PROSES STEAM REFORMING PRODUKSI HIDROGEN DENGAN PANAS NUKLIR TEMPERATUR RENDAH DAN MENENGAH

Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir III, 2010 Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional

BATAN

PROSES STEAM REFORMING PRODUKSI HIDROGEN DENGAN PANAS NUKLIR TEMPERATUR RENDAH DAN MENENGAH Djati H. Salimy Pusat Pengembangan Energi Nuklir (PPEN) – BATAN Jl. Kuningan Barat, Mampang Prapatan, Jakarta Selatan, 12710 Telp./Fax. : 021-5204243, Email : [email protected]

ABSTRAK PROSES STEAM REFORMING PRODUKSI HIDROGEN DENGAN PANAS NUKLIR TEMPERATUR RENDAH DAN MENENGAH. Telah dilakukan studi proses steam reforming produksi hidrogen dengan panas nuklir temperatur rendah dan menengah. Tujuan studi adalah untuk memahami karakteristika proses steam reforming temperatur rendah dan menengah, serta kemungkinan kopel dengan panas nuklir. Proses steam reforming temperatur rendah dimungkinkan dengan bahan baku dimethyl-ether (DME). Proses ini berlangsung pada temperatur rendah (300oC), dan tidak membutuhkan unit desulfurizer sehingga lebih kompak. Untuk negara yang tidak memiliki gas alam, harga DME sampai di tempat (cif, cost insurance and freight) cukup kompetitif dibanding LNG, sehingga diharapkan biaya produksi hidrogen bisa lebih murah. Proses steam reforming temperatur medium (500oC), dilakukan dengan modifikasi proses konvensional steam reforming gas alam menggunakan reaktor membran. Pemisahan hidrogen dengan membran di dalam reaktor akan mendorong keseimbangan reaksi bergeser ke kanan, sehingga reaksi optimal dapat tercapai pada temperatur 500oC. Pemisahan hidrogen dengan membran di dalam reaktor akan menguntungkan karena tidak lagi diperlukan unit pemisah hidrogen dan unit shift converter. Secara umum kedua proses menguntungkan dibanding proses konvensional yang beroperasi pada temperatur tinggi (8001000oC), karena dapat mengurangi pemakaian material tahan panas yang mahal, serta meningkatkan masa pakai marterial. Dari sisi aplikasi panas nuklir, kedua proses membuka peluang pemanfaatan reaktor nuklir temperatur menengah dan rendah. Kata kunci: steam reforming DME, reaktor membran, panas nuklir

ABSTRACT STEAM REFORMING PROCESS OF HYDROGEN PRODUCTION WITH UTILIZATION OF LOW AND MEDIUM NUCLEAR HEAT. The study of hydrogen production by steam reforming process which utilization of low and medium nuclear heat has been carried out. The goal of the study is to understand the characteristic of steam reforming of hydrogen production at low and medium temperature, and the possibility of coupling them with nuclear reactor. Low temperature of steam reforming process enable by using dimethyl-ether (DME) as raw material. The temperature process is about 300oC and the plant unit is more compact because desulfurizer unit is not required. For the country that doesn’t have natural gas resources, the cost of DME is very competitive compare to natural gas. Medium temperature of steam reforming can be done by modification of conventional process of natural gas steam reforming by using membrane reformer. Hydrogen separation by membrane in reactor, drive the reaction equilibrium to the product side, so optimum reaction can be achieved at temperature of 500oC. In this process, the unit of hydrogen separation and shift converter are not required; make the plant getting more compact. Compared to the conventional process that operate at high temperature (800-1000oC), both of two processes give benefits of avoiding use of expensive heat resistant materials and increased long-term durability. From the point of nuclear

ISSN 1979-1208

445

Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir III, 2010 BATAN

Pusat Pengembangan Energi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional

reactor utilization, the two processes open the opportunity of low and medium temperature of nuclear reactors. Keywords: DME steam reforming, membrane reactor, nuclear heat

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 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[2]. Untuk mengantisipasi lonjakan permintaan hidrogen di era hidrogen, berbagai teknologi produksi terus dikembangkan. Isu lingkungan juga menjadi isu menarik yang mendorong para ahli hidrogen untuk mengembangkan sistem produksi yang lebih ramah lingkungan. Substitusi kebutuhan energi panas temperatur tinggi dalam jumlah besar dengan energi lain (nuklir, surya) diperkirakan mampu menurunkan laju emisi CO2 dalam jumlah yang signifikan. 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. Sebagai modifikasi proses steam reforming gas alam, beberapa dasawarsa terakhir ini, dilakukan pengembangan proses steam reforming gas alam dengan memanfaatkan perm-selective membrane sebagai media reaktor. Di dalam reaktor, membran berfungsi memisahkan produk hidrogen dari campuran pereaksi sisa, dan produk samping. Dengan cara ini, reaksi pembentukan hidrogen dan pemungutan hidrogen dilakukan secara simultan. Hal ini menguntungkan ditinjau dari sisi keseimbangan reaksi. Dengan dipisahkannya hidrogen menggunakan membran perm-selective palladium, keseimbangan reaksi bergeser ke kanan seolah tanpa batas, sehingga reaksi optimal bisa dicapai pada temperatur 500 oC[3]. Dari sisi operasi, unit pabrik tidak lagi membutuhkan unit pemisahan produk dan unit shift-converter karena fungsinya telah diambil alih oleh membran. Teknologi produksi hidrogen berbasis proses steam reforming yang lain adalah proses steam reforming dimethyl ether (DME). Proses ini berlangsung pada temperatur sekitar 300oC, jauh lebih rendah daripada proses konvensional steam reforming gas alam. Dimethyl ether merupakan senyawa organik bentuk gas tak berwarna dengan rumus kimia CH 3OCH3. Pembakaran DME mengemisi NOx dan CO dalam jumlah yang relatif sangat sedikit dan bebas emisi SOx, sehingga DME sangat potensial sebagai bahanbakar transportasi yang menjanjikan di masa depan[4]. Dimethyl ether dalam skala besar dapat diproduksi dari gas alam dan batubara. Bagi negara yang tidak memiliki cadangan gas alam, biaya CIF (cost, insurance, freight) dari DME sangat kompetitif sehingga DME mulai dipertimbangkan sebagai bahan baku proses steam reforming[5]. Di samping beroperasi pada temperatur yang jauh lebih rendah, karena DME tidak mengandung belerang, unit pabrik produksi hidrogen berbahan baku DME tidak memerlukan unit desulfurisasi. Kedua teknologi steam reforming produksi hidrogen, yang merupakan modifikasi penurunan temperatur operasi dibanding proses konvensional, menjanjikan peluang yang lebih luas untuk pemanfaatan energi nuklir sebagai sumber energi panas proses. Teknologi konvensional steam reforming gas alam yang beroperasi pada temperatur tinggi hanya dimungkinkan dikopel dengan reaktor nuklir temperatur tinggi. Untuk proses steam

ISSN 1979-1208

446


BATAN

reforming gas alam dengan reaktor membran yang beroperasi pada temperatur 500oC dapat memanfaatkan reaktor nuklir temperatur menengah dan tinggi, sedang proses steam reforming DME yang beroperasi pada temperatur 300 oC, dapat memanfaatkan semua jenis reaktor daya yang ada sebagai sumber energi panas penggerak proses. Dalam studi ini dipelajari proses steam reforming gas alam dengan reaktor membran dan proses steam reforming DME, dengan memanfaatkan energi nuklir sebagai sumber energi panas penggerak proses. Tujuan dari studi adalah untuk memahami karakteristika kedua proses, dibandingkan dengan proses konvensional yang sudah ada, serta kemungkinan kople dengan reaktor nuklir. Hasil studi diharapkan dapat menjadi masukan dalam menyusun program pengembangan energi nuklir di masa yang akan datang.

2.

PROSES STEAM REFORMING DENGAN PANAS NUKLIR

2.1.

Steam Reforming Gas Alam dengan Reaktor Membran Teknologi membran sudah banyak dipakai sejak lama untuk proses pemisahan yang tidak bisa dilakukan dengan teknologi pemisahan konvensional. Sebagai contoh, pemisahan campuran larutan azeotrop yang sangat tidak efisien dilakukan dengan proses distilasi, dapat dilakukan dengan efisien menggunakan teknologi membran. Pada perkembangannya, teknologi membran mulai dipakai pada reaktor kimia. Dalam reaktor kimia, membran berfungsi memisahkan produk dari pereaksi sisa dan produk samping yang tak diinginkan. Pemisahan produk secara simultan dengan reaksi kimia, akan mendorong keseimbangan reaksi ke arah produk, sehingga temperatur operasi dapat dicapai lebih rendah dibanding pada reaktor konvensional. Di samping itu, karena kemampuan membran dalam memisahkan produk dengan kemurnian tinggi, proses kimia yang memanfaatkan reaktor membran biasanya menghasilkan produk yang lebih murni[3]. Proses konvensional steam reforming gas alam untuk produksi hidrogen, melibatkan 2 buah reaksi, yaitu reaksi reforming yang sangat endotermis (Persamaan 1) dan dan reaksi water-gas shift yang sedikit eksotermis (Persamaan 2)[3,6]. CH 4  H 2 O  CO  3H 2 - 206kJ / mole (1)

CO  H 2 O  CO2  H 2  41kJ / mole

(2)

Sedangkan total reaksi (1) dan reaksi (2) sering disebut sebagai reaksi reforming-shift dengan persamaan reaksi: CH 4  2H 2 O  CO  4H 2 -165kJ / mole (3) Pada proses konvensional, reaktor reformer bentuk tabung fixed-bed yang beroperasi pada temperatur 800-1000oC digunakan untuk menjalankan reaksi. Produk reaksi berupa campuran H2O, CO, CO2, CH4 dan H2 diumpankan ke unit shift converter untuk memperkaya hidrogen, kemudian masuk ke unit pemisah untuk memisahkan hidrogen sebagai produk dan mendaur ulang komponen lain ke reformer. Kemampuan konversi dibatasi oleh keseimbangan reaksi, dan operasi optimal baru dicapai pada temperatur yang sangat tinggi. Steam reforming gas alam dengan reaktor membran, dilakukan dengan memanfaatkan membran palladium yang bersifat perm-selective tinggi terhadap hidrogen. Proses dilangsungkan pada reaktor fixed-bed bentuk shell and tube. Tabung luar berfungsi sebagai zona reaksi, sedang tabung bagian dalam (shell) terbuat dari membran palladium yang berfungsi menyerap hidrogen secara selektif. Produk hidrogen dengan kemurnian tinggi mengalir ke luar dari tabung bagian dalam. Pemisahan hidrogen secara simultan, menyebabkan keseimbangan reaksi cenderung bergeser ke arah produk, sehingga operasi optimal dapat dicapai pada kisaran temperatur 500-600oC. Skema proses steam reforming gas alam dalam reaktor membran dapat dilihat pada Gambar 1.

ISSN 1979-1208

447


BATAN

Gambar 1. Skema membrane reformer untuk steam reforming gas alam[7]. Proses steam reforming dengan reaktor membran yang temperaturnya lebih rendah dibanding proses konvensional, membuka peluang pemanfaatan reaktor nuklir temperatur menengah sebagai sumber energi panas untuk mengoperasikan proses. Tujuan pemanfaatan energi panas reaktor nuklir adalah untuk mengurangi laju pembakaran bahan bakar fosil sebagai sumber energi panas. Pengurangan pembakaran bahan bakar fosil akan berimplikasi pada penghematan cadangan bahan bakar fosil, dan berpotensi menurunkan laju emisi CO 2 dalam jumlah yang signifikan. Di samping itu, pemanfaatan reaktor nuklir untuk proses kimia juga merupakan diversifikasi pemanfaatan reaktor nuklir. Berbagai studi aplikasi reaktor temperatur menengah untuk produksi hidrogen dengan proses steam reforming gas alam dengan reaktor membran telah dilakukan[7,8,9]. Bahrum dkk., melakukan studi kopel reaktor cepat berdaya rendah dengan pendingin timbal-bismuth untuk menjalankan proses[8]. Chikazawa dkk., mengkopel proses dengan reaktor temperatur menengah berpendingin sodium cair (SCFR, Sodium cooled fast reactor)[9]. Sedangkan Mori, memodifikasi studi Chikazawa dengan model recirculation type untuk menekan emisi CO2[7]. Pada Gambar 2, ditunjukkan salah satu diagram kopel reaktor nuklir temperatur menengah dengan proses steam reforming gas alam menggunakan reaktor membran.

