Emisi Siklus – Membuat Metana dari Karbon Dioksida

Proses baru yang memungkinkan ilmuwan menciptakan metana dari Karbon Dioksida dapat merevolusi pasar, memungkinkan produsen membuat sistem karbon siklus tertutup. Proses ini menggunakan elektrokimia dan model matematika canggih untuk secara langsung mengubah CO₂ yang ditangkap menjadi metana yang berguna. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Sistem Penangkapan Karbon

Konsep penangkapan karbon telah menjadi lebih populer selama 5 tahun terakhir. Sistem-sistem ini menghilangkan CO2 dari atmosfer dan menyimpannya. Ada banyak cara yang telah dilakukan insinyur untuk menyelesaikan tugas ini. Kebanyakan menggunakan reaksi kimia untuk memisahkan CO2 dari gas lain dan kemudian mengubahnya menjadi bahan kimia lain yang memiliki nilai.

Konsep-konsep ini telah terbukti berhasil namun masih berada pada tahap awal dengan kebanyakan masih mahal dan kurang skalabilitas. Agar teknologi ini menjadi benar-benar berdampak, perlu ditingkatkan ke tingkat industri, sehingga dapat memberikan hasil terbaik bagi masyarakat.

Proses Multilangkah

Kendala utama lainnya pada bentuk penangkapan karbon yang paling umum saat ini adalah mereka dapat memerlukan beberapa langkah. Setiap langkah memakan waktu dan memerlukan proses yang sangat spesifik. Dalam kebanyakan kasus, langkah pertama adalah menangkap dan mengumpulkan CO2. Dari sana, setiap sistem akan menjalankan prosesnya untuk menyelesaikan konversi. Setiap reaksi kimia menambah waktu, kompleksitas, dan biaya keseluruhan.

Bahan Kimia Berbahaya

Banyak opsi penangkapan karbon paling populer di pasar saat ini bergantung pada reaksi kimia. Sistem-sistem ini menghasilkan produk sampingan berbahaya yang sedikit mengurangi manfaatnya. Bahan kimia berbahaya harus disimpan, diangkut, dan dibuang dengan cara tertentu, menambah biaya keseluruhan per pon karbon yang ditangkap.

Studi Emisi Siklus

Sebuah studi terbaru yang dipublikasikan dalam Journal of the American Chemical Society berjudul “Integrated Carbon Dioxide Capture by Amines and Conversion to Methane on Single-Atom Nickel Catalysts”¹ menyelami metodologi baru yang mengurangi kebutuhan energi dan dapat berdaya sendiri. Studi tersebut menjelaskan metode yang mengubah CO2 menjadi metana secara aman.

Sumber – Journal of the American Chemical Society

Pengembangan ini merupakan tonggak penting, karena karbon dioksida adalah salah satu produk sampingan utama dari pembakaran metana. Ilmuwan telah lama berupaya menciptakan siklus karbon tertutup. Istilah ini merujuk pada sistem yang dapat memanfaatkan produk sampingannya untuk melanjutkan operasi. Secara khusus, makalah tersebut menjelaskan bagaimana mereka berhasil mengubah karbamat menjadi metana.

Dalam makalah tersebut, CO2 ditangkap menggunakan larutan penyaring amina. Karbamat kemudian dialirkan melalui katalis berbasis nikel, yang menampilkan atom-atom nikel tersusun dalam pola tertentu berdasarkan model matematika canggih.

Uji Emisi Siklus

Untuk menguji apakah konversi selesai, para insinyur menggunakan berbagai alat penelitian canggih termasuk X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) dan electron microscopy (EM). Perangkat ini menunjukkan bahwa konversi berhasil diselesaikan dan CO2 diubah menjadi Metana.

