Deterjen

Deterjen berhubungan dengan pembersihan benda padat. Pembersihan benda padat adalah penyingkiran benda yang tak diinginkan dari permukaannya. Pembersihan ini dapat dilakukan dengan berbagai metode, antara lain pemisahan mekanik sederhana (misalnya mengucek dan mencelupkan kain ke air), pemisahan dengan pelarut (misalnya penambahan pelarut organik), dan pemisahan dengan menambahkan air dan bahan kimia seperti surfaktan.

Sistem pencucian dengan deterjen terdiri dari benda padat yang akan dibersihkan, yang disebut substrat, pengotor yang akan dibersihkan melalui proses pencucian, dan liquid bath (cairan yang mengandung air dan surfaktan untuk membersihkan). Hasil pencucian akan bergantung pada interaksi elemen-elemen tersebut dan kondisi pencucian yang digunakan, seperti temperatur, waktu, energi mekanik yang diberikan, dan kesadahan air yang digunakan. 

Deterjen memiliki formula untuk membersihkan substrat yang kotor di bawah kondisi pencucian yang bervariasi. Beberapa deterjen, seperti sabun toilet, hanya terdiri dari satu komponen. Beberapa deterjen lainnya, memiliki lebih dari satu komponen. Secara umum, formula deterjen yang mengandung lebih dari satu komponen terdiri dari surfaktan, builder, dan aditif.

Surfaktan dalam deterjen berguna untuk mempengaruhi sudut kontak sistem pencucian, sedangkan builder memiliki fungsi untuk membantu efisiensi surfaktan dalam proses pembersihan kotoran. Salah satu kemampuan buider yang penting dan banyak digunakan adalah untuk menyingkirkan ion penyebab kesadahan dari cairan pencuci dan mencegah ion tersebut berinteraksi dengan surfaktan. Hal ini dilakukan karena interaksi tersebut akan menyebabkan penurunan efektivitas pencucian. Secara umum, builder memberikan alkalinitas ke cairan pencuci sehingga berfungsi juga sebagai alkali. Selain itu, builder juga memberikan efek anti-redeposisi. Beberapa contoh builder yang banyak digunakan antara lain:

1. Zeolit (Na2Ox.Al2O3y.SiO2z.pH2O). Zeolit berfungsi sebagai builder penukar ion. Zeolit yang banyak digunakan adalah zeolit tipe A. Ion natrium akan dilepaskan oleh kristal zeolit dan digantikan dengan ion kalsium dari air sadah. Hal ini akan menyebabkan penurunan kesadahan dari air pencuci.
2. Clay. Clay, seperti kaolin, montmorilonit, dan bentonit juga dapat digunakan sebagai builder. Natrium bentonit, misalnya dapat melunakkan air akibat kemampuannya menyerap ion kalsium. Namun, clay dipertimbangkan sebagai bahan yang memiliki efektivitas pelunakkan air yang lebih rendah dibandingkan zeolit tipe A. Penggunaan clay sebagai builder juga memiliki nilai tambah lain. Clay montmorilonit, misalnya, dapat berfungsi sebagai komponen pelembut. Komponen ini akan diserap dan difilter ke dalam pakaian selama proses pencucian dan pembilasan.
3. Nitrilotriacetic acid. Senyawa N(CH2COOH)3 atau biasa disebut NTA ini, merupakan salah satu builder yang kuat. Senyawa ini merupakan tipe builder organik. Namun, penggunaaannya memiliki efek samping pada kesehatan dan lingkungan.
4. Garam netral. Natrium sulfat dan natrium klorida merupakan garam-garam netral yang dapat digunakan sebagai builder. Selain itu, senyawa-senyawa ini juga dipertimbangkan sebagai filler yang dapat mengatur berat jenis deterjen. Natrium sulfat juga dapat menurunkan Critical Micelle Concentration (CMC) dari surfaktan organik sehingga konsentrasi pencucian efektif dapat tercapai.

Aditif organik dalam deterjen juga dapat ditambahkan untuk meningkatkan daya cuci. Peningkatan daya cuci yang dimaksud dapat meliputi beberapa hal, yaitu:

1. Menurunkan pengendapan kembali kotoran
2. Meningkatkan efek whiteness dan brightness
3. Meningkatkan kemudahan terlepasnya kotoran
4.  Menurunkan atau menigkatkan pembusaan seperti yang diinginkan
5. Menaikkan tingkat kelarutan deterjen (Jika deterjen semakin larut, maka fungsi pencucian juga meningkat)
6. Menaikkan daya dorong terhadap logam-logam
7. Menurunkan injury (misalnya iritasi pada kulit manusia, barang atau kain, dan mesin)

Beberapa aditif organik yang dapat digunakan dalam deterjen adalah:

1. Na-CMC. Natrium Carboxyl Methyl Cellulose sebagai aditif berfungsi sebagai agen anti-redeposisi yang paling umum digunakan pada kain katun. Namun, senyawa ini tidak berfungsi baik pada serat sintetis.
2. Blueing Agent. Blueing agent memiliki fungsi untuk memberi kesan biru pada kain putih sehingga kain akan terlihat semakin putih. Selain itu, blueing agent juga dapat memberi kesan warna yang lembut.
3. Fluorescent. Fluorescent merupakan agen pemutih yang pertama kali dikombinasikan dengan deterjen pada tahun 1940. Agen ini akan menyerap radiasi ultraviolet dan mengemisi sebagian energi radiasi tersebut sebagai sinar-sinar biru yang tampak. Konsentrasi aditif harus diperhatikan dalam penggunaannya karena jika konsentrasi aditif yang digunakan salah, fluoroecent tidak akan memberikan efek absorbsi sinar ultraviolet.
4. Proteolytic enzyme. Proteolytic enzyme banyak digunakan pada formula deterjen. Tujuan penggunaannya adalah untuk mendegradasi bercak-bercak pada substrat yang dapat didegradasi oleh enzim. Penggunaan aditif ini membutuhkan waktu lebih lama daripada aditif lainnya karena merupakan bioteknologi. Enzim-enzim yang dapat digunakan sebagai aditif antara lain enzim amilase, trigliserida, dan lipase.
5. Bleaching agent. Bleaching agent anorganik yang banyak digunakan dalam formula deterjen adalah natrium perborat. Pada temperatur pencucian yang tinggi, sekitar 70-80 derajat Celcius, senyawa ini akan memucatkan (efek bleaching) bercak-bercak seperti bercak wine dan buah-buahan secara efektif. Namun, untuk memenuhi syarat lingkungan, sebbelum dibuang, air sisa cucian harus didinginkan hingga temperatur di bawah 50 derajat Celsius. Bleaching agent organik yang juga dapat digunakan adalah TAED (Tetra Acetyl Ethylene Diamine). Senyawa ini efektif digunakan pada temperatur pencucian 50-60 derajat Celcius.
6. Foam Regulator. Foam regulator seperti amin oksida, alkanolamida, dan betain terdapat dalam produk deterjen jika jumlah busa yang banyak diinginkan sehingga aditif ini umumnya ditemui pada cairan pencuci tangan dan sampo.
7. Organic sequestering. Aditif ini berfungsi untuk memisahkan ion logam dari bath deterjen. Beberapa aditif yang berfungsi sebagai organic sequestering adalah EDTA dan nitrilotriacetic acid.

