Energi

Produksi Amonia Sangat Merugikan Lingkungan – Insinyur Baru Saja Mengembangkan Metode yang Lebih Bersih

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Pengungkapan: Securities.io dapat menerima kompensasi saat Anda memakai tautan ke produk yang kami ulas. Hal ini tidak memengaruhi penilaian editorial kami. Kami bukan penasihat investasi terdaftar; ini bukan saran investasi. Baca pengungkapan afiliasi kami.

Amonia: Dari Polutan Menjadi Alternatif Hijau

Amonia telah dibahas sebagai alternatif bahan bakar fosil untuk aplikasi yang sulit di‑elektrifikasi, seperti pengiriman, truk, atau penyimpanan energi jangka panjang. Ia juga telah diusulkan sebagai langkah perantara untuk transportasi aman hidrogen yang kemudian dapat digunakan dalam sel bahan bakar.

Biasanya, produksi amonia mengandalkan penggabungan hidrogen dengan gas nitrogen di bawah tekanan tinggi dan suhu tinggi, sebuah proses yang disebut Proses Haber‑Bosch. Sayangnya, metode ini mencemari dan tidak terlalu efisien secara energi.

Sebaliknya, peneliti di the University of Illinois, Texas Tech University, dan  General Ammonia Company telah mengoptimalkan metode baru untuk memproduksi amonia yang memanfaatkan etanol dengan elektroda litium bermuatan.

Ini bukan terobosan pertama mereka, dengan pekerjaan sebelumnya pada electrocatalytic screens (sebuah jaring tembaga) untuk produksi amonia, serta “solar-to-fuel“ ammonia generators.

Litium “Simfoni” untuk Produksi Amonia Hijau

Metode produksi amonia baru bekerja dengan menggabungkan gas nitrogen dan cairan penyumbang hidrogen seperti etanol dengan elektroda litium bermuatan.

“Sintesis amonia yang dimediasi litium” (LiMAS) ini bekerja dalam 3 langkah berurutan:

  1. Pertama, langkah yang disebut deposisi elektroda Li+. Ini dilakukan dengan osilasi arus untuk memastikan antarmuka elektrolit padat (SEI) berkualitas tinggi & stabilitas tegangan.
  2. Kedua, molekul nitrogen menempel pada litium dalam proses yang disebut nitridasi Li.
  3. Ketiga, protolisis Li3N menambahkan atom hidrogen ke nitrogen, menghasilkan Amonia (NH3).

 

Para peneliti menggambarkan proses ini sebagai sebuah “simfoni,” karena setiap langkah diatur sedemikian rupa sehingga proses tetap efisien dan menjaga bahan berputar untuk siklus reaksi kimia berikutnya.

“Ada dua lingkaran yang terjadi. Salah satunya adalah regenerasi sumber hidrogen dan yang kedua adalah regenerasi litium. Ada sebuah simfoni dalam reaksi ini, karena prosesnya bersifat siklik.

Apa yang kami lakukan adalah memahami simfoni ini dengan cara yang lebih baik dan mencoba memodulasinya secara sangat efisien, sehingga kami dapat menciptakan resonansi dan membuatnya bergerak lebih cepat.” – Singh, associate professor of chemical engineering di UIC.

Langkah deposisi elektroda adalah inovasi paling penting dalam penelitian ini, karena secara signifikan meningkatkan selektivitas NH3.

Mereka juga menemukan dua faktor lain yang meningkatkan produktivitas produksi amonia:

  • Meningkatkan tekanan gas nitrogen hingga 20 bar.
  • Menggunakan alkohol sebagai sumber hidrogen.
    • 1-butanol sebagai donor hidrogen menghasilkan hasil tertinggi
    • Air merupakan donor hidrogen yang jauh kurang efisien, bertentangan dengan apa yang selama ini diyakini oleh komunitas ilmiah.

Secara keseluruhan, wawasan ini membuat LiMAS bertekanan tinggi (“Sintesis amonia yang dimediasi litium”) lebih produktif dibandingkan LiMAS bertekanan rendah dan reaksi Haber‑Bosch.

Sumber: UIC Today

Masalah dari Produksi Amonia

Amonia Hijau

Kami menyebutkan bagaimana produksi amonia kemungkinan merupakan langkah penting dalam mendekarbonisasi seluruh sektor ekonomi dan menciptakan ekonomi hidrogen. Kami membahas hal ini dalam artikel kami “Decarbonizing Global Shipping Lanes through Green Ammonia”.

