Kembali pada tahun 2014, Omar Yaghi, seorang profesor kimia di University of California, menyadari sesuatu yang tidak biasa tentang material penyerap air baru yang sedang dikembangkan di laboratoriumnya. Menarik air dari udara sangat berguna untuk banyak hal (pikirkan tentang butiran silika yang datang dalam kemasan untuk menjaga agar barang tetap kering) tetapi mengeringkan desikan untuk digunakan kembali umumnya berarti memanaskannya hingga suhu yang sangat tinggi, sering sekitar 400°F, yang menggunakan banyak energi. Tetapi material Yaghi, jaringan skala atomik yang dipenuhi miliaran pori-pori kecil, yang dikenal sebagai kerangka logam-organik (MOF), melepaskan airnya pada suhu yang jauh lebih rendah, sekitar 113°F, setara dengan suhu secangkir kopi hangat. “Saya segera berpikir saya bisa membawanya ke gurun, dan di malam hari mengekstrak air dari udara,” kata Yaghi. “Di siang hari ketika panas dan cerah saya bisa memanen air minum.”
Yaghi, 58, adalah semacam fenomena satu orang di dunia kimia. Dia dikenal karena karyanya selama tiga dekade terakhir mempelopori bidang yang dikenal sebagai kimia retikular, yang melibatkan rekayasa kristal MOF dengan presisi dengan pori tingkat molekul. Material tersebut dapat memiliki beberapa sifat yang menarik. Jika Anda mencoba menyimpan CO2 gas, misalnya, wadah yang berisi MOF dengan pori yang disesuaikan untuk cocok dengan molekul CO2 sebenarnya dapat menyimpan lebih banyak dari mereka daripada wadah kosong: MOF menarik molekul CO2 itu seperti lebah ke madu. Material tersebut memiliki lusinan aplikasi potensial, dari sensor elektronik hingga pengiriman obat. Karya Yaghi mendirikan dan mengembangkan bidang tersebut telah menjadikannya salah satu kimiawan yang paling banyak dikutip di dunia, dan dia telah dianugerahi penghargaan dan sitasi atas karyanya, termasuk nominasi untuk Hadiah Nobel dalam kimia (namanya menonjol dalam prediksi untuk pemenang 2022).
Dari semua rute potensial untuk eksplorasi lebih lanjut, bagaimanapun, Yaghi dalam beberapa tahun terakhir terutama difokuskan pada dua kemungkinan penggunaan kimia retikular: memerangi perubahan iklim, dan memperluas akses air minum. Pada tahun 2020, dia memulai sebuah perusahaan bernama Atoco untuk melaksanakan tujuan tersebut (keberadaan perusahaan ini sebelumnya belum dilaporkan).
Yaghi sensitif terhadap betapa pentingnya air minum. Dia tumbuh di Amman, Yordania, pada tahun 1970-an, saat kota itu hanya memasok air beberapa jam setiap satu atau dua minggu sekali. Saat kecil, dia akan bangun pagi-pagi menunggu di keran dengan wadah untuk menyimpan persediaan air selama seminggu untuk keluarga. Setelah percobaan 2014, dia merasa memiliki dasar untuk penemuan yang bisa membebaskan keluarga di seluruh dunia dari perjuangan semacam itu selamanya. “Anda dapat memiliki pemanen air yang beroperasi off-grid di mana saja,” kata Yaghi. “Anda memiliki kendali atas air Anda sendiri. Saya menyebutnya kemerdekaan air.”
Mungkin hari ini untuk menarik air dari udara (penurun kelembaban rendah melakukannya, misalnya) tetapi Yaghi mengatakan bahwa mesin yang memanfaatkan material MOF, dengan pori yang dirancang secara presisi untuk menangkap partikel air, bisa menghasilkan pasokan air yang stabil dengan sangat sedikit energi, dan di lingkungan yang lebih kering dari yang tersedia saat ini. Mereka bahkan dapat menghasilkan air hanya dengan menggunakan energi pasif dari panas matahari. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Nature Water pada Juli 2023, Yaghi dan sekelompok kolaborator menunjukkan bahan yang disebut MOF-303 yang mampu menghasilkan tetesan air yang stabil di Lembah Kematian, California, salah satu tempat terkering di bumi, hanya dari ditinggalkan di bawah sinar matahari.
