Reaktor Aliran Bolak-Balik

Reef Octopus CR-140 Reverse Flow Calcium Reactor from CoralVue

Pengoperasian reaktor secara tak tunak yang dapat memberikan kelebihan yang besar bagi unjuk kerja suatu proses baru-baru ini mulai membuka jalan baru dalam intensifikasi proses. Berbeda dengan pengoperasian proses kontinu tradisional yang memfokuskan pada keadaan tunak, reaktor kontinu dipaksa untuk bekerja pada keadaan tak tunak (unsteady state). Salah satu alternatif pengoperasian reaktor tak tunak adalah dengan cara mengubah arah aliran yang melalui reaktor secara periodik dalam selang waktu tertentu yang disebut switching time. Konsep ini dikenal dengan nama Reverse Flow Reactor atau Reaktor Aliran Bolak-balik (RABB).
RABB telah menunjukkan keuntungan yang besar untuk reaksi eksotermis dalam hal energy saving. Selain itu dengan mengubah arah aliran dan mengatur frekuensi ubah (switching  frequency) alirannya RABB juga akan mengakibatkan terjadinya deviasi dari keadaan tunak yang dipercaya dapat meningkatkan selektifitas dan konversi. Akan tetapi diperlukan pemilihan frekuensi yang tepat karena apabila switching time terlalu cepat akan mengakibatkan konversi menjadi turun karena akan ada reaktan yang belum sempat bereaksi terdorong keluar dari reaktor saat arah aliran diubah. Karena itu pengaturan RABB untuk setiap proses berbeda-beda tergantung pada kondisi pengoperasiannya.

Skema sederhana Reaktor Aliran Bolak-Balik (Reverse Flow Reactor)

Skema proses dari RABB ditunjukkan secara sederhana pada gambar 1. Selama berlangsung siklus pertama, aliran mengalir melalui 1-2-R-3-4, dan selama berlangsung siklus kedua, aliran mengalir melalui 1-2-R-3-4.  Pada kasus-kasus RABB pada umumnya, katalis di dalam reaktor bukan hanya berperan untuk mempercepat laju reaksi, tetapi juga dapat berperan sebagai penyimpan panas yang dihasilkan dari reaksi eksotermik. Hal ini dapat terjadi karena katalis memiliki kapasitas panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan fluida yang mengalir di dalam reaktor, baik yang diumpankan maupun yang dihasilkan. Untuk memaksimalkan penghematan energi maka arah aliran sebaiknya diganti saat temperatur aliran keluar mulai meningkat setelah pengubahan arah aliran pertama. Jika aliran dibalik arahnya secara periodik, maka aliran umpan tidak lagi memerlukan pemanas awal untuk mencapai temperatur mula reaksi (reaction ignition temperature).
RABB beroperasi pada dinamika beda temperatur yang besar sepanjang unggun katalis karena adanya pertukaran panas antara unggun katalis dan gas yang bereaksi. Pergerakan beda temperatur ini harus dipantau terus menerus, karena hal ini dapat menyebabkan gradien temperatur yang besar dan dapat merusak unggun katalis. Sistem kontrol operasi RABB adalah salah satu hambatan penerapan teknologi ini di industri. Pengoperasian sistem monitor dan kontrol diperlukan untuk menghindari pemadaman reaksi (extinction) serta kelebihan panas (overheating) pada unggun katalis. Selain itu, peralatan seperti kerangan yang dapat beroperasi pada frekuensi ubah (switching frequency) yang tinggi belum memadai, serta membutuhkan investasi yang mahal.

Referensi:
Simulation of Reverse Flow Operation for Manipulation of Catalyst Surface Coverage in the Selective Oxidation of Ammonia. Y.W. Budhi, dkk. 2004
Reverse Flow Operation with Reactor Side Feeding: Analysis, Modeling, and Simulation. Y.W. Budhi, dkk. 2009.

Read more »

Penggunaan PVA Microsphare untuk Pengobatan Uterine Fibroid

Uterine fibroid merupakan tumor jinak yang  terdapat pada rahim. Uterine fibroid merupakan jenis tumor yang paling banyak ditemukan pada organ reproduksi wanita. Sekitar 20 – 25% wanita di dunia menderita Uterine Fibroide dan 40% dari penderita berusia 50 tahun ke atas.

Pada awalnya, penanganan kasus Uterine Fibroid melalui dua metode yaitu metode hormon dan metode operasi. Kedua metode ini tidak memberikan hasil yang memuaskan. Metode hormon dilakukan dengan memberikan hormon anti-estrogen seperti progesteron. Pemberian hormon ini tidak dapat dilakukan terus menerus karena dapat mengakibatkan osteoporosis dan sindrom manopouse dini. Metode operasi sendiri tidak jarang mengharuskan pengankatan rahim dan sering kali melukai organ abdomen. Pelaksanaan operasi juga tidak dapat memberi jaminan bahwa tumor tidak akan tumbuh kembali setelah tumor diangkat. Selain itu pelaksanaan operasi juga memiliki resiko kegagalan, pendaarahan yang membahayakan pasien, dan memerlukan waktu pemulihan yang lama (6 minggu waktu istirahat).
Penemuan metode embolisasi dan penerapannya pada kasus tumor sejak tahun 1990 memberikan harapan pada pasien Uterine Fibroid. Metode embolisasi dilakukan dengan memasukkan material ke dalam pembuluh darah untuk menyumbat aliran arteri. Melalui metode embolisasi ini diharapkan dapat menghentikan asupan makanan ke sel tumor. Saat ini material yang paling tepat digunakan untuk proses embolisasi Uterine Fibroid adalah PVA (Poly Vinyl Alcohol). PVA dipilih karena murah, biokompatibel, tidak beracun dan aman untuk proses embolisasi.

Prinsip Embolisasi pada Uterine Fibroid

PVA akan diinjeksikan dalam bentuk microsphere PVA. Disebut microsphere karena PVA tersuspensi dalam cairan pembawa, dalam cairan ini partikel PVA akan memiliki bentuk sphare (elips) jika diamati dengan mikroskop dengan perbesaran 1000 kali. Bentuk ini hanya dapat terjadi jika PVA yang digunakan memiliki bentuk regular.  Tantangan dalam pengembangna PVA microsphere ini terletak pada pengadaan suspensi PVA yang tidak hanya memiliki bentuk sphare atau elips namun juga memiliki ukuran partikel seragam, tidak mengalami aglomerasi akibat kontak antar permukaan partikel PVA, dan memiliki ukuran diameter yang mudah dikalibrasi. Ukuran PVA yang paling sesuai untuk embolisasi Uterine Fibroid ada pada rentang 300 – 500 µm atau 500 – 700 µm. Penggunaan partikel dengan ukuran terlalu kecil dapat mengakibatkan penyumbatan di pembuluh nontarget seperti collateral uretro ovarian.
Proses pembuatan PVA microsphere yang dilakukan saat ini antara lain:

1. larutkan polyvinylalcohol dalam larutan asam;
2. tambahkan aldehid sebagai larutan sampingang polyvinylal cohol dalam campuran;
3. tambahkan minyak untuk menghasilkan emulsi  antara 0.1 – 10% dengan HLB kurang dari 5, dengan demikian dihasilkan emulsi droplet PVA yang tersuspensi dalam minyak;
4. panaskan campuran untuk menyingkirkan aldehid dalam campuran dan pembentukan spharical particle melalui reaksi crosslink polyvinylalcohol;
5. netralkan said active aldehyde pada said spherical particles dari rantai PVA yang sudah mengalami crosslink;
6. bilas said spherical particles yang sudah dinetralkan dengan buffer
7. sterilisasi partikel yang terbentuk.

Metode ini menghasilkan PVA microsphere dengan ukuran partikel antara 10 – 2000µm. Samapai saat ini PVA yang digunakan dalam proses embolisasi masih dihasilkan dari metode produksi ini. Penemuan metode produksi PVA microsphere ini telah memberikan sumbangsih besar bagi kasus medis pendarahan serta penanganan tumor khususnya pada Uterine Fibroid.
Hingga saat ini proses Uterine Fibroid Embolisatin dengan microsphere PVA telah memberi harapan penyembuhan bagi sekitar 86% penderita Uterine Fibroid. Selain itu proses ini menjanjikan penanganan yang lebih nyaman dan cepat bagi pasien dengan waktu pemulihan 7 hari.

Daftar Pustaka

1. Kirsch, Robert.L. Worthington, dkk., Polyvinyl Alcohol Particle Size for Uterine Artery Embolization, 2000, Department of Interventional Radiology, Delaware Valley Imaging.
2. Spies, James B., Benati, James F., dkk, Initial Experience with Use of Tris-acryl Gelatin Microspheres for UterineArtery Embolization for Leiomyomata, 2001
3. http://www.mirs.org/Articles/Fibroids/Fibroid.htm
4. http://www.freepatentsonline.com/7591993.html
5. http://radiology.rsna.org/content/218/2/605.full
6. http://www.jvir.org/article/S1051-0443(10)00915-2/abstract
7. http://www.fibroidoptions.com/agents.htm
8. http://emedicine.medscape.com/article/421734-overview

Read more »

Sebuah Jalan Baru: Reaktor Tak Tunak

Kebanyakan proses kimia dirancang untuk beroperasi pada kondisi tunak (steady state). Reaktor yang sering digunakan secara luas dalam industri kimia pun biasanya dioperasikan pada kondisi tunak. Variabel proses pada reaktor dijaga pada kondisi konstan (tertentu) yang merupakan kondisi optimal untuk mendapatkan selektivitas dan konversi maksimal. Namun, dalam kenyataan beberapa variabel proses bervariasi seiring dengan waktu, dan rancangan keadaan tunak didasarkan pada nilai rata-rata dari kuantitas variabel yang berubah-ubah ini.

Kajian terbaru dari para peneliti menunjukkan bahwa operasi reaktor dinamik (tak tunak) pada beberapa kasus bisa menghasilkan produk reaksi yang lebih banyak atau distribusi produk yang lebih berarti dibanding reaktor keadaan tunak (Silveston, 1998). Pada kondisi tunak, katalis yang digunakan cenderung mengalami penjenuhan sehingga laju reaksi katalitik pada permukaan katalis menurun. Pada kondisi ini, selektivitas dan konversi reaksi mengalami penurunan. Fakta ini tentunya membuka jalan baru dalam pengembangan sebuah operasi proses kimia. Sebuah penemuan yang tentunya mampu menenggelamkan persepsi banyak orang yang cenderung lebih menyukai operasi tunak dalam proses kimia.

