Peningkatan konsentrasi CO2 sebagai salah satu produk emisi industri telah menjadi perhatian dan permasalahan global. Berdasarkan pengukuran CO2 di atmosfer yang dilakukan oleh National Oceanic Atmospheric Administration (NOAA) Amerika Serikat tahun 2020, kadar gas CO2 di atmosfer telah meningkat sebesar 50% dari level pra-industri pada kadar atmosfir 421 parts per million (ppm). 

Tahun 2022 menjadi rekor tertinggi emisis CO2. Polusi CO2 berasal dari pembakaran bahan bakar fosil untuk transportasi, pembangkit listrik, proses manufaktur semen, serta aktifitas lainnya. Karbon dioksida bersama gas rumah kaca akan memerangkap panas dari permukaan Bumi. Jika gas tersebut tidak lolos ke luar angkasa maka atmosfer terus menghangat. Kondisi ini sangat berdampak pada cuaca, seperti panas ekstrem, kekeringan, kebakaran hutan, curah hujan tinggi, banjir, hingga badai tropis.

Secara alami, pohon dan tumbuhan mampu menyerap gas CO₂ yang terperangkap di atmosfer. Akan tetapi, fakta di lapangan menunjukkan terbatasnya ketersidaan lahan hijau terbuka dan perhutanan. Hal tersebut menjadi pengingat bahwa kita perlu mengambil langkah cepat dan solusi inovatif yang mungkin dapat dilakukan untuk mengatasinya.

Teknologi Penangkapan Carbon Konvensional

Para peneliti mengembangkan berbagai teknologi penangkap karbon yang diharapkan bisa menjadi solusi alternatif dari permasalahan polusi CO₂ dunia. Salah satunya yaitu metode penangkapan karbon dengan proses elektrokimia.

Akan tetapi metode tersebut membutuhkan biaya listrik tinggi dan harus dikeluarkan dalam proses reduksi gas CO₂ pada sel elektrokimia. Artinya, masih diperlukan teknologi inovatif penangkap polusi CO₂ yang lebih komprehensif dari segi biaya dan efektifitasnya.

Bahan tekstil fungsional yang mampu menyerap CO₂ di udara merupakan terobosan baru para peneliti NCSU. North Caroline State University (NCSU), Amerika Serikat mempublikasikan hasil penelitiannya dalam bentuk jurnal ACS Sustainable Chemical Engineering.

Sifat fungsional tersebut berasal dari penyisipan bahan aktif bernama carbonic anhydrase pada material tekstil. Sehingga kain itu dapat menyerap gas CO₂ yang mengambang di udara. Proyek pun berjalan sukses berkat pendanaan U.S Departement of Energy serta kolaborasi dengan Dr. Min Zhang (National Renewable Energy Laboratory), Dr. Jesse Thompson (University of Kentucky’s Center for Applied Energy Research), dan dukungan perusahaan Novozymes selaku produsen enzim carbonic anhydrase.

Bahan tekstil fungsional berbahan dasar substrat kain katun yang permukaannya ditempelkan enzim carbonic anhydrase. Carbonic Anhydrase terdapat di semua jaringan mamalia, tanaman, alga, dan bakteri yang membantu konversi CO₂ dan air menjadi bikarbonat (HCO3-) dan proton (H+) atau sebaliknya.

Mekanisme ini sangat penting dalam kehidupan, pusat respirasi, pencernaan, dan pengaturan tingkat pH seluler. Air dibutuhkan dalam proses pemecahan gas karbondioksida. Katun dipilih sebagai substrat utama karena bersifat higroskopis dan mudah menyerap air. Dengan begitu, area kontak kain dan gas  untuk melakukan konversi jadi lebih luas.

Pembuatan Tekstil Fungsional

Untuk membuat kain fungsional tersebut, enzim dilekatkan pada lembaran kain katun dua lapis dengan ‘mencelupkan’ kain ke larutan kitosan. Dalam hal ini, larutan kitosan berguna sebagai lem perekat yang mengikat carbonic anhydrase.

Para peneliti melakukan serangkaian percobaan untuk melihat tingat efisienitas kain dalam memisahkan CO2 dari campuran karbon dioksida dan nitrogen. Tujuannya yakni mengetahui daya serap bahan tekstil secara selektif pada campuran gas di atmosfer.

Pada uji coba tersebut, kain digulung menjadi spiral dan dimasukkan ke dalam sebuah cerobong. Kemudian para peneliti memasukan gas karbon dioksida dan nitrogen serta menyemprotkan embun secara bersamaan. Saat gas CO₂ bereaksi dengan air dan enzim, CO₂ berubah menjadi bikarbonat dan menetes ke filter. Hasilnya berupa larutan bikarbonat yang dapat direaksikan dengan kalsium membentuk batu kapur.

Keunggulannya yaitu proses penyerapan CO₂ dari lingkungan berjalan pasif tanpa energi listrik dalam mekanisme kimianya. Peneliti mendorong campuran gas CO₂ dan N₂ melalui ceborong berisi kain dengan kecepatan 4 liter per menit (lpm). Lalu didapatkanlah kain yang dapat menyerap 52,3% karbon dioksida.

Peneliti juga mengklaim bahwa proses penyerapan menggunakan metode ini sebanyak dua passage dapat menyerap 81,7% CO2. Hal ini menunjukan potensi kinerja cukup positif dari bahan yang diusulkan para peneliti. Penerapan teknologi di saluran pembuangan gas kendaraan juga masih dikaji lebih lanjut. Berkenaan dengan suhu lingkungan di sistem pembuangan gas kendaraan yang cenderung cukup panas berpotensi menurunkan stabilitas kinerja enzim carbonic anhydrase untuk menyerap karbondioksida.

Carbon Looper (Kain Penangkap CO₂)

Carbon Looper adalah merk kain katun penangkap karbon hasil kerja sama institusi H&M Foundation dan HKRITA (Hong Kong Research Institute of Textiles and Apparel). Tekstil fungsional tersebut diperoleh dari pengolahan kain katun dengan larutan amina dan menciptakan kain penangkap karbon dioksida.

Produk Carbon Looper berbentuk apron masak dipakai oleh salah satu restoran di kota Stockholm

CO2 dilepaskan melalui pemanasan hingga 30-40°C. Dalam rumah kaca CO₂ diambil oleh tanaman selama fotosintesis, sehingga karbon dioksida dilingkarkan kembali ke siklus karbon alami. Dengan kata lain karbon yang telah ditangkap tidak diubah namun tetap dilepaskan dalam kondisi tertentu. Ketika kain dihangatkan pada suhu 40^oC, jumlah CO₂ yang diserap oleh pakaian berukuran standar per harinya setara 1/3 dari jumlah yang diserap pohon. Dengan asumsi pohon menyerap 15 – 60 gram CO₂ per hari.

Tahap penelitian melibatkan pengujian langsung bekerja sama dengan Fotografiska Stockholm, dimana staf restoran mengenakan apron Carbon Loopers. Keberadaan taman hidroponik restoran di ruang bawah tanah berfungsi sebagai fasilitas pelepasan CO2.

Jadi, setelah digunakan (sudah mengandung CO2), apron disimpan dalam ruangan hangat di taman hidroponik agar gas CO₂ bisa dilepaskan lalu diserap oleh tanaman.

Ilustrasi pelepasan karbon dioksida dari kain carbon looper saat dipanaskan, kemudian karbon dioksida diserap kembali oleh tanaman.

Hingga saat ini, para peneliti masih mencari kemungkinan metode teknologi penangkapan karbon yang bisa menjadi solusi permasalahan global terkait cemaran gas CO₂ yang kian meningkat.