Memisahkan Molekul Air dengan Virus  

TEMPO Interaktif, Cambridge - Sebuah tim ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan sebuah cara baru untuk meniru proses yang digunakan tanaman dalam memisahkan unsur air (H2O) dengan memanfaatkan tenaga matahari dan menghasilkan bahan kimia bagi pertumbuhan mereka. Tim tersebut memakai sejenis virus hasil modifikasi sebagai semacam cetakan biologis yang dapat merangkai komponen berskala nanometer untuk memisahkan molekul air menjadi hidrogen dan dua atom oksigen.

Pemisahan air adalah satu-satunya cara untuk menyelesaikan masalah mendasar dari energi surya, yaitu energi itu hanya tersedia ketika matahari bersinar. Dengan menggunakan cahaya matahari untuk membuat hidrogen dari air, hidrogen itu dapat disimpan dan digunakan kembali kapan saja untuk membangkitkan listrik memakai sel bakar, atau untuk membuat bahan bakar cair, atau digunakan secara langsung, untuk kendaraan.

Para ilmuwan lain telah membuat sistem yang menggunakan listrik dengan panel surya untuk memisahkan molekul air, tapi sistem baru yang berbasis biologi ini menyingkirkan langkah-langkah intermediate dan menggunakan cahaya matahari untuk memberi tenaga pada reaksi itu secara langsung. Terobosan baru ini dilaporkan dalam jurnal Nature Nanotechnology, Ahad lalu.

Tim ilmuwan yang dipimpin oleh Angela Belcher, Germeshausen Professor of Materials Science and Engineering and Biological Engineering, merekayasa virus umum tak berbahaya yang disebut M13 untuk menarik dan mengikat molekul katalis iridium oksida dan pigmen biologi zinc porphyrins. Virus itu menjadi semacam alat yang dapat memisahkan oksigen dari molekul air dengan amat efisien.

Namun, setelah beberapa saat, virus itu kehilangan kemampuannya sehingga para ilmuwan menambahkan langkah tambahan, yaitu memasukkan virus ke semacam selubung matriks mikrogel sehingga virus dapat mempertahankan susunan yang seragam dan mempertahankan stabilitas dan efisiensinya.

Mengingat hidrogen yang diperoleh dari pemisahan ini berbentuk gas, tim Belcher hanya berfokus pada proses pemisahan oksigen. Tumbuhan dan cyanobacteria atau ganggang hijau-biru telah mengembangkan sistem fotosintesis yang sangat terorganisasi untuk mengoksidasi air dengan efisien. Peneliti lain mencoba menggunakan bagian fotosintesis tumbuhan untuk menangkap cahaya matahari, tapi material itu masih terganjal masalah stabilitas struktural.

Alih-alih meminjam komponen tumbuhan, Belcher memutuskan untuk "meminjam" metodenya saja. Dalam sel tumbuhan, pigmen alami digunakan untuk menyerap cahaya matahari, sedangkan katalis yang akan memicu reaksi pembelahan air. Proses itulah yang akan diimitasi oleh Belcher dan timnya, termasuk Yoon Sung Nam, mahasiswa doktoral yang menjadi peneliti utama makalah itu.

Dalam sistem ini, virus digunakan hanya sebagai cetakan, menyebabkan pigmen dan katalis berjejer dengan rapi untuk memicu reaksi pembelahan air. "Peran pigmen itu adalah sebagai antena untuk menangkap cahaya," kata Belcher. "Dia akan mentransfer energi itu ke virus, mirip seutas kawat. Dengan porphyrins yang dilekatkan padanya, virus adalah pemanen cahaya yang sangat efisien."

Belcher mengatakan sebenarnya dalam riset tersebut mereka menggunakan komponen yang telah digunakan peneliti lain sebelumnya. "Tapi kami memanfaatkan biologi untuk mengaturnya sehingga memperoleh efisiensi yang jauh lebih baik," ujarnya.

Penggunaan virus untuk membuat sistem itu, kata Nam, dapat terangkai dengan mandiri, dan telah memperbaiki efisiensi produksi oksigen hingga empat kali lipat. Para ilmuwan berharap dapat menemukan sistem berbasis biologis serupa untuk melakukan separuh proses lainnya untuk menghasilkan hidrogen.

Pada saat ini, atom hidrogen dari air membelah menjadi komponen proton dan elektron. Bagian kedua dari sistem tersebut, yang kini tengah dikembangkan, akan mengkombinasikan keduanya kembali menjadi atom hidrogen dan molekul. Tim itu juga tengah mencari material katalis yang lebih murah dan mudah ditemukan untuk menggantikan iridium, yang mahal dan sulit ditemukan, dalam studi ini.

SCIENCEDAILY | TJANDRA