Sumber: File kuliah Dasar-Dasar Rekayasa Produk, G. Handi A.
Gambar: http://www.asia.ru/Catalog/10151.html

Biogas

Biogas adalah gas produk akhir pencernaan atau degradasi anaerobik bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerobik dalam lingkungan bebas oksigen atau udara. Komponen terbesar (penyusun utama) biogas adalah metana (CH4, 54-80 %-vol) dan karbon dioksida (CO2, 20-45 %-vol). Biogas dapat berasal dari hasil fermentasi bahan-bahan organik, diantaranya limbah tanaman, limbah perairan , dan limbah peternakan, seperti kotoran sapi, kotoran kerbau, kotoran kambing, dan kotoran unggas. Namun, beberapa tahun belakangan ini produk samping pembuatan etanol dan biodiesel disebut-sebut juga dapat menghasilkan biogas.

Produksi etanol menghasilkan beberapa produk samping, antara lain residu tanaman bahan baku etanol, stillage, kondensat pada evaporator, dan lain-lain. Seluruh produk samping tersebut ternyata memiliki potensi untuk menghasilkan gas metana. Stillage, residu proses distilasi etanol dari cairan fermentasi akan dihasilkan sebanyak hingga 20 L untuk setiap liter etanol yang terproduksi. Residu tanaman bahan baku etanol juga dapat dimanfaatkan untuk produksi biogas. Pada produksi etanol selulosik, produk hidrolisis non-fermentable juga dapat dikonversi menjadi metana. Seperti halnya proses produksi biogas dari bahan baku lainnya, seluruh produk samping ini dapat dikonversi menjadi biogas di dalam sebuah digester dengan bantuan mikroorganisme.

Produk samping biodiesel juga berpotensi menghasilkan biogas. Biodiesel dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi minyak lemak. Proses produksi biodiesel menggunakan reaksi hidrolisis alkalin untuk mengkonversi minyak menjadi biodiesel menggunakan metanol, KOH, dan panas. Reaksi transesterifikasi akan memisahkan gugus gliserol dari trigliserida, sehingga akan menghasilkan metil ester (biodiesel) dan produk samping gliserol. Untuk memurnikan biodiesel, dibutuhkan proses pencucian untuk memisahkan asam lemak bebas dan metanol berlebih, sehingga menghasilkan produk samping air pencuci. Untuk setiap 100 L minyak, sekitar 75 L biodiesel dan 25 L gliserol dihasilkan. Proses pencucian juga akan menghasilkan sekitar 30 L air pencuci biodiesel. Gliserol dan air pencuci tersebut merupakan produk samping biodiesel yang memiliki potensi menghasilkan gas metana.

gliserol

Dengan peningkatan popularitas biodiesel yang terjadi saat ini, maka juga akan terjadi penigkatan gliserol sebagai produk samping. Peningkatan ini membanjiri pasar dan menyebabkan penurunan harga gliserol. Penggunaan gliserol untuk menghasilkan biogas merupakan salah satu potensi baru pengembangan gliserol. Dengan menggunakan mikroorganisme untuk mengkonsumsi gliserol, gas seperti karbon dioksida dan metana akan dihasilkan. Sumber energi ini selanjutnya dapat digunakan untuk menyediakan energi panas dan listrik dalam pabrik biodiesel. Selain itu, metana juga dapat dikonversi menjadi metanol, yang dapat digunakan dalam proses produksi biodiesel.

Pencernaan anaerobik untuk mengkonversi gliserol menjadi metana ini dapat dikembangkan pada berbagai temperatur, seperti temperatur mesofilik, sekitar 35 derajat Celcius dan temperatur termofilik, sekitar 55 hingga 60 derajat Celsius. Pencernaan anaerobik konvensional terjadi pada temperatur mesofilik. Walaupun begitu, temperatur termofilik juga merupakan kondisi yang dapat dipertimbangkan sebagai alternatif karena kondisi temperatur ini dapat menyebabkan laju reaksi semakin cepat, produksi gas semakin tinggi, dan laju penghancuran patogen semakin tinggi dibandingkan dengan temperatur mesofilik. Namun, proses termofilik lebih sensitif terhadap perubahan kondisi lingkungan dibandingkan dengan proses mesofilik.

Pemanfaatan produk samping biodiesel dan etanol menjadi biogas ini merupakan salah satu nilai tambah bagi pengembangan kedua sumber energi tersebut.Selain dapat meningkatkan nilai guna by-product, pemanfaatan ini akan meningkatkan perolehan energi dari proses produksi sumber energi yang dilakukan. Proses produksi yang terjadi pun semakin sustainable.

Sumber:
http://aiche.confex.com/aiche/2006/techprogram/P64103.HTM
http://biogas.ifas.ufl.edu/etohbiod.htm
Yang, Yingnan, dkk. Biodegradation and methane production from glycerol containing synthetic wastes with fixed-bed bioreactor under mesophilic and thermophilic conditions.

Gambar: http://media.photobucket.com/image/biogas%20from%20glycerol%20digester/biopact/04145286700000.jpg
http://www.thomrobiofuels.com/images/photos/glycerol_large.jpg

Coal Power Station

Salah satu bahan bakar fosil yang umum digunakan saat ini adalah batubara. Batubara adalah sumber energi yang paling mudah diambil dari alam. Namun, pembangkitan energi dengan batubara menimbulkan limbah yang cukup banyak, di antaranya fly ash. Fly ash adalah salah satu residu hasil pembakaran batubara. Komponen yang terkandung dalam fly ash bervariasi bergantung pada sumber batubara yang dibakar, tetapi semua fly ash mengandung SiO2 dan CaO. Jika tidak diolah lebih lanjut, fly ash dapat menyebabkan dampak negatif bagi lingkungan. Fly ash dapat mengkontaminasi air tanah dengan kandungan pengotor seperti arsenik, barium, berillium, boron, cadmium, komium, thallium, selenium, molibdenum dan merkuri.

Pemanfaatan batubara juga memberikan dampak negatif lain berupa emisi karbon dioksida. Gas CO2 ini, lebih jauh lagi, akan menimbulkan dampak berupa efek rumah kaca. Oleh karena itu, dalam pemanfaatan batubara sebagai sumber energi, diperlukan suatu metode untuk menangkap gas CO2 dari hasil pembakaran batubara dan menyimpannya dalam suatu materi isolator. Teknologi ini dikenal dengan nama Carbon Capture and Storage (CCS). Banyak metode penangkapan CO2 yang sedang dikembangkan saat ini, di antaranya adalah adsorpsi, absorpsi, penggunaan membran, proses kriogenik, dan pemanfaatan mikroba.

Salah satu metode penangkapan CO2 adalah metode adsorpsi dengan menggunakan kalsium oksida, magnesium oksida, seng oksida, dan tembaga oksida. Sorbent yang paling umum digunakan dalam industri adalah CaO (kalsium oksida) yang terdapat di alam dalam bentuk CaCO3. Untuk mendapatkan CaO dari batuan kapur, batuan kapur harus terlebih dahulu diaktivasi, yaitu dengan memanaskan batu kapur hingga rentang temperatur kalsinasi, yang umumnya berkisar 800-950 derajat Celsius. Proses akitivasi ini jelas membutuhkan energi dalam jumlah yang besar, serta melepaskan CO2 ke lingkungan saat diaktivasi. Proses ini dikhawatirkan akan membuang CO2 lebih banyak ke lingkungan dibandingkan dengan jumlah CO2 yang berhasil ditangkap. Oleh karena itu, diperlukan suatu alternatif sorbent yang tidak memerlukan aktivasi terlebih dahulu.

Fly Ash

Fly ash dari pembakaran batubara merupakan salah satu contoh sorbent yang dapat digunakan. Fly ash yang diperoleh dari pembakaran batubara memiliki kandungan CaO yang dapat langsung dimanfaatkan untuk mengadsorp CO2 tanpa perlu diaktivasi kembali, sehingga kebutuhan energi untuk melakukan proses kalsinasi dapat dihindari. Selain itu, fly ash hasil pembakaran batubara tersedia dalam jumlah besar dan terus dihasilkan, sehingga fly ash yang telah digunakan tidak perlu dikarbonasikan kembali, melainkan dapat langsung dibuang. Fly ash yang digunakan dalam penangkapan CO2 ini memiliki kandungan kalsium yang tinggi sehingga akan langsung bereaksi dengan air. Hasil dari proses hidrasi fly ash tersebut adalah terbentuknya Ca(OH)2 dan fase C-H-S yang reaktif terhadap CO2. Reaksi yang terjadi selanjutnya adalah:

CO2 + Ca(OH)2 –> CaCO3 + H2O
CaO.nSiO2.mH2O(C-S-H) + CO2 –> CaCO3 + SiO2 + mH2O

Selain dapat mengurangi emisi CO2 yang dihasilkan dari proses pembangkitan energi dengan batubara, metode ini juga dapat memanfaatkan hasil samping produksi batubara lainnya, yaitu fly ash. Adanya teknologi yang tepat guna seperti ini selanjutnya diharapkan dapat membantu pemenuhan kebutuhan energi yang ramah lingkungan.

Sumber:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fly_ash
http://www.geology.sk/co2neteast/documents/workshop_bratislava/AU_BOCHENCZYK.pdf
Nugraha Yohannes A. dan Aditya Tanuwijaya, Penangkapan CO2 dengan Fly Ash Termodifikasi, 2009.

Gambar:
http://static.guim.co.uk/sys-images/Guardian/Pix/pictures/2008/12/16/1229431063588/Coal-power-station-001.jpg
http://www.tva.gov/kingston/photo_gallery/images/123012.jpg

Batubara

Di Amerika, industri batubara sedang menggembar-gemborkan rencana untuk mengubah jutaan ton batubara menjadi diesel ataupun bahan bakar cair lainnya. Beberapa pihak menilai rencana ini merupakan sebuah proses yang mahal dan tidak efisien. Alasannya sederhana: masalah lingkungan.  Batubara cair diproduksi saat batubara dikonversi menjadi bahan bakar cair yang dapat digunakan untuk transportasi. Terdapat dua metode untuk mengkonversi batubara menjadi bahan bakar cair: - Direct liquefaction Pada metode ini, batubara dilarutkan pada temperatur dan tekanan tinggi. Proses ini sangat efisien, namun produk cair membutuhkan pemurnian lebih jauh untuk dapat menghasilkan karakteristik bahan bakar yang bagus. - Indirect liquefaction Pada metode ini, batubara digasifikasi untuk membentuk syngas (campuran hidrogen dan karbon monoksida). Syngas tersebut selanjutnya dikondensasi dengan menggunakan katalis (tahap Fischer-Tropsch) untuk menghasilkan produk berkualitas tinggi.

Proses Pembuatan Coal to Liquid

Bahan bakar cair turunan batubara ini memiliki sifat bebas sulfur, berkadar partikulat rendah dan berkadar nitrogen oksida rendah. Kelebihan lain dari penggunaan batubara cair adalah batubara tersedia di seluruh dunia, sehingga dapat meningkatkan energy security dari suatu daerah. Namun, beberapa pihak menolak pengguanaan batubara cair ini sebagai bahan bakar alternatif. Dalam penggunaannya, batubara cair sebagai bahan bakar alternatif dinilai dapat: 1. Meningkatkan dampak negatif dari penambangan batubara 2. Menimbulkan efek global warming sebesar hampir dua kali lipat per gallon bahan bakar

Emisi CO2 CTL

Penyebaran skala besar pabrik batubara cair dapat menyebabkan peningkatan yang signifikan dari penambangan batubara. Penambangan batubara akan memberikan dampak negatif yang berbahaya. Penambangan ini dapat menyebabkan limbah yang beracun dan bersifat asam serta akan mengkontaminasi air tanah. Selain dapat meningkatkan efek berbahaya terhadap lingkungan, peningkatan produksi batubara juga dapat menimbulkan dampak negatif pada orang-orang yang tinggal dan bekerja di sekitar daerah penambangan. Produksi batubara cair membutuhkan batubara dan energi dalam jumlah yang besar. Proses ini juga dinilai tidak efisien. Faktanya, 1 ton batubara hanya dapat dikonversi menjadi 2 barel bensin. Proses konversi yang tidak efisien, sifat batubara yang kotor, dan kebutuhan energi dalam jumlah yang besar tersebut menyebabkan batubara cair menghasilkan hampir dua kali lipat emisi penyebab global warming dibandingkan dengan bensin biasa. Walaupun karbon yang terlepas selama produksi ditangkap dan disimpan, batubara cair tetap akan melepaskan 4 hingga 8 persen polusi global warming lebih banyak dibandingkan dengan bensin biasa.

Emisi Berbagai Bahan Bakar

Beberapa ahli menyatakan bahwa penggunaan batubara cair termasuk kategori “bersih” karena bebas sulfur, namun saat batubara diubah menjadi bahan bakar transportasi, dua aliran karbon dioksida terbentuk: satu dari pabrik produksi batubara cair dan satu dari pipa pembuangan kendaraan yang membakar bahan bakar tersebut. Emisi dari pabrik produsen batubara cair lebih besar daripada pabrik produsen dan pemurnian minyak mentah untuk memproduksi bensin, diesel, dan bahan bakar transportasi lainnya. Selain berdampak negatif pada global warming, batubara cair juga memiliki dampak negatif lain terhadap lingkungan. Lebih dari 4 gallon air dibutuhkan untuk setiap gallon bahan bakar yang diproduksi. Hal ini akan mengancam persediaan air yang terbatas. Dampak-dampak di atas menjelaskan bahwa penggunaan batubara sebagai bahan bakar alternatif berbahaya bagi lingkungan dan tidak sejalan dengan pencarian solusi masalah global warming. Beberapa pihak menilai dibandingkan dengan menggunakan batubara cair sebagai bahan bakar alternatif, lebih baik berinvestasi untuk industri energi yang lebih ramah lingkungan dan membantu kita menyelesaikan permasalahan global warming. Batubara cair, dilihat dari dampak negatif di atas, bukanlah jawaban yang tepat untuk masa depan energi dunia.

Sumber:

http://www.worldcoal.org/pages/content/index.asp?PageID=423
http://www.nrdc.org/globalWarming/coal/liquids.pdf
http://www.sierraclub.org/coal/liquidcoal/
http://maine.sierraclub.org/Liquid%20coal%20fact%20sheet.pdf

Gambar: http://www.energyandoil.com/the-coal-to-liquid-debate-part-i http://www.greencar.com/articles/five-fuels-driving-future.php

Air Laut

Laju konsumsi air bersih di dunia meningkat dua kali lipat setiap 20 tahun, melebihi dua kali laju pertumbuhan manusia. Beberapa pihak memperhitungkan bahwa pada tahun 2025, permintaan air bersih akan melebihi persediaan hingga mencapai 56%. Kekurangan air bersih dapat berpengaruh terhadap banyak hal, di antaranya dapat mengurangi pembangunan ekonomi dan menurunkan tingkat kehidupan. Hal ini menunjukkan bahwa dunia membutuhkan suatu cara untuk meningkatkan persediaan air bersih. Salah satu sumber yang berpotensi dijadikan sumber air bersih adalah air laut. Air laut dapat dijadikan air bersih dengan proses desalinasi.

Desalinasi adalah proses pemisahan yang digunakan untuk mengurangi kandungan garam terlarut dari air garam hingga level tertentu sehingga air dapat digunakan. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan, yaitu umpan berupa air garam (misalnya air laut), produk bersalinitas rendah, dan konsentrat bersalinitas tinggi. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan garam terlarut kurang dari 500 mg/l, yang dapat digunakan untuk keperluan domestik, industri, dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35000 mg/l garam terlarut).

Distilasi merupakan metode desalinasi yang paling lama dan paling umum digunakan. Distilasi adalah metode pemisahan dengan cara memanaskan air laut untuk menghasilkan uap air, yang selanjutnya dikondensasi untuk menghasilkan air bersih. Berbagai macam proses distilasi yang umum digunakan, seperti multistage flash, multiple effect distillation, dan vapor compression umumnya menggunakan prinsip mengurangi tekanan uap dari air agar pendidihan dapat terjadi pada temperatur yang lebih rendah, tanpa menggunakan panas tambahan.

Metode lain desalinasi adalah dengan menggunakan membran. Terdapat dua tipe membran yang dapat digunakan untuk proses desalinasi, yaitu reverse osmosis (RO) dan electrodialysis (ED). Pada proses desalinasi menggunakan membran RO, air pada larutan garam dipisahkan dari garam terlarutnya dengan mengalirkannya melalui membran water-permeable. Permeate dapat mengalir melalui membran akibat adanya perbedaan tekanan yang diciptakan antara umpan bertekanan dan produk, yang memiliki tekanan dekat dengan tekanan atmosfer. Sisa umpan selanjutnya akan terus mengalir melalui sisi reaktor bertekanan sebagai brine. Proses ini tidak melalui tahap pemanasan ataupun perubahan fasa. Kebutuhan energi utama adalah untuk memberi tekanan pada air umpan. Desalinasi air payau membutuhkan tekanan operasi berkisar antara 250 hingga 400 psi, sedangkan desalinasi air laut memiliki kisaran tekanan operasi antara 800 hingga 1000 psi.

Dalam praktiknya, umpan dipompa ke dalam container tertutup, pada membran, untuk meningkatkan tekanan. Saat produk berupa air bersih dapat mengalir melalui membran, sisa umpan dan larutan brine menjadi semakin terkonsentrasi. Untuk mengurangi konsentrasi garam terlarut pada larutan sisa, sebagian larutan terkonsentrasi ini diambil dari container untuk mencegah konsentrasi garam terus meningkat.

Sistem RO terdiri dari 4 proses utama, yaitu (1) pretreatment, (2) pressurization, (3) membrane separation, (4) post teatment stabilization.

desalinasi dengan RO

Pretreatment: Air umpan pada tahap pretreatment disesuaikan dengan membran dengan cara memisahkan padatan tersuspensi, menyesuaikan pH, dan menambahkan inhibitor untuk mengontrol scaling yang dapat disebabkan oleh senyawa tetentu, seperti kalsium sulfat.

Pressurization: Pompa akan meningkatkan tekanan dari umpan yang sudah melalui proses pretreatment hingga tekanan operasi yang sesuai dengan membran dan salinitas air umpan.

Separation: Membran permeable akan menghalangi aliran garam terlarut, sementara membran akan memperbolehkan air produk terdesalinasi melewatinya. Efek permeabilitas membran ini akan menyebabkan terdapatnya dua aliran, yaitu aliran produk air bersih, dan aliran brine terkonsentrasi. Karena tidak ada membran yang sempurna pada proses pemisahan ini, sedikit garam dapat mengalir melewati membran dan tersisa pada air produk. Membran RO memiliki berbagai jenis konfigurasi, antara lain spiral wound dan hollow fine fiber membranes.

tipe membran RO

Stabilization: Air produk hasil pemisahan dengan membran biasanya membutuhkan penyesuaian pH sebelum dialirkan ke sistem distribusi untuk dapat digunakan sebagai air minum. Produk mengalir melalui kolom aerasi dimana pH akan ditingkatkan dari sekitar 5 hingga mendekati 7.

Sumber:
http://www.oas.org/dsd/publications/Unit/oea59e/ch20.htm#TopOfPage
http://www.gewater.com/what_we_do/water_scarcity/desalination.jsp

Logo Pertamina

Pertamina, perusahaan minyak nasional, sedang bertransformasi. Pertamina On The Move, begitulah taglinenya. Banyak sekali agenda transformasi Pertamina, salah satunya perubahan paradigma SDM dan manajemen. Lalu, perubahan apa saja yang sudah perusahaan ini lakukan? Apakah sudah memuaskan para konsumennya?

Pada prinsipnya, program transformasi di Pertamina menyentuh dua aspek. Aspek pertama, budaya dan fundamental yang menyangkut pola pikir karyawan dalam menangani stakeholder. Yang kedua, aspek bisnis hulu hingga hilir. Perubahan yang telah dilakukan Pertamina antara lain sistem pengembangan SDM, pembenahan SPBU, penggencaran iklan Pertamina, dan meningkatkan nilai GCG (good corporate governance). Salah satu perubahan yang terlihat langsung oleh masyarakat adalah citra perubahan dalam kinerja Pertamina.

SPBU Pertamina

Transformasi citra Pertamina berawal dari pandangan buruk masyarakat terhadap perusahaan ini. Dua tahun lalu, Situs Survey Dharmapena menyebutkan: SPBU Pertamina masih suka curang, tidak profesional (amatiran), sarang KKN, kurang bermanfaat karena sumbangan corporate social responsibility belum memenuhi keinginan masyarakat, birokratis, dan kegiatan hulunya masih dinilai merusak lingkungan. Pertamina memang memiliki SPBU yang sangat banyak di tanah air. Namun, bagaimana bisa disukai kalau SPBU nya kotor, penjaganya tidak ramah, bahkan melakukan kecurangan dengan tidak me-nol-kan alat pengukur volume bensin.

Sertifikat Pasti Pas!

Tapi itu dulu. Saat ini, pasti kita semua sudah sering dengar sertifikat “Pasti Pas”. Tak hanya itu, operator SPBU pun dilatih dan kualifikasinya ditingkatkan. Tak heran, baju dekil dan muka judes yang dulu menyambut kita di SPBU Pertamina kini sudah berganti dengan seragam bersih dan petugas ramah yang berkata, ”Dari nol ya mbak…”. Daerah SPBU pun sudah tak kotor lagi. Tak jarang area SPBU dilengkapi juga dengan masjid, supermarket, dan restoran.

Bukan hanya citra, masih banyak lagi yang Pertamina lakukan dalam bertransformasi. Kinerja Pertamina Tahun 2008 (prognosis):

1. Total pendapatan sebesar Rp 540 Triliun
2. Laba sebelum pajak sebesar Rp 50 Triliun
3. Laba bersih sebesar Rp 30 Triliun
4. Volume lifting minyak sebesar 35,9 juta Barrel
5. Produksi minyak 156.000 barrel per hari
6. Realisasi investasi sebesar Rp 17 Triliun
7. Harga minyak Indonesia sebesar 101 dollar AS per barrel

Tapi jangan bangga dulu. Sayangnya, walaupun sudah banyak melakukan perubahan, toh Pertamina masih kalah saing dengan perusahaan minyak nasional negara lain. Faktanya, saat ini Petronas sudah masuk peringkat 500 perusahaan terbaik versi Majalah Fortune, menempati posisi ke-97. Sementara, Pertamina tidak termasuk di dalamnya. Tentang perkembangan Pertamina, sang dirut lama dulu punya alibi, “Bisa dibayangkan, profit kami Rp 19 triliun, tapi harus disetorkan ke pemerintah sebesar Rp 11,9 triliun. Jadi, bagaimana kami bisa berkembang?”.

Bukan hanya kalah saing, tahun 2009 ini pun dibuka Pertamina dengan buruk. Tangki Nomor 24 Depo Pertamina Plumpang yang bermuatan 2.900 kiloliter BBM tiba-tiba meledak akibat gelas pengukur bensin atau ken bergesekan dengan slot ukur tangki. Ledakan ini menimbulkan kerugian sebesar US$ 1 miliar. Siapa yang paling bertanggung jawab? Sayangnya, pengusutan kasus ini pun belum tuntas hingga sekarang.

Buntutnya, entah karena masalah kebakaran Plumpang tersebut, masalah kelangkaan LPG sebelumnya, atau masalah lain, awal bulan lalu Direktur Utama Pertamina diganti. Padahal, direktur sebelumnya, Ari Soemarno, belum sampai 3 tahun menjabat. Singkat sekali masa jabatannya. Seharusnya, untuk perusahaan sekelas Pertamina, 3 tahun masa jabatan masih belum cukup. Beberapa pihak menilai ada unsur politis di balik penggantian tersebut. Apalagi penggantian itu terkesan tiba-tiba dan pada waktu yang dekat pemilu.

Yah.. apapun pemicunya, yang jelas, transformasi Pertamina masih belum selesai. Walaupun terhambat pergantian direksi, masih banyak tugas Pertamina ke depan. Visi jangka panjangnya pun sangat tinggi, yaitu 15 tahun ke depan Pertamina akan menjadi perusahaan minyak dan gas yang terintegrasi dan terkemuka di tingkat regional. Semoga saja acara pergantian jabatan awal bulan lalu tidak menghambat Pertamina yang ”On The Move”.

Referensi: Kompas, SWA

Sludge Oil

Dua bulan lalu, perairan Batam kedatangan tamu tak dikenal. Kapal tanker asing berbendera San Lorenzo, MT Seraya, berupaya mencurahkan sebanyak 6 ton sludge oil sisa daur ulang ke laut. Mereka membawa limbah tersebut tanpa dokumen lengkap. Perairan Batam memang berulang kali menjadi tempat pembuangan limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) dari kapal, terutama kapal-kapal asing. Kasus pencemaran akibat oil sludge seperti ini juga pernah terjadi di Tarakan (Kalimantan Timur), Riau, Sorong (Papua), dan terakhir di Indramayu.

plasma

Tentu saja para pembuang limbah itu belum tahu tentang teknologi plasma. Teknologi plasma banyak diterapkan sebagai teknik pengolahan limbah, salah satunya limbah oil sludge. Oil sludge adalah endapan sedimentasi pada dasar tangki penyimpanan akibat oksidasi proses yang dipicu oleh kontak antara minyak, udara dan air. Oil sludge terdiri dari minyak (hidrokarbon), air, abu, karat tangki, pasir, dan bahan kimia lainnya.

Oil sludge dapat diolah lewat plasma suhu tinggi (thermal plasma). Thermal plasma adalah gas yang terionisasi dengan suhu tinggi diatas 10.000 û. Thermal plasma dapat dibuat dengan electric arc, yang terbentuk diantara dua elektroda, dalam sebuah alat yang disebut plasma torch. Dengan memasukkan gas seperti udara, argon, nitrogen, steam dan sebagainya ke dalam plasma torch, atom atau molekul gas akan bertumbukan dengan elektron yang terbentuk dalam electric arc. Hasil dari proses ini adalah panas dan gas terionisasi yang akan memproduksi thermal plasma jet dengan temperatur yang sangat tinggi. Plasma yang dihasilkan oleh plasma torch ini dipergunakan untuk menguapkan senyawa organik (hidrokarbon) yang terkandung dalam oil sludge. Senyawa organik yang menguap dapat dibentuk kembali dalam bentuk minyak, dan dapat dimanfaatkan.

Energi yang diperlukan dalam proses dibentuk dalam plasma torch. Gas yang dipergunakan dalam torch adalah argon atau nitrogen. Gas organik yang yang terbentuk dalam reaktor bersamaan dengan gas argon atau nitrogen kemudian dimasukkan ke dalam kondensor, untuk mengubah uap gas tadi menjadi cairan. Setelah melalui pendinginan dalam kondensor cairan yang terbentuk dari gas organik tadi adalah light oil yang 100% dapat dipergunakan kembali. Gas argon atau nitrogen sendiri dapat dipergunakan kembali dalam reaktor proses.

Normal operasi temperatur yang dipergunakan dalam proses ini adalah sekitar 800 hingga 1200 derajat Celcius. Kondisi dalam reaktor proses dikondisikan sedemikian rupa agar tidak terjadi proses oksidasi pada material hidrokarbon dan dapat mendukung proses pembentukan minyak pada kondensator. Residu yang dihasilkan dari proses ini akan bebas dari kandungan hidrokarbon, dan siap untuk dibuang ke TPA dengan aman.

Apabila pada oil sludge terkandung logam berat seperti timbal, proses lanjutan dengan plasma dapat dilakukan untuk mendaur ulang logam tersebut. Beberapa kelebihan dari pemanfaatan proses ini adalah energi efisiensinya dapat mencapai 80%. Hal ini jauh lebih tinggi dibandingkan pada proses yang menggunakan gas atau bahan bakar minyak lain yang hanya dapat mencapai 20%. Plasma proses akan lebih efektif jika diaplikasikan pada limbah oil sludge yang memiliki kandungan hydrocarbon di atas 10%. Selanjutnya, kandungan hydrocarbon pada residu yang dihasilkan berkisar dibawah 0.01% dari total hidrokarbon. Dengan penerapan plasma proses , maka limbah oil sludge dapat didaur ulang sehingga dapat menjadikan nilai tambah bagi industri perminyakan nasional.

Referensi: http://indeni.org/
Gambar: http://www.flickr.com/photos/25160595@N06/2374362016/
http://www.flickr.com/photos/miedo/62138622/

Sayangnya, tak mudah mengambil gas yang terkandung di Natuna D-Alpha. Alasannya, sebagian besar kolam itu berisi gas CO2. Dari 6,28 triliun m3 volume total gas yang ada disana, 71% merupakan gas CO2. Sisanya, 28% gas alam (metana dan hidrokarbon berat), 0.5% belerang, dan 0.5% nitrogen. Jika diambil dengan metode konvensional, gas CO2 akan langsung lepas ke atmosfer. Padahal, kandungan gas CO2 di Natuna D-Alpha merupakan kumpulan CO2 terbesar di dunia. Jika gas ini terlepas ke udara, emisi CO2 tahunan Indonesia akan meningkat 50 persen. Dalam 30 tahun, total CO2 dari ladang ini dapat menaikkan konsentrasi CO2 dunia 4,3 part per million atau lebih dari satu persen.

Dalam proses pengelolaan Blok D-Alpha nanti, tentunya akan banyak tantangan yang harus dihadapi. Pertama, tantangan teknologi, yaitu penghilangan, pembuangan, dan penyimpanan karbon dioksida karena CO2 tidak bisa dibuang sembarangan. Selain teknologi, lokasi di laut lepas dengan kedalaman 300-400 meter membutuhkan fasilitas yang lengkap. Jika sudah terealisasi, daerah ini nantinya akan menjadi anjungan lepas pantai terbesar di dunia. Tantangan lainnya adalah investasi. Perlakuan khusus akibat timbunan CO2 dan masalah lainnya menyebabkan investasi di blok ini lebih tinggi daripada ladang gas lain. Nilai investasinya diperkirakan US$ 52 miliar, delapan kali lebih besar daripada ladang gas Tangguh di Papua. Namun, sebagai imbalannya, sekitar US$ 6.2 miliar per tahun akan disumbangkan oleh ladang gas ini, jika harga gas pada kisaran US$ 10/MMBTU dan share pemerintah 45% di luar cost recovery dan insentif.

Pemerintah sebelumnya menunjuk ExxonMobil sebagai pengelola utama. Dalam kontrak lama, Exxon menguasai 76 persen saham dan Pertamina 24 persen. Namun, sejak tahun 2005, perjanjian itu telah putus. Blok Natuna secara resmi diserahkan pemerintah ke Pertamina pada 19 Februari 2008. Penunjukan Pertamina itu mengakhiri ketidakpastian selama tiga tahun tentang siapa pengelola blok di Kepulauan Natuna tersebut. Akhirnya, WoodMcKenzie, sebuah perusahaan konsultan, diminta Pertamina mencari pasangan untuk menggarap Natuna Blok D-Alpha pada Juli 2008 lalu. Hingga saat ini, proses seleksi calon mitra Pertamina di Natuna masih berlangsung. Dari seleksi tahap pertama, ada delapan perusahaan yang dinilai layak, yakni ExxonMobil, Shell, Chevron, Total, Statoil, Eni, CNPC, dan Petronas. Selain itu, Pertamina telah menyatakan hanya akan mengambil maksimal 40 persen porsi kepemilikan di Blok Natuna D-Alpha.

Referensi: http://majalah.tempointeraktif.com/, http://www.kompas.com/
Gambar: http://www.flickr.com/photos/paulkeithphoto/1172313562/

Bahan yang Mengandung Lignoselulosa

Indonesia sebagai negara yang memiliki beragam kekayaan alam terbarukan sangat berpotensi menghasilkan bioenergi. Namun, dalam pengembangannya, bahan bakar hayati yang dihasilkan menggunakan banyak biomassa yang dapat digunakan sebagai bahan pangan. Bioetanol, misalnya, masih dibuat dari bahan berpati dan bergula yang merupakan bahan pangan. Hal ini akan berdampak buruk bagi penyediaan pangan. Jika BBN terus menerus dibuat dari bahan pangan, akan terjadi persaingan frontal antara penyediaan pangan dan energi.

Untuk menghindari persaingan tersebut, telah dikembangkan teknologi Bahan Bakar Nabati (BBN) generasi kedua. Teknologi BBN generasi kedua adalah teknologi yang mampu memproduksi BBN, seperti biodiesel atau bioetanol, dari bahan lignoselulosa. Jika kita membudidayakan tanaman apapun, termasuk tanaman pangan (untuk menghasilkan gula, pati, minyak-lemak, dan sebagainya), bahan yang diproduksi terbesar oleh tanaman adalah lignoselulosa. Jika hasil-hasil pertanian dan perkebunan dipanen, bahan lignoselulosa akan tertinggal sebagai limbah pertanian atau sisa penggunaan tanaman dan biasanya kurang termanfaatkan. Hal ini menyebabkan lignoselulosa berpotensi digunakan sebagai bahan mentah produksi BBN.

Lignoselulosa mengandung tiga komponen penyusun utama, yaitu selulosa (30-50%-berat), hemiselulosa (15-35%-berat), dan lignin (13-30%-berat). Salah satu BBN yang dapat dihasilkan dari lignoselulosa adalah bioetanol generasi kedua. Proses konversi lignoselulosa menjadi bioetanol terjadi melalui tiga tahap dasar, yaitu:
1. Pengolahan awal atau delignifikasi, agar selulosa dapat dicapai oleh enzim selulase dan air,
2. Hidrolisis dengan enzim khusus, dan
3. Fermentasi menjadi etanol.

Skema ideal pemanfaatan bahan lignoselulosa untuk memproduksi bioetanol

Selulosa dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan bantuan enzim selulase atau, tetapi umumnya tak dipilih, dengan bantuan asam. Hemiselulosa dapat dihidrolisis menjadi pentosa (terutama xilosa) dan heksosa (minor) dengan bantuan asam encer atau enzim hemiselulase.

Glukosa dan heksosa lain dapat difermentasi menjadi etanol oleh ragi Saccharomyces cerevisiae dengan reaksi :

C6H12O6 –>2 C2H5OH + 2 CO2

Xilosa dan pentosa lain dapat difermentasi menjadi etanol oleh ragi yang sesuai (seperti Pichia stipitis) dengan mekanisme reaksi :

3 C5H10O5 –> 5 C2H5OH + 5 CO2

atau dikonversi menjadi produk lain (xilitol, furfural, dan lain-lain).

Skema lain pemanfaatan bahan lignoselulosa untuk memproduksi bioetanol

Teknologi bioetanol generasi kedua sedang intensif dikembangkan, terutama oleh Amerika Serikat. Pabrik-pabrik demonstrasi juga sudah dan sedang didirikan di berbagai lokasi di Amerika Utara (antara lain oleh Celunol Corp dengan kapasitas 200 ribu m3/tahun di Louisiana).

Pabrik BBN (generasi kedua) ini tak mungkin berskala amat besar (seperti kilang minyak bumi) karena akan terkendala biaya pengumpulan bahan mentah. Namun, kombinasi kedahsyatan biodiversitas, ketersediaan lahan dan juga tenaga kerja membuat Indonesia berpotensi menjadi salah satu sentra produksi BBN dunia.

Referensi:
Slide Kuliah Teknologi Kemurgi oleh Dr. Tatang Hernas Soerawidjaja

Eco-Laptop

Isu global warming kian merebak beberapa tahun terakhir. Namun, isu itu tak melulu direspon negatif. Para penemu justru termotivasi untuk membuat berbagai penemuan baru yang ramah lingkungan ataupun dapat menghadapi efek global warming. Sebut saja beberapa teknologi ramah lingkungan terbaru seperti mobil bertenaga udara tanpa polusi, mesin pencuci pakaian yang menggunakan kurang dari 2 persen air dan energi (Xeros), serta eco-laptop, notebook dengan bambu sebagai cover-nya, plastik yang dapat didaur ulang sebagai elemennya, tanpa cat dan elektroplating.

Arsitek dari Belgia, Vincent Callebaut, juga tak mau ketinggalan. Ia mengajukan terobosan baru untuk menghadapi masalah kenaikan permukaan air laut. Kenaikan tersebut disebabkan oleh mencairnya sumber es raksasa di Benua Antartika dan Greenland serta kumpulan gletser yang ada di berbagai daerah. Menurut ramalan GIEC (Intergovernmental Group on the Evolution of the Climate), permukaan air laut sudah naik 20 – 90 cm pada abad 21 dengan nilai rata-rata 50 cm (pada abad 20, nilai rata-rata sebesar 10 cm). Para ilmuwan dunia memperkirakan bahwa kenaikan temperatur sebesar 1°C akan menyebabkan peningkatan ketinggian permukan air laut sebesar 1 meter. Peningkatan tersebut akan menenggelamkan daratan sekitar 0.05% di Uruguay, 1% di Mesir, 6% di Belanda, 17.5% di Bangladesh dan 80% di Kepulauan Marshall dan Kiribati hingga Kepulauan Maladewa. Hal ini akan mempengaruhi lebih dari 50 juta orang yang ada di negara berkembang. Daratan yang tidak tenggelam akan memiliki tingkat pencemaran keasinan air laut yang tinggi sehingga akan merusak ekosistem lokal. Akibatnya, kota-kota seperti New York, Bombay, Calcutta, Hô Chi Minh City, Shanghai, Miami, Lagos, Abidjan, Djakarta, dan Alexandria akan menghasilkan lebih dari 250 juta pengungsi.

Solusi yang ditawarkan oleh Vincent Callebaut adalah Lilypad, kota terapung yang merupakan prototipe kota amfibi dengan sebagian daerah akuatik dan sebagian lagi daerah daratan. Kota ini mampu mengakomodasi 50.000 penduduk dan dapat menghidupi dirinya sendiri. Lilypad dapat mengembangkan flora dan faunanya di sekitar danau yang dapat menampung dan menjernihkan air hujan. Kota ini didesain dengan 3 marina dan 3 gunung yang didedikasikan untuk perkantoran, pertokoan, dan tempat hiburan. Seluruh daerah ditutupi oleh perumahan dan taman serta jalan dan gang dengan outline organik. Dengan adanya kota ini, diharapkan dapat tercipta hubungan yang harmonis antara manusia dan alam serta dapat mendalami mode baru untuk tinggal di laut dengan bangunan yang yang dapat bergerak.

Lilypad

Struktur mengapung Lilypad diinspirasi oleh daun lili yang diperbesar 250 kali. Kulitnya yang tebal terbuat dari serat polyester yang dilapisi dengan titanium oksida seperti anatase sehingga dapat mengabsorbsi polusi atmosfer dengan efek fotokatalitik. Lilypad dapat mengatasi 4 masalah utama manusia menurut OECD pada Maret 2008, yaitu iklim, biodiversitas, air, dan kesehatan. Kota ini mencapai neraca energi yang positif tanpa emisi karbon dengan integrasi energi terbarukan (solar, energi panas dan fotovoltaik, energi angin, hidraulik, energi osmotic dan biomassa) sehingga menghasilkan energi lebih banyak dari yang terkonsumsi. Ecopolis terapung ini juga dapat menghasilkan dan melunakkan oksigen dan listrik sendiri dengan mendaur ulang karbon dioksida dan limbahnya, dan menjernihkan serta melunakkan air yang sudah terpakai.

Referensi:
http://vincent.callebaut.org

Skema Alat Direct Methanol Fuel Cell

Pernah mengalami masalah dengan baterai laptop yang tiba-tiba habis saat presentasi tetapi tak membawa charger? Masalah dengan handphone yang tiba-tiba mati karena baterainya habis saat sedang melakukan panggilan penting di luar ruangan? Kondisi-kondisi tersebut tidak memungkinkan kita menghubungkan charger untuk mengisi kembali baterai yang habis. Namun, jangan khawatir, teknologi baru Direct Methanol Fuel Cell dapat mengisi kembali energi pada alat-alat tersebut tanpa bantuan charger baterai. Hanya perlu masukkan metanol, gadget Anda pun dapat dinikmati kembali.

Penggunaan metanol sebagai sumber energi utama memiliki beberapa keuntungan dibandingkan hidrogen murni. Salah satu hal yang paling signifikan adalah metanol berwujud cair dari -97.0 °C hingga 64.7 °C sehingga tidak membutuhkan tekanan tinggi atau temperatur rendah pada penyimpanannya. Sebaliknya, gas hidrogen, agar dapat digunakan secara efektif, harus berbentuk gas bertekanan tinggi ataupun supercooled liquid sehingga harus disimpan dalam tangki bertekanan tinggi.

DMFC dapat menghasilkan energi dengan langkah-langkah berikut:

1. Penyediaan Sumber energi
   Untuk dapat menghasilkan energi pada sel tunam DMFC, diperlukan campuran metanol dan air. Larutan metanol ini dimasukkan ke dalam sisi anoda.
2. Pemisahan menjadi proton dan elektron
   Metanol dioksidasi pada lapisan katalis, umumnya mengandung platinum, untuk membentuk karbon dioksida. Air terkonsumsi pada reaksi dengan metanol di anoda yang menghasilkan karbon dioksida, proton (H+) dan elektron (e-). Kebutuhan air yang terkonsumsi di sisi anoda ini, metanol murni tidak dapat digunakan sebagai penghasil energi.
3. Pembangkitan energi
   Ion positif hidrogen selanjutnya bergerak melewati membran penukar proton dan elektron (e-) akan bergerak dari anoda ke katoda melalui sirkuit luar untuk membentuk arus listrik. Arus ini dapat digunakan untuk menyalakan lampu, telepon genggam, dan lain-lain. Arus ini selanjutnya kembali ke katoda sel tunam.
4. Reaksi dengan oksigen menghasilkan air
   Proton (H+) dan elektron (e-) bereaksi dengan oksigen dari udara pada katoda sehingga menghasilkan molekul air.
   Reaksi yang terjadi adalah: Anoda: CH3OH + H2O –> CO2 + 6H+ + 6e
   Katoda: (3/2)O2 + 6H+ + 6e- –> 3H2O
   Reaksi keseluruhan: CH3OH + (3/2)O2 –> CO2 + 2H2O

Walaupun memiliki densitas energi yang relatif tinggi, efisiensi DMFC rendah karena tingginya penyerapan metanol pada material membran yang digunakan, biasanya dikenal dengan methanol crossover. Hasilnya, efisiensi DMFC hanya mendekati 40%. Namun, salah satu material membran baru (polymer electrolyte thin film) telah digunakan untuk mengurangi masalah tersebut. Masalah lain pada DMFC yaitu pengelolaan karbon dioksida yang terbentuk di anoda.

Direct Methanol Fuel Cell

DMFC saat ini terbatas pada energi yang dapat dihasilkan, namun dapat menyimpan energi besar pada ruang yang kecil. Hal ini berarti DMFC dapat menghasilkan energi dalam jumlah kecil dalam waktu yang lama. Hal ini menyebabkan sel tunam tipe ini merupakan salah satu kandidat penggati teknologi baterai ion litium dan ideal digunakan untuk barang-barang seperti telepon genggam, kamera digital atau laptop. Dibandingkan baterai ion litium yang berukuran sama, DMFC komersial memiliki waktu operasi yang lebih lama. DMFC dapat memproduksi energi secara kontinu selama ada sumber energi. Tanpa perlu mengisi ulang sumber energi yang digunakan, pengguna DMFC hanya perlu memasukkan cartridge metanol yang baru untuk melanjutkan penggunaan energi.

Walaupun memiliki berbagai keuntungan daripada hidrogen murni, penggunaan metanol sebagai bahan sel tunam membutuhkan perhatian panting karena akibatnya pada tubuh manusia. Metanol dapat masuk ke tubuh manusia melalui pernafasan dan adsorbsi melalui kulit. Namun, International Civil Aviation Organization’s (ICAO) Dangerous Goods Panel (DGP) pada November 2005 memperbolehkan penumpang membawa dan menggunakan sel tunam mikro dan cartridge metanol saat berada di dalam pesawat untuk memberi energi pada laptop dan barang elektronik lainnya. Pada 24 September 2007, Departemen Transportasi US membicarakan rencana peraturan untuk memperbolehkan penumpang pesawat udara membawa cartridge sel tunam. Departemen Transportasi membicarakan peraturan akhir pada 30 April 2008, memperbolehkan penumpang dan kru untuk membawa sel tunam yang disetujui dengan cartridge metanol hingga dua cartridge cadangan tambahan.

Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) adalah salah satu jenis sel tunam (fuel cell) yang menggunakan Proton Exchange Membrane (PEM) dengan menggunakan metanol yang langsung diumpankan ke dalamnya. Karena metanol dan air diumpankan secara langsung ke dalam sel tunam, DMFC tidak memerlukan proses steam reforming. Hal ini menyebabkan DMFC berbeda dengan Reformed Methanol Fuel Cell (RMFC) yang juga menggunakan metanol sebagai sumber energinya. DMFC ini selanjutnya akan menghasilkan listrik dari reaksi kimia yang melibatkan metanol, air, dan udara dan menghasilkan sejumlah air dan karbon dioksida.

Referensi:
http://www.fuelcellsforpower.com/Direct-Methanol-Fuel-Cells.html
http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Direct-methanol_fuel_cell

Hydrogen Fuel Cell

Fuel cell atau sel tunam adalah sel elektrokimia yang secara sinambung mengkonversi energi kimia suatu bahan bakar dan suatu oksidator menjadi energi listrik dengan proses yang melibatkan sistem elektroda–elektrolit. Fuel cell merupakan suatu bentuk teknologi sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk mendapatkan energinya kembali. Kebutuhan bahan bakar fuel cell bergantung pada jenis elektrolit yang digunakan. Beberapa sel tunam, dengan oksigen dan hidrogen sebagai bahan bakarnya, membutuhkan hidrogen yang murni. Pemenuhan kebutuhan bahan bakar hidrogen murni ini semakin mengalami perkembangan, salah satunya dengan penggunaan reformer metanol.

Reaktor Membran untuk Reforming Metanol

Reaktor membran adalah sistem reaktor baru yang mengkombinasikan pemisahan dengan membran dan reaksi kimia. Reaktor membran memiliki dua tipe, yaitu reaktor membran packed-bed dan reaktor membran katalitik. Reaktor membran dengan katalis packed-bed memiliki area pemisahan yang terpisah dari area reaksi, sedangkan pada reaktor membran katalitik, reaksi dan pemisahan terjadi secara simultan. Membran dalam reaktor ini merupakan penghalang yang hanya dapat melewatkan komponen tertentu. Selektivitas pada membran ini dikontrol oleh ukuran diameter pori membran.

Membran Reaktor

Pada reaktor membran, kombinasi reaksi dan pemisahan dilakukan untuk meningkatkan konversi. Salah satu produk hasil reaksi dipisahkan dari reaktor melalui membran. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan reaksi bergerak ke kanan (menurut Prinsip Le Chatelier), sehingga produk yang dihasilkan semakin banyak.

Membran reaktor banyak digunakan pada reaksi dehidrogenasi (misalnya reaksi dehidrogenasi etana). Pada reaksi ini, hanya salah satu produk, yaitu hidrogen, yang cukup kecil sehingga dapat melewati membran. Hasilnya, desain yang lebih padat dan konversi yang semakin tinggi membuat reaktor tipe ini menunjukkan proses yang lebih efisien. Pemisahan produk akan meningkatkan waktu tinggal untuk volume reaktor yang digunakan sehingga membawa reaksi yang terbatas pada kesetimbangan semakin mendekati penyelesaian reaksi.

Keuntungan yang lebih jauh lagi, reaktor membran dapat meningkatkan rentang temperatur dan tekanan yang diperbolehkan untuk reaksi. Reaktor membran secara fundamental mengubah ketergantungan konversi reaksi dekomposisi fasa gas terhadap tekanan sehingga reaksi lebih disukai jika dilakukan pada tekanan tinggi daripada tekanan rendah. Kondisi tekanan tinggi akan membutuhkan ukuran reaktor yang lebih kecil dan pemurnian yang lebih efisien. Reaktor membran juga berguna bagi reaksi endotermik dan eksotermik yang berurut, dengan menggunakan ekstraksi produk untuk meningkatkan perpindahan panas. Hasilnya adalah reaktor yang lebih kecil, biaya yang lebih rendah, dan reaksi samping yang lebih sedikit.

Salah satu penerapan reaktor membran adalah reaksi reforming metanol yang dapat digunakan sebagai sumber hidrogen untuk fuel cell. Reaksi yang terjadi adalah:

CH₃OH + H₂O –>3H₂ + CO₂ (1)

Reaksi ini dapat dimodelkan oleh dua tahap reaksi: reaksi perengkahan endotermik irreversible, dimana satu mol metanol dikonversi menjadi tiga mol produk:

CH₃OH –>2H₂ + CO (2)

dan diikuti oleh water gas shift reaction,

CO + H₂O –> H₂ + CO₂ (3)

yang merupakan reaksi eksotermik dan terbatas pada kesetimbangan.

Kedua reaksi ini biasanya dilakukan pada reaktor aliran sumbat menggunakan katalis tembaga-seng oksida dan diikuti oleh reaksi pemurnian, yaitu oksidasi parsial untuk memisahkan CO yang tak bereaksi. Tanpa reaktor membran, persyaratan kondisi pemanasan dan tekanan pada proses ini menjadi sulit, karena memerlukan reaktor yang besar dan daerah pemanasan yang signifikan. Jika mungkin, reaksi 2 akan berlangsung pada tekanan dan temperatur tinggi untuk mempercepat reaksi dan meningkatkan penggunaan katalis. Selain itu, karena reaksi ini sangat endotermik, temperatur yang digunakan harus sangat tinggi dan panas harus diberikan sepanjang reaktor.

Reaktor Membran untuk Konversi Methanol

Secara kontras, temperatur dan tekanan yang rendah justru dibutuhkan untuk menjalankan reaksi 3 karena reaksi ini bersifat eksotermik. Panas harus dihilangkan antara tahap ini dan tahap akhir, atau di sepanjang reaktor pada bagian reaksi ini. Reaksi seperti ini umumnya menggunakan pemanas internal untuk reaksi 2 dan tiga alat penukar panas eksternal yang memanaskan umpan dan menghasilkan pendinginan antar tahap pada reaksi 3. Tekanan rendah yang digunakan untuk menjalankan reaksi 3 menyebabkan kedua reaksi harus dilaksanakan pada tekanan rendah, di bawah 100 psi. Akibatnya, reaktor yang digunakan menjadi lebih besar daripada reaktor pada kondisi tekanan tinggi. Secara otomatis, biaya peralatan pun meningkat.

Salah satu reaktor membran yang sedang diteliti untuk digunakan pada reaksi konversi metanol ditunjukkan oleh gambar di samping kanan ini. Metanol dan air masuk melalui bagian bawah annulus luar dan diuapkan menggunakan panas yang didapat dari pendinginan produk hidrogen dan shift reaction. Uap ini akan bergerak ke bagian atas. Pemanasan lebih lanjut pada reformer dilakukan dengan pembakaran gas rafinat.

Beberapa inci pertama dalam reaktor tersebut merupakan area dekomposisi, yaitu area saat metanol dikonversi menjadi CO dan H₂ dengan reaksi 2. Reaksi ini diikuti oleh daerah tempat terjadinya reaksi water-gas shift. Seperti yang sudah disebutkan, pemisahan hidrogen membantu melaksanakan reaksi pada tekanan tinggi dengan menjaga tekanan parsial hidrogen di bawah tekanan parsial karbon monoksida dan air. Pembakaran gas buangan juga meningkatkan efisiensi keseluruhan saat memisahkan sisa CO. Dengan membran yang sesuai, unit ini akan menghasilkan hidrogen yang lebih murni daripada hidrogen yang dihasilkan oleh oksidasi parsial.

Sumber:
1. Robert Buxbaum: Membrane Reactors, Fundamental and Commercial Advantages, e.g For Methanol Reforming.
2. Tatang H. Soerawidjaja: Slide kuliah Sel Tunam
3. http://www.engin.umich.edu