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

(a) Kurva Konsumsi Energi Dunia, (b) Proporsi Penggunaan Energi Dunia

Kurva di atas menunjukkan peningkatan konsumsi energi pertahun sejak tahun 1975 dan prediksi konsumsi energi hingga tahun 2300. Hingga saat ini konsumsi energi  pertahun dunia adalah 500 x 10¹⁵BTU/tahun. Energi ini sebagian besar diperoleh dari minyak bumi, gas alam, dan batubara. Ketiga sumber ini tergolong sumber energi yang nonrenewable. Ketika cadangan sumber ini makin menipis, dikhawatirkan terjadi krisis energi.

Masalah krisis energi sebenarnya merupakan masalah yang relatif terhadap sudut pendang kita dalam memandang satu item sebagai gaya hidup yang memuaskan dan pemilihan sumber energi. Krisis energi saat ini lebih disebabkan karena krisis cadangan minyak bumi, gas alam, dan batubara. Untuk itu perlu ada pengembangan energi alternatif.

Solar Thermal Collector salah satu sumber energi alternatif

Ada banyak sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan. Sumeber energi ini dapat dikelompokkan dalam sumber renewable dan nonrenewable. Sumber energi fosil, geothermal, nuklir fission, dan nuklir fusion tergolong sebagai sumber energi nonrenewable. Sumber energi biomassa, hydropower, angin, dan matahari tergolong dalam sumber energi renewable (terbarukan). Dalam pengembangan sumber energi alternatif, kita bisa saja memanfaatkan sumber energi baik yang renewable mau pun nonrenewable. Meski demikian kita perlu mempertimbangkan berapa lama sumber daya nonrenewable mampu mensupplay kebutuhan energi dunia dan berapa banyak penduduk dunia yang dapat dipenuhi kebutuhan energinya dengan pemanfaatan sumber energi renewable. Berikut disajikan table potensi pemanfaatan sumber daya renewable dan nonrenewable. Masing-masing tipe menunjukkan perbedaan konsumsi energi dan jumlah penduduk.

  

Potensi Sumber Energi Nonrenewable (Solar Energi Conversio: The Solar Cel. 1995)

Energi surya sendiri tidak memiliki kapasitas besar sebab dibatasi ketersediaan ruang dan biaya pembuatan yang mahal. Meski begitu pengembangan teknologi pemanfaatan energi surya terus berkembang untuk menghasilkan efisiensi pemanfaatan energi surya yang semakin baik. Berikut ini tabel luas lahan penyediaan energi surya dengan tiga teknologi berbeda.

Penyediaan pembangkit listrik dengan luas area demikian besar tidak mudah untuk itu pengembangan sumber energi ini tetap terbatas dan tidak dapat berdiri sendiri tanpa ditunjang sumber energi lainnya.

Setiap energi alternatif yang ada masing-masing memiliki keunggulan dan kelemahan. Krisis energi yang terjadi saat ini sebaiknya menjadi pelajaran bagi dunia. Eksploitasi besar terhadap salah satu jenis sumber energi saja (bahan bakar fosil) akan menimbulkan ketergantungan besar yang sangat membahayakan penduduk dunia. Untuk itu perlu ada kajian pemanfaatan energi dengan melihat potensi dari masing-masing sumber energi guna mensinergi pemakaian sumber energi secara bijaksana. Strategi ini penting mengingat baik populasi mau pun kebutuhan energi adalah dua faktor yang akan terus meningkat seiring dengan perkembangan peradaban umat manusia.

Daftar Pustaka

1. Nevile, R.C., Solar Energi Conversio: The Solar Cell, Elsevier, 1995
2. http://www.roperld.com/science/energy.htm
3. http://www.solcomhouse.com/worldenergy.htm

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.

