Metode baru produksi hidrogen ramah lingkungan, yang diperkenalkan oleh para peneliti Technion, memanfaatkan energi terbarukan sebagai alternatif bahan bakar fosil yang lebih bersih, lebih efisien, dan hemat biaya, sehingga menandai kemajuan signifikan dalam upaya melawan pemanasan global. Kredit: SciTechDaily.com
Kelompok penelitian Profesor Avner Rothschild di Technion – Institut Teknologi Israel mengembangkan teknologi baru yang ramah lingkungan untuk memproduksi hidrogen.
Sekelompok peneliti dari Fakultas Sains dan Teknik Material mempresentasikan teknologi baru untuk memproduksi hidrogen hijau dengan menggunakan energi terbarukan. Terobosan mereka baru-baru ini dipublikasikan di Bahan Alami. Teknologi baru ini memiliki keunggulan signifikan dibandingkan proses produksi hidrogen hijau lainnya, dan pengembangannya menjadi teknologi komersial kemungkinan besar akan mengurangi biaya dan mempercepat penggunaan hidrogen hijau sebagai alternatif bahan bakar fosil yang bersih dan berkelanjutan.
Penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar sebagai pengganti batu bara, bensin, dan gas “alam” akan mengurangi penggunaan bahan bakar tersebut dan emisi gas rumah kaca dari berbagai sumber, termasuk transportasi, produksi bahan dan bahan kimia, serta pemanasan industri. Berbeda dengan bahan bakar ini, yang mengeluarkan karbon dioksida ke atmosfer ketika dibakar di udara, penggunaan hidrogen menghasilkan air sehingga dianggap sebagai bahan bakar ramah lingkungan.
Namun, cara paling umum untuk memproduksi hidrogen adalah dengan menggunakan gas alam (atau batu bara) dan proses tersebut melepaskan karbon dioksida dalam jumlah besar ke atmosfer – sehingga meniadakan manfaatnya sebagai alternatif bahan bakar fosil yang ramah lingkungan dan berkelanjutan. Pada tahun 2022, konsumsi hidrogen global akan mencapai sekitar 95 juta ton – jumlah yang sesuai untuk meningkatkan berbagai produk bahan bakar, dan khususnya untuk memproduksi amonia, yang diperlukan untuk pembuatan pupuk pertanian.
Dari kanan ke kiri: Dr Anna Breytus, Chief Science Officer; Yelena Davidova, dan Ilya Slobodkin. Kredit: Teknologi
Hampir seluruh hidrogen yang dikonsumsi saat ini dihasilkan dari bahan bakar fosil, oleh karena itu disebut “hidrogen abu-abu” (terbuat dari metana) atau “hidrogen hitam” (terbuat dari batu bara). Produksi hidrogen dengan menggunakan metode ini bertanggung jawab atas sekitar 2,5% emisi karbon dioksida global tahunan ke atmosfer akibat tindakan manusia. Mengganti hidrogen abu-abu dengan hidrogen hijau diperlukan untuk mengurangi sumber emisi yang signifikan dan mengganti bahan bakar fosil yang mencemari dengan hidrogen yang bersih dan berkelanjutan.
Berbagai perkiraan memperkirakan bahwa hidrogen hijau kemungkinan akan menguasai sekitar 10% pasar energi global dengan emisi nol bersih – target saat ini untuk mitigasi perubahan iklim dan pemanasan global akibat efek rumah kaca dari peningkatan konsentrasi karbon dioksida di bumi. suasana. Inilah alasan betapa pentingnya hidrogen hijau dalam memerangi pemanasan global.
Kemajuan Teknologi dalam Elektrolisis
Hidrogen hijau diproduksi melalui elektrolisis – dekomposisi elektrokimia air menjadi oksigen dan hidrogen menggunakan energi dari sumber terbarukan seperti angin dan matahari. Elektrolisis ditemukan lebih dari 200 tahun yang lalu, dan sejak itu telah mengalami banyak perkembangan dan perbaikan. Namun, masih terlalu mahal untuk memproduksi hidrogen ramah lingkungan dengan harga bersaing.
Salah satu tantangan teknologi yang membatasi penggunaan elektrolisis untuk menghasilkan hidrogen hijau dalam jumlah besar – jumlah yang akan membantu mencapai rencana untuk mencapai emisi karbon nol bersih – adalah kebutuhan akan membran, gasket, dan komponen penyegel yang mahal untuk memisahkan bahan katodik dan anodik. kompartemen.