Para insinyur memanfaatkan perhitungan density functional theory (DFT) sebagai bagian dari pendekatan mereka. Model-model ini memungkinkan mereka memprediksi lebih baik dengan memetakan susunan dan distribusi elektron terbaik. Selain itu, para insinyur mengintegrasikan model computational hydrogen electrode (CHE) untuk menghitung energi bebas reaksi. Model ini juga berperan penting dalam menentukan langkah transfer elektron-terkait-proton yang tepat pada setiap reaksi.

Hasil Emisi Siklus

Hasil menunjukkan bahwa nikel atom tunggal (Ni) yang tersebar pada emas (Au) menghasilkan CH4 sebagai produk utama. Ini menunjukkan bahwa tim berhasil mengubah CO2 menjadi metana dan melacak setiap langkah proses. Tujuan selanjutnya adalah meningkatkan efisiensi untuk memaksimalkan produksi energi dari setiap siklus tertutup.

Manfaat Emisi Siklus

Penelitian ini membawa beberapa manfaat bagi pasar. Pertama, metode baru ini menyederhanakan penangkapan dan konversi Karbamat menjadi produk berguna, Metana. Prosesnya cepat dan tidak menghasilkan produk sampingan yang berbahaya atau tidak berguna. Selain itu, tidak memerlukan jumlah listrik yang besar.

Energi Rendah

Menurut para peneliti, metode baru ini memberikan kebutuhan energi terendah yang mungkin bagi mereka yang mencari penangkapan dan konversi karbon. Reaksi elektrokimia efisien dan lebih murah dibandingkan alternatif dan dapat dilakukan di lokasi.

Proses Satu Langkah

Manfaat lain dari metode penangkapan dan konversi karbon baru ini adalah menggabungkan semua langkah menjadi satu proses. Secara unik, karbon ditangkap dan dikonversi dalam satu langkah. Pendekatan ini mengurangi kompleksitas, meningkatkan stabilitas, dan menawarkan transparansi yang jauh lebih besar.

Peneliti

Tomaz Neves-Garcia memimpin studi yang dilakukan di The Ohio State University. Selain itu, Quansong Zhu, Robert Baker, Liane M. Rossi, Mahmudul Hasan, Robert E. Warburton, Jing Li, dan Hailiang Wang dari Yale University tercantum sebagai penulis bersama studi tersebut. Sekarang tim berupaya memperluas proses mereka untuk melayani sektor industri.

Perusahaan yang Dapat Memanfaatkan Penelitian Emisi Siklus

Beberapa perusahaan dapat meningkatkan profitabilitas mereka jika mengintegrasikan penelitian ini ke dalam model bisnis mereka. Perusahaan-perusahaan ini sudah beroperasi dalam ekosistem penangkapan karbon atau gas alam dan telah menginvestasikan banyak energi serta upaya untuk menciptakan produk unik yang melayani pasar ini.

Air Products and Chemicals, Inc. (APD)

Air Products and Chemicals Inc (APD ) didirikan di Detroit, Michigan, pada tahun 1940 oleh seorang pengusaha lokal bernama Leonard Parker Pool. Pada saat itu, perusahaan berfokus pada pembuatan generator kecil untuk digunakan selama Perang Dunia II. Setelah perang selesai, perusahaan berkomitmen untuk memperluas penawaran dan produknya.

Selama 80 tahun terakhir, Air Products and Chemicals Inc. telah menjadi penyedia gas yang diakui secara global. Perusahaan memiliki sejarah yang dinamis di pasar AS dan internasional. Fokusnya pada layanan dan klien berskala perusahaan besar telah membantu perusahaan memperoleh pengembalian besar dan memperluas operasi.

Air Products and Chemicals Inc. menerima banyak penghargaan sepanjang perjalanannya menjadi salah satu pilihan paling populer bagi produsen yang mencari gas metana. Pada tahun 2008, perusahaan terdaftar di Dow Jones Sustainability North America Index sebagai saham berperforma tinggi.

