Proses Produksi Hidrogen Secara Industri

Gas hidrogen – dengan rumus kimia H2 – merupakan salah satu gas terpenting dalam industri. Salah satunya hidrogen digunakan untuk memproduksi amonia dan hidrogen peroksida. (klik di sini untuk mengetahui kegunaan gas H2 lainnya).

Pertanyaannya sekarang, sebenarnya bagaimana sih proses produksi hidrogen secara industri itu dilakukan?

Postingan kali ini akan menjawab pertanyaan tadi.

Yuk, kita simak pemaparan berikut ini.

Proses Produksi Hidrogen Secara Industri

Pada dasarnya, hidrogen dapat diproduksi melalui beberapa jenis proses. Proses-proses tersebut meliputi thermochemical process, electrolysis dan biological process.

Proses pembuatan hidrogen melalui thermochemical process dilakukan dengan melibatkan penggunaan panas dan reaksi kimia untuk melepaskan gas hidrogen dari senyawa karbon seperti gas alam, biomasa dan batu bara.

Untuk menghasilkan hidrogen melalui proses electrolysis atau elektrolisa, maka diperlukan air dan tenaga listrik untuk menguraikan air menjadi hidrogen dan oksigen.

Sedangkan proses produksi hidrogen melalui biological process melibatkan penggunaan bakteri dan juga alga.

Akan tetapi pada saat ini proses produksi hidrogen secara industri yang populer menggunakan thermochemical process dan electrolysis.

Proses Pembuatan Hidrogen Melalui Thermochemical Process

Thermochemical process terdiri dari beberapa macam proses yang sudah dikenal luas di dunia industri, yaitu:

• Steam Methane Reforming
• Coal Gasification
• Biomass Gasification

Steam Methane Reforming
Kalau anda pernah melakukan kerja praktek atau kunjungan industri ke pabrik amonia seperti PT Pupuk Kujang, tentu anda ingat di dalamnya terdapat satu alat yang disebut reformer. Nah, di sinilah terjadinya proses steam methane reforming itu. Atau lebih sering disebut dengan proses steam reforming.

Gas methane (CH4) atau metana diperoleh dari gas alam. Metana dan steam (air) bereaksi dengan bantuan katalis Nickel atau Ni/Al2O3 pada suhu 700oC-1000oC dan tekanan antara 3-25 bar. Reaksi endotermis yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut:

CH4 + H2O <—> 3H2 + CO

Gas CO atau karbon monoksida yang terbentuk selanjutnya dikonversi menjadi CO2 atau karbon dioksida dan hidrogen melalui water-gas shift reaction.

Dan reaksi yang terjadi adalah:

CO + H2O <—> CO2 + H2

Reaksi di atas terjadi dengan bantuan katalis berbasis Cu (tembaga) atau Fe (besi), serta menghasilkan panas (eksotermis).

Selain reaksi yang pertama, reaksi antara CH4 dan H2O pun menghasilkan CO2 secara langsung, seperti dijelaskan dengan persamaan reaksi berikut ini:

CH4 + 2H2O <—> CO2 + 4H2

Pada proses berikutnya, karbon dioksida yang terbentuk dipisahkan dari hidrogen, sehingga didapatlah gas hidrogen yang murni.

Coal Gasification
Apabila anda memasuki kawasan industri Kujang Cikampek melewati pintu masuk bagian timur, maka akan tampak sebuah pabrik dengan nama PT IHI Gasification Indonesia.

Kalau anda belum tahu, PT IHI Gasification Indonesia merupakan pabrik yang mengolah batu bara berkalori rendah menjadi syngas atau synthetic gas, yang terdiri dari gas CO, H2 dan CO2.

Proses yang digunakan disebut dengan coal gasification. Proses ini melibatkan reaksi antara batu bara dengan oksigen dan steam pada kondisi tekanan dan suhu tinggi. Gas yang dihasilkan berupa CO, H2, CO2 dan senyawa lain.

Nah, selanjutnya campuran gas ini dimurnikan dan kemudian dipisahkan dari pengotornya. Nantinya produk CO dan H2 dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan bahan baku pabrik amonia atau pupuk urea.

Biomass Gasification
Limbah organik seperti sisa tanaman, jerami sisa panen padi, gandum atau jagung, kotoran hewan dan limbah hutan, dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk pembuatan syngas melalui proses biomass gasification.

Proses pembuatan hidrogen dengan teknologi biomass gasification melibatkan penggunaan steam dan oksigen, tanpa pembakaran, yang terjadi pada suhu di atas 700oC. Gas yang dihasilkan berupa hidrogen, karbon monoksida dan karbon dioksida.

Karbon monoksida selanjutnya direaksikan kembali dengan air pada water-gas shift reactor menjadi hidrogen dan karbon dioksida. Selanjutnya, hidrogen dipisahkan dari karbon dioksida untuk mendapatkan gas hidrogen murni.

Proses Pembuatan Hidrogen Melalui Electrolysis

Seperti disinggung di awal, bahwa proses pembuatan gas hidrogen melalui electrolysis menggunakan energi listrik dan air. Proses ini melibatkan reaksi penguraian air menjadi gas oksigen dan hidrogen dan terjadi dalam sebuah electrolyzer.

Sebuah electrolyzer terdiri dari anoda dan katoda, yang dipisahkan oleh larutan elektrolit (membran).

Pada sisi anoda, air diuraikan menjadi oksigen dan molekul hidrogen yang bermuatan positif (proton). Hidrogen kemudian melewati membran elektrolit, berpindah ke sisi katoda. Sedangkan elektron (bermuatan negatif) berpindah ke katoda melalui rangkaian luar.

Pada sisi katoda, hidrogen yang bermuatan positif selanjutnya bereaksi dengan elektron menjadi gas hidrogen.

Hidrogen yang terbentuk selanjutnya dikondisikan sebelum digunakan.

Teknologi elektrolisis ini terus dikembangkan. Salah satunya adalah yang dikembangkan oleh Thyssenkrupp Industrial Solutions AG (Jerman). Baru-baru ini perusahaan tersebut telah mulai memproduksi sistem elektrolisis air skala industri, dengan sumber listrik yang berasal dari energi terbarukan.

Sistem elektrolisis air ini tersedia dalam bentuk modul, dengan beragam kapasitas (5, 10 dan 20 MW).