Peneliti dari University Alliance Ruhr, Jerman, telah menemukan katalis yang memungkinkan konversi amonia menjadi hidrogen dan nitrit, yang berpotensi menggabungkan produksi hidrogen dan pembuatan pupuk. Dengan menggunakan elektroda difusi gas dan katalis multi-logam yang sesuai, mereka mencapai tingkat konversi elektron yang signifikan dan menunjukkan kelayakan menggabungkan reaksi Haber-Bosch terbalik dengan elektrolisis air, meskipun aplikasi industri masih jauh dari harapan.
Peneliti Jerman telah menciptakan katalis yang mengubah amonia menjadi hidrogen dan nitrit, yang berpotensi menggabungkan produksi hidrogen dan pembuatan pupuk dalam satu proses.
Tim peneliti dari University Alliance Ruhr di Jerman telah menemukan katalis yang dapat mengubah amonia menjadi hidrogen, pembawa energi, dan nitrit, prekursor pupuk. Secara tradisional, produksi hidrogen dan pupuk melibatkan proses kimia yang terpisah.
Dengan pendekatan baru ini, tim dari Ruhr University Bochum dan University of Duisburg-Essen menunjukkan bahwa keduanya dapat digabungkan dalam skala laboratorium. Kelompok yang berbasis di Bochum yang dipimpin oleh Ieva Cechanaviciute dan Profesor Wolfgang Schuhmann melaporkan hasil tersebut bersama dengan Bhawana Kumari dan Profesor Corina Andronescu dari University of Duisburg-Essen dalam jurnal Kimia Terapan Edisi Internasional.
Hidrogen dapat diproduksi dengan memisahkan air (H2O) menjadi hidrogen (H2) dan oksigen (O2) menggunakan energi listrik. Agar proses ini berkelanjutan, energi harus berasal dari sumber terbarukan. “Ini hanya dapat dilakukan di negara-negara yang memiliki banyak ruang untuk tenaga angin dan banyak sinar matahari untuk fotovoltaik, misalnya di Namibia,” jelas Wolfgang Schuhmann. Untuk membangun ekonomi berbasis hidrogen di Jerman, hidrogen harus diimpor dari negara-negara yang jauh. Inti masalahnya adalah bahwa banyak energi diperlukan untuk mencairkan hidrogen untuk transportasi, karena hidrogen hanya menjadi cair pada suhu yang sangat rendah yaitu minus 253 derajat Celsius atau tekanan tinggi.
Ieva Cechanaviciute. Kredit: RUB, Marquard
Amonia lebih mudah diangkut daripada hidrogen
Oleh karena itu, konsep alternatif mempertimbangkan untuk mengubah hidrogen menjadi amonia di lokasi produksi, karena amonia berubah menjadi cairan pada suhu minus 33 derajat Celsius. Amonia juga memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi. “Tangki yang penuh dengan amonia cair akan mengangkut sekitar 2,5 kali lebih banyak energi daripada tangki yang penuh dengan hidrogen cair,” jelas Schuhmann. Akhirnya, amonia harus diubah kembali menjadi hidrogen pada titik penggunaan. Ini biasanya dilakukan dengan menggunakan reaksi Haber-Bosch terbalik, di mana amonia (NH3) diubah menjadi nitrogen (N2) dan hidrogen (H2). Namun, dari kedua produk tersebut, hanya hidrogen yang dapat dimanfaatkan secara menguntungkan.
Menggandakan hasil hidrogen
“Oleh karena itu, kami memiliki ide untuk menggabungkan reaksi Haber-Bosch terbalik dengan elektrolisis air kedua untuk menghasilkan produk yang dapat dengan mudah digunakan untuk produksi pupuk, seperti nitrit atau nitrat, sebagai pengganti nitrogen,” jelas Ieva Cechanaviciute. Dalam reaksi ini, amonia (NH3) dan air (H2O) dikonsumsi untuk menghasilkan nitrit (NO2–) dan hidrogen (H2). Berbeda dengan reaksi Haber-Bosch sebaliknya, keluaran hidrogen menjadi dua kali lipat dan alih-alih nitrogen yang tidak dapat digunakan, yang dihasilkan terutama nitrit, yang kemudian dapat diolah menjadi pupuk.
Untuk reaksi tersebut, tim menggunakan elektroda difusi gas yang dapat diisi dengan amonia dalam bentuk gas. “Hal ini belum pernah dilakukan sebelumnya,” jelas Wolfgang Schuhmann. “Amonia selalu digunakan dalam bentuk terlarut.”
RUB, MarquardBagian dari tim peneliti Bochum: Ieva Cechanaviciute dan Wolfgang Schuhmann. Kredit: RUB, Marquard
Mengatasi kesenjangan termodinamika
Salah satu tantangan bagi para peneliti adalah menemukan katalis yang tepat untuk mewujudkan ide mereka. Hal ini dikarenakan bahan awal yang digunakan adalah NH3 cenderung berubah menjadi nitrogen karena ikatan rangkap tiga nitrogen-nitrogen yang sangat kuat dan tidak berubah menjadi nitrit. “Pertama-tama kami harus menjembatani Grand Canyon termodinamika ini,” jelas Cechanaviciute. Dalam pekerjaan sebelumnya, tim tersebut telah bereksperimen dengan katalis multi-logam, yang terbukti cocok untuk tujuan ini. Mereka mampu mengubah 87 persen elektron yang ditransfer menjadi nitrit. Tim tersebut juga berhasil menghindari oksigen sebagai produk sampingan yang tidak diinginkan dari elektrolisis air.
“Pekerjaan kami menunjukkan bahwa Gedankenexperiment kami dapat berjalan secara prinsip,” simpul Wolfgang Schuhmann. “Namun, kami masih jauh dari implementasi teknis pada skala industri.”
Referensi: “Elektroda Difusi Gas untuk Oksidasi Elektrokatalitik Amonia Gas: Melangkah Melintasi Ngarai Energi Nitrogen” oleh Ieva A. Cechanaviciute, Bhawana Kumari, Lars M. Alfes, Corina Andronescu dan Wolfgang Schuhmann, 23 Juni 2024, Kimia Terapan Edisi Internasional.
DOI: 10.1002/anie.202404348
Penelitian ini didanai oleh Yayasan Penelitian Jerman dan Dewan Penelitian Eropa.
NewsRoom.id