Saat ini, APD menunjukkan kenaikan YTD yang kuat karena kombinasi faktor termasuk kemajuan dalam prosesnya, manajemen bisnis yang cerdas, dan peningkatan penggunaan metana. Jika APD dapat mengintegrasikan teknologi ini ke dalam model bisnisnya, mereka dapat mengurangi biaya manufaktur secara signifikan. Saat ini, APD memiliki kapitalisasi pasar sebesar $73,961 miliar dan menunjukkan kenaikan positif sepanjang tahun.

Delta CleanTech Inc. (OTC)

Perusahaan pengurangan dampak kimia berbasis Kanada, Delta CleanTech Inc., memasuki pasar dengan tujuan meningkatkan teknologi penangkapan karbon yang ada. Perusahaan dengan cepat memperoleh reputasi karena fitur dan layanan uniknya. Bisnis dapat memanfaatkan keahlian Delta CleanTech untuk mengurangi CO2 dan emisi berbahaya lainnya.

Perusahaan memiliki beberapa produk berdampak yang tersedia saat ini. Misalnya, Delta Reclaimer memungkinkan perusahaan memurnikan pelarut. Selain itu, perusahaan saat ini menawarkan produk bernama MethanatorRX yang dapat memecah metana menjadi produk tidak berbahaya dengan aman. Perusahaan juga menawarkan layanan CarbonRX yang memungkinkan bisnis memaksimalkan penggunaan kredit karbon mereka.

Sistem Penangkapan Karbon Lain yang Patut Diketahui

Syukurlah, Peneliti Ohio State di balik studi emisi siklus tidak sendirian dalam upaya mereka menyelamatkan lingkungan dengan mengurangi CO2. Berikut beberapa cara menarik lainnya yang berpotensi secara signifikan mengurangi emisi CO2 ke depan.

Electrochemical Reactor

Tim insinyur yang dipimpin oleh RICE University memperkenalkan perangkat penangkapan udara langsung pada suhu ruang pertama di dunia. Reaktor ini dapat menangkap karbon dari udara secara langsung tanpa meninggalkan produk sampingan. Seperti tim OSU, proses elektrokimia mereka menghilangkan sorbet berbasis amina seperti natrium dan kalium hidroksida.

Menariknya, produk sampingan dari proses ini ternyata adalah hidrogen, bahan kimia sangat berguna lain yang dapat menggerakkan proses yang sama. Selain itu, penghilangan panas dan bahan kimia tambahan meningkatkan keberlanjutan pendekatan ini dan membuatnya dapat diterapkan secara universal.

Masa Depan

Masa depan teknologi penangkapan karbon cerah. Sistem-sistem ini menjadi sorotan dalam perjuangan melawan polusi. Pendekatan unik tim dan kemampuan menciptakan metana dari CO2 bersifat revolusioner pada banyak tingkat. Pertama, hal ini membantu ilmuwan lebih memahami manfaat dan kelemahan sistem siklus tertutup serta cara meningkatkan area tersebut untuk meningkatkan kinerja.

Kesimpulan Emisi Siklus

Anda harus mengakui kerja tim OSU di balik penelitian ini. Ilmuwan telah lama bermimpi menutup siklus karbon dengan cara yang dapat menguntungkan semua orang. Sekarang, polusi Anda dapat didaur ulang menjadi energi, dan siklus emisi dimulai. Oleh karena itu, Anda dapat mengharapkan lebih banyak fokus pada penangkapan CO2, bersamaan dengan kebijakan dan kampanye pengurangan termal.

Pelajari proyek lingkungan keren lainnya hari ini.

Referensi Studi:

^{1. Neves-Garcia, T., Hasan, M., Zhu, Q., Li, J., Jiang, Z., Liang, Y., Wang, H., Rossi, L. M., Warburton, R. E., & Baker, L. R. (2024). Integrated carbon dioxide capture by amines and conversion to methane on single-atom nickel catalysts. Journal of the American Chemical Society, 146(46), 31633–31646. https://doi.org/10.1021/jacs.4c09744}