Perubahan variabel proses terutama temperatur terhadap waktu dapat mempertahankan laju reaksi di permukaan katalis pada kondisi optimal. Silveston (1998) mengemukakan bahwa peningkatan konversi dan selektivitas berawal dari perubahan secara temporer pada luas permukaan katalis yang aktif. Pada reaksi multiproduk, luas permukaan mempengaruhi distribusi produk yang dihasilkan. Situasi yang sangat diharapkan adalah luas permukaan katalis yang aktif sesuai dengan stoikiometri reaksi yang diinginkan terjadi ketika reaksi berlangsung (Budhi, 2005).

Pada reaksi fasa gas berkatalis heterogen dalam unggun diam, kelakuan transien (tak tunak) memberikan kesempatan untuk menimbulkan perubahan dinamis permukaan katalis sehingga mempengaruhi laju reaksi katalitik. Prinsip ini telah dikembangkan melalui penggunaan siklus umpan (feed cycling) untuk meningkatkan konversi atau selektivitas reaktor (Silveston,1998). Reaktor tak tunak juga telah diaplikasikan dalam beberapa proses, seperti oksidasi parsial metan dalam reverse flow reactor pada Gambar 1, oksidasi zat aromatik seperti o-xylen dan toluen, reduksi VOC (volatile organic compound) dalam gas buang, dan sebagainya (Budhi, 2005).

Gambar 1. Reverse-flow oxidation catalyst reactor

Pengubahan secara periodik beberapa parameter kondisi reaktor seperti temperatur dan konsentrasi umpan juga dapat mengatasi keterbatasan operasional reaktor dari segi terrmodinamika dan kinetika reaksi.

Faktor terpenting dalam pengoperasian reaktor tak tunak adalah skala waktu pemberian gangguan (switching time). Switching time (ST) merupakan salah satu variabel operasi yang berpengaruh terhadap kinerja reaktor. Reaktor-reaktor tak tunak dapat dikategorikan menjadi tiga daerah operasi, yaitu (1) daerah operasi quasi steady state, adalah daerah di mana ST jauh lebih besar daripada waktu yang dibutuhkan sistem untuk merespon gangguan (t_r), sehingga sistem akan mudah merespon gangguan yang diberikan dan mencapai kondisi tunak; (2) relaxed steady state atau biasa disebut daerah sliding, adalah daerah di mana ST jauh lebih kecil dari t_r, gangguan yang diberikan tidak akan mempengaruhi sistem karena dinamika proses sangat lambat dan sistem seolah-olah berada dalam kondisi tunak; dan (3) daerah dinamik, ST hampir mendekati t_r, dengan demikian variabel sistem akan berubah-ubah tiap waktu sehingga sistem tidak akan pernah mencapai kondisi tunak (adanya efek resonansi akibat gangguan). Kondisi (3) adalah kondisi yang cukup menarik untuk diamati karena sifat tidak tunak sistem terus berlangsung selama proses (Habibi, 2010).

Sumber:

1. Budhi, Y.W., (2005): Reverse Flow Reactor Operation for Control of Catalyst Surface Coverage, Ph.D. Dissertation, Eindhoven University of Technology
2. Habibi, M. (2010): Kelakuan Dinamik Konverter Katalitik Kendaraan Bermotor untuk Oksidasi CO Menggunakan Katalis Pt/g-Al₂O_3­ pada Kondisi Hot-Run, Laporan Penelitian, Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung
3. Sia,S. dan Wangsa, A., (2011): Pengolahan Emisi Gas Buang Mesin Biodiesel Secara Dinamik Menggunakan Konverter Katalitik. Laporan Finalis Lomba Inovasi Sains dan Teknologi. Institut Teknologi Bandung
4. Silveston, P.L., (1998): Composition Modulation of Catalytic Reactors, Gordon and Breach, Ontario

Read more »

Tantangan Reverse Flow Reactor dalam Mengatasi Global Warming

Fenomena global warming merupakan kasus yang sedang ramai diperbincangkan saat ini. Penelitian ilmiah di dunia sekarang sedang tertuju pada teknologi bagaimana cara mengatasi peristiwa global warming ini. Salah satu metodologi untuk mengatasi fenomena pemanasan global ini adalah dengan mengolah emisi gas rumah kaca yang menjadi penyebab fenomena ini. Salah satu gas rumah kaca yang berbahaya dan berjumlah banyak di atmosfer bumi kita adalah gas metana (CH4). Dampak bahaya dari gas metana seringkali dinyatakan dalam ekivalen dengan efek gas karbondioksida (Marín dkk., 2008).
Gas metana merupakan gas rumah kaca kedua terbanyak, yang memberikan dampak 20 kali lebih berbahaya daripada gas karbon dioksida. Gas metana dalam jumlah yang besar dilepaskan ke atmosfer bumi dari pertambangan batubara setiap tahunnya (Wang dkk, 2010). Sumber emisi gas metana yang cukup besar adalah dari industri batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Gas metana dapat dioksidasi sehingga menghasilkan gas karbon dioksida. Dengan demikian, pengaruh gas rumah kaca terhadap pemanasan global dapat tereduksi sebesar 87% (Hayes, 2004).

Reverse Flow Reactor (RFR)

Metana merupakan senyawa hidrokarbon yang sulit dibakar (Marin, 2005). Untuk dapat melangsungkan reaksi, gas metana harus dipanaskan sampai temperatur yang relatif tinggi (500 C). Sedangkan untuk reaksi katalitik, diperlukan temperatur sekitar 1000 C agar aktivitas katalis semakin baik. Akan tetapi, emisi gas metana akibat kebocoran berada pada temperatur lingkungan sehingga diperlukan pemanasan awal sebelum metana dimasukkan ke dalam reaktor. Selain itu, konsentrasi emisi gas metana akibat kebocoran ini rendah dan berfluktuasi sehingga memerlukan teknologi yang tepat untuk mengolahnya (Salomons dkk., 2003). Jurnal Energi Fuels 2010 juga menyatakan bahwa kebocoran emisi gas metana, yang diberikan nama VAM (ventilation air methane), bersifat tidak stabil dan biasanya memiliki konsentrasi kurang dari 1 %-volum sehingga tidak dapat dibakar dengan metode pembakaran yang tradisional. Oleh karena itu, teknologi pengolahan yang efisien telah menjadi tantangan bagi para peneliti di dunia (Wang dkk, 2010).
Hingga saat ini, belum ada teknologi yang tepat dan memuaskan dalam mengolah emisi gas metana. Salah satu metode yang telah dicoba adalah dengan mengoksidasinya di dalam reaktor katalitik aliran bolak-balik (Reverse Flow Reactor, RFR). Perbedaan utama reaktor ini dengan reaktor searah adalah arah alirannya. RFR menggunakan 2 arah aliran yang saling berlawanan. Jika reaktor dirancang dan dioperasikan dengan prosedur yang tepat, aliran bolak-balik seperti ini dapat menjebak panas (heat trap) yang dihasilkan dari reaksi oksidasi metana yang bersifat eksotermik, sehingga temperatur di dalam reaktor cukup tinggi. Dengan demikian, gas metana tidak perlu dipanaskan dengan preheater sebelum oksidasi metana berlangsung (Salomons dkk., 2003). Reaksi oksidasi metana tersebut akan dapat mengurangi dampak pemanasan global dari efek gas rumah kaca seperti yang telah disebutkan pada bagian sebelumnya.
Reaktor katalitik aliran bolak balik merupakan salah satu alternatif dari pengoperasian reaktor tak tunak. Konsep pengoperasian dengan prinsip utama mengubah aliran yang melalui reaktor secara periodik dikenal dengan nama Reaktor Katalitik Aliran Bolak-Balik (Reverse Flow Reactor, RFR) (Budhi, 2004). Reaktor katalitik aliran bolak-balik merupakan reaktor unggun diam (fixed bed) yang arah aliran yang melalui reaktor dibuah secara periodik secara periodik dalam selang waktu tertentu yang sering dikenal dengan nama waktu ubah (switching time) (Budhi, 2005).
Beberapa penelitian yang berkaitan dengan perancangan reaktor katalitik aliran bolak-balik untuk oksidasi emisi metana yaitu dengan menambahkan insulasi pada reaktor untuk menjebak panas secara sempurna. Sebagian panas dapat diambil dari insulasi tersebut agar panas dalam reaktor tidak berlebihan. Panas yang diambil tersebut dapat digunakan untuk membuat steam dan dapat dikonversi menjadi energi listrik (Litto dkk., 2006).
Reference:

1. Budhi, Y.W.; Jaree, A.; Hoebink, J.H.B.J.; Schouten, J.C., “Simulation of Reverse Flow Operation for Manipulation of Catalyst Surface Coverage in the Selective Oxidation of Ammonia”, Chemical Engineering Science Vol 59, 2004.
2. Budhi, Y.W.,”Reverse Flow Reactor Operation for Control of Catalyst Surface Coverage”, Disertasi Doktor, Technische Universiteit Eindhoven, 2005.
3. Hayes, R.E., “Catalytic Solutions for Fugitive Methane Emissions in the Oil and Gas Sector”, Chemical Engineering Science 59 4073-4080, 2004.
4. Litto, R.; Hayes, R.E.; Liu, B.,”Capturing Fugitive Methane Emissions from Natural Gas Compressor Buildings”, Journal of Environmental Management 84 (2007) 347-361, 2006.
5. Marín, P.; Hevia, Miguel A.G.; Ordónez, S.; Díez, F.V., “Combustion of Methane Lean Mixtures in Reverse Flow Reactors: Comparison Between Packed and Structured Catalyst Beds”, Catalysis Today 105, 701–708, 2005.
6. Marín, P.; Ordónez, S.; Díez, F.V., “Procedures for Heat Recovery in the Catalytic Combustion of Lean Methane–Air Mixtures in a Reverse Flow Reactor”, Chemical Engineering Journal 147, 356–365, 2008.
7. Salomons, S.; Hayes, R. E; Poirier, M.; Sapoundjiev, H., “Flow Reversal Reactor for the Catalytic Combustion of Lean Methane Mixtures”, Catalysis Today 83, 59–69, 2003.
8. Wang, Y.; Man, C.; Che, D.,” Catalytic Combustion of Ventilation Air Methane in a Reverse-Flow Reactor”, Energy Fuels 2010, 24, 4841–4848, 2010.

Read more »

Teknologi Aerator Venturi, Babak Baru Terobosan Dunia Perairan

Air merupakan faktor kehidupan yang sangat penting bagi keberlangsungan hidup banyak organisme. Semua makhluk hidup yang tinggal di dalam air kebanyakan membutuhkan oksigen. Oksigen merupakan parameter yang sangat penting dalam air. Sebagian besar makhluk hidup dalam air membutuhkan oksigen untuk mempertahankan hidupnya, baik tanaman maupun hewan air, bergantung kepada oksigen yang terlarut. Ikan merupakan makhluk air dengan kebutuhan oksigen tertinggi, kemudian invertebrata, dan yang terkecil kebutuhan oksigennya adalah bakteri.
Namun pencemaran seperti pembuangan limbah organik dalam air belakangan ini telah menurunkan kadar oksigen dalam air sehingga kualitas air tempat makhluk hidup berada mengalami penurunan. Agar dapat ditinggali makhluk hidup, air harus memiliki spesifikasi yang menunjang kehidupan, salah satunya adalah kelarutan oksigen dalam air. Batas maksimum kelarutan oksigen dalam air tidak dapat dinaikkan tanpa mengubah tekanan, temperatur, ataupun faktor-faktor lainnya yang dapat mengganggu ekosistem air. Oleh karena itu, teknologi yang mampu menambah kadar oksigen dalam air pun dibutuhkan. Salah satu ilmu Teknik Kimia yang dapat diaplikasikan untuk hal ini adalah sistem aerator venturi.
Sistem aerator venturi menggunakan prinsip Bernoulli yang diterapkan pada venturi, yaitu ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama. Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil, maka laju fluida bertambah (dari persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil jika laju aliran fluida lebih besar. Hal tersebut dikenal dengan julukan Efek Venturi yang menunjukkan secara kuantitatif bahwa jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Tekanan pada leher venturi yang rendah dari tekanan lingkungan ini menjadi kunci teknologi ini di mana  udara atmosfir dapat masuk ke dalam venturi melalui lubang mikro yang difabrikasi pada leher venturi.

Sistem Aerator Venturi

Penggunaan buluh venturi sebagai aerator banyak memiliki keuntungan. Buluh venturi tidak memerlukan pompa eksternal untuk beroperasi. Metode ini tidak menggunakan peralatan yang bergerak sehingga memperpanjang umur pemakaian dan mengurangi kemungkinan untuk rusak. Rangkaian tabung venturi biasanya terbuat dari plastik sehingga tahan terhadap sebagian besar bahan kimia (tidak korosif) serta transparan sehingga mudah untuk mengamati fenomena yang terjadi. Karena peralatannya cukup sederhana, biaya pembuatan pun menjadi murah dibanding dengan peralatan aerator lainnya. Tantangan dalam aplikasi sistem ini adalah teknik untuk menghasilkan gelembung mikro dan nano yang luas permukaannya besar. Luas permukaan gelembung yang besar memungkinkan transfer (difusi) massa ke dalam cairan secara efektif.
Sejauh ini, venturi sebagai aerator mampu meningkatkan kadar udara dalam air sampai 65% volume. Apabila teknologi ini dikembangkan dan mampu menjawab tantangan di atas, maka dunia perairan akan semakin berkembang dengan memasuki babak baru penggunaan teknologi aerator venturi.

Referensi:

1. Anthony dan Jaya, L. 2010. Aerator Venturi Superintensif . Proposal  Penelitian, Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung
2. Balai Besar Teknologi Pencegahan Pencemaran Industri Semarang, 19 April 2011
3. Sebba, F. 1970. Aplikasi Gelembung Mikro. Chemical Engineering Department, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia
4. http://majarimagazine.com/2011/07/teknologi-aerator-venturi-babak-baru-terobosan-dunia-perairan/

Read more »

Underground Coal Gasification (UCG), Teknologi Alternatif Pengolahan Batubara

Anda tentu tahu sumber daya batubara merupakan salah satu sumber potensial penghasil energi bagi berbagai kebutuhan di dunia ini. Lalu proses pengolahan batubarapun sangat beragam, mulai dari liquefaksi, gasifikasi, karbonisasi, dan lainnya. Anda tentu pernah mendengar istilah gasifikasi batubara yang menghasilkan gas producer kan? Gasifikasi merupakan salah satu bentuk pemanfaatan batubara agar menghasilkan energi bagi kebutuhan industri kimia. Lalu apakah Anda pernah tahu istilah UCG/ Underground Coal Gasification? Apa teknologi ini sebenarnya dan bagaimana latar belakang teknologi ini berkembang di berbagai belahan bumi? Berikut beberapa paparan latar belakang berkembangnya teknologi UCG, penjelasan proses secara general mengenai UCG, dan keunggulan, serta kelemahan teknologi ini berdasarkan beberapa studi UCG.
I. Latar Belakang Teknologi UCG
Cadangan batubara di dunia sangatlah banyak, yaitu melebihi 10 triliun ton batubara (Sinha, 2007). Sedangkan cadangan batubara Indonesia mencapai 12 miliar ton (Yusgiantoro, 2011). Batubara merupakan salah satu sumber daya potensial yang dapat menggantikan minyak bumi dan gas alam di masa depan. Proses penambangan batubara merupakan pekerjaan yang berbahaya dan tidak selalu ekonomis. Apabila batubara memiliki letak yang terlalu dalam atau terlalu rendah kualitasnya, maka batubara tersebut tidak akan dapat ditambang secara ekonomis (Sinha, 2007). Upaya untuk mengolah batubara yang terletak pada tingkat kedalaman yang tinggi dan mengolah batubara kualitas rendah dengan ekonomis perlu dikembangkan dengan metode baru.
Sekarang, kurang dari satu per enam dari batubara dunia dapat diperoleh secara ekonomis. Walaupun begitu, terdapat peluang yang dapat menawarkan peningkatan penggunaan cadangan batubara yang penting dan membuat pemanfaatan batubara menjadi semakin bersih dan lebih ekonomis. Teknologi baru, yang dikenal dengan teknologi Underground Coal Gasification (UCG), mengkonversikan batubara menjadi gas bakar pada ruang bawah tanah, tidak pada gasifier atau reaktor pada permukaan tanah. Pada tahun-tahun awal, UCG dikenal dengan reputasi “ugly duckling” di USA karena menghasilkan gas yang kualitas nilai kalornya rendah dengan gas hidrogen yang terlalu banyak. Namun, sekarang bahan bakar hidrogen telah menjadi salah satu energi alternatif, dan orang telah menemukan kembali potensi dari teknologi UCG (Sinha, 2007).
Teknologi UCG bukan merupakan teknologi yang baru lagi. UCG telah diuji dan diinvestigasi di berbagai negara, seperti China, Eropa, Australia, New Zealand, Rusia, dan USA. Negara China, Rusia, Australia, dan New Zealand telah memanfaatkan teknologi UCG dalam skala komersial. Di negara Rusia telah ditemukan proses skala komersial semenjak tahun 1945. Sekarang, Rusia telah menjalankan proses komersial UCG pada 12 lokasi berbeda dengan kedalaman kurang dari 200 meter dan mayoritas digunakan untuk pembangkit listrik dan kegunaan industri. Di Eropa, UCG digunakan di bawah Lautan Utara (North Sea) dan telah dijalankan skala pilotnya di 15 lokasi yang berbeda. Amerika telah menjalankan hingga 50 projek UCG skala pilot. Australia telah menjalankan skala komersialnya dan sudah dapat memproduksi 5 barrel/day (Hattingh, 2008). Pemaparan ini menggambarkan seberapa besar teknologi UCG sedang dikembangkan oleh berbagai negara di belahan dunia.
II. Penjelasan Umum Proses UCG
Batubara dapat digasifikasi dengan berbagai cara atau metode. Metode tersederhana dan pertama yang digunakan untuk menggasifikasi batubara adalah dengan memanaskan batubara dengan ketidakhadiran udara/oksigen (pirolisis). Proses ini akan mengkonversikan batubara menjadi gas dengan residu berupa coke / arang (Sinha, 2007).
Konversi dari batubara menjadi bahan bakar gas yang paling sempurna diperoleh dengan mereaksikan batubara dengan steam dan udara. Gas yang diperoleh dari hasil proses ini dinamakan producer gas dan mempunyai nilai kalor per unit volume gas yang relatif rendah, yaitu 100-150 Btu/ft3. Perkembangan dari proses pemanfaatan batubara dengan steam dan udara dapat memproduksi gas yang memiliki nilai kalor yang tinggi, yaitu pada rentang 300-350 Btu/ft3 (Sinha, 2007).
Underground Gasification Process (UCG) didefinisikan sebagai proses mengkonversikan batubara yang berada di bawah tanah (tidak ditambang) menjadi gas bakar dengan memproses batubara secara in-situ. Batubara yang berada di bawah tanah dan tidak ditambang ini bereaksi dengan udara / oksigen dan steam yang diinjeksikan untuk membentuk gas, cairan, dan abu sebagai residunya (Sinha, 2007). Komponen yang diinjeksikan akan bereaksi dengan batubara untuk membentuk gas bakar yang dibawa menuju ke permukaan melalui sumur produksi gas. Kemudian gas tersebut dibersihkan dan digunakan sebagai bahan bakar atau bahan baku kimia (Creedy, 2001). Producer gas merupakan campuran dari gas bakar (karbon monoksida, hidrogen, dan metana) dan gas yang tak terbakar (karbondioksida, nitrogen, dan uap air yang tak bereaksi) (Sinha, 2007).
Proses UCG hampir serupa dengan proses gasifikasi pada reaktor di permukaan, kecuali reaktor gasifikasinya berada di bawah tanah. Sekarang, UCG dimanfaatkan bagi sumber daya batubara yang tidak layak secara ekonomi untuk ditambang (Hattingh, 2008) atau tidak dapat ditambang dengan metode yang ramah lingkungan (Sinha, 2007). Secara prinsip dasarnya, metode ini akan mengurangi resiko dari penambangan dan meminimalkan aktivitas perusakan lingkungan (Schrider & Whieldon, 1977).

Gambar 1 memaparkan tahapan cara kerja UCG. Coal seam berada di bawah lapisan ground level, water table, dan overburden. Proses awal melibatkan pengeboran pada dua atau lebih boreholes hingga mencapai lapisan coal seam. Selanjutnya, batubara dalam tanah dinyalakan dan dibakar dengan injeksi udara / oksigen murni dan atau dengan steam melalui satu borehole. Gas bertekanan hasil proses UCG terkandung dalam coal seam dengan menempati cekungan batuan-batuan yang kedap air dan air bertekanan di sekitar batubara dan lapisan overburden. (Hattingh, 2008). Kemudian gas bertekanan akan mengalir keluar melalui borehole menuju ke permukaan.
Teknologi diimplementasikan dengan mengikuti tahapan sebagai berikut (Hattingh, 2008):
1. Mencari potensi batubara yang akan diolah dengan teknologi UCG
2. Pengeboran ke dalam tanah
3. Membuat jalur / jaringan UCG di bawah tanah
4. Pembakaran batubara
5. Injeksi oksigen/udara dan steam
6. Ekstrak gas sintesis
III. Keunggulan dan Kelemahan UCG
Teknologi UCG tentunya akan dibandingkan dengan metode gasifikasi pada umumnya, yaitu dengan gasifier pada permukaan. Jika dibandingkan dengan metode gasifikasi pada umumnya, teknologi UCG tidak memberikan dampak pada lingkungan seburuk metode umumnya. Selain itu UCG tidak meninggalkan tanah yang terpolusi, yang tentunya akan membutuhkan harga yang mahal untuk membersihkannya. Creedy (2001) dan Hattingh (2008) memaparkan beberapa keunggulan UCG:
1. Potensial bagi teknologi gasifikasi yang lebih bersih
2. Mengurangi dampak debu, polusi suara, dan dampak visual pada permukaan tanah
3. Konsumsi air yang lebih sedikit
4. Resiko dari polusi air permukaan lebih kecil
5. Mengurangi emisi metana
6. Tidak ada penanganan yang kotor dan tidak ada pembuangan pada daerah tambang.
7. Tidak ada pencucian batubara
8. Tidak ada penanganan abu (ash)
9. Tidak perlu terdapat stok batubara dan transportasi batubara
10. Daerah pekerjaan yang lebih kecil pada stasiun pembangkit listrik
11. Faktor kesehatan dan keselamatan lebih baik
12. Berpotensi mengurangi biaya kapital dan biaya operasi secara keseluruhan (lebih ekonomis khususnya untuk skala yang lebih kecil)
13. Tingkat fleksibilitas untuk mengakses mineral tinggi
14. Sumber daya batubara yang dapat dimanfaatkan lebih besar
Namun Hattingh (2008) juga memaparkan beberapa kelemahan teknologi UCG, yaitu:
1. Berpotensi untuk terjadinya kontaminasi
2. Memiliki banyak variasi tekanan operasi dalam rongga reaktor bawah tanah
Beberapa aspek yang berhubungan dengan penentuan tingkat komersial dari pengembangan teknologi UCG adalah (Creedy, 2001):
1. Variabel faktor geologi dan hubungan dengan kesulitan proses pengeboran dan biaya
2. Daya keluaran dan waktu hidup reaktor gasifier
3. Operasi produksi yang aman
4. Perspektif komersialisasi dari industri
5. Nilai strategik UCG
6. Sensitivitas lingkungan
7. Peluang pasar yang potensial, untuk industri chemical dan pembangkit energi.
Referensi

1. Anonim, 2008. Industry Review and an Assessment of The Potential of UCG and UCG Value Added Products. Linc Energy Limited.
2. Bowen, B. H. 2008. Underground Coal Gasification (UCG). Presentation to Heritage Research Laboratory Indianapolis, Energy Center.
3. Creedy, D.P., dkk. 2001. Review of Underground Coal Gasification Technological Advancements. Report No. COAL R211 DTI/Pub URN 01/1041.
4. Hattingh, L. 2008. Underground Coal Gasification. SASOL Mining (Pty) Ltd.
5. Schrider, L.A., Whieldon, C.E., 1977, Underground Coal Gasification, A Status Report, Journal Of Petroleum Technology, vo1.,29, Sept. 1977, p. 1179-1 185.
6. Sinha, N. 2007. Status Report on Underground Coal Gasification. Office of The Principal Scientific Adviser, Government of India.
7. Soetjijo, H. 2008. Benefit of Channel Availability in An Underground Coal Gasification Laboratory Scale. Jurnal Riset Geologi dan Pertambangan Jilid 18 No. 1 13-22
8. Yusgiantoro, P. 2011. Cadangan Batubara Indonesia Sebesar 12 Miliar Ton (http://www.esdm.go.id/berita/batubara/44-batubara/805-cadangan-batubara-indonesia-sebesar-12-miliar-ton.html).
9. http://majarimagazine.com/2011/06/underground-coal-gasification-ucg-teknologi-alternatif-pengolahan-batubara/

Read more »

Membran Kristalisasi

Sebagian besar praktisi industri akan mengarahkan pikiran mereka pada sistem waste water treatment ketika mendengar istilah membrane. Masih jarang praktisi yang menyadari luasnya bidang aplikasi unit pemisahan ini. Untuk itu dalam kesempatan ini, membrane akan diperkenalkan dari sisi lain yaitu sebagai unit untuk aplikasi kristalisasi.
Pengembangan membran sebagai unit kristalisasi didorong oleh tuntutan konsumen yang semakin tinggi terhadap produk kristal dengan ukuran dan betuk dan  distribusi yang seragam. Tuntutan ini terutama berasala dari pasar kristal untuk aplikasi medis dan komponen elektronika. Tuntuan ini tidak mampu dipenuhi oleh unit kristalisasi yang ada saat ini, seperti  Forced Circulated Crystallizer dan Draft Tube Baffled Crystallizer. Kedua tipe ini menghasilkan bentuk dan ukuran kristal yang tidak seragam.
Ide penggunaan membrane untuk keperluan kristalisasi didasarkan pada pemanfaatan control mixing pada struktur berukuran mikro pada membrane untuk menghasilkan kristal dengan struktur dan ukuran seragam. Kedua dalam penggunaan membrane peningkatan luas permukaan kontak akan meningkatkan laju pembentukan inti kristal. Penggunaan membrane dalam proses kristalisasi diharapkan dapat menghasilkan kristal yang lebih baik dari kedua metode konvensional sebelumnya.
Pengembangan teknologi kristalisasi dengan menggunakan membaran sebagai alat intensifikasi proses ini didasarkan pada lima metode utama, yaitu reverse osmosis, distilasi, antisolvent, membrane reactor, dan cooling contactor. Masing-masing metode ini akan menggunakan tipe membrane yang berbeda sebab mekanisme driving forces pada pembentukan kristal dari kelima metode ini juga berbeda.
Membrane crystallizer yang dikembangkan pertamakali adalah dengan metode reverse osmosis. Pengmebangan metode ini ditujukan untuk mengambil produk samping berupa garam anorganik dari proses desalinasi air laut. Proses ini memanfaatkan driving forces murni beda tekan. Kelemahan metode ini selain fluks air (solvent) rendah, masalah fouling membatasi umur dari membrane dan konsentrasi umpan (air laut) yang diperbolehkan untuk aplikasi. Semakin tinggi konsentrasi garam maka proses fouling pada membrane juga akan berlangsung lebih cepat.
Metode berikutnya adalah dengan sistem membrane distillation. Sistem ini mendapat banyak perhatian dari para pengembang proses. Dalam sistem ini, terjadi tiga tahap utama:

1. Tahap evaporasi solvent dari feed pada permukaan membran 1.
2. Tahap difusi dari uap solvent di sepanjang pori dengan udara yang ada pada pori membran
3. Tahap kondensasi solvent pada permukaan membran 2 dan  masuk ke aliran distilat.

Skema proses ini disajikan pada gambar berikut.

Sistem Mass Transfer pada Membrane Distillation

Membrane yang digunakan dalam proses ini adalah membrane porous hydrophobic. Pemilihan material membrane yang hydrophobic didasarkan pada pertimbangan tekanan operasi. Jika digunakan membrane hydrophilic, tekan osmosis yang terjadi antara sisi distilat dan feed akan besar. Untuk melawan tekanan osmosis ini, membrane diharuskan beroperasi pada tekanan tinggi. Hal ini tidak diharapkan karena dikhawatirkan membrane tidak kuat dan akan pecak ketika operasi dilaksanankan.
Karena sifatnya yang hydrophobic, membrane distilasi ini rentan terhadap fouling. Umur membrane akan semakin pendek jika membrane digunakan pada feed dengan konsentrasi garam yang tinggi. Konsentrasi garam yang tinggi memungkinkan garam menempel pada pori membrane distilasi. Garam masuk pada pori, peluang pori terisi solvent cair semakin besar. Hal ini akan mengganggu proses mass transfer pada pori yang seharusnya berlangsung pada fasa gas.
Metode kristalisasi dengan membrane reactor tidak hanya melibatkan perpindahan massa saja. Aplikasi proses kristalisasi dengan membrane reaktor ini telah diterapkan untuk produksi kristal BaSO₄. Dalam proses ini terjadi reaksi kimia yang menghasilkan garam yang akan terkristalkan. Umumnya tipe membrane yang digunakan di sini berupa shell and tube. Dalam sistem yang ditunjukkan pada gambar membrane reactor, reaksi yang terjadi adalah:


Proses yang terjadi pada membrane ini digambarkan pada skema berikut.

Sistem Kritalisasi pada Membrane Reactor

Kristalisasi dengna menggunakan prinsip antisolvent mendasarkan proses penyingkiran pelarut dengan mengekstrak pelarut dengan pelarut lainnya. Penggunaan membrane dalam proses ini bertujuan meningkatkan luas permukaan kontak antar kedua fasa. Dengan peningkatan luas permukaan kontak, diharapkan mass transfer akan berlangsung lebih cepat dan hambatan perpindahan menjadi lebih kecil. Sistem kristalisasi ini digambarkan pada skema alat berikut

Skema Alat Penggunaan Membrane untuk Kristalisasi dengan Sistem Antisolvent

Pengembangan membrane crystallizer dengan keempat teknik di atas memanfaatkan membrane porous. Masalah yang terjadi dalam pengoperasian dari keempat membrane di atas adalah fouling. Perkembangan modifikasi membrane crystallizer terbaru mengusahakan penanganan masalah fouling untuk meningkatkan umur penggunaan membrane. Sistem yang saat ini dikembangkan adalah membrane crystallizer dengan sistem pendinginan.
Metode yang digunakan pada membrane crystallizer dengan pendinginan ini jauh berbeda dengan membrane crystallizer sebelumnya. Perpindahan yang terjadi pada membrane ini adalah perpindahan panas bukan massa seperti membrane sebelumnya. Prinsip yang digunakan pada membrane ini adalah menghasilkan larutan lewat jenuh melalui prinsip pendinginan hingga akhirnya terbentuk kristal. Luas permukaan membrane yang besar akan mempercepat laju perpindahan panas dari feed ke fluida pendingin. Sistem ini menawarkan beberapa keunggulan. Pertama, membrane ini mampu mengatasi masalah fouling yang terjadi pada metode kristalisasi dengan membrane porous. Kedua, membrane ini dapat mengatasi penyumbatan pada tube membrane akibat terbentuknya kristal pada dinding tube selama proses pembentukan kristal. Disamping itu produk kristal yang dihasilkan berukuran kecil dan distribusi ukurannya juga seragam. Metode ini baik digunakan untuk kristal organik seperti protein yang tidak tahan terhadap temperature tinggi.

