Zeolit Sebagai Bahan Penyimpanan Hidrogen
Menyimpan hidrogen dalam jumlah yang wajar dengan aman menimbulkan banyak tantangan tentang metode dan bahannya. Bahan penyimpanan hidrogen dapat dari berbagai jenis:
(i) bahan disosiatif di mana molekul hidrogen terdisosiasi menjadi atom hidrogen, yang menempati situs interstisial;
(ii) bahan dengan hidrogen yang terikat secara kimia; dan
(iii) bahan yang menyerap hidrogen molekuler, di mana hidrogen molekuler melekat pada permukaan melalui interaksi lemah seperti gaya van der Waals atau fisisorpsi.
Kapasitas penyimpanan hidrogen suatu bahan tergantung pada struktur dan jenis interaksi dengan hidrogen. Ada beberapa bahan baru dan baru yang tersedia untuk penyimpanan hidrogen. Penyimpanan hidrogen dalam bentuk padat dapat secara singkat diklasifikasikan ke dalam kategori berikut:
1. hidrida logam;
2. hidrida berbasis logam ringan;
3. hidrida kimia (hidrida kompleks); dan
4. material berstrukturnano (adsorpsi molekul hidrogen)
Sistem Penyimpanan Hidrogen
Sistem penyimpanan gas hidrogen membutuhkan tabung gas bertekanan tinggi untuk menyimpan hidrogen dengan densitas gravimetri/volumetrik yang tinggi. Target terbaru dari silinder yang ditetapkan oleh industri global adalah 70 MPa dengan massa 110 kg, menghasilkan kerapatan gravimetri 5,0–6,0% massa dan kerapatan volumetrik 30 kg/m3 (3,9 kgH2/100 L volume dalam).
Mengenai produksi silinder, bahan penting karena densitas gravimetri hidrogen berkurang dengan peningkatan ketebalan dinding silinder dengan peningkatan tekanan penggunaan.
Oleh karena itu, silinder harus terbuat dari bahan yang ringan dan tahan terhadap tekanan tinggi. Baru-baru ini, silinder komposit ringan baru dikembangkan, di mana 80 MPa hidrogen dapat dimasukkan, dan dengan demikian kepadatan volumetrik 36 kg/m3 dapat diperoleh.
Hidrogen cair disimpan dalam wadah kriogenik pada suhu sekitar 20 K di bawah tekanan sekitar karena hidrogen memiliki suhu kritis yang sangat rendah yaitu 33 K. Densitas volumetrik sekitar 71 kg/m3 yang lebih tinggi daripada gas hidrogen.
Untuk sistem penyimpanan hidrogen cair, sejumlah besar energi diperlukan selama pencairan gas hidrogen dan batas didih pada aplikasi yang mungkin, di mana laju didih hidrogen dari wadah kriogenik oleh kebocoran panas adalah fungsi dari ukuran , bentuk, dan insulasi termal bejana.
Sehubungan dengan likuifaksi, konversi dari orto- ke para-hidrogen dipertimbangkan. Hidrogen normal mengandung 25% para-hidrogen dan 75% orto-hidrogen pada suhu kamar. Karena pendinginan hingga sekitar 20 K, komposisi orto-hidrogen diubah dari 75 menjadi hampir 0%.
Jadi, jika hidrogen yang tidak terkonversi ada di bejana pada suhu rendah, panas yang sesuai dengan entalpi reaksi konversi orto-para (1,4 kJ/mol) dilepaskan dan menyebabkan penguapan hidrogen cair.
Bahan penyimpanan hidrogen dapat dengan aman menyimpan densitas hidrogen yang lebih tinggi dibandingkan dengan sistem penyimpanan hidrogen gas dan cair. Oleh karena itu, sistem yang menggunakan bahan penyimpan hidrogen dianggap paling cocok tidak hanya untuk aplikasi on-board tetapi juga penggunaan stasioner.
Baru-baru ini, berbagai jenis bahan telah dipelajari, di mana sifat-sifat berikut diperlukan:
1. Kepadatan gravimetri dan volumetrik hidrogen yang tinggi.
2. Sifat termodinamika yang sesuai, yaitu penyerapan/desorpsi hidrogen reversibel di bawah suhu dan tekanan sedang.
3. Kinetika cepat.
4. Penanganan mudah.
5. Sumber daya yang melimpah dan biaya rendah.
Zeolit Sebagai Bahan Penyimpanan Hidrogen
Dalam upaya untuk mengatasi masalah kembar ketergantungan negara pada bahan bakar hidrokarbon impor dan perubahan iklim yang memaksa pemanasan global yang disebabkan oleh emisi CO2 dari pembakaran bahan bakar fosil, hidrogen sedang diselidiki sebagai bahan bakar bersih dan bebas karbon yang dapat dibuat dengan berbasis nasional (atau regional).
