10 Peran Ilmu Kimia dalam Bidang Energi dan Industri

tirto.id - Berurusan dengan elemen-elemen paling dasar dalam realitas, mulai dari partikel, atom, hingga molekul, membuat ilmu kimia kerap disebut sebagai ilmu pengetahuan sentral. Di sisi lain, reaksi kimia dasar selalu ada di ruang kehidupan, termasuk tubuh manusia.

Sebagai ilmu pengetahuan sentral, ilmu kimia pun bisa menghubungkan berbagai disiplin ilmu, seperti biologi, geologi, fisika, kedokteran, ilmu lingkungan, dan banyak lainnya. Ia dapat menjadi dasar untuk pengembangan aplikasi sains di berbagai bidang.

Peran ilmu kimia dalam kehidupan mencakup banyak bidang, termasuk sektor energi dan industri. Dua bidang ini amat krusial dalam upaya meningkatkan kesejahteraan manusia.

Tanpa energi, kehidupan akan segera mundur dan mati. Industri memenuhi banyak sekali kebutuhan manusia. Mayoritas barang kebutuhan manusia kini tersedia berkat industri.

Peranan Ilmu Kimia di Bidang Energi

Perkembangan dalam elektrokimia beserta sinergi dengan fisika dan teknik pada abad ke-19 mengarah pada penemuan metode untuk menghasilkan energi listrik, yang berdampak pada hampir setiap aspek aktivitas manusia. Iya, ada peran ilmu kimia dalam persebaran penggunaan listrik di seluruh dunia saat ini.

Banyak contoh menunjukkan peran ilmu kimia dalam bidang energi sangat penting. Ada juga sejumlah penemuan penting yang menunjukkan bagaimana peran ilmu kimia dalam memecahkan masalah krisis energi.

Peran ilmu kimia tak hanya membantu menemukan dan mengembangkan sumber energi baru yang lebih ramah lingkungan, tetapi juga meningkatkan efisiensi dan keberlanjutan penggunaan energi di masa depan.

Daftar di bawah ini akan menjelaskan sejumlah contoh peranan ilmu kimia dalam bidang energi, yakni:

1. Pengembangan energi alternatif dan terbarukan

Konsentrasi karbon dioksida di atmosfer global saat ini hampir pasti lebih tinggi dari yang pernah terjadi selama satu juta tahun.

Namun, pada 2015, kapasitas sumber energi terbarukan tercatat untuk pertama kalinya bisa melampaui batu bara sebagai penggerak produksi listrik dunia, demikian mengutip Royal Society of Chemistry. Dalam hal ini, ilmu kimia memberikan kontribusi yang besar.

Contohnya, ilmu kimia membantu pengembangan berbagai sumber energi alternatif untuk menggantikan bahan bakar fosil yang semakin menipis.

Banyak ilmuwan kimia bekerja mengembangkan teknologi sel surya untuk menghasilkan energi matahari yang lebih efisien dalam produksi listrik.

Para ahli kimia juga berperan mendukung pengembangan teknologi energi nuklir yang memerlukan penanganan limbah radioaktif dengan aman.

Peran ilmu kimia dalam bidang energi yang lainnya adalah membantu proses produksi dan pengembangan bahan bakar berbasis bio, seperti biogas yang berasal dari kotoran hewan dan limbah organik. Produksi biogas memanfaatkan reaksi kimia yang mengubah bahan organik menjadi energi.

Energi dari bahan biologis (biomassa) adalah sumber energi terbarukan global terbesar di planet ini, menyediakan sekitar 10% dari semua kebutuhan energi kita. Kimia memainkan peran kunci dalam mengubah bahan yang berasal dari biologis ini menjadi bahan bakar dan bahan kimia bermanfaat lainnya.

2. Pengembangan Teknologi Penyimpanan Energi

Peran ilmu kimia dalam berbagai bidang pengembangan energi juga terlihat dalam upaya meningkatkan efisiensi sumber tenaga. Para ahli kimia berperan meningkatkan efisiensi konversi energi dengan mengembangkan teknologi penyimpanan, seperti baterai dan sel bahan bakar, yang lebih tahan lama dan efisien.

Ilmu kimia terus memberikan inovasi, seperti bahan bakar berkinerja tinggi dan baterai serta sel bahan bakar yang ringan, tahan lama, dan dapat diisi ulang. Semua mendukung berbagai teknologi baru di berbagai bidang, seperti: transportasi, teknologi informasi dan komunikasi (TIK), industri, hingga kedokteran.

