Upload
andrio-suwuh
View
2.558
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Bab I. Pendahuluan
A. Latar Belakang
Kimia modern dimulai oleh kimiawan Perancis Antoine
Laurent Lavoisier (1743-1794). Ia menemukan hukum kekekalan
massa dalam reaksi kimia, dan mengungkap peran oksigen
dalam pembakaran. Berdasarkan prinsip ini, kimia maju di arah
yang benar.
Sebenarnya oksigen ditemukan secara independen oleh
dua kimiawan, kimiawan Inggris Joseph Priestley (1733-1804)
dan kimiawan Swedia Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), di
penghujung abad ke-18. Jadi, hanya sekitar dua ratus tahun
sebelum kimia modern lahir. Dengan demikian, kimia merupakan
ilmu pengetahuan yang relatif muda bila dibandingkan dengan
fisika dan matematika, keduanya telah berkembang beberapa
ribu tahun. Namun alkimia, metalurgi dan farmasi di zaman kuno
dapat dianggap sebagai akar kimia.
Banyak penemuan yang dijumpai oleh orang-orang yang
terlibat aktif di bidang-bidang ini berkontribusi besar pada kimia
modern walaupun alkimia didasarkan atas teori yang salah. Lebih
lanjut, sebelum abad ke-18, metalurgi dan farmasi sebenarnya
didasarkan atas pengalaman saja dan bukan teori. Jadi,
nampaknya tidak mungkin titik-titik awal ini yang kemudian
berkembang menjadi kimia modern. Berdasarkan hal-hal ini dan
sifat kimia modern yang terorganisir baik dan sistematik
metodologinya, akar sebenarnya kimia modern mungkin dapat
ditemui di filosofi Yunani kuno.
Jalan dari filosofi Yunani kuno ke teori atom modern tidak
selalu mulus. Di Yunani kuno, ada perselisihan yang tajam antara
teori atom dan penolakan keberadaan atom. Sebenarnya, teori
atom tetap tidak ortodoks dalam dunia kimia dan sains. Orang-
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 1
orang terpelajar tidak tertarik pada teori atom sampai abad ke-
18. Di awal abad ke-19, kimiawan Inggris John Dalton (1766-
1844) melahirkan ulang teori atom Yunani kuno. Bahkan setelah
kelahirannya kembali ini, tidak semua ilmuwan menerima teori
atom. Tidak sampai awal abad 20 teori ato, akhirnya dibuktikan
sebagai fakta, bukan hanya hipotesis. Hal ini dicapai dengan
percobaan yang terampil oleh kimiawan Perancis Jean Baptiste
Perrin (1870-1942). Jadi, perlu waktu yang cukup panjang untuk
menetapkan dasar kimia modern.
Akar ilmu kimia dapat dilacak hingga fenomena
pembakaran. Api merupakan kekuatan mistik yang mengubah
suatu zat menjadi zat lain dan karenanya merupakan perhatian
utama umat manusia. Adalah api yang menuntun manusia pada
penemuan besi dan gelas. Setelah emas ditemukan dan menjadi
logam berharga, banyak orang yang tertarik menemukan
metode yang dapat merubah zat lain menjadi emas. Hal ini
menciptakan suatu protosains yang disebut Alkimia. Alkimia
dipraktikkan oleh banyak kebudayaan sepanjang sejarah dan
sering mengandung campuran filsafat, mistisisme, dan
protosains.
Alkimiawan menemukan banyak proses kimia yang
menuntun pada pengembangan kimia modern. Seiring
berjalannya sejarah, alkimiawan-alkimiawan terkemuka
(terutama Abu Musa Jabir bin Hayyan dan Paracelsus)
mengembangkan alkimia menjauh dari filsafat dan mistisisme
dan mengembangkan pendekatan yang lebih sistematik dan
ilmiah. Alkimiawan pertama yang dianggap menerapkan metode
ilmiah terhadap alkimia dan membedakan kimia dan alkimia
adalah Robert Boyle (1627–1691). Walaupun demikian, kimia
seperti yang kita ketahui sekarang diciptakan oleh Antoine
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 2
Lavoisier dengan hukum kekekalan massanya pada tahun 1783.
