Solusi Kimia Menuju Nol Karbon

Read Also

Mencapai tujuan nol bersih akan membutuhkan pengembangan banyak smart technologies dan Japan’s Chiyoda Corporation berharap keahlian teknik kimianya dapat menjadi kontributor utama.

Harapan terbesar dunia untuk mengurangi emisi CO₂ dan mengurangi dampak perubahan iklim terletak pada transisi ke energi terbarukan, seperti tenaga surya atau angin, tetapi ini belum dapat menyediakan semua kebutuhan listrik masyarakat.

Bahan bakar yang tidak menghasilkan CO₂ saat dibakar dapat membantu mengisi kekosongan sampai energi terbarukan lebih tersedia. Hidrogen, baik yang berasal dari bahan bakar fosil, seperti gas, atau dibuat dari air menggunakan energi terbarukan, adalah contoh yang bagus.

Molekul hidrogen (H₂) secara kimiawi menyimpan banyak energi yang dilepaskan ketika dibakar, dengan air sebagai satu-satunya produk sampingan. Hidrogen juga, pada prinsipnya, tersedia karena berlimpah dalam bentuk air, yang dapat dipecah dalam reaksi kimia yang digerakkan oleh sinar matahari.

Tantangan transportasi hidrogen

Namun, tantangan tentang cara menyimpan dan mengangkut hidrogen dengan aman dan mudah belum terpecahkan. Ini adalah gas pada suhu kamar, dan dapat didinginkan menjadi cairan pada -253 °C untuk transportasi, tetapi biayanya dapat menjadi penghalang. Tekanan juga meningkatkan kemungkinan kebocoran, yang berbahaya mengingat sifat mudah terbakar hidrogen yang tinggi.

Chiyoda Corporation, sebuah perusahaan teknik yang berkantor pusat di Yokohama, Jepang, telah mengerjakan solusi untuk masalah pengangkutan hidrogen, serta teknologi lain untuk mendukung tujuan nol bersih.

“Chiyoda Corporation terus mengembangkan teknologi inovatif di bidang lingkungan dan energi sejak didirikan pada tahun 1948,” jelas Kenichi Imagawa, pemimpin kelompok penelitian dan pengembangan di Chiyoda. “Tapi sekarang, kami mengalihkan akumulasi keahlian kami ke dekarbonisasi global dan mewujudkan masyarakat nol bersih.”

Chiyoda telah mengembangkan teknologi yang disebut SPERA Hidrogen™ untuk membantu masalah transportasi, yang memanfaatkan apa yang disebut liquid organic hydrogen carriers (LOHC). Idenya adalah untuk menambahkan hidrogen ke molekul organik, seperti toluena, untuk membuat molekul 'pembawa', methylcyclohexane (MCH). KIA stabil secara kimiawi dan berbentuk cair pada suhu dan tekanan normal, membuatnya jauh lebih aman untuk ditangani dan lebih mudah diangkut daripada hidrogen murni.

“Memanfaatkan fitur ini, hidrogen dapat diangkut dari daerah di mana sumber daya matahari dan angin berlimpah, seperti Timur Tengah, Afrika, Australia, dan Amerika Latin, ke kota-kota yang mengonsumsi energi dalam jumlah besar, yang terletak ribuan kilometer jauhnya,” kata Imagawa.

 

Katalisator untuk perubahan

Keuntungan besar dari teknologi SPERA Hydrogen™ Chiyoda adalah bahwa teknologi ini kompatibel dengan infrastruktur transportasi yang ada yang digunakan untuk produk petrokimia, seperti tanki, tanker kimia, dan truk tanker. Ini berarti bahwa sistem transportasi minyak bumi yang ada dapat digunakan, menghindari masalah harus merancang infrastruktur pengiriman hidrogen yang sama sekali baru. Chiyoda berharap ini akan mengurangi biaya dan mendorong penggunaan hidrogen sebagai bentuk energi rendah karbon.

Ketika KIA mencapai tujuannya, hidrogen perlu dipulihkan. Untuk mengoptimalkan proses ini, sehingga hidrogen dapat digunakan, Chiyoda telah menciptakan bahan katalitik berumur panjang berdasarkan keahliannya dalam pengembangan katalis. Ini memberikan reaksi dehidrogenasi yang lebih efisien.

Dan pengetahuan industri tentang katalis ini juga membantu produksi bahan bakar bebas karbon lainnya: amonia. Sekali lagi, amonia dapat dibakar tanpa menghasilkan CO₂ sebagai produk sampingan, hanya air dan nitrogen. Ini juga memiliki peluang lain untuk dekarbonisasi yang mirip dengan hidrogen.

Proses pembakaran amonia untuk energi dapat dicapai dengan menggunakan pembangkit listrik tenaga batu bara saat ini. “Di dewan Kementerian Ekonomi, Perdagangan, dan Industri Jepang, diperkirakan bahwa jika semua pembangkit listrik tenaga batu bara utama di Jepang menggunakan 20% dari kapasitasnya untuk membakar amonia daripada batu bara, emisi CO₂ dapat dikurangi sekitar 40 juta ton,” kata Ichiro Mizusawa, penasihat senior di Chiyoda.

Masalahnya, produksi amoniak sebagai bahan bakar membutuhkan lebih banyak energi. Chiyoda telah bermitra dengan tim akademis dan industri untuk mengembangkan katalis baru untuk sintesis amonia bertekanan rendah dan suhu lebih rendah sebagai bagian dari proyek yang ditugaskan oleh Japan’s New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). Setelah katalis terbaik diidentifikasi, Chiyoda berharap untuk meningkatkan proses sintesis amonia barunya ke skala industri.

Reklamasi karbon

Selain pekerjaan yang dilakukan Chiyoda untuk membuat hidrogen lebih berguna dan tersedia sebagai bahan bakar, mereka juga mencari teknologi lain untuk membantu mengurangi krisis iklim dan membantu masyarakat dan industri beradaptasi di jalan menuju netralitas karbon.

Di antaranya adalah teknologi penangkap karbon yang dapat mengolah limbah gas yang dikeluarkan dari pembangkit listrik berbahan bakar gas alam. Ada banyak metode untuk mencapai hal ini, seperti membuat bahan penyerap yang bekerja dengan konsentrasi CO₂ yang relatif rendah — saat ini, banyak teknologi penangkapan karbon hanya bekerja secara efisien bila ada konsentrasi CO₂ yang tinggi.

Karbon yang diperoleh dengan cara ini dapat disimpan di bawah tanah, seperti di reservoir minyak yang habis, atau di dasar laut dalam, yang ditahan oleh tekanan tinggi. Namun, Chiyoda sekarang sedang menyelidiki apakah karbon dapat didaur ulang dan digunakan lebih produktif. Misalnya, telah mengembangkan teknologi untuk menggabungkan CO₂ dengan hidrogen untuk menghasilkan p-Xylene; bahan kimia yang merupakan bahan penyusun serat poliester dan resin yang digunakan untuk botol plastik.

Demikian pula, dengan melewatkan CO₂ dan air melalui teknologi elektrolisis yang digerakkan oleh energi terbarukan, Chiyoda telah mampu menghasilkan etilena, bahan kimia serbaguna yang digunakan di berbagai industri, di mana saja mulai dari memproduksi plastik dan kaca hingga mengendalikan pematangan buah dan pemotongan logam.

Skema penangkapan dan pemanfaatan karbon ini, bersama dengan bahan bakar berbasis non-karbon diharapkan akan memberikan jeda yang bermanfaat sementara sumber energi terbarukan benar-benar dikembangkan. Lebih banyak pekerjaan perlu dilakukan, tetapi pengujian teknologi yang berhasil seperti SPERA Hidrogen semuanya merupakan langkah ke arah yang benar.

Sources:

https://www.nature.com/articles/d42473-022-00187-x