Terobosan Katalis Baru Ubah Gas Metana Menjadi Metanol dalam Satu Langkah

Para ilmuwan dari Laboratorium Nasional Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) yang dikelola oleh Departemen Energi Amerika Serikat telah menciptakan katalis yang sangat selektif untuk mengubah metana, komponen utama gas alam, menjadi metanol, sebuah bahan bakar cair yang mudah diangkut. Proses ini hanya membutuhkan satu langkah dan berlangsung pada suhu yang lebih rendah dari suhu yang dibutuhkan untuk membuat teh. Yang lebih penting, proses ini hanya menghasilkan metanol tanpa produk sampingan lainnya.

Para ilmuwan dari Laboratorium Nasional Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) yang dikelola oleh Departemen Energi Amerika Serikat telah menciptakan katalis yang sangat selektif untuk mengubah metana, komponen utama gas alam, menjadi metanol, sebuah bahan bakar cair yang mudah diangkut. Proses ini hanya membutuhkan satu langkah dan berlangsung pada suhu yang lebih rendah dari suhu yang dibutuhkan untuk membuat teh. Yang lebih penting, proses ini hanya menghasilkan metanol tanpa produk sampingan lainnya.

Ini merupakan kemajuan besar dibandingkan dengan metode tradisional yang lebih rumit, yang biasanya memerlukan tiga reaksi terpisah dengan kondisi yang berbeda-beda dan suhu yang jauh lebih tinggi.

Hampir seperti memasukkan semua bahan ke dalam panci presto, dan kemudian reaksi terjadi secara spontan.

Kesederhanaan sistem ini bisa sangat berguna untuk memanfaatkan cadangan gas alam “terisolasi” di daerah pedesaan terpencil, yang jauh dari infrastruktur pipa dan kilang kimia yang mahal. Dengan teknologi ini, gas alam dapat diubah menjadi metanol di tempat, tanpa perlu mengangkut gas alam cair bertekanan tinggi yang mudah terbakar.

Para ilmuwan juga bekerja sama dengan mitra industri untuk membawa teknologi ini ke pasar. Mereka termotivasi oleh gagasan untuk “menutup siklus karbon”—yaitu, mendaur ulang karbon agar tidak terlepas ke atmosfer, sehingga memungkinkan solusi energi bersih yang netral karbon.

Dari Ilmu Dasar ke Industri

Ilmu dasar di balik konversi ini dibangun dari penelitian kolaboratif selama satu dekade. Para ahli kimia di Brookhaven bekerja sama dengan para ahli di National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) dan Center for Functional Nanomaterials (CFN)—dua fasilitas pengguna dari DOE Office of Science—serta peneliti di Laboratorium Nasional Ames dan kolaborator internasional di Italia dan Spanyol.

Penelitian sebelumnya menggunakan versi ideal katalis yang lebih sederhana. Para ilmuwan menggunakan pemodelan komputasi dan berbagai teknik untuk mempelajari bagaimana katalis ini bekerja untuk memecah dan membentuk ulang ikatan kimia untuk mengubah metana menjadi metanol serta memahami peran air dalam reaksi tersebut.

Dalam penelitian terbaru, tim menambahkan lapisan tipis karbon di antara logam dan oksida dalam katalis. Lapisan ini membantu logam aktif, paladium, mengubah metana menjadi metanol.

Untuk mengeksplorasi dan mengungkap kimia unik ini, para ilmuwan membangun infrastruktur penelitian baru baik di laboratorium Brookhaven maupun di NSLS-II. Mereka menciptakan reaktor bertekanan tiga fase untuk memantau bahan dalam reaksi secara real-time, serta menggunakan spektroskopi sinar-X untuk mempelajari reaksi tersebut.

Dengan kolaborasi global ini, tim ilmuwan menemukan bahwa katalis baru yang terdiri dari paladium, oksida cerium, dan karbon dapat menghasilkan metanol dengan selektivitas 100%, hanya dalam satu reaktor.

Referensi:

[1] https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=122014, diakses pada 27 Agustus 2024

[2] Juan D. Jiménez, Pablo G. Lustemberg, Maila Danielis, Estefanía Fernández-Villanueva, Sooyeon Hwang, Iradwikanari Waluyo, Adrian Hunt, Dominik Wierzbicki, Jie Zhang, Long Qi, Alessandro Trovarelli, José A. Rodriguez, Sara Colussi, M. Verónica Ganduglia-Pirovano, Sanjaya D. Senanayake. From Methane to Methanol: Pd-iC-CeO2 Catalysts Engineered for High Selectivity via Mechanochemical Synthesis. Journal of the American Chemical Society, 2024; DOI: 10.1021/jacs.4c04815

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *