Aplikasi Grafin-Hasilkan Elektrik dari Tumbuhan

Oleh – Muhammad Musoddiq Jaafar (Pelajar Sarjana Fizik Universiti Malaya)

Dalam penuaian tenaga daripada hasil sumber bumi, alam sekitar seringkali menjadi mangsa kerakusan manusia untuk memastikan kelansungan bekalan tenaga kepada  manusia. Manusia terlalu bergantung kepada sumber fosil, arang batu, dan beberapa tenaga yang boleh diperbaharui yang sebenarnya menjadi ‘kanser’ kepada bumi.

Kebanyakan sumber tenaga yang ada sekarang ini semakin berkurangan. Berbagai cara penyelesaian dicadangkan untuk menjamin kestabilan tenaga dan alam sekitar. Namun begitu, tahukah anda yang sebenarnya kita mampu menghasilkan tenaga elektrik daripada tumbuhan?

Tonton Video – Grafin; Teknologi Masa Hadapan

Ya, kelihatan seperti filem fiksyen sains, tetapi ianya realiti dan sudah terbukti di banyak makmal penyelidikan di dunia termasuklah di Universiti Malaya (UM).

Terlebih dahulu, kita perlu memahami bagaimana arus eletrik terhasil. Asas untuk menghasilkan elektrik adalah dengan menggerakkan elektron. Sekiranya satu elektron bergerak dari satu tempat A ke tempat B, akan terhasilah arus elektrik.

Gambah rajah 1 menunjukkan bagaimana mekanisma penghasilan arus elektrik. Sekiranya pergerakan elektron dari A ke B, maka arus pergerakan arus elektrik adalah dari B ke A. Jadi bagaimana tumbuhan menghasilkan elektron? Bagaimana mekanisma menggerakkan elektron daripada tumbuhan berlaku?

Proses fotosintesis mengasingkan elektron daripada molekul air. Tenaga daripada cahaya matahari diserap oleh tumbuhan dan tenaga tersebut digunakan di dalam proses pembelahan molekul air sewaktu fotosintesis. Pembelahan molekul air akan menghasilkan gas oksigen, empat ion hidrogen dan empat elektron. Persamaan kimia proses tersebut adalah seperti berikut. H₂0 → O₂ + 4H⁺ + 4e^–.

Baca – Produk Grafin pertama di pasaran

Hasil daripada pengetahuan ini, saintis boleh menggerakkan elektron yang terhasil dengan litar lengkap anod dan katod. Anod akan menarik elekton dan mengalirkannya ke katod yang disebabkan oleh perbezaan potensi elektrod.

Proses ini sama sahaja sekiranya kita mencucuk anod dan katod ke atas sebiji limau misalnya (yang mempunyai larutan asid sitrik), ianya tetap menghasilkan arus elektrik. Tetapi pengaliran arus elektrik akan berhenti apabila tiada lagi elektron bebas dalam sesuatu larutan. Jadi penghasilan elektron yang berterusan daripada proses fotosintesis memastikan pembekalan elektron dapat diteruskan.

Baca – Karbon Nanotube dari Grafin

Daripada proses semulajadi ini, penghasilan alat yang diberi nama bio-photovoltaics dibangunkan. Kebanyakkan alat bio-photovoltaics memfokuskan dalam penuaian tumbuhan mikro di anod dan memaksimumkan pengaliran elektron ke anod daripada tumbuhan. Dalam kaedah ini, anod Penurunan Oksida Grafin (Reduce Graphene Oxide-RGO) digunakan. RGO digunakan kerana ia mempunyai kecekapan tinggi disebabkan sifat intrinsic electrical nya dan juga bersesuaian dengan aplikasi biologi (biological compatibility).

Daripada rajah 3 menjelaskan bagaimana ringkasan alat bio-photovoltaics menghasilkan elektrik daripada tumbuhan. Fotosintesis menghasilkan elektron, dan elektron akan dialirkan daripada anod ke katod dan seterusnya penghasilan arus elektrik berlaku.

Jadi, bayangkan satu hari nanti setiap orang berlumba-lumba untuk menanam pokok di halaman dan di atap rumah, atap banggunan-banggunan pejabat, padang-padang dan berbagai lagi tempat demi menghasilkan tenaga elektrik. Juga, kemungkinan besar satu hari nanti ada banggunan stesen janakuasa nuklear di tengah-tengah bandar, tetapi bahan asasnya adalah tumbuhan. Saya boleh bayangkan sekiranya teknologi ini dikembangkan, ia mampu menghijaukan kembali bumi ini.

Nota : Artikel ini adalah ringkasan dari jurnal yang diterbitkan dalam jurnal berprestij NATURE yang ditulis oleh penulis dan rakan-rakan dari Universiti Malaya.

Artikel lain dari penulis

(1) Falsafah Dualiti Zarah dan Gelombang – Bahagian 1
(2) Falsafah Dualiti Zarah dan Gelombang – Bahagian 2