Potensi Pembangkit Sel Surya Dunia

Gambar di atas menunjukkan potensi tenaga surya dunia. Menurut gambar tersebut potensi tenaga surya Indonesia secara umum ada pada tingkat satisfy (cukup). Hal ini tentunya dapat menjadi salah satu patokan kita dalam menyusun perencanaan energi di masa depan. Selain itu potensi ini setidaknya dapat menjadi penyejuk di tengah panasnya isu krisis listrik yang selama ini menghantui Indonesia.

Untuk menuju pada tingkat kemampuan yang baik dalam hal supply tenaga listrik dari energi surya kita masih perlu berjuang. Teknologi konversi tenaga surya menjadi tenaga listrik bukanlah teknologi yang sederhana. Teknologi ini memerlukan berbagai komponen yang terkait dengan perhitungan dan pemikiran yang baik.

Diagram Proses Produksi Listrik Berbasis Sel Surya Sumber: SCHOTT Solar AG

Pada prinsipnya proses ini melibatkan fluida gerak yang menyerap panas dari surya. Fluida ini akan melalui turbin yang mengkonversi panas menjadi energi mekanik. Energi mekanik akan diteruskan ke generator dan dikonversikan menjadi energi listrik.

Kunci dari pembangkit listrik tenaga surya adalah bagaimana menyusun receiver dengan bahan dan susunan yang dapat menyerap energi panas dari matahari dengan baik dan memiliki harga yang ekonomis. Untuk mampu menyerap energi panas diperlukan struktur film yang kristalin. Dalam pembuatan satu cell dengan struktur kristalin diperlukan teknologi yang baik dan cukup mahal. Umumnya bahan ini berbasiskan silikon.

Receiver untuk Solar Cell

Sebagai gambaran, bentuk receiver panas surya dapat dilihat pada gambar di samping. Receiver berbentuk silinder yang tersusun dari tabung gelas, ruang vakum dan cell penyerap panas.

Selain dalam hal receiver panas kendala lain dalam aplikasi sel surya adalah pembuatan baterai penyimpan energy listrik yang murah. Oleh karena itu penelitian ke arah teknologi sel surya dan komponen-komponennya yang lebih ekonomis dan praktis sangat diperlukan. Dengan demikian, teknologi ini diharapkan tidak hanya menjadi teknologi yang berguna bagi negara maju namun juga bagi daerah yang mengalami keterbatasan pasokan listrik di Indonesia.

Reaktor katalitik aliran bolak-balik (Reverse Flow Reactor/RFR) memiliki 5 bagian utama, yaitu 2 zona komponen inert, 2 zona komponen katalis, dan 1 zona penukar panas. Pembalikan arah aliran dalam RFR bertujuan untuk menjaga keberadaan zona panas dalam reaktor. Komponen yang masuk ke dalam RFR dengan suhu yang rendah akan dipanaskan oleh unggun inert hingga mencapai temperatur aktif reaksi. Unggun inert menyimpan panas dari hasil reaksi eksoterm sebelumnya, sebelum mengalami pergantian arah aliran. Ujung bagian keluaran RFR, produk gas panas hasil reaksi eksoterm mentransferkan panasnya ke unggun inert yang temperaturnya lebih rendah. Bagian masukan dan keluaran reaktor berupa komponen unggun inert berfungsi sebagai alat penukar panas (recuperative). Sebelum zona panas hasil reaksi eksoterm terdorong keluar dari reaktor karena aliran umpan yang dingin, aliran umpan dibalik ke arah sebaliknya (Effendi dan Kristianto, 2008).

Prinsip utama dari reaktor katalitik aliran bolak-balik dapat dilihat pada gambar di bawah ini Gambar tersebut menjelaskan perbandingan sistem kerja pada reaktor biasa dengan forward flow dan reverse flow. Waktu ubah / switching time akan menentukan pergantian mode operasi dari forward flow menjadi reverse flow (Salomons dkk., 2004).

