Pengaruh Zeolit Pada Energi Terbarukan; Sel Bahan Bakar dan Penyimpanan Energi Panas

Pemanfaatan kandungan zeolit di era modern semakin terus berkembang. Dua di antaranya akan dibahas pada artikel ini yakni manfaat kandungannya pada industri bahan bakar dan juga penyimpanan energi panas. Untuk lebih jelasnya, berikut ulasannya;

Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar adalah perangkat elektrokimia yang mengubah energi kimia yang dilepaskan oleh oksidasi bahan bakar menjadi energi listrik, menjadi sumber daya yang sangat baik untuk aplikasi mobil. Kerja sel bahan bakar melibatkan banyak proses elektrokimia dan bahan komponen.

Karena kemampuan katalitik, adsorpsi, dan pemisahannya yang unggul, zeolit ​​​​dapat digunakan tidak hanya sebagai katalis untuk produksi bahan bakar yang efisien (seperti hidrogen dan metanol) tetapi juga sebagai bahan komponen sel (seperti elektroda dan membran).

Hidrogen adalah salah satu bahan bakar terpenting untuk sel bahan bakar. Metode pembangkitan hidrogen tradisional, seperti reformasi uap gas alam, menghasilkan sejumlah besar pengotor bersama dengan H2, seperti CO, yang dapat meracuni elektroda dalam sel bahan bakar. Mengembangkan metode hijau untuk secara efisien menghasilkan H2 murni telah menarik banyak perhatian.

Wang et al.20 mengembangkan strategi yang mudah untuk mensintesis kluster Pd ultrakecil yang dikemas dalam saluran interseksional silikalit-1 berukuran nano untuk menghasilkan H2 yang sangat efisien dari dekomposisi lengkap asam format dalam kondisi ringan tanpa menghasilkan CO.

Khususnya, katalis Pd/silikalit-1 yang dibuat dengan pengenalan KOH memberikan nilai frekuensi pergantian tertinggi, mencapai hingga 856 jam-1 pada 25 °C dan 3.027 jam-1 pada 50 °C, sebagai hasil dari pengurangan lebih lanjut Ukuran cluster Pd dan situs dasar diperkenalkan di silikalit-1.

Selain itu, katalis yang disintesis memiliki stabilitas termal yang unggul serta stabilitas daur ulang yang sangat baik sebagai hasil dari pengekangan yang sesuai dari gugus Pd dalam matriks silikalit-1. Selanjutnya, Sun et al.21 menyiapkan serangkaian kluster bimetalik hibrida subnanometrik Pd-M(OH)2 (M = Ni, Co) dalam silikalit-1.

Nanokatalis bimetalik hibrida menunjukkan kinerja katalitik selektif bentuk yang sangat baik dan stabilitas termal pada 600 ° C-700 ° C karena efek stabilisasi dari kurungan zeolit ​​​​dan efek sinergis bimetalik. Secara khusus, katalis 0.8Pd0.2Ni(OH)2@silicalite-1 memberikan frekuensi pergantian awal tertinggi hingga 5.803 jam-1 terhadap dekomposisi asam format tanpa aditif pada 60°C.

Dengan asumsi efisiensi operasi 60%, 1,0 g katalis 0.8Pd0.2Ni(OH)2@silicalite-1 mampu menghasilkan H2 untuk 4–14 perangkat sel bahan bakar membran pertukaran proton kecil (0,5–2,0 Wh). Katalis komposit logam/zeolit ​​ini membuka prospek baru untuk penyimpanan hidrogen praktis untuk sel bahan bakar.

Metanol adalah bahan bakar penting lainnya untuk sel bahan bakar. Produksi metanol tradisional dari metana, gas rumah kaca yang melimpah, adalah proses tidak langsung, mahal, dan intensif energi yang perlu mengoksidasi metana menjadi syngas pada suhu yang sangat tinggi.

Konversi langsung metana menjadi metanol merupakan alternatif yang menjanjikan untuk produksi metanol, tetapi cukup menantang karena metanol lebih mudah teroksidasi daripada metana. Zeolit ​​penukar logam transisi telah menunjukkan potensi besar dalam proses ini karena situs aktif logam uniknya terbatas pada pori-pori zeolit.

