Mencapai Jackpot Gas Alam

Dibandingkan dengan minyak, gas alam sangat melimpah sehingga mengejutkan. Cadangan minyak bumi yang terbukti bagus untuk satu triliun barel atau lebih. Pada tingkat konsumsi hari ini, mereka akan bertahan sekitar 40 tahun. Tambahkan cadangan minyak yang dianggap ada tetapi masih belum ditemukan, dan garis waktunya membentang sekitar 160 tahun.



Cadangan gas alam yang diketahui, yang sebagian besar terdiri dari metana hidrokarbon sederhana, akan bertahan selama sekitar 50 tahun dengan tingkat konsumsi saat ini. Perkiraan sumber daya gas yang mungkin tetapi belum ditemukan memperpanjang proyeksi itu hingga sekitar 200 tahun. Tetapi ketika gas alam yang diperkirakan terkubur jauh di bawah laut dalam hidrat metana ditambahkan, potensinya membingungkan. Hidrat, kristal es yang menjebak molekul metana, terbentuk di bawah kedalaman 300 meter akibat bakteri penghasil metana. Sangat sedikit yang diketahui tentang berapa banyak gas yang tertampung dalam kristal ini atau bagaimana mengeluarkannya, tetapi perkiraan terbaik adalah bahwa cadangan tersebut dapat, bahkan dengan tingkat konsumsi gas alam yang berlipat ganda selama beberapa dekade mendatang, selama puluhan ribu tahun. .

Mengatasi Minyak

Cerita ini adalah bagian dari edisi Januari 2002 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Bagaimanapun Anda melakukan aritmatika, ada banyak gas alam di luar sana. Menambah daya tariknya sebagai bahan bakar masa depan adalah bahwa pembakaran metana jauh lebih bersih daripada minyak. Tapi ada masalah besar: gas alam mudah menguap dan mahal untuk diangkut. Salah satu keindahan minyak adalah Anda dapat menuangkannya ke pipa, memuatnya ke kapal tanker atau tongkang dan mengirimkannya dengan aman ke seluruh dunia. Sebaliknya, gas alam paling sering dikirim sebagai cairan, yang harus dijaga pada suhu -130 C atau pada tekanan puluhan atmosfer. Itu juga dapat diangkut sebagai gas dalam pipa, tetapi karena gas harus terus dikompresi, itu adalah proposisi yang mahal: satu perkiraan adalah bahwa pipa untuk mengeluarkan gas dari Alaska dan ke Lower 48 akan menelan biaya sekitar hingga miliar untuk membangun.

Lemparkan fakta bahwa banyak cadangan besar berada di lokasi terpencil seperti Lereng Utara Alaska atau Siberia, dan hasilnya adalah sebagian besar gas alam dunia sekarang tidak bernilai komersial. Dari [gas alam] yang disetujui semua orang, lebih dari setengahnya sama sekali tidak memiliki [nilai] pasar, kata Mark Agee, presiden Syntroleum, perusahaan energi Tulsa, OK. Tidak ada sama sekali. Itu di tempat-tempat seperti paparan barat laut Australia, Papua Nugini, pantai barat Afrika, Lereng Utara Alaska. Tempat-tempat yang benar-benar terpencil tanpa pasar siap pakai di dekatnya.

Untuk seorang insinyur kimia, solusi untuk kebingungan ini, setidaknya secara teori, relatif sederhana. Jika Anda dapat mengubah gas berbahaya ini secara kimiawi menjadi hidrokarbon cair, seperti minyak sintetis atau bahkan bensin, gas tersebut dapat diangkut dengan mudah dan murah pada suhu kamar dan tekanan normal. Bahan bakar sintetis ini dapat mengalir langsung ke jaringan pipa minyak yang ada atau ditempatkan di atas kapal tanker yang menuju pasar. Setelah penyempurnaan lebih lanjut, mereka bahkan dapat didistribusikan melalui jaringan stasiun layanan yang ada. Sebagai tawaran tambahan, karena bahan awalnya hampir nol-sulfur gas alam, bahan bakar yang dihasilkan juga akan bebas dari polutan belerang dan aromatik yang mencemari produk minyak bumi lainnya. Anda akan, dengan kata lain, memiliki sumber bahan bakar yang tersedia yang berpotensi jauh lebih murah dan lebih bersih daripada minyak.



Beberapa perusahaan minyak terbesar di dunia sekarang menginvestasikan miliaran dolar untuk membangun kilang yang menggunakan teknologi gas-to-liquid untuk mengubah metana menjadi bahan bakar diesel dan bensin ultra-bersih. Dengan menggunakan proses penyulingan bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi, pabrik baru ini, yang sedang dibangun di tempat-tempat seperti Bintulu, Malaysia, akan mengubah gas alam menjadi produk cair yang mudah dikirim ke pasar dan kemungkinan besar akan bersaing dengan biaya produk minyak bumi.

