Dewek 
Dr. Jwa Eunjin dan tim peneliti di Institut Penelitian Energi Korea (Korea Institute of Energy Research, KIER) telah mencapai terobosan signifikan dalam teknologi energi bersih. Tim tersebut telah berhasil meningkatkan komponen penting dari sel bio-elektrokimia, yang memungkinkan produksi hidrogen yang lebih efisien dari mikroorganisme yang ditemukan dalam limbah. Kemajuan ini mengatasi tantangan kehilangan daya yang sudah berlangsung lama dalam proses konvensional, menawarkan jalur transformatif menuju produksi hidrogen berskala besar dan hemat biaya.
Biogas, gas terbarukan yang dihasilkan selama penguraian mikroba limbah organik, telah muncul sebagai sumber yang menjanjikan untuk produksi hidrogen bersih. Melalui proses seperti steam reforming atau pirolisis pada suhu tinggi, biogas dapat diubah menjadi hidrogen — pemain kunci dalam transisi global menuju netralitas karbon. Namun, metode produksi yang ada menghadapi rintangan kritis. Proses ini tidak hanya mengeluarkan karbon dioksida sebagai produk sampingan tetapi juga membutuhkan energi yang besar untuk mempertahankan kondisi suhu tinggi, yang menimbulkan tantangan signifikan terhadap komersialisasi skala besar.
Untuk mengatasi tantangan ini, negara-negara terkemuka seperti Amerika Serikat dan Eropa secara aktif meneliti proses produksi hidrogen menggunakan sel bio-elektrokimia. Dalam proses ini, limbah dan listrik disalurkan ke sel bio-elektrokimia, tempat mikroorganisme mengonsumsi bahan organik, melepaskan elektron dan ion hidrogen yang bergabung untuk menghasilkan gas hidrogen.
- Sel Bio-Elektrokimia (Bio-Electrochemical Cell, BEC): Sistem yang menggabungkan aktivitas metabolisme biologis mikroorganisme dengan reaksi elektrokimia untuk menghasilkan energi (seperti listrik, hidrogen, atau metana) atau zat kimia yang berharga. Sistem ini menarik perhatian sebagai teknologi ramah lingkungan yang mampu mengolah limbah dan menghasilkan energi secara bersamaan.
Tidak seperti metode produksi hidrogen tradisional, proses sel bio-elektrokimia (BEC) menawarkan solusi yang lebih berkelanjutan dan hemat biaya. Dengan beroperasi pada suhu rendah dan mengeluarkan karbon dioksida yang jauh lebih sedikit, teknologi BEC sejalan dengan tujuan dekarbonisasi global. Namun, peningkatan skala proses menghadirkan tantangan kritis. Seiring bertambahnya ukuran sistem, jalur untuk bahan reaksi elektrokimia menjadi lebih panjang, yang mengakibatkan resistansi internal yang lebih tinggi dan peningkatan kehilangan daya. Keterbatasan ini menimbulkan hambatan signifikan terhadap komersialisasi skala besar, yang menyoroti perlunya kemajuan teknologi lebih lanjut untuk meningkatkan efisiensi dan skalabilitas sistem.
Perbandingan struktur sel lama dan yang baru dikembangkan.
Untuk mengatasi masalah kehilangan daya sel bio-elektrokimia konvensional, tim peneliti mengembangkan peningkatan khusus (yang tidak dijelaskan) pada unit dasar sel dan menerapkannya pada proses produksi hidrogen. Proses yang memanfaatkan sel yang baru dikembangkan tersebut mencapai produktivitas hidrogen 1,2 kali lebih tinggi dan produksi elektron lebih dari 1,8 kali lebih tinggi dibandingkan dengan proses produksi hidrogen bio-elektrokimia yang ada.
Tim peneliti telah memperkenalkan inovasi terobosan pada sel bio-elektrokimia: teknologi Zero-Gap yang dipatenkan. Desain canggih ini meminimalkan jarak antara elektroda sel dan pemisah, sehingga secara signifikan mengurangi resistansi listrik dan mengoptimalkan efisiensi reaksi. Dengan menciptakan jalur yang lebih langsung untuk reaksi elektrokimia, teknologi Zero-Gap memungkinkan transfer elektron yang lebih cepat dan produksi hidrogen yang lebih efisien. Diadopsi secara luas dalam sistem elektrokimia mutakhir, pendekatan ini merupakan langkah maju yang penting dalam meningkatkan skalabilitas dan kelayakan komersial sel bio-elektrokimia.
Namun, struktur zero-gap konvensional biasanya dirancang dengan menumpuk elektroda dan membran dalam konfigurasi seperti sandwich. Selama penerapan skala besar, struktur ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan tekanan, sehingga menciptakan celah kecil antara elektroda dan membran. Celah ini menyebabkan penurunan efisiensi lokal dan peningkatan resistansi listrik, sehingga menghambat kinerja proses secara keseluruhan.
Sebaliknya, struktur zero-gap yang dikembangkan oleh tim peneliti memiliki tutup silinder yang memberikan tekanan seragam ke bagian belakang elektroda saat menutup, memastikan adhesi lengkap antara elektroda dan pemisah. Desain ini dapat diterapkan secara konsisten bahkan dalam proses skala besar, menjadikannya inovasi utama untuk komersialisasi sel bio-elektrokimia.
Tim peneliti berhasil menerapkan sel bio-elektrokimia yang dikembangkan pada proses produksi hidrogen, menghasilkan produksi elektron 1,8 kali lebih banyak dan peningkatan 1,2 kali lipat dalam keluaran hidrogen dibandingkan dengan proses konvensional. Kinerja yang sama dipertahankan dalam eksperimen skala percontohan, sebuah langkah penting menuju implementasi skala besar. Pencapaian ini secara resmi disertifikasi oleh Laboratorium Pengujian Korea (KTL), yang selanjutnya memvalidasi efektivitasnya.
Dr. Jwa Eunjin, peneliti utama, menyatakan, “Perkembangan teknologi ini tidak hanya mengatasi tantangan lingkungan dan ekonomi dalam pemrosesan limbah organik di Korea, tetapi juga merupakan terobosan signifikan dalam produksi energi hidrogen bersih dengan efisiensi tinggi.” Ia menambahkan, “Komersialisasi sel bio-elektrokimia berkinerja tinggi yang kami kembangkan diharapkan dapat memberikan kontribusi substansial untuk mencapai netralitas karbon dan transisi menuju masyarakat berbasis hidrogen.“
Sementara itu, penelitian ini dilakukan dengan dukungan dari Future Hydrogen Original Technology Development Program dari National Research Foundation of Korea. Hasilnya dipublikasikan di Science of The Total Environment, jurnal terkenal secara global di bidang ilmu lingkungan.
Akselerasi pemodelan iklim dengan AI generatif