Gambar 2. Kopel Reaktor Nuklir dengan Proses Steam Reforming Gas Alam dengan Reaktor Membran[7,9]. Proses panas yang dibawa oleh pendingin reaktor nuklir yang dapat berupa sodium cair atau timbal bismuth cair, pada kisaran temperatur 550 oC dialirkan ke Intermediate Heat Exhcanger (IHX) untuk memindahkan panasnya ke media sekunder. Panas yang dibawa media sekunder pada kisaran temperatur 540oC inilah yang dimanfaatkan untuk mengoperasikan proses steam reforming. Panas media sekunder yang keluar dari reformer

ISSN 1979-1208

448


BATAN

pada temperatur sekitar 485oC dimanfaatkan untuk membangkitkan kukus sebelum diumpankan kembali ke IHX. Kukus yang dihasilkan sebagian dimanfaatkan sebagai bahan baku bersama-sama dengan CH4, sebagian lagi dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. 2.2.

Proses Steam Reforming DME Dimethyl ether, atau sering dikenal sebagai DME, merupakan senyawa organik bentuk gas tak berwarna dengan rumus kimia CH 3OCH3. Dengan angka cetane sekitar 55, lebih besar dibanding angka cetane bahan bakar diesel konvensional yang hanya berkisar 40-53, DME dapat menggantikan bahan bakar mesin diesel tanpa terlalu banyak diperlukan modifikasi[4]. Emisi gas bakar yang jauh lebih bersih dibanding bahan bakar diesel, mengakibatkan DME sebagai bahan bakar transportasi memenuhi syarat emisi lingkungan di negara-negara maju seperti Jepang, Amerika, dan negara-negara Eropa. Di samping sebagai bahan bakar transportasi, DME juga dapat digunakan sebagai bahan bakar gas turbin pada pembangkit listrik, maupun bahan bakar rumah tangga menggantikan LPG [10]. Pada industri kimia, DME merupakan bahan baku (chemical feedstock) yang mudah dikonversi menjadi bahan lain, salah satunya menjadi hidrogen. DME sebagai bahan baku produksi hidrogen, mulai dipertimbangkan oleh negaranegara yang tidak mempunyai sumber energi LNG. Studi di Jepang menunjukkan bahwa sintesis DME dari gas alam relatif lebih murah dibanding proses pencairan gas alam. Proses pencairan gas alam memerlukan sistem tekanan tinggi dan pendinginan yang mahal untuk mencairkannya karena titik uap gas alam sangat rendah (-125oC). Sementara DME (dengan titik uap -25oC) dapat dicairkan hanya dengan memberikan tekanan tanpa memerlukan pendinginan yang mahal seperti halnya gas alam. DME dapat diangkut dengan kapal LPG biasa, dan didistribusikan dengan infrastruktur yang sama dengan LPG, sementara LNG harus diangkut menggunakan kapal tanker khusus. Penyimpanan LNG juga memerlukan perlakuan khusus yang secara ekonomi lebih mahal. Hal ini mengakibatkan biaya CIF (cost, insurance, freight) DME lebih rendah dibanding LNG, bagi negara-negara yang tidak memiliki sumber daya gas alam seperti Jepang[5]. Dengan pertimbangan tersebut, diharapkan proses produksi hidrogen dengan proses steam reforming DME dapat lebih murah daripada proses konvensional berbahan baku gas alam. Proses steam reforming DME melibatkan 2 reaksi penting, yaitu reaksi reforming pembentukan gas sintesis (campuran CO dan H 2), dan reaksi water-gas shift yang merupakan reaksi pembentukan CO2 dan pengayaan H2[5,11,12,13]. (5) CH3OCH3  H 2O  2CO  4H 2  163,59kJ / mole

