Belum lama ini, ungkapan "batubara bersih" tampak seperti sebuah oxymoron. Pembangkit listrik tenaga batu bara memancarkan minuman penyihir yang mengandung polutan udara yang, kecuali dihilangkan dengan scrubber, menodai udara, menciptakan hujan asam dan dapat menyebabkan serangan asma atau jantung. Dan pembangkit batubara memancarkan dua kali lipat karbon dioksida yang dipanaskan di planet ini dari pembangkit listrik berbahan bakar gas.
Namun, jenis reaktor baru, yang menangkap lebih dari 99 persen karbon dioksida yang dihasilkan oleh pembakaran batu bara, dapat membuat "batu bara bersih" layak. Karbon dioksida dapat disimpan dengan aman di bawah permukaan bumi di mana ia tidak dapat berkontribusi terhadap perubahan iklim.
Reaktor ini akan menangkap karbon tanpa menaikkan harga listrik, dan ini bisa membuatnya layak secara komersial. "Ini adalah cara yang sama sekali baru untuk menghasilkan listrik dari batubara yang rendah karbon, " kata Karma Sawyer yang mengarahkan program penelitian batubara bersih di lembaga penelitian Departemen Energi AS (DOE) ARPA-E, yang mendanai pekerjaan tersebut.
Pembakaran batu bara bertanggung jawab untuk memproduksi sekitar 40 persen listrik dunia, tetapi menghasilkan tiga perempat dari lebih dari 12 miliar ton karbon dioksida yang dipancarkan selama pembangkit listrik dan panas. Untuk membuat batubara tidak berpolusi, karbon dioksida itu harus ditangkap sebelum dipancarkan dan dikunci secara permanen di bawah bumi. Namun terlepas dari penelitian bertahun-tahun, tidak satu pun pembangkit listrik tenaga batu bara di Amerika Serikat melakukan ini.
Namun demikian, pembangkit listrik tenaga batu bara masih memasok banyak listrik dunia, dan cadangan batu bara di AS dan di tempat lain tetap berlimpah dan terjangkau. Untuk alasan ini - dan karena pengaruh politik industri batubara - DOE telah menginvestasikan lebih dari $ 3, 4 miliar untuk teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon.
Teknologi penangkapan karbon paling canggih saat ini, yang disebut amine scrubbing, efektif dan matang, tetapi terlalu mahal. Dalam penggosok amina, dinamai alkilamin yang digunakan dalam proses, batubara pertama-tama dibakar dengan cara biasa, dengan udara, dan dihasilkan gelembung gas buang melalui cairan yang memerangkap karbon dioksida. Kemudian cairan tersebut dipanaskan untuk melepaskan karbon dioksida, yang lolos sebanyak kaleng soda memancarkan gelembung karbon dioksida saat menghangat hingga suhu kamar. Proses ini menyedot hampir sepertiga energi yang dihasilkan oleh seluruh pembangkit listrik - cukup untuk menjamin kenaikan harga 80 persen bagi konsumen. Lonjakan biaya semacam itu tidak dapat dipertahankan, sehingga utilitas telah menjauh dari memasang scrubber semacam itu.
Beberapa tahun yang lalu, DOE menantang para peneliti untuk merancang teknologi yang dapat menghilangkan lebih dari 90 persen karbon dioksida yang dipancarkan oleh sebuah pabrik, sambil menjaga harga listrik bertenaga batu bara dari pembangkit konvensional meningkat lebih dari 35 persen hingga saat ini. . Sejauh ini DOE telah berinvestasi dalam penelitian pada lebih dari selusin teknologi penghilangan karbon eksperimental. "Belum ada peluru perak, itulah sebabnya kami memiliki program besar, " kata Lynn Brickett, direktur divisi dari Divisi Tanaman yang Ada di Laboratorium Teknologi Energi Nasional DOE di Pittsburgh, Pennsylvania.
Salah satu teknologi baru yang paling menjanjikan dimulai dengan bubuk batu bara, campuran kering konsistensi bedak yang sudah dibakar di banyak pembangkit listrik tenaga batu bara. Batubara bubuk dicampur dengan partikel besi berkarat sebagian ukuran taburan es krim di dalam reaktor panas di 1.650 derajat Fahrenheit. Campuran batu bara-besi mengalami reaksi kimia yang menghilangkan karat dan menghasilkan karbon dioksida dan uap, yang kemudian didinginkan dan air cair mengembun, meninggalkan aliran karbon dioksida yang sangat murni.
Partikel besi bebas karat kemudian pindah ke reaktor kedua, di mana mereka dibakar di udara, menyebabkan mereka berkarat lagi. Reaksi berkarat ini menghasilkan panas yang cukup untuk merebus air, dan uap yang dihasilkan menggerakkan turbin penghasil listrik.
Bahan penangkap karbon tidak perlu dipanaskan secara terpisah untuk membebaskan karbon dioksida murni, seperti yang terjadi pada penggosok amina, dan untuk alasan itu "persyaratan energi tangkap hampir dapat diabaikan, " jelas Liang-Shih Fan, bahan kimia Universitas Negeri Ohio insinyur yang mempelopori penelitian ini.
Produk sampingan dari teknik ini dapat digunakan kembali, memberikan efektivitas biaya tambahan. Aliran karbon dioksida murni dapat dijual kepada produsen minyak, yang dapat menyuntikkannya ke sumur yang sebagian besar dihabiskan untuk memungkinkan ekstraksi bit minyak terakhir yang berharga tetapi sulit dikumpulkan. Proses ini juga dapat diubah untuk menghasilkan hidrogen murni selain listrik dan karbon dioksida, dan hidrogen dapat dibakar secara bersih untuk listrik atau dijual sebagai bahan baku untuk produksi bahan kimia industri.
"Pekerjaan kipas di Negara Bagian Ohio adalah satu-satunya proses di dunia yang dapat memungkinkan ketiganya [listrik, karbon dioksida, dan hidrogen] diproduksi secara terpisah, " kata Sawyer.
Para insinyur juga meninggalkan sendiri opsi lain. Beberapa perubahan pada desain reaktor memungkinkannya untuk berfungsi di pembangkit gasifikasi batubara, jenis baru pembangkit listrik yang sebagian membakar batubara untuk membuat gas alam sintetis, atau syngas, kemudian membakar syngas untuk menghasilkan listrik. Meskipun hanya dua pabrik gasifikasi batu bara besar sedang dibangun di Amerika Serikat saat ini - di Mississippi dan Indiana - para ahli memperkirakan bahwa banyak pabrik batu bara di masa depan akan menggunakan teknologi ini.
Fan dan rekan-rekannya baru-baru ini membangun reaktor pilot skala laboratorium di kampus Ohio State, dan pada bulan Februari mereka melaporkan menjalankannya selama sembilan hari. Itu mungkin tidak terlihat lama, tapi ini adalah jangka waktu terpanjang untuk jenis teknologi penangkapan karbon ini. Dan reaktor menghilangkan lebih dari 99 persen karbon dioksida yang dihasilkan.
Meskipun sukses, teknologi baru ini memiliki banyak rintangan untuk dilompati sebelum dapat digunakan secara komersial. Reaktor harus lulus uji skala besar dengan gas buang pembangkit listrik nyata, yang mengandung kontaminan yang dapat merusak bagian reaktor logam, misalnya, dan harus tahan hingga bertahun-tahun operasi suhu tinggi dan tekanan tinggi.
Tes semacam itu sedang berlangsung untuk teknologi looping tim syngas. Para insinyur Negara Bagian Ohio bekerja sama dengan setengah lusin perusahaan yang membuat pasokan atau suku cadang untuk pembangkit listrik tenaga batu bara untuk membangun pilot plant seberat 250 kilowatt senilai $ 14 juta, enam kilowatt di Pusat Penangkapan Karbon Nasional DOE di Wilsonville, Alabama. Reaktor uji ini akan berjalan pada syngas yang diproduksi di pabrik gasifikasi batubara skala demonstrasi yang dijalankan oleh Southern Company di pusat, dan akan berjalan pada suhu tinggi dan tekanan tinggi yang khas pada pabrik komersial. (Pengungkapan: Southern Company adalah pengiklan di Smithsonian.com, tetapi cerita ini ditugaskan secara independen.) "Kami sedang menguji kondisi yang sangat komersial, " kata Andrew Tong, seorang peneliti di kelompok Fan yang membantu mengoordinasikan uji coba.
Sekalipun upaya itu berhasil, lebih banyak uji coba akan diperlukan karena pembangkit listrik tenaga batu bara yang sebenarnya sekitar 1.000 kali lebih besar daripada pembangkit yang direncanakan di Alabama. Teknologi Ohio State "masih memiliki jalan panjang untuk menghasilkan listrik di pembangkit listrik berbahan bakar batu bara atau gas komersial, " kata Sawyer.
Jika teknologi terbukti berhasil dalam skala besar dan terbukti mampu menghilangkan semua karbon dioksida dan polutan udara dari pembakaran batu bara, reaktor perulangan kimia masih belum menjadi cara yang paling bersih, termurah atau paling sehat untuk menghasilkan listrik. Penambang batu bara mati karena penyakit paru-paru hitam dan ranjau runtuh, dan seluruh jajaran gunung dipenggal untuk menambang batu bara. Bahkan batubara bersih menghasilkan abu yang menumpuk di kolam penyimpanan atau tempat pembuangan sampah, mengancam air tanah dan sungai dengan polusi. Ketika biaya kesehatan dan lingkungan diperhitungkan, energi terbarukan seperti angin dan matahari tetap lebih murah.
Tetapi dengan tujuh miliar orang yang haus energi murah dan pembangkit listrik tenaga batu bara menyemprotkan jutaan ton gas pembakaran planet ke atmosfer setiap hari, cara-cara baru untuk membakar batu bara secara bersih tidak dapat diabaikan. "Anda harus menemukan sesuatu yang dapat menangani semua tantangan, " kata Sawyer. "Itu sebabnya proyek ini sangat menarik."
