Para peneliti telah menemukan metode untuk melampaui batas termodinamika tradisional dalam mengubah limbah panas menjadi listrik. Para peneliti Jepang telah menemukan cara untuk mengatasi batas termodinamika lama, seperti efisiensi darat, dengan menggunakan status kuantum yang tidak mengalami termalisasi. Metode inovatif mereka menggunakan cairan Tomonaga-Luttinger non-termal untuk mengubah limbah panas menjadi listrik (…)

RisalahPos.com Network

Model sel membran pertukaran ion mengungkapkan pelanggaran prinsip timbal balik ONSAGER, terutama pada konsentrasi elektrolit tinggi, menyoroti pentingnya akuntansi untuk koefisien transportasi asimetris. Membran pertukaran ion banyak digunakan dalam proses elektrokimia dan pemisahan, dan pemodelan akurat sifat transportasi mereka sangat penting. Sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal asimetri menunjukkan (…)

RisalahPos.com Network

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 mampu 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 dikombinasikan 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 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.

Amonia lebih mudah diangkut daripada hidrogen

Oleh karena itu, konsep alternatif mempertimbangkan untuk mengubah hidrogen menjadi amonia di lokasi produksi, karena amonia akan berubah menjadi cair pada suhu minus 33 derajat Celsius. Amonia juga memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi. “Sebuah tangki penuh amonia cair akan mengangkut sekitar 2,5 kali lebih banyak energi daripada tangki penuh hidrogen cair,” jelas Schuhmann. Terakhir, amonia harus diubah kembali menjadi hidrogen pada titik penggunaan. Hal 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 selanjutnya dapat diproses 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.”

Mengatasi jurang termodinamika

Salah satu tantangan bagi para peneliti adalah menemukan katalis yang cocok untuk mewujudkan ide mereka. Hal ini dikarenakan bahan awal NH₃ cenderung berubah menjadi nitrogen karena ikatan rangkap tiga nitrogen-nitrogen yang sangat kuat dan tidak 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 berfungsi secara prinsip,” simpul Wolfgang Schuhmann. “Namun, kami masih jauh dari penerapan teknis dalam skala industri.”

Referensi: “Elektroda Difusi Gas untuk Oksidasi Elektrokatalitik Amonia Gas: Melangkah Melewati 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.