Industri kimia global menghadapi tantangan besar dalam mengurangi dampak lingkungan pemanasan global dari proses produksinya. Amonia, nitrogen, dan hidrogen adalah tiga komponen penting dalam sektor industri, terutama dalam pembuatan pupuk, pemurnian bahan bakar, dan sebagai bahan baku dalam berbagai proses kimia lainnya.
Dalam konteks efek rumah kaca, peningkatan produksi dan purifikasi bahan-bahan ini dengan teknologi yang lebih ramah lingkungan menjadi sangat penting. Berikut adalah gambaran tentang produksi dan purifikasi amonia, nitrogen, dan hidrogen hijau.
Produksi Amonia
Amonia (NH₃) adalah bahan kimia dasar yang digunakan terutama dalam pembuatan pupuk, yang menyumbang lebih dari 80% konsumsi amonia global. Proses utama dalam produksi amonia adalah proses Haber-Bosch, yang menggabungkan nitrogen (N₂) dari udara dengan hidrogen (H₂) menggunakan suhu tinggi (400–500°C) dan tekanan tinggi (150–300 atm), bersama dengan katalis berbasis besi.
Meskipun proses ini telah ada sejak awal abad ke-20, ia sangat intensif energi dan berkontribusi pada emisi karbon yang signifikan, karena hidrogen umumnya diperoleh dari gas alam melalui proses reformasi metana, yang menghasilkan karbon dioksida (CO₂).
Untuk mengurangi jejak karbon dalam produksi amonia, teknologi baru sedang dikembangkan untuk menggunakan hidrogen hijau, yang diproduksi melalui elektrolisis air menggunakan energi terbarukan seperti angin atau matahari. Dengan menggunakan hidrogen hijau, produksi amonia dapat menjadi lebih ramah lingkungan, meskipun tantangan biaya dan infrastruktur masih perlu diatasi.
Baca juga: Ilmuwan Temukan Biodegradable Bioplastik dari Limbah Makanan
Produksi Nitrogen
Nitrogen adalah gas paling melimpah di atmosfer, tetapi dalam banyak aplikasi industri, nitrogen yang sangat murni diperlukan. Gas nitrogen digunakan dalam berbagai sektor seperti industri makanan dan minuman, pengolahan logam, dan produksi elektronik. Nitrogen murni diproduksi melalui proses pemisahan udara menggunakan teknologi distilasi cryogenik atau membran selektif.
Dalam proses distilasi cryogenik, udara dipadatkan dan dipisahkan pada suhu sangat rendah, menghasilkan nitrogen yang sangat murni. Meskipun proses ini efisien dalam hal murni nitrogen yang dihasilkan, ia juga memerlukan energi yang besar, sehingga meningkatkan biaya operasional dan potensi emisi karbon.
Baca juga: Ilmuwan Temukan Biodegradable Bioplastik dari Limbah Makanan
Purifikasi Amonia dan Nitrogen
Purifikasi amonia dan nitrogen melibatkan penghilangan kontaminan, seperti oksigen, air, dan karbon dioksida, yang dapat mengganggu kualitas dan kegunaan gas ini dalam aplikasi industri. Untuk amonia, penghilangan air dilakukan dengan menggunakan silikagel atau zeolit.
Sementara itu,proses pemurnian nitrogen lebih lanjut bisa dilakukan dengan menggunakan teknologi adsorpsi tekanan swing (PSA), yang efektif dalam menghasilkan nitrogen dengan tingkat kemurnian sangat tinggi.
Produksi Hidrogen Hijau
Hidrogen hijau adalah hidrogen yang diproduksi melalui elektrolisis air menggunakan energi terbarukan. Proses elektrolisis memecah air (H₂O) menjadi hidrogen (H₂) dan oksigen (O₂) menggunakan arus listrik.
Jika listrik yang digunakan berasal dari sumber energi terbarukan, seperti angin atau tenaga surya, maka hidrogen yang dihasilkan disebut “hijau” karena tidak menghasilkan emisi karbon dioksida (CO₂).
Proses elektrolisis menjadi lebih menarik sebagai solusi hidrogen yang ramah lingkungan karena dapat menghasilkan hidrogen murni yang sangat diperlukan dalam berbagai industri, seperti transportasi, penyimpanan energi, dan sebagai bahan baku industri kimia. Teknologi elektrolisis sedang berkembang, dengan peningkatan efisiensi dan penurunan biaya menjadi prioritas utama.
Purifikasi Hidrogen
Purifikasi hidrogen untuk aplikasi industri biasanya dilakukan dengan proses adsorpsi tekanan swing (PSA) atau membran selektif, yang memungkinkan pemisahan hidrogen dari campuran gas lainnya. Purifikasi ini sangat penting dalam aplikasi seperti sel bahan bakar hidrogen, yang memerlukan hidrogen dengan kemurnian sangat tinggi.
Meskipun ada banyak kemajuan dalam produksi dan purifikasi amonia, nitrogen, dan hidrogen hijau, tantangan terbesar adalah biaya dan skala produksi. Produksi hidrogen hijau, misalnya, masih lebih mahal dibandingkan dengan hidrogen yang diproduksi dari gas alam.
Oleh karena itu, pengembangan teknologi yang lebih efisien dan murah untuk elektrolisis, serta perluasan infrastruktur energi terbarukan, akan menjadi kunci untuk membuat hidrogen hijau lebih kompetitif.
Selain itu, transisi menuju produksi amonia hijau dan nitrogen yang lebih ramah lingkungan memerlukan investasi besar dalam teknologi baru, serta kebijakan yang mendukung pengurangan emisi karbon. Pemerintah dan sektor swasta perlu bekerja sama untuk mengembangkan insentif yang mendorong adopsi teknologi hijau dalam produksi kimia.
Produksi dan purifikasi amonia, nitrogen, dan hidrogen hijau adalah aspek penting dalam menciptakan industri yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan. Dengan teknologi yang tepat, kita bisa mengurangi jejak karbon dalam proses-proses ini dan mendukung transisi menuju ekonomi hijau.
Terus berinovasi dalam teknologi energi terbarukan, efisiensi proses, dan purifikasi gas akan membantu kita menuju masa depan yang lebih hijau dan lebih bersih.
Tertarik belajar pertanian modern sekaligus juga berperan sebagai penggerak mitigasi iklim? Yuk, bergabung dalam komunitas Angphot! Selengkapnya lihat ketentuan dalam halaman kami. Katalog produk pertanian inovasi dari pengelolaan food waste dan hidroponik, serta karya kreatif bisa kamu lihat di Katalog Angpot.
Penulis: Arin Khurota
Referensi
Fernandez-Seara, J., & Sieres, J. (2006). The importance of the ammonia purification process in ammonia–water absorption systems. Energy Conversion and Management, 47(13-14), 1975-1987.
Wang, F., Yoshida, H., & Matsuoka, M. (2021). Making the ‘Green Revolution’truly green: improving crop nitrogen use efficiency. Plant and Cell Physiology, 62(6), 942-947.
Oliveira, A. M., Beswick, R. R., & Yan, Y. (2021). A green hydrogen economy for a renewable energy society. Current Opinion in Chemical Engineering, 33, 100701.