Penemuan unsur kimia memiliki sejarah yang panjang yang
mencapai puncaknya dengan diciptakannya tabel periodik unsur
kimia oleh Dmitri Mendeleyev pada tahun 1869. Penghargaan
Nobel dalam Kimia yang diciptakan pada tahun 1901
memberikan gambaran bagus mengenai penemuan kimia
selama 100 tahun terakhir. Pada bagian awal abad ke-20, sifat
subatomik atom diungkapkan dan ilmu mekanika kuantum mulai
menjelaskan sifat fisik ikatan kimia. Pada pertengahan abad ke-
20, kimia telah berkembang sampai dapat memahami dan
memprediksi aspek-aspek biologi yang melebar ke bidang
biokimia.
Seiring perkembangan dari ilmu Kimia, sehingga Kimia
sering disebut sebagai "ilmu pusat" karena menghubungkan
berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu bahan, nanoteknologi,
biologi, farmasi, kedokteran, bioinformatika, dan geologi [1].
Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang
memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin ilmu. Oleh
sebab itu, saya mengambil judul makalah ini, yaitu “Chemistry is
Very Fantastic”. Semoga dengan adanya makalah ini bias
menambah pengetahuan kita tentang ilmu Kimia.
B. Rumusan masalah
Melihat dari latar belakang yang telah dipaparkan, maka
rumusan permasalahannya adalah sebagai berikut:
a. Mengapa Kimia begitu menakjubkan?
b. Bagaimana sehingga Kimia menjadi ilmu yang sangat
“keren”?
C. Tujuan dan Manfaat
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 3
Adapun tujuan dan manfaat yang diharapkan dari makalah
ini, yaitu para pembaca bias lebih memahami akan arti penting
ilmu Kimia.
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 4
Bab II. Pembahasan
A. Nanoteknologi
Sudah menjadi rahasia umum bahwa negara-negara maju
di dunia, seperti Amerika Serikat, Jepang, Australia, Kanada dan
negara-negara Eropa, serta beberapa negara Asia, seperti
Singapura, Cina, dan Korea tengah giat-giatnya mengembangkan
suatu cabang baru teknologi yang populer disebut
Nanoteknologi. Milyaran dollar dana mulai dikucurkan di negara-
negara ini, di berbagai bidang penelitian. Semuanya berlomba-
lomba menggunakan kata kunci Nanoteknologi. Sebenarnya apa
itu nanoteknologi? Dan mengapakah begitu banyak peneliti di
berbagai negara berlomba-lomba memasuki bidang yang satu
ini? Seberapa luaskah ruang lingkupnya? Mengapakah baru
beberapa tahun ini terjadi boom nanoteknologi?
Sesuai dengan namanya, nanoteknologi adalah teknologi
pada skala nanometer, atau sepersemilyar meter. Untuk dapat
membayangkan dimensi nanometer, bisa kita ambil contoh dari
tubuh kita sendiri.
Sehelai rambut manusia kira-kira memiliki diameter 50
mikrometer. Satu mikrometer sendiri adalah seperseribu
milimeter. Dan satu milimeter adalah ukuran satuan panjang
terkecil pada penggaris tulis 30 cm yang biasa dipakai anak-anak
sekolah. Dan satu nanometer adalah seperseribu mikrometer,
atau kira-kira sama dengan diameter rambut kita yang telah
dibelah 50.000 kali! Sebagai perbandingan lain, ukuran sel darah
merah kita adalah sekitar 20 mikro meter, dan sel bakteri perut
adalah 2 mikro meter. Protein memiliki ukuran beberapa puluh
nanometer.
Dari sudut pandang ukuran atas ke bawah (top-down)
seperti itu, nanoteknologi menjadi penting dalam dunia rekayasa
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 5
karena manusia berusaha untuk mengintegrasikan suatu fungsi
atau kerja dalam skala ukuran yang lebih kecil dan lebih kecil.
Mengapa? Orang bilang, "small is beautiful (kecil itu indah)",
tetapi, tentu saja mengintegrasikan suatu fungsi mesin atau
perkakas dalam ukuran yang lebih kecil bukan hanya berarti
memperindahnya tapi juga berarti memperkecil energi yang
diperlukan per suatu fungsi kerja dan berarti pula mempercepat
proses serta mempermurah biaya pekerjaan. Sebagai contoh
yang mudah kita pahami adalah apa yang terjadi pada dunia
komputer dan mikroprosesor. Pabrik-pabrik mikroprosesor
seperti IBM, Intel dan Motorola terus berusaha mempertinggi
tingkat integrasi mikroprosesornya.
Selain itu, teknologi pemrosesan IC ini mulai digunakan
pula untuk mengintegrasikan fungsi-fungsi mekanik dan elektrik
untuk membuat mesin, sensor atau aktuator pada ukuran milli,
mikro, hingga nanometer. Struktur mikro yang mengintegrasikan
fungsi mekanik dan elektrik inilah yang biasa disebut Micro
Electro Mechanical System (MEMS). Sebagai contoh teknologi
MEMS memungkinkan pembuatan array sensor tekanan yang
berukuran demikian kecil (Gambar 1) hingga dapat ditaruh di
mana saja di suatu struktur bangunan atau mesin, misalnya.
Namun, apakah nanoteknologi hanya berkutat dengan
rekayasa IC dan mikroelektronika yang kemudian diterapkan
pula untuk mikromekanika? Jika hanya demikian apakah
perlunya terminologi ini demikian digembar-gemborkan akhir-
akhir ini?
Dalam karya tulis Drexler, ia memberikan beberapa
contoh, betapa mesin-mesin berukuran nanometer telah ada di
alam dan bagaimana mereka telah terlibat dalam penyusunan
molekul dan informasi dalam sel makhluk hidup. Misalnya,
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 6
ribosom yang menyusun asam amino satu demi satu
berdasarkan informasi RNA, untuk memfabrikasi protein,
kemudian sistem genetika (enzim-enzim DNA polymerase, RNA
polymerase, dll) yang menyimpan dan mengolah informasi
genetik, flagella (semacam struktur 'rambut') pada bakteria
sebagai motor penggerak, dan lain sebagainya.
Kemampuan untuk memanipulasi material pada skala
nanometer adalah penting, sebab pada skala ukuran inilah
material mulai membentuk sifat-sifat tertentu berdasarkan
strukturnya. Pada level yang lebih kecil, level atomik (skala
Angstrom), sifat yang dimiliki adalah sifat dasar atom itu sendiri.
Ketika atom mulai bergandeng satu sama lain dan menyusun
struktur molekular tertentu, sifatnya pun akan berbeda menurut
struktur tersebut. Misalnya, atom Karbon (C), yang ketika
tersusun dalam struktur tetrahedron tiga dimensi akan
membentuk intan yang keras, tetapi ketika tersusun dalam
struktur heksagonal dua dimensi dan membentuk lapisan-
lapisan, maka yang kita dapati adalah grafit (bahan baku pensil)
yang rapuh.
Nanoteknologi manufaktur molekular diarahkan pada
pengembangan metoda (misal berupa 'mesin' berukuran
nanometer) yang dapat melakukan penyusunan atom atau
molekul komponen tersebut secara teratur dan terkendali untuk
membentuk struktur yang diinginkan. Model fabrikasi material
bawah ke atas (bottom-up) yang berlawanan dengan teknologi
top-down konvensional seperti ini akan memungkinan
pengontrolan yang amat presisi sifat material yang terbentuk
(misalnya bebas defek/cacat).
Selain itu mengurangi timbulnya limbah saat fabrikasi
karena hanya atom/molekul yang akan dipakai saja yang
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 7
dimanipulasi (berbeda dengan metode atas-bawah yang kerap
menimbulkan limbah akibat adanya material yang tak terpakai),
dan tentu saja kemungkinan penghematan energi yang juga
berarti penghematan biaya. Sistem fotosintesis pada tanaman
misalnya adalah suatu contoh sistem manufaktur molekular
dengan efisiensi energi yang tinggi.
Masalahnya kemudian, bagaimanakah komponen atom
atau molekul tersebut dapat disusun? Seperti juga pendekatan
ribosom pada sel, Drexler mengusulkan dibuatnya "lengan-
lengan" robot dan komponen mesin lainnya berukuran nano yang
memungkinkan untuk melakukan proses-proses layaknya
fabrikasi pada level makro: sortir material, konversi energi,
penempatan material, dll.