Sistem Kristalisasi dengan Membrane Melalui Pendinginan

Pengembangan membrane sebagai alat intensifikasi kini telah melingkupi berbagai bidang aplikasi yang sangat luas bahkan di luar dari perkiraan para pengembangnya di awal. Tuntutan teknologi dan permintaan konsumen yang makin spesifik pada produk dengan kualitas serta keseragaman yang semakin tinggi dari waktu ke waktu menjadi pemicu inovasi dan kreativitas pengembangan metode.  Kristalisasi dengan menggunakan membrane merupakan salah satu buah kerja keras tersebut. Kedepannya pengembangan metode yang makin selektif dengan produktivitas skala produksi yang semakin besar,  biaya operasi yang semakin rendah dengan dampak lingkungan yang semakin minim akan membawa pada pengembangan dan perbaikan proses di berbagai unit. Melalui pengembangan berbagai alat dan metode intensifikasi peralatan baru diharapkan dihasilkan unit pemroses yang semakin baik dari waktu ke waktu .

Daftar Pustaka

1. A.Konig, D. Weckesser.Membrane Based Evaporation Crystalization
2. E. Drioli, A. Criscuoli, E Curcio, Integrated Membrane Operations for Seawater Desalination, Elsevier, 2002
3. A. Gugliuzza, E. Curcio , E.Drioli, G. Di Profio, M.Aceto, S.Simone,R. Madonna, Novel Functional Per-fluofinated Membranes: Suitable, Nucleating Systems for Protein Crystallization
4. E. DrioliA Review on Membrane Crystallization.
5. E. Curcio, G. Di Profio, E. Drioli, A New Membrane Based Crystallization Technique: Test on Lysozyme, Elsevier, 2002
6. E. Curcio, G. Di Profio, E. Drioli, Membrane Crystallization of Macromolecular Solutions, Elsevier, 2002
7. M. Gryta, Direct Contact Membrane Distillation with Crystalization Applied to Na Cl Solutions, 2001
8. E. Curcio, G. Di Profio, E. Drioli, Membrane Conttactors: Fundamentals, Applications, and Potentialities, Journal of Membrane Science and Technology,2006
9. http://www.emeraldbiosystems.com/blog/post/Membrane-Protein-Crystallization-with-Additives-in-LCP.aspx
10. BIWIC 2006: 13th International Workshop on Industrial Crystallization
11. Zhiqian et al.,Synthesis of nanosized BaSO4 Particles with a Membrane Reactor: Effects of Operating Parameters on Particles, Journal of Membrane Science, 2002.
12. Zarkadas et al.,Solid Hollow Fier Cooling Crystallization, 2004.
13. Sirkar, Kamalesh K. et al., Antisolvent Crystallization in Porous Hollow Fiber Devices and Methods of Use Thereof, 2007

Read more »

Sekilas tentang Teknologi Floating Storage and Regasification Unit (FSRU)

Masterplan Percepatan dan Perluasan Pembangunan Ekonomi Indonesia atau akrab disebut MP3EI adalah hal baru yang mungkin tidak asing lagi dibicarakan di Indonesia. Pada hari Jumat, 27 Mei 2011 yang lalu, Presiden Susilo Bambang Yudhoyono didampingi Wapres Boediono menghadiri peluncuran MP3EI 2011-2025 di Plenary Hall, Jakarta Convention Center. Salah satu, dari 17 proyek groundbreaking, yang dicanangkan adalah proyek Floating Storage & Regasification Unit (FSRU) di Kabupaten Cilegon.

Permintaan energi dunia, khususnya juga di Indonesia semakin hari semakin meningkat. Indonesia, merupakan negara yang dapat dikatakan kaya akan sumber energi khususnya gas alam. Tidak seluruh daerah di Indonesia memiliki sumber gas alam akan tetapi kebutuhan akan bahan bakar ini dimiliki oleh hampir seluruh daerah di Indonesia.

Floating Storage and Regasification Unit atau sering disingkat FSRU merupakan salah satu solusi pemenuhan kebutuhan gas alam dalam rangka pencegahan kelangkaan. Pada dasarnya, FSRU merupakan tempat penyimpanan sementara Liquefied Natural Gas (LNG) di atas sebuah kapal yang tertambat. Di atas kapal tersebut terjadi juga proses regasifikasi LNG, sehingga gas tersebut dapat dipasok langsung ke konsumen.

Liquefied Natural Gas (LNG)

Gas alam merupakan gas yang terdiri atas beberapa komponen hidrokarbon ringan. Komponen utama gas alam adalah metana dan sisanya adalah etana, propana, butan, pentana dan nitrogen. Komposisi dari masing-masing komponen bervariasi tergantung pada tempat gas alam tersebut berasal. Gas alam yang didinginkan hingga temperatur ± -162°C pada tekanan atmosfer akan berubah menjadi cair sehingga volumenya berkurang sekitar 1/600 volume gas alam. Cairan inilah yang disebut dengan Liquefied Natural Gas (LNG).

Floating Storage and Regasification Unit

FSRU terdiri atas komponen 2 komponen utama, terdiri atas sejumlah tangki penyimpanan LNG dan sebuah sistem regasifikasi, yang terdapat di atas kapal. Tipikal kapal FSRU memiliki panjang 350-400 meter dan lebar hingga 70 meter. Kapal ini memerlukan kedalaman  air tertentu (pada umumnya 160 ft) untuk singgah. Tangki LNG yang berbentuk kubah tertanam di atas kapal yang tertambat di dasar laut, dengan kapasitas penampungan yang bervariasi. Jumlah tangki ini biasanya lebih dari satu buah. Tangki inilah yang akan menampung LNG yang dipasok dari luar. LNG yang berasal dari kapal pemasok (LNG Carrier) disimpan sementara pada tangki penyimpanan sebelum akhirnya melalui proses regasifikasi.

Gambar 1. Komponen Kunci FSRU  (sumber: Golar LNG Energy Presentation Slide, Floating Storage and Regasification Unit (FSRU))

Proses regasifikasi LNG dilakukan langsung di atas kapal tanpa harus dialirkan atau dibawa ke pelabuhan terlebih dahulu . Unit regasifikasi biasanya ditempatkan di dek utama kapal dan biasanya disesuaikan dengan kondisi penerima gas alam. Pada proses ini, LNG yang berwujud cair akan dipanaskan sehingga kembali berwujud gas. Gas alam ini kemudian siap untuk dialirkan ke masing-masing pengguna gas alam.

Gambar 2. Unit Regasifikasi  (sumber: Golar LNG Energy Presentation Slide, Floating Storage and Regasification Unit (FSRU))

Masing-masing bagian FSRU baik itu kapal, tangki LNG, dan unit regasifikasi harus memenuhi standar ketentuan yang berlaku. Utilitas dan sistem lain yang dibutuhkan untuk mendukung FSRU terdiri atas pembangkit listrik, insturmentasi dan kontrol, serta sistem dan standar keselamatan yang memadai.

Secara keseluruhan, FSRU memiliki desain dan komponen-komponen cukup rumit yang mengkombinasikan antara teknologi perkapalan, sistem penyimpanan gas alam, dan teknologi regasifikasi. Tentu saja dalam artikel ini tidak memuat detail FSRU secara mendalam. Namun, penulis berharap artikel ini dapat memberi gambaran mengenai salah satu proyek penting pemerintah dalam  mewujudkan MP3EI. Semoga proyek inipun dapat memberikan jalan keluar bagi ancaman defisit pasokan gas untuk para industri pengguna gas bumi di Indonesia.

Sumber:
Foss, Michelle Michot. A Briefing Paper from the GUIDE TO COMMERCIAL    FRAMEWORKS FOR LNG IN NORTH AMERICA, A Research and Public Education Consortium. November 7, 2006.
Spieler, Oscar. Golar LNG Energy Presentation Slide, Floating Storage and Regasification Unit (FSRU). January 26, 2011.
http://www.presidenri.go.id/index.php/fokus/2011/05/27/6850.html

Read more »

Hujan Asam Menghancurkan Bumi

Hujan yang normal seharusnya adalah hujan yang tidak membawa zat pencemar dan dengan pH 5,6. Air hujan memang sedikit asam karena H2O yang ada pada air hujan bereaksi dengan CO2 di udara. Reaksi tersebut menghasilkan asam lemah H2CO3 dan terlarut di air hujan. Apabila air hujan tercemar dengan asam-asam kuat, mak pH-nya akan turun dibawah 5,6 maka akan terjadi hujan asam.
Hujan asam sebenarnya dapat mencegah global warming, gas buang seperti SO2 penyebab hujan asam mampu memantulkan sinar matahari keluar atmosfer bumi sehingga dapat mencegah kenaikan temperatur bumi. Akan tetapi, efek samping dari hujan asam menghasilkan kerusakan lingkungan yang lebih parah dibandingkan global warming. Sebenarnya “hujan asam” merupakan istilah yang kurang tepat untuk menggambarkan jatuhnya asam-asam dari atmosfer ke permukaan bumi. Istilah yang lebih tepat seharusnya adalah deposisi asam, karena pengendapan asam dari atmosfir ke permukaan bumi tidak hanya melalui air hujan tetapi juga melalui kabut, embun, salju, aerosol bahkan pengendapan langsung. Istilah deposisi asam lebih bermakna luas dari hujan asam.

Sejarah

Fenomena hujan asam mulai dikenal sejak akhir abad 17, hal ini diketahui dari buku karya Robert Boyle pada tahun 1960 dengan judul “A General History of the Air“. Buku tersebut menggambarkan fenomena hujan asam sebagai “nitrous or salino-sulforus spiris“.
Selanjutnya revolusi industri di Eropa yang dimulai sekitar awal abad ke 18 memaksa penggunaan bahan bakar batubara dan minyak sebagai sember utama energi untuk mesin-mesin. Sebagai akibatnya, tingkat emisi precursor (faktor penyebab) dari hujan asam yakni gas-gas SO2, Nox dan HCl meningkat. Padahal biasanya precussor ini hanya berasal dari gas-gas gunung berapi dan kebakaran hutan.
Istilah hujan asam pertama kali digunakan oleh Robert Angus Smith pada tahun 1872 pada saat menguraikan keadaan di Menchester, sebuah daerah industri di Inggris bagian utara. Smith menjelaskan fenomena hujan asam pada bukunya yang berjudul “Air and Rain: The Beginnings of Chemical Technology“.
Masalah hujan asam dalam skala yang cukup besar pertama terjadi pada tahun 1960-an ketika sebuah danau di Skandinavia meningkat keasamannya hingga mengakibatkan berkurangnya populasi ikan. Hal tersebut juga terjadi di Amerika Utara, pada masa itu pula banyak hutan-hutan di bagian Eropa dan Amerika yang rusak. Sejak saat itulah dimulai berbagai usaha penaggulangannya, baik melalui bidang ilmu pengetahuan, teknis maupun politik.
Pada tahun 1970 US mulai mengontrol emisi SO2 dan Nox dengan peraturan pemerintah Clean Air Act. Peraturan ini menentukan standar polutan dari kendaraan bermotor dan industri. Pada tahun 1990 Congress menyetujui amandemen untuk lebih memperketat kontrol emisi yang menyebabkan hujan asam. Amandemen tersebut tercatat mempu mengurangi pengeluaran SO2 dari 23,5 juta ton menjadi sekitar 16 juta ton. US juga merencanakan untuk mengurangi emisi Nox hingga 5 juta ton pada tahun 2010.

Proses deposisi asam melalui air hujan

Pembentukan Asam di Atmosfer

Deposisi asam terjadi apabila asam sulfat, asam nitrat, atau asam klorida yang ada do atmosfer baik sebagai gas maupun cair terdeposisikan ke tanah, sungai, danau, hutan, lahan pertanian, atau bangunan melalui tetes hujan, kabut, embun, salju, atau butiran-butiran cairan (aerosol), ataupun jatuh bersama angin.
Asam-asam tersebut berasal dari prekursor hujan asam dari kegiatan manusia (anthropogenic) seperti emisi pembakaran batubara dan minyak bumi, serta emisi dari kendaraan bermotor. Kegiatan alam seperti letusan gunung berapi juga dapat menjadi salah satu penyebab deposisi asam. Reaksi pembentukan asam di atmosfer dari prekursor hujan asamnya melalui reaksi katalitis dan photokimia. Reaksi-reaksi yang terjadi cukup banyak dan kompleks, namun dapat dituliskan secara sederhana seperti dibawah ini.

Pembentukan Asam Sulfat (H2SO4)

Gas SO2, bersama dengan radikal hidroksil dan oksigen melalui reaksi photokatalitik di atmosfer, akan membentuk asamnya.

SO2 + OH -> HSO3
HSO3 + O2 -> HO2 + SO3
SO3 + H2O -> H2SO4

Selanjutnya apabila diudara terdapat Nitrogen monoksida (NO) maka radikan hidroperoksil (HO2) yang terjadi pada salah satu reaksi diatas akan bereaksi kembali seperti:

NO + HO2 -> NO2 + OH

Pada reaksi ini radikal hidroksil akan terbentuk kembali, jadi selama ada NO diudara, maka reaksi radikal hidroksil akan terbantuk kembali, jadi semakin banyak SO2, maka akan semakin banyak pula asam sulfat yang terbentuk.

Pembentukan Asam Nitrat (HNO3)

Pada siang hari, terjadi reaksi photokatalitik antara gas Nitrogen dioksida denan radikal hidroksil.

NO2 + OH -> HNO3

Sedangkan pada malam hari terjadi reaksi antara Nitrogen dioksida dengan ozon

NO2 + O3 -> NO3 + O2
NO2 + NO3 -> N2O5
N2O5 + H2O -> HNO3

Didaerah peternakan dan pertanian akan concong menghasilkan asam pada tanahnya mengingat kotoran hewan banyak mengandung NH3 dan tanah pertanian mengandung urea. Amoniak di tanah semula akan menetralkan asam, namun garam-garam ammonia yang terbentuk akan teroksidasi menjadi asam nitrat dan asam sulfat. Disisi lain amoniak yang menguap ke udara dengan uap air akan membentuk ammonia hingga memungkinkan penetralan asam yang ada di udara.

Pembentukan Asam Chlorida (HCl)

Asam klorida biasanya terbentuk di lapisan stratosfer, dimana reaksinya melibatkan Chloroflorocarbon (CFC) dan radikal oksigen O*

CFC + hv(UV) -> Cl* + produk
CFC + O* -> ClO + produk
O* + ClO -> Cl* + O2
Cl + CH4 -> HCl + CH3

Reaksi diatas merupaka bagian dari rangkaian reaksi yang menyebabkan deplesi lapisan ozon di stratosfer. Perbandingan ketiga asam tersebut dalam hujan asam biasanya berkisar antara 62 persen oleh Asam Sulfat, 32 persen Asam Nitrat dan 6 persen Asam Chlorida.
Pulau Jawa memiliki tingkat emisi penyebab hujan asam tertinggi di Indonesia, terutama disebabkan oleh sebagian besar kegiatan perekonomian yang terpusat di pulau ini. Pada tahun 1989, tingkat precursor SOx di Indonesia mencapat 157.000 ton per tahun, sedangkan NOx mencapai 175.000 ton per tahun. Kota Surabaya pada tahun 2000 tercatat mengemisikan 0,26 ton SO2 dan 66,4 ton NOx ke udara dari berbagai sumber pencemar.

Sumber: http://majarimagazine.com/2009/03/hujan-asam-mencegah-global-warming-menghancurkan-bumi/
Acid Rain. Hart, John. Microsoft® Student 2009. Redmond, WA: Microsoft Corporation, 2008.
Isu Lingkungan Global.” Musfil A.S. Diktat PLI. Surabaya: Teknik Kimia ITS, 2008

Read more »

Perkembangan Teknologi Solar Cell Menuju Teknologi Siap Guna yang Bersih dan Ekonomis

Fenomena menarik dari pengunaan solar cell adalah ia dapat ditemukan pada kawasan pemukiman yang mewah, namun solar cell juga dapat ditemukan pada kawasan remote area dimana listrik sulit masuk ke konsumen karena infrastruktur dan ketersediaan sumber energi yang tidak memadai di daerah tersebut.

Solar Cell pada Pesawat Luar Angkasa

Photovoltaic cell atau lebih dikenal dengan solar cell muncul pertama kali pada tahun 1957. Pada awal kemunculannya, solar cell ditujukan untuk keperluan luar angkasa. Sebelumnya, satelit dan pesawat luar angkasa menggunakan batrai kimia untuk memenuhi kebutuhan listrik mereka. Satelit yang memiliki umur operasi tinggi tidak mungkin menggantungkan kebutuhan listrik hanya dari batrai kimia. Di luar angkasa cahaya matahari merupakan satu – satunya sumber energi yang paling mungkin dimanfaatkan. Ide ini merupakan dorongan utama bagi pengembangan sel photovoltaic.
Kini, keterbatasan energi mendorong manusia untuk memanfaatkan segala sumber daya terbaharukan yang ada di lingkungan. Solar cell merupakan salah satu pilar yang dapat digunakan untuk memenuhi sebagian kebutuhan energi manusia. Meski keterbatasan energi merupakan isu yang mendorong pengembangan solar cell, isu lain yang tidak kalah penting adalah adanya dorongan peradaban untuk merancang sistem penyediaan energi yang tidak hanya aman bagi manusia namun juga bersahabat dengan lingkungan. Pengembangan solar cell menjadi sebuah tuntutan ketika manusia dihadapkan pada berbagai kerusakan lingkungan akibat penggunaan bahan bakar fosil dan global warming.
Perkembangan solar cell diawali dengan perkembangan pengetahuan terkait sifat cahaya sebagai gelombang elektro magnetik dan penemuan Einstein terkait energi photon. Peningkatan penggunaan bahan – bahan semikonduktor   dalam komponen mikroelektronika juga mendorong pada inovasi solar cell. Solar cell telah mengalami banyak perkembangan dari awal penemuannya. Pada awal penemuan, solar cell hanya mampu memproduksi listrik sebesar 1 watt. Kini solar cell yang dipasarkan telah dapat mencapai kapasitar produksi listrik 10 watt. Bahkan pada skala laboratorium, telah peneliti telah mampu menciptakan solar cell dengan kapasitas 10 – 100 watt. Pada awal produksinya solar cell hanya memiliki efisiensi 10 %. Perkembangan teknologi saat ini telah mampu meningkatkan efisiensi energi dari solar cell hingga 18 %. Kajian peneliti menyebutkan bahwa efisiensi maksimum yang mungkin dicapai solar cell adalah 33 % dari total energy matahari yang diserapnya. Peningkatan efisiensi solar cell ini dilakukan dengan berbagai cara salah satunya memainkan luas permukaan kontak silicon dengan plat metal. Selain itu penambahan senyawa phosphor, penyesuaian temperatur optimal operasi solar cell, dan teknologi penyesuaian ketebalan film juga mempengaruhi efisiensi konversi energy solar cell. Terobosan ini menjadikan solar cell semakin dekat kepada konsumennya.

Banyak perusahaan telah mampu memberikan jaminan umur penggunaan film solar cell 25 tahun. Meski begitu, umur batrai yang digunakan untuk solar cell hanya 2 tahun. Masalah ini merupakan masalah utama dalam penggunaan solar cell. Energi yang dihasilkan dari solar cell berupa energy listrik yang sulit disimpan. Solusi yang ditawarkan para ahli adalah mengkonversi energy listrik yang dihasilkan solar cell menjadi energi kimia yang mudah disimpan. Alternatif proses yang ditawarkan adalah dengan elektrolisis H₂ dari air laut dan mereaksikan H₂ dengan CO₂. Metode ini ditunjukkan dalam diagram berikut.

Sistem Produksi Metanol dari Air Laut dan CO2 dengan Sumber Energi Solar Cell

Berbagai saran untuk pengembangan solar cell telah dilakukan. Pengembangan teknologi ini masih tetap dikendalai masalah biaya. Bila dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari bahan bakar fosil, biaya yang dibutuhkan untuk proses produksi energi dari solar cell lebih tinggi. Sebenarnya kalkulasi biaya ini tidak memperhitungkan biaya kompensasi untukpengatasan dampak lingkungan yang ditimbulkan. Jika biaya ini turut diperhitungkan, maka biaya produksi energy dari solar cell akan lebih rendah. Selain itu peningkatan produksi dan penggunaan listrik dari solar cell akan menurunkan biaya operasi persatuan daya yang dihasilkan dari solar cell.
Pustaka:
Green, Martin A., 2000, Power to the People : Sunlight to Electricity Using Solar Cells, University of New South Wales

Read more »

CO2 Superkritik, Pelarut yang Ramah Lingkungan

Seiring dengan berjalannya waktu, perkembangan teknologi di dunia ini mengalami banyak sekali kemajuan. Semakin banyak hal-hal yang sebelumnya tidak terpikirkan, ternyata bisa menjadi kenyataan saat ini.

Fluida Superkritik

Teknologi yang melibatkan fluida superkritik bukanlah suatu hal yang terlalu baru, bukan juga teknologi yang aplikasinya sudah seumuran fluida fasa padat, cair atau gas. Fluida superkritik sudah dikenal sejak sangat lama oleh para ilmuwan, namun penerapannya baru mulai gencar pada 3 dekade terakhir.

Fasa fluida yang selama ini kita kenal ada tiga, yaitu padat, cair dan gas. Fluida superkritik punya jenis fasa yang cukup unik, fluida ini memiliki sifat pertengahan antara cair dan gas. Fasa fluida semacam ini akan dapat diperoleh saat fluida tersebut berada di atas titik kritiknya (Gambar 1). Titik kritik suatu fluida adalah temperatur dan tekanan paling tinggi di mana fluida tersebut masih dapat mepertahankan kesetimbangan fasa gas dan cairnya. Di atas titik inilah fluida bisa berubah fasa menjadi bukan gas ataupun cair, disebut dengan fluida superkritik.

Gambar 1. Diagram Fasa (sumber: http://www.separex.fr/processDevelopment.php)

Sifat fluida ini memiliki gabungan, baik dari sifat cair ataupun gasnya. Berat jenisnya mirip dengan berat jenisnya pada fasa cair, sementara viskositasnya mirip dengan viskositasnya pada fasa gas. Difusifitas fluida ini berada di antara fasa gas dan cairnya. Perubahan perlahan-lahan sifat suatu fluida menuju fasa superkritiknya dapat dilihat pada Gambar 2. Sifat-sifat ini menjadikan fluida superkritik mampu menembus materi padat lebih cepat dibanding pelarut cair (kemampuan penetrasi baik layaknya gas) namun tetap memiliki kemampuan sebagai pelarut seperti layaknya cairan. Sifat unik inilah yang akhirnya menarik banyak ilmuwan dan insinyur mencoba mengaplikasikan fluida superkritik dalam berbagai bidang.

Gambar 2. Ilustrasi Perubahan Fasa Fluida Superkritik (sumber: http://www.sps.aero/Propulsion_Program/MFC_Production.htm)

CO₂ Superkritik

Salah satu fluida yang paling banyak dimanfaatkan pada kondisi superkritiknya adalah CO₂. Zat ini banyak digunakan terutama dalam salah satu proses pemisahan yaitu ekstraksi. CO₂ superkritik (scCO₂) bersifat selektif pada proses pemisahan, bersifat ramah lingkungan dan tidak berbahaya bagi kesehatan manusia. Saat ini, banyak kali penggunaan pelarut dalam industri sangat dibatasi akibat sifatnya yang cenderung toksik, sehingga, munculnya CO₂ superkritik seolah-olah menjadi jalan keluar bagi masalah ini. Selain ramah bagi lingkungan dan tidak bersifat toksik, CO₂ juga tidak mudah terbakar sehingga lebih aman digunakan. Kelebihan lain dari CO₂ adalah titik kritiknya yang relatif rendah (T_c = 31,3^oC dan P_c = 72,9 atm) dibandingkan dengan zat lain seperti air.

Ekstraksi dengan scCO₂ dapat dilakukan baik secara batch ataupun kontinyu. scCO₂ sebagai pelarut dikontakkan dengan material yang diinginkan. Pelarut scCO₂ “menarik” material tersebut hingga larut dan terpisah dari pelarut awalnya. Campuran ini kemudian diekspansi sampai kondisi atmosfer sehingga material yang diinginkan terpisah dari CO₂ dan CO₂ dapat digunakan kembali sebagai pelarut.  Prinsip ini berlaku baik pada saat ekstraksi batch ataupun kontinyu.

Hingga saat ini, aplikasi ekstraksi dengan menggunakan scCO₂ sudah merambah dari mulai di industri makanan sampai di indsutri farmasi. Contoh aplikasinya antara lain, ekstraksi kafein, ekstraksi dan fraksionasi minyak dan lemak  makanan, hingga pemisahan tokoferol dan antioksidan lainnya.

Aplikasi fluida superkritik bukan hanya dalam proses pemisahan, namun masih banyak aplikasi lain seperti katalis, produksi material plastik, hingga sebagai fluida pembersih. Penasaran dengan aplikasi-aplikasi lainnya?

Oleh: Maria Anindita N

Sumber:

Mohamed, Rahoma S. and Mansoori, G. Ali. The Use of Supercritical Fluid Extraction Technology in Food Processing. Food Technology Magazine. The World Markets Research Centre, London, UK. June 2002.

Teledyne Isco, Inc. Supercritical Fluid Applications in Manufacturing and Materials Production. Syringe Pump Application Note AN1. August, 2007.

Widodo, Mohamad.Celup Tanpa Air?.Artikel Majalah Online ThinkTextile.2009.
http://hiq.linde-gas.com/international

Read more »

Prospek Masa Depan FLNG

LNG (Liquified Natural Gas) pada dasarnya merupakan perubahan gas alam dari fasa gas menjadi fasa cair. Perubahan ini dicapai pada temperatur sekitar -160^oC dan tekanan atmosferik. Pada kondisi cair tersebut, LNG mengalami reduksi volume hingga 600 kali fasa gasnya. Kompresi ini sangat menguntungkan dalam proses pengangkutan sehingga LNG dapat diangkut dalam jumlah yang besar menuju tempat yang jauh dengan kapal tanker LNG.
Rantai pengolahan LNG biasanya meliputi eksplorasi dan produksi, pencairan, pengapalan, penyimpanan, dan regasifikasi seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Rantai Pengolahan LNG Pada Umumnya

Secara umum, gas alam ditemukan pada kerak bumi melalui proses eksplorasi. Cadangan gas tersebut diproduksi dan mengalami proses pemisahan dan pendinginan ke fasa cair (LNG). Proses ini biasanya dilakukan pada sebuah kilang LNG yang letaknya dekat dengan proses eksplorasi tersebut. LNG kemudian dipindahkan dengan kapal tanker untuk dibawa ke pembeli. Setelah kapal tiba di terminal penerimaan, LNG disimpan di sebuah tangki penyimpan (storage) untuk diregasifikasi dan disalurkan ke pengguna melalui pipa penyalur.
Namun, sepertiga cadangan gas dunia berada di lepas pantai. Sebagian gas merupakan non associated gas (gas yang tidak bercampur dengan produksi minyak) dan sebagian lagi merupakan associated gas. Opsi yang biasanya dilakukan ialah penyaluran gas dari fasilitas produksi lepas pantai melalui pipa ke darat. Namun, opsi ini baru secara ekonomis dapat dilakukan  apabila produksi gas tersebut besar dan jaraknya relatif dekat dengan darat. Gas yang biasa ditemukan biasanya jauh dari darat, daerah terisolasi (biasanya disebut stranded gas) dan jumlahnya juga tidak ekonomis untuk disalurkan ke darat. Gas tersebut umumnya terdapat di laut dalam (lebih dari 1000 meter). Associated gas bahkan sering dibakar karena tidak ekonomis untuk diproses dan disalurkan melalui pipa ke darat. Pilihan ini tentunya kurang tepat dilihat dari sisi lingkungan dan pemanfaatan energi secara efektif.
Kondisi inilah yang mendorong sebuah pilihan yang lebih tepat untuk dikembangkan, yaitu FLNG (Floating Liquified Natural Gas) atau biasa juga disebut LNG terapung. FLNG merupakan sebuah sistem pengolahan dan pencairan gas alam langsung di lepas pantai. Teknologi ini merupakan prospek yang luar biasa untuk pemanfaatan gas lepas pantai terutama untuk associated gas dan stranded gas. FLNG juga memperpendek rantai pengolahan LNG dengan menggabungkan fasilitas eksplorasi, produksi, dan fasilitas pencairan gas alam. Rantai yang lebih pendek ini juga mampu mengurangi investasi karena investasi tersebar rantai pengolahan LNG berada pada fasilitas pencairan gas alam.

Sistem Teknologi FLNG

Foster Wheeler Energi Limited telah melakukan studi pemilihan proses pencairan LNG yang tepat untuk digunakan di lepas pantai. Optimasi pemilihan teknologi FLNG tentunya memiliki kriteria yang berbeda dengan pengolahan LNG di kilang darat. Beberapa kriteria proses pencairan LNG lepas pantai adalah fasilitasnya harus kompak dan ringan, keamanan proses yang tinggi, mampu bertahan pada lingkungan laut, mudah dioperasikan, jumlah peralatan sedikit, modularitas tinggi, efisiensi cukup tinggi, dan toleransi terhadap variasi kondisi proses. Optimasi proses yang mengacu kriteria-kriteria tersebut akhirnya mengarah pada teknologi pencairan dengan turboekspander.
Hingga saat ini, teknologi FLNG dan terminal penerimaan LNG lepas pantai mulai dan akan diterapkan di Teluk Meksiko, Pantai California, Laut Mediterania, Laut Adriatik, dan sebagainya. Indonesia sebagai salah satu negara dengan cadangan gas alam terbesar (161,95 TCF atau Trillion Cubic Feet) juga memiliki kesempatan yang sangat besar untuk mengembangkan teknologi ini. Saatnya mengejar kereta…!

Sumber: http://majarimagazine.com/2011/08/prospek-masa-depan-flng/

1. Cox, David. 2007. LNG: A Technical Overview
2. Eastwood,T dan Sanchez, J. 2010. A Sea Change for LNG Concept.
3. Mauridiana, Mira. 2006.LNG  Transportasi Gas Alam. Universitas Indonesia
4. Mauridiana, Mira. 2006. Prospek Pengembangan LNG Lepas Pantai. Universitas Indonesia
5. Migas: Floating LNG Gaining Ground As Companies Pursue Technology Options
6. Shukri, T dan Wheeler, F.2004.  LNG Technology Selection
7. Omenaka, dkk. 2009. FLNG: A Worthy Contender

Read more »

REAKTOR KIMIA

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan alias terjadi dengan sendirinya atau bisa juga butuh bantuan energi seperti panas (contoh energi yang paling umum). Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi perubahan bahan bukan fasa misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika.
Untuk mendukung agar reaktor dapat berfungsi maksimal dan aman terkendali, maka diperlukan sistem pengendalian proses yang menggunakan beberapa alat tambahan.

Beberapa contoh dari aksesoris tersebut umumnya adalah :

1. Level Controller (LC), suatu alat yang menjaga agar volum (isi) reaktor tetap terjaga, tidak kehabisan reaktan ataupun kelebihan yang dapat menyebabkan kenaikan tekanan. Cara kerja dari alat ini adalah dengan terus mendeteksi ketinggian permukaan bahan dalam reaktor, jika kurang dari toleransi yang diberikan (set point) maka kran keluaran (output) akan mengecil sampai ketinggian mencapai tinggi yang telah di set. Sebaliknya jika melebihi kran keluaran akan dibuka lebih lebar untuk mengurangi bahan dalam reaktor.
2. Pressure Controller (PC), Suatu alat yang bertugas untuk menjaga agar tekanan dalam reaktor masih berada pada kisaran yang ditetapkan. Biasanya diterapkan pada reaktor yang memakai reaktan berfasa gas. Cara kerjanya mirip dengan LC yaitu dengan membuka dan menutup kran.
3. Temperature Controller (TC), suatu alat yang bertugas agar suhu di dalam reaktor masih berada dalam kisaran suhu operasinya. TC juga bekerja dengan membuka dan menutup kran, namun kran yang diintervensi adalah kran utilitas. Misalnya CSTR berpemanas, jika suhu drop maka kran koil uap panas (steam) akan diperbesar sehingga steam yang masuk akan lebih banyak yang akhirnya suplai panas pun bertambah dan akhirnya suhu reaktor akan bertambah dan suhu reaktor pun dapat kembali ke suhu yang normal. Sebaliknya jika suhu reaktor bertambah.

