Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional
APLIKASI REAKTOR NUKLIR TEMPERATUR TINGGI PADA PRODUKSI HIDROGEN DARI AIR PROSES HIBRIDA SIKLUS BELERANG Djati H. Salimy Pusat Pengembangan Energi Nuklir (PPEN) BATAN Jl. Kuningan Barat, Mampang Prapatan Jakarta 12710 Telp/Faks. (021) 5204243. Email:
[email protected]
ABSTRAK APLIKASI REAKTOR NUKLIR TEMPERATUR TINGGI PADA PRODUKSI HIDROGEN DARI AIR PROSES HIBRIDA SIKLUS BELERANG. Telah dilakukan pengkajian aplikasi reaktor nuklir temperatur pada proses hibrida siklus belerang produksi hidrogen dari air. Tujuan dari studi adalah untuk memahami karakteristik proses. Proses hibrida siklus belerang melibatkan 2 proses. Yang pertama proses termokimia dekomposisi asam sulfat menjadi campuran belerang dioksida (SO2), air (H2O), dan oksigen (O2). Proses ini berlangsung pada temperatur relatif sangat tinggi (800-900oC) yang dapat dipenuhi dengan memanfaatkan energi panas dari reaktor nuklir temperatur tinggi. Sedang proses kedua adalah proses elektrolisis campuran air (H2O) dan belerang dioksida (SO2) pada temperatur relatif rendah (100-120oC) menjadi asam sulfat (H2SO4) dan hidrogen (H2). Litbang di negara maju mengindikasikan proses hibrida siklus belerang memberikan efisiensi termal hampir 2 kali efisiensi termal produksi hydrogen proses elektrolisis. Dari prediksi keekonomian menunjukkan bahwa dibanding proses steam reforming gas alam, proses hibrida siklus belerang akan kompetitif tergantung harga gas alam. Semakin tinggi harga gas alam, proses hibrida siklus belerang akan semakin kompetitif. Kata kunci: hibrida, siklus belerang, dekomposisi, steam reforming
ABSTRACT THE APPLICATION OF HIGH TEMPERATUR NUCLEAR REACTOR FOR WATER SPLITTING HYDROGEN PRODUCTION BY HYBRID SULFUR CYCLE PROCESS. The assessment of nuclear high temperature reactor application for water splitting hydrogen production by hybrid sulfur cycle process has been carried out. The goal of this study is to understand the characteristic of the process. Hybrid sulfur cycle process involve 2 pcocesses. The first is thermochemical process of sulfuric acid (H2SO4) decomposition become sulfur dioxide (SO2), water (H2O), and oxygen (O2). This process is possible at relatively high temperature (800-900oC) that can be supplied by high temperature nuclear reactor. While, the second is an electrolysis process of water (H2O) and sulfur dioxide (SO2) mixture become sulfuric acid (H2SO4) and hydrogen (H2). R&D in advanced countries indicate that hybrid sulfur cycle process give twice higher thermal efficiency than hydrogen production by water electrolysis. Economic prediction state that compared to the process of natural gas steam reforming, the cost competitiveness of hybrid sulfur cycle process is depend on the price of natural gas. Higher price of natural gas, will give the much better cost competitiveness of hybrid sulfur cycle process. Keyword: hybrid, sulfur cycle, decomposition, steam reforming
1.