Metode ini disebut Mekanosintesis, melakukan sintesis
kimia secara mekanis. Beberapa struktur mesin ukuran nano
(yang dibentuk dari beberapa ribu hingga juta atom) telah
berhasil disimulasi dengan komputer, yang berarti secara
matematis dan fisis mungkin untuk dibuat. Sebagai contoh
adalah dinding ruang berisi bahan material dan rotor pompa
yang berfungsi memilih secara selektif atom Neon (Ne) untuk
siap dipakai pada proses selanjutnya (Gambar 2).
Beberapa alternatif telah mulai diusulkan dicoba untuk
mengatasi masalah pertama. Nadrian Seeman mencoba untuk
membuat struktur-struktur dasar tersebut dari molekul DNA
(asam deoksiribonukleat, senyawa dasar gen) dengan
mengandalkan sifat swa-rakit (self-assembly) dari DNA, yaitu
Adenin berikatan dengan Thymin dan Guanin berikatan dengan
Cytosin.
Dengan mensintesis DNA dengan deret tertentu, Seeman
berhasil membuat bentuk-bentuk dasar kubus dan devais
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 8
nanomekanik DNA. Peneliti lain di NASA Ames Research Center
mensimulasi penggunaan Tabung Nano Karbon (suatu struktur
atom karbon berbentuk tabung berdimensi nanometer yang
disintesis dengan prinsip swa-rakit dari karbon, menggunakan
katalis logam tertentu) untuk membentuk gir dan poros mesin.
Struktur gir atau poros bisa dibuat dari tabung nano karbon
dengan reaksi kimia tertentu untuk "menempatkan" gugus
molekul kimia berbentuk roda (misal benzena) di sekeliling
tabung.
Cara lain untuk menyusun komponen atom atau molekul
pada tahap awal ini adalah dengan menggunakan instrumen
nanoteknologi, seperti Mikroskop Gaya Atom (Atomic Force
Microscope, AFM), dan Mikroskop Pemindaian Terobosan Elektron
(Scanning Tunneling Microscope, STM). Prinsip dasar kedua
mikroskop tersebut adalah seperti menggerakkan "tangan
peraba" dalam koordinat x-y, sambil mempertahankan jarak
(koordinat z) antara "tangan peraba" dengan sampel yang
dipelajari.
Mula-mula memang instrumen-instrumen ini terbatas
hanya digunakan untuk keperluan karakterisasi atau 'pencitraan'
sampel. Tapi, belakangan ini, mulai pula digunakan untuk
memanipulasi molekul dan atom. Dengan mengubah besar arus
terobosan pada STM misalnya, kita bisa mengambil atom O dan
mereaksikannya dengan molekul CO untuk membentuk molekul
CO2 dan semuanya ini dilakukan dengan presisi molekul tunggal.
Pada reaksi kimia biasa, diperlukan cukup banyak komponen
molekul yang bereaksi untuk memungkinkan, secara statistik,
terjadinya "tumbukan" antar molekul tersebut.
Penerapan nanoteknologi dalam bioteknologi analitis
misalnya memungkinkan metode-metode baru yang jauh lebih
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 9
sensitif dan stabil dibandingkan metode konvensional.
Perkembangan MEMS, yang sekalipun berangkat dari teknologi
konvensional IC, masih berlangsung demikian pesat, dengan
adanya aplikasi-aplikasi baru dalam optik (muncul MOEMS - Micro
Optical Electro Mechanical System), dalam sistem sensor
terintegrasi nir-kawat, dan juga dalam aplikasi RF (Radio
Frequency)-MEMS.
Pada pengembangan nanoteknologi inilah demikian terasa,
betapa latar belakang ilmu dan teknologi yang multi disiplin
sangat diperlukan: matematika untuk pemodelan, fisika untuk
pemahaman fenomena-fenomena gaya dan energi, kimia
(anorganik maupun organik) untuk pemahaman sifat material,
serta biologi untuk pembelajaran sistem-sistem rekayasa pada
makhluk hidup.
Selain itu kreativitas dan daya kreasi yang tinggi sangat
diperlukan untuk menemukan terobosan teknik dan metoda
baru, serta aplikasi yang cocok? Tentu saja keluhuran moral dan
agama tetap diperlukan agar penerapan teknologi ini tidak
malah merugikan keberlangsungan hidup ummat manusia.
