Aplikasi Energi Surya pada Industri Kimia

Aplikasi energi surya pada industri kimia mencakup berbagai bidang. Yang utama adalah produksi pembawa energi (misalnya, hidrogen), juga disebut reforming of fuel / memperbarui bahan bakar, sel bahan bakar (fuel cell), dan detoksifikasi, dan daur ulang bahan limbah.

Reforming of Fuel

Transformasi bahan bakar fosil menjadi hidrogen umumnya disebut reformasi bahan bakar. Reformasi uap adalah salah satu contoh, di mana uap dicampur dengan bahan bakar fosil pada suhu sekitar 760 ° C. Suhu tinggi ini dapat diperoleh dengan membakar bahan bakar konvensional atau dengan kolektor surya berkonsentrasi tinggi. Persamaan kimia dari reaksi reformasi ini untuk gas alam terutama terdiri dari metana (CH₄) adalah

CH₄ + 2H₂O -> CO₂ + 4H₂

Reformasi bahan bakar dapat dilakukan di fasilitas dengan ukuran yang berbeda. Hal ini bisa dilakukan di fasilitas pusat seperti pabrik kimia dalam skala besar. Unit seperti itu menghasilkan hidrogen murni yang dapat berupa gas bertekanan tinggi atau cair. Reformasi bahan bakar juga dapat dilakukan pada skala menengah di berbagai fasilitas seperti sebuah SPBU. Dalam hal ini, bensin atau solar yang dimurnikan akan diperlukan, yang bisa diantar ke SPBU dengan infrastruktur saat ini. Di tempat peralatan akan mereformasi bahan bakar fosil menjadi campuran yang terutama terdiri dari dari hidrogen dan komponen molekul lainnya, seperti CO₂ dan N₂ . Hidrogen ini kemungkinan besar akan dijual kepada pelanggan sebagai gas bertekanan tinggi.

Di masa depan, diantisipasi sebagian besar hidrogen yang diperlukan menyalakan sel bahan bakar dapat dihasilkan dari sumber energi terbarukan, seperti angin atau matahari. Misalnya, listrik yang dihasilkan di ladang angin atau dengan fotovoltaik dapat digunakan untuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen melalui elektrolisis. Elektrolisis sebagai suatu proses dapat menghasilkan hidrogen murni dan oksigen murni sehingga hidrogen diproduksi dan kemudian dapat dikirimkan melalui pipa ke pengguna akhir.

Fuel Cells

Sel bahan bakar adalah perangkat elektrokimia yang mengubah energi kimia bahan bakar, seperti hidrogen, gas alam, metanol, atau bensin, dan oksidan menjadi listrik. Perangkat elektrokimia menghasilkan listrik tanpa pembakaran bahan bakar dan oksidator, berbeda dengan apa yang terjadi dengan metode tradisional pada pembangkit listrik. Pada prinsipnya, sel bahan bakar beroperasi seperti baterai, tetapi tidak seperti baterai, baterai tidak habis atau perlu diisi ulang. Faktanya, sel bahan bakar menghasilkan listrik dan panas selama bahan bakar dan oksidator disediakan. Sel bahan bakar, seperti baterai, memiliki anoda bermuatan positif, dibebankan katoda, dan bahan penghantar ion, yang disebut elektrolit. Bahan bakar utama yang digunakan dalam sel bahan bakar adalah hidrogen.

Prinsip Kerja

Prinsip dasar dari operasi sel bahan bakar adalah memisahkan oksidasi dan reduksi menjadi bagian terpisah, yaitu anoda dan katoda (dipisahkan oleh membran), sehingga memaksa elektron yang dipertukarkan antara dua setengah reaksi untuk melakukan perjalanan melalui beban. Oksigen (udara) terus menerus melewati katoda dan hidrogen melewati anoda untuk menghasilkan listrik, sedangkan produk sampingnya adalah panas dan air. Sel bahan bakar itu sendiri tidak memiliki bagian yang bergerak, sehingga merupakan sumber yang tenang dan dapat diandalkan. Struktur fisik dasar atau blok bangunan sel bahan bakar terdiri dari elektrolit lapisan kontak dengan anoda berpori dan katoda di kedua sisi.

Elektrolit yang memisahkan anoda dan katoda adalah bahan penghantar ion. Di anoda, hidrogen dan elektronnya dipisahkan sehingga ion hidrogen (proton) melewati elektrolit sementara elektron melewati melalui sirkuit listrik eksternal sebagai arus searah (DC) yang dapat memberi daya pada perangkat yang berguna, biasanya melalui inverter yang mengubah arus DC menjadi satu AC. Ion hidrogen bergabung dengan oksigen di katoda dan bergabung kembali dengan elektron untuk membentuk air. Reaksi yang terjadi pada sel bahan bakar adalah sebagai berikut:

Anoda setengah reaksi (oksidasi): 2H₂ -> 4H⁺ + 4e^–

Katoda setengah reaksi (reduksi): O₂ + 4H⁺ 4e^– -> 2H₂O

Keseluruhan: 2H₂ + O₂ -> 2H₂O

Jenis-jenis Fuel Cells

Sel bahan bakar diklasifikasikan berdasarkan bahan elektrolitnya. Saat ini, beberapa jenis sel telah dikembangkan untuk aplikasi sekecil ponsel (dengan di bawah daya 1 W) hingga pembangkit listrik kecil untuk fasilitas industri atau kota kecil (dalam kisaran megawatt). Sel bahan bakar yang ada saat ini adalah:

• Alkaline fuel cell
• Phosphoric acid fuel cell
• Polymer electrolyte fuel cell
• Molten carbonate fuel cell
• Solid oxide fuel cell
• Proton exchange membrane fuel cell

Solar Detoxification

Detoksifikasi surya mencapai perlakuan fotokatalitik non-biodegradable kontaminan air terklorinasi persisten yang biasanya ditemukan dalam proses produksi kimia. Untuk tujuan ini, parabolic trough collector dengan peredam kaca biasanya dipekerjakan dan intensitas radiasi matahari yang tinggi digunakan untuk fotokatalitik dekomposisi dari kontaminan organik. Prosesnya menggunakan ultraviolet energi, tersedia di bawah sinar matahari, bersama dengan fotokatalis (titanium dioksida), untuk menguraikan organik bahan kimia menjadi senyawa tidak beracun. Aplikasi lain menyangkut perkembangan dari prototipe yang menggunakan konsentrasi rendah menggabungkan kolektor parabola.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.