PENDAHULUAN
Diperkirakan kebutuhan hidrogen pada masa yang akan datang terus meningkat. Semakin sempitnya lahan pertanian, akan mendorong intensifikasi pertanian yang berimplikasi meningkatnya permintaan pupuk, yang berarti akan menambah laju
ISSN 1979-1208
257
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional permintaan hidrogen. Semakin langkanya minyak primer dan sekunder mendorong eksplorasi minyak berat (shell, bitumen) yang pada pengolahannya membutuhkan hidrogen jauh lebih banyak[1]. Di samping itu, berbagai ujicoba mobil hidrogen yang menunjukkan hasil menggembirakan, menjadi indikasi bahwa akan terjadi ledakan permintaan hidrogen yang luar biasa besar untuk kebutuhan bahan bakar transportasi[2]. Sebagai contoh, di Amerika saat ini kebutuhan hidrogen sekitar 11 MMT per tahun, sebagian besar untuk keperluan industri petrokimia dan pupuk. Prediksi menyebutkan bahwa pada era hidrogen sebagai bahan bakar kendaraan, Amerika membutuhkan hidrogen sebanyak 200 MMT per tahun hanya untuk bahan bakar transportasi[3]. Sampai saat ini, sekitar 85% kebutuhan hidrogen dipasok dari produksi berbasis proses steam reforming gas alam[2]. Proses ini berlangsung pada temperatur sangat tinggi (800-1000oC), yang berimplikasi membutuhkan energi panas dalam jumlah besar. Isu lingkungan yang semakin mengemuka, serta keterbatasan gas alam sebagai bahan baku, mendorong pengembangan produksi hidrogen dari bahan yang lebih ramah lingkungan, yaitu air. Produksi hidrogen dari air, di samping ramah lingkungan, juga menguntungkan karena bahan bakunya melimpah dan terbarukan. Produksi hidrogen dengan bahan baku air yang telah komersil sampai saat ini adalah proses elektrolisis. Namun karena proses ini membutuhkan energi listrik dalam jumlah besar, total efisiensi termalnya menjadi sangat kecil hanya sekitar 22-25%. Untuk itu dikembangkan berbagai proses pemecahan molekul air secara termokimia. Beberapa proses termokimia yang cukup maju litbangnya adalah proses berbasis siklus iodine-sulfur yang pertama-tama dikembangkan oleh General Atomic, dan proses Ca-Br yang dikembangkan oleh Universitas Tokyo. Di samping proses termokimia, juga dikembangkan berbagai proses hibrida untuk memecah molekul air menjadi hidrogen dan oksigen. Proses hibrida merupakan proses gabungan antara proses termokimia dan proses elektrolisis. Salah satu proses hibrida yang dikembangkan di beberapa negara maju adalah proses hibrida siklus belerang. Proses hibrida siklus belerang (HyS cycle) pertama kali dikembangkan oleh Brecher dan Wu oleh perusahaan Westinghouse Electric Corp., di Amerika[4]. Proses yang dikembangkan sangat intensif pada dasawarsa 1970-an ini, juga disebut sebagai proses Westinghouse. Istilah hibrida dalam proses ini mempunyai pengertian bahwa proses ini melibatkan 2 proses utama, yaitu proses termokimia dekomposisi asam sulfat yang memerlukan energi panas temperatur tinggi, serta proses elektorlisis yang memerlukan energi listrik. Proses dekomposisi termal memecah asam sulfat menjadi campuran belerang dioksida (SO2) , air (H2O), dan oksigen (O2), sedang proses elektrolisis dilakukan terhadap campuran air (H2O) dan belerang dioksida (SO2) menjadi hidrogen (H2) dan asam sulfat (H2SO4). Hidrogen dipungut sebagai produk utama, sedangkan asam sulfat didaur ulang sebagai umpan proses dekomposisi termal. Studi aplikasi energi nuklir sebagai sumber energi (panas, listrik, dan uap) untuk industri telah dilakukan di negara-negara maju lebih dari 50 tahun. Reaktor temperatur tinggi berpendingin gas (HTGR) yang beroperasi pada temperatur tinggi (~1000 oC) diperkirakan merupakan jenis reaktor yang sangat potensial menyumbangkan produksi energinya untuk kebutuhan industri. Jika sampai saat ini dari reaktor nuklir komersial hanya menghasilkan listrik, ada suatu prediksi bahwa nantinya reaktor nuklir juga dapat menghasilkan hidrogen sebagai energi alternatif[5]. Versi terbaru dari reaktor HTGR adalah reaktor VHTR (very high temperature reactor) yang dikembangkan sebagai salah satu reaktor Generasi 4, yang di samping untuk menghasilkan listrik juga dapat dioperasikan secara kogenerasi sebagai sumber energi panas pada proses industri kimia, yang beroperasi pada temperatur tinggi. Dengan memanfaatkan reaktor nuklir sebagai sumber energi panas, diharapkan dapat dihemat pembakaran bahan bakar fosil yang akan berimplikasi pada
ISSN 1979-1208
258
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional pengurangan laju pengurasan cadangan bahan bakar fosil, sekaligus berpotensi menurunkan emisi gas rumah kaca ke lingkungan. Dalam studi ini dipelajari proses hibrida siklus belerang untuk produksi hidrogen, dengan memanfaatkan energi nuklir temperatur tinggi sebagai sumber energi panas penggerak proses. Tujuan dari studi adalah untuk memahami karakteristika proses dan potensi pemanfaatan reaktor nuklir temperatur tinggi sebagai sumber energi. Hasil studi diharapkan dapat menjadi masukan dalam menyusun program pengembangan energi nuklir di masa yang akan datang.
