Perangkat elektrolisis inovatif yang secara efisien mengubah CO2 menjadi bahan bakar propana terbarukan
(scienceswitch.com)- Perangkat elektrolisis yang mengubah CO2 secara langsung menjadi propana diwujudkan dengan bahan yang murah dan mudah didapat, menunjukkan potensi untuk mengurangi gas rumah kaca dan memproduksi bahan kimia terbarukan
- Memproduksi propana yang terdiri dari tiga atom karbon dengan sistem katalis unik berbasis logam murah dan senyawa organik
- Mengatasi konversi CO2 menjadi molekul multikarbon yang selama ini sangat sulit melalui eksperimen dan pemodelan komputasional, sekaligus mengungkap aktivitas reaksi dan selektivitas katalis
- Dengan desain continuous-flow, melampaui keterbatasan metode batch yang ada dan mewujudkan produksi propana berskala yang tidak terputus
- Terkait dengan target net zero 2050, menjadi kemajuan dalam manufaktur kimia berkelanjutan yang didukung lembaga pemerintah dan perusahaan propana global
Gambaran umum perangkat elektrolisis
- Tim peneliti Illinois Institute of Technology(IIT) mengembangkan perangkat elektrolisis yang secara efisien mengubah karbon dioksida menjadi propana
- Diwujudkan menggunakan bahan yang murah dan mudah didapat
- Hasil penelitian dipublikasikan di Nature Energy
- Menawarkan potensi besar untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dan memproduksi bahan kimia terbarukan
- Mohammad Asadi, yang memimpin penelitian, mengatakan "Produksi bahan kimia terbarukan sangat penting, dan merupakan cara terbaik untuk menutup siklus karbon tanpa kehilangan bahan kimia yang kita gunakan sehari-hari saat ini"
Teknologi inti — sistem katalis
- Sistem katalis unik yang memanfaatkan logam murah dan senyawa organik menjadi inti dari inovasi ini
- Propana adalah bahan bakar yang banyak digunakan dan terdiri dari tiga atom karbon
- Hingga kini, mengubah CO2 menjadi molekul multikarbon kompleks seperti propana merupakan tantangan yang sangat sulit
- Dengan menggabungkan eksperimen dan pemodelan komputasional, tim mengungkap prinsip bagaimana katalis mencapai aktivitas reaksi yang tinggi dan selektivitas terhadap propana
- Mengidentifikasi faktor-faktor kunci yang memengaruhi kinerja dan stabilitas katalis
Keunggulan desain continuous-flow
- Desain elektrolisis continuous-flow menjadi kekuatan utama teknologi ini
- Mewujudkan produksi propana yang dapat diskalakan tanpa henti
- Mengatasi keterbatasan sistem konversi CO2 metode batch yang ada
- Realisasi prototipe skala laboratorium membuktikan komitmen untuk mengembangkan solusi energi berkelanjutan yang layak secara komersial
Makna dan kerja sama
- Sejalan dengan upaya nasional untuk mencapai emisi gas rumah kaca net zero pada 2050
- Mendapat apresiasi dan dukungan dari lembaga pemerintah seperti Advanced Research Projects Agency-Energy
- Bekerja sama dengan perusahaan propana global SHV Energy untuk mengoptimalkan dan menyebarluaskan teknologi
- Keith Simons dari SHV Energy mengatakan "Kemajuan menarik yang membuka jalur e-fuel baru untuk produksi propana yang berorientasi tujuan bagi pengguna global bahan bakar esensial ini"
- Sebuah kemajuan penting menuju manufaktur kimia berkelanjutan dan terbarukan, sekaligus memiliki potensi mengurangi emisi karbon industri
1 komentar
Komentar Hacker News