B. Hidrogen yang Unik
Hidrogen dalam bahasa Yunani, hydro artinya air, dan
genes artinya pembentukanHidrogen telah digunakan bertahun-
tahun sebelum akhirnya dinyatakan sebagai unsur yang unik
oleh Cavendish di tahun 1776.
Dinamakan hidrogen oleh Lavoisier, hidrogen adalah unsur
yang terbanyak dari semua unsur di alam semesta. Elemen-
elemen yang berat pada awalnya dibentuk dari atom-atom
hidrogen atau dari elemen-elemen yang mulanya terbuat dari
atom-atom hidrogen.
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 10
Hidrogen diperkirakan membentuk komposisi lebih dari
90% atom-atom di alam semesta (sama dengan tiga perempat
massa alam semesta). Unsur ini ditemukan di bintang-bintang
dan memainkan peranan yang penting dalam memberikan
sumber energi jagat raya melalui reaksi proton-proton dan siklus
karbon-nitrogen. Proses fusi atom-atom hidrogen menjadi helium
di matahari menghasilkan jumlah energi yang sangat besar.
Walau hidrogen adalah benda gas, kita sangat jarang
menemukannya di atmosfer bumi. Gas hidrogen yang sangat
ringan, jika tidak terkombinasi dengan unsur lain, akan
berbenturan dengan unsur lain dan terkeluarkan dari lapisan
atmosfer. Di bumi hidrogen banyak ditemukan sebagai senyawa
(air) di mana atom-atomnya bertaut dengan atom-atom oksigen.
Atom-atom hidrogen juga dapat ditemukan di tetumbuhan,
petroleum, arang, dan lain-lain. Sebagai unsur yang independen,
konsentrasinya di atmosfer sangat kecil (1 ppm by volume).
Sebagai gas yang paling ringan, hidrogen berkombinasi dengan
elemen-elemen lain ? kadang-kadang secara eksplosif ? untuk
membentuk berbagai senyawa.
Hidrogen banyak digunakan untuk mengikat nitrogen
dengan unsur lain dalam proses Haber (memproduksi amonia)
dan untuk proses hidrogenasi lemak dan minyak. Hidrogen juga
digunakan dalam jumlah yang banyak dalam produksi methanol,
di dealkilasi hidrogen (hydrodealkylation), katalis hydrocracking,
dan sulfurisasi hidrogen. Kegunaan-kegunaan lainnya termasuk
sebagai bahan bakar roket, memproduksi asam hidroklorida,
mereduksi bijih-bijih besi dan sebagai gas pengisi balon.
Dalam keadaan yang normal, gas hidrogen merupakan
campuran antara dua molekul, yang dinamakan ortho- dan para-
hidrogen, yang dibedakan berdasarkan spin elektron-elektron
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 11
dan nukleus. Hidrogen normal pada suhu ruangan terdiri dari
25% parahidrogen dan 75% ortho-hidrogen. Bentuk ortho tidak
dapat dipersiapkan dalam bentuk murni. Karena kedua bentuk
tersebut berbeda dalam energi, sifat-sifat kebendaannya pun
juga berbeda. Titik-titik lebur dan didih parahidrogen sekitar 0.1
derajat Celcius lebih rendah dari hidrogen normal.
Hidrogen adalah komponen utama planet Jupiter dan
planet-planet gas raksasa lainnya. Karena tekanan yang luar
biasa di dalam planet-planet tersebut, bentuk padat hidrogen
molekuler dikonversi menjadi hidrogen metalik.
Hidrogen dalam bentuk cair sangat penting untuk bidang
penelitian suhu rendah (cryogenics) dan studi superkonduktivitas
karena titik cairnya hanya 20 derajat di atas 0 Kelvin.
Salah satu keunikan hydrogen, yaitu bias menjadi bahan
bakar alternative. Ketika mendengar “hydrogen fuel” atau bahan
bakar hidrogen, seringkali di benak ini yang terisi adalah
pemikiran “membakar” hydrogen sehingga mendapatkan energi
siap pakai (listrik, gerak, panas). Namun perlu diketahui FUEL
dalam hal ini jangan diterjemahkan “bahan bakar” yang
mengandung pengertian “combustion” seperti motor bakar.
Sehingga sering disebut juga FUEL CELL (bahan bakar sel)
Hydrogen fuel cell yang dipakai dalam transportasi adalah
hydrogen yang dipergunakan untuk menghasilkan listrik.