CO  H 2 O  CO2  H 2  41kJ / mole

(6)

Sedangkan total reaksi (5) dan reaksi (6) sering disebut sebagai reaksi reforming-sift dengan persamaan reaksi: CH3OCH3  3H 2O  2CO2  6H 2  122,59kJ / mole (7) Berbagai studi steam reforming DME menjadi hidrogen telah dilakukan di beberapa negara maju. Kemudahan konversi DME menjadi hidrogen memainkan peranan penting dalam teknologi transfer energi carrier ke bentuk energi lain[11,12]. Teknologi fuel cell yang banyak dipakai saat ini, membuka peluang memanfaatkan proses steam reforming DME menjadi hidrogen. Proses steam reforming DME beroperasi pada temperatur 300oC. Hal ini menguntungkan karena operasi pada temperatur yang jauh lebih rendah dibanding temperatur operasi proses konvensional steam reforming gas alam (800-1000oC), membuka peluang pemanfaatan panas nuklir dari jenis reaktor dengan range temperatur yang lebih luas. Di samping itu, karena DME merupakan produk antara yang relatif bersih tidak

ISSN 1979-1208

449


BATAN

mengandung belerang, operasi pabrik steam reforming DME tidak memerlukan unit desulfurisasi, sehingga pabriknya lebih kompak. Dari sisi aplikasi panas reaktor nuklir, reaktor daya nuklir konvensional yang beroperasi pada temperatur rendah seperti LWR (light water reactor), maupun reaktor temperatur menengah (Fast Breeder Reactor, FBR), maupun reaktor temperatur tinggi (HTGR, high temperature gas-cooled reactor) yang masih dalam proses pengembangan dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas. Toshiba bekerjasama dengan Westinghouse telah melakukan analisis konfigurasi kopel nuklir dengan proses steam reforming DME[12,14]. Panas reaktor berpendingin air ringan tipe PWR (pressurized water reactor) jenis AP1000 yang dibawa pendingin air, dimanfaatkan untuk menjalankan proses reaksi steam reforming di reformer secara up-stream turbine. Sedangkan luaran panas sisa dari reformer, setelah dimanfaatkan sebagai pemanas umpan (DME dan kukus) dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Hal ini mengakibatkan rendahnya efisiensi termal produksi listrik hanya sekitar 23%. Tetapi karena efisiensi termal proses steam reforming sekitar 30%, diperoleh total efisiensi termal sekitar 53%, jauh lebih tinggi daripada efisiensi termal PLTN komersial yang hanya sekitar 33%. Konfigurasi kopel reaktor nuklir temperatur rendah dengan proses steam reforming DME ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Kopel Reaktor Nuklir dengan Proses Steam Reforming DME[12]. Analisis kopel nuklir dengan proses steam reforming DME juga dilakukan dengan memanfaatkan reaktor nuklir temperatur medium (FBR). Berbeda dengan reaktor nuklir temperatur rendah, proses steam reforming disusun secara downstream dari turbin[12]. Panas reaktor mula-mula dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik, kemudian panas luaran turbin digunakan untuk menjalankan proses steam reforming DME di reformer. Analisis awal menunjukkan bahwa dengan konfigurasi ini, total efisiensi termal dapat mencapai 75%, yang masing-masing adalah 49% efisiensi produksi hidrogen dan 26% efisiensi termal produsi listrik di turbin.

3.

DISKUSI DAN PEMBAHASAN

Sampai saat ini, lebih dari 90% hidrogen digunakan sebagai bahan baku industri pupuk dan minyak[15]. Hanya dalam jumlah kecil saja yang digunakan untuk keperluan bahan bakar jet, dan bahan baku produk kimia. Berbagai uji-coba mobil hidrogen yang saat ini banyak dilakukan mengindikasikan hidrogen sangat potensial sebagai bahan bakar transportasi. Jika era hidrogen sebagai bahan bakar transportasi menjadi kenyataan, pada saat itu diperkirakan akan terjadi lonjakan permintaan hidrogen yang sangat besar. Untuk itu berbagai teknologi produksi hidrogen perlu terus dikembangkan untuk memenuhi permintaan yang sangat besar. Produksi hidrogen dengan bahan baku air, merupakan solusi

ISSN 1979-1208

450


BATAN

yang diharapkan dapat memenuhi permintaan hidrogen. Sebagai bahan baku, air jumlahnya melimpah dan terbarukan, proses produksinya juga tidak mengemisi CO2 ke lingkungan. Sayangnya sampai saat ini, produksi hidrogen dengan bahan baku air belum mencapai tingkat efisiensi yang memadai. Untuk itu, produksi hidrogen dari sumber energi bahan bakar fosil yang menjadi andalan teknologi selama ini perlu terus dikembangkan. Produksi hidrogen dengan proses steam reforming gas alam, sampai saat ini memasok lebih dari 85% kebutuhan hidrogen dunia. Prosesnya beroperasi pada temperatur tinggi (800-1000oC), yang berarti membutuhkan gas alam bukan saja sebagai bahan baku tetapi juga sebagai bahan bakar untuk memenuhi kebutuhan panas produksi dalam jumlah sangat banyak. Substitusi panas pembakaran bahan bakar fosil dengan reaktor nuklir temperatur tinggi diperkirakan mampu menghemat sepertiga kebutuhan gas alam[7], tetapi karena beroperasi pada temperatur sangat tinggi, hanya reaktor nuklir temperatur tinggi saja yang mampu menyediakan panas untuk proses. Berbagai studi terus dilakukan untuk mengembangkan proses steam reforming produksi hidrogen, dengan tujuan diperoleh proses dengan temperatur operasi yang lebih rendah dan unit operasi pabrik yang lebih kompak. Salah satu modifikasi proses steam reforming adalah proses steam reforming gas alam dengan reaktor membran. Pemanfaatan membran palladium yang mempunyai sifat permselective sangat tinggi terhadap hidrogen, akan mendorong keseimbangan reaksi bergeser ke arah produk sehingga operasi optimal dapat dicapai pada temperatur 500 oC. Sedang pemisahan produk yang berlangsung secara simultan di dalam reaktor, dapat mengeliminasi unit shift converter dan unit pemisahan hidrogen, sehingga pabriknya jauh lebih kompak.

Gambar 4. Perbandingan Unit Operasi Proses Steam Reforming[7,16]. Steam reforming DME juga merupakan modifikasi pengembangan proses konvensional steam reforming produksi hidrogen. Prosesnya berlangsung pada temperatur relatif rendah (300oC), dan dalam proses produksinya tidak diperlukan unit desulfurisasi karena bahan baku DME relatif tidak mengandung belerang. Hal ini berimplikasi unit operasi dapat menjadi lebih kompak[7]. Pada Gambar 4, ditunjukkan ilustrasi penyederhanaan unit pabrik proses steam reforming produksi hidrogen dibanding proses konvensional. Modifikasi yang

ISSN 1979-1208

451



mampu menurunkan temperatur operasi juga berimplikasi pada berkurangnya kebutuhan material tahan panas yang berharga mahal dan kurang tahan lama. Dari sisi aplikasi reaktor nuklir, penurunan temperatur operasi proses steam reforming akan membuka peluang pemanfaatan reaktor nuklir yang lebih luas. Jika berbagai studi steam reforming gas alam dengan panas nuklir selama ini selalu bertumpu pada aplikasi reaktor nuklir temperatur tinggi, pemanfaatan teknologi membran pada proses steam reforming akan dimungkinkan untuk memanfaatkan reaktor nuklir temperatur tinggi atau menengah sebagai sumber energi panas. Bahkan untuk steam reforming DME, karena beroperasi pada temperatur rendah (300oC), semua jenis reaktor daya nuklir akan mampu menyediakan energi panas. Reaktor daya komersial yang telah memiliki pengalaman komersial lebih dari 50 tahun, dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas proses. Kebijakan pemanfaatan energi nuklir guna pembangkitan listrik dan kogenerasi di Indonesia adalah terwujudnya peran energi nuklir secara simbiotik dan sinergistik dengan sumberdaya energi tak terbarukan maupun terbarukan untuk memenuhi kebutuhan energi nasional guna mendukung pembangunan berkelanjutan[17]. Untuk itu, disamping mendorong terwujudnya PLTN pertama di Indonesia, BATAN juga harus terus melakukan berbagai kajian reaktor nuklir masa depan seperti: konsep reaktor kogenerasi produksi air bersih (desalinasi), penggunaan panas proses untuk operasi industri temperatur tinggi dan medium seperti produksi hidrogen, gasifikasi batubara, dan lain-lain. Sampai saat ini, PLTN pertama di Indonesia belum juga terwujud. Meskipun begitu, berbagai studi terkait aplikasi PLTN generasi 4 harus selalu diikuti, karena begitu PLTN pertama di Indonesia terwujud, diperkirakan teknologi nuklir sudah memasuki era reaktor nuklir Generasi 4. Teknologi reaktor nuklir Generasi-4 merupakan teknologi yang memanfaatkan reaktor nuklir tidak saja untuk membangkitkan listrik, tetapi juga sebagai sumber energi panas untuk aplikasi industri.

4.

KESIMPULAN Dari uraian di atas dapat disimpulkan:  Sebagai modifikasi proses steam reforming konvensional, proses steam reforming dengan membran dan proses steam reforming DME mampu menurunkan temperatur operasi. Penurunan temperatur operasi berimplikasi pada berkurangnya kebutuhan material tahan panas yang berharga mahal dan kurang tahan lama.  Pemanfaatan reaktor membran mampu menyederhakan unit operasi pabrik karena tidak lagi memerlukan unit shift converter dan unit pemisah hidrogen. Sementara steam reforming DME juga menyederhanakn unit operasi karena tidak lagi membutuhkan unit desulfurisasi.  Penurunan temperatur steam reforming membuka peluang pemanfaatan reaktor nuklir dengan kisaran temperatur yang lebih luas.

DAFTAR PUSTAKA [1].

[2]. [3].

HORI, M., NUMATA, M., AMAYA, T., FUJIMURA, Y., Synergy of Fossil Fuels and Nuclear Energy for the Energy Future, Proceedings of OECD/NEA Third Information Exchange Meeting on Nuclear Production of Hydrogen, Japan, 2005. US-DOE, National Hydrogen Energy Roadmap, National Hydrogen Energy Roadmap Workshop, Washington DC, 2002. SILVA, L. C., MURATA, V. V., HORI, C. E., ASSIS, A. J., Optimization of a Membrane Reactor for Hydrogen Production Through Methane Steam Reforming Using

ISSN 1979-1208

452


[4]. [5].

[6].

[7].

[8].

[9].

[10]. [11].

[12].

[13].

[14]. [15].

[16].

[17].


Experimental Design Techniques and NPSOL, Proceedings of International Conference on Engineering Optimization, Rio de Janeiro, Brazil, 2008. _________, Dimethyl ether, http://en.wikipedia.org/wiki/Dimethyl_ether, diakses 16 Maret 2010. FUKUSHIMA, K., OOTA, H., YAMADA, K., MAKINO, S., OGAWA, T., YOSHINO, M., Development of a Nuclear Hydrogen Production System by Dimethyl Ether (DME) Steam Reforming and Related Technology, Journal of Power and Energy System, Vol.2, No. 2, 2008. DE FALCO, M., IAQUANIELLO, G., MARRELLI, L., Reformer and membrane modules plant for natural gas conversion to hydrogen: performance assessment, AIDIC Conferene Series, Vol. 9, 2009, 93-100 DOI:10.3303/ACOS0909012. HORI, M., MATSUI, K., TASHIMO, M., YASUDA, I., Synergistic Hydrogen Production by Nuclear-Heated Steam Reforming of Fossil Fuels, of Fossil Fuels and Nuclear Energy for the Energy Future, Proceedings of The 1st COE-INES International Symposium INES-1, November 1, Tokyo, JAPAN, 2004. BAHRUM, A. S., SU’UD, Z., WARIS, A., WAHJOEDI, B. A., Design Study and Analysis of Pb-Bi Cooled Fast Reactor for Hydrogen Production, Proceedings of International Conference on Advances in Nuclear Science and Engineering in Conjunction with LKSTN, 2007. CHIKAZAWA, Y., KONOMURA, M., UCHIDA, S., SATO, H., A Feasibility Study of A Steam Methane Reforming Hydrogen Production Plant With A Sodium-Cooled Fast Reactor, Journal of Nuclear Technology, Vol. 152, No. 3, December 2005. LARSON, E. D., YANG, H., Dimethyl ether (DME) from coal as a household cooking fuel in China, Energy for Sustainable Development, Vol. VIII No. 3, September 2004. SUKHE, V.A., SOBYANIN, V. D., BELYAEV, G. G., VOLKOVA, E. A., Production of Hydrogen by Steam Reforming of Dimethyl Ether, Proceedings International Hydrogen Energy Congress and Exhibition IHEC 2005, Istambul, Turkey, 2005. FUKUSHIMA, K., OGAWA, T., Conceptual Design of Low-Temperature Hydrogen Production and High-Efficiency Nuclear Reactor Technology, JSME International Journal, Series B, Vol. 17, No. 2, 2004. SEMELSBERGER, T. A., BORUP, R. L., Thermodynamics of Hydrogen Production from Dimethyl Ether Steam Reforming and Hydrolysis, Los Alamos National Laboratory, 2004. SHIGA, S., AP1000 and Other Reactors Developed by Toshiba and Westinghouse, Proc. of ICAPP 2007 Nice, France, May 13-18, 2007 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. SALIMY, D. H., Produksi Hidrogen Proses Steam Reforming Dimethyl Ether (DME) dengan Reaktor Nuklir Temperatur Rendah, Jurnal Pengembangan Energi Nuklir, [accepted], 2010. SOENTONO, S., Peran BATAN dalam Alih Teknologi Energi Nuklir di Indonesia, Seminar Nasional ke-12 Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir, Yogyakarta, 12-13 September 2006.

ISSN 1979-1208

453



DISKUSI 1.

Pertanyaan dari Sdr. Soedarmono (PTRKN-BATAN) Bagaimana status teknologi kedua proses tersebut?

Jawaban : Untuk skala kecil, Tokyo Gas Company telah mengoperasikan unit demonstration plant kedua proses tersebut . Sejauh ini proses berlangsung dengan baik.

2.

Pertanyaan dari Sdr. Ign. Djoko Irianto (PTRKN-BATAN) Kira-kira kendala apa yang masih dihadapi untuk komersialisasi kedua proses untuk produksi hidrogen skala besar?

Jawaban : Untuk produksi skala besar, steam reforming DME membutuhkan bahan baku DME dalam jumlah banyak. Sejauh ini produksinya masih skala kecil, sebagai produk samping industri kimia. Dalam waktu dekat baru akan ada produksi DME dalam jumlah besar. Jepang sebagai pengimpor LNG terbesar, berminat mengembangkan teknologi berbasis DME, dengan mengimpor DME dalam jumlah besar. Untuk proses steam reforming dengan reaktor membran, diperkirakan ketersediaan membran paladium dengan kapasitas besar dan daya tahan cukup lama akan menjadi kendala tersendiri. Litbang membran untuk mengatasi hal tersebut terus dikembangkan di Jepang, dan negara-negara maju lainnya.

ISSN 1979-1208

454

PROSES STEAM REFORMING PRODUKSI HIDROGEN DENGAN PANAS NUKLIR TEMPERATUR RENDAH DAN MENENGAH

Recommend Documents