Sel bahan bakar bertenaga amonia suhu tinggi pertama di dunia untuk pengiriman
Energy

Sel bahan bakar bertenaga amonia suhu tinggi pertama di dunia untuk pengiriman


Kapal perusahaan pelayaran Eidesvik, Viking Energy, akan menjadi kapal pertama di dunia yang dilengkapi dengan sel bahan bakar berbasis amonia. Kredit: Eidesvik

Setiap tahun, ratusan juta ton CO2 dipancarkan melalui transportasi laut, menyebabkan kerusakan iklim yang serius. Saat para ilmuwan di seluruh dunia menguji metode propulsi baru yang mampu menggantikan bahan bakar minyak di kapal, peneliti Fraunhofer bekerja sebagai bagian dari konsorsium internasional untuk mengembangkan sel bahan bakar berbasis amonia. Saat digunakan sebagai bahan bakar untuk kapal dengan mesin listrik, amonia sama ramah lingkungannya dengan hidrogen, tetapi lebih mudah dan lebih aman untuk ditangani.

Saat ini, hidrogen adalah fokus utama di bidang energi berkelanjutan: terdapat rencana untuk menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar bus, kendaraan komersial, dan bahkan mobil. Namun, Fraunhofer Institute for Microengineering dan Microsystems IMM di Mainz sedang mengerjakan kemungkinan lain yang menjanjikan. Sebagai bagian dari proyek ShipFC, Institut Fraunhofer bekerja sama dengan 13 mitra konsorsium Eropa untuk mengembangkan sel bahan bakar berbasis amonia pertama di dunia untuk pengiriman. Peneliti Fraunhofer bertanggung jawab untuk mengembangkan konverter katalitik, yang mencegah produksi emisi yang akan merusak iklim.

Transportasi laut merupakan penyumbang utama emisi gas rumah kaca. Menurut informasi yang diberikan oleh Badan Lingkungan Jerman (UBA), transportasi laut di lautan dunia saat ini bertanggung jawab atas sekitar 2,6 persen CO global.2 emisi. Pada 2015, sekitar 932 juta ton CO2 dipancarkan, dan angka itu meningkat setiap tahun. Jelas, tindakan pencegahan sangat dibutuhkan.

Proyek ShipFC dimaksudkan untuk membuktikan bahwa teknologi propulsi bebas emisi baru bekerja dengan aman, andal, dan lancar, bahkan di kapal besar dan dalam perjalanan jauh. Proyek ini dikoordinasikan oleh NCE Maritime Cleantech dari Norwegia, sebuah organisasi yang bertujuan untuk mengembangkan teknologi ramah lingkungan di sektor maritim.

Keunggulan amonia

Amonia terutama dikenal karena penggunaannya sebagai pupuk di sektor pertanian. Namun, itu juga dapat berfungsi sebagai pembawa energi berkualitas tinggi. Prof. Gunther Kolb, direktur divisi energi dan wakil direktur institut di IMM, menjelaskan: “Amonia memiliki keunggulan signifikan dibandingkan hidrogen. Hidrogen harus disimpan pada -253 derajat Celcius sebagai cairan, atau pada tekanan sekitar 700 bar sebagai gas. Amonia cair dapat disimpan pada suhu wajar -33 derajat Celcius pada tekanan standar, dan +20 derajat Celcius pada 9 bar. Itu membuat penyimpanan dan pengangkutan pembawa energi ini jauh lebih mudah dan lebih langsung. “

Sel bahan bakar bertenaga amonia suhu tinggi pertama di dunia untuk pengiriman

Amonia dipecah menjadi nitrogen dan hidrogen di dalam cracker amonia. Yang terakhir ini kemudian dibakar dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik. Konverter katalitik memastikan bahwa tidak ada nitrogen oksida berbahaya yang dihasilkan. Produk akhir satu-satunya adalah air dan nitrogen. Kredit: Fraunhofer

Bagaimana sel bahan bakar dan konverter katalitik bekerja

Proses menghasilkan listrik dari amonia berfungsi dengan cara yang mirip dengan pembangkit listrik berbasis hidrogen. Pertama, amonia (NH3) dimasukkan ke dalam reaktor fisi, di mana ia dipecah menjadi nitrogen (N2) dan hidrogen (H2). 75 persen gasnya terdiri dari hidrogen. Sejumlah kecil amonia (NH3, 100 ppm) tidak diubah dan tersisa di aliran gas.

