Formula kimia yang tepat dapat mentransformasi material biasa menjadi sesuatu yang luar biasa. Jika masih ragu, sejumlah transformasi terkini—seperti penggunaan bahan kimia abadi untuk memproduksi litium atau mendaur ulang plastik memakai bahan bakar bekas kendaraan—mungkin akan meyakinkan Anda. Namun, transformasi terbaru ini mungkin yang paling mencolok, mengingat ia ibarat “petir dalam botol”.
Dalam studi yang terbit hari ini di *Journal of the American Chemical Society*, para ahli kimia melaporkan teknik novel untuk mengonversi metana menjadi metanol dan senyawa berharga lain. Metode ini pada dasarnya memberi perlakuan listrik tegangan tinggi terhadap gelembung gas metana, sehingga menghasilkan plasma yang menyerupai kilat dalam kondisi tertentu. Hasilnya, tim berhasil mengoksidasi metana menjadi metanol dengan selektivitas sekitar 97%.
“Kami juga secara simultan menghasilkan produk gas berharga lain, seperti hidrogen dan etilena, yang unik bagi metode berbasis plasma kami,” kata rekan penulis studi Dayne Swearer, seorang kimiawan di Northwestern University, kepada Gizmodo. “Masih diperlukan banyak upaya agar kimia ini dapat bersaing dengan fasilitas kimia yang sangat teroptimasi, tetapi ini menunjukkan bahwa metanol dapat dibuat dalam satu tahap tunggal.”
‘Cawan suci’ katalisis
Metana adalah gas alam yang relatif umum dan biasanya digunakan sebagai bahan bakar. Namun, ia juga merupakan sumber utama gas rumah kaca antropogenik, menyumbang sekitar 11% emisi global menurut Badan Perlindungan Lingkungan AS.
Metanol, turunan metana teroksidasi berbentuk cair, memiliki ragam kegunaan yang lebih luas, mulai dari pelarut industri dan produksi farmasi hingga antibeku dan tentu saja, bahan bakar. Karenanya, konversi metana ke metanol disebut-sebut sebagai “cawan suci” katalisis, cabang ilmu kimia yang mempelajari cara katalis memperbaiki reaksi-reaksi kritis.
Memecah molekul gas
Menurut Swearer, dunia memproduksi hampir 110 juta ton metanol setiap tahun. Metode konversi metana ke metanol yang ada saat ini pada dasarnya mendekonstruksi metana dua kali lalu menyusunnya kembali menjadi metanol. Secara spesifik, metana pertama-tama diolah dengan uap, lalu amalgam karbon monoksida dan hidrogen yang dihasilkan kemudian diberi perlakuan tekanan dan suhu tinggi.
“Meski proses industri dua tahap ini sangat teroptimasi, ia bukanlah rute yang paling sederhana,” kata Swearer.
Bahkan, prosesnya sendiri “menyerap panas dalam jumlah masif dan secara inheren menghasilkan karbon dioksida di tengah jalan,” jelas Northwestern dalam siaran pers mengenai studi ini.
Mengapa selama ini rumit?
Studi baru ini bertujuan menyederhanakan proses agar konversi tersebut menjadi lebih intuitif dan hemat energi. Untuk mencapainya, para peneliti mengembangkan reaktor gelembung-plasma yang dilapisi katalis tembaga oksida. Begitu metana masuk ke tabung reaktor, pulsa listrik memicu pemecahan gas menjadi senyawa sangat reaktif yang cepat bergabung kembali menjadi metanol. Segera setelah itu, reaktor memasukkan metanol ke dalam air di sekitarnya untuk mencegah produk berharga tersebut terurai.
“Terobosan kunci kami adalah menyadari bahwa spesies reaktif berumur pendek dalam plasma harus dimanfaatkan secepat mungkin,” jelas Swearer kepada Gizmodo. “Dengan menempatkan katalis di sepanjang jalur plasma, kami dapat mengendalikan hasilnya untuk membentuk produk yang lebih diinginkan.”
Plasma di mana-mana
Bagi Swearer, aspek yang paling menarik dari temuan baru ini adalah pemanfaatan plasma secara ekstensif. “Zat keadaan keempat” ini menyusun lebih dari 99% alam semesta yang terlihat, namun relatif langka di Bumi. Namun, ilmu plasma telah memainkan peran signifikan dalam pengembangan sebagian besar elektronik dan terus melakukannya. Meski demikian, studi baru ini mengindikasikan bahwa masih ada potensi plasma yang belum tergali di area tak terduga.
“Ini adalah contoh bagus bagaimana penelitian fundamental dapat membantu mengoptimalkan interaksi molekuler dan, suatu hari nanti, menciptakan teknologi kimia yang jauh lebih kecil, lebih bersih, dan lebih hemat energi,” ujar Swearer. “Ada kemungkinan-kemungkinan menakjubkan dalam bidang riset ini, tetapi masih banyak pekerjaan yang harus diselesikan.”