Namun, hidrogen sebenarnya bukan "bahan bakar" tetapi pembawa energi. Hidrogen tidak tersedia dalam bentuk aslinya seperti minyak, batu bara atau gas, (yang dikenal sebagai '' bahan bakar utama''), melainkan harus '' dibuat '' dengan beberapa cara buatan.
Sebagian besar hidrogen yang saat ini digunakan di dunia (terutama untuk tujuan kimia, seperti pembuatan grosir amonia untuk pupuk dan reformasi hidrokarbon di industri petrokimia) dihasilkan dari gas alam melalui proses yang dikenal sebagai "reformasi uap" kadang-kadang dengan penggunaan zeolit baik sebagai katalis atau untuk memisahkan karbon monoksida yang terbentuk ketika karbon "diekstraksi" dari metana melalui reaksinya.
Zeolit juga digunakan secara lebih umum untuk menghilangkan CO2 dari gas alam2. Idealnya, hidrogen harus ''hijau'', yaitu dibuat dengan elektrolisis air menggunakan listrik yang dihasilkan dari sumber terbarukan, mis. tenaga angin, tetapi dapat dikatakan bahwa elektron tersebut akan lebih efektif digunakan dalam bentuk teknologi baterai untuk mengemudi kendaraan dan peralatan listrik lainnya. Meskipun demikian, upaya menuju ekonomi hidrogen diduga terus berlanjut, dan perhatian terbesar adalah pengembangan bahan di mana hidrogen dapat disimpan secara efektif, termasuk zeolit7.
Para peneliti di Spanyol telah menemukan bahwa zeolit-Y yang sebagian ditukar dengan kation magnesium (Mg2+) memiliki entalpi adsorpsi tinggi yang belum pernah terjadi sebelumnya yaitu 17,5kJ mol1 untuk H2, yang mendekati nilai 15kJ mol1 yang baru-baru ini diusulkan sebagai optimum untuk bahan yang akan efisien mengikat dan melepaskan H2 sesuai dengan permintaan pelepasan penyimpanan untuk itu.
Dengan demikian gas tidak boleh terlalu kuat teradsorpsi jika tidak maka tidak akan dilepaskan dalam situasi ''stasiun pengisian bahan bakar'', atau teradsorpsi terlalu lemah jika tidak, bahan tersebut tidak efektif untuk menyimpannya di tempat pertama. Entalpi adsorpsi yang tinggi dikaitkan dengan daya polarisasi yang tinggi (eyr) dari kation Mg2+.
Di sini, efek polarisasi (Bagian 4) mengurangi frekuensi regangan dasar H-H yang ditentukan dari spektroskopi Raman dalam fase gas untuk molekul yang tidak terganggu pada 4163cm1 hingga 4056cm1. Nilai 17,5kJ mol1 secara signifikan lebih besar daripada yang dilaporkan sebelumnya untuk adsorpsi H2 dalam zeolit penukar kation logam alkali, dan sekitar 20 kali lipat lebih tinggi daripada entalpi pencairan H2 sebesar 0,9kJ mol1 (pada 20,45 K).
Namun, ini tidak menjawab pertanyaan tentang berapa banyak hidrogen yang dapat diserap oleh zeolit untuk tujuan praktis. Untuk aplikasi komersial, kerapatan energi yang dapat diterapkan untuk tangki penyimpanan hidrogen dianggap mampu secara efisien menampung sejumlah hidrogen yang setara dengan 6,5 % berat tangki atau 62kg H2 m3 dalam hal volume.
Meskipun penyelidikan metode penyimpanan hidrogen telah berlangsung selama lebih dari 30 tahun, belum ada metode tunggal yang memenuhi kriteria yang menuntut ini. Beberapa pendekatan memenuhi target berat, tetapi H2 menempati volume yang sangat besar (misalnya tangki gas hidrogen terkompresi).
Lainnya mencapai target volume tetapi gagal memenuhi kriteria rasio berat (misalnya penyerap hidrida logam). Sebuah studi mekanika molekuler telah dibuat dari batas termodinamika pada penyimpanan hidrogen dalam bahan kerangka sodalite, dibangun dari TO4 (di mana T¼Al, Si, Ge, P) tetrahedra, dari mana disimpulkan bahwa struktur sodalite bebas kation dapat menampung delapan hidrogen molekul per sangkar sebagai pembebanan optimum, di mana jumlah hidrogen per satuan volume hampir sama dengan hidrogen cair, sehingga kerapatan praktis yang berguna dari 65kg H2 m-3 dimungkinkan untuk sebagian besar struktur berbasis sodalit.
