Ditulis oleh Komang Gede Guna Pujastaman.

Pendahuluan

Isu perubahan iklim makin mendapat perhatian, baik secara global maupun lokal. Perubahan iklim memiliki sejumlah dampak yang sangat merugikan terhadap lingkungan dan kehidupan manusia, Pemicu utama perubahan iklim adalah pemanasan global yang berasal dari aktivitas intensif energi fosil yang berpotensi meningkatkan emisi karbon dioksida (CO₂). (Friedrich et al., 2020).

Pemanasan global terjadi ketika ada konsentrasi gas-gas tertentu yang dikenal dengan gas rumah kaca, yg terus bertambah di udara, hal tersebut disebabkan oleh tindakan manusia, kegiatan industri, khususnya CO2 dan chlorofluorocarbon. Yang terutama adalah karbon dioksida, yang umumnya dihasilkan oleh penggunaan batubara, minyak bumi, gas dan penggundulan hutan serta pembakaran hutan. Asam nitrat dihasilkan oleh kendaraan dan emisi industri, sedangkan emisi metana disebabkan oleh aktivitas industri dan pertanian. (C. Dhea Ulhaq Mardhatillah, 2022). Efek rumah kaca terjadi ketika gas-gas seperti CO₂ dan uap air menahan radiasi panas yang dipancarkan permukaan bumi, sehingga meningkatkan suhu atmosfer. Akibatnya, perubahan iklim global terjadi dengan berbagai dampak yang signifikan. Dampak tersebut meliputi kenaikan suhu rata-rata global, yang berpotensi menyebabkan cuaca ekstrem, seperti banjir, kekeringan, dan kenaikan permukaan laut yang bisa menenggelamkan pulau-pulau kecil. Fenomena ini menjadikan pemanasan global sebagai perhatian utama bagi umat manusia. ( (Ismail, 2020)

Untuk wilayah Indonesia secara keseluruhan, tahun 2016 merupakan tahun terpanas dengan nilai anomali sebesar 0.6 °C sepanjang periode pengamatan 1981 hingga 2022. Tahun 2022 sendiri menempati urutan ke-13 tahun terpanas dengan nilai anomali sebesar 0.2 °C, sementara tahun 2020 dan 2019 berada di peringkat kedua dan ketiga dengan nilai anomali sebesar 0.5 °C dan 0.4 °C. Sebagai perbandingan, informasi suhu rata-rata global yang dirilis World Meteorological Organization (WMO) di laporan terakhirnya pada awal Desember 2020 juga menempatkan tahun 2016 sebagai tahun terpanas (peringkat pertama) (BMKG, 2021).

Menilik studi literatur yang ada, Indonesia diperkirakan akan mengalami bonus demografi pada tahun 2045. Hal ini mengindikasikan bahwa maraknya populasi yang ada menyebabkan kebutuhan akan pembangunan bereskalasi tinggi. Berdasarkan data dari Badan Pusat Statistika menyatakan bahwa jumlah pembangunan di Indonesia pada tahun 2024 mencapai angka 186.534, dengan provinsi Jawa Timur yang mendominasi pembangunan berkisar 23.319.

Indonesia sebagai negara dengan mobilitas yang padat kerap memproduksi limbah plastik dengan skala yang tinggi. Limbah plastik yang keberadaanya kerap ditemukan di Indonesia adalah plastik poliamida. Plastik ini merupakan keluarga termoplastik semikristalin. Poliamida adalah polimer yang terdiri dari unit berulang yang bergabung dengan ikatan amida. Umumnya Poliamida ditemukan di alam, namun poliamida juga tidak dapat disintesis secara alami. Poliamida merupakan plastik rekayasa penting yang sering digunakan dalam industri rumah tangga dan otomotif karena daya tahan ketahanannya yang tinggi. Partikel poliamida dapat ditemukan dari lingkungan intertidal hingga subtidal, karena poliamida memiliki kerapatan yang mirip dengan air laut, dan memungkinkan poliamida untuk terendam sebagai bahan makanan organisme laut (F. G. Rodrigues et al., 2022). 

Melihat banyaknya dampak negatif yang dihasilkan oleh limbah plastik poliamida, maka diperlukan suatu inovasi yang mampu meminimalisir limbah plastic tersebut, Untuk menangkap CO₂ yang sangat banyak dibutuhkan suatu generator yang mampu menggabungkan mekanisme triboelectric dan piezoelectric, dimana nanogenerator ini dirancang untuk menangkap dan mengonversi energi mekanik menjadi energi listrik. Dengan menggunakan material berbahan plastik poliamida yang akan menghasilkan gel poliamina yang mampu menyerap CO₂ dan mengubahnya menjadi energi listrik.

Nanogenerator pada Smart Green Bulding: Konversi limbah Polutan CO₂ Menjadi Low Voltage Electricity

Nanogenerator adalah perangkat kecil yang mampu mengonversi energi mekanik menjadi listrik menggunakan prinsip piezoelektrik atau triboelektrik (Wanlong Qu, 2024). Pada penelitian ini, nanogenerator dipasang dengan menggunakan gel yang mengandung poliamida, yaitu plastik dengan ikatan nitrogen (-NH) yang juga berfungsi sebagai penjerat nitrogen. Selain itu, bahan MOFs yang diterapkan pada nanogenerator berasal dari limbah plastik poliamida yang mengandung nitrogen, memungkinkan penjeratan CO₂ yang efektif dan stabil dalam struktur berpori MOFs.

Poliamida pada MOFs mampu mengikat molekul CO₂ dalam bentuk ion, bentuk ion menggunakan boron nitrat dan katalis yang dapat meningkatkan stabilitas dalam pengikatan CO₂. Teknologi amplifikasi diterapkan pada nanogenerator ini untuk meningkatkan arus yang dihasilkan dari konversi ion. Poliamida yang digunakan, selain bersifat ramah lingkungan, juga memiliki potensi besar dalam aplikasi jangka panjang karena daya tahan dan sifat mekaniknya.

Dalam Smart Green Building, nanogenerator ini dapat dipasang pada berbagai bagian bangunan, seperti jendela dan dinding. Mekanisme kerja nanogenerator ini dalam aplikasi Smart Green Building adalah berfungsi sebagai sumber energi hijau yang dapat memanfaatkan aktivitas manusia atau angin di dalam gedung. Arus listrik yang dihasilkan cukup untuk menjalankan perangkat kecil, yang mendukung keberlanjutan energi di dalam gedung. Selain itu, dengan kemampuan menyerap CO₂, nanogenerator ini juga membantu mengurangi polusi udara dalam ruangan. Dengan penerapan MOFs berbasis poliamida, bangunan dapat sekaligus menyerap CO₂ dari udara di sekitarnya, mengurangi kadar polusi udara di dalam ruangan. Limbah plastik poliamida yang didaur ulang menjadi MOFs memberikan dampak positif dalam aspek lingkungan, karena mampu mengurangi limbah plastik sekaligus mengubahnya menjadi bahan fungsional dengan manfaat energi dan keberlanjutan.

Tahap Pembuatan Nanogenerator

1. Persiapan Limbah Plastik Poliamida

Langkah pertama dalam pembuatan nanogenerator ini adalah mempersiapkan bahan dasar berupa limbah plastik poliamida, yang banyak ditemukan pada bahan nylon dan jenis plastik lainnya yang mengandung struktur kimia -NH-CO-NH. Limbah plastik ini dikumpulkan dari sumber-sumber yang relevan dan kemudian dibersihkan untuk menghilangkan kotoran atau kontaminan. Selanjutnya, plastik poliamida tersebut dikeringkan dan dipotong menjadi potongan kecil agar lebih mudah dalam proses selanjutnya. Langkah ini penting untuk memastikan bahan poliamida bersih dan siap diolah, serta untuk mengurangi risiko kontaminasi yang dapat mengganggu efektivitas proses sintesis MOF.

2. Sintesis MOF Berbasis Poliamida

Proses sintesis MOF dimulai dengan menggunakan metode solvotermal atau hidrotermal, yaitu teknik yang melibatkan pelarut dan panas untuk menciptakan struktur berpori pada skala nanometer. Dalam proses ini, potongan poliamida yang telah dipersiapkan dicampur dengan senyawa pengikat logam dan katalis yang sesuai. Salah satu katalis yang dapat digunakan adalah boron nitrat, yang berfungsi untuk meningkatkan stabilitas struktur MOF serta menambah kapasitas penyerapan CO₂.

MOF yang dihasilkan dari proses ini memiliki struktur berpori yang dapat menyerap CO₂ secara efektif, karena interaksi antara ikatan nitrogen pada poliamida dengan molekul CO₂. Struktur berpori ini juga meningkatkan luas permukaan material, sehingga memungkinkan penyerapan CO₂ yang lebih optimal. MOF berbasis poliamida ini menjadi komponen utama dalam nanogenerator, karena berfungsi sebagai penangkap polutan dan konverter energi (Suleiman Gani Musa, 2021).

