NANOTEKNOLOGI DAN ENERGI id. doc

NANOTEKNOLOGI DAN ENERGI
Maret 5, 2012
KARNA WIJAYA,
Manajer Biofuel, Katalis dan Energi Hidrogen
dan Mineral, PSE­UGM
 

Nanoteknologi
Dewasa ini salah satu pendekatan yang sedang dikembangkan para ahli terkait dengan pengembangan energi 
adalah nanoteknologi. Nanoteknologi  merupakan ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur 
fungsional, maupun piranti dalam sekala nanometer. Definisi lain mengatakan bahwa nanoteknologi adalah 
pemahaman dan kontrol materi pada dimensi 1 sd 100 nm dimana fenomena­fenomena unik yang timbul dapat 
digunakan untuk aplikasi­aplikasi baru. Nanoteknologi memiliki wilayah dan dampak aplikasi yang luas mulai dari
bidang material maju, transportasi, ruang angkasa,  kedokteran, lingkungan, IT sampai energi (tabel 1).
Tabel 1. Beberapa wilayah aplikasi nanoteknologi

Nanomaterial Sebagai Produk Nanoteknologi
Dikalangan para ahli material definisi nanomaterial sampai saat ini masih belum ada  kesepakatan, namun 
terminologi nanomaterial sendiri sering dikaitkan dengan material yang memiliki struktur berdimensi  1­100 nm 
serta sifat­sifat yang berbeda secara tipikal dengan molekul atau material dalam keadaan meruahnya. 
Nanomaterial telah diinvestigasi lebih dari satu dekade secara multidisiplin dan interdisiplin melaui  berbagai 

pendekatan nanoteknologi (Chow,et.al, 1996). Ilmu kimia, khususnya kimia material, sebagai suatu cabang ilmu 

pengetahuan yang berhubungan dengan sintesis material juga telah berperan dan memberi kontribusi signifikan 
terhadap kemajuan terkini, terutama dalam kontrol dan pemberian sifat­sifat unik nanomaterial.
Kebanyakan riset nanomaterial dewasa ini memfokuskan pada desain struktur, beberapa struktur nanomaterial, 
khususnya nanomaterial berbasis ikatan lemah dan sistem organik (nanosupramolecular materials), dirancang 
melalui pendekatan crystal engineering (nanoteknologi) dimana ikatan lemah dan komplementaritasnya, 
rekognisi molekul, self­assembly, preorganisasi serta replikasi mandiri memainkan peranan yang penting. 
Sebagai akibatnya, praktek nanomaterial cenderung menjadi suatu aktifitas interdsipliner  yang memerlukan 
penguasaan prosedur riset kimia, fisika, biologi, matematika dan rekayasa yang memadai. Dengan rekayasa 
kristal berbagai jenis material dengan dimensi nano telah berhasil disintesis, diidentifikasi sifat­sifatnya dan telah 
diterapakan dalam industri, bidang kedokteran, farmasi, pertanian dan sebagainya (Chow,et,al.,1996; Lehn, 
1995).
Beberapa nanomaterial (nanolayered dan nanoporous material) yang secara intensif dipelajari di Pusat Studi 
Energi, Universitas Gadjah Mada adalah zeolite, hidrotalsit  dan clay. Clay atau sering juga disebut nanoclay, 
merupakan senyawa aluminosilikat berarsitektur lapis dengan kation­kation antarlapis yang  umumnya dapat 
dipertukarkan. Bentonit merupakan istilah perdagangan untuk sejenis clay yang mengandung montmorilonit 
(smektit) lebih dari 85%. Jenis clay ini ditemukan hampir diseluruh wilayah Indonesia dengan deposit tinggi. 
Fragmen sisa umumnya merupakan campuran dari mineral kuarsa atau kristobalit, feldspar, kalsit, gypsum, 
kaolinit, plagioklas, illit dan sebagainya. Secara struktural, montmorilonit memiliki struktur tiga lapis dengan 

lapisan oktahedral alumina sebagai pusat, tertumpuk di antara dua lapisan tetrahedral silica. Komposisi 
montmorilonit di dalam suatu bentonit berbeda­beda tergantung pada proses pembentukannya di alam dan asal 
daerah bentonit itu. Sifat­sifat umum dari bentonit antara lain: Berwarna dasar putih dengan sedikit kecoklatan 
atau kemerahan atau kehijauan, tergantung pada jumlah dan jenis fragmen­fragmen mineralnya, memiliki sifat 
fisik sangat lunak, ringan, mudah pecah, berasa seperti sabun, mudah menyerap air dan melakukan pertukaran. 
Berdasarkan komposisi kation­kation di dalam antar lapis bentonit yang mempengaruhi sifat mengembangnya, 
bentonit diklasifikasikan atas dua golongan besar yaitu:Natrium­bentonit (swelling bentonite). Bentonit jenis ini 
mengandung  ion Na+ yang relatif lebih banyak dibandingkan ion Ca2+ dan Mg2+ dan mempunyai sifat 
mengembang bila terkena air, sehingga dalam suspensinya menambah kekentalan. Bentonit ini sering disebut 
sebagai bentonit Wyoming. Kalsium­bentonit (non­swelling bentonite).Bentonit jenis ini mengandung ion Ca2+ dan
Mg2+ yang relatif lebih banyak dibandingkan ion Na+ dan sedikit menyerap air. Bila didispersikan ke dalam air 
bentonit ini akan cepat mengendap. Montmorilonit memiliki kombinasi sifat pertukaran ion, interkalasi dan 
kemampuan dapat mengembang. Kapasitasnya sebagai penukar ion adalah dasar dari sifat interkalasi dan 
kemampuan mengembangnya. Berdasarkan kemampuan mineral untuk berinteraksi dengan bermacam­macam 
kation dan molekul netral, maka hampir semua proses interkalasi mungkin dapat terjadi. Sifat terpenting dari 
montmorilonit dalam desain sebagai adsorben dan katalis adalah kemampuannya untuk mengembang, yang 
dipengaruhi oleh sifat agen pengembang, kation penukar, muatan lapisan dan lokasi muatan lapisan. 
Montmorilonit juga dapat mengadsorpsi senyawa organik polar atau yang bersifat ionik di antara lapisannya. 
Adsorpsi senyawa organik membentuk material organik­anorganik dari montmorilonit. Basal spacing dari material
ini tergantung pada ukuran dan kerapatan molekul organic (Figueras, 1988, Wijaya, 1993).