Untuk hidrogen cair murni densitasnya adalah 70,8kg H2 m3 yang merupakan densitas normal cairan pada suhu 20,28K. Mencairkan hidrogen mengkonsumsi sekitar 30% dari energi yang mungkin diperoleh dari bahan sebagai bahan bakar, yang merupakan kelemahan yang cukup besar untuk strategi.
Kesimpulan
Disimpulkan bahwa untuk kapasitas pemuatan kepentingan teknis, 573K dan 100bar, kapasitas penyimpanan sekitar 0,1wt% dapat dicapai untuk setiap jenis struktur sodalite. Namun, dalam situasi praktis, kapasitas lebih besar dari 4% kemungkinan besar akan dipenuhi hanya dalam kondisi suhu yang sangat rendah dan atau tekanan yang sangat tinggi.
Ketika hidrogen diserap dalam zeolit, untuk semua maksud dan tujuan, adsorpsi dapat dianggap sebagai pencairan terfasilitasi, di mana interaksi padat-gas membantu kondensasi cair pada suhu dan tekanan yang lebih mudah diakses daripada yang diperlukan untuk mengembunkan gas hidrogen ke dalam cairan curah.
Kesimpulannya, prospek penggunaan zeolit untuk penyimpanan hidrogen praktis tampaknya terbatas. Beberapa karbon berpori yang ditempa zeolit tampaknya menawarkan janji yang lebih besar, dan untuk satu contoh serapan hidrogen 4,5wt% dan berat 45gyL dan densitas volumetrik, dilaporkan pada tekanan 77K dan 20 atmosfer (2MPa).
Kapasitas yang lebih besar masih dilaporkan untuk bahan kerangka koordinasi berpori yang memberikan serapan untuk H2 hingga 6wt%, pada 78K dan tekanan kurang dari 20atm. Oleh karena itu, ini hampir pasti akan diselidiki lebih lanjut sebagai sistem penyimpanan hidrogen praktis yang potensial.
Namun hidrogen dapat digunakan, baik sebagai zat murni atau sebagai teradsorpsi ke dalam zeolit atau bahan berpori lainnya, biaya energi pendinginan dan kompresi kriogenik harus lahir dan diperhitungkan dalam persamaan keseimbangan energi untuk ekonomi hidrogen.
Semua upaya untuk menemukan pengganti bahan bakar hidrokarbon telah membawa pulang betapa idealnya yang terakhir sebagai bahan bakar, baik dari segi kepadatan energi dan sifat penanganannya, dan mencari penggantinya akan menjadi tindakan yang sulit jika dapat dilakukan di semua.
Distributor Zeolit Untuk Berbagai Aplikasi dan Industri
Jika Anda adalah perusahaan yang membutuhkan zeolit untuk pengolahan berbagai produk Anda, kami siap membantu. Ady Water jual zeolit untuk filter air jenis batu, pasir, dan tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram.
Kami juga sudah suplai zeolit ke industri food and beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Semua produk kami ready stock. Selain itu, kami juga dapat memberikan suplai hingga puluhan ton secara rutin per bulan atau sesuai dengan kebutuhan Anda.
Untuk informasi lebih lanjut bisa hubungi kami di;
Pusat Zeolit Unggulan Ady Water Bandung
Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194
Zeolit Filtrasi Air Jakarta
Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830
Zeolit Untuk Air Bersih Jakarta Barat
Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480
Atau Anda juga bisa langsung kontak sales kami secara langsung baik via phone maupun WhatsApp:
• 0821 2742 4060 (Ghani)
• 0812 2165 4304 (Yanuar)
• 0821 2742 3050 (Rusmana)
• 0821 4000 2080 (Fajri)
• 0812 2445 1004 (Kartiko)
• 0812 1121 7411 (Andri)
Untuk Anda yang membutuhkan zeolit baik untuk kebutuhan pengolahan air rumah tangga maupun industri termasuk bagi Anda yang menjalankan bisnis pengolahan air, silahkan kontak kami segera.
Jika Anda memiliki pertanyaan seputar zeolit, silahkan kontak kami untuk diskusi lebih lanjut dan temukan produk zeolit sesuai kebutuhan. Kami di Ady Water menawarkan zeolit terbaik untuk berbagai aplikasi. Silahkan datang ke kantor kami atau kontak sales kami di nomor di atas. Terima kasih.