3. Pengembangan Hidrogen Jadi Sumber Energi

Pengembangan teknologi baru dalam pemanfaatan hidrogen sebagai sumber energi juga tidak terlepas dari peran ilmu kimia. Hidrogen bisa menjadi sumber energi yang potensial mengingat unsur ini tersedia melimpah di Bumi.

Energi dari hidrogen dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis air. Dalam proses kimia tersebut, energi listrik dipakai untuk memecah molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. Hidrogen ini kemudian bisa digunakan sebagai bahan bakar yang bersih dan efisien.

4. Pengurangan Emisi

Sektor energi adalah salah satu penyumbang emisi gas rumah kaca yang terbesar dalam lingkup global. Penggunaan bahan bakar fosil sejak lama memicu pemanasan global dan memperparah krisis iklim yang menyebabkan banyak bencana di bumi.

Secara lebih luas, emisi gas dan polusi udara berdampak langsung terhadap kesehatan manusia. Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) melaporkan bahwa sekitar tujuh juta orang meninggal di seluruh dunia akibat polusi udara pada tahun 2012 lalu.

Ahli kimia memiliki peran dalam memahami polusi udara dan mengembangkan cara-cara baru penanggulangannya. Banyak ilmuwan kimia kini berusaha mengembangkan metode baru pengolahan limbah sebagai sumber daya. Ini memunculkan konsep ekonomi sirkular yang bertujuan menekan pencemaran lingkungan dan menghemat sumber daya.

Sebagai contoh, limbah organik (seperti biomassa sisa pertanian atau kotoran hewan dan manusia) dimanfaatkan untuk reaktor penghasil panas dan listrik. Para ahli kimia sejauh ini masih terus bekerja untuk meneliti peningkatan efisiensi pemanfaatan limbah menjadi sumber daya berguna yang ramah lingkungan.

Peranan Ilmu Kimia di Bidang Industri

Peran ilmu kimia dalam berbagai bidang membantu perkembangan kemajuan peradaban umat manusia. Salah satu yang paling luas pengaruhnya adalah peran ilmu kimia dalam bidang industri.

Selama dua abad terakhir, ilmu kimia memberi kontribusi sangat besar bagi peningkatan kesejahteraan manusia secara luas. Di dalamnya termasuk perbaikan kualitas hidup dan kesejahteraan hidup manusia secara umum. Semua tidak terlepas dari kemajuan sektor industri di berbagai bidang.

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi memungkinkan industrialisasi maju dengan cepat sejak abad ke-19 dan ke-20 di seluruh dunia. Di antara berbagai bidang sains yang menjadi penopang industri, ilmu kimia memiliki peran cukup besar.

Industri kimia bahkan menjadi salah satu sektor industri terbesar. Ilmu kimia berguna dalam industri penghasil bahan baku maupun meningkatkan kualitas produksi berbagai jenis barang dan jasa.

Ada banyak contoh peran ilmu kimia di bidang industri yang memberi kontribusi penting, yakni sebagai berikut:

1. Penemuan material baru untuk bahan baku

Ilmu kimia membantu penemuan beragam jenis material baru, termasuk polimer, plastik, semi-konduktor, dan super-konduktor. Aplikasinya mulai dari kain dan bahan struktural hingga komputer, perangkat teknologi informasi dan komunikasi, pencitraan, serta alat-alat medis.

Elektrokimia, misalnya, menjadi dasar bagi transformasi industri banyak bahan, termasuk produksi logam (seperti aluminium) dan bahan baku penting lainnya (seperti soda api dan klorin).

2. Industri Pewarna

Ilmu kimia fisika bisa digunakan untuk meramalkan warna yang dihasilkan oleh senyawa tertentu melalui pendekatan partikel dalam kotak.

Dalam kehidupan sehari-hari, warna memainkan peran penting dalam berbagai aspek. Misalnya, warna makanan dapat mempengaruhi selera makan, dan warna dinding dapat memengaruhi kenyamanan rumah.

Warna yang terlihat sebenarnya adalah hasil dari pancaran energi atau spektrum dengan panjang gelombang tertentu yang disebabkan oleh transisi elektron dalam senyawa.