Konsep RFR (a) forward flow dan (b) reverse flow (Wibisono dan Rimbualam, 2009)

Keunggulan Reaktor Katalitik Aliran Bolak-Balik:

1. Efisiensi energi tinggi
Panas yang tersimpan dalam reaktor dapat digunakan untuk pemanasan awal umpan. Apabila kondisi ototermal dapat dicapai, maka sistem reaktor tidak lagi memerlukan preheater untuk pemanasan awal umpan sehingga prosesnya memiliki efisiensi energi yang tinggi (Wibisono dan Rimbualam, 2009).

2. Konversi dan selektivitas lebih tinggi
Penggunaan RFR akan mempengaruhi luas permukaan katalis yang digunakan. Dengan RFR, katalis dapat dioperasikan pada temperatur dan komposisi umpan sedemikian rupa sehingga diperoleh konversi dan selektivitas maksimum. Dibandingkan dengan reaktor aliran sekali lewat, RFR memberikan selektivitas dan konversi yang lebih baik (Boreskov dan Matros, 1983).

3. Dinamika katalis
RFR dapat digunakan untuk menurunkan titik panas (hot spot) pada katalis dan mendapatkan distribusi temperatur yang diinginkan sepanjang bed (Ferreira dkk., 1999). Hal ini mengakibatkan katalis relatif tidak mudah jenuh.

4. Mengurangi biaya investasi
Konstruksi yang lebih efisien dalam penggunaan energi dibandingkan sistem reaktor konvensional dapat mengurangi biaya investasi yang diperlukan (Wibisono dan Rimbualam, 2009).

Catatan: Penelitian Reaktor Katalitik Aliran Bolak-Balik (Reverse Flow Reactor) dilakukan oleh mahasiswa Teknik Kimia ITB: Ivan Hadinata Rimbualam dan Junior Setiawan, di bawah bimbingan Dr. Yogi Wibisono Budhi dan Dr. Yazid Bindar.

Daftar Pustaka :

1. Borekov, G.K.; Matros, Yu.Sh., “Unsteady State Performance of Heterogeneous Catalytic Reactor”, Catalyst Review: Science and Engineering 25, 1983.
2. Budhi, Y.W.,”Reverse Flow Reactor Operation for Control of Catalyst Surface Coverage”, Disertasi Doktor, Technische Universiteit Eindhoven, 2005.
3. Effendi, P.G.; Kristianto, J., “Reverse Flow Reactor untuk Mengkonversikan Tar dalam Gas Produser”, Laporan Penelitian S1 Teknik Kimia, ITB, 2008.
4. Ferreira, R.Q.; Costa, C.A.; Masetti, S., “Reverse Flow Reactor for a Selective Oxidation Process”, Chemical Engineering Science 54, 1999.
5. Salomons, S.; Hayes, R. E; Poirier, M.; Sapoundjiev, H., “Modelling a Reverse Flow Reactor for the Catalytic Combustion of Fugitive Methane Emissions”, Computers and Chemical Engineering 28, 1599–1610, 2004.
6. Wibisono, F.; Rimbualam, H. G., “Dinamika Reverse Flow Reactor untuk Oksidasi Emisi Gas Metana Encer”, Laporan Penelitian S1 Teknik Kimia, ITB, 2009.

Krisis perubahan iklim perlu segera diatasi

Bersama flu babi, perubahan iklim adalah suatu kondisi global yang kian ramai dibicarakan penduduk dunia. Di saat pengurangan emisi karbon ramai didengungkan, industri-industri seperti oil and gas dan pembangkit tenaga listrik dengan bahan bakar fosil, hampir mustahil ditekan karena ketergantungan masyarakat terhadap produk-produknya. Amerika Serikat dan beberapa negara lainnya bertaruh pada suatu gagasan bahwa teknologi dapat membuat industri batubara yang ‘kotor’ menjadi lebih bersih.