Seperti juga clay, zeolit merupakan mineral yang kelimpahanya tinggi dan tersebar luas di Indonesia. Mineral ini 
ditemukan lebih dari 200 tahun yang lalu oleh Cronstedt di dalam bebatuan yang digunakan sebagai bahan 
bangunan. Spesies baru ini adalah suatu aluminosilikat kristalin berpori yang kemudian diberi nama zeolite atau 
batu yang dapat mendidih. Mordenit merupakan salah satu anggota group zeolit yang penyebarannya di alam 
cukup banyak. Mordenit termasuk kelompok zeolit mikropori dengan struktur kristal orthorombik dengan kanal­
kanal atau saluran­saluran terbuka yang memungkinkan air dan ion­ion berukuran besar keluar dan masuk 
saluran­saluran tersebut.  Ukuran saluran­saluran tersebut beragam sehingga mordenit dapat berfungsi sebagai 
penyaring molecular dan adsorben. Selain mordenit, klinoptilolit merupakan anggota group zeolit yang juga  
banyak dijumpai di alam Klinoptilolit merupakan krsital monoklinik,dengan tingkat kekerasan 3,5 sampai 4 serta  
memiliki resistensi panas yang tinggi (Hamdan, 1992).

 
 

 Gambar 1. Nanomaterial, dari kiri ke kanan : smektit dan zeolit
 Aplikasi Nanoteknologi Di Bidang    Energi
Seperti telah dipaparkan di atas material bersekala nano (nanomaterial) merupakan material yang sangat atraktif 
karena mereka memiliki  sifat­sifat yang sangat berbeda jika dibandingkan dengan apa yang mereka perlihatkan 
pada skala makroskopisnya. Sebagai contoh logam platina meruah yang dikenal sebagai material inert dapat  
berubah menjadi material katalitik, bila ukurannya diperkecil sehingga mencapai skala nano dan material stabil 

seperti aluminium dapat berubah menjadi mudah terbakar (combustible). Pendekatan nanoteknologi di bidang 
energi diprediksi dapat merevolusi teknologi energi secara signifikan.
Beberapa bidang teknologi energi yang telah mendapat sentuhan nanoteknologi saat ini antara lain:
1.

Photovoltaics: pendekatan nanoteknologi menghemat biaya operasi sampai 100 kali lebih murah 
daripada teknologi konvensional .

2.

Reduksi fotokatalitik : dapat mereduksi CO2  menjadi metanol.

3.

 Fotokonversi langsung ( direct photoconversion
 
 ) : dapat menghasilkan gas hidrogen dari air

4.


 Sel Bahan Bakar ( fuel cells
 
 ) : nanoteknologi dibidang fuel cell menurunkan biaya 10­100 lipat teknologi 
konvensional

5.

 Batere dan kapasitor super ( batteries and supercapacitors
 
 )  :  memiliki kemampuan  10­100 kali lipat 
teknologi konvensional

6.

 Penyimpan hidrogen ( H2  storage )  : lebih ringan daripada teknologi konvensional

7.

 Kabel daya ( Power cables
 

    seperti    superconductors    atau    quantum conductors )  : dapat menghemat 
energi listrik secara signifikan.

8.

Nanoelectronics: memberi dampak revolusioner pada  komputer, sensors and devices.

9.

 Robot berbasis   nanoelectronics : memungkinkan konstruksi dan perwatan struktur sel surya di ruang 
angkasa dan perawatan reaktor nuklir.

10.

 Material super kuat dan ringan ( Super­strong, light weight materials
 
 ) : menurunkan bobot benda 
sehingga dapat menghemat biaya produksi dan meningkatkan efisiensi produk.

11.


 Proses termokimia terkatalisis ( thermochemical processes with catalys
 
 ts): untuk membangkitkan gas 
hidrogen dari air .

12.

 Lampu nanotech ( nanotech lighting): untuk mengganti lampu­lampu incandescent dan fluorescent.

13.

 Pelapis nanomaterial ( nanomaterials coatings
 
 ): untuk penggunaan dalam pertambangan dan geotermal.