2.
PROSES HIBRIDA SIKLUS BELERANG DENGAN PANAS NUKLIR
2.1.
Proses Hibrida Siklus Belerang Reaksi pemecahan molekul air yang terjadi pada proses hibrida siklus belerang dapat dilihat pada Gambar 1. Terlihat pada Gambar 1 bahwa pada proses hibrida siklus belerang, input yang diperlukan adalah air, listrik dan panas, dengan output hidrogen sebagai produk utama, dan oksigen sebagai produk samping.
Gambar 1. Skema Reaksi Proses Hibrida Siklus Belerang [6,7] Reaksi pertama adalah reaksi dekomposisi asam sulfat yang terjadi pada temperature tinggi: H2SO4 aq → H2O g + SO2 g + O g
(1)
Reaksi pada Persamaan (1) merupakan reaksi yang umum terjadi pada siklus belerang. Ketika larutan H2SO4 dipanaskan, akan terjadi reaksi spontan membentuk gas belerang trioksida (SO3) dan air (H2O) mengikuti persamaan: H2SO4 (aq) → H2O(g) + SO3 (g)
(1a)
Pemanasan lebih lanjut pada temperatur sekitar 800oC dengan bantuan katalisator, akan terjadi dekomposisi termal belerang trioksida (SO3) menjadi gas belerang dioksida (SO2) dan oksigen (O) sesuai reaksi: SO3 g → SO2 g + O g
ISSN 1979-1208
(1b)
259
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional Setelah O2 dipisahkan dan dipungut sebagai produk samping, SO 2 dan H2O dari reaksi (1) ditambah dengan make up air dari luar, diumpankan ke anoda elektroliser untuk menjalankan reaksi kedua. Reaksi kedua merupakan reaksi elektrokimia pembentukan hidrogen yang prinsip operasinya ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema Operasi Elektrolisis Campuran H2O dan SO2[6,7] Reaksi yang terjadi pada elektroliser ini merupakan reaksi elektrolisis air dan SO2 atau sering disebut sebagai reaksi SDE (SO2-depolarized electrolysis of water). SO2 (aq) + 2H2O(l) → H2SO4 (aq) + H2 (g)
(2)
SO2 secara elektrokimia teroksidasi pada bagian anoda membentuk H 2SO4, proton (2H+), dan elektron (2e−)sesuai reaksi: SO2 (aq) + 2H2O(l) → H2SO4 (aq) + 2H+ + 2e−
(2a)
Proton 2H+ menerobos secara difusi melalui pemisah elektrolit menuju katoda dan bereaksi dengan elektron (2e-)membentuk hidrogen (H2): 2H+ + 2e− → H2 (g)
(2b)
Produk elektrolisis adalah H2SO4 terbentuk pada anoda dan H2 terbentuk pada katoda. Selanjutnya H2SO4 didaur-ulang sebagai umpan pada reaksi (1) untuk menyempurnakan siklus belerang. Hal yang menarik dari proses reaksi SDE adalah rendahnya beda potensial teoritis pada reaksi , yaitu hanya sekitar 0,158V pada temperature standar (25 oC). Beda potensial akan naik pada kisaran 0,243V untuk campuran larutan 50-wt% H2SO4-H2O. Ini jauh lebih rendah dibandingkan beda potensial pada proses elektrolisis air. Rendahnya beda potensial ini mengindikasikan bahwa proses SDE mengkonsumsi listrik jauh lebih sedikit. Untuk mencapai beda potensial teoritis yang sangat rendah, litbang proses SDE saat ini dikonsentrasikan dengan memanfaatkan proses pada proton exchange membrane (PEM) yang sudah sukses dalam pengembangan aplikasi membran untuk fuel cell. Sejumlah ahli memprediksi beda potensial pada kisaran 0,45-0,75V dengan densitas arus 100-400 mA/cm2,
ISSN 1979-1208
260
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional merupakan target yang realistis untuk operasi yang cukup menjanjikan[7]. Beda potensial yang pada kisaran 0,45-0,75V hanya separoh beda potensial operasi komersial elektrolisis air saat ini yaitu sekitar 1,7-2V. 2.2.
Potensi Reaktor Nuklir sebagai Sumber Energi Panas Reaktor nuklir temperatur sangat tinggi, atau sering disebut sebagai reaktor VHTR (Very High Temperature Reactor) merupakan reaktor nuklir Generasi 4 yang dikembangkan dari reaktor nuklir temperatur tinggi berpendingin gas (HTGR, high temperature gas cooled reactor). Reaktor yang memanfaatkan blok grafit sebagai moderator dan gas helium sebagai pendingin ini, beroperasi pada temperatur tinggi sampai sekitar 1000oC. Luaran temperatur yang dibawa gas helium sebagai pendingin pada temperatur sekitar 1000oC, dapat dimanfaatkan untuk berbagai proses produksi industri kimia. Produksi hidrogen dengan memanfaatkan reaktor Generasi 4 merupakan salah satu tujuan penting munculnya reaktor VHTR. Beberapa proses produksi hidrogen yang dapat memanfaatkan reaktor VHTR antara lain: steam reforming gas alam, proses termokimia pemisahan air siklus iodine-sulfur, proses hibrida pemisahan air siklus belerang, dan lain-lain (Gambar 3).
Gambar 3. Skema Reaktor VHTR Produksi Hidrogen [8] Versi awal dari VHTR, yaitu HTGR, didesain pertama kali di The Clinton Laboratories (sekarang dikenal sebagai Oak Ridge National Laboratory) pada tahun 1947 di Amerika Serikat. Peach Bottom merupakan reaktor HTGR pertama yang memproduksi listrik secara sukses di Amerika pada kurun waktu 1966 – 1974 pada skala demonstration plant. Reaktor HTGR desain Amerika ini merupakan HTGR dengan bahan bakar bentuk block prismatic. Saat ini reaktor HTGR jenis prismatic block beroperasi di Jepang dengan nama HTTR (high temperature engineering testing reactor) yang merupakan reaktor riset dengan daya 30 MWth. Ujicoba kopling HTTR dengan proses steam reforming gas alam menghasilkan hidrogen dan metanol terus dilakukan sejak akhir tahun 2008. Di Jerman, reaktor HTGR dengan tipe yang sedikit berbeda, yaitu pebble-bed, telah dikembangkan sejak tahun 1950. Demosntration plant HTGR tipe pebble bed di Jerman adalah reaktor AVR dan THTR-300. Sedangkan reaktor skala riset masih dioperasikan di China dengan nama HTR-10 dengan kapasitas daya 10 MWe. Skala komersial pertama reaktor HTGR diharapkan segera terwujud di Cina, karena sejak
ISSN 1979-1208
261
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional Nopember 2009 Cina mulai membangun 2 reaktor HTGR dengan kapasitas daya masingmasing 100 dan 195 MWe. 2.3.
Kopel Nuklir Skema kopel reaktor nuklir temperatur tinggi dengan proses hibrida siklus belerang dapat dilihat pada Gambar 4. Pada prinsipnya, pada aplikasi panas nuklir untuk industri, pola kogenerasi dapat dilakukan secara paralel maupun seri. Kogenerasi secara paralel dilakukan dengan membagi sumber panas menjadi 2, untuk aplikasi proses dan pembangkit listrik. Sedang kogenerasi secara seri dilakukan dengan memanfaatkan energi panas temperatur tinggi mula-mula untuk proses yang memerlukan temperatur tinggi, kemudian panas tereduksi baru dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik.
Gambar 4. Skema Kopling Raktor Nuklir dan Proses Hibrida Siklus Belerang [9,10] Pada aplikasi reaktor nuklir temperatur tinggi untuk proses hibrida siklus belerang, konfigurasi kogenerasi dilakukan secara seri. Pada Gambar 5 ditunjukkan diagram alir pemanfaatan reaktor nuklir temperatur tinggi untuk menjalankan proses hibrida siklus belerang.
