Bagaimana Amonia Dapat Mengubah Permainan Energi

30 / 11 / 2022

Dunia menghadapi tantangan kebutuhan energi—menyeimbangkan pasokan dan permintaan, biaya, dan dampak lingkungan—dan salah satu solusi potensial untuk masalah ini adalah hidrogen. 

Hidrogen menjanjikan sebagai sumber bahan bakar untuk mesin pembakaran, sel bahan bakar, dan sebagai alternatif pemanas gas alam. Satu-satunya sisa pembakarannya adalah air dan ada beberapa cara untuk menghasilkan gas tanpa ancaman emisi karbon.

Namun, gas hidrogen murni mahal untuk diproduksi secara berkelanjutan dan masih lebih mahal untuk disimpan dan diangkut dibandingkan dengan bahan bakar fosil tradisional. Peneliti energi telah berusaha menemukan cara terbaik untuk mendapatkan hidrogen serta metode paling praktis untuk pengangkutannya agar menjadi pesaing sejati gas alam atau petrokimia. Ada beberapa cara untuk mendekati masalah ini, cari tahu lebih lanjut di bawah ini.

Sementara hidrogen saat ini lebih mahal daripada bensin, infrastruktur yang tepat dapat menurunkannya ke tingkat yang sebanding.
Sementara hidrogen saat ini lebih mahal daripada bensin, infrastruktur yang tepat dapat menurunkannya ke tingkat yang sebanding.

Batas Hidrogen 

Untuk semua kegunaannya, hidrogen diatomik murni memang memiliki keterbatasan yang mencegahnya menjadi praktis dalam skala yang lebih besar. Produksi bahan bakar hidrogen tidak sepenuhnya bebas dari gas rumah kaca, dan ada yang berkelanjutan dan tidak berkelanjutan metode produksi yang perlu diperhitungkan. Yang paling menjanjikan saat ini adalah pemisahan air secara elektrolitik (menggunakan energi terbarukan), yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen sebagai hasilnya.

Dengan terselesaikannya masalah produksi, masalah efisiensi terwujud—pada tekanan dan temperatur ambien, tidak ada cukup energi per satuan volume gas hidrogen untuk memberikan ukuran yang sebanding dengan bahan bakar fosil. Kepadatan energi gas hidrogen per kilogram hampir tiga kali lipat dari bahan bakar tradisional, namun kemampuan energi yang realistis per liter adalah urutan besarnya lebih kecil. 

Meskipun gas hidrogen dapat dikompresi di bawah tekanan tinggi, hal ini memerlukan peralatan khusus serta lebih banyak energi untuk melakukannya, dan masih hanya dapat mencapai sekitar 5% hidrogen per satuan berat (di mana 95% sisanya adalah berat bejana bertekanan. ). Hal yang sama dapat dikatakan untuk hidrogen cair yang membutuhkan suhu –253°C atau lebih dingin, memerlukan peralatan pendingin dan daya tambahan. 

Solusi potensial 

Solusi terbaik untuk penggunaan dan pengangkutan hidrogen yang efisien yang ditemukan para ilmuwan bukanlah hidrogen murni sama sekali. Ada alternatif yang memiliki banyak potensi yaitu penyimpanan bahan kimia dan penyimpanan fisik.

Penyimpanan bahan kimia adalah tempat atom hidrogen disimpan dalam molekul melalui ikatan kimia, hanya untuk dilepaskan setelah reaksi kimia terjadi. Ada banyak pilihan potensial untuk bahan kimia pembawa hidrogen, seperti logam hidrida atau molekul organik (misalnya alkohol, karbohidrat).

Agar paling efektif, bahan harus memiliki kapasitas hidrogen minimal 7% berat, dan memiliki suhu kerja antara 0 dan 100°C. Banyak hidrida logam membutuhkan suhu minimal 200°C untuk melepaskan hidrogen. Hidrokarbon organik berada dalam posisi yang sama, dengan kelemahan tambahan berupa emisi COXNUMX2 sebagai produk reaksi.

Bahan berpori memiliki luas permukaan yang sangat tinggi berdasarkan volume dan dapat menyerap atom atau molekul seperti hidrogen di dalam pori-pori.
Bahan berpori memiliki luas permukaan yang sangat tinggi berdasarkan volume dan dapat menyerap atom atau molekul seperti hidrogen di dalam pori-pori.

Opsi penyimpanan fisik memungkinkan hidrogen diserap ke permukaan material dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada meninggalkan gas yang terkandung dengan sendirinya. Yang paling umum adalah bahan seperti spons yang sangat berpori, seperti karbon aktif atau kerangka logam-organik (MOFs). MOF yang dilaporkan pada tahun 2020 ditemukan mencapai kapasitas hidrogen yang luar biasa sebesar 14% berat. Keterbatasan banyak MOFs, bagaimanapun, adalah bahwa mereka melakukan adsorpsi paling baik pada suhu yang sangat rendah (banyak sekitar –200°C) dan kehilangan kemanjuran ketika suhu meningkat.

Peran Amonia 

Amonia telah terkenal sebagai komponen vital pupuk, dengan produksi tahunan global melebihi 200 juta ton pada tahun 2021. Amonia juga memicu inspirasi sebagai metode penyimpanan hidrogen kimiawi.

Metode produksi amonia saat ini bukanlah metode yang ramah lingkungan—proses Haber memerlukan reaksi gas nitrogen dan gas hidrogen secara bersamaan pada suhu dan tekanan tinggi, di mana hidrogen tersebut paling sering bersumber dari bahan bakar fosil. Namun, para ilmuwan energi membuat langkah dengan metode produksi alternatif, seperti sel bahan bakar dan reaktor membran, yang dapat memberi amonia jejak yang lebih hijau untuk bahan bakar, pupuk, dan lainnya.

Penggunaan industri utama amonia adalah pupuk sebagai sumber nitrogen.
Penggunaan industri utama amonia adalah pupuk sebagai sumber nitrogen.

Amonia adalah molekul anorganik, terdiri dari satu atom nitrogen dan tiga atom hidrogen. Kepadatan hidrogen ini membuatnya menjadi pembawa kimia hidrogen yang menarik untuk keperluan energi, sebagai alternatif untuk mengangkut hidrogen cair murni ke mana-mana. Alih-alih membutuhkan suhu di bawah -253°C, amonia adalah cairan hanya pada -77°C pada tekanan atmosfer, atau setinggi -10°C di bawah tekanan yang sedikit lebih tinggi. Selain itu, amonia tidak mengandung karbon, sehingga berpotensi besar sebagai sumber bahan bakar netral karbon. Ini dapat dipecah menjadi gas hidrogen dan nitrogen dalam sel bahan bakar terbalik, di mana nitrogen diatomik dapat dengan mudah bergabung kembali dengan atmosfer tanpa merusak lingkungan.

Chemwatch ada di sini untuk membantu

Jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang berbagai jenis bahan kimia, atau cara meminimalkan risiko saat bekerja dengan bahan kimia, kami siap membantu. Kami memiliki alat untuk membantu Anda dengan pelaporan wajib, serta menghasilkan SDS dan Penilaian Risiko. Kami juga memiliki perpustakaan webinar mencakup peraturan keselamatan global, pelatihan perangkat lunak, kursus terakreditasi, dan persyaratan pelabelan. Untuk informasi lebih lanjut, hubungi kami hari ini di penjualan@chemwatch.net.

sumber:

Pertanyaan Cepat