Kemudian listriknya dipergunakan untuk kebutuhan lain, misal
penggerak motor elektrik.
Sebagai “bahan bakar“, hydrogen tidak pernah dijumpai di
alam. Hydrogen selalu berupa gas “buatan”, man made fuel. Nah
pembuatannya memang bisa dilakukan dengan elektrolisa dari
sumber air (H2O), atau dapat dihasilkan dari proses pemecahan
Hydrocarbon (CH). Oleh sebab itu disinilah rumitnya perhitungan
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 12
efisiensi energi yang akhirnya berujung pada nilai keekonomian
pemanfaatan hydrogen fuel.
Sel bahan bakar (Fuel cell) tidak beroperasi pada siklus
termal. Dengan demikian, mereka tidak dibatasi hukum-hukum
termodinamika seperti mesin pembakaran, seperti efisiensi siklus
Carnot. Namun, juga banyak yang salah mengartikan dengan
mengatakan bahwa sel bahan bakar dibebaskan dari hukum
termodinamika, karena sebagian besar orang berpikir
termodinamika dalam hal proses pembakaran (entalpi
pembentukan). Hukum termodinamika juga berlaku untuk proses
kimia (energi bebas Gibbs) seperti sel bahan bakar, namun
efisiensi maksimum teoritis lebih tinggi (83% efisien 298K dalam
kasus hidrogen / reaksi oksigen) dari siklus Otto efisiensi termal (
60% untuk rasio kompresi 10 dan rasio panas spesifik 1.4).
Membandingkan batas termodinamika bukanlah prediktor
yang baik pada efisiensi praktis yang dicapai. Juga, jika
“penggerak mekanik” adalah tujuan, output listrik dari sel bahan
bakar harus masih dikonversi menjadi daya mekanik yang
tentusaja menurunkan efisiensi. Dengan mengacu pada klaim
diatas, klaim yang benar adalah bahwa “keterbatasan yang
ditetapkan oleh hukum kedua termodinamika pada operasi sel
bahan bakar jauh lebih parah daripada pembatasan yang
dikenakan pada sistem konversi energi konvensional”.
Akibatnya, mereka dapat memiliki efisiensi yang sangat tinggi
dalam mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik,
terutama ketika mereka dioperasikan dengan kerapatan daya
rendah, dan pemakaian bahan bakar hidrogen dan oksigen murni
sebagai reaktan.
C. Mengubah Urin Menjadi Bahan Bakar Hidrogen
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 13
Peneliti dari Amerika telah mengembangkan cara yang
efisien untuk memproduksi gas hidrogen dari urin. Tentu saja hal
ini menjadi salah satu alternative untuk sumber bahan bakar
mobil dimasa depan melainkan juga menjadi cara untuk
memperdayagunakan limbah yang dihasilkan oleh manusia.
Penggunaan gas hydrogen untuk bahan bakar mobil telah
menjadi alternative bahan bakar yang penggunaannya semakin
meningkat, hal ini disebabkan dengan mengggunakan gas
hydrogen maka gas buang yang dihasilkan tidak mencemari
lingkuangan karena yang keluar hanya uap air. Akan tetapi salah
satu kendala yang dihadapi adalah kurangnya sumber gas
hydrogen yang murah dan mudah diperbaharui. Gerardine Botte
dari Universitas Ohio kemungkinan telah menemukan jawaban
atas permasalahan tersebut, dengan menggunakan pendekatan
proses elektrolisis dia berhasil menghasilkan gas hydrogen dari
urin, salah satu limbah yang sangat berlimpah di bumi dan tentu
saja urine ini menjadi sumber gratis sehingga dapat memangkas
biaya produksi gas hydrogen.
Botte mengatakan bahwa ide ini muncul kepadanya
beberapa tahun lalu pada saat dia menghadiri konferensi bahan
bakar, saat itu dia mendiskusikan bagaimana cara mengubah
sumber daya air menjadi sumber daya energi yang bersih. “Saya
berharap kita bisa mengubah air menjadi sumber energi yang
ramah lingkungan”, katanya. Dia pun mulai memikirkan dengan
mencari sumber limbah yang dapat dijadikan sebagai sumber
untuk menghasilkan gas hydrogen.