Yaghi meluncurkan Atoco untuk meningkatkan produksi material retikular seperti MOF. Sementara Yaghi telah bekerja dengan perusahaan lain yang mencoba meningkatkan teknologi untuk pemanenan air di masa lalu, Atoco mengatakan bertujuan untuk menggunakan material retikular yang lebih baru dan lebih maju, dan untuk mengembangkan perangkat baru seperti pemanen air yang bekerja tanpa listrik (perusahaan lain juga sedang mengembangkan pemanen air bertenaga listrik menggunakan kimia retikular, begitu juga Atoco). Samer Taha, CEO Atoco, mengatakan bahwa mesin mereka akan dapat berfungsi di lingkungan yang lebih kering daripada yang tersedia saat ini, dan dengan sekitar setengah energi rata-rata. Di antara perangkat yang ingin dikembangkan perusahaan adalah mesin bertenaga listrik ukuran komputer desktop besar yang akan mampu menghasilkan sekitar 100-200 liter air minum per hari, kata Taha. Perusahaan menolak berbagi kapan perangkat akan tersedia.
“Ini adalah sesuatu yang dibutuhkan dunia,” kata Yaghi. “Hampir sepertiga dunia mengalami stres air hampir setiap bulan dalam setahun. PBB memproyeksikan bahwa pada tahun 2050 hampir 5 miliar orang akan mengalami stres air.”
Teknologi Yaghi tidak hanya akan mampu menarik air dari udara—dia mengatakan bahan-bahannya juga akan berguna untuk menyerap karbon dioksida. Itu bisa berguna untuk menghilangkan karbon dioksida dari cerobong asap industri, atau untuk mengekstrak gas rumah kaca langsung dari atmosfer.
Kedua industri masih dalam masa pertumbuhannya, meskipun baru-baru ini mendapatkan lebih banyak perhatian. Kredit pajak yang disahkan dalam Undang-Undang Pengurangan Inflasi musim panas lalu telah mendorong investasi dalam penangkapan karbon untuk fasilitas industri, dan investasi $1,2 miliar oleh Departemen Energi AS untuk dua proyek besar di Texas dan Louisiana bulan lalu telah memberi dorongan besar bagi penangkapan karbon langsung dari udara juga. (Tidak ada fasilitas penangkapan udara langsung yang sedang direncanakan saat ini akan cukup besar untuk secara berarti mengimbangi emisi manusia, meskipun pendukung teknologi mengatakan penting untuk berinvestasi di dalamnya sekarang sehingga kita akan memiliki fasilitas yang cukup besar untuk membuat perbedaan suatu hari nanti.)
Hambatan utama untuk sektor penangkapan karbon adalah energi luar biasa yang umumnya diperlukan untuk menarik CO2 dari udara, atau bahkan untuk menyaringnya dalam konsentrasi yang lebih tinggi dari cerobong asap. Sebagian besar proyek penangkapan karbon yang digunakan saat ini menggunakan filter atau solusi kimia seperti kalium hidroksida untuk menjebak CO2, tetapi Taha mengatakan bahwa menggunakan material yang dibuat menggunakan kimia retikular dapat menurunkan masukan daya secara substansial. (Perusahaan lain juga sudah menggunakan material retikular untuk penangkapan karbon, tetapi Atoco mengatakan bahwa mereka akan dapat menawarkan kimia yang lebih efektif dan memproduksinya dengan murah). “Sangat sulit untuk memberikan angka sekarang, karena kami sedang dalam proses membangun sistem ini,” kata Taha. “Tetapi kami mengharapkan sesuatu antara 30 hingga 50% [efisiensi] peningkatan [dibandingkan teknologi penangkapan karbon saat ini], jika tidak lebih.” Ini adalah klaim yang belum terbukti. Jika berhasil meskipun, pengurangan daya semacam itu bisa membuat perbedaan besar dalam kelayakan meningkatkan sistem penangkapan karbon skala besar.
Mewujudkannya, bagaimanapun, tidak akan mudah. Produksi material retikular yang mereka coba gunakan telah dibatasi pada skala laboratorium, dan salah satu kesulitan utama Atoco adalah dalam mencoba meningkatkan proses produksi tersebut. “Kami tidak mengklaim bahwa sejak hari pertama, kami akan membuatnya sangat dapat diskalakan, sangat murah,” kata Taha. “Tetapi jika kita melihat bahan awalnya, mereka tersedia dan tidak mahal. Jadi itulah cahaya di ujung terowongan.”
Yaghi, sebagai bagiannya, mengatakan Atoco berorientasi pada misi sosial. “Dengan jujur, awalnya saya tidak tertarik [memulai perusahaan].” Yaghi mengatakan. “Saya ingin t