Gambar 5. Skema Aplikasi Reaktor Nuklir Temperatur Tinggi untuk Proses Hibrida Siklus Belerang[7,11]
ISSN 1979-1208
262
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional Pada Gambar 5 terlihat, luaran panas yang dibawa pendingin primer gas helium memindahkan panasnya ke helium sekunder melalui intermediate heat exchanger (IHX). Kemudian helium sekunder dimanfaatkan untuk menjalankan proses dekomposisi asam sulfat. Luaran helium dari reaktor dekomposisi asam sulfat (~650oC) selanjutnya dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan untuk menjalankan proses elektrolisis, dan sisanya dikirim ke jaringan. Pada skema Gambar 5, IHX berfungsi sebagai barrier yang memisahkan zona nuklir dengan zona kimia. Pemanfaatan helium sekunder, yang kurang menguntungkan karena temperaturnya lebih rendah daripada helium primer, dimaksudkan untuk melindungi zona kimia dari kemungkinan paparan radiasi. Studi di Amerika menunjukkan bahwa reaktor temperatur tinggi tipe PBMR (pebble bed modular reactor) dengan daya termal 500 MWt, dapat digunakan sebagai sumber panas untuk menjalankan proses hibrida sulfur belerang dengan efisiensi termal sekitar 48%. Hidrogen yang dihasilkan sebanyak 121 ton per hari, dengan tambahan produk samping oksigen sebanyak 959 ton per hari[11].
3.
DISKUSI DAN PEMBAHASAN
Jules Verne adalah seorang penulis novel fiksi ilmiah dari Amerika yang lebih dari seabad yang lalu meramalkan akan masuknya era energi hidrogen di abad 21 dalam karyanya yang berjudul Wonderland[12]. Ramalan penulis novel ini, kemudian diyakini oleh para ilmuwan abad 20. Para ahli hidrogen meyakini pertengahan abad 21 (2050-an) menjadi tonggak penting era energi hidrogen[12]. Keberhasilan berbagai ujicoba mobil hidrogen, menggeser prediksi tersebut. Saat ini para ahli mobil hidrogen yakin era energi hidrogen sudah akan masuk pada dasawarsa 2030[13]. Ketika era energi hidrogen masuk, diperkirakan akan terjadi lonjakan permintaan dalam skala yang luar biasa. Sebagai contoh di Amerika, konsumsi hidrogen saat ini sekitar 11 MMT/tahun digunakan sebagian besar untuk industri petrokimia dan pupuk. Jika era hidrogen sebagai bahan bakar transportasi masuk pada tahun 2030-an, lonjakan permintaannya akan sangat luar biasa. Diperkirakan untuk bahan bakar transportasi saja dibutuhkan hidrogen sekitar 200 MMT/tahun. Lonjakan kebutuhan hidrogen yang sangat luar biasa ini tidak diimbangi dengan kemampuan produksi dan ketersediaan bahan baku, karena sampai saat ini produksi komersial hidrogen masih mengandalkan pada proses steam reforming gas alam. Hanya sebagian kecil saja produksi hidrogen dilakukan dengan bahan baku air (proses elektrolisis), yang secara teknis memiliki efisiensi termal yang sangat rendah. Lonjakan permintaan hidrogen di masa depan jelas akan mempercepat laju pengurasan cadangan gas alam, yang otomastis berdampak peningkatan laju emisi gas rumah kaca ke lingkungan. Untuk mengantisipasi hal-hal tersebut, litbang produksi hidrogen dari air terus dilakukan sejak dasawarsa 1960-an. Reaksi dekomposisi air menjadi hidrogen dan oksigen, secara teoritis dirumuskan dengan reaksi: H 2O H 2 12 O2
(3)
Jika reaksi ke kiri adalah reaksi spontan, reaksi ke kanan hanya mungkin terjadi pada kisaran temperatur di atas 2500oC, suatu kisaran temperatur yang tidak mungkin direalisasikan pada saat ini. Untuk menurunkan temperatur reaksi dekomposisi air, dapat dilakukan dengan reaksi multi langkah pemecahan molekul air. Simulasi komputer menunjukkan ada beratus-ratus reaksi multi langkah dekomposisi air menjadi hidrogen dan oksigen. Sekitar 25 reaksi telah dipelajari secara intensif, dan sekitar 5-10 model