Kandungan urin terutama adalah urea, dimana urea ini
memiliki empat atom hydrogen per molekulnya, iktan hydrogen
dengan ataom N dalam urea lebih lemah dibandingkan ikatan
hydrogen dengan atom O dalam air. Botte kemudian
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 14
memutuskan untuk menggunakan elektrolisis untuk memecah
bagian molekul urea ini dengan menggunakan elektroda berbasis
nikel yang bersifat selektif dan efisien untuk mengoksidasi urea.
Untuk memecah molekul urea ini diperlukan voltase sebesar 0,37
Volt yang mana voltase ini masih lebih rendah jika dibandingkan
yang diperlukan untuk mengelektrolisis air yaitu sekitar 1,23
volt.
Selama proses yang terjadi urea teradsorbsi pada
elektroda nikel, yang kemudian mengalirkan electron yang
kemudian molekul urea terurai. Gas hydrogen murni terbentuk
pada katoda, gas nitrogen dan sedikit gas oksigen dan hydrogen
terbentuk di anoda. Gas karbondioksida juga dihasilkan pada
saat elektrolisis akan tetapi gas ini tidak bercampur dengan gas
yang dihasilkan pada anoda dan katoda disebabkan gas ini
bereaksi dengan KOH membentuk kalium karbonat. “Perlu waktu
bagi kami untuk menggunakan rine manusia sebagai percobaan
sehingga kami bisa mempubilkasikan penelitian kami ini”, kata
Botte.
Menurut Botte, proses yang ada untuk memisahkan urin
dari air saat ini sangat mahal dan tidak efisien. Urin umumnya
terhidrolisis menjadi amonik sebelum terlepas keudara sebagai
gas ammonia. Terbentuknya gas ini akan membentuk
ammonium sulfat dan partikel nitral di udara, dimana kedua zat
ini dapat menyebabkan berbagai macam permasalahan bagi
kesehatan manusia seperti asma, bronchitis, dan kematian dini.
Grup peneliti tersebut telah menghabiskan banyak waktu
untuk mempelajari sitem elektrolisis yang akan dipakai termasuk
mempelajari mekanisme reaksinya secara komputasional. Botte
meyakini bahwa teknologi ini akan mampu dibuat dalam skala
yang besar untuk menghasilkan gas hydrogen. “salah satu
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 15
kendala yang menghalangi proses adalah banyaknya garam
yang ada dalam sumber urin,” kata Botte.
Bruce Logan, seorang ahli energi dari limbah dan direktur
Pennsylvania State University’s H2E Center and Engineering
Environmental Institute memberikan applause pada Botte yang
telah memberi kontribusi atas alternative produksi hydrogen
tanpa memecah molekul air. Bagaimanapun juga dia memberi
suatau pernyataan bahwa urea lebih cepat diubah menjadi
ammonia dengan menggunakan bakteri, hal ini tentu saja
menjadi batasan penelitian yang dilakukan oleh Botte. Tapi
Logan merasa bahwa ide Botte sangat bagus dengan memikirkan
bagaimana cara untuk mengolah limbah urine kita tidak hanya
untuk menghasilkan hydrogen akan tetapi juga untuk
menghasilkan sumber lain misalnya fosfor sebagai sumber pupuk
menginggat dimasa mendatang seperti halnya minyak bumi
fosfor bisa menjadi barang yang langka dan kita harus
memikirkan cara untuk mericycle fosfor untuk keperluan di masa
datang.
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 16
Bab III. Penutup
A. Kesimpulan
Setelah memahami isi pembahasan makalah ini, dapat
disimpulkan bahwa Kimia merupakan suatu ilmu yang sangat
menarik dan penting, sehingga bisa dikatakan bahwa Kimia itu
fantastik (Chemistry is Very fantastic) dengan melihat beberapa
peranan penting ilmu Kimia yang sudah dibahas di atas.
Nanoteknologi, Hidrogen yang unik, sampai pada pembuatan
bahan bakar hydrogen dari urin.
B. Saran
Mempelajari Kimia akan sangat menarik, jika kita
memahaminya. Dan jangan berpikir bahwa Kimia itu berbahaya
dan harus dijauhi.
CHEMISTRY IS VERY FANTASTIC
Andrio Suwuh – chemistry is very fantastic 17