Tetapi beberapa peneliti percaya bahwa mereka memiliki ide yang jauh lebih baik. Proses yang digunakan di pabrik baru didasarkan pada kimia yang dimulai pada awal 1920-an dan mahal serta tidak efisien. Sekelompok kecil ahli kimia dan insinyur kimia sedang bekerja untuk menemukan katalis-bahan yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak sendiri dikonsumsi dalam proses-untuk secara langsung mengubah gas alam menjadi bahan bakar cair pada suhu dan tekanan rendah. Jika katalis ini bekerja-dan itu masih raksasa jika -mereka akan memungkinkan proses kilang yang murah dan sederhana yang dapat melepaskan cadangan besar gas alam yang belum dimanfaatkan. Memang, mereka akan memaksa para ahli untuk mengulang perhitungan mereka tentang pasokan energi dunia. Tiba-tiba, sumber daya metana yang belum dimanfaatkan di Siberia dan Kanada utara bisa menjadi sama pentingnya bagi dunia seperti ladang minyak yang luas di Arab Saudi.

masa lalu hitam

Ide membuat bahan bakar sintetis cair bukanlah hal baru. Pada tahun 1923, dua peneliti batubara Jerman, Franz Fischer dan Hans Tropsch, menemukan cara untuk mengubah cadangan batubara yang melimpah di Lembah Ruhr menjadi minyak sintetis. Fischer dan Tropsch tahu bahwa jika mereka memanaskan tumpukan batu bara, mereka akan menghasilkan campuran karbon monoksida dan hidrogen. Para ilmuwan menemukan bahwa dengan melewatkan gas ini di atas katalis logam, mereka dapat membuat bahan bakar sintetis. Selama Perang Dunia II, pemerintah Jerman menggunakan proses Fischer-Tropsch untuk memproduksi sekitar 600.000 barel per tahun bahan bakar militer dari cadangan batu bara yang melimpah di negara itu.



Setelah perang, badan intelijen Sekutu mengobrak-abrik pabrik Jerman untuk mengetahui cara kerjanya, dan pabrik Fischer-Tropsch kecil dioperasikan di Brownsville, TX, dari tahun 1948 hingga 1953. Pada 1950-an, pemerintah Afrika Selatan menemukan dirinya sendiri, seperti rezim Nazi, dengan sedikit atau tanpa akses ke minyak bumi; itu beralih ke proses Fischer-Tropsch dan membangun beberapa pabrik untuk mengubah batubara dari cadangan negara yang luas menjadi bahan bakar sintetis.

Dan di sanalah teknologi mungkin tetap ada, sebagian besar terbatas pada negara-negara yang kekurangan minyak, kecuali godaan yang berkembang saat ini untuk memanfaatkan cadangan besar gas alam yang jauh dan murah. Metana, seperti batu bara, dapat digunakan untuk menghasilkan campuran karbon monoksida dan hidrogen; kecuali untuk bahan awal, proses sintesis bahan bakar bekerja persis sama dengan batubara. Exxon Mobil, Shell, dan Sasol Afrika Selatan semuanya terlibat dalam proyek besar untuk mengubah gas alam menjadi cair. Semua mengatakan, perusahaan minyak besar berencana untuk menghabiskan hampir $ 10 miliar pada kapasitas gas-ke-cair di pabrik masa depan.

Salah satu pemain yang lebih kecil dan lebih agresif adalah Syntroleum Tulsa. Seperti masalah minyak besar, Syntroleum mengandalkan konversi Fischer-Tropsch untuk mengubah gas alam yang terdampar menjadi hidrokarbon cair ultraclean yang mudah diangkut. Berkat katalis dan desain reaktor yang lebih baik, kata perusahaan, hidrokarbon cair yang terbuat dari metana sekarang sangat kompetitif dengan minyak di pasar. Bahan bakar sintetis yang dapat kami buat 100 persen kompatibel dengan produk konvensional, kata presiden Syntroleum Mark Agee. Dengan gas alam, biaya bahan baku [dalam barel setara minyak] berkisar antara nol hingga per barel, dibandingkan dengan minyak bumi seharga . Kami telah menawarkan gas kepada kami di pantai barat Afrika dengan harga nikel per seribu kaki kubik, atau 50 sen per barel.

Katalis Sempurna

Tetapi proses Fischer-Tropsch secara inheren tidak efisien dan mahal—dan dari sudut pandang ahli kimia, secara inheren canggung. Prosesnya membutuhkan suhu sekitar 800 hingga 900 oC, dan itu dicapai dengan membakar sebagian gas yang sedang dikonversi. Teknologi ini juga relatif tidak selektif, menghasilkan sejumlah besar molekul hidrokarbon, beberapa di antaranya tidak berguna. Pada dasarnya, yang salah adalah teknologi tahun 1940-an, kata Roy Periana, ahli kimia di University of Southern California. Ini menggunakan kekuatan kasar dan suhu tinggi untuk mencapai konversi.

