Peneliti di Oregon State University (OSU) mematenkan cara baru untuk memisahkan zirkonium dan hafnium — dua logam yang bentuknya nyaris kembar, tetapi jadi bahan baku penting bagi industri semikonduktor dan energi nuklir. Bedanya, proses ini meninggalkan pelarut organik yang beracun dan mudah terbakar, lalu menggantinya dengan larutan berbasis air. Hasilnya, kemampuan memisahkan keduanya naik sekitar lima kali lipat dibanding standar industri yang dipakai sekarang. Risetnya dipublikasikan di Journal of the American Chemical Society.
Dua logam yang mirip, tapi jadi tulang punggung chip dan nuklir
Zirkonium vital untuk pembangkitan listrik tenaga nuklir. Hafnium krusial untuk energi nuklir sekaligus manufaktur semikonduktor — artinya untuk chip. Keduanya baru berguna ketika sudah terpisah dalam kondisi sangat murni, dan itulah yang membuat pemisahan ini jadi pekerjaan wajib, bukan sekadar pilihan.
Masalahnya, di alam keduanya nyaris selalu menempel. Mineral zirkonium silikat (ZrSiO4), yang sehari-hari disebut zirkon, hampir selalu mengandung hafnium dalam jumlah kecil. Penambangan zirkon pun jadi sumber ekonomi utama bagi kedua elemen itu. Jadi begitu bijih ditambang, zirkonium dan hafnium sudah tercampur sejak awal, dan pabrik harus memisahkannya sendiri.
Kenapa memisahkannya susah dan selama ini boros
Tim OSU menyebut ini salah satu pemisahan tersulit di seluruh tabel periodik. Penyebabnya sederhana: kedua elemen itu terlalu mirip. Karena sifatnya nyaris identik dalam larutan, memaksa satu memisahkan diri dari yang lain butuh usaha ekstra — energi besar dan bahan kimia dalam jumlah raksasa.
Saat ini hanya dua fasilitas di Amerika Serikat yang sanggup melakukannya dalam skala industri: ATI Specialty Alloys & Components di Albany, Oregon, dan Westinghouse Electric di Ogden, Utah. Keduanya memakai metode ekstraksi cair-cair — teknik yang “menarik” satu logam keluar dari campuran memakai pelarut organik. Masing-masing pabrik menghabiskan jutaan pon pelarut organik yang mudah terbakar setiap tahun. Prosesnya intensif energi, dan sekitar 4% pelarut lolos ke udara sebagai polusi yang berbahaya.
Bagaimana proses berbasis air ini bekerja
Tim peneliti OSU College of Science, yang dipimpin asisten peneliti pascasarjana Alex Roseborough dan May Nyman, profesor kimia, membalik pendekatannya. Alih-alih ekstraksi, mereka memakai pengendapan (precipitation). Prinsipnya: ion-ion yang larut dan bermuatan berlawanan saling tarik-menarik, lalu bergabung membentuk zat padat yang tidak larut dan bisa dipisahkan dari cairannya.
Resepnya memadukan tiga bahan. Pertama, zirkonium alami — yang seperti biasa sudah mengandung hafnium beberapa persen. Kedua, ligan tiosianat, yaitu molekul yang bertugas “memegang” atau mengikat ion hafnium dan zirkonium. Ketiga, kolin, bahan kimia murah dan tidak beracun yang justru biasa dipakai sebagai aditif makanan. Ketiganya dicampur dalam larutan air. Hasilnya, zat yang kaya hafnium mengendap keluar dari larutan. Seluruh proses berjalan dengan energi rendah dan tanpa pelarut organik sama sekali.
Maksud “efisiensi lima kali lipat”
Ukuran keberhasilannya bernama separation factor alias faktor pemisahan: angka yang menunjukkan seberapa mampu sebuah proses memisahkan dua komponen dalam satu campuran. Nilai di atas satu berarti pemisahan mungkin dilakukan. Semakin tinggi angkanya, semakin baik hasilnya.
Standar industri untuk pemisahan zirkonium-hafnium berada di kisaran enam sampai tujuh. Proses buatan OSU mencetak skor tertinggi 33 — kira-kira lima kali lebih tinggi. Angka itu bukan soal kecepatan, melainkan soal seberapa bersih dan tegas satu logam bisa dipisahkan dari yang lain dalam sekali proses.
“Kami menjelaskan secara detail tingkat atom bagaimana pemisahan ini bekerja dan bagaimana pemisahan berbasis pengendapan bisa bersaing dengan ekstraksi pelarut,” kata Nyman.
Dampaknya ke industri
Kalau proses ini dikomersialkan, pabrik pemisahan bisa meninggalkan jutaan pon pelarut organik yang mudah terbakar tiap tahun, sekaligus menekan konsumsi energi dan emisi polusi udara. Bagi industri yang harus menyediakan zirkonium dan hafnium murni untuk chip dan reaktor nuklir, ini jalan menuju produksi yang jauh lebih bersih.
Nyman menegaskan hasil ini belum jadi garis akhir. “Masih ada pertanyaan yang harus kami jawab dan tonggak yang harus kami capai, tetapi temuan ini sungguh menarik dan berdampak, terutama ketika masyarakat harus bergerak menuju pembangkitan listrik yang bebas karbon dan berdensitas tinggi, termasuk energi nuklir,” ujarnya.
Sumber
- phys.org — “Water-based process separates zirconium and hafnium with fivefold higher efficiency” (22 September 2026), oleh Oregon State University. https://phys.org/news/2026-09-based-zirconium-hafnium-fivefold-higher.html
- Alexander Roseborough et al., “Emergent Hf-Selective Precipitation of Aqueous (Zr,Hf) Thiocyanate Molecules through Nuclearity Control”, Journal of the American Chemical Society (2026). DOI: 10.1021/jacs.6c10597
