NANOTEKNOLOGI DAN ENERGI

(Laporan Tutorial SAINS Dasar)

Tanggal Tutorial : 19 dan 22 November 2012

Tutor : Ricardo Simarmata

Oleh

Tiurma Debora Simatupang

1217011064

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

2012

I. PENDAHULUAN

Pada dekade terakhir ini salah satu pendekatan yang sedang dikembangkan para ahli terkait dengan pengembangan energi adalah nanoteknologi. Nanoteknologi memiliki wilayah dan dampak aplikasi yang luas mulai dari bidang material, transportasi, ruang angkasa, kedokteran, lingkungan, IT sampai energi. Istilah nanoteknologi pertama kali dipopulerkan peneliti Jepang Norio Taniguchi pada tahun 1974 lalu. Nanoteknologi adalah teknologi yang mampu mengerjakan dengan ketepatan lebih kecil dari satu mikrometer (seperjuta meter). Pengertian yang terkandung dalam kata "nanoteknologi" yang berkembang saat ini lebih dari sekadar miniaturisasi dalam skala nanometer (sepermiliar meter), tetapi suatu istilah dari teknologi dengan aplikasi yang sangat luas melingkupi hampir di seluruh kehidupan manusia.

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 fenomena-fenomena unik yang timbul dapat digunakan untuk aplikasi-aplikasi baru. Teknologi ini bahkan menjadi tren riset dunia, khususnya di negara-negara maju. Eropa dan Amerika merupakan pelopor dalam investasi riset di bidang nanoteknologi, diikuti Australia, Kanada dan negara-negara Asia, seperti Jepang, Korea, Taiwan, RRC dan Singapura. Namun perlu diingat, suatu teknologi memiliki dampak, baik positif maupun negatif. Dampak-dampak tersebut selain berpengaruh pada segala sesuatu yang ada sebelum keberadaan teknologi itu, juga berpotensi untuk mengubah segala sesuatunya.

II. HASIL DISKUSI

2.1 Latar Belakang Masalah

Nanoteknologi terlah banyak menarik perhatian tidak hanya para ilmuwan da para peneliti, melainkan juga para pengusaha karena diyakini bahwa aplikasi dari nanoteknologi di abad 21 ini memiliki peospek ekonomi yang sangat besar. Nanoteknologi berhubungan dengan struktur dan partikel material yang berdimensi kecil dalam skala nanometer.Lalu mengapa dan ada apa dengan ukuran nanometer? Ilmu pengetahuan yang berkembang menjelaskan partikel material yang berdimensi nanometer dapat memiliki sifat fisik baru atau unik yang berbeda dengan bentuk bulk (bagian besarnya) materialnya. Sebagai contoh partikel emas (Au) yang berukuran 1nm memperlihatkan warna merah, tidak berwanran kuning seperti bulk nya. Jadi nanoteknologi itu sebgaimana telah disebutkan berkali-kali di atas bahwa nanoteknologi bukanlah sebatas bagaimana menghasilkan material atau partikel yang berukuran nanometer, melainkan memilki pengertian yang lebih luas termasuk bagaimana cara memproduksi serta mengetahui kegunaan dari sifat baru yang muncul dari material nano yang telah dibuat itu.

2.2 Analisis

Sebelum berbicara mengenai nanoteknologi lebih dalam lagi, terlebih dahulu kita perlu mengetahui sejarah nya. Pertama kali konsep nanoteknologi diperkenalkan oleh Richard Feynman pada sebuah pidato ilmiah yang diselenggarakan oleh American PhysicalSociety di Caltech (California Institute of Technology), 29 Desember 1959 dengan judul “There’s Plenty of Room at the Bottom”. Richard Feynman adalah seorang ahli Fisika dan pada tahun 1965 memenangkan hadiah nobel dalam bidang fisika. Istilah Nanoteknologi pertama kali diresmikan oleh Prof Norio Taniguchi dari Tokyo Science University tahun 1974 dalam makalahnya yang berjudul “On Basic Concept of ‘Nano-Technology’,” Proc. Intl Conf. Prod. Eng. Tokyo, Part II, Japan Society of Precision Engineering, 1974. Pada tahun 1980-an definisi Nanoteknologi dieksplorasi lebih jauh lagi oleh Dr. Eric Drexler mallui buku yang berjudul “Engines of Creation : The Coming Era of Nanotechnology”.

Ilmuwan yang terkenal dalam konsep nanoteknologi adalah K.E. Drexler. Drexler mengembangkan nanoteknologi molekular dengan meniru apa yang terjadi pada sel. Hukum ini selanjutnya disebut Drexlerian Nanoteknologi dengan idenya yang disebut assembler. Assembler ini bertindak seperti tangan robot pada pabrik skala makro, yang menaruh atom/molekul pada tempat yang diinginkan.