Berikan pensil dan kertas pada ahli kimia organik mana pun, dan dia dapat dengan cepat menggambar rute yang sederhana dan lebih elegan menuju hidrokarbon cair. Gas alam sebagian besar adalah metana; mengubahnya menjadi metanol, cairan yang mudah diangkut, hanyalah masalah menambahkan atom oksigen ke molekul metana. Namun, ada beberapa masalah besar dalam mengubah teori sintesis langsung ini menjadi kenyataan kimia. Katalis perlu memutuskan ikatan karbon-hidrogen yang erat dalam metana agar oksigen dapat bereaksi. Dan-di sinilah hal itu menjadi sangat rumit-reaksinya perlu menambahkan satu atom oksigen ke setiap molekul metana; membiarkannya berlanjut dan menambahkan atom oksigen tambahan, dan Anda menciptakan karbon dioksida yang tidak berguna.

Triknya dapat dilakukan di laboratorium, tetapi katalis yang ada tidak cukup efisien untuk menghasilkan hasil yang dibutuhkan untuk bersaing dengan minyak. Periana, misalnya, telah mengejar katalis yang sempurna selama lebih dari satu dekade. Pada pertengahan 1990-an, Periana bekerja di sebuah perusahaan kecil California bernama Catalytica, di mana dia memimpin tim yang mengerjakan katalis baru untuk konversi langsung ini. Di Catalytica, kami menemukan dua sistem, katanya. Salah satunya adalah katalis merkuri yang memberikan hasil 40 persen dalam satu langkah pada 180 derajat. Yang lainnya adalah sistem platinum yang memberikan hasil 70 persen pada 220 derajat. Pada saat itu, orang-orang mulai mengatakan bahwa mungkin ini benar-benar mungkin. Tetapi permulaan yang menjanjikan ini bertentangan dengan beberapa fakta kimia dasar yang tidak dapat diubah. Sementara konversi langsung metana sangat mengesankan dari sudut pandang kimia, itu masih belum layak secara komersial. Jika Anda akan mengganti proses komoditas seperti ini, kata Periana, Anda benar-benar harus memiliki proses yang revolusioner. Perbaikan marjinal tidak akan berhasil.

Terlepas dari hambatan kimia, Periana tetap optimis. Kami memiliki beberapa petunjuk, dan kami menggabungkannya dengan pengetahuan tentang cara kerja sistem sebelumnya. Dan sekarang, adil untuk mengatakan bahwa ini adalah perlombaan. Dasar-dasarnya sudah ditetapkan, dan ini masalah siapa yang akan sampai di sana lebih dulu, katanya. Pertanyaan di benak semua orang sekarang adalah siapa yang akan menemukan katalis yang tepat dan kapan, dan apa itu. Ini bahkan bukan pertanyaan jika.”

Teka-teki Alam

gitar tala otomatis gibson

Bahkan perusahaan minyak besar yang berinvestasi dalam mengubah metana menjadi bahan bakar cair melalui pendekatan tidak langsung mendanai penelitian tentang konversi langsung. Tahun lalu, BP memberikan juta per tahun selama masing-masing 10 tahun kepada University of California, Berkeley, dan Caltech untuk penelitian konversi metana—dengan sebagian dari hibah tersebut dialokasikan untuk konversi langsung. Pencarian katalis, kata Alex Bell, seorang insinyur kimia di Berkeley, adalah kombinasi antara seni dan sains. Saya tidak bisa duduk sekarang dan mengatakan ada algoritma untuk menemukan katalis untuk reaksi tertentu. Anda membangun pengetahuan masa lalu tentang apa yang berhasil dan mencoba meningkatkannya dengan pengetahuan kimia dasar. Sebagian besar mencoba membangun pola, dan pemikiran strategis tentang prinsip-prinsip kimia yang membawa metana ke produk yang ditargetkan.

Dan tidak ada yang mengharapkan terobosan besok. Enrique Iglesia, insinyur kimia Berkeley lainnya yang terlibat dalam program BP, telah mengerjakan konversi metana selama hampir 20 tahun. Konversi metana langsung adalah sesuatu yang kita impikan, tetapi alam menghalangi, katanya. Metana memiliki salah satu ikatan terkuat yang kita ketahui, dan produk reaksinya biasanya memiliki ikatan yang lebih lemah. Sulit untuk berhenti pada produk yang diinginkan, jadi ini adalah chemistry yang kuat.

Sedikit yang mungkin menduga solusi untuk masalah energi dunia akan keluar dari bidang esoterik ilmu katalisis. Tetapi dengan cadangan gas alam yang luas dan belum dimanfaatkan di luar sana yang memicu imajinasi para ahli kimia, pencarian katalis yang sempurna terus berlanjut. Kimia yang sulit, tetapi jika berhasil, itu akan mengubah perhitungan energi dunia.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan