Para ilmuwan telah mendemonstrasikan metode inovatif untuk memproduksi hidrogen dari sisa makanan – khususnya remah roti – menggunakan kombinasi fermentasi bakteri dan katalisis logam. Proses ini menawarkan potensi alternatif karbon negatif dibandingkan produksi hidrogen tradisional yang bergantung pada bahan bakar fosil, sebuah langkah penting menuju keberlanjutan dalam industri kimia.
Masalah Hidrogen: Mengapa Ini Penting
Hidrogenasi, penambahan hidrogen ke dalam suatu molekul, merupakan hal mendasar dalam banyak proses industri, termasuk produksi pangan, pembuatan plastik, dan sintesis farmasi. Namun, sebagian besar hidrogen industri bergantung pada reformasi uap bahan bakar fosil, sebuah metode yang sangat berpolusi dan menghasilkan emisi karbon dioksida dalam jumlah besar (15-20 kg CO2 per kg H2). Menemukan sumber hidrogen yang lebih ramah lingkungan merupakan salah satu tantangan keberlanjutan paling mendesak yang dihadapi sektor kimia.
Biologi Bertemu Kimia: Pendekatan Baru
Para peneliti di Universitas Edinburgh, yang dipimpin oleh Profesor Stephen Wallace, memanfaatkan kemampuan alami bakteri dalam memproduksi hidrogen. Mikroba tertentu melepaskan hidrogen ketika dipaksa bernapas secara anaerobik (tanpa oksigen). Inovasi utamanya adalah menggabungkan proses biologis ini dengan sistem kimia yang kompatibel. Tantangannya: menemukan katalis yang dapat berfungsi di dalam sistem kehidupan – di dalam air, pada suhu sedang, dan tanpa membahayakan sel.
Tim berhasil membudidayakan E. bakteri coli dalam media glukosa, menambahkan katalis paladium. Reaksi tersebut menghasilkan produk hidrogenasi dengan efisiensi 94%, menunjukkan bahwa katalis logam dapat berikatan dengan membran sel sementara bakteri terus menerus memproduksi hidrogen. Sebagaimana dijelaskan oleh ahli bioteknologi Simone Morra dari Universitas Nottingham, “Sel itu sendiri akan menghasilkan hidrogen, dan segera setelah hidrogen mulai berdifusi keluar sel, ia akan mengenai katalis logam ini, yang akan melakukan bagian kedua dari reaksi.”
Dari Glukosa hingga Remah: Meningkatkan Keberlanjutan
Untuk lebih meningkatkan keberlanjutan, para peneliti mengganti glukosa dengan limbah roti sebagai bahan baku. Enzim mikroba memecah karbohidrat kompleks dalam remah roti menjadi unit glukosa sederhana, secara efektif mengubah limbah menjadi bahan bakar untuk produksi hidrogen. Tim kemudian merekayasa genetika E. strain coli untuk menghasilkan substrat langsung di dalam sel, memaksimalkan efisiensi dan meminimalkan masukan eksternal.
Hasil Negatif Karbon: Dampaknya
Proses hidrogen yang dihasilkan secara hayati menghasilkan penurunan emisi gas rumah kaca tiga kali lipat dibandingkan dengan metode berbasis bahan bakar fosil. Penggunaan remah roti secara khusus menghasilkan jejak karbon negatif, mengurangi potensi pemanasan global hingga lebih dari 135%. Artinya, proses tersebut menghilangkan lebih banyak karbon dari atmosfer dibandingkan emisinya.
Para peneliti kini fokus pada perluasan kompatibilitas substrat dan penskalaan proses untuk aplikasi industri. Meningkatkan efisiensi, meningkatkan keluaran biologis, dan mengembangkan katalis yang stabil dan hemat biaya tetap menjadi tantangan utama dalam menjadikan metode ini layak secara komersial.
Penelitian ini menunjukkan cara baru yang mendasar dalam melakukan hidrogenasi, membuka jalan bagi industri kimia yang lebih berkelanjutan dan sirkular.
