Satu lagi sumber energi masa depan amonia yang bersifat racun dan berbahaya namun para ahli menciptakan teknologi pemecahannya sehingga bahan pupuk ini mudah diangkut dan disimpan.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer IMM (sumber): Bagaimana ammonia (bahan untuk pupuk) menjadi salah satu sumber energi masa depan? Amonia secara tradisional digunakan untuk bahan pembuatan produk pupuk.
Akan tetapi, di masa depan, amonia memainkan peran kunci pembuka pintu Transisi Energi sebagai sumber hidrogen yang efisien dan yang ramah iklim karena dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar fosil.
Hal itu terjadi karena dapat diproduksi dari nitrogen dan hidrogen tanpa emisi karbon. Lebih lanjut, amonia memilki potensi yang banyak keuntungan dalam hal transportasi dan penyimpanan.
Tim peneliti Fraunhofer Institute for Microengineering and Microsystems (IMM) sedang mengembangkan teknologi pemecahan amonia yang hemat ruang, efisien, dan yang terpenting, terdesentralisasi dalam berbagai proyek penelitian.
Ammonia (NH₃) yang selama ini dikenal sebagai pupuk, berpotensi menjadi salah satu sumber energi alternatif hijau. Diproduksi dari hidrogen (H₂) dan nitrogen (N₂) yang “bersih” tanpa emisi karbon—dengan tetap menjaga efisiensi tinggi (\~5 persen lebih energi dibandingkan langsung menggunakan H₂).
Menurut para peneliti, keunggulan logistik lebih mudah dan murah untuk disimpan serta diangkut dibanding hidrogen murni. Amonia cair pada kondisi -33 °C dan tekanan rendah (7,5 bar), tidak perlu vakum ekstrem seperti H₂ (-253 °C).
Infrastruktur transport dan distribusi amonia sudah luas (jalur laut dan kereta), menjamin keamanan global sekitar 25 juta ton per tahun untuk pupuk.
Tim peneliti Fraunhofer IMM mengembangkan teknologi ammonia cracker yang ringkas dan efisien (konversi 90 persen, dibandingkan 70 persen metode lama), menggunakan sistem pemanas internal dan teknologi penukar panas pelat berlapis katalis—menghasilkan sistem 90 persen lebih kecil dan tanpa kebutuhan energi eksternal.
Unit prototipe di Mainz mampu menghasilkan \~75 kg H₂ per hari (setara output sel bahan bakar 50 kW), cukup untuk mengisi stasiun hidrogen kecil. Langkah berikutnya adalah penskalaan hingga 10 ton per hari dalam proyek EU GAMMA dan AmmonVektor.
“Amonia memiliki prospek yang sangat cerah untuk transformasi berkelanjutan sistem energi kita,” jelas Gunther Kolb, Kepala Divisi Energi merangkap Wakil Direktur Fraunhofer IMM yang berlokasi di Mainz, Jerman.
Memproduksi energi yang cukup tanpa emisi bukanlah satu-satunya tantangan dalam Transisi Energi demikian Gunther Kolb seraya menceritakan, “Karena listrik hijau dalam jumlah besar dapat diproduksi terutama di tempat-tempat dengan banyak angin atau matahari, seperti Chili dan Australia.”
Transportasi dengan kerugian rendah ke daerah-daerah dengan ketersediaan energi terbarukan yang lebih sedikit memang merupakan faktor penting jelas Gunther Kolb. Penggunaan amonia justru menguntungan secara transformatif.
Cocok untuk penyimpanan dan transportasi hidrogen
Hidrogen hijau (H₂), bergabung dengan nitrogen (N₂) dalam rasio 3:1 untuk menghasilkan amonia (NH₃) dan energi yang disimpan dan diangkut dalam bentuk ini (yaitu amonia) mengalami kerugian yang lebih rendah dalam rantai pasokan.
Selain itu, amonia memiliki beberapa keunggulan dibandingkan hidrogen untuk penyimpanan listrik. Amonia tetap cair pada tekanan atmosfer dan bahkan pada tekanan hanya 7,5 bar atau ketika mendingin hingga hanya sekitar -33°C.
Sebaliknya, pencairan hidrogen murni membutuhkan pengumpanan ke dalam ruang hampa bertekanan rendah dan penurunan suhu hingga -253°C, yang membutuhkan banyak energi.
Selain itu, amonia memiliki kerapatan energi volumetrik yang lebih tinggi dibandingkan hidrogen cair, sehingga menghasilkan lebih banyak energi per satuan volume.
“Memproduksi amonia dari hidrogen dan nitrogen hanya membutuhkan sekitar lima persen lebih banyak energi daripada menghasilkan hidrogen dari listrik ramah lingkungan,” jelas Gunther Kolb meyakinkan.
“Baik produksi maupun pemecahan amonia hampir sepenuhnya bebas karbon,” lanjut Gunther Kolb.
Amonia bersifat racun dan mudah terbakar, sehingga diklasifikasikan sebagai bahan berbahaya dan tunduk pada peraturan yang ketat.
Berkat standar keselamatan tinggi yang ada, sekitar 25 juta metrik ton amonia saat ini diangkut dengan aman ke seluruh dunia melalui kapal dan kereta api setiap tahun, terutama untuk produksi pupuk.
Gunther Kolb menyatakan bahwa amonia harus dikonversi kembali menjadi senyawa aslinya (yaitu nitrogen dan hidrogen) untuk digunakan di industri kimia atau sebagai sumber energi.
Yang tak kalah penting, hal ini perlu dilakukan dengan kehilangan energi minimal. Amonia dalam bentuk gas dimasukkan ke dalam reaktor pada suhu sekitar 6000 Celcius, saat bahan ini bersentuhan dengan katalis berbasis nikel anorganik dengan permukaan internal yang besar.
“Saat ini, fasilitas elektrolisis besar pertama sedang dibangun di lokasi yang kaya akan listrik hijau, seperti Australia dan Chili, untuk memproduksi amonia. Di sisi Eropa, salah satu fasilitas perengkahan utama pertama sedang dibangun di Rotterdam, Belanda, pada saat yang sama,” jelas Gunther Kolb.
Rencananya adalah untuk memasok hidrogen ke tempat-tempat yang membutuhkannya melalui pipa. Masalah utamanya adalah banyak calon pelanggan, terutama UKM, tidak memiliki akses ke pipa hidrogen.
Infrastruktur hidrogen di Jerman saat ini sedang dibangun. Rencana tersebut menyerukan jaringan inti hidrogen yang terdiri dari sekitar 9.000 kilometer pipa secara total yang akan dibangun hingga tahun 2032, terutama untuk mengonversi jalur pipa gas alam.
Namun, bahkan setelah itu, area yang luas tidak akan terhubung ke pasokan hidrogen.
Pasokan lokal melalui teknologi cracking terdesentralisasi
“Teknologi cracking terdesentralisasi kami dapat menutup kesenjangan pasokan ini secara efisien dan tanpa emisi untuk jumlah yang dibutuhkan antara 100 kilogram dan 10 metrik ton hidrogen per hari,” papar Gunther Kolb.
Pengerjaan proyek AMMONPAKTOR menerima pendanaan dari negara bagian Rhineland-Palatinate.
Tim Gunther Kolb bekerja sama dengan Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics (ITWM) untuk mengembangkan cracker amonia kompak yang mencapai efisiensi 90 persen selama proses rekonversi melalui teknologi penukar panas pelat inovatif dan pembakaran gas buang terintegrasi.
Selanjutnya, adsorpsi ayunan tekanan yang digunakan untuk pembersihan, dibandingkan dengan 70 persen untuk teknologi konvensional.
Energi yang dibutuhkan untuk memanaskan reaktor dihasilkan langsung di reaktor cracking dengan bantuan aliran gas buang, sehingga tidak diperlukan bahan bakar atau listrik tambahan untuk keperluan cracking.
Reaktor AMMONPAKTOR sekitar 90 persen lebih kecil daripada teknologi konvensional. Hal ini sangat penting untuk aplikasi yang bergerak dan terbatas ruang.
Penggunaan gas buang juga berarti teknologi ini memiliki jejak karbon yang lebih kecil dibandingkan konsep reaktor pemanas listrik.
“Selain pemanfaatan gas buang internal sistem, penukar panas pelat inovatif dari Fraunhofer IMM, yang dilapisi langsung dengan katalis, memberikan perbedaan yang signifikan,” lanjut Gunther Kolb.
Alih-alih metode konvensional menghasilkan panas yang dibutuhkan untuk proses cracking dalam sistem pipa yang dipanaskan dari luar pada suhu sekitar 9000 Celcius, yang membutuhkan banyak energi.
“Teknologi kami menghasilkan panas tepat di tempat yang dibutuhkan, sehingga sistem kami memiliki perpindahan panas yang jauh lebih baik. Dan itu menghasilkan penghematan energi yang sangat besar,” tutur Gunter Kolb.
Sebuah prototipe telah selesai dibangun di lokasi Fraunhofer IMM, Mainz, Jerman—ini memungkinkan produksi hidrogen sekitar 75 kg per hari, hampir sama dengan output harian dari sel bahan bakar 50 kilowatt.
“Volume itu saja sudah cukup untuk memasok stasiun pengisian hidrogen kecil, misalnya,” catat Gunther Kolb.
Sasaran pengembangan adalah peningkatan produksi harian hingga 10 metrik ton, termasuk bagian dari proyek maritim 5 tahun Uni Eropa, GAMMA, dan proyek unggulan Fraunhofer, dan AmmonVektor.
Mereka mengeksplorasi seluruh rantai nilai amonia hijau untuk menyediakan hidrogen secara terdesentralisasi dan dengan biaya serendah mungkin.
Proyek yang harus selesai dalam tiga tahun dan dipimpin oleh Institut Fraunhofer untuk Teknologi Lingkungan, Keselamatan, dan Energi (UMSICHT), berlangsung sejak awal 2024.
Ammonia hadir sebagai vektor energi hijau yang memungkinkan penyimpanan dan distribusi hidrogen bersih secara efisien dan terdesentralisasi—mengatasi keterbatasan infrastruktur hidrogen langsung.
Teknologi pemecahan ammonia terdesentralisasi yang dikembangkan Fraunhofer IMM memiliki potensi besar: ukuran kecil, efisiensi tinggi, dan tidak memerlukan energi eksternal, menjadikannya solusi siap guna bagi stasiun bahan bakar atau sistem energi lokal.
Prototipe awal menunjukkan hasil sangat menjanjikan, dengan langkah nyata menuju skala komersial dalam beberapa tahun ke depan, sesuai dengan agenda proyek seperti GAMMA dan AmmonVektor.
Bahan amonia bukan hanya pupuk—ini adalah kunci potensial untuk transisi energi berkelanjutan, dengan teknologi inovatif dari Fraunhofer IMM mendekatkan kita ke era distribusi hidrogen berskala luas dan efisien.
