Para periset di The Ohio State University sedang mengembangkan teknologi yang berpotensi mengonversi bahan bakar fosil dan biomassa menjadi produk bermanfaat termasuk listrik tanpa memancarkan karbon dioksida ke atmosfer.
Dalam dua makalah pertama yang diterbitkan dalam jurnal Energy & Environmental Science , para periset melaporkan bahwa mereka telah menemukan sebuah proses yang mengubah gas limbah menjadi produk seperti metanol dan bensin-sembari mengkonsumsi karbon dioksida. Proses ini juga bisa diterapkan pada batu bara dan biomassa untuk menghasilkan produk yang bermanfaat.
Dalam kondisi tertentu, teknologi ini mengkonsumsi semua karbon dioksida yang dihasilkannya ditambah dengan karbon dioksida tambahan dari sumber luar.
Di makalah kedua, mereka melaporkan bahwa mereka telah menemukan cara untuk memperpanjang masa pakai partikel yang memungkinkan reaksi kimia untuk mengubah batubara atau bahan bakar lainnya menjadi listrik dan produk bermanfaat selama jangka waktu yang berguna untuk operasi komersial.
Akhirnya, tim yang sama telah menemukan dan mematenkan sebuah cara dengan potensi untuk menurunkan biaya modal dalam memproduksi gas bahan bakar yang disebut gas sintesis, atau “syngas”, sekitar 50 persen dari teknologi tradisional.
Teknologi yang dikenal dengan chemical looping ini menggunakan partikel oksida logam di reaktor bertekanan tinggi untuk membakar bahan bakar fosil dan biomassa tanpa adanya oksigen di udara. Oksida logam memberikan oksigen untuk reaksi.
Perputaran kimiawi mampu bertindak sebagai teknologi darurat yang bisa menghasilkan listrik bersih sampai energi terbarukan seperti matahari dan angin menjadi tersedia secara luas dan terjangkau, kata para periset.
“Renewable adalah masa depan,” kata Fan Liang-Shih, Profesor Universitas terkemuka di bidang Teknik Kimia dan Biomolekuler, yang memimpin usaha tersebut. “Kita membutuhkan jembatan yang memungkinkan kita menciptakan energi bersih sampai kita sampai di sana-sesuatu yang terjangkau dapat kita gunakan untuk 30 tahun ke depan atau lebih, sementara tenaga angin dan matahari menjadi teknologi yang berlaku.”
Lima tahun yang lalu, Fan dan tim risetnya mendemonstrasikan sebuah teknologi pembakaran yang disebut Coal Direct Chemical Looping (CDCL), di mana mereka dapat melepaskan energi dari batubara sambil menangkap lebih dari 99 persen karbon dioksida yang dihasilkan, mencegah emisi ke lingkungan. Kemajuan utama CDCL datang dalam bentuk partikel oksida besi yang memasok oksigen untuk pembakaran bahan kimia di alas reaktor bergerak. Setelah pembakaran, partikel mengambil kembali oksigen dari udara, dan siklus pun dimulai lagi.
Tantangannya, seperti sekarang, adalah bagaimana menjaga agar partikel tidak padam, kata Andrew Tong, asisten profesor teknik kimia dan biomolekuler di Ohio State.
https://youtu.be/g_4BsizXIJo
Sementara lima tahun yang lalu, partikel untuk CDCL bertahan melalui 100 siklus selama lebih dari delapan hari operasi terus-menerus, para periset telah mengembangkan formulasi baru yang berlangsung selama lebih dari 3.000 siklus, atau lebih dari delapan bulan penggunaan terus-menerus dalam sebuah pengujian skala laboratorium. Formulasi serupa juga telah diuji coba di sub-pilot dan pabrik percontohan.
“Partikel itu sendiri adalah sebuah bejana, dan ia membawa oksigen bolak-balik dalam proses ini, dan akhirnya berantakan. Seperti sebuah truk yang mengangkut barang di jalan raya, pada akhirnya akan mengalami keausan dan kita umpamakan jika kita merancang sebuah partikel yang bisa melakukan perjalanan 3.000 kali di laboratorium dan tetap menjaga integritasnya,” kata Tong.
Ini adalah masa terpanjang yang pernah dilaporkan untuk pembawa oksigen, tambahnya. Langkah selanjutnya adalah menguji pembawa dalam proses perulangan kimiawi berbahan batu bara terpadu.
Kemajuan lain melibatkan pengembangan insinyur perulangan kimia untuk produksi syngas, yang pada gilirannya memberikan blok bangunan untuk sejumlah produk bermanfaat lainnya termasuk serat amonia, plastik atau bahkan serat karbon.
Di sinilah teknologi benar-benar menarik: Ini memberikan penggunaan industri potensial untuk karbon dioksida sebagai bahan baku untuk menghasilkan produk sehari-hari yang berguna.
Saat ini, ketika karbon dioksida dihilangkan dari cerobong pembangkit listrik, hal itu dimaksudkan untuk ditimbunkan agar tidak memasuki atmosfer sebagai gas rumah kaca. Dalam skenario baru ini, beberapa karbon dioksida yang dihilangkan tidak perlu ditimbunkan; itu bisa diubah menjadi produk yang bermanfaat.
Secara bersamaan, Fan mengatakan, kemajuan ini membawa teknologi perulangan kimia Ohio State beberapa langkah lebih dekat ke komersialisasi.
Dia menyebut kemajuan terbaru “signifikan dan mengasyikkan,” dan mereka sudah lama datang. Inovasi sejati dalam sains jarang terjadi, dan bila hal itu terjadi, mereka tidak mendadak. Mereka biasanya hasil dari upaya bersama selama bertahun-tahun-atau, dalam kasus Fan, hasil penelitian selama 40 tahun di Ohio State. Sepanjang beberapa waktu itu, karyanya telah didukung oleh Departemen Energi AS dan Dinas Pembangunan Ohio.
“Ini adalah pekerjaan kehidupan saya,” kata Fan.
Grup Linde, penyedia hidrogen dan pasokan gas sintesis dan pabrik, telah mulai berkolaborasi dengan tim tersebut. Andreas Rupieper, kepala Linde Group R & D di Technology & Innovation mengatakan bahwa kemampuan untuk menangkap karbon dioksida di pabrik produksi hidrogen dan menggunakannya di hilir untuk menghasilkan produk dengan biaya kompetitif “dapat menjembatani transisi menuju produksi hidrogen yang terdekoksisasi di masa depan.” Dia menambahkan bahwa “Linde menganggap teknologi platform perulangan kimia Ohio State untuk produksi hidrogen menjadi teknologi alternatif potensial bagi pabrik barunya”.
Babcock & Wilcox Company (B & W), yang memproduksi teknologi energi bersih untuk pasar tenaga listrik, telah berkolaborasi dengan Ohio State selama 10 tahun terakhir mengenai pengembangan teknologi CDCL – sebuah teknologi pembakaran oxy-combustion canggih untuk produksi listrik dari batubara dengan hampir nol emisi karbon David Kraft, Technical Fellow at B & W, menyatakan “Proses CDCL adalah pendekatan paling maju dan hemat biaya untuk penangkapan karbon yang telah kami ulas sampai saat ini dan berkomitmen untuk mendukung kelayakan komersialnya melalui rancangan percontohan skala besar dan studi kelayakan. keberhasilan program kolaboratif yang terus berlanjut dengan Ohio State, B & W percaya bahwa CDCL memiliki potensi untuk mengubah industri petrokimia dan listrik. “