Isi ilmiah sebenarnya ada di bagian ini: “sistem katalis nanopartikel Mo3P terfungsionalisasi 1-ethyl-3-methylimidazolium yang dilapisi ionomer penukar anion menghasilkan propana dari CO2 di elektroliser pada −0,8V terhadap elektroda hidrogen reversibel, selama 100 jam, dengan kerapatan arus −395 mA cm−2 dan efisiensi Faraday 91%”
Angkanya hampir terlalu bagus untuk dipercaya, dan menunjukkan laju reaksi, efisiensi, serta rentang waktu yang bermakna secara komersial
Patennya kemungkinan sudah diajukan, jadi setelah paten itu habis masa berlakunya 20 tahun lagi, sepertinya ini akan menjadi cara standar untuk memproses CO2 yang ditangkap
Jika teknologinya memang seefektif itu dan pemegang patennya sedikit saja rasional secara ekonomi, pihak yang kemungkinan akan mendorongnya menjadi standar pemrosesan CO2 tertangkap jauh sebelum paten berakhir adalah pemegang paten itu sendiri
Paten bukan sistem yang hanya punya sisi positif, tetapi dalam gambaran ini ia terlalu besar untuk diabaikan
Abstraknya membahas metode dan perangkat untuk menghasilkan gas hidrogen dengan memasukkan katalis tri-transition metal phosphide ke elektroda sel konversi energi elektrokatalitik
Google Patents menulisnya “M03P”, tetapi abstrak PDF menulis “MO3P”, dan dari isi dokumennya jelas maksudnya “Mo3P”
Sekalipun paten ini bukan persis teknologi yang sekarang, gambar pendukung 20 menunjukkan katalis ImF-Mo3P lebih baik daripada “pristine Mo3P nanoparticles”, dan para penulis punya beberapa paten terkait, jadi kemungkinan besar teknologi ini juga sudah dipatenkan
Saat ini CO2 pekat hampir semuanya berasal dari konsumsi bahan bakar fosil, dan jika itu diubah menjadi propana lalu dibakar di kapal atau boiler rumah, memang karbonnya dipakai dua kali, tetapi pada akhirnya tetap dilepas ke atmosfer
Intinya adalah efisiensi keseluruhan dari penangkapan karbon atmosfer + produksi propana katalitik + pembakaran propana
Untuk proses yang benar-benar membutuhkan panas pembakaran, atau ketika portabilitas propana menjadi keunggulan besar dibanding listrik, perhitungannya mungkin masuk akal, dan ini juga bisa menjadi media penyimpanan listrik di antara sumber energi terbarukan
Pada akhirnya semuanya bergantung pada angkanya
Misalnya, jika mobil saya membakar LPG setara 100kWh, saya penasaran berapa kWh propana yang bisa dipulihkan dari gas buang, dan berapa kWh listrik yang harus dimasukkan untuk itu
Belum jelas apakah metode ini bisa berjalan hanya dengan sedikit CO2, atau membutuhkan atmosfer CO2 pekat tanpa O2
Mengekstraksi CO2 0,4% dari udara itu mahal
Jika tujuannya memakai CO2 pekat dari tempat seperti tanur, maka persoalannya adalah apakah harus dipakai langsung di lokasi, dikirim lewat pipa jarak jauh, atau dimasukkan ke tabung
Saya juga penasaran apakah ada penggunaan yang tidak bisa digantikan listrik sehingga memang harus membakar propana
Di Eropa ada fasilitas penyimpanan gas alam raksasa untuk membeli gas pada musim panas dan memakainya untuk pemanas pada musim dingin
Kita akan membutuhkan sarana penyimpanan serupa dengan cara terbarukan, dan jika gudang itu bisa diisi dengan propana hijau, itu akan luar biasa
Infrastruktur pemanas yang ada bisa dipertahankan, dan kelebihan produksi surya pada musim panas bisa dimanfaatkan dengan sangat baik
Jujur saja, ini terdengar terlalu bagus untuk dipercaya
Mengoperasikan kapal besar samudra sepenuhnya dengan baterai untuk seluruh rute nyaris mustahil, tetapi dengan LPG, yang pada dasarnya campuran propana/butana, itu mungkin
