CO2 dibutuhkan dalam jumlah kecil untuk siklus karbon di alam, seperti yang kita ketahui tumbuhan membutuhkan CO2 untuk proses fotosintesis. Tapi, CO2 dalam jumlah besar juga dimanfaatkan di dalam industri kimia. Beberapa aplikasi gas CO2 antara lain :

1. Minuman berkarbonasi
2. Proses pembuatan urea
3. Produksi etanol
4. Fire extinguisher
5. Dry ice
6. Supercritical carbon dioxide

Gas CO2 dalam jumlah besar dapat ditemukan pada gas buang yang dihasilkan dari peralatan industri seperti steam generator, furnace, blast furnace pada industri besi dan baja, rotary kiln pada industri semen, dan lain sebagainya. Secara prinsip, berbagai cara dapat digunakan untuk pemisahan CO2. Pemilihan metoda yang cocok tergantung pada beberapa parameter, seperti konsentrasi CO2 di aliran umpan, sifat alami komponen umpan, tekanan dan temperatur. Pemilihan proses pemisahan CO2 dapat dilihat pada gambar dibawah.

Berdasarkan diagram tersebut, proses yang paling banyak digunakan untuk pemisahan CO2 adalah absorpsi cairan. Absorben yang digunakan harus mempunyai kapasitas yang besar terhadap CO2 dan harus bisa diregenerasi.

Membran Kontaktor untuk Pemisahan CO2

Membran Kontaktor versus Kontaktor Gas/Cair
Secara umum proses absorpsi dilakukan menggunakan kontaktor gas-cair. Perpindahan massa kontaktor gas-cair diperoleh dengan kontak langsung dan dispersi satu fasa ke fasa yang lainnya. Kontaktor industri diklasifikasikan ke dalam tiga kategori tergantung pada fasa terdispersinya.

1. Kontaktor dimana cairan mengalir sebagai film tipis (contoh: packed column, disc contactors, dll).
2. Kontaktor dimana gas didispersikan ke dalam fasa cairan (contoh: plate column, bubble column, mechanically agitated contactors, dll).
3. Kontaktor dimana cairan didispersikan ke dalam fasa gas (contoh: spray column, venturi scrubbers, dll).

Sayangnya kontaktor konvensional ini memiliki beberapa kekurangan, antara lain: konsumsi energi yang besar, susah dioperasikan karena seringnya muncul masalah seperti flooding, foaming, channeling, dan entrainment. Keterbatasan teknologi ini menyebabkan proses menjadi kurang efisien dan biaya yang mahal.

Membran Hollow Fiber

Teknologi alternatif yang tepat untuk menggantikan proses kontaktor konvensional adalah membran kontaktor hollow fiber. Sekarang pertanyaannya ialah, mengapa demikian? Untuk menjawab hal tersebut, marilah kita meninjau beberapa keuntungan membran kontaktor dibandingkan dengan kontaktor konvensional, antara lain:

1. Kontak bersifat non-dispersif sehingga tidak mungkin terjadi flooding dan entrainment
2. Laju alir gas dan cairan lebih rendah dari kontaktor konvensional dan dapat bervariasi secara bebas
3. Luas permukaan kontak yang sangat besar, yaitu 500-1500 m2/m3. Luas ini jauh lebih besar dari pada luas permukaan kontaktor konvensional yaitu 100-250 m2/m3
4. Hold up pelarutnya rendah, sangat atraktif untuk pelarut yang mahal
5. Scale-up dapat dilakukan dengan mudah

Keuntungan yang diberikan oleh membran kontaktor menyebabkan ukuran kontaktor menjadi jauh lebih kecil daripada kontaktor konvesional.

Kontak Non-Dispersif pada Membran Kontaktor

Membran Kontaktor Hollow fiber
Aplikasi membran ini menggunakan modul hollow fiber. Apakah hollow fiber itu sebenarnya? Hollow fiber dapat diartikan sebagai membran kapiler yang terdiri dari bagian tube dan shell, persis seperti heat exchanger. Pada membran kontaktor, absorben mengalir didalam tube sedangkan aliran gas akan mengalir di bagian shell atau bisa juga sebaliknya. Jenis membran yang digunakan bisa berupa membran porous maupun membran non-porous. Pada membran non-porous, membran berfungsi sebagai batas antara fasa gas dan fasa liquid. Sedangkan pada membran porous, terjadi proses selektif dan perpindahan partikel yang terkontrol dari fasa gas ke fasa cairan. Akan tetapi, membran porous menyebabkan transfer perpindahan massa dari gas ke cairan menjadi kecil akibat tahanan dari membran. Sehingga,membran porous lebih disukai pada aplikasi membran kontaktor.

Seperti yang dijelakan di atas, pada membran kontaktor terjadi kontak non-dispersif, yang artinya tidak terjadi kontak secara langsung antara absorben dan gas. Permukaan (interface) fluida/fluida terbentuk pada mulut pori membran, dan perpindahan massa akan terjadi melalui difusi pada permukaan fluida di dalam pori membran. Berbeda dengan jenis membran reverse osmosis ataupun nanofiltrasi yang menggunakan tekanan sebagai gaya dorong karena pada membran kontaktor gaya dorong yang digunakan adalah perbedaan konsentrasi. CO2 akan berpindah dari gas yang memiliki konsentrasi CO2 tinggi menuju cairan absorben yang memiliki konsentrasi CO2 rendah.

