Rahasia di Balik Produksi Amonia dari Gas Alam – Tahukah kamu bahwa sebagian besar pupuk yang digunakan untuk menumbuhkan tanaman di seluruh dunia berasal dari gas alam? Ya, bahan bakar yang biasanya kita kenal sebagai sumber energi ternyata juga menjadi bahan dasar untuk menghasilkan amonia (NH₃) — senyawa penting dalam industri pupuk, kimia, hingga energi masa depan.
Proses pengolahan gas alam menjadi amonia bukanlah hal baru. Teknologi ini sudah dikembangkan sejak awal abad ke-20 melalui metode yang dikenal sebagai Proses Haber-Bosch. Penemuan ini dianggap sebagai salah satu pencapaian terbesar dalam sejarah kimia industri karena berperan besar dalam meningkatkan hasil pertanian global dan mendukung pertumbuhan populasi manusia.
Namun, bagaimana sebenarnya gas alam bisa berubah menjadi amonia? Untuk memahami itu, kita perlu melihat langkah-langkah ilmiah di balik prosesnya.
Secara umum, gas alam — yang sebagian besar terdiri dari metana (CH₄) — digunakan sebagai sumber hidrogen (H₂). Hidrogen inilah yang nantinya akan bereaksi dengan nitrogen (N₂) dari udara untuk membentuk amonia. Reaksi kimianya sederhana:
N2+3H2→2NH3N_2 + 3H_2 → 2NH_3
Namun, untuk mencapai reaksi ini dibutuhkan tekanan tinggi, suhu tinggi, dan katalis logam agar prosesnya efisien.
Sebelum reaksi ini terjadi, gas alam harus diolah terlebih dahulu melalui beberapa tahapan penting untuk memisahkan dan memurnikan komponennya. Proses ini terdiri dari reforming, shift reaction, dan purifikasi gas, sebelum akhirnya masuk ke tahap sintesis amonia.
Mari kita bahas lebih detail tiap tahapnya.
Tahapan Produksi Amonia dari Gas Alam
1. Steam Reforming (Pembentukan Gas Sintesis)
Langkah pertama dalam produksi amonia adalah mengubah metana (CH₄) dari gas alam menjadi gas sintesis (syngas), yaitu campuran hidrogen (H₂) dan karbon monoksida (CO). Proses ini disebut steam reforming.
Gas alam dipanaskan bersama uap air pada suhu sekitar 700–1.000°C di dalam reaktor yang berisi katalis nikel. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
CH4+H2O→CO+3H2CH_4 + H_2O → CO + 3H_2
Hasilnya adalah gas yang kaya akan hidrogen. Namun, gas tersebut juga mengandung karbon monoksida (CO) yang belum diinginkan pada tahap sintesis amonia, sehingga harus diubah menjadi karbon dioksida (CO₂).
2. Water-Gas Shift Reaction
Langkah berikutnya adalah mengubah karbon monoksida menjadi karbon dioksida melalui reaksi dengan uap air. Proses ini disebut water-gas shift reaction, yang menghasilkan tambahan hidrogen:
CO+H2O→CO2+H2CO + H_2O → CO_2 + H_2
Dengan reaksi ini, kandungan hidrogen dalam campuran gas meningkat, sementara karbon dioksida bisa dipisahkan kemudian.
3. Purifikasi Gas Hidrogen
Setelah proses shift reaction, gas campuran masih mengandung CO₂ dan sisa gas lainnya. Untuk mendapatkan hidrogen murni, dilakukan pemurnian menggunakan absorpsi tekanan (pressure swing adsorption) atau metode amine scrubbing yang mampu menghilangkan CO₂ dan pengotor lainnya.
Hasil akhirnya adalah gas hidrogen berkualitas tinggi — bahan utama dalam pembentukan amonia.
4. Sintesis Amonia (Haber-Bosch Process)
Tahap terakhir adalah inti dari seluruh proses: menggabungkan hidrogen (H₂) dengan nitrogen (N₂) untuk membentuk amonia (NH₃).
Nitrogen diambil langsung dari udara melalui proses pemisahan, lalu dicampurkan dengan hidrogen dalam reaktor bertekanan tinggi. Reaksi ini terjadi pada suhu sekitar 400–500°C dan tekanan 150–300 bar, dengan bantuan katalis besi (Fe) yang dipromosikan dengan logam lain seperti kalium atau aluminium.
N2+3H2⇌2NH3+EnergiN_2 + 3H_2 ⇌ 2NH_3 + Energi
Hasilnya adalah campuran gas yang sebagian besar berupa amonia. Gas ini kemudian didinginkan, sehingga amonia mengembun menjadi cair dan dapat dipisahkan dari gas yang belum bereaksi. Gas sisanya akan dikembalikan ke reaktor agar efisiensi proses tetap tinggi.
Pentingnya Amonia bagi Dunia Modern
Produksi amonia dari gas alam memiliki peran vital dalam kehidupan manusia modern. Sekitar 80% dari amonia yang diproduksi di dunia digunakan untuk membuat pupuk, seperti urea, amonium nitrat, dan amonium fosfat, yang mendukung pertanian global. Tanpa amonia, produktivitas tanaman akan jauh berkurang, dan banyak negara akan kesulitan memenuhi kebutuhan pangan penduduknya.
Selain di bidang pertanian, amonia juga digunakan di industri lain seperti:
-
Pendingin industri (refrigerant), karena kemampuannya menyerap panas dengan efisien.
-
Bahan baku bahan kimia lain, seperti asam nitrat (HNO₃).
-
Bahan bakar alternatif, terutama dalam penelitian energi bersih.
Menariknya, di era transisi energi saat ini, amonia mulai dilirik sebagai sumber energi rendah karbon. Karena amonia mengandung hidrogen, ia dapat digunakan sebagai media penyimpanan energi (hydrogen carrier). Bahkan, beberapa negara seperti Jepang dan Korea Selatan sudah mulai menguji penggunaan amonia sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik dan kapal laut.
Namun, ada tantangan besar dalam produksi amonia. Proses Haber-Bosch sangat membutuhkan energi tinggi dan menghasilkan emisi CO₂ dalam jumlah besar. Sekitar 1,8% dari total emisi karbon dunia berasal dari produksi amonia konvensional.
Untuk mengatasi hal ini, para ilmuwan kini mengembangkan “green ammonia” — amonia yang diproduksi menggunakan hidrogen hijau (dihasilkan dari elektrolisis air menggunakan energi terbarukan). Teknologi ini berpotensi besar untuk menggantikan proses berbasis gas alam di masa depan dan mendukung transisi menuju industri berkelanjutan.
Kesimpulan
Amonia adalah jantung dari industri modern, terutama dalam sektor pertanian dan energi. Melalui proses kimia yang canggih, gas alam diubah menjadi amonia dengan mengandalkan kombinasi panas, tekanan, dan katalis — sebuah pencapaian ilmiah yang telah mengubah wajah dunia sejak awal abad ke-20.
Namun, di balik manfaat besar itu, prosesnya juga menimbulkan tantangan lingkungan karena emisi karbon yang tinggi. Oleh karena itu, inovasi seperti produksi amonia hijau kini menjadi fokus penelitian global untuk menciptakan masa depan yang lebih bersih dan berkelanjutan.
Singkatnya, rahasia di balik produksi amonia dari gas alam bukan hanya tentang reaksi kimia di pabrik, tetapi juga tentang bagaimana manusia mengubah sumber daya alam menjadi bahan yang menghidupi miliaran orang — dan bagaimana kita kini berusaha membuatnya lebih ramah bagi bumi.