Kedua, nitrogen dan hidrogen dimasukkan ke dalam sel bahan bakar, dan udara dimasukkan, memungkinkan hidrogen untuk terbakar dan membentuk air. Ini menghasilkan energi listrik. Namun, hidrogen tidak sepenuhnya diubah dalam sel bahan bakar. Sekitar 12 persen hidrogen dan beberapa amonia sisa meninggalkan sel bahan bakar tanpa pembakaran. Residu ini kemudian dimasukkan ke dalam catalytic converter yang dikembangkan oleh Fraunhofer IMM. Di sini, udara masuk dan residu bersentuhan dengan lembaran logam bergelombang yang dilapisi dengan lapisan bubuk partikel katalitik yang mengandung platina. Ini memicu reaksi kimia. Akhirnya, satu-satunya produk akhir adalah air dan nitrogen. Proses reaksi yang optimal bahkan tidak akan menghasilkan nitrogen oksida yang berbahaya bagi lingkungan.

Tim peneliti di IMM juga sedang mengembangkan reaktor yang mengandung katalis, yang berfungsi secara pasif. Reaktor mengontrol suhu dan aliran gas. Misalnya, ia memanaskan katalis sebelum mesin dihidupkan, karena kurang efisien saat dingin. “Temperatur gas yang mengalir melalui catalytic converter sebaiknya sekitar 500 derajat Celcius agar proses pemurnian gas buang menjadi seefisien mungkin,” jelas Kolb.

Peneliti IMM Fraunhofer memiliki pengalaman puluhan tahun dalam mengembangkan reaktor termasuk katalis untuk berbagai aplikasi di sektor transportasi dan mobilitas. Institut yang berbasis di Mainz ini memiliki sembilan rig uji, tetapi pemurnian gas limbah dari sel bahan bakar amonia dengan kapasitas 2 megawatt masih merupakan tantangan teknologi. “Kami harus mengembangkan teknologi sel bahan bakar bertenaga amonia kami lebih lanjut, dan konverter katalitik untuk sebuah kapal jelas jauh lebih besar daripada mobil biasa,” kata Kolb.

Sel bahan bakar bertenaga amonia suhu tinggi pertama di dunia untuk pengiriman

Alat uji konverter katalitik: Ini digunakan untuk menguji semua fungsi konverter katalitik, serta efisiensinya dalam pemurnian gas limbah. Fraunhofer IMM memiliki total sembilan rig uji. Kredit: Fraunhofer

Status proyek

Tim IMM berencana untuk menyelesaikan prototipe kecil awal pada akhir 2021, yang akan diikuti oleh prototipe ukuran sebenarnya pada akhir 2022. Pada paruh kedua 2023, kapal pertama dengan sel bahan bakar bertenaga amonia akan melaut — Viking Energy, kapal pemasok yang dimiliki oleh perusahaan pelayaran Norwegia, Eidesvik. Setelah itu, kapal jenis lain, seperti kapal kargo, akan dilengkapi fuel cell bertenaga amoniak.

Potensi amonia untuk masa depan

Amonia disediakan oleh YARA, mitra dalam konsorsium ShipFC. Perusahaan kimia saat ini memproduksi sepertiga dari amonia yang digunakan di seluruh dunia. Proyek ShipFC menggunakan amonia “hijau”, yaitu amonia yang dihasilkan dari sumber energi terbarukan.

ShipFC membuka peluang besar bagi pembawa energi yang sebelumnya diremehkan. Peneliti IMM Gunther Kolb menguraikan: “Kami melihat amonia bukan sebagai pesaing langsung hidrogen, melainkan sebagai opsi tambahan di bidang energi berkelanjutan. Dengan keunggulan penyimpanannya, teknologi ramah lingkungan untuk pembangkit listrik ini tentunya memiliki peran untuk dimainkan. Menggunakannya di kapal hanyalah permulaan. “

Potensi amonia juga telah diakui di tingkat politik, dengan Uni Eropa memberikan dukungan finansial sebesar 10 juta euro untuk proyek ShipFC.


Teknik baru dengan mulus mengubah amonia menjadi hidrogen hijau


Disediakan oleh Fraunhofer-Gesellschaft

Kutipan: Sel bahan bakar bertenaga amonia suhu tinggi pertama di dunia untuk pengiriman (2021, 1 Maret) diambil pada 1 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-world-high-temperature-ammonia-powered-fuel -cell.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK