NANOTEKNOLOGI DAN ENERGI id. doc

NANOTEKNOLOGI DAN ENERGI

Maret 5, 2012

KARNA WIJAYA,

Manajer Biofuel, Katalis dan Energi Hidrogen

dan Mineral, PSE­UGM

 

Nanoteknologi

Dewasa ini salah satu pendekatan yang sedang dikembangkan para ahli terkait dengan pengembangan energi  adalah nanoteknologi. Nanoteknologi  merupakan ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur  fungsional, maupun piranti dalam sekala nanometer. Definisi lain mengatakan bahwa nanoteknologi adalah  pemahaman dan kontrol materi pada dimensi 1 sd 100 nm dimana fenomena­fenomena unik yang timbul dapat  digunakan untuk aplikasi­aplikasi baru. Nanoteknologi memiliki wilayah dan dampak aplikasi yang luas mulai dari bidang material maju, transportasi, ruang angkasa,  kedokteran, lingkungan, IT sampai energi (tabel 1).

Tabel 1. Beberapa wilayah aplikasi nanoteknologi

Nanomaterial Sebagai Produk Nanoteknologi

pengetahuan yang berhubungan dengan sintesis material juga telah berperan dan memberi kontribusi signifikan  terhadap kemajuan terkini, terutama dalam kontrol dan pemberian sifat­sifat unik nanomaterial.

Kebanyakan riset nanomaterial dewasa ini memfokuskan pada desain struktur, beberapa struktur nanomaterial,  khususnya nanomaterial berbasis ikatan lemah dan sistem organik (nanosupramolecular materials), dirancang  melalui pendekatan crystal engineering (nanoteknologi) dimana ikatan lemah dan komplementaritasnya,  rekognisi molekul, self­assembly, preorganisasi serta replikasi mandiri memainkan peranan yang penting.  Sebagai akibatnya, praktek nanomaterial cenderung menjadi suatu aktifitas interdsipliner  yang memerlukan  penguasaan prosedur riset kimia, fisika, biologi, matematika dan rekayasa yang memadai. Dengan rekayasa  kristal berbagai jenis material dengan dimensi nano telah berhasil disintesis, diidentifikasi sifat­sifatnya dan telah  diterapakan dalam industri, bidang kedokteran, farmasi, pertanian dan sebagainya (Chow,et,al.,1996; Lehn,  1995).

Beberapa nanomaterial (nanolayered dan nanoporous material) yang secara intensif dipelajari di Pusat Studi  Energi, Universitas Gadjah Mada adalah zeolite, hidrotalsit  dan clay. Clay atau sering juga disebut nanoclay,  merupakan senyawa aluminosilikat berarsitektur lapis dengan kation­kation antarlapis yang  umumnya dapat  dipertukarkan. Bentonit merupakan istilah perdagangan untuk sejenis clay yang mengandung montmorilonit  (smektit) lebih dari 85%. Jenis clay ini ditemukan hampir diseluruh wilayah Indonesia dengan deposit tinggi.  Fragmen sisa umumnya merupakan campuran dari mineral kuarsa atau kristobalit, feldspar, kalsit, gypsum,  bentonit diklasifikasikan atas dua golongan besar yaitu:Natrium­bentonit (swelling bentonite). Bentonit jenis ini  mengandung  ion Na+ yang relatif lebih banyak dibandingkan ion Ca2+ dan Mg2+ dan mempunyai sifat 

mengembang bila terkena air, sehingga dalam suspensinya menambah kekentalan. Bentonit ini sering disebut  sebagai bentonit Wyoming. Kalsium­bentonit (non­swelling bentonite).Bentonit jenis ini mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ yang relatif lebih banyak dibandingkan ion Na+ dan sedikit menyerap air. Bila didispersikan ke dalam air  bentonit ini akan cepat mengendap. Montmorilonit memiliki kombinasi sifat pertukaran ion, interkalasi dan  Adsorpsi senyawa organik membentuk material organik­anorganik dari montmorilonit. Basal spacing dari material ini tergantung pada ukuran dan kerapatan molekul organic (Figueras, 1988, Wijaya, 1993).

 

 

 Gambar 1. Nanomaterial, dari kiri ke kanan : smektit dan zeolit

Aplikasi Nanoteknologi Di Bidang 

      Energi

Seperti telah dipaparkan di atas material bersekala nano (nanomaterial) merupakan material yang sangat atraktif  karena mereka memiliki  sifat­sifat yang sangat berbeda jika dibandingkan dengan apa yang mereka perlihatkan  pada skala makroskopisnya. Sebagai contoh logam platina meruah yang dikenal sebagai material inert dapat   berubah menjadi material katalitik, bila ukurannya diperkecil sehingga mencapai skala nano dan material stabil  seperti aluminium dapat berubah menjadi mudah terbakar (combustible). Pendekatan nanoteknologi di bidang  energi diprediksi dapat merevolusi teknologi energi secara signifikan.

Beberapa bidang teknologi energi yang telah mendapat sentuhan nanoteknologi saat ini antara lain:

1. Photovoltaics: pendekatan nanoteknologi menghemat biaya operasi sampai 100 kali lebih murah  daripada teknologi konvensional .

2. Reduksi fotokatalitik : dapat mereduksi CO2  menjadi metanol.

3. Fotokonversi langsung (   direct photoconversion   ) : dapat menghasilkan gas hidrogen dari air

4. Sel Bahan Bakar (   fuel cells   ) : nanoteknologi dibidang fuel cell menurunkan biaya 10­100 lipat teknologi  konvensional

5. Batere dan kapasitor super (   batteries and supercapacitors   )   :  memiliki kemampuan  10­100 kali lipat  teknologi konvensional

6. Penyimpan hidrogen (   H2   storage   )   : lebih ringan daripada teknologi konvensional

7. Kabel daya (   Power cables      seperti      superconductors      atau      quantum conductors   )   : dapat menghemat  energi listrik secara signifikan.

9. Robot berbasis      nanoelectronics : memungkinkan konstruksi dan perwatan struktur sel surya di ruang  angkasa dan perawatan reaktor nuklir.

10. Material super kuat dan ringan (   Super­strong, light weight materials   ) : menurunkan bobot benda  sehingga dapat menghemat biaya produksi dan meningkatkan efisiensi produk.

11. Proses termokimia terkatalisis (   thermochemical processes with catalys   ts): untuk membangkitkan gas  hidrogen dari air .

12. Lampu nanotech (   nanotech lighting): untuk mengganti lampu­lampu incandescent dan fluorescent.