Setelah bertahun-tahun, usaha Amerika Serikat mengembangkan teknologi bagi pembangkit energi berbahan bakar karbon untuk mendorong emisi CO2 ke dalam tanah, bukannya melepas emisi tersebut begitu saja ke atmosfer, mengalami jalan buntu. Situasi telah menjadi sangat buruk sehingga ahli-ahli teknologi hijau menyebut perkembangan teknologi tahap ini sebagai “lembah kematian” (valley of death) bagi teknologi carbon capture and storage (CSS).

Namun, beberapa advokat CCS mengatakan bahwa investasi baru dalam teknologi pengurangan emisi berpotensi besar untuk mewujudkan impian ini menjadi kenyataan. Sarah Forbes, seorang senior di World Resources Institute mengatakan, “Emisi CO2 terus bertambah dan kita sedang menyaksikan akibat dari perubahan iklim. Jika CCS dapat ditambahkan ke dalam cara-cara untuk mengatasi perubahan iklim, waktu untuk menunjukkannya adalah sekarang–atau besok, mungkin.”

Undang-undang Iklim yang telah diluluskan oleh House of Representatives AS dan siap diperdebatkan di Senat akan menyediakan dana penelitian dan insentif untuk perusahaan-perusahaan untuk mengembangkan teknologi ini. Presiden Barrack Obama bulan kemarin telah mengumumkan satu milyar dolar untuk penelitian CSS, sebuah pembangkit listrik bertenaga batubara dengan emisi mendekati nol di Illinois bernama FutureGen.

Pemerintah Amerika Serikat bertaruh banyak dalam teknologi batubara bersih ini. Investasi AS dalam penelitian, pengembangan, dan penyebaran CCS direncanakan untuk dilipatgandakan dari 3,6 milyar dolar pada tahun 2009 menjadi 7,2 milyar dolar di tahun 2010, menurut sebuah laporan yang disusun Gallagher dan koleganya. Obama juga mengeluarkan paket stimulus yang mencapai sekitar 14 milyar dolar, atau hampir dua kali lipatnya, untuk efisiensi energi dan energi terbarukan.

Pendukung CCS mengatakan teknologi ini esensial untuk memerangi perubahan iklim. Sekitar setengah dari konsumsi energi di AS dihasilkan dari batubara dan proses pembakaran batubara bagi pembangkit listrik menghasilkan 80 persen emisi yang dihasilkan dari seluruh pembangkit listrik AS. Penghasil energi terbarukan seperti angin dan panas (gabungan keduanya mengasilkan kurang dari 2 persen produksi listrik AS) tidak akan berkembang cukup cepat untuk menggantikan batubara.

CCS bekerja dengan menangkap karbon dioksida dari pembangkit energi dan penghasil lainnya sebagai gas yang harus relatif murni, sebelum gas tersebut dapat disimpan. Penangkapan ini bukanlah suatu teknologi baru karena CO2 sudah secara rutin dipisahkan dan diambil sebagai produk sampungan dari proses industri. CO2 yang telah diambil harus disimpan (dalam bentuk kompres) dan dipindahkan ke tempat penyimpanan.

Teknologi CCS diharapkan dapat menjadi salah satu solusi dalam mengatasi perubahan iklim

CO2 dapat diinjeksikan secara langsung dalam formasi geologi seperti reservoir minyak dan gas, dalam pori-pori batuan atau dalam celah yang disebabkan oleh ekstraksi minyak dan natural gas. Tingkat keamanan dari pelucutan bergantung pada karakteristik tempa dan manajemen. Dalam Laporan Khusus Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC) mengenai CCS disimpulkan bahwa fraksi yang dihasilkan dari pemilihan dan manajemen reservoir geologi yang baik sangat mungkin bertambah sebanyak 99% pada 100 tahun dan mungkin bertambah sebanyak 99% pada 1000 tahun.