Dalam teknik kimia, Reaktor kimia adalah suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk dibandingkan masukan (input) yang besar dengan biaya yang minimum, baik itu biaya modal maupun operasi. Tentu saja faktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. Biaya operasi biasanya termasuk besarnya energi yang akan diberikan atau diambil, harga bahan baku, upah operator, dll. Perubahan energi dalam suatu reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau pendinginan, penambahan atau pengurangan tekanan, gaya gesekan (pengaduk dan cairan), dll.
Gambaran umum:
Ada dua jenis utama reaktor kimia:

• Reaktor tangki atau bejana
• Reaktor pipa

Kedua jenis reaktor dapat dioperasikan secara kontinyu maupun partaian/batch. Biasanya, reaktor beroperasi dalam keadaan ajeg namun kadang-kadang bisa juga beroperasi secara transien. Biasanya keadaan reaktor yang transien adalah ketika reaktor pertama kali dioperasikan (mis: setelah perbaikan atau pembelian baru) di mana komponen produk masih berubah terhadap waktu. Biasanya bahan yang direaksikan dalam reaktor kimia adalah cairan dan gas, namun kadang-kadang ada juga padatan yang diikutkan dalam reaksi (mis: katalisator, regent, inert). Tentu saja perlakuan terhadap bahan yang akan direaksikan akan berbeda.
Ada tiga tipe pendekatan utama yang digunakan dalam pengoperasian reaktor:

• Model reaktor batch
• Model Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) atau dikenal juga sebagai RTIK (Reaktor Tangki Ideal Kontinu)
• Model Reaktor Alir Pipa (RAP) atau dikenal juga sebagai RAS (Reaktor aliran Sumbat)

Lebih jauh lagi, reaktor dengan katalisator (padatan) membutuhkan pendekatan yang terpisah dari ketiga model tersebut dikarenakan banyaknya asumsi sehingga menyebabkan tiga model perhitungan di atas tidak lagi akurat.
Beberapa ubahan yang mempengaruhi rancangan reaktor:

• Waktu tinggal
• Volum (V)
• Temperatur (T)
• Tekanan (P)
• Konsentrasi senyawa (C₁, C₂, C₃, …,C_n
• Koefisien perpindahan panas (h, U), dll

RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk)

 

sumber: wikipedia
Bagian dalam suatu RATB.

RATB dikenal juga sebagai RTIK (Reaktor Tangki Ideal Kontinu). Di RATB, satu atau lebih reaktan masuk ke dalam suatu bejana berpengaduk dan bersamaan dengan itu sejumlah yang sama (produk) dikeluarkan dari reaktor. Pengaduk dirancang sehingga campuran teraduk dengan sempurna dan diharapkan reaksi berlangsung secara optimal. Waktu tinggal dapat diketahui dengan membagi volum reaktor dengan kecepatan volumetrik cairan yang masuk reaktor. Dengan perhitungan kinetika reaksi, konversi suatu reaktor dapat diketahui.
Beberapa hal penting mengenai RATB:

• Reaktor berlangsung secara ajeg, sehingga jumlah yang masuk setara dengan jumlah yang ke luar reaktor jika tidak tentu reaktor akan berkurang atau bertambah isinya.
• Perhitungan RATB mengasumsikan pengadukan terjadi secara sempurna sehingga semua titik dalam reaktor memiliki komposisi yang sama. Dengan asumsi ini, komposisi keluar reaktor selalu sama dengan bahan didalam reaktor.
• Seringkali, untuk menghemat digunakan banyak reaktor yang disusun secara seri daripada menggunakan reaktor tunggal yang besar. Sehingga reaktor yang di belakang akan memiliki komposisi produk yang lebih besar dibanding di depannya.
• Dapat dilihat, bahwa dengan jumlah RATB kecil yang tak terbatas model perhitungan akan menyerupai perhitungan untuk RAP.

RAP (Reaktor Alir Pipa)

RAP dikenal juga sebagai RAS (Reaktor aliran Sumbat). Dalam RAP, satu atau lebih reaktan dipompa ke dalam suatu pipa. Biasanya reaksi yang menggunakan RAP adalah reaksi fasa gas.
Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa sehingga semakin panjang pipa konversi akan semakin tinggi. Namun tidak semudah ini menaikkan konversi, dalam RAP konversi terjadi secara gradien, pada awalnya kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun setelah panjang pipa tertentu jumlah reaktan akan berkurang dan kecepatan reaksi berlangsung lebih lambat dan akan makin lambat seiring panjangnya pipa. Artinya, untuk mencapai konversi 100% panjang pipa yang dibutuhkan adalah tak terhingga.
Beberapa hal penting mengenai RAP:

• Perhitungan dalam model RAP mengasumsikan tidak terjadi pencampuran, dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial.
• Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan, diharapkan reaksi lebih optimal dan terjadi penghematan.
• Biasanya, RAP memiliki konversi yang lebih besar dibanding RATB dalam volum yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama RAP memberikan hasil yang lebih besar dibanding RATB.

Reaktor Semi-Batch

Reaktor jenis berlangsung secara batch dan kontinyu secara bersamaan. Contoh paling sederhana misalnya tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali ke dalam tangki (secara batch) namun CO₂ yang dihasilkannya dikeluarkan secara kontinyu. Contoh lainnya adalah klorinasi, suatu reaksi cair-gas, gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di tangki yang diam (batch).

Read more »

Pengembangan Mode Sistem Kristal Solar Cell

Selama ini  mungkin kita hanya akrab dengan solar cell berbahan utama silicon sebagai semikonduktor. Padahal, di luar dari silicon, masih banyak bahan yang sesuai untuk semikonduktor pada solar cell. Selain dari sisi bahan baku, struktur kristal solar cell juga sudah banyak dikaji. Semua kajian material ini dilakukan untuk memenuhi tuntutan ekonomi solar cell. Berikut ini disajikan beberapa tipe solar cell dengan struktur kristal dan material yang berbeda – beda.

Solar Cell dengan Efisiensi Tertinggi pada Skala Lab

Sumber: Solar Cell and Their Application

Pada dasarnya terdapat 3 struktur kristal pada solar cell. Tipe pertama adalah model crystalline. Model ini merupakan model yang paling pertama dikembangkan. Ketiga tipe ini meliputi crystalline, polycrystalline, dan amorphous. Masing-masing tipe memiliki struktur dengan ciri dan performa yang berbeda.
Tipe crystalline mimiliki ciri rangkaian atom atau molekul teratur berulang dengan orde tinggi (lattice) sehingga menyusun unit – unit blok berulang. Tipe ini merupakan tipe yang paling pertama dikembangkan. Bahkan, tipe ini masih banyak digunakan saat ini. Solar cell dengan tipe film ini memiliki umur alat yang lebih panjang dari pada tipe polycrystalline dan amorphous. Terdapat 14 tipe kisi kristal di alam. Dari 14 tipe yang ada terdapat 4 tipe yang umum untuk semikonduktor. Keempat tipe tersebut meliputi Simple Cubic (SC), Face Centered Cubic (FCC), Body Centered Cubic (BCC), dan Simple Hexagonal (SH). Keempat struktur ini digambarkan sebagai berikut.

Empat Struktur Kristal Paling Umum untuk Kebutuhan Solar Cell

Poly crystalline solid berbeda dari single crystal solid. Polycrystalline tersusun atas beberapa single crystal dengan orientasi kisi yang berbeda. Antara kristal tunggal dengan orientasi berbeda satu dengan yang lain dipisahkan oleh grain boundaries. Keberadaan grain boundary ini mempengaruhi pergerakan elektron antar kisi pada solid juga kemampuan absorpsi energi surya. Selain itu dari segi harga, fabrikasi polycrystalline lebih mudah dan terjangkau dibanding single crystal. Untuk itu pengadaan film poly crystalline untuk solar cell menjadi marak sejak ia ditemukan pada tahun 1954. Beberapa contoh produk tipe ini antara lain CdS/Cu₂S, CIS (Copper Indium Selenide), Polycrystalline Silicon, pc-CuIn(Ga)Se₂, Thin Film Cadmium Telluride, dsb.
Film sel surya dengan struktur polycrystalline diklasifikasikan dalam 4 kategori, yaitu nano particle, nanocrystalline material, microcrystalline material, dan multicrystalline atau semi-crystalline material. Spesifikasi untuk keempat kategori ini ditunjukkan table berikut.

Klasifikasi untuk Struktur Polycrystalline

Amorphous solids merupakan material yang tidak memiliki keteraturan struktur sama sekali. Material ini tidak memiliki orde struktur yang panjang. Karena ketidakteraturan yang tinggi ini sulit untuk mengidentifikasi sifat dari material amorphous. Contoh produk ini adalah Amorphous Silicon.
Dari sisi operasional, meski umur pakai dari kristal dengan sistem crystalline lebih panjang seringkali sistem polycrystalline dan amorphous memiliki daya serap chaya yang lebih baik dari struktur crystalline. Untuk itu sistem polycrystalline dan amorphous saat ini banyak dikembangkan untuk sel surya tipe thin film. Ketebalan dari film dengan kedua struktu ini mampu mereduksi ketebalan film hingga tiga kali lipat ketebalan film dengan struktur crystalline dengan demikian harga material untuk fabrikasi akan menjadi lebih rendah. Selain itu proses fabrikasi untuk menghasilkan struktur solid dengan keteraturan kualitas crystalline juga memerlukan biaya tinggi.
Meski demikian, bukan berarti sistem crystalline tidak memiliki keunggulan disbanding kedua struktur lainnya. Struktur crystalline selain lebih awet karena kisi tidak mengalami beban akumulasi energi pada grain boundary seperti polycrystalline, juga memiliki efisiensi konversi energy yang lebih tinggi. Umumnya efisiensi energi yang dicapai pada operasi normal hampir 20 %. Efisiensi konversi yang dicapai sistem polycrystalline dan amorphous pada umumnya masih di bawah 10 %.

Sumber: http://majarimagazine.com/2011/08/pengembangan-mode-sistem-kristal-solar-cell/

Read more »