Misalnya, kluster trinuklear [Cu3(μ-O)3]2+ yang terkurung dengan baik dalam zeolit ​​mordenit tertukar Cu (tipe MOR) dapat berfungsi sebagai pusat aktif situs tunggal untuk aktivasi efisien ikatan C–H dalam metana dan transformasi selanjutnya menjadi metanol; aktivitas katalitik yang luar biasa untuk konversi metana-ke-metanol suhu rendah melalui beta yang ditukar Fe berasal dari dua situs aktif spin-tinggi mononuklear yang terbentuk secara berurutan, FeII dan FeIV=O, yang terkurung dengan baik di 6-cincin yang terdistorsi dalam beta; ZSM-5 yang ditukar Pd dengan situs aktif Pd1O4 terdispersi tunggal yang berlabuh di mikropori ZSM-5 menunjukkan selektivitas dan aktivitas tinggi dalam konversi metana menjadi metanol melalui oksidasi parsial dengan H2O2.

Baru-baru ini, Sushkevich et al. mengembangkan metode bertahap langsung anaerobik yang menggunakan air sebagai sumber oksigen untuk konversi metana menjadi metanol dengan selektivitas tinggi (∼97%) dibandingkan mordenit yang ditukar dengan Cu. Seluruh proses terdiri dari dua langkah berturut-turut di atas situs aktif mono(μ-okso)di-tembaga, yaitu, oksidasi metana dan reduksi air, yang secara konsisten menghasilkan 0,2 mol CH3OH per mol Cu dalam Cu-mordenit.

Di sini, molekul air tidak hanya bertindak sebagai sumber oksigen yang murah dan berlimpah untuk mengoksidasi sebagian metana dan meregenerasi situs aktif dalam Cu-mordenit tetapi juga memfasilitasi desorpsi metanol dan menstabilkan zat antara reaksi. Dengan air yang bertindak sebagai oksidan, tidak diperlukan oksigen molekuler. Dibandingkan dengan oksidasi langsung dengan oksigen yang mengarah ke suhu operasi yang tinggi dan hasil yang rendah, rute konversi metana-ke-metanol bertahap seperti itu diharapkan mendapat perhatian yang meningkat dalam waktu dekat.

Selain sebagai katalis untuk produksi bahan bakar, zeolit ​​juga dapat digunakan untuk membangun sel bahan bakar. Misalnya, nanokatalis ZSM-5 yang didekorasi dengan CeO2 dapat digunakan untuk membuat elektroda karbon kaca termodifikasi CeO2/ZSM-5 untuk oksidasi elektrokimia metanol.27 CeO2/ZSM-5 menunjukkan aktivitas elektrokatalitik sekitar tiga kali lebih tinggi daripada Pt komersial (20 %)/C katalis sebagai hasil dari dispersi yang baik dari nanocrystals CeO2 pada luas permukaan ZSM-5 yang besar.

Selain itu, densitas CeO2(30%)/ZSM-5 saat ini tetap di atas 96% bahkan setelah bersepeda 1.000 kali, sedangkan Pt (20%)/C komersial hanya dapat mempertahankan 9% dari aktivitas aslinya. Siklus hidup yang baik tersebut dikaitkan dengan kemampuan katalitik CeO2(30%)/ZSM-5 untuk mengubah CO, zat antara reaksi yang beracun bagi elektroda Pt, menjadi CO2.

Zeolit ​​​​juga dapat digunakan untuk menyiapkan membran elektrolit komposit untuk meningkatkan kinerja sel bahan bakar karena stabilitas termal dan mekaniknya yang tinggi serta hidrofilisitas yang dapat diatur. Misalnya, membran komposit asam perfluorosulfonat/zeolit ​​dapat dibuat untuk sel bahan bakar yang dapat melembapkan sendiri yang dapat dioperasikan pada suhu tinggi tanpa adanya pelembapan eksternal.

Secara khusus, membran komposit Nafion-117/silicalite-1, Nafion-117/H-ZSM-5, dan Nafion-117/H-ZSM-5/silicalite-1 menunjukkan suhu transisi gelas yang jauh lebih baik, tegangan rangkaian terbuka, maksimum densitas daya, dan daya tahan suhu tinggi di atas membran Nafion 117 standar karena zeolit ​​terkurung dan lembab yang diberikan terhadap asam perfluorosulfonat. Terlepas dari semua keuntungan ini, untuk penggunaan praktis zeolit ​​​​sebagai elektroda dan membran elektrolit, masih diperlukan lebih banyak upaya untuk meningkatkan konduktivitas listrik dan proton dari zeolit.

Penyimpanan Energi Panas

Teknik penyimpanan energi termal menyimpan dan melepaskan energi dalam bentuk panas, dan merupakan kandidat yang menjanjikan untuk penyimpanan energi berselang, seperti tenaga surya dan panas limbah industri. Fasilitas pemanas air panas saat ini merupakan sistem penyimpanan energi panas yang paling banyak digunakan, tetapi kepadatan energinya sangat rendah (10−50 kWh m−3).