3. Pembentukan Gel Poliamida dan Aplikasi MOF

Tahap berikutnya adalah pembuatan gel poliamida. Gel ini dibentuk dengan mencampurkan poliamida yang telah diolah dengan larutan gel yang sesuai, sehingga menghasilkan campuran berbentuk gel yang fleksibel dan stabil. Gel ini berperan sebagai media utama dalam nanogenerator, memberikan fleksibilitas mekanis sekaligus mendukung MOF untuk menyerap CO₂.

Pada nanogenerator, MOF yang telah terbentuk disatukan dengan gel poliamida, menciptakan lapisan aktif yang dapat mengonversi energi dari ion CO₂ yang terserap. Ion-ion ini bergerak dalam gel dan menghasilkan arus listrik kecil sebagai respons terhadap pergerakan atau getaran. Kombinasi antara gel poliamida dan MOF berbasis poliamida ini membuat nanogenerator menjadi perangkat yang efektif dalam mengonversi energi mekanik menjadi listrik, sekaligus berfungsi sebagai penangkap polutan (Ricky Lalawmpuia, 2024).

4. Penggabungan dengan Teknologi Amplifikasi

Untuk meningkatkan efisiensi konversi energi, nanogenerator ini dilengkapi dengan teknologi amplifikasi. Teknologi ini bertujuan untuk memperkuat arus listrik yang dihasilkan dari pergerakan ion CO₂ dalam MOF. Dengan teknologi amplifikasi, nanogenerator mampu menghasilkan daya listrik yang cukup untuk aplikasi energi rendah, seperti pencahayaan LED atau sensor dalam bangunan. Teknologi amplifikasi ini bekerja dengan mempercepat atau memperbesar sinyal listrik yang dihasilkan oleh nanogenerator. Prinsipnya adalah memanfaatkan sirkuit tambahan yang dapat meningkatkan tegangan atau arus listrik dari pergerakan ion-ion dalam gel poliamida.

Kesimpulan

Berdasarkan paparan di atas, dapat disimpulkan bahwa polutan CO₂ dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik dengan menerapkan inovasi nanogenerator berbasis limbah plastik poliamida. Teknologi ini mampu menangkap polutan CO₂ dan mengubahnya menjadi energi listrik. Jika diterapkan pada bangunan, teknologi ini berpotensi menjadi sumber energi terbarukan yang mandiri. Inovasi ini tidak hanya menghasilkan energi, tetapi juga membantu mengatasi masalah limbah plastik dan perubahan iklim akibat emisi karbon dioksida (CO₂).

Smart Green Building yang terintegrasi dengan nanogenerator berbasis polutan CO₂ dan Metal Organic Framework (MOF) dari limbah plastik poliamida menawarkan solusi inovatif untuk mengatasi dua masalah lingkungan utama: polusi plastik dan emisi karbon dioksida. Dengan memanfaatkan limbah plastik poliamida, perangkat nanogenerator ini tidak hanya mengurangi sampah plastik yang sulit terurai, tetapi juga memanfaatkan poliamida sebagai bahan penjerat CO₂ yang efisien. Proses sintesis MOF berbasis poliamida menghasilkan material berpori yang mampu menyerap CO₂ secara efektif, sekaligus mengonversinya menjadi energi listrik dengan bantuan teknologi amplifikasi..

DAFTAR PUSTAKA

BMKG, P. L. (2021). Pengaruh Gas Rumah Kaca Terhadap Lautan Wilayah Tropis. J Pendidik. Fis. dan sains, Vol 2 no 2.

C. Dhea Ulhaq Mardhatillah, F. P. (2022). Efek Rumah kaca pemicu pemanasan global dan upaya penanggulangannya. Pros.Semin. NasBiol, Vol 2.

Ismail, A. (2020). Potensi Penurunan emisi gas rumah kaca (GRK) dalam kegiatan belajar di rumah secara online. Jukung J. Tek. Lingkung, 195-2023.

Ricky Lalawmpuia, M. L. (2024). Metal organic framework (MOF): Synthesis and fabrication for the application of electrochemical sensing. Environmental Engineering Research , 1-19.

Suleiman Gani Musa, Z. M. (2021). Study on Selected Metal-Organic Framework-Based Catalysts for Cycloaddition Reaction of CO2 with Epoxides: A Highly Economic Solution for Carbon Capture and Utilization. Polymer, 99-110.

Wanlong Qu, C. Z. (2024). Self-powered system based on triboelectric nanogenerator in agricultural groundwater pollution monitoring and control. Frontiers, 100.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

LAMPIRAN

.

.