Jika dikembangkan teknologi kimia atau bioteknologi tambahan untuk menggabungkannya menjadi hidrokarbon yang lebih besar, ini juga bisa dipakai sebagai prekursor bahan bakar sintetis penerbangan
Ada begitu banyak hal yang saat ini memakai propana, dan mengirimkan propana terbarukan ke semuanya jauh lebih mudah daripada mengubah semuanya menjadi listrik
Jika dibuat listrik, dibutuhkan sambungan 13k/220 = 60A, tiga kali standar instalasi listrik rumah di sini
Dan benar bahwa angka itu terlalu rendah untuk dijadikan sumber proses ini
Apa yang terjadi dengan pengumuman serupa dari Stanford pada 2019? https://news.stanford.edu/2019/10/17/new-catalyst-helps-turn-carbon-dioxide-fuel/
Rutenium dan iridium dikenal sebagai katalis yang stabil, tetapi termasuk unsur paling langka
Struktur dari Stanford menggunakan Ru, sementara makalah ini tampaknya hanya mengusulkan material yang melimpah
Jika bisa digunakan dalam skala besar dan stabilitasnya juga terbukti, ini merupakan kemajuan penting
Saya penasaran apakah membran/katalis yang sama bisa dipakai juga untuk proses kebalikannya.
Dengan kata lain, mengoksidasi propana dengan oksigen di udara sehingga menghasilkan air dan CO2, lalu alih-alih panas, langsung menghasilkan listrik sehingga kerugiannya berkurang besar.
Jika memungkinkan, ini bisa sangat berarti untuk penyimpanan energi.
Densitas energi propana adalah 49,6 MJ/kg, sedangkan baterai lithium-ion sekitar 0,8 MJ/kg, jadi selisihnya lebih dari 50 kali lipat.
Cukup menghasilkan listrik dengan panel surya, membuat propana atau listrik dengan sistem ini, lalu menyiapkan tangki propana komersial berukuran besar untuk menghadapi hari mendung atau beberapa minggu ke depan.
Reaksi elektroliser pada umumnya bersifat reversibel.
Jika mereka bisa menjalankan arah sebaliknya, yaitu air+propana → CO2+hidrogen+listrik, dengan efisiensi 91% seperti yang diklaim, maka ini bisa menggantikan semua generator turbin gas yang biasanya efisiensi maksimumnya sekitar 60%.
Jika masalah mengubah produksi energi terbarukan intermiten menjadi propana untuk disimpan bisa diselesaikan, maka praktis sudah menang.
Kira-kira berapa efisiensi umumnya?
4 H2O + 3 CO2 <=> C3H8 + 5 O2Makalah aslinya: https://www.nature.com/articles/s41560-023-01314-8
Media lokal di wilayah sini sepertinya akan membahas ini besar-besaran.
Sebab lebih dari 13% mobil penumpang di sekitar sini adalah kendaraan bifuel yang memakai bensin dan LPG—pada dasarnya sebagian besar propana—dan LPG juga dipasang pada kendaraan hybrid.
Lucunya, meski begitu masih sedikit tempat yang mengizinkan kendaraan seperti ini masuk ke parkir bawah tanah.
Melihat tarif listrik, tampaknya tidak ada kemungkinan ini menjadi lebih murah daripada bahan bakar fosil, jadi sepertinya tidak akan cepat diadopsi pada mobil.
Sebagai referensi, ada startup bernama Terraform Industries yang mengubah CO2 → metana.
https://terraformindustries.com/
Saya bertanya kepada salah satu pendirinya tentang pendapatnya soal ini.
https://twitter.com/ccorcos/status/1694021803654693342
Saya penasaran bagaimana perbandingan keduanya.
Katanya ini adalah “nanopartikel Mo3P yang difungsionalisasi dengan 1-ethyl-3-methylimidazolium, dilapisi ionomer penukar anion”; seberapa sulit dan mahal memproduksi massal material-material ini?
Molibdenum tidak selangka atau semahal platinum, jadi itu jelas merupakan keunggulan.