Jepang Ingin Dekarbonisasi Dengan Bantuan Amonia

Dengan kekhawatiran perubahan iklim di depan pikiran, dunia sangat ingin mencapai keluaran karbon nol bersih sesegera mungkin. Sementara elektrifikasi langsung menjadi populer untuk mobil penumpang biasa, itu belum praktis untuk aplikasi yang lebih intensif energi seperti pesawat atau pengiriman antarbenua. Dengan demikian, perburuan telah dilakukan untuk pengganti yang lebih bersih untuk bahan bakar fosil konvensional.

Hidrogen adalah yang paling sering dikutip, diinginkan karena fakta bahwa ia terbakar dengan sangat bersih. Satu-satunya produk pembakaran utamanya adalah air, meskipun pembakarannya dapat menghasilkan beberapa nitrogen oksida ketika dibakar dengan udara. Namun, hidrogen belum dimanfaatkan secara massal, sebagian besar karena masalah seputar transportasi, penyimpanan, dan produksi.

Ini semua bisa berubah, bagaimanapun, dengan bantuan satu jenis bahan kimia taman: amonia. Amonia kini muncul sebagai solusi alternatif. Ini sering disebut sebagai cara potensial untuk menyimpan dan mengangkut hidrogen dalam bentuk kimia alternatif, karena formulanya terdiri dari satu atom nitrogen dan tiga atom hidrogen. Namun, baru-baru ini, amonia dianggap sebagai bahan bakar tersendiri.

Mari kita lihat bagaimana produk pembersih umum ini dapat menjadi bagian dari revolusi energi baru.

Luka Bakar yang Bersih

Seperti hidrogen, amonia mudah terbakar. Ini juga tidak mengandung karbon, sehingga tidak menghasilkan karbon dioksida selama pembakaran. Ini memiliki kandungan energi yang jauh lebih baik berdasarkan volume, hampir dua kali lipat dari hidrogen, meskipun hanya sepertiga dari solar. Ini juga lebih mudah disimpan daripada hidrogen; itu cair hanya pada -33°C, dibandingkan dengan hidrogen cair yang harus disimpan pada -253°C. Plus, amonia tidak memiliki masalah penyimpanan yang sama seperti hidrogen, yang dapat merayap keluar melalui celah kecil di hampir semua bahan, sering kali merusaknya dalam proses.

Skema proses Haber-Bosch. Tahap reformasi uap adalah di mana emisi karbon utama berasal. Sumber: oleh Palma et al, CC-BY

Kekhawatirannya adalah seputar mendapatkan bahan bakar ini dengan bersih. Saat ini, amonia dibuat menggunakan proses Haber-Bosch, yang menggabungkan hidrogen dan nitrogen untuk membuat amonia. Bahan bakar fosil biasanya digunakan sebagai sumber hidrogen. Dalam proses yang disebut reformasi uap, metana dari gas alam diubah menjadi hidrogen, tetapi prosesnya menghasilkan emisi karbon dioksida yang signifikan. Faktanya, produksi amonia saat ini menghasilkan sekitar 1% dari emisi karbon global.

Amonia hijau adalah solusinya, di mana hidrogen disuplai dengan cara yang lebih bersih. Ini biasanya melibatkan penggunaan hidrogen yang dihasilkan dengan memisahkan air dengan sumber energi terbarukan seperti tenaga angin atau tenaga surya. Hal ini memungkinkan produksi amonia dengan emisi karbon dioksida yang jauh lebih sedikit, yang sebaliknya akan merusak potensinya sebagai bahan bakar yang lebih bersih.

Untuk pengiriman

Industri perkapalan bertanggung jawab atas 2,5% emisi karbon dioksida global. Upaya telah lama mencoba untuk mengurangi jejak emisi pengiriman di seluruh papan, dan amonia bisa menjadi alat terbaru dalam perjuangan itu.

“Kapal Kontainer” oleh Daniel Ramirez

Sayangnya, sifat pembakaran yang unik dari amonia berarti bahwa itu bukan pengganti drop-in untuk bahan bakar laut yang ada. Ini biasanya termasuk diesel dan minyak bahan bakar berat yang digunakan untuk menjalankan mesin reciprocating raksasa berkecepatan rendah, meskipun gas alam cair menjadi populer sebagai alternatif yang sedikit lebih hijau.

Oleh karena itu, berbagai upaya dilakukan untuk mengembangkan mesin kelautan yang dapat menggunakan amonia sebagai bahan bakar. MAN telah mengembangkan mesin kelautan dua langkah yang menggunakan amonia, dan sudah ada rencana untuk menggunakan mesin tersebut untuk menggerakkan kapal tanker serta pengangkut curah dan kapal kontainer. Perusahaan sedang mengerjakan paket retrofit untuk memungkinkan kapal yang lebih tua juga menggunakan amonia.

Amonia memang menghadirkan beberapa tantangan unik di luar mesin itu sendiri juga. Berkat densitas energinya yang lebih rendah dibandingkan dengan diesel, kapal yang biasanya menggunakan tangki bahan bakar 1.000 m3 malah membutuhkan 2.755 m3 untuk menggunakan amonia sebagai gantinya. Namun, itu masih mengalahkan hidrogen atau baterai sebagai opsi potensial, yang masing-masing membutuhkan 4.117 m3 dan 14.000 m3 untuk menyimpan energi yang sama.

Seperti kebanyakan bahan bakar baru, ada juga masalah infrastruktur. Beberapa atau tidak ada pelabuhan yang saat ini menawarkan amonia massal sebagai bahan bakar, dan tidak praktis untuk mengirim rekan kapal Anda ke supermarket lokal untuk mengambil ribuan botol produk pembersih untuk menjalankan mesin. Namun, jika mesin amonia bekerja dengan baik dalam praktiknya, ada kemungkinan besar hal itu akan berhasil, dan bagi industri perkapalan untuk mulai mendorong penggunaan bahan bakar yang lebih bersih secara umum.

Untuk Pembangkit Listrik

Jepang memiliki peta jalan yang canggih untuk mengadopsi amonia sebagai bahan bakar. Kredit: Amoniaenergy.org

Jepang sedang menjajaki penggunaan amonia sebagai bahan bakar pembakaran bersama untuk pembangkit listrik tenaga batu bara. Tujuannya adalah untuk menambahkan 20% kandungan amonia dengan nilai kalor ke bahan bakar di pabrik ini untuk mengurangi emisi karbon. Seperti banyak proyek bahan bakar bersih lainnya, memulai dengan campuran tidak terlalu menantang secara teknologi, dan juga mengurangi tekanan pada rantai pasokan. Teknologi ini akan diuji pada tahun 2023, dan diharapkan 20% bahan bakar campuran akan siap digunakan secara praktis pada tahun 2025. Dalam jangka panjang, diharapkan pembakaran amonia 100% dapat digunakan untuk pembangkit listrik, tetapi tujuan itu ditetapkan untuk 2040 atau lebih.

Bahan bakar nol karbon untuk pembangkit listrik akan menjadi alat yang berguna untuk mencadangkan sumber energi terbarukan yang tidak tersedia sepanjang waktu. Namun, pembakaran amonia masih menghasilkan nitrogen oksida, dan karenanya tidak sebersih opsi seperti tenaga surya dan angin.

Menggunakan amonia untuk pembangkit listrik akan meningkatkan permintaan bahan kimia di Jepang secara signifikan. Jepang hanya menggunakan 1,1 juta ton amonia pada 2019. Untuk memenuhi target 20% pembakaran bersama dengan amonia, yang ditetapkan untuk pertengahan 2030-an, Jepang akan membutuhkan 20 juta ton amonia per tahun. Itu kira-kira jumlah total amonia yang saat ini diperdagangkan di pasar global, jadi membeli lebih banyak bukanlah pilihan.

Ada rencana untuk meningkatkan hingga 3 juta ton dalam rantai pasokan domestik pada tahun 2030. Tujuannya adalah untuk mendorongnya hingga 30 juta ton pada tahun 2050. Kemungkinan besar akan diimpor dari luar negeri, dengan industri menjajaki opsi untuk membangun terminal baru untuk kapal dalam ratusan ribu ton per tahun melalui laut.

Menatap Masa Depan

Jika amonia ingin digunakan sebagai bahan bakar yang lebih bersih untuk masa depan, beberapa domino harus menguntungkannya. Fasilitas produksi besar-besaran harus diluncurkan untuk menghasilkan amonia secara bersih dan dari sumber energi terbarukan. Infrastruktur penyimpanan dan pengiriman harus mengikuti, dan kinerja bahan bakar harus dibuktikan di dunia nyata. Ini juga perlu kompetitif biaya dengan pilihan energi terbarukan seperti listrik langsung dari matahari dan angin, yang merupakan panggilan sulit di ruang listrik jaringan.

Namun, manusia merasa akrab dan aman dalam hal pembakaran bahan bakar untuk energi, dan ada kepraktisan hebat untuk bahan bakar cair yang solusi alternatifnya masih belum cocok. Dengan demikian, amonia dapat menjadi bintang dalam perjalanan umat manusia menuju masa depan energi yang lebih bersih.

Foto spanduk: “Osaka Jepang” oleh Pedro Szekely