Amonia Energi: Potensi, Tantangan, dan Dampaknya Global

Di tengah desakan global untuk mencari solusi energi yang lebih bersih dan berkelanjutan, amonia (NH3) muncul sebagai kandidat yang menarik. Banyak pihak menaruh harapan besar pada amonia, tidak hanya sebagai sumber energi langsung, tetapi juga sebagai pembawa hidrogen yang efisien. Meskipun adopsi skala besar akan menuntut perubahan signifikan pada metode produksinya saat ini, amonia menawarkan serangkaian keuntungan yang tidak bisa diabaikan. Senyawa ini kaya energi dan bebas karbon, serta sudah diproduksi dalam skala besar dan diperdagangkan secara global, terutama untuk kebutuhan pupuk.

Jejak Karbon Amonia: Tantangan dan Harapan

Realitanya, proses produksi amonia saat ini menyisakan jejak karbon yang besar. Mayoritas amonia diproduksi melalui proses Haber-Bosch, yang pada tahun 2020 saja menyumbang sekitar 1,8 persen dari total emisi gas rumah kaca global. Proses ini dikenal sebagai "amonia abu-abu" karena intensitas karbonnya yang tinggi. Namun, kabar baiknya adalah ada cara-cara yang lebih bersih untuk memproduksinya. Memahami bagaimana memandu perkembangan industri bahan bakar amonia di masa depan dapat membuka jalan bagi pengurangan emisi karbon, penghematan biaya energi, dan peningkatan keseimbangan energi regional.

Penelitian Komprehensif MITEI: Membuka Tabir Data

Dalam upaya mengisi kekosongan informasi, para peneliti dari MIT Energy Initiative (MITEI) telah merilis sebuah studi penting. Mereka menyusun dataset gabungan terbesar yang pernah ada, menganalisis dampak ekonomi dan lingkungan dari rantai pasok amonia global di bawah berbagai skenario. Penelitian ini mencakup potensi aliran amonia di 63 negara, mempertimbangkan parameter ekonomi spesifik negara, serta beragam teknologi produksi amonia rendah dan bebas karbon. Hasilnya diharapkan dapat menjadi panduan berharga bagi peneliti, pembuat kebijakan, dan pemangku kepentingan industri untuk menghitung biaya dan emisi siklus hidup dari berbagai teknologi produksi amonia dan rute perdagangan.

“Ini adalah pekerjaan paling komprehensif tentang lanskap amonia global,” kata Guiyan Zang, seorang ilmuwan peneliti senior di MITEI. “Kami mengembangkan banyak kerangka kerja ini di MIT untuk dapat melakukan analisis biaya-manfaat yang lebih baik. Hidrogen dan amonia adalah dua jenis bahan bakar dengan nol karbon dalam skala besar. Jika kita ingin menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan tenaga dan panas, tetapi tidak melepaskan karbon, hidrogen dan amonia adalah satu-satunya pilihan, dan amonia lebih mudah diangkut serta berbiaya lebih rendah.”

Memahami Trade-off Berbagai Teknologi Produksi Amonia

Studi ini memberikan gambaran paling jelas mengenai trade-off yang terkait dengan berbagai teknologi produksi amonia. Sebagai contoh, para peneliti menemukan bahwa transisi penuh ke amonia yang diproduksi menggunakan proses konvensional yang dipadukan dengan penangkapan karbon (sering disebut 'amonia biru') dapat memangkas emisi gas rumah kaca global hingga hampir 71 persen, meskipun dengan kenaikan biaya sebesar 23,2 persen. Sementara itu, transisi ke amonia elektrolisis yang dihasilkan menggunakan energi terbarukan (dikenal sebagai 'amonia hijau') dapat mengurangi emisi gas rumah kaca hingga 99,7 persen, namun dengan peningkatan biaya yang lebih besar, yaitu 46 persen.

“Sebelum ini, tidak ada dataset yang harmonis yang mengukur dampak dari transisi ini,” kata penulis utama Woojae Shin, seorang postdoc di MITEI. “Semua orang berbicara tentang amonia sebagai pembawa hidrogen yang sangat penting di masa depan, dan amonia juga dapat digunakan langsung dalam pembangkit listrik atau pupuk dan penggunaan industri lainnya. Tapi kami membutuhkan dataset ini. Ini mengisi kesenjangan pengetahuan utama.”

Makalah ini telah diterbitkan dalam jurnal Energy and Environmental Science, dengan mantan postdoc MITEI Haoxiang Lai dan Gasim Ibrahim juga sebagai rekan penulis.

Dari Amonia Abu-abu Menuju Masa Depan Hijau

Seperti yang telah disebutkan, amonia saat ini sebagian besar diproduksi melalui proses Haber-Bosch yang intensif energi dan mencemari (amonia abu-abu). Namun, amonia juga dapat diproduksi secara berkelanjutan menggunakan sumber terbarukan (amonia hijau) atau dengan gas alam dan penangkapan karbon (amonia biru). Dengan meningkatnya minat pada amonia sebagai sumber energi bebas karbon dan media transportasi hidrogen, penting untuk mengukur biaya dan emisi siklus hidup yang terkait dengan berbagai teknologi produksi amonia, serta rute penyimpanan dan pengiriman amonia. Studi-studi sebelumnya terlalu sempit fokusnya.

“Studi dan dataset sebelumnya terfragmentasi,” kata Shin. “Mereka fokus pada wilayah spesifik atau teknologi tunggal, seperti amonia abu-abu saja, atau amonia biru saja. Mereka juga hanya mencakup biaya atau emisi gas rumah kaca amonia secara terpisah. Akhirnya, mereka menggunakan cakupan dan metodologi yang berbeda. Ini berarti Anda tidak dapat membuat perbandingan global atau menarik kesimpulan definitif.”

Untuk membangun database mereka, para peneliti MIT menggabungkan data dari puluhan studi yang menganalisis teknologi spesifik, wilayah, parameter ekonomi, dan aliran perdagangan. Mereka juga menggunakan kerangka kerja yang sebelumnya mereka kembangkan untuk menghitung total biaya produksi amonia di setiap negara dan memperkirakan emisi gas rumah kaca siklus hidup di seluruh rantai pasok, dengan mempertimbangkan penyimpanan dan pengiriman antar wilayah yang berbeda. Perhitungan emisi mencakup aktivitas yang terkait dengan ekstraksi bahan baku, produksi, transportasi, dan pemrosesan impor. Faktor biaya utama termasuk harga listrik terbarukan dan listrik jaringan di setiap negara, harga gas alam, dan lokasi. Faktor lain seperti suku bunga dan premi ekuitas juga disertakan.

Perbandingan Biaya dan Emisi Berbagai Metode Produksi

Para peneliti menggunakan perhitungan mereka untuk menemukan biaya amonia dan emisi siklus hidup di enam teknologi produksi amonia. Dalam konteks rata-rata Amerika Serikat, mereka menemukan biaya produksi terendah berasal dari penggunaan bentuk populer dari proses Haber Bosch yang dikenal sebagai natural gas steam methane reforming (SMR) tanpa penangkapan dan penyimpanan karbon (amonia abu-abu), yaitu 48 sen per kilogram amonia. Sayangnya, keunggulan ekonomi ini datang dengan emisi gas rumah kaca tertinggi, yaitu 2,46 kilogram CO2 ekuivalen per kilogram amonia. Sebaliknya, SMR dengan penangkapan dan penyimpanan karbon mencapai pengurangan emisi sekitar 61 persen sambil menanggung peningkatan biaya produksi sebesar 29 persen.

Metode lain untuk memproduksi amonia yang menggunakan gas alam sebagai bahan baku, yang disebut auto-thermal reforming (ATR) dengan pembakaran udara, ketika digabungkan dengan penangkapan dan penyimpanan karbon, menunjukkan biaya 10 persen lebih tinggi daripada SMR konvensional, sambil menghasilkan emisi 0,75 kilogram CO2 ekuivalen per kilogram amonia. Ini menunjukkan opsi dekarbonisasi yang lebih hemat biaya daripada SMR dengan penangkapan dan penyimpanan karbon. Di antara jalur produksi yang mencakup penangkapan karbon (amonia biru), variasi ATR yang menggunakan pembakaran oksigen dan penangkapan karbon memiliki emisi terendah, dengan biaya produksi sekitar 57 sen per kilogram amonia. Produksi amonia dengan listrik umumnya memiliki biaya produksi yang lebih tinggi daripada jalur amonia biru. Ketika energi nuklir digunakan untuk menggerakkan produksi amonia, dibandingkan dengan listrik jaringan, emisi gas rumah kaca mendekati nol, yaitu 0,03 kilogram CO2 ekuivalen per kilogram amonia yang diproduksi.

Faktor Pendorong Biaya dan Emisi Global

Di antara 63 negara yang diteliti, perbedaan biaya dan emisi utama didorong oleh biaya energi, sumber energi untuk jaringan listrik, dan lingkungan pendanaan. Cina muncul sebagai pemasok amonia hijau optimal di masa depan bagi banyak negara, sementara Timur Tengah juga menawarkan jalur produksi amonia rendah karbon yang kompetitif. Secara umum, jalur amonia biru paling menarik bagi negara-negara dengan sumber daya gas alam berbiaya rendah, dan amonia yang dibuat menggunakan listrik jaringan terbukti lebih mahal dan lebih intensif karbon daripada amonia yang diproduksi secara konvensional.

Implikasi Kebijakan dan Masa Depan Amonia di Indonesia

Penggunaan amonia rendah karbon diproyeksikan akan tumbuh secara dramatis pada tahun 2050, dengan amonia tersebut diperoleh melalui perdagangan global. Jepang dan Korea, misalnya, telah memasukkan amonia dalam strategi energi nasional mereka dan melakukan uji coba menggunakan amonia untuk menghasilkan tenaga. Mereka bahkan menawarkan kredit ekonomi untuk pengurangan CO2 yang terverifikasi dari proyek amonia bersih. Fenomena ini menunjukkan urgensi bagi negara-negara lain, termasuk Indonesia, untuk mulai merumuskan strategi serupa.

“Para peneliti amonia, produsen, serta pejabat pemerintah membutuhkan data ini untuk memahami dampak dari berbagai teknologi dan koridor pasokan global,” kata Shin. Indonesia, dengan potensi energi terbarukan yang melimpah seperti tenaga surya, hidro, panas bumi, dan angin, memiliki peluang besar untuk menjadi pemain kunci dalam produksi amonia hijau. Ini tidak hanya akan mendukung target net-zero emission (NZE) Indonesia pada tahun 2060, tetapi juga dapat mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil impor, menciptakan lapangan kerja baru, dan menarik investasi dalam teknologi hijau.

Para penulis juga percaya bahwa pemangku kepentingan industri dan peneliti lain akan mendapatkan banyak nilai dari database mereka, yang memungkinkan pengguna untuk menjelajahi dampak dari perubahan parameter spesifik. “Kami berkolaborasi dengan perusahaan, dan mereka perlu mengetahui biaya penuh dan emisi siklus hidup yang terkait dengan berbagai opsi,” kata Zang. “Pemerintah juga dapat menggunakan ini untuk membandingkan opsi dan menetapkan kebijakan di masa depan. Negara mana pun yang memproduksi amonia perlu tahu negara mana yang dapat mereka pasok secara ekonomis.” Dengan data yang komprehensif ini, Indonesia dapat merencanakan infrastruktur yang tepat, mengidentifikasi rute perdagangan yang paling efisien, dan mengembangkan kebijakan insentif yang mendorong investasi dalam produksi amonia rendah karbon.

Penelitian ini didukung oleh Future Energy Systems Center MIT Energy Initiative. Dengan studi semacam ini, diharapkan transisi energi global menuju masa depan yang lebih bersih, efisien, dan berkelanjutan dapat dipercepat, dengan amonia sebagai salah satu pilar utamanya.