Daur hidrogen

Daur hidrogen merupakan pertukaran hidrogen antara sumber dan tempat penyimpanan senyawa yang mengandung hidrogen, baik yang bersifat biotik maupun abiotik. Daur hidrogen merupakan suatu proses daur energi yang menggunakan hidrogen sebagai medium energi untuk memungkinkan terjadinya konversi dan penyimpanan energi. Dalam siklus ini, hidrogen berperan sebagai pembawa energi yang dapat diproduksi, disimpan, dan digunakan kembali melalui berbagai reaksi kimia dan fisika, sehingga mendukung sistem energi yang berkelanjutan dan rendah emisi.

Hidrogen (H) merupakan unsur yang paling melimpah di alam semesta. Di Bumi, senyawa anorganik yang umum mengandung H meliputi air (H₂O), gas hidrogen (H₂), hidrogen sulfida (H₂S), dan amonia (NH₃). Selain itu, banyak senyawa organik, termasuk hidrokarbon dan materi organik lainnya, juga mengandung atom hidrogen.

Gas hidrogen dapat terbentuk melalui metabolisme mikroba atau interaksi alami antara air dan batuan. H₂ bebas dapat dikonsumsi oleh mikroorganisme atau mengalami oksidasi fotokimia di atmosfer, serta dapat hilang ke luar angkasa. Hidrogen juga terlibat dalam reaksi kimia pra-biologis dan evolusi awal kehidupan di Bumi.

 Siklus Abiotik 

 Sumber 
Sumber abiotik gas hidrogen meliputi berbagai proses geokimia dan fotokimia yang tidak melibatkan aktivitas biologis. Salah satu mekanisme utamanya adalah reaksi air-batuan, seperti serpentinisasi, yaitu reaksi eksotermik antara air dan mineral olivin yang menghasilkan gas H₂ di lingkungan bawah permukaan laut maupun daratan. Selain itu, ventilasi hidrotermal di dasar laut juga dapat menghasilkan H₂ melalui interaksi antara magma dan air laut yang telah mengalami perubahan kimia, dengan laju dan jumlah produksi yang bergantung pada suhu serta komposisi batuan. Di sisi lain, hidrogen molekuler juga dapat terbentuk melalui reaksi fotooksidasi terhadap mineral tertentu, misalnya siderit (FeCO₃) di lingkungan akuatik yang anoksik (minim oksigen).

 Pelepasan 
Hidrogen atmosferik (H₂) dapat hilang ke luar angkasa melalui proses pelarian Jeans (Jeans escape), yaitu mekanisme di mana molekul-molekul ringan, seperti hidrogen, memperoleh kecepatan termal yang cukup untuk melampaui gravitasi planet. Pelepasan utama bagi H₂ di atmosfer adalah oksidasi fotokimia oleh radikal hidroksil (OH), yang mengubah H₂ menjadi air (H₂O). Selain itu, penyerapan oleh tanah (soil uptake) melalui aktivitas mikroba juga merupakan penyerap penting hidrogen atmosfer.

Di sisi lain, aktivitas manusia memanfaatkan hidrogen dalam berbagai proses industri, seperti produksi bahan bakar sintetis melalui reaksi Fischer-Tropsch dan fiksasi nitrogen buatan melalui proses Haber-Bosch untuk menghasilkan pupuk nitrogen. Namun, proses-proses ini tidak berperan sebagai penyerapan atmosferik H₂, melainkan sebagai bagian dari penggunaan dan potensi sumber emisi hidrogen di sistem industri.

 Siklus Biotik 

 Produksi 
Hidrogen (H₂) diproduksi secara biologis oleh berbagai mikroorganisme melalui aktivitas enzim hidrogenase dan nitrogenase, yang ditemukan di ketiga domain kehidupan yaitu bakteri, arkea, dan eukariota. Pada sistem fermentatif, fermentasi mikroba menghasilkan H₂ dari bahan organik melalui jalur metabolik yang dapat bergantung pada cahaya (seperti pada bakteri fotosintetik anoksigenik) maupun tidak bergantung pada cahaya (seperti pada bakteri fermentatif heterotrof). Proses ini berperan penting dalam daur energi ekosistem anaerob, terutama di sedimen, rawa, dan usus hewan.

 Konsumsi 
Penyerapan hidrogen (H₂) oleh tanah merupakan sink dominan bagi H₂ atmosferik di Bumi. Proses ini terutama terjadi melalui oksidasi biologis oleh mikroorganisme, baik dalam kondisi aerob maupun anaerob. Dalam lingkungan aerob, H₂ dioksidasi melalui reaksi Knallgas, di mana gas hidrogen bereaksi dengan oksigen membentuk air, seperti yang dilakukan oleh bakteri kemoautotrof dari genus Hydrogenobacter dan Ralstonia. Di sisi lain, dalam kondisi anaerob, H₂ dimanfaatkan melalui transfer hidrogen antarspesies, yakni proses di mana hidrogen yang dihasilkan selama fermentasi ditransfer ke mikroorganisme lain sebagai donor elektron. Mekanisme ini memungkinkan terjadinya berbagai reaksi reduksi, seperti reduksi karbon dioksida (CO₂) menjadi metana (CH₄) oleh metanogen, reduksi sulfat (SO₄²⁻) menjadi hidrogen sulfida (H₂S) oleh bakteri pereduksi sulfat, serta reduksi besi(III) (Fe³⁺) menjadi besi(II) (Fe²⁺) oleh bakteri pereduksi besi. Proses transfer hidrogen antarspesies ini menjaga konsentrasi H₂ tetap rendah di sebagian besar lingkungan alami, sehingga mendukung stabilitas ekosistem mikroba dan mempertahankan keseimbangan biogeokimia global .

 Referensi 

Kategori:Daur biogeokimia
Kategori:Metabolisme
Kategori:Hidrogen