Ilmuwan Mau Bikin Fotosintesis Buatan Demi Tinggal di Luar Angkasa
Adanya kehidupan di Bumi berutang banyak pada fotosintesis, sebuah proses yang berusia 2,3 miliar tahun. Reaksi yang sangat menarik dan masih belum sepenuhnya dipahami ini, memungkinkan tumbuhan dan organisme lain memanen sinar Matahari, air, dan karbon dioksida sambil mengubahnya menjadi oksigen dan energi dalam bentuk gula.
Fotosintesis adalah bagian integral dari fungsi Bumi sehingga kita menganggapnya biasa saja. Tetapi ketika kita melihat ke luar planet dalam pencarian tempat baru untuk dijelajahi dan didiami, jelas betapa langka dan berharganya proses itu.
"Seperti yang telah saya dan kolega saya selidiki dalam makalah terbaru yang diterbitkan di Nature Communications, kemajuan terbaru dalam membuat fotosintesis buatan mungkin menjadi kunci untuk bertahan hidup dan berkembang jauh dari Bumi," kata Katharina Brinkert, Asisten Profesor di Katalisis, University of Warwick, dikutip dari Science Alert, Jumat (9/6/2023).
Ia menyebutkan, kebutuhan manusia akan oksigen membuat perjalanan luar angkasa menjadi rumit. Keterbatasan bahan bakar membatasi jumlah oksigen yang dapat kita bawa, terutama jika kita ingin melakukan perjalanan jarak jauh ke Bulan dan Mars. Perjalanan satu arah ke Mars biasanya membutuhkan waktu dua tahun, yang berarti kita tidak dapat dengan mudah mengirimkan pasokan sumber daya dari Bumi.
Sudah ada cara untuk menghasilkan oksigen dengan mendaur ulang karbon dioksida di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS). Sebagian besar oksigen ISS berasal dari proses yang disebut elektrolisis yang menggunakan listrik dari stasiun panel surya stasiun untuk memisahkan air menjadi gas hidrogen dan gas oksigen yang dihirup oleh astronaut. Ia juga memiliki sistem terpisah yang mengubah karbon dioksida yang dihembuskan astronaut menjadi air dan metana.
"Namun teknologi ini tidak dapat diandalkan, tidak efisien, berat, dan sulit dirawat. Proses pembangkitan oksigen, misalnya, membutuhkan sekitar sepertiga dari total energi yang dibutuhkan untuk menjalankan seluruh sistem ISS yang mendukung kontrol lingkungan dan pendukung kehidupan," jelas Brinkert.
Fotosintesis Buatan
Oleh karena itu, pencarian sistem alternatif yang dapat digunakan di Bulan dan dalam perjalanan ke Mars sedang berlangsung. Salah satu kemungkinannya adalah memanen energi Matahari yang melimpah di luar angkasa dan langsung menggunakannya untuk produksi oksigen dan daur ulang karbon dioksida hanya dalam satu perangkat.
Satu-satunya input lain dalam perangkat semacam itu adalah air, mirip dengan proses fotosintesis yang terjadi di alam. Itu akan menghindari pengaturan rumit di mana dua proses pemanenan cahaya dan produksi bahan kimia dipisahkan, seperti di ISS.
"Ini menarik karena dapat mengurangi berat dan volume sistem, dua kriteria utama untuk eksplorasi luar angkasa. Tapi itu juga akan lebih efisien," papar Brinkert.
Menurutnya, kita dapat menggunakan energi termal atau panas tambahan yang dilepaskan selama proses penangkapan energi Matahari secara langsung untuk mengkatalisasi (menyalakan) reaksi kimia. Selain itu, pemasangan kabel dan perawatan yang rumit dapat dikurangi secara signifikan.
"Kami menghasilkan kerangka teori untuk menganalisis dan memprediksi kinerja perangkat fotosintesis buatan yang terintegrasi untuk pengaplikasian di Bulan dan Mars," sebutnya.