Hal ini terutama benar jika proses tersebut didukung oleh energi hijau (termasuk penggunaan hidrogen hijau), karena bentuk amonia lainnya kurang ramah lingkungan.

Hal ini membedakan amonia hijau dari jenis amonia lainnya:

  • Amonia abu‑abu/coklat: diproduksi dari bahan bakar fosil.
  • Amonia biru diproduksi dari bahan bakar fosil tetapi dengan penangkapan karbon.
  • Amonia merah muda (kadang juga disebut amonia kuning): diproduksi dari energi nuklir.
  • Amonia turquoise: diproduksi dari pirolisis metana. Proses ini memecah metana menjadi hidrogen dan karbon padat, kemudian mengubah hidrogen menjadi amonia. Karbon padat dapat disimpan atau digunakan untuk aplikasi seperti serat karbon.

Saat ini, sebagian besar amonia diproduksi untuk aplikasi seperti produksi pupuk dan industri kimia (warna, bahan peledak, dll.). Kebanyakan dibuat dengan menggunakan bahan bakar fosil, terutama gas alam.

Akibatnya, amonia menempati peringkat kedua setelah semen di antara proses industri dalam hal emisi karbon, menyumbang 1,5% dari total emisi karbon.

Suhu tinggi yang diperlukan oleh proses Haber‑Bosch juga tidak membantu mengurangi biaya energi produksi amonia, karena energi tersebut sering berasal dari bahan bakar fosil, termasuk batu bara dengan emisi karbon tinggi.

Industrialisasi LiMAs

Meskipun litium bukan bahan termurah, ia juga tidak terlalu mahal dan tidak habis digunakan dalam produksi amonia dengan LiMAS bertekanan tinggi.

Jadi, dikombinasikan dengan efisiensi energi tinggi, metode ini menjadi sumber amonia berbiaya rendah.

Peneliti University of Illinois memperkirakan bahwa jika skala produksi ditingkatkan, metode ini akan layak secara ekonomi

“proses ini akan menghasilkan amonia dengan biaya $456 per ton, yang 60% lebih murah dibandingkan pendekatan berbasis litium sebelumnya dan metode hijau lainnya”.

Singh, associate professor of chemical engineering di UIC.

Hal ini akan menempatkan metode produksi tersebut dalam kisaran yang sama dengan alternatif hijau lain yang masih dalam pengembangan, seperti misalnya sistem produksi amonia kontainer milik Fuel Positive, yang menargetkan CA$560/ton, atau sistem amonia modular AmmPower dengan biaya listrik $360/ton saja (tidak termasuk pemeliharaan dan belanja modal).

(Kami membahas kedua perusahaan ini dan lainnya dalam artikel kami “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”)

$456 per ton juga akan sejalan dengan sebagian besar harga regional amonia di dunia, yang saat ini dipengaruhi oleh produksi berbasis bahan bakar fosil.

Harga amonia juga rentan terhadap fluktuasi tajam ketika harga gas alam naik, seperti pada tahun 2022 di awal perang di Ukraina.

Para ilmuwan sudah bekerja sama dengan General Ammonia Co. untuk melakukan pilot dan memperluas proses sintesis amonia yang dimediasi litium mereka. Sebuah pabrik pilot akan dibangun di wilayah Chicago dan Office of Technology Management University of Illinois telah mengajukan paten untuk proses tersebut.

Perusahaan Amonia Hijau

1. General Ammonia Company

Perusahaan yang bekerja sama dengan peneliti University of Illinois tidak terdaftar secara publik, namun “sedang aktif mencari investasi”.

Investor terakreditasi mungkin tertarik untuk menghubungi mereka secara langsung dan mendiskusikan kemungkinan syarat investasi dalam perusahaan serta pabrik pilot LiMAS bertekanan tinggi.

2. NitroVolt

NitroVolt adalah perusahaan lain yang berusaha menghasilkan amonia menggunakan LiMAS, dengan paten yang sedang diproses untuk proses sintesis amonia yang dimediasi litium.

Sumber: NitroVolt

Perusahaan Denmark ini menggabungkan proses LiMAS dengan sistem sel alir miliknya, memungkinkan reaksi berkelanjutan dengan efisiensi tinggi.

Penelitian perusahaan telah dipublikasikan dalam publikasi ilmiah bergengsi, terutama:

Sumber: NitroVolt

Perusahaan tersebut menerima investasi pertamanya pada 6th, 2024 dari VC firm BackingMinds.

3. FuelPositive Corporation (NHHHF)

FuelPositive telah menciptakan sistem produksi amonia hijau modular/kontainer. Target pertama mereka adalah sektor pertanian, memungkinkan produksi amonia di lokasi dengan energi yang diproduksi secara lokal. Sistem ini dapat menghasilkan hingga 300 kg/hari, 100 ton per tahun amonia dengan biaya CA$950.000.

Ini menjadikannya sistem yang cocok untuk pertanian hingga 1.800 acre. Hanya dengan 1,5 acre lahan yang ditutupi panel surya, cukup untuk menggerakkan produksi amonia.

Sumber: Fuel Positive

FuelPositive mengklaim sistemnya dapat menghasilkan amonia dengan biaya CA$560/ton,

Startup ini berada pada tahap awal, dengan produksi skala penuh dijadwalkan pada 2025, dan 30 pesanan telah dikonfirmasi sejauh ini, dengan pengiriman pertama dijadwalkan pada Maret 2024.

Kekuatan utama FuelPositive adalah modularitas teknologinya, memungkinkan pendekatan yang lebih terdistribusi dan produksi massal standar dari modul produksi amonia.

Perusahaan sedang membangun kemitraan dengan Cipher Neutron, yang dapat menghasilkan hidrogen tanpa menggunakan logam kelompok platina.

Kemitraan serupa untuk menggunakan/melilisensi metode LiMAS dalam produksi amonia dapat dibentuk, karena kekuatan perusahaan terletak pada desain modularnya, bukan pada teknologi produksi amonia yang dimiliki secara eksklusif.

Meskipun fokus utama adalah produksi pupuk, amonia dapat digunakan untuk menggerakkan mesin pertanian dengan energi yang diproduksi di lokasi, tergantung pada kecepatan adopsi alat pertanian berbasis amonia/hidrogen.

Sifat terdesentralisasi dan modular dari sistem FuelPositive juga dapat menjadikannya elemen kunci dalam ekonomi amonia masa depan. Pasar pupuk dapat menyediakan celah bagi perusahaan untuk tumbuh hingga penggunaan hidrogen dan amonia menjadi lebih luas.

4. AmmPower Corp. (AMMPF)

AmmPower mirip dengan FuelPositive karena menyediakan sistem produksi amonia modular, namun pada skala yang lebih besar, dengan modul dasarnya mampu menghasilkan 4 ton/hari. Hal ini menempatkan perusahaan lebih pada bidang pertanian sangat besar (lebih dari 10.000 acre) atau operasi industri seperti tekstil, pendinginan, pertambangan, farmasi, atau semikonduktor.

Sumber: AmmPower

Perusahaan sedang dalam proses membangun buku pesanan, dengan potensi pemesanan jangka pendek diperkirakan sebesar $30 juta, dan prospek penjualan untuk 690 unit dari 52 negara.

Perusahaan memperkirakan biaya listrik sekitar $360/ton amonia.

Modularitas sistem memungkinkan siklus cepat dan pengiriman, dengan waktu kurang dari satu tahun dibandingkan 3‑4 tahun pada proyek serupa tanpa pendekatan modular.

Perusahaan juga mengerjakan teknologi untuk mengubah limbah menjadi amonia, dalam usaha patungan dengan CTEC Energy Sales USA.

Di sini juga, kemitraan lain dapat dibentuk untuk mengintegrasikan proses amonia LiMAS ke dalam desain modular.

Untuk lebih memajukan amonia ke dalam ekonomi hidrogen‑amonia, perusahaan membuat anak perusahaan khusus yang didedikasikan untuk memecah amonia menjadi hidrogen, yang akan mencari pendanaan tambahan secara terpisah.

Dengan mencapai skala yang dapat memenuhi sebagian besar penggunaan industri, serta pertanian sangat besar, AmmPower menargetkan klien dan perusahaan dengan akses modal yang lebih dalam dibandingkan kebanyakan.

Dikombinasikan dengan teknologi pemecahan amonia, hal ini dapat memungkinkan perusahaan untuk meningkatkan skala dengan cepat mengikuti kebijakan yang mendorong pengembangan hidrogen sebagai pembawa energi.

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.