Dalam nanoteknologi suatu nanomaterial dapata dibuat melalui pendekatan top-down maupun bottom-up. Pendekatan top-down artinya bahwa pembuatan partikel nano dibentuk

dari material bentuk bulk kemudian dilakukan proses atau penggilingan hingga dihasilkan partikel material tersebut dalam dimensi nanometer, sebagai contoh pembuatan partikel batuan mineral menggunakan mesin Ball Mill. Sedangkan pembuatan nanopartikel secara bottom-up ,diartikan bahwa partikel nano terbentk dari hasil penyusunan atom demi atom atau molekul demi molekul sehingga terbentuk struktur berukuran nanometersebagaimana yang dikehendaki, sebgaia contoh pembuatan partikel perak (Ag) yang dilakukan dengan cara proses reduksi sehingga dihasilkan partikel koloid perak yang berukuran nanometer.

Seiring berkembangnya pengetahuan nanoteknologi mengalami banyak perkembangan, yaitu:

1. Nanokomposit

Prinsip dari pembuatan nanokomposit ini adalah berkat ikatan-ikatan yang terjadi antara atom C, O, dan atom lainnya. Karena ikatan sudah dilakukan mulai dari bentuk Nano, maka akan menghasilkan suatu material yang lebih kuat pada saat menjadi material yang berukuran besar (tampak oleh mata). Nanokomposit digunakan pada plastik, dipelopori oleh pabrik mobil General Motor dan Toyota. Plastik akan lebih tahan gores, ringan-kuat, sehingga mengurangi beban mobil dan mengurangi biaya bahan bakar, umur pemakaian lebih panjang. Industri transportasi akan dapat menarik keuntungan dari penggunaan nanokomposit ini. Nanoclay dapat meningkatkan ketahanan akan permeabilitas sehingga bagus untuk penggunaan pengemas makanan dan minuman. Selain itu nanoclay juga dapat dipergunakan untuk mengurangi kemudahan plastik untuk terbakar. Nanoclay dilapisi dengan butyl rubber membuat bola tennis lebih memantul dan tahan lama.

2. Nanokristal

Logam nanokristal mempunyai kekuatan mekanik lebih tinggi, lebih tahan gores, sehingga dapat digunakan sebagai ‘bearing’ atau alat lain seperti komponen kompoter, sensor dan lainnya. Kekerasan logam meningkat dua hingga tiga kali lipat. Nano kristal juga dapat mengabsorb dan memancarkan cahaya dengan berbeda warna (Quantum DotTM). Nanosilver telah dipasarkan, dapat dimasukkan kedalam polimer, tekstil, dapat membunuh bakteri dalam waktu 30 menit. Nano kristal dapat mengabsorb cahaya matahari lebih bagus sehingga dapat dipergunakan untuk alat potovoltaik.

3. Nanopartikel

Dipergunakan untuk mencegah melekatnya kotoran pada pakaian dimana pada permukaan direkatkan bulu-bulu dengan ukuran nano sehingga mirip permukaan daun talas. Polimer ukuran nano mulai dari 10 nm hingga 100 nm dipergunakan untuk cat tembok luar, perekat, pelapis kertas, pelapis kain, juga kosmetik sebagai penahan sinar UV. Penahan cahaya matahari juga merupakan contoh penggunaan nanopartikel.

4. Bahan Nanostruktur

Nanodyne membuat logam paduan dengan sintering komposit bubuk dari Tunsten-karbida-kobalt yang mempunyai ukuran partikel 15 nm. Diperoleh bahan mempunyai kekerasan

sama dengan intan dan dipergunakan untuk alat pemotong, bor, bahan mesin jet, bahan tahan peluru.

5. Nanotubes

Mirip dengan serat mempunyai diameter beberapa nanometer, sangat kuat, bersifat konduktor, dapat pejal atau beronggar. Carbon nanotube berdasarkan emisi elektron dapat dipergunakan pula untuk layar monitor monokrom.

6. Nanokatalis

Katalis skala nano berbasis gel dapat dipergunakan untuk mencairkan batu bara yang kemudian dijadikan minyak disel, bensin. Cara ini disukai karena dapat mengurangi kadar belerang pada penggunaan batubara. Ukuran nano mempunyai permukaan yang sangat luas. Sehingga sangat efektif, murah untuk dipakai sebagai katalis konverter pada mobil.

7. Nanofilter

Serat aluminium ukuran nano dapat dipakai untuk menyaring partikel ukuran sangat kecil, 99,9999% virus dengan kecepatan aliran beberapa ratus kali lebih besar dibanding membran ultra filtrasi. Sehingga air minum tidak memerlukan sterilalisasi lagi.

Aplikasi Nanoteknologi Di Bidang  Energi

Seperti telah dipaparkan di atas material bersekala nano (nanomaterial) merupakan material yang sangat atraktif karena mereka memiliki  sifat-sifat 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 10-100 lipat teknologi konvensional

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

6. Penyimpan hidrogen ( H 2 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 ( Super-strong, 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 lampu-lampu incandescent dan fluorescent.

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

Lalu pertanyaan selanjutnya adalah bagaimana sekumpulan nanomaterial mampu mengahsilkan energi? Sebagai contoh kita ambil energi nuklir sebagai salah satu contohnya.

DAFTAR PUSTAKA

Nurul T.R., Nanoteknologi di Indonesia, Makalah Training Nanoteknologi, Maret 2008