Alih-alih klorofil, yang bertanggung jawab untuk penyerapan cahaya pada tumbuhan dan alga, perangkat ini menggunakan bahan semikonduktor yang dapat dilapisi langsung dengan katalis logam sederhana yang mendukung reaksi kimia yang diinginkan.
Analisis para peneliti menunjukkan bahwa perangkat ini memang layak untuk melengkapi teknologi pendukung kehidupan yang ada, seperti rakitan generator oksigen yang digunakan di ISS. Hal ini khususnya terjadi bila digabungkan dengan perangkat yang memusatkan energi Matahari untuk menyalakan reaksi.
Ada juga pendekatan lain. Misalnya, kita bisa menghasilkan oksigen langsung dari tanah Bulan (regolith). Tapi menurut Brinkert, proses ini membutuhkan suhu tinggi untuk bekerja. Perangkat fotosintesis buatan, di sisi lain, dapat beroperasi pada suhu ruang pada tekanan yang ditemukan di Mars dan Bulan. Itu berarti mereka dapat digunakan langsung di habitat dan menggunakan air sebagai sumber daya utama.
"Ini sangat menarik mengingat keberadaan air es yang ditetapkan di kawah bulan Shackleton , yang merupakan tempat pendaratan yang disiapkan dalam misi Bulan di masa depan," kata Brinkert optimistis.
Di Mars, atmosfer terdiri dari hampir 96% karbon dioksida sehingga tampaknya ideal untuk perangkat fotosintesis buatan. Tetapi intensitas cahaya di Planet Merah tersebut lebih lemah daripada di Bumi karena jaraknya yang lebih jauh dari Matahari.
Lalu apakah ini akan menimbulkan masalah? Peneliti benar-benar menghitung intensitas sinar Matahari yang tersedia di Mars. Mereka menunjukkan bahwa manusia dapat menggunakan perangkat ini di sana, meskipun cermin surya menjadi lebih penting.
Produksi oksigen dan bahan kimia lain yang efisien dan andal serta daur ulang karbon dioksida di pesawat ruang angkasa dan di habitat merupakan tantangan luar biasa yang perlu dikuasai untuk misi luar angkasa jangka panjang.
Sistem elektrolisis yang ada, yang beroperasi pada suhu tinggi, membutuhkan masukan energi yang signifikan. Dan perangkat untuk mengubah karbon dioksida menjadi oksigen di Mars masih dalam masa pertumbuhan, apakah itu didasarkan pada fotosintesis atau tidak.
Jadi, diperlukan penelitian intensif selama beberapa tahun untuk dapat menggunakan teknologi ini di luar angkasa. Menyalin bagian penting dari fotosintesis alam dapat memberi kita beberapa keuntungan, membantu kita mewujudkannya dalam waktu yang tidak lama lagi.
"Dampaknya akan sangat besar. Misalnya, kita sebenarnya dapat menciptakan atmosfer buatan di luar angkasa dan menghasilkan bahan kimia yang kita perlukan dalam misi jangka panjang, seperti pupuk, polimer, atau obat-obatan," ujar Brinkert.
Selain itu, kata Brinkert, wawasan yang mereka peroleh dari merancang dan membuat perangkat ini dapat membantu mereka memenuhi tantangan energi hijau di Bumi.
"Kita cukup beruntung memiliki tumbuhan dan alga untuk menghasilkan oksigen. Tetapi perangkat fotosintesis buatan dapat digunakan untuk menghasilkan bahan bakar berbasis hidrogen atau karbon (sebagai pengganti gula), membuka jalan hijau untuk produksi bahan kimia kaya energi yang dapat kita simpan dan gunakan untuk bidang transportasi," jelas Brinkert.
"Eksplorasi ruang angkasa dan ekonomi energi masa depan kita memiliki tujuan jangka panjang yang sangat mirip: keberlanjutan. Perangkat fotosintesis buatan mungkin menjadi bagian penting untuk mewujudkannya," simpulnya.
Simak Video "Prediksi Ilmuwan Terjadinya Bintang Telan Bumi"
[Gambas:Video 20detik]
(rns/fay)
