Meningkatkan Penangkapan Karbon
Kemajuan dalam ilmu material berkontribusi pada inovasi dan industrialisasi membran penangkap karbon.
China berkomitmen untuk menjadi netral karbon pada tahun
2060. Untuk mendukung negara tersebut mencapai tujuan itu, para peneliti di School
of Chemical Engineering and Technology at Tianjin University telah
mengembangkan teknologi dan solusi kimia utama untuk mengurangi emisi karbon.
Sekolah ini memiliki sejarah inovasi yang dapat ditelusuri
kembali lebih dari 100 tahun. Ahli kimia di sini telah membuat terobosan besar
dalam teknologi hijau termasuk penangkapan karbon, katalisis, dan konversi
untuk penggunaan gas rumah kaca yang efisien, dengan harapan dapat menutup
lingkaran karbon.
Salah satu ilmuwan terkemuka di sekolah tersebut adalah Zhi
Wang, yang telah berfokus pada membran berlapis-lapis untuk menangkap karbon.
“Tantangan terbesar dalam merancang membran berperforma tinggi terletak pada
menemukan bahan ideal yang tahan lama dan mudah ditingkatkan, dengan
permeabilitas dan selektivitas tinggi untuk karbon dioksida (CO2),”
katanya.
“Selama lebih dari 20 tahun kami telah meneliti untuk
menjembatani kesenjangan teknologi dalam rantai penangkapan karbon
terintegrasi, menyiapkan membran berkinerja tinggi untuk aplikasi skala besar.”
Ini dimulai dengan serangkaian proyek penelitian dasar
tentang proses transportasi CO2 di membran, karena bahan membran
harus mencapai kinerja pemisahan yang tinggi untuk CO2 versus gas
lain seperti nitrogen, hidrogen, dan metana.
Timnya memperbesar kelas polimer yang larut dalam air yang
disebut polyvinylamine (PVAm). Dibandingkan dengan pilihan tradisional pelarut
amina untuk melarutkan dan memisahkan gas, membran PVAm hadir tanpa polusi
pelarut, dan lebih mudah ditingkatkan dengan lebih sedikit energi yang
dibutuhkan. Ini juga memiliki selektivitas CO2 yang lebih tinggi dibandingkan
dengan bahan membran komersial yang ada.
“Gugus amino dapat berinteraksi dengan CO2 secara istimewa,
terutama dengan adanya air, yang membuat PVAm memiliki kinerja pemisahan CO2
yang tinggi,” jelas Wang.
Pada tahun 2021, dalam Journal of Membrane Science1 mereka
melaporkan mesin pelapis skala industri baru dan teknologi preparasi membran
untuk peningkatan membran komposit PVAm multilayer. Membran yang disiapkan
menunjukkan kinerja pemisahan yang relatif lebih tinggi untuk CO2 atas nitrogen
dibandingkan dengan membran area besar lainnya.
Tim Wang juga memiliki tujuan untuk mengatasi kesulitan
dalam mengoptimalkan struktur saluran aliran keseluruhan modul membran, serta
mengembangkan proses pemisahan membran multi-tahap.
“Eksperimen co-simulasi kami bertujuan untuk memasangkan
membran kami dengan jaring pengatur jarak yang memungkinkan distribusi aliran
gas buang yang seragam dengan kepadatan pengisian yang tinggi dalam modul
membran, tetapi penurunan tekanan rendah dan polarisasi konsentrasi rendah (zat
terlarut yang terakumulasi di permukaan membran),” dia berkata.
Berdasarkan pencapaian ini, pabrik skala percontohan
dibangun di Nanjing untuk menguji kinerja penangkapan CO2 dari membran PVAm2.
Mereka memberi makan gas sistem yang terdiri dari konsentrasi CO2 yang berbeda
— 14%, 25%, dan 35% untuk meniru gas buang industri yang biasanya dipancarkan
dari pembangkit listrik tenaga batu bara, pabrik baja atau pabrik semen, dan
operasi konsentrasi CO2 tinggi lainnya. Hasilnya menggembirakan: membran uji
menangkap lebih dari setengah emisi gas rumah kaca, dengan kemurnian CO2 78,5%
atau lebih tinggi.
Bersama dengan simulasi proses dan pemodelan 3D, hasil
eksperimen mereka telah diterapkan di pabrik percontohan penangkapan karbon di
Nanjing, yang mulai beroperasi pada tahun 2021 dengan kapasitas pemrosesan
50.000 Nm3 (meter kubik normal) per hari. Hasilnya lebih
ditingkatkan karena proses membran yang dioptimalkan.
“Kami sedang menjajaki optimasi lebih lanjut dari bahan
membran, misalnya dengan memasukkan bahan berpori ke dalam matriks polimer
untuk menangkap lebih banyak gas rumah kaca dari gas buang, dan memurnikan gas
lain seperti gas alam, biogas, dan syngas,” katanya.
References
Sheng, M, et al. J Membr Sci 636: 119595 (2021)
Wu, H, et al. J Membr Sci 624: 119137 (2021)
No comments