Jakarta –
Keberadaan kehidupan di Bumi banyak bergantung 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 penting dari fungsi Bumi yang kita anggap remeh. Namun saat kita melihat ke luar planet ini untuk menemukan tempat baru untuk dijelajahi dan ditinggali, jelas betapa langka dan berharganya proses itu.
“Seperti yang telah saya dan kolega saya selidiki dalam makalah baru-baru ini yang diterbitkan di Nature Communications, kemajuan terbaru dalam fotosintesis buatan mungkin menjadi kunci untuk bertahan hidup dan berkembang jauh dari Bumi,” kata Katharina Brinkert, Asisten Profesor Katalisis, University of Warwick, dikutip dari Berita Sains, Jumat (9/6/2023).
IKLAN
GULIR UNTUK LANJUTKAN KONTEN
Ia mengatakan, kebutuhan manusia akan oksigen membuat perjalanan luar angkasa menjadi rumit. Keterbatasan bahan bakar membatasi jumlah oksigen yang bisa kita bawa, apalagi jika kita ingin melakukan perjalanan jauh ke Bulan dan Mars. Perjalanan satu arah ke Mars biasanya memakan waktu dua tahun, artinya 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 panel surya ISS untuk memisahkan air menjadi gas hidrogen dan gas oksigen yang dihirup astronot. Ini juga memiliki sistem terpisah yang mengubah karbon dioksida yang dihembuskan oleh astronot menjadi air dan metana.
“Namun, teknologi ini tidak dapat diandalkan, tidak efisien, berat, dan sulit perawatannya. Proses pembangkitan oksigen, misalnya, membutuhkan sekitar sepertiga dari jumlah energi yang dibutuhkan untuk menjalankan seluruh sistem ISS yang mendukung pengendalian lingkungan dan mendukung kehidupan,” ujarnya. dijelaskan. . Brinkert.
Fotosintesis Buatan
Oleh karena itu, pencarian sistem alternatif yang dapat digunakan di Bulan dan dalam perjalanan ke Mars sedang dilakukan. Salah satu kemungkinannya adalah memanen energi Matahari yang melimpah di luar angkasa dan menggunakannya secara langsung untuk produksi oksigen dan daur ulang karbon dioksida hanya dalam satu perangkat.
Satu-satunya masukan lain dalam alat tersebut adalah air, mirip dengan proses fotosintesis yang terjadi di alam. Ini akan menghindari penyiapan yang rumit di mana dua proses pemanenan cahaya dan produksi bahan kimia dipisahkan, seperti di ISS.
“Ini menarik karena bisa mengurangi berat dan volume sistem, dua kriteria kunci untuk eksplorasi luar angkasa. Tapi juga akan lebih efisien,” kata Brinkert.
Menurutnya, kita dapat menggunakan energi panas tambahan atau panas yang dilepaskan selama proses penangkapan energi Matahari secara langsung untuk mengkatalisis (menyalakan) reaksi kimia. Selain itu, pemasangan kabel yang rumit dan pemeliharaan dapat dikurangi secara signifikan.
“Kami datang dengan kerangka teori untuk menganalisis dan memprediksi kinerja perangkat fotosintesis buatan terintegrasi untuk aplikasi di Bulan dan Mars,” katanya.
Alih-alih klorofil, yang bertanggung jawab untuk penyerapan cahaya pada tanaman dan alga, perangkat menggunakan bahan semikonduktor yang dapat langsung dilapisi dengan katalis logam sederhana yang mendukung reaksi kimia yang diinginkan.
Analisis para peneliti menunjukkan bahwa perangkat tersebut memang dapat diimplementasikan untuk melengkapi teknologi pendukung kehidupan yang ada, seperti rakitan generator oksigen yang digunakan di ISS. Hal ini terutama terjadi bila digabungkan dengan perangkat yang memusatkan energi Matahari untuk menggerakkan reaksi.
Ada juga pendekatan lain. Misalnya, kita bisa menghasilkan oksigen langsung dari tanah bulan (regolith). Namun menurut Brinkert, proses ini membutuhkan suhu tinggi untuk bekerja. Perangkat fotosintesis buatan, di sisi lain, dapat beroperasi pada suhu kamar pada tekanan yang ditemukan di Mars dan Bulan. Ini berarti mereka dapat digunakan langsung di habitatnya dan menggunakan air sebagai sumber daya utama.
“Ini sangat menarik mengingat keberadaan air es yang tersimpan di kawah bulan Shackleton, yang merupakan tempat pendaratan yang disiapkan untuk misi bulan di masa depan,” kata Brinkert optimis.
Di Mars, atmosfernya hampir 96% karbon dioksida sehingga tampak sempurna untuk perangkat fotosintesis buatan. Namun intensitas cahaya di Planet Merah lebih lemah daripada di Bumi karena jaraknya yang lebih jauh dari Matahari.
Lalu apakah ini akan menimbulkan masalah? Para peneliti sebenarnya telah menghitung intensitas sinar matahari 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 utama yang perlu dikuasai untuk misi luar angkasa jangka panjang.
Sistem elektrolisis yang ada, yang beroperasi pada suhu tinggi, memerlukan 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, butuh penelitian intensif selama beberapa tahun untuk bisa menggunakan teknologi ini di luar angkasa. Menyalin bagian penting dari fotosintesis alam dapat memberi kita beberapa keuntungan, membantu kita mewujudkannya dalam waktu dekat.
“Dampaknya akan sangat besar. Misalnya, kita benar-benar dapat menciptakan atmosfer buatan di luar angkasa dan menghasilkan bahan kimia yang kita butuhkan untuk misi jangka panjang, seperti pupuk, polimer, atau obat-obatan,” kata Brinkert.
Selain itu, kata Brinkert, wawasan yang mereka peroleh dari merancang dan membangun perangkat ini dapat membantu mereka menghadapi tantangan energi hijau di Bumi.
“Kita cukup beruntung memiliki tumbuhan dan ganggang untuk menghasilkan oksigen. Namun perangkat fotosintesis buatan dapat digunakan untuk menghasilkan bahan bakar berbasis hidrogen atau karbon (sebagai pengganti gula), membuka jalur hijau untuk produksi bahan kimia kaya energi yang kita dapat disimpan dan digunakan untuk transportasi,” kata Brinkert.
“Eksplorasi ruang angkasa dan penghematan energi kita memiliki tujuan jangka panjang yang sangat mirip: keberlanjutan. Perangkat fotosintesis buatan mungkin menjadi bagian penting untuk mewujudkannya,” pungkasnya.
Simak Video “Ramalan Ilmuwan Tentang Bintang Menelan Bumi”
[Gambas:Video 20detik]
(rns/fay)