Proses Pemangkinan Metanasi Meningkatkan Kualiti Gas Asli di Malaysia

Oleh: ChM. Dr. Salmiah Jamal Mat Rosid, Ts. ChM. Dr. Ahmad Zamani Ab Halim, ChM. Dr. Susilawati Toemen, Sarina Mat Rosid

Pusat Asasi Sains dan Perubatan UniSZA, Universiti Sultan Zainal Abidin, Universiti Malaysia Pahang & Universiti Teknologi Malaysia

Gas asli adalah salah satu komponen penting dalam pasaran tenaga di dunia. Ianya terperangkap bersama-sama petroleum dalam lapisan magma di dalam bumi. Biasanya gas asli terdiri daripada campuran gas hidrokarbon berantai karbon pendek dan panjang, karbon dioksida, nitrogen dan sebagainya. Gas metana (CH₄) merupakan gas paling utama dalam komposisi gas asli dengan kandungan sebanyak 80 peratus ke atas.  Ia adalah tidak berwarna, tidak berbau dan mudah terbakar dalam keadaan semula jadi. Ia merupakan salah satu sumber tenaga yang paling bersih, selamat dan berguna. Gas asli menghasilkan pembakaran yang bersih dan mengeluarkan produk sampingan yang berbahaya ke udara dalam tahap yang rendah.

Manusia telah menggunakan gas asli selama beratus-ratus tahun sebagai bahan bakar dalam penjanaan tenaga, untuk kenderaan dan bahan kimia dalam pembuatan plastik dan lain-lain. Kira-kira 40 peratus keperluan tenaga Malaysia kini dipenuhi oleh gas asli yang telah banyak ditemui di ketiga-tiga wilayah terdiri dari Semenanjung Malaysia, Sabah dan Sarawak. Statistik menunjukkan pengeluaran cecair gas asli (LNG) di Malaysia pada tahun 2019 adalah kira-kira 28.7 juta metrik tan. Hanya dalam tempoh lebih dari tiga dekad, Malaysia telah menjadi pembekal LNG ketiga terbesar di dunia.

Kekotoran gas asli di Malaysia dijangka meningkat dari tahun ke tahun. Ini kerana gas asli Malaysia terdiri daripada beberapa gas bendasing seperti gas bukan hidrokarbon iaitu karbon dioksida (CO₂). Ia merupakan gas tanpa warna yang bersifat asid apabila terlarut di dalam air. Keterdedahan pada dos yang tinggi boleh menyebabkan kesesakan nafas dan rasa masam di dalam mulut. Oleh itu, sumber gas dengan komposisi kepekatan CO₂ lebih 10% dianggap sebagai sumber ‘gas masam’. Sebilangan simpanan gas asli Malaysia mempunyai kandungan CO₂ yang tinggi yang mana ianya boleh mencecah sehingga 80%. Hal ini akan mengakibatkan penurunan kecekapan proses, penurunan harga gas asli di pasaran seluruh dunia dan juga menyukarkan pengedarannya ke pasaran. Walau bagaimanapun, ianya masih perlu digali bagi memenuhi permintaan global.

Oleh itu, penyingkiran CO₂ diperlukan bagi menjadikan gas asli Malaysia sebagai ‘gas manis’. Ini untuk mengelakkan kakisan pada peralatan proses dan penyimpanan serta memenuhi spesifikasi piawai produk LNG. Selain itu, pemprosesan gas diperlukan untuk memastikan bahawa gas asli yang digunakan dapat melakukan pembakaran yang bersih dan mesra alam sekitar. Terdapat banyak proses pengolahan gas yang tersedia untuk penyingkiran CO₂ daripada gas asli. Proses ini merangkumi pelarut kimia, pelarut fizikal, proses penjerapan pelarut hibrid dan pemisahan fizikal (membran). Selain itu, CO₂ juga dapat dikeluarkan daripada gas asli melalui teknik penukaran kimia.

Dalam teknik ini, penukaran karbon dioksida menjadi metana (CH₄) adalah proses yang utama dan dikenali sebagai proses metanasi. Metanasi ialah proses tindak balas gas karbon oksida dan hidrogen dengan kehadiran mangkin untuk mempercepatkan proses pembentukan produk metana. Bagi membentuk metana (CH₄), gas hidrogen (H₂) digunakan bersama gas karbon dioksida/karbon monoksida (daripada reaksi metanasi tidak lengkap) dengan komposisi empat/tiga nisbah satu seperti yang ditunjukkan dalam persamaan 1.1 dan 1.2 di bawah:

 CO₂ (g) + 4H₂ (g)  →   CH₄ (g) + 2H₂O (l)     (1.1)

 CO (g) + 3H₂ (g)    →   CH₄ (g) + H₂O(l)        (1.2)

Proses ini biasanya digunakan sebagai kaedah rawatan untuk gas buangan yang dihasilkan oleh loji pembakar arang batu dan juga loji gas asli. Manfaat yang paling ketara daripada proses metanasi adalah membuang karbon monoksida dan karbon dioksida yang pastinya tidak diingini daripada sumber pengeluarannya.  Proses metanasi CO₂ bukan saja dapat menaikkan komposisi gas metana di dalam gas asli malahan dapat meningkatkan kemurnian dan kualiti gas asli Malaysia (gas manis) dengan menggunakan sepenuhnya komponen yang tidak diingini.

Pemangkin metanasi CO₂ telah banyak dikaji kerana keberkesananya dalam penukaran gas CO₂ untuk menghasilkan metana, yang merupakan komponen utama dalam gas asli. Biasanya, pemangkin dibuat daripada oksida logam berbanding logam tulen yang mahal. Keperluan penting untuk pemilihan sistem pemangkin oksida logam yang betul adalah berdasarkan kemampuannya untuk menerima dan mengaktifkan CO₂. Sifat berasid CO₂ memerlukan penggunaan sistem pemangkin yang mempunyai sifat alkali. Pemangkin logam oksida telah digunakan secara meluas dalam penyelidikan untuk melihat reaksi metanasi CO dan CO₂. Bergantung pada logam yang digunakan dan keadaan tindak balas, pelbagai produk mungkin terbentuk termasuk metana dan methanol. Pemangkin metanasi yang baik adalah tahan lama secara fizikal dan dapat bertindakbalas pada suhu yang tidak melebihi dari 300 ^oC. Namun, kajian penggunaan pemangkin dalam proses metanasi masih berada ditahap penyelidikan dan pembangunan (R&D) di seluruh Malaysia. Gambar di bawah menunjukkan salah satu contoh pemangkin yang digunakan dalam penukaran CO₂ kepada CH₄

Rujukan

1. SJM Rosid, WAWA Bakar, R Ali. (2018). Characterization and modelling optimization on methanation activity using Box-Behnken design through cerium doped catalysts. Journal of Cleaner Production 170, 278-287.
2. S Toemen, SJM Rosid, WAWA Bakar, R Ali, SF Sulaiman, R Hasan. (2018). Methanation of carbon dioxide over Ru/Mn/CeAl₂O₃ catalyst: In-depth of surface optimization, regeneration and reactor scale. Renewable Energy 127, 863-870.
3. MMA Iqbal, S Toemen, FIA Razak, SJM Rosid, NIW Azelee. (2020). Catalytic methanation over nanoparticle heterostructure of Ru/Fe/Ce/γ-Al₂O₃ catalyst: Performance and characterisation. Renewable Energy 162, 513-524

Kredit Foto : besustainablemagazine