Perpindahan Massa dan Modelling pada Membran Kontaktor Gas/Cair

Perpindahan massa suatu komponen dari fasa gas ke dalam cairan yang mengalir di dalam membran hollow fiber terdiri dari tiga tahap, yaitu difusi solute dari fasa bulk gas ke permukaan membran, difusi melalui pori membran ke permukaan cairan, dan difusi dari permukaan cairan ke fasa bulk cairan. Koefisien perpindahan massa overall tergantung pada resisten perpindahan massa individual, untuk fasa gas (1/kg), membran (1/km), fasa cairan (1/mkLE) dengan persamaan sebagai berikut [Kreulen et al]:

E adalah enhancement factor yang menunjukkan peningkatan laju absorpsi karena reaksi kimia dan m adalah kelarutan fisik komponen gas di dalam cairan absorben. Sedangkan g ialah koefisien perpindahan massa berhubungan dengan hidrodinamik.

Target dalam proses membran kontaktor adalah terjadinya perpindahan massa yang besar dari aliran gas menuju cairan absorben. Permasalahan utama yang muncul pada membran absorber adalah wetting.

(a) Membran kontaktor gas/cair non-wetted ; (b) Membran kontaktor gas/cair wetted

Peristiwa wetting disebabkan karena masuknya cairan absorben ke dalam pori membran yang menyebabkan terjadi peningkatan hambatan pada peristiwa perpindahan CO2 menuju cairan absorben sehingga terjadi penurunan koefisien perpindahan massa secara siginifikan. Untuk membran berpori, tekanan minimum dibutuhkan oleh cairan untuk melakukan penetrasi ke dalam pori. Tekanan ini disebut tekanan breakthrough dan untuk menghidari wetting, tekanan cairan harus berada di bawah tekanan breakthrough. Selain itu, ada faktor lain yang harus diperhatikan seperti ukuran pori membran, dan sifat material dari membran.

SEM. Hollow Fiber in Detail. OD=0.6 mm

Aplikasi Komersial Membran Kontaktor

Beberapa perusahaan yang telah menggunakan membran kontaktor gas/cair untuk pemisahan CO2 secara komersial:

• Kvaerner Oil & Gas and W.L. Gore & Associates GmbH mengembangkan membran gas absorpsi untuk pemisahan gas asam dari gas alam dan gas buang dari turbin gas offshore. Pada proses ini, membran hollow fiber PTFE digunakan dengan pelarut fisik (Morphysorb) dan kimia (alkanolamine)
• TNO Environment Energy and Process Innovation (Belanda) telah mengembangkan proses MGA untuk pemisahan CO2 dari gas buang menggunakan membran PP hollow fiber. Pelarut yang digunakan disebut CORAL yang merupakan campuran garam dan asam amino.

Saat ini, teknologi membran kontaktor bergerak ke arah pemakaian dual hollow fiber membrane untuk proses absorsi dan desorpsi secara simultan. Saat ini, pemakaian membran kontaktor hanya digunakan pada proses absorpsi, sedangkan proses regenerasi dilakukan dengan menggunakan temperatur tinggi untuk melepaskan gas CO2 dari cairan absorben. Dari sisi energi, hal ini sangat tidak efisien. Oleh karena itu,dikembangkan proses desorpsi yang juga dilakukan melalui membran.

Dual Hollow Fiber Membrane for CO2 Separation

Demikian ialah salah satu dari sekian banyak fungsi membran yang berguna untuk melengkapi dan meningkatkan perfomansi teknologi pemisahan CO2 yang sudah ada. Anda tertarik??

Referensi: The membrane contactors: environmental applications and possibilities, State of the art and recent progress in membrane contactors

Commentary by Mike Adams, the creator of this cartoon:

This comic plays on the ridiculous position of the Bush Administration and the pro-business crowd when it comes to CO2 emissions and polluting the environment. Essentially, Big Business wants to pollute the planet to just below the point of no return, somehow protecting the economy while just barely averting global climate change by controlling emissions to levels they argue won’t cause global warming.

Of course, what these short-sighted pro-business people don’t realize is that we’re already PAST the point of no return. Thanks to the Bush Administration’s outright hostility towards anything resembling honest climate change science, the world’s largest polluter — the United States — has set things in motion that will radically alter the planet for hundreds of years to come, and we’re going to be paying the price for generations.

The 20th and 21st centuries will someday be remembered as a time of madness, when the pursuit of corporate profits was considered more important than life, health or even the future of the planet.

There are people who, still today, argue with a straight face that massive human pollution has absolutely zero impact on the environment. Rising world temperatures, the melting of polar ice and radical changes in global weather patterns are just “imaginary,” they argue. These things aren’t really happening, they tell us. And the more than 600 scientists representing 300+ nations who issued a joint report saying global warming is “very likely” caused by human activity are all suffering from delusions, we’re told.

And you know who’s supporting this denial of reality in the United States? Republicans. From President Bush all the way down to the web gossip kings, these deniers use misdirection, propaganda and their typical fear mongering to try to scare us into believing that protecting the environment will somehow destroy the U.S. economy.

I have news for ya, folks: the U.S. economy is already headed for financial ruin! And once these environmental changes kick in even further, sharply decreasing food production across North America, our economy will find itself in even worse circumstances.

You see, the only way to save the economy is to save the planet first. When the planet becomes inhospitable, there is no economy, period. But if you take care of the planet, it will reward you with abundance: food, medicine, clean water and fresh air. These things are prerequisites for all other human activity (and, therefore, economic activity) on the planet.

Humans are the only species that actually steal the future from their own children. I think it’s time we put a stop to that and started honoring the planet that has given us so much abundance in the past — and will continue to do so in the future if we would only stop destroying it.