ISSN 1979-1208
263
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional mengindikasikan potensi yang cukup menjanjikan untuk direalisasikan[14]. Pada Tabel 1 ditunjukkan beberapa reaksi dekomposisi air menjadi hidrogen dan oksigen. Tabel 1. Beberapa Proses Produksi Hidrogen dari Air[14]
Proses hibrida siklus belerang merupakan salah satu proses yang cukup menjanjikan untuk merealisasikan produksi hidrogen dari air. Parameter pengembangan proses produksi hidrogen dari air adalah proses ini harus mempunyai efisiensi termal yang lebih baik dibanding proses elektrolisis. Sedang dari sisi keekonomian, proses harus cukup kompetitif dibanding proses steam reforming gas alam. Jika proses elektrolisis mempunyai efisiensi termal hanya sekitar 25%, berbagai studi proses pemecahan air dengan proses hibrida siklus belerang mengindikasikan dimungkinkannya efisiensi termal yang jauh lebih tinggi mendekati ~50%[4,7]. Dari prediksi keekonomian, dibandingkan proses steam reforming gas alam, daya saing biaya produksi hidrogen dengan proses hibrida siklus belerang dipengaruhi oleh harga gas alam sebagai bahan baku proses steam reforming[11,15]. Pada Gambar 6 ditunjukkan semakin tinggi harga gas alam, akan mengakibatkan biaya produksi hidrogen dengan proses steam reforming menjadi lebih mahal dibanding biaya produksi hidrogen dengan proses hibrida siklus belerang.
Gambar 6. Perbandingan Biaya Produksi Hidrogen Proses Steam Reforming Gas Alam dengan Proses Hibrida Siklus Belerang [11]
ISSN 1979-1208
264
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional Pada Tabel 1 terlihat bahwa sejumlah institusi nuklir terlibat aktif dalam pengembangan proses termokimia dekomposisi air untuk memproduksi hidrogen[5]. Ada satu prediksi dari seorang ahli nuklir Amerika yang menyebutkan bahwa jika energi nuklir ingin dimanfaatkan oleh umat manusia dalam jangka waktu lebih lama, energi nuklir harus mampu dijadikan seumber energi panas untuk memproduksi hidrogen. Pernyataan ini diteguhkan dengan terbentuknya Nuclear Hydrogen Society di Jepang pada tahun 2001, yang mendorong pengembangan dan kerjasama lebih intensif antara pakar nuklir dan hidrogen untuk menyongsong era hidrogen di masa depan[16]. Meskipun sampai sejauh ini PLTN di Indonesia belum terwujud, tetapi dapat diperkirakan bahwa ketika PLTN pertama di Indonesia dibangun, dunia sudah memasuki era reaktor nuklir Generasi IV. Pada era ini, reaktor nuklir tidak saja dimanfaatkan untuk produksi listrik, tetapi juga dimanfaatkan sebagai sumber energi panas untuk memasok kebutuhan panas industri. Untuk itu, berbagai kajian aplikasi panas reaktor nuklir untuk keperluan non listrik perlu terus dicermati, agar Indonesia tidak terlalu ketinggalan pada saat memasuki program PLTN secara nyata.
4.
KESIMPULAN
Dari kajian proses hibrida siklus belerang produksi hidrogen dengan aplikasi energi panas reaktor nuklir temperatur tinggi, dapat disimpulkan: - Reaktor nuklir temperatur tinggi VHTR dapat dimanfaatkan panas dan listriknya untuk menjalankan proses hibrida siklus belerang. - Proses hibrida siklus belerang, sebagai salah satu proses produksi hidrogen dari air, memberikan efisiensi termal jauh lebih tinggi dibanding proses elektrolisis. - Prediksi keekonomian menunjukkan bahwa proses hibrida siklus belerang akan kompetitif dibanding proses steam reforming gas alam, jika harga gas alam cukup mahal.
DAFTAR PUSTAKA [1]. [2].
[3].
[4].
[5]. [6]. [7].
[8].
US-DOE, National Hydrogen Energy Roadmap, National Hydrogen Energy Roadmap Workshop, Washington DC, 2002. HORI, M., SHIOZAWA, S., Research and Development for nuclear production of hydrogen in Japan, OECD/NEA 3rd Information Exchange Meeting on the Nuclear Production of Hydrogen, Oarai, 2005. BROWN, L. C., BESENBRUCH, G.E., SCHULTZ, K.R., SHOWALTER, S.K., MARSHALL, A.C., PICKARD, P.S., FUNK J.F., High Efficiency Generation of Hydrogen Fuels Using Thermochemical Cycles And Nuclear Power, Proceeding of 2002 Spring Meeting of the American Institute of Chemical Engineers, New Orleans, Louisiana, March 10–14, 2002. SUMMERS, W. A., STEIMKE, J. L., Development of The Hybrid Sulfur Thermochemical Cycle, Report to the U. S. Department of Energy, United States Government, 2004. CHARLES, W.F, Hydrogen, electricity, and nuclear power, Nuclear News, Sept. 2002. SUMMERS, W. A., BUCKNER, M. R., Hybrid Sulfur Thermochemical Process Development, 2005 DOE-NE Nuclear Hydrogen Initiative, May 23, 2005. CONRADIE, F.H., Utilizing the By-Product Oxygen of the Hybrid Sulfur Process for Synthesis Gas Production, Dissertation for the degree Master of Science, North-West University, 2009. http://en.wikipedia.org/wiki/Very_high_temperature_reactor. Diunduh pada 12 April 2011.
ISSN 1979-1208
265
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir IV, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional [9.] [10].
[11].
[12]. [13]. [14].
[15]. [16].
SUMMERS, W. A., Process Design and Economics for the Hybrid Sulfur Process, Proceeding of AIChE 2007 Annual Meeting, Salt Like City, Utah, November 2007. PENFIELD, S. R., CORREIA, M., ALLEN, D. T., Development Requirements for Process energy Application of the PBMR, Procceding HTR2006: 3 rd International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology, Johannesburg, South Africa, October 1-4, 2006. GORENSEK, M.B., SUMMERS, W.A., BOLTHRUNIS, C.O., LAHODA,E. J., ALLEN, D.T., GREYVENSTEIN, R., Hybrid Sulfur Process Reference Design and Cost Analysis, Final Report to the U. S. Department of Energy, United States Government, 2009. IAEA-TECDOC 1085, Hydrogen as an Energy Carrier and Its Production by Nuclear Power, IAEA Publication, Vienna, 1999. US-DOE, National Hydrogen Energy Roadmap, National Hydrogen Energy Roadmap Workshop, Washington DC, 2002. FORSBERG, C., BISCHOFF, B., MANSUR, L. K., TROWBRIDGE, L., Nuclear Thermochemical Production of Hydrogen with a Lower-Temperature Iodine– Westinghouse–Ispra Sulfur Process, Second Information Exchange Meeting on Nuclear Production of Hydrogen, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois, October 2–3, 2003. FORSBERG, C. W., Production of Hydrogen Using Nuclear Energy, International Scientific Journal for Alternative Energy and ecology ISJAEE No. 2 (10), 2004. ____________, Nuclear Hydrogen Society Established in Japan, International Journal of Hydrogen Energy 26 (2001) 1001-1002
DISKUSI 1.
Pertanyaan dari Sdr. Ida N Finahari (ESDM) Apa bedanya proses yang Bapak bahas dengan proses termokimia siklus iodin-sulfur? Bagaimana status teknologi nya saat ini, dan prospek ke depannya? Jawaban: Beda. Proses termokimia iodin-sulfur hanya melibatkan proses/reaksi kimia, sedang pada proses hibrida siklus belerang yang terlibat adalah reaksi kimia dan reaksi elektro-kimia (elektrolisis). Namun ada satu kesamaan di reaksi kimia, yaitu reaksi dekomposisi asam sulfat yang endothermal dan beroperasi pada temperatur tinggi. Saat ini baik proses termokimia siklus iodin-sulfur maupun proses hibrida siklus belerang masih dalam tahap litbang di beberapa negara maju seperti di Jepang dan Amerika. Prospek ke depannya akan bagus, dibanding elektrolisis proses ini mempunyai efisiensi termal jauh lebih tinggi, dibanding steam reforming gas alam, proses ini berbahan baku air yang melimpah dan ramah lingkungan.
ISSN 1979-1208
266
