Aqueous Phase Reforming (APR)

hidrogen

Hidrogen banyak digunakan sebagai bahan bakar seperti pada industri pengilangan, treating logam dan pemrosesan makanan. The National Aeronautics and Space Administration (NASA) adalah pengguna primer hidrogen sebagai bahan bakar dan telah menggunakannya selama bertahun-tahun dalam program luar angkasa. Baterai hidrogen yang disebut fuel cells dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan sistem daya listrik di roket atau pesawat luar angkasa. Produk samping yang diperoleh hanyalah air murni dan digunakan oleh para awak pesawat sebagai air minum. Proses pada fuel cells sangat efisien tetapi pembuatannya mahal. Fuel cells ukuran kecil dapat menjalankan mobil listrik sedangkan fuel cells ukuran besar dapat menyediakan listrik untuk tempat terpencil tanpa jalur transmisi.

Hidrogen mempunyai potensi yang besar sebagai bahan bakar ramah lingkungan untuk mengurangi ketergantungan dari mengimpor sumber daya energi. Sebelum hidrogen dapat menjadi sumber energi terbesar dan dapat digunakan sebagai alternatif dari bensin, banyak fasilitas baru harus dibangun. Kita akan memerlukan fasilitas tersebut untuk membuat hidrogen, menyimpannya dan memindahkannya. Kita akan memerlukan fuel cells yang ekonomis dan konsumen memerlukan teknologi dan pendidikan untuk aman menggunakannya. Saat ini telah banyak proses yang ditemukan untuk mengkonversi biomassa seperti gliserol menjadi hidrogen. Salah satu proses yang efektif adalah reformasi fasa cair (Aqueous Phase Reforming/APR). Proses ini telah dikembangkan oleh Virent Energy System, Inc. Proses APR adalah metoda yang unik untuk memproduksi hidrogen dari larutan senyawa beroksigen dalam satu tahap proses reaktor dibandingkan dengan tiga atau lebih tahap yang diperlukan untuk memproduksi hidrogen melalui proses konvensional yang mempergunakan bahan bakar fosil yang tak terbarukan. Kunci pemecahan dari proses APR adalah reformasi larutan dilakukan dalam fasa cair.

Gliserol ini bisa dicampur dengan air untuk dijadikan umpan dari proses reformasi fasa cair ini. Skema proses ini bisa dilihat pada Gambar berikut.

                                                           Diagram Proses APR

Pada proses ini, reaksi yang terjadi adalah :
C3H8O3 + 3H2O –> 3CO2 + 7H2

Reaksi reformasi fasa cair ini terjadi dalam reaktor tunggal pada temperatur antara 200°C hingga 250°C dan pada tekanan di atas bubble point air (16-40 bar). Reaksi ini merupakan reaksi endoterm sehingga membutuhkan pasokan kalor dari luar.
Katalis logam sering digunakan untuk proses Aqueous Phase Reforming. Logam seperti Pt, Pd, dan campuran logam Ni-Sn menunjukkan selektivitas yang tinggi untuk produksi hidrogen dan kecenderungan untuk membentuk alkana sangat rendah. Di sisi lain, logam seperti Ru dan Rh lebih aktif untuk membentuk alkana. Penyangga asam memiliki selektivitas tinggi untuk reaksi ini, sedangkan penyangga basa/ netral meyukai produksi hidrogen. Lebih dari itu, penyangga oksida memainkan aturan kunci dalam aktivasi molekul air, menghasilkan inhibition atau promotion dalam WGSR (Water Gas Shift Reaction). Keasaman larutan juga berpengaruh pada unjuk kerja aqueous phase reformer. Secara jelas dapat disimpulkan bahwa larutan basa dan netral menghasilkan selektivitas hidrogen yang tinggi dan selektivitas alkana yang rendah. Sebaliknya larutan asam menghasilkan selektivitas hidrogen yang rendah dan selektivitas alkana yang tinggi.
Metode Preparasi Katalis
Katalis yang akan digunakan untuk suatu reaksi biasanya melalui tahap preparasi terlebih dahulu. Berikut adalah beberapa tahap preparasi yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya.

1. Menurut Nianjun Luo et all. Bahwa katalis berbasis Pt telah dipreparasi menggunakan metode incipient wetness impregnation. Secara khas, y-Al2O3 (ukuran 178-250 µm) telah diimpregnasi dengan larutan H2PtCl6 selama 24 jam pada temperatur ruang. Kemudian dikeringkan pada 120 °C semalaman dalam oven dan dikalsinasi pada 260 °C selama 2 jam di udara.
2. Menurut Guodong Wen et all. Bahwa larutan yang digunakan untuk preparasi katalis Pt, Ni, Co dan Cu adalah berturut-turut H2PtCl6, (Ni(NO3)2.6H2O), (Co(NO3)2.6H2O) dan (Cu(NO3)2.6H2O). Al2O3, karbon aktif, SiO2, MgO, HUSY (SiO2/Al2O3=4.8) dan SAPO-11 (Si0.129Al0.499P0.397O2) digunakan sebagai penyangga untuk menyangga katalis Pt. Katalis dipreparasi dengan metode incipient wetness impregnation dilanjutkan dengan pengeringan di udara dalam oven pada 383 K semalaman dan terakhir dikalsinasi pada 723 K selama 3 jam (kecuali untuk katalis Pt dikalsinasi pada 753 K). Kemudian direduksi dalam aliran H2 selama 2 jam pada 823 K (pemanasan 2 K/min). Setelah reduksi, sampel didinginkan samapi temperatur ruang dan dipassivasi dalam aliran O2/N2 (1%-vol O2).

Sumber:
http://www.greenoptimistic.com/hydrogen_power
http://www.wisbiorefine.org
http://www.esru.strath.ac.uk