lalu.

Agar bahan tekstil memiliki sifat fungsional tersebut disisipkan sebuah bahan aktif yang bernama carbonic anhydrase, sehingga kain tersebut dapat menyerap gas CO2 dari udara atau gas di lingkungan. Proyek ini sukses mendapatkan pendanaan dari U.S Departement of Energy, dengan kolaborasi Dr. Min Zhang (National Renewable Energy Laboratory) dan Dr. Jesse Thompson (University of Kentucky’s Center for Applied Energy Research), serta disponsori oleh perusahaan Novozymes selaku produsen enzim carbonic anhydrase.

Bahan tekstil fungsional yang dapat menyerap CO2 dari udara yang dikembangkan oleh tim peneliti dari NCSU

Bahan tekstil fungsional tersebut dibuat dengan substrat berupa kain katun yang pada permukaannya ditempelkan enzim carbonic anhydrase. Carbonic anhydrase adalah enzim yang ditemukan di semua jaringan mamalia, tanaman, alga, dan bakteri. Carbonic anhydrase membantu dalam konversi CO2 dan air menjadi bikarbonat (HCO3-) dan proton (H+) (dan sebaliknya).

Proses ini sangat penting untuk kehidupan dan pusat respirasi, pencernaan, dan pengaturan tingkat pH seluler. Dalam kasus ini air dibutuhkan dalam proses konversi gas karbondioksida, sehingga kain katun dipilih sebagai substrat utama karena alasan memiliki sifat yang higroskopis dan dapat dengan mudah menyerap air. Hal tersebut memberikan keuntungan karena area yang dapat terbasahi oleh air semakin banyak, sehingga area kontak kain dan gas yang dapat melakukan konversi menjadi lebih luas.

Konversi gas karbondioksida dan air menjadi bikarbonat dengan bantuan enzim carbonic anhydrase

Untuk membuat kain fungsional tersebut, enzim dilekatkan pada selembar kain katun dua lapis dengan ‘mencelupkan’ kain ke dalam larutan yang mengandung kitosan. Kitosan bertindak seperti lem yang melekatkan carbonic anhydrase pada kain katun. Bahan tersebut mengikat enzim, yang kemudian menempel pada permukaan kain.

Serangkaian percobaan kemudian dilakukan oleh para peneliti untuk melihat seberapa efisien kain dapat memisahkan karbon dioksida dari campuran karbon dioksida dan nitrogen. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan bahan tekstil untuk menyerap karbon dioksida secara selektif dari campuran gas di atmosfer.

Pada percobaan tersebut kain digulung menjadi spiral dan dimasukkan ke dalam sebuah  cerobong tabung percobaan. Kemudian para peneliti memasukan gas karbon dioksida dan nitrogen ke dalam cerobong tabung yang berisi kain tersebut. Kemudian peneliti juga menyemprotkan embun secara bersamaan ke dalam tabung tersebut. Saat gas CO2 bereaksi dengan air dan enzim di dalam tabung cerobong, CO2 berubah menjadi bikarbonat dan menetes ke filter. Proses tersebut menghasilkan larutan bikarbonat yang dapat digunakan untuk tujuan lain yang lebih berguna, seperti direaksikan dengan kalsium untuk membentuk batu kapur. Keunggulan yang ditunjukan melalui sistem ini adalah bahwa kain dapat menangkap CO2 dari lingkungan, dapat beroperasi secara pasif tanpa membutuhkan listrik dalam proses kimianya, serta menghasilkan produk samping berupa larutan bikarbonat yang dapat digunakan untuk tujuan lain yang lebih berguna.

Ketika para peneliti mendorong campuran gas CO2 dan N2 melalui ceborong berisi kain tersebut dengan kecepatan 4 liter per menit (lpm), didapatkan hasil bahwa kain dapat menyerap sebesar 52,3 persen karbon dioksida yang dilewatkan. Peneliti juga mengklaim bahwa proses penyerapan dengan metode tersebut sebanyak dua passage dapat menyerap sebesar dan 81,7 persen karbon dioksida yang dilewatkan. Hal ini menunjukan potensi kinerja yang cukup positif dari kegunaan bahan yang diusulkan oleh para peneliti.

Peneliti juga mengungkapkan bahwa penerapan teknologi tersebut di saluran pembuangan gas kendaraan juga masih harus dikaji lebih lanjut. Hal tersebut berkenaan dengan suhu lingkungan pada sistem pembuangan gas kendaraan yang cenderung cukup panas dapat menurunkan stabilitas kinerja enzim carbonic anhydrase untuk menyerap CO2 dari gas buang.

Carbon Looper (Kain Penangkap CO2)

Carbon Looper merupakan sebuah merk dari produk kain katun penangkap karbon hasil kerja sama institusi H&M Foundation dan HKRITA (Hong Kong Research Institute of Textiles and Apparel). Kain fungsional tersebut dapat dihasilkan dengan cara pengolahan kain katun dengan larutan yang mengandung amina dan membuat permukaan kain dapat menangkap karbon dioksida dari udara sekitarnya. Karbon dioksida kemudian dapat dilepaskan dari kain dengan dipanaskan hingga 30-40°C, di rumah kaca misalnya, dimana CO2 diambil oleh tanaman selama fotosintesis, sehingga karbon dioksida dilingkarkan kembali ke siklus karbon alami. Dengan kata lain karbon yang telah ditangkap tidak diubah menjadi produk yang lain, namun tetap dilepaskan dalam kondisi tertentu. Kembali ketika kain dihangatkan pada suhu 40oC. Jumlah CO2 yang diserap oleh pakaian berukuran standar per hari, kira-kira setara dengan 1/3 dari jumlah yang diserap pohon (dengan asumsi pohon menyerap 15 – 60 gram CO2 per hari).

Produk Carbon Looper dalam bentuk apron masak yang digunakan di salah satu restoran di kota Stockholm

Tahap penelitian saat ini melibatkan pengujian langsung bekerja sama dengan Fotografiska Stockholm, di mana staf restoran akan mengenakan Carbon Loopers dalam bentuk apron. Taman hidroponik restoran yang berada di ruang bawah tanah dapat berfungsi sebagai fasilitas pelepasan CO2.

Jadi pada saat apron tersebut telah selesai digunakan (yang telah menyerap CO2 selama digunakan karyawan), apron tersebut dapat disimpan dalam ruangan hangat di taman hidroponik agar gas CO2 dapat dilepaskan pakaian, kemudian selanjutnya diserap oleh tanaman.

Ilustrasi pelepasan karbon dioksida dari kain carbon looper saat dipanaskan, kemudian karbon dioksida diserap kembali oleh tanaman.

Hingga saat artikel ini ditulis, para peneliti masih mencari kemungkinan metode teknologi penangkapan karbon yang dapat diterapkan sebagai solusi dari permasalahan global mengenai cemaran  gas CO2 yang semakin meningkat hingga saat ini.

(Red B-Teks/Andrian Wijayono)

Magister Rekayasa Tekstil dan Apparel, Politeknik STTT Bandung

Hits: 21

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *