Reaksi Hidrogenasi Metoksida Menjadi Metanol pada Klaster Pd6Ni

Abstract

ABSTRAK Kami melakukan kajian teoretis mengenai reaksi hidrogenasi metoksida (H3CO) menjadi metanol (CH3OH) pada katalis klaster Pd6Ni secara teoretis menggunakan perhitungan berbasis teori fungsional kerapatan (DFT). Reaksi ini merupakan salah satu reaksi pembatas laju pada proses konversi gas karbon dioksida (CO2) menjadi metanol. Hasil perhitungan kami menunjukkan bahwa reaksi hidrogenasi metoksida pada katalis klaster Pd6Ni memiliki energi aktivasi yang lebih baik dibandingkan dengan energi aktivasi pada katalis konvensional berbasis permukaan Cu. Hal ini disebabkan karena klaster Pd6Ni mampu menstabilkan adsorpsi molekul metanol dengan baik dan memiliki energi adsorpsi *H yang relatif lemah. Kata kunci : reaksi pembentukan metanol, hidrogenasi metoksida, Pd6Ni, DFT 1. PENDAHULUAN Pemanasan global merupakan salah satu permasalahan serius yang dihadapi dunia saat ini. Sumber utama dari permasalahan ini adalah efek rumah kaca yang disebabkan oleh peningkatan konsentrasi gas CO2 di atmosfer bumi. Konsentrasi gas CO2 di atmosfer bumi telah meningkat secara terus menerus mulai dari ~280 ppm sebelum revolusi industri, menjadi ~390 ppm pada 2010 dan diperkirakan akan mencapai ~570 ppm pada akhir abad ini [1]. Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu upaya yang serius untuk mengurangi emisi gas CO2. Salah satu skema yang mungkin diterapkan untuk mengurangi masalah emisi ini adalah dengan mongkonversi gas CO2 menjadi metanol melalui proses hidrogenasi. Belakangan ini, skema produksi metanol ini menjadi popular di bidang energi alternatif. Metanol merupakan bahan bakar cair praktis yang dapat digunakan untuk mesin pembakaran dalam dan juga untuk sel bahan bakar metanol (direct methanol fuel cell ; DMFC) [2]. Selain itu metanol juga dapat digunakan sebagai sarana penyimpanan gas hidrogen [3,4]. Pada skala industri, selama ini metanol diproduksi menggunakan campuran gas CO2 dan H2 (gas-gas ini diperoleh melalui proses konversi metana gas alam pada temperatur ~850 o C) pada tekanan tinggi (50-120 bar) dan pada temperatur 230-280 o C dengan menggunakan katalis konvensional berbasis Cu/ZnO [5]. Sayangnya, persentasi konversi CO2 menjadi metanol pada katalis ini masih kecil dan terbatas secara kinetik pada kisaran 15-25% [6]. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan katalis baru yang dapat meningkatkan persentase konversi gas CO2 menjadi metanol. Secara keseluruhan, reaksi pembentukan metanol melalui hidrogenasi CO2 bersifat eksotermik. Namun sayangnya, reaksi pembentukan metanol ini tersusun atas beberapa reaksi elementer yang bersifat endotermik dan memiliki energi aktivasi yang besar. Persentase konversi gas CO2 menjadi metanol melalui proses hidrogenasi dapat ditingkatkan apabila katalis yang digunakan dapat menurunkan secara signifikan energi aktivasi dari reaksi-reaksi pembatas laju (rate limiting reaction: rlr) yang terlibat dalam proses ini. Salah satu reaksi pembatas laju utama pada rangkaian reaksi hidrogenasi CO2 menjadi metanol pada permukaan katalis berbasis Cu adalah reaksi hidrogenasi metoksida (H 3CO) menjadi methanol. Reaksi ini bersifat endotermik dan memiliki energi aktivasi yang cukup besar pada permukaan Cu(111) (E act->= 1.17-1.25 eV) [7,8]. Salah satu cara untuk menurunkan energi aktivasi dari reaksi hidrogenasi H 3CO ini adalah dengan mencari katalis yang dapat menstabilkan adsorpsi metanol relatif terhadap H3CO. Dengan demikian, maka profil reaksi hidrogenasi H3CO akan menjadi eksotermik sehingga energi aktivasinya juga akan menjadi jauh lebih rendah. ! 53