Profesor Avner Rothschild. Kredit: Teknologi
Beberapa tahun yang lalu, peneliti Technion mempresentasikan teknik elektrolisis yang inovatif dan efisien yang tidak memerlukan membran dan segel untuk memisahkan dua bagian sel, karena hidrogen dan oksigen diproduksi pada tahapan proses yang berbeda, tidak seperti elektrolisis biasa. di mana mereka diciptakan secara bersamaan.
Proses baru ini disebut E-TAC, dikembangkan oleh Dr. Hen Dotan dan Dr. Avigail Landman di bawah pengawasan Prof. Avner Rothschild dan Prof. Gideon Grader. Mereka bermitra dengan pengusaha Talmon Marco untuk memenuhi potensi proses dan mengembangkan aplikasi komersial.
Detail Teknologi Baru
Peneliti dari Prof Rothschild di Technion kini menghadirkan proses baru di mana hidrogen dan oksigen diproduksi secara bersamaan dalam dua sel terpisah, berbeda dengan proses E-TAC di mana keduanya diproduksi dalam sel yang sama tetapi pada tahapan yang berbeda. Proses baru ini dikembangkan oleh Ilia Slobodkin sebagai bagian dari tesis masternya, dengan bantuan Peneliti Senior Dr. Elena Davydova dan Dr. Anna Breytus serta mahasiswa master Matan Sananis.
Proses baru ini melewati tantangan operasional dan keterbatasan elektroda padat di mana oksigen diproduksi dalam teknik E-TAC dengan menggantinya dengan elektrolit berair NaBr dalam air. Penggantian ini membuka jalan bagi pemrosesan berkelanjutan (berbeda dengan pemrosesan batch dengan E-TAC) dan menghilangkan kebutuhan untuk mengalirkan elektrolit dingin dan panas secara bergantian melalui sel.
Anion bromida dalam elektrolit dioksidasi menjadi bromat sambil menghasilkan hidrogen di katoda, dan kemudian mengalir bersama elektrolit berair ke sel lain, di mana mereka diubah kembali ke keadaan semula sambil menghasilkan oksigen, dan proses ini terus berulang. Dengan cara ini, hidrogen dan oksigen diproduksi secara bersamaan dalam dua sel terpisah dalam proses berkelanjutan tanpa perubahan suhu, tidak seperti E-TAC.
Selain itu, oksigen diproduksi dalam elektrolit berair dan bukan dalam elektroda padat seperti pada E-TAC, dan oleh karena itu tidak tunduk pada batasan laju dan kapasitas yang khas dari jenis elektroda tersebut, seperti baterai yang dapat diisi ulang.
Dalam sebuah artikel yang diterbitkan di Bahan Alamipara peneliti menjelaskan eksperimen dasar mereka yang membuktikan kelayakan awal dari proses yang diusulkan, dan menyajikan hasil yang menunjukkan efisiensi tinggi dan kemampuan bekerja pada arus listrik tinggi, yang berarti bahwa hidrogen dapat diproduksi dengan kecepatan tinggi.
Pada saat yang sama, jalan ke depan untuk mengembangkan teknologi baru berdasarkan terobosan ilmiah yang dijelaskan dalam artikel masih panjang. Teknologi seperti ini kemungkinan besar akan mengatasi banyak kendala dalam proses produksi industri hidrogen ramah lingkungan sebagai alternatif bahan bakar fosil yang berkelanjutan.
referensi: “Siklus elektrokimia dan kimia untuk pemisahan air terpisah dengan efisiensi tinggi dalam elektrolit yang hampir netral” oleh Ilya Slobodkin, Elena Davydova, Matan Sananis, Anna Breytus dan Avner Rothschild, 9 Januari 2024, Bahan Alami.
DOI: 10.1038/s41563-023-01767-y
Prof Rothschild adalah anggota Program Energi Nancy dan Stephen Grand Technion, Pusat Katalisis Keberlanjutan Stewart dan Lynda Resnick, dan Institut Penelitian Nasional untuk Penyimpanan Energi. Penelitian ini didukung oleh Kementerian Inovasi, Sains dan Teknologi dan JNF-KKL Climate Solution Prize.
NewsRoom.id
