AS, suararepubliknews.com – Di dunia yang semakin haus akan sumber energi yang berkelanjutan, para ilmuwan beralih ke sumber energi yang tak terduga: ganggang mikroskopis. Para peneliti di Concordia University telah mengembangkan teknologi baru yang menjanjikan, yang disebut micro-photosynthetic power cells (μPSCs), yang memanfaatkan proses alami organisme kecil ini untuk menghasilkan listrik. Mereka menemukan cara yang dapat meningkatkan secara dramatis jumlah tenaga yang dihasilkan oleh miniatur pembangkit listrik ramah lingkungan ini.
Teknologi Inovatif μPSCs
Inti dari inovasi ini terlihat sederhana: menghubungkan beberapa μPSC secara bersamaan, seperti menghubungkan baterai pada senter. Dengan mengatur sumber daya biologis ini dalam berbagai konfigurasi, penelitian ini membuka tingkat kinerja baru yang membawa kita selangkah lebih dekat ke aplikasi praktis untuk teknologi ramah lingkungan tersebut.
Muthukumaran Packirisamy, professor in the Department of Mechanical, Industrial and Aerospace Engineering, is the corresponding author of the paper. (Credit: Concordia University)
Menariknya, teknologi ini tidak hanya menghasilkan energi ramah lingkungan, namun juga dapat menghilangkan karbon dari atmosfer. “Lebih dari sekadar teknologi tanpa emisi, teknologi ini merupakan teknologi emisi karbon negatif: teknologi ini menyerap karbon dioksida dari atmosfer dan memberikan aliran listrik. Satu-satunya produk sampingannya adalah air,” kata Kirankumar Kuruvinashetti, PhD, rekan pascadoktoral di Universitas Calgary.
Cara Kerja μPSCs
Pembangkit listrik mikroskopis ini memanfaatkan proses fotosintesis dan respirasi yang digunakan ganggang untuk bertahan hidup. Selama fotosintesis, ganggang menggunakan sinar matahari untuk memecah molekul air, melepaskan elektron dalam prosesnya. Bahkan dalam keadaan gelap, ganggang terus menghasilkan elektron melalui respirasi. μPSC dirancang untuk menangkap elektron bebas ini dan mengarahkannya menjadi arus listrik yang bisa digunakan.
Struktur sel μPSC dapat dibayangkan seperti sebuah roti lapis: irisan roti terdiri dari dua ruang, satu berisi ganggang (anoda) dan yang lainnya berisi larutan khusus yang menerima elektron (katoda). Di antara keduanya terdapat membran tipis yang memungkinkan proton untuk melewatinya sambil mengarahkan elektron di sepanjang jalur yang dapat dipanen hasilnya dalam bentuk listrik.
Keunggulan dan Potensi μPSCs
Dhilippan Panneerselvam, kandidat PhD dan salah satu penulis studi ini, menyoroti keuntungan penting dari sistem ini: “Sama seperti manusia, ganggang terus bernapas – tetapi mereka mengambil karbon dioksida dan melepaskan oksigen. Karena mesin fotosintesis mereka, mereka juga melepaskan elektron selama respirasi. Pembangkitan listrik tidak pernah berhenti. Elektron-elektron tersebut terus menerus dipanen.”
Yang membuat μPSC sangat menarik adalah potensinya untuk operasi jangka panjang dan bebas perawatan. Tidak seperti baterai tradisional atau panel surya, sumber daya hidup ini dapat memperbaiki dan merawat dirinya sendiri, sehingga berpotensi memberikan output energi yang stabil untuk waktu yang lama.
Namun, satu μPSC hanya menghasilkan daya listrik dalam jumlah kecil – tidak cukup untuk sebagian besar aplikasi praktis. Tegangan maksimum yang mungkin dihasilkan dari satu sel hanya 1.0V. Para peneliti mengeksplorasi berbagai cara untuk menghubungkan beberapa μPSC agar dapat meningkatkan output daya secara bersamaan.
Para peneliti menguji beberapa konfigurasi: menghubungkan sel secara seri (seperti untaian lampu Natal), paralel (seperti jalur di jalan raya), dan kombinasi keduanya. Dengan menganalisis performa pengaturan yang berbeda-beda ini, tim mengidentifikasi penyesuaian optimal yang secara signifikan meningkatkan voltase dan arus.
Aplikasi dan Masa Depan
Konfigurasi yang paling menjanjikan adalah yang menggabungkan koneksi seri dan paralel. Konfigurasi hibrida ini memungkinkan peneliti untuk menyempurnakan keseimbangan antara tegangan dan arus, membuka kemungkinan untuk memberi daya pada perangkat berdaya rendah yang lebih beragam.
Terobosan ini dapat membuka jalan bagi μPSC untuk menemukan aplikasi dunia nyata di bidang Internet of Things (IoT). Bayangkan jaringan sensor kecil bertenaga mandiri yang memantau kondisi lingkungan, melacak satwa liar, atau mengoptimalkan praktik pertanian – semuanya digerakkan oleh populasi ganggang yang produktif.
Scientists believe algae could help power a zero-emission energy source. (Photo by Unsplash+ in collaboration with Getty Images)
Meskipun μPSC mungkin tidak akan pernah menggantikan pembangkit listrik skala besar atau array surya output tinggi, mereka menawarkan keuntungan unik untuk aplikasi khusus. Kemampuannya untuk beroperasi secara terus menerus dengan perawatan minimal, ditambah dengan sifatnya yang ramah lingkungan, membuatnya ideal untuk lingkungan yang terpencil atau sangat sensitif di mana sumber daya konvensional tidak praktis.
“Sistem kami tidak menggunakan gas berbahaya atau serat mikro yang diperlukan untuk teknologi fabrikasi silikon yang diandalkan oleh sel fotovoltaik,” ungkap Muthukumaran Packirisamy, profesor di Fakultas Teknik Mesin, Industri, dan Antariksa Concordia. “Selain itu, menghilangkan chip komputer silikon tidaklah mudah. Kami menggunakan polimer biokompatibel, sehingga seluruh sistem ini mudah terurai dan sangat murah untuk diproduksi.”
Saat kita menghadapi tantangan perubahan iklim dan berusaha mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, inovasi seperti μPSC mengingatkan kita bahwa solusi bisa datang dari tempat yang tidak terduga. Dengan melihat metode pemanfaatan energi yang telah teruji oleh alam, kita dapat menemukan cara-cara baru untuk menghidupkan masa depan kita, satu sel ganggang kecil nanti pada satu waktu. (Stg)
Sumber: StudyFinds “Algae emerges as potentially exceptional source of clean energy”
