Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) terus memperkuat kontribusinya dalam pengembangan teknologi hijau untuk mendukung target Net Zero Emission (NZE) nasional. Melalui riset terbaru di bidang katalisis, BRIN mengembangkan katalis biochar berbasis nikel dengan metode dekorasi silika yang mampu meningkatkan konversi karbon dioksida (CO₂) menjadi produk bernilai guna tinggi dan berpotensi menjadi sumber energi hijau masa depan.
Inovasi tersebut dipaparkan Peneliti Ahli Muda Pusat Riset Katalisis BRIN, Wiyanti Fransisca Simanullang, dalam webinar Wednesday Insight & Science Exchange (WISE) yang diselenggarakan secara daring, (12/6). Penelitian ini berfokus pada pemanfaatan biochar atau arang hayati yang dimodifikasi melalui penambahan struktur silika guna meningkatkan kinerja katalis dalam proses hidrogenasi karbon dioksida.
Wiyanti menjelaskan bahwa teknologi katalis hibrida yang dikembangkan dirancang untuk mempercepat reaksi hidrogenasi CO₂, yaitu proses kimia yang mengubah gas karbon dioksida menjadi berbagai produk bermanfaat dengan bantuan gas hidrogen. Produk yang dihasilkan dapat berupa metana, karbon monoksida, maupun alkohol yang memiliki nilai ekonomi dan mendukung pengembangan energi ramah lingkungan.
“Karbon dioksida merupakan senyawa yang sangat stabil secara termodinamika sehingga sulit dikonversi menjadi senyawa lain. Tantangan terbesar kami adalah merancang material katalis yang aktif sekaligus ekonomis untuk mengubah CO₂ menjadi produk yang lebih bermanfaat,” ujar Wiyanti.
Menurutnya, sebagian besar penelitian global masih mengandalkan logam mulia seperti paladium dan platinum sebagai katalis karena memiliki aktivitas tinggi. Namun, penggunaan logam tersebut memerlukan biaya yang besar sehingga kurang ekonomis untuk penerapan industri skala luas. Oleh karena itu, tim peneliti BRIN memilih menggunakan logam non-mulia berupa nikel (Ni) yang lebih terjangkau.
Untuk meningkatkan performa nikel, menurutnya, BRIN menerapkan metode dekorasi silika yang mampu membentuk lapisan pelindung pada permukaan katalis. Struktur silika tersebut menjaga partikel nikel tetap stabil, terdispersi merata, dan tidak mudah menggumpal saat beroperasi pada suhu tinggi. Kondisi ini memungkinkan katalis bekerja lebih efektif dalam memutus ikatan kuat molekul karbon dioksida selama proses reaksi.
Hasil pengujian laboratorium menggunakan sistem aliran berkelanjutan (fixed-bed reactor) menunjukkan peningkatan performa yang signifikan. Melalui karakterisasi material menggunakan teknologi mutakhir seperti High Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), serta X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) berbasis sinkrotron, tim peneliti menemukan bahwa keberadaan silika secara selektif mendorong oksidasi besi (Fe) sebagai lapisan pelindung (sacrificial layer), sehingga logam aktif nikel tetap berada dalam kondisi optimal untuk menjalankan reaksi hidrogenasi CO₂.
“Temuan kami menunjukkan bahwa dekorasi silika mampu mempertahankan fase reduksi logam nikel yang menjadi kunci dalam memutus ikatan kuat karbon dioksida. Hal ini menghasilkan performa hidrogenasi yang lebih baik, terutama pada suhu rendah,” jelasnya.
Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa interaksi antara nikel dan hidrogen mencapai kondisi paling optimal pada bilangan gelombang 106,0 cm⁻¹ yang berperan sebagai penentu laju reaksi (rate-determining step). Sistem katalis monometalik nikel yang didekorasi silika terbukti memberikan performa terbaik dibandingkan sistem lainnya untuk proses hidrogenasi CO₂ suhu rendah.
Sebagai bagian dari strategi pengembangan jangka panjang, BRIN telah menyusun peta jalan hilirisasi teknologi tersebut. Tahap awal difokuskan pada optimalisasi sintesis karbon menggunakan bahan baku lokal yang berkelanjutan, yakni limbah kulit kemiri (candlenut shell) sebagai sumber utama biochar. Selanjutnya, riset akan diarahkan pada produksi metanol cair dan pengembangan katalis bebas logam (metal-free catalyst) berbasis nitrogen-doped biochar.
