HIDROGEN kini digadang-gadang sebagai sumber energi masa depan. Namun, kunci untuk memproduksi hidrogen secara efisien terletak pada pemahaman mendalam tentang bagaimana molekul air membelah dalam proses elektrolisis. Baru-baru ini, sebuah penelitian mengungkap fenomena mengejutkan, medan listrik yang kuat ternyata mengubah perilaku dasar molekul air secara drastis.
Tim ilmuwan dari Max Planck Institute for Polymer Research dan Universitas Cambridge mempelajari proses yang dikenal sebagai autodisosiasi air. Meski kimia dasar pembelahan air sudah dipahami dalam kondisi normal, perilaku air di dalam perangkat elektrokimia dengan medan listrik kuat ternyata menyimpan rahasia yang sangat berbeda.
Pembalikan Hukum Alam di Skala MolekulDalam kondisi sehari-hari, sistem cenderung bergerak menuju energi yang lebih rendah atau gangguan yang lebih tinggi (entropi). Pada segelas air biasa, molekul air jarang pecah dengan sendirinya karena proses tersebut terhambat oleh faktor energi maupun entropi. Namun, ketika medan listrik kuat diterapkan, situasinya berbalik total.
Baca juga : ADRO, ADMR, AADI Bertahan saat Saham Konglomerasi Turun, Masih Layak Dikoleksi?
Penelitian yang diterbitkan dalam Journal of the American Chemical Society ini menantang asumsi lama reaksi pembelahan air hanya dikendalikan oleh energi.
"Autodisosiasi air telah dipelajari secara luas dalam kondisi curah, di mana proses ini dipahami sebagai pendakian energi yang sulit dan terhambat secara entropis," ujar Yair Litman, pemimpin grup di Max Planck Institute. "Namun di bawah medan listrik kuat yang tipikal dalam lingkungan elektrokimia, reaksi tersebut berperilaku sangat berbeda."
Dari Penghambat Menjadi PendorongMenggunakan simulasi dinamika molekul tingkat lanjut, Litman dan Angelos Michaelides menemukan medan listrik mempercepat disosiasi air bukan dengan menurunkan biaya energi, melainkan dengan meningkatkan kekacauan molekul setelah ion terbentuk.
Baca juga : Ibas Yudhoyono: Tata Kelola Pengembangan Energi Panas Bumi harus Diperkuat
Awalnya, medan listrik memaksa molekul air ke dalam susunan yang sangat teratur. Namun, saat ion mulai terbentuk, struktur tersebut runtuh dan justru meningkatkan kekacauan (entropi) yang mendorong reaksi maju lebih cepat.
"Ini adalah pembalikan total dari apa yang terjadi pada medan nol," jelas Litman. "Alih-alih entropi menolak reaksi, sekarang ia justru mendorongnya."
Dampak pada Desain Elektrokimia dan pHTemuan ini juga mengungkap fakta mengejutkan lainnya: medan listrik yang kuat dapat mengubah tingkat keasaman (pH) air secara signifikan. Dalam kondisi ini, pH air dapat merosot dari netral (7) menjadi sangat asam (hingga mencapai angka 3). Pergeseran ini memiliki konsekuensi besar bagi cara kerja dan desain sistem elektrokimia di masa depan.
Angelos Michaelides menekankan pentingnya sudut pandang baru ini. "Untuk memahami dan meningkatkan perangkat pemisahan air, kita perlu mempertimbangkan bukan hanya energi, tetapi juga entropi, dan bagaimana medan listrik membentuk kembali lanskap molekul air," tuturnya.
Penemuan ini membuka arah baru dalam merancang katalis, terutama untuk reaksi elektrokimia dan produksi hidrogen yang lebih efisien. Ilmuwan kini harus memikirkan ulang cara memodelkan reaksi kimia dalam air ketika melibatkan medan listrik. (Science Daily/Z-2)