Penyimpanan energi zeolit-air-adsorpsi adalah teknologi baru yang memanfaatkan energi yang disimpan dan dilepaskan selama desorpsi air dan adsorpsi atas zeolit, masing-masing. Beberapa jenis zeolit ​​telah diteliti untuk penyimpanan energi adsorpsinya, antara lain zeolit ​​X (tipe FAU), Y (tipe FAU), A (tipe LTA), SAPO-34 (tipe CHA), AlPO-34 (tipe CHA), dan AlPO -18 (tipe AEI), dll.30 Misalnya, silicoaluminophosphate SAPO-34, aluminophosphates AlPO-34, dan AlPO-18 dengan hidrofilisitas tinggi menunjukkan kapasitas penyerapan air yang sama tinggi.

Secara khusus, AlPO-34 memiliki densitas energi yang tinggi sebesar 240 kWh m−3 dalam kisaran suhu 40°C−140°C. Perhatikan bahwa suhu desorpsi 140°C berada dalam kisaran yang dapat dicapai oleh kolektor panas matahari. Selain itu, AlPO-34 memungkinkan pengambilan air tiba-tiba yang unik dalam rentang tekanan yang sempit karena pembentukan koordinasi Al-H2O.

Semua fitur ini menjadikan AlPO-34 sebagai adsorben yang sangat menjanjikan untuk penyimpanan energi adsorpsi air yang praktis. Baru-baru ini, zeolit ​​aluminofosfat AlPO-LTA (tipe LTA) dilaporkan untuk penyimpanan energi adsorpsi, mengungguli semua bahan berpori lainnya. AlPO-LTA menunjukkan serapan air tinggi yang belum pernah terjadi sebelumnya (0,42 gg−1) dan kepadatan energi (527 kWh m−3 ).

Penyimpanan energi yang tinggi tersebut dikaitkan dengan sifat hidrofilik aluminofosfat dan pembentukan jaringan ikatan-H molekul air di dalam pori-pori AlPO-LTA. Kapasitas energinya turun kurang dari 2% setelah 40 siklus adsorpsi-desorpsi. Lebih penting lagi, AlPO-LTA membutuhkan suhu desorpsi 10 °C−15 °C lebih rendah dari bahan lain, dan mencapai 90% dari kapasitasnya hanya pada 60 °C, sehingga lebih cocok untuk penyimpanan panas matahari jangka panjang bahkan di daerah tanpa penyinaran matahari yang intens.

Di luar laboratorium, ZAE Bayern mengembangkan sistem adsorpsi air dengan menggunakan zeolit ​​X untuk memberikan pemanas ke gedung sekolah di musim dingin. Ketika permintaan termal tinggi di siang hari, panas yang tersimpan dilepaskan melalui adsorpsi proses. Udara dari gedung sekolah dipanaskan di kolom adsorpsi dan kembali ke sistem pemanas sekolah.

Regenerasi zeolit ​​X dilakukan dengan pemanasan distrik pada malam hari saat kebutuhan termal rendah. Kepadatan energi sistem ini bisa mencapai 124 kWh m−3, jauh lebih tinggi daripada sistem penyimpanan air panas. Selain pemanfaatan di lokasi, adsorben zeolit ​​juga dapat digunakan sebagai bahan penyimpan energi panas bergerak untuk pemanfaatan energi di luar lokasi.

Misalnya, ZAE Bayern mengembangkan sistem penyimpanan energi panas bergerak 2,3 MWh, dengan 14 ton unggun adsorben zeolit.34 Ini digunakan untuk memulihkan panas limbah industri dari pabrik insinerasi yang terletak 7 km dari kebutuhan panas. Sistem skala nyata ini mampu menghemat 616 kg CO2 per siklus transpor, dan adsorben zeolit ​​tidak menunjukkan degradasi selama pengujian yang berbeda.

Dapat diantisipasi bahwa dengan pengembangan adsorben aluminofosfat hidrofilik, teknik penyimpanan energi adsorpsi akan mendapat perhatian lebih dalam waktu dekat. Pekerjaan di masa depan termasuk meningkatkan stabilitas dan masa daur ulang zeolit ​​aluminofosfat, menyetel kinerja zeolit ​​dengan impregnasi dengan bahan lain seperti garam higroskopis, dan mengoptimalkan faktor teknis, seperti ukuran partikel adsorben, desain kolom adsorpsi, dan suhu operasional, dll., untuk mendapatkan pemanasan hemat biaya.

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.