Sistem Reaktor Baru Mengubah Karbon Dioksida Menjadi Bahan Bakar yang Dapat Digunakan
Para peneliti mengembangkan metode menggunakan reaktor membran tipe distributor untuk mengubah emisi CO2 dari boiler kecil menjadi metana, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi dan menawarkan alat serbaguna untuk mengurangi emisi fuel rumah kaca.
Desain reaktor baru mengubah emisi CO2 dari boiler kecil menjadi bahan bakar metana, sehingga memberikan strategi yang menjanjikan untuk mengatasi perubahan iklim.
Mengurangi emisi karbon dari sistem pembakaran skala kecil, seperti boiler dan perangkat industri lainnya, sangat penting untuk mencapai masa depan yang berkelanjutan dan netral karbon. Boiler, yang banyak digunakan di berbagai industri untuk fungsi penting seperti pemanas, pembangkit uap, dan produksi listrik, memainkan peran utama dalam emisi fuel rumah kaca.
Boiler umumnya cukup efisien. Akibatnya, sulit untuk mengurangi CO2 emisi hanya dengan meningkatkan efisiensi pembakaran. Oleh karena itu, para peneliti sedang menjajaki pendekatan alternatif untuk memitigasi dampak lingkungan dari CO2 emisi dari boiler. Salah satu strategi yang menjanjikan untuk mencapai tujuan ini adalah menangkap CO2 dipancarkan dari sistem ini dan mengubahnya menjadi produk yang berguna, seperti metana.
Inovasi Teknologi Dengan Reaktor Membran
Untuk menerapkan strategi ini, diperlukan reaktor membran jenis khusus yang disebut reaktor membran tipe distributor (DMR) yang dapat memfasilitasi reaksi kimia serta fuel terpisah. Meskipun DMR digunakan di industri tertentu, penerapannya untuk mengubah CO2 menjadi metana, terutama dalam sistem skala kecil seperti boiler, masih relatif belum dieksplorasi.
Kesenjangan penelitian ini diatasi oleh sekelompok peneliti dari Jepang dan Polandia, yang dipimpin oleh Profesor Mikihiro Nomura dari Institut Teknologi Shibaura di Jepang dan Prof. Grzegorz Brus dari Universitas Sains dan Teknologi AGH di Polandia. Temuan mereka baru-baru ini dipublikasikan di Jurnal Pemanfaatan CO2.
Para peneliti dari Jepang dan Polandia telah mengembangkan desain reaktor yang secara efisien menangkap emisi CO2 dan mengubahnya menjadi bahan bakar metana yang dapat digunakan. Terobosan ini dapat mengurangi emisi fuel rumah kaca secara signifikan dan membuka jalan bagi masa depan yang netral karbon. Kredit: Profesor Mikihiro Nomura dari SIT, Jepang
Para ilmuwan melakukan pendekatan dua arah terhadap masalah ini melalui simulasi numerik dan studi eksperimental untuk mengoptimalkan desain reaktor guna konversi CO2 yang efisien.2 dari boiler kecil menjadi metana. Dalam simulasinya, tim memodelkan bagaimana fuel mengalir dan bereaksi dalam kondisi berbeda. Pada gilirannya, hal ini memungkinkan mereka meminimalkan variasi suhu, memastikan konsumsi energi dioptimalkan sementara produksi metana tetap dapat diandalkan.
Inovasi Desain dan Peningkatan Efisiensi
Tim peneliti lebih lanjut menemukan bahwa, tidak seperti metode tradisional yang menyalurkan fuel ke satu lokasi, desain umpan terdistribusi dapat menyebarkan fuel ke dalam reaktor alih-alih mengirimkannya dari satu tempat. Hal ini, pada gilirannya, menghasilkan distribusi CO yang lebih baik2 seluruh membran, mencegah lokasi mana pun dari panas berlebih. “Desain DMR ini membantu kami mengurangi kenaikan suhu sekitar 300 derajat dibandingkan dengan reaktorpacked mattress tradisional,” jelas Prof. Nomura.
Selain desain umpan terdistribusi, para peneliti juga mengeksplorasi faktor-faktor lain yang mempengaruhi efisiensi reaktor dan menemukan bahwa salah satu variabel kuncinya adalah CO2 konsentrasi dalam campuran. Mengubah jumlah CO2 dalam campuran mempengaruhi seberapa baik reaksi bekerja. “Ketika CO2 konsentrasinya sekitar 15%, mirip dengan yang keluar dari boiler, reaktornya jauh lebih baik dalam memproduksi metana. Faktanya, reaktor ini dapat menghasilkan metana sekitar 1,5 kali lebih banyak dibandingkan reaktor biasa yang hanya mengandung CO murni2 untuk diajak bekerja sama,” sorot Prof. Nomura.
Selain itu, para peneliti menyelidiki dampak ukuran reaktor, menemukan bahwa peningkatan ukuran reaktor memfasilitasi ketersediaan hidrogen untuk reaksi. Namun demikian, terdapat trade-off yang harus dipertimbangkan karena manfaat ketersediaan hidrogen yang lebih tinggi memerlukan pengelolaan suhu yang hati-hati untuk menghindari panas berlebih.
Oleh karena itu, penelitian ini memberikan solusi yang menjanjikan terhadap masalah penanggulangan sumber utama emisi fuel rumah kaca. Dengan memanfaatkan DMR, CO konsentrasi rendah2 emisi dapat berhasil diubah menjadi bahan bakar metana yang dapat digunakan. Manfaat yang diperoleh tidak terbatas pada metana saja tetapi juga dapat diterapkan pada reaksi lain, menjadikan metode ini alat serbaguna untuk menghasilkan CO yang efisien.2 pemanfaatannya bahkan untuk rumah tangga dan pabrik kecil.
Referensi: “Mengungkap potensi daur ulang karbon dioksida di seluruh reaktor membran tipe distributor” oleh Yuya Sato, Marcin Moździerz, Katarzyna Berent, Grzegorz Brus dan Mikihiro Nomura, 17 April 2024, Jurnal Pemanfaatan CO2.
DOI: 10.1016/j.jcou.2024.102763
Studi ini didanai oleh Badan Nasional Polandia, Universitas AGH Krakow, dan Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains.
