Dari semua gas rumah kaca yang menyebabkan pemanasan global yang dilepaskan oleh aktivitas manusia ke atmosfer, karbon dioksida adalah emisi paling signifikan. Oleh karena itu, para ahli telah mengusulkan bahwa, selain secara drastis mengurangi penggunaan bahan bakar fosil kita, kita harus secara aktif menghapus karbon dioksida (CO2) dari atmosfer. Apa yang dikenal sebagai teknologi penangkapan karbon, bagaimanapun, biasanya mahal dan/atau membutuhkan energi yang intensif, dan memerlukan solusi penyimpanan karbon.
Sekarang, para peneliti di Universitas Stanford telah mengusulkan strategi yang cukup praktis: biarkan batuan yang melakukannya untuk kita.
Mereka tidak bercanda. Ahli kimia Stanford Matthew Kanan dan Yuxuan Chen telah mengembangkan proses yang menggunakan panas untuk mengubah mineral menjadi bahan yang menyerap CO2—secara permanen. Seperti yang dijelaskan dalam sebuah studi yang diterbitkan Rabu dalam jurnal Nature, proses ini praktis dan biaya rendah. Selain itu, batuan yang sangat membantu dari Kanan dan Chen bisa memenuhi kebutuhan praktik pertanian umum, membunuh dua burung dengan satu batu.
“Bumi memiliki pasokan mineral yang tak terbatas yang mampu menghilangkan CO2 dari atmosfer, tetapi mereka hanya tidak bereaksi cukup cepat secara alami untuk menyeimbangkan emisi gas rumah kaca manusia,” kata Kanan, penulis senior studi itu, dalam pernyataan Stanford. “Karya kami memecahkan masalah ini dengan cara yang kami anggap unik dan dapat diimplementasikan.”
Selama beberapa dekade, ilmuwan telah mempelajari cara untuk mempercepat penyerapan CO2 alami beberapa batuan, suatu proses yang disebut pelapukan yang dapat memakan ratusan bahkan ribuan tahun. Kanan dan Chen tampaknya telah berhasil dengan mengonversi mineral pelapukan lambat yang disebut silikat menjadi mineral pelapukan cepat.
“Kami membayangkan kimia baru untuk mengaktifkan mineral silikat yang iner [tidak reaktif secara kimia] melalui reaksi pertukaran ion yang sederhana,” jelas Chen. Ion adalah atom atau kelompok atom dengan muatan listrik. “Kami tidak mengharapkan bahwa ini akan berhasil sebaik yang mereka lakukan.”
Kanan dan Chen terinspirasi oleh produksi semen, di mana sebuan kiln, atau tungku, mengubah batu kapur (batuan sedimen) menjadi senyawa kimia yang reaktif yang disebut oksida kalsium, yang kemudian dicampur dengan pasir. Para ahli kimia mereplikasi proses ini, tetapi mengganti pasir dengan material yang disebut silikat magnesium. Silikat magnesium mengandung dua mineral yang, dengan panas, bertukar ion dan berubah menjadi oksida magnesium dan silikat kalsium: mineral yang cepat pelapukan.
“Proses ini bertindak sebagai pengganda,” kata Kanan. “Anda mengambil satu mineral yang reaktif, oksida kalsium, dan silikat magnesium yang lebih atau kurang iner, dan Anda menghasilkan dua mineral yang reaktif.”
Untuk menguji hasil mereka, Kanan dan Chen mengekspos silikat kalsium basah dan oksida magnesium ke udara. Mereka berubah menjadi mineral karbonat—hasil dari pelapukan—dalam waktu minggu hingga bulan.
“Anda bisa membayangkan menyebarkan oksida magnesium dan silikat kalsium di atas area tanah yang luas untuk menghapus CO2 dari udara ambien,” kata Kanan. “Salah satu aplikasi yang menarik yang kami uji sekarang adalah menambahkannya ke tanah pertanian.” Aplikasi ini juga bisa praktis bagi petani, yang menambahkan kalsium karbonat ke tanah ketika terlalu asam: suatu solusi yang disebut kapur.
“Menambahkan produk kami akan menghilangkan kebutuhan akan kapur, karena kedua komponen mineral bersifat alkalin [basa, tidak asam],” jelas Kanan. “Selain itu, ketika silikat kalsium pelapukan, ia melepaskan silikon ke tanah dalam bentuk yang dapat diserap tanaman, yang dapat meningkatkan hasil panen dan ketahanan. Idealnya, petani akan membayar untuk mineral-mineral ini karena bermanfaat bagi produktivitas pertanian dan kesehatan tanah—dan sebagai bonus, ada penyerapan karbon.”
Sekitar satu ton oksida magnesium dan silikat kalsium dapat menyerap satu ton CO2 dari atmosfer—dan perkiraan itu memperhitungkan CO2 yang dihasilkan oleh kiln itu sendiri, yang masih memerlukan kurang dari setengah energi yang digunakan dalam teknologi penangkapan karbon lainnya.
Menskalakan solusi ini ke tingkat yang berdampak, bagaimanapun, akan memerlukan jutaan ton oksida magnesium dan silikat kalsium, setiap tahun. Namun, Chen menunjukkan bahwa jika perkiraan cadangan alam silikat magnesium seperti olivin atau serpentin akurat, mereka akan cukup untuk menghilangkan semua CO2 atmosferik yang dipancarkan manusia, dan lebih dari itu. Selain itu, silikat-silikat ini bisa dipulihkan dari ekor tambang (sisa penambangan).
“Masyarakat sudah menemukan cara untuk memproduksi miliaran ton semen per tahun, dan kiln semen berjalan selama puluhan tahun,” kata Kanan. “Jika kita menggunakan pembelajaran dan desain tersebut, ada jalan yang jelas untuk bagaimana beralih dari penemuan laboratorium ke penghapusan karbon dalam skala yang berarti.”