Bahan pewarna dibuat dengan mencampur atau mensintesis berbagai senyawa. Untuk memperoleh warna yang diinginkan, diperlukan uji coba yang memakan biaya dan waktu.

Pendekatan partikel dalam kotak, bagian dari kajian ilmu kimia fisika dan kimia kuantum merupakan salah satu metode memprediksi warna. Teknik ini bisa membantu mengurangi biaya dan waktu dalam uji coba pewarnaan dengan memprediksi warna yang dihasilkan berdasarkan panjang gelombang cahaya.

3. Pengolahan Limbah

Prinsip adsorpsi berguna dalam pengolahan limbah dari industri, terutama menghilangkan kontaminan dari air limbah. Adsorben seperti arang aktif, zeolit, dan bentonit sering digunakan untuk menyerap zat berbahaya, seperti logam berat dan bahan organik yang sulit terdegradasi. Semua proses tadi didasari oleh pemahaman pada ilmu kimia.

Beberapa penelitian telah dilakukan dengan menggunakan proses adsorpsi untuk menarik naftol menggunakan adsorben bentonit (Indah R, 2003; Dina W, 2004) dan zeolit (Ambar, 2004).

Adsorben diasamkan dengan metode tertentu untuk membuka kerangka alumino silikat, sehingga molekul naftol dapat masuk ke dalam lubang yang terbentuk.

Sejumlah penelitian para ilmuwan kimia dewasa ini telah menemukan berbagai macam bahan murah untuk pengolahan limbah. Misalnya, penggunaan cangkang kepiting atau kitosan sebagai adsorben logam nikel. Caranya, nikel dikomplekskan oleh kitosan melalui pembentukan ikatan khelat.

4. Industri Farmasi dan Kosmetik

Sejak berabad-abad lampau, ilmu kimia membantu manusia mengembangkan berbagai bahan untuk pengobatan dan perawatan kecantikan. Pada masa sekarang, kimia fisika berperan makin besar dalam berbagai proses produksi obat dan kosmetik.

Misalnya, konsep tekanan osmosis digunakan untuk membuat larutan infus yang isotonik dengan cairan tubuh. Sifat viskositas dan tegangan permukaan penting dalam formulasi emulsi, gel, dan krim untuk memastikan stabilitas dan efektivitas produk.

5. Industri Makanan dan Minuman

Industri makanan dan minuman sangat membutuhkan pengetahuan tentang ilmu kimia. Para ahli kimia bisa membantu penemuan teknik yang lebih efisien untuk memproduksi makanan dan minuman dengan rasa lezat. Salah satu contohnya, produksi es krim.

Prinsip kimia-fisika diterapkan dalam proses pembuatan es krim. Pendinginan perlahan dan pengadukan memastikan tekstur es krim yang lembut. Hal tersebut sesuai dengan konsep pertumbuhan kristal atau nukleasi. Kristal tumbuh besar saat proses pendinginan cepat. Namun, ia tumbuh halus saat pendinginan perlahan.

Fungsi pemutaran atau pengadukan adalah meratakan pendinginan atau mengurangi suhu secara perlahan. Pengadukan menghasilkan energi yang dilepas ke lingkungan, sehingga mengurangi penurunan suhu, yang pada akhirnya menyebabkan pendinginan berlangsung secara perlahan. Dalam konteks ini, ilmu kimia dan fisika saling berperan.

Contoh lainnya, pengemasan makanan menggunakan konsep adsorpsi untuk menjaga kesegaran dengan mengurangi kelembaban. Demikian pula proses pengawetan makanan dan minuman, tidak mungkin berkembang tanpa peran ilmu kimia.

6. Memajukan industri pertanian

Tanpa peran ilmu kimia, dunia pertanian tidak akan mengenal pupuk dan berbagai jenis obat pembasmi hama (pestisida). Industri pupuk dan pestisida membantu peningkatan produksi pertanian di seluruh dunia, meskipun saat ini efeknya terhadap lingkungan mulai mengkhawatirkan.

Proses yang disebut revolusi hijau di atas memang memicu kerusakan. Namun, lagi-lagi ilmu kimia tetap dibutuhkan untuk pengembangan berbagai metode pertanian baru yang lebih ramah lingkungan. Tanpa peranan ilmu kimia, tentu saja sulit menemukan berbagai bahan organik yang bisa menjadi pengganti pupuk kimia dan pestisida.