Di tengah upaya mencari cara baru mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, sebuah tim peneliti di Inggris menunjukkan bahwa karbon dioksida dapat diproses menjadi biomassa hidup dalam satu sistem cair. Pendekatan ini menggabungkan cahaya matahari, enzim, dan bakteri E. coli rekayasa untuk mengubah CO2 menjadi bahan baku yang kemudian dipakai sel untuk tumbuh.
Yang membuat hasil ini menarik bukan hanya karena CO2 tidak lagi diperlakukan sebagai limbah, tetapi juga karena seluruh prosesnya dirancang menyerupai sebagian fotosintesis. Bila teknologi semacam ini terus dikembangkan, produksi bahan kimia dan material berpotensi bergeser dari sumber berbasis minyak, batu bara, dan gas alam menuju sistem yang memanfaatkan udara dan energi terbarukan.
Tim yang dipimpin Dr. Lin Su dari Queen Mary University of London merancang reaktor surya terintegrasi yang menyatukan proses kimia dan biologi dalam satu wadah cair. Hasil kerja itu dipublikasikan di Journal of the American Chemical Society, dan sistemnya tidak menggunakan tanaman, alga, atau mikroba fotosintetik alami.
Di dalam reaktor, ada pembagian tugas yang cukup rapi. Satu elektroda memecah air dan menghasilkan oksigen, sementara elektroda lain memakai enzim untuk menangkap karbon dioksida terlarut dan mengubahnya menjadi formate.
Formate adalah molekul sederhana berbasis satu atom karbon yang menyimpan energi kimia. Senyawa ini dianggap menarik karena dapat dibuat langsung dari CO2 dengan bantuan energi terbarukan dan berpotensi menjadi pembawa energi untuk manufaktur rendah karbon.
Setelah formate tersedia, E. coli rekayasa memakainya sebagai sumber energi. Dengan dukungan oksigen yang dihasilkan sistem, bakteri tersebut menggunakan karbon dioksida untuk membangun biomassa baru.
Pemilihan E. coli juga tidak dilakukan tanpa alasan. Genetika dan metabolismenya sudah sangat dipahami, sehingga lebih mudah direkayasa untuk kebutuhan industri dibandingkan banyak bakteri alami lain yang mampu tumbuh memakai formate.
Masalahnya, strain E. coli yang sudah bisa memakai formate sebelumnya masih tumbuh lambat. Untuk meningkatkan kemampuannya, tim menjalankan adaptive laboratory evolution selama 168 hari dengan membiakkan bakteri berulang kali dalam kondisi berbasis formate.
Hasil evolusi itu cukup jelas. Strain yang telah berevolusi mampu mencapai tingkat pertumbuhan serupa hanya dalam dua hari, padahal sebelumnya butuh hampir dua minggu.
Pada sisi kimia, tim memakai enzim formate dehydrogenase yang dipasang pada elektroda titanium dioksida khusus untuk menghasilkan formate secara efisien. Mereka juga menambahkan enzim carbonic anhydrase agar pemrosesan CO2 lebih cepat dan kestabilan keasaman lokal tetap terjaga.
Saat listrik dialirkan, sistem mampu menghasilkan sekitar 650 mikromole formate per sentimeter persegi selama 10 jam operasi. Hampir seluruh elektron yang masuk dipakai untuk membentuk formate, dengan hasil Faradaic mendekati 98%.
Setelah itu, strain E. coli yang sudah berevolusi dimasukkan ke larutan kaya formate. Dalam beberapa hari, bakteri menghabiskan sebagian besar formate dan biomassanya terus bertambah.
Tahap berikutnya membawa sistem ini lebih dekat ke pemanfaatan tenaga surya langsung. Tim mengganti pasokan listrik dengan sel surya organik yang cukup memberi tegangan untuk mereduksi CO2 tanpa melepas ion logam beracun yang dapat mengganggu bakteri.
Perangkat lengkap itu disebut semiartificial leaf. Di atas platform kaca kecil, photocathode semikonduktor organik dan photoanode bismuth vanadate bekerja bersama untuk membelah air, menghasilkan oksigen, dan mengubah CO2 menjadi formate.
Reaktor tersebut berjalan selama 20 jam di bawah cahaya dan tetap mampu mendukung kelangsungan hidup bakteri. Untuk memastikan asal karbonnya, tim juga memakai CO2 berlabel karbon-13, dan formate yang terbentuk turut membawa karbon-13.
Meski masih sebatas bukti konsep awal, arah pengembangannya dinilai menjanjikan. Perangkat ini baru bekerja dalam hitungan jam dan hasilnya masih kecil, tetapi platformnya dianggap bisa menjadi dasar bagi formate bioeconomy dan pabrik surya masa depan.
Jika efisiensi, stabilitas jangka panjang, manajemen oksigen, dan produktivitasnya dapat ditingkatkan, sistem serupa berpeluang menghasilkan plastik, bahan kimia khusus, bahan bakar, atau protein mikroba. Dr. Celine Wing See Yeung dari University of Cambridge menyebut karya ini sebagai hasil lintas bidang yang telah dikembangkan selama bertahun-tahun, sementara para peneliti menekankan bahwa sifat modular sistem ini memungkinkan enzim, material surya, atau strain bakteri diganti untuk menghasilkan molekul yang berbeda.
-
-
-
-