Namun, ada juga yang mengkritik pemerintah AS karena terlalu bergantung pada CCS dan batubara daripada menginvestasikan lebih banyak pada energi terbarukan dan efisiensi energi. Menurut Daniel Kessler, juru bicara Greenpeace CCS hanyalah suatu taktik yang digunakan sebagai janji pada rakyat AS untuk tetap membakar batubara selama-lamanya. Menurutnya, setiap dolar yang dihabiskan untuk CCS dapat diinvestasikan lebih bijaksana pada energi terbarukan. Ia juga menambahkan bahwa teknologi CCS tidak akan siap cukup cepar untuk mengatasi kegentingan krisis perubahan iklim.

Integritas terhadap lingkungan juga menjadi perhatian European Commission of Environment. Sebagian terhadap masalah memastikan bahwa CO2 yang ditangkap dan disimpan tetap terisolasi dari atmosfer untuk waktu yang lama dan sebagian lagi dalam memastikan bahwa pengambilan, pengiriman, dan penyimpanan emisi ini tidak menyebabkan masalah kesehatan atau ekosistem. Walaupun komponen-komponen CCS seluruhnya diketahui dan dan disebarkan dalam skala komersial, sistem terintegrasinya masih baru, dan rambu-rambu yang jelas harus dikembangkan.

Masalah lainnya adalah biaya untuk menangkap dan menyimpan. Menangkat gas CO2 pada khususnya adalah variabel yang mahal. Flue gas dari batu bara atau pembangkit energi berbahan bakar fosil mengandung konsentrasi CO2 yang relatif rendah (10-12% untuk batu bara dan 3-6% untuk minyak) dan energi yang diperlukan untuk mengangkap gas pada konsentrasi serendah itu membutuhkan penalti berupa efisiensi dan biaya tambahan.

Meskipun masih banyak pro dan kontra mengenai rencana ini, beberapa negara sudah mulai dengan penelitiannya masing-masing. Di Cina, proyek serupa dengan nama GreenGen diharapkan untuk selesai sebelum FutureGen. Australia memiliki proyek dengan nama ZeroGen dan beberapa negara Eropa sedang bekerja pada teknologi serupa. Beberapa kalangan menganggap situasi ini sebagai perlombaan. Negara pertama yang dapat membuktikan CCS dapat berfungsi dapat mengekspor teknologi di negara lain. Namun baik Gallagher maupun Forbes setuju bahwa dengan perubahan iklim ini, dunia ada pada posisi perlu bekerja bersama-sama.

Sumber:
http://edition.cnn.com/2009/TECH/07/13/carbon.capture.storage/index.html#cnnSTCText
http://ec.europa.eu/environment/climat/ccs/what_en.htm

Microchannel reactor untuk memproses limbah in situ

Dunia sedang memasuki era baru, di mana konsep the more the merrier sudah lama ditinggalkan dan digantikan dengan the lesser the better. Demikian pula dengan perkembangan reaktor. Teknologi microchannel reactor kini mulai dikembangkan untuk berbagai kegunaan, di antaranya adalah untuk pengolahan limbah nuklir in situ.

Ada perbedaan mendasar dari microreactor dan microchannel reactor. Teknologi microreactor berarti menggunakan reaktor berukuran kecil yang seringkali dipakai dalam tes laboratorium. Sementara teknologi microchannel tetaplah dimaksudkan untuk produksi komersial, misalnya reaktor, mixer, heat exchanger, yang memanfaatkan saluran mikro untuk menampung proses aliran dan meningkatkan kinerja. Dimensi diameter saluran bervariasi dari puluhan hingga seratusan mikrometer dengan panjang bisa mencapai beberapa meter. Perbedaan mendasar adalah komponen microchannel tersebut terintegrasi ke dalam sistem yang mengandung puluhan hingga ribuan saluran. Ukuran channel bervariasi antara 0,1 sampai 10 mm.

Dalam pengolahan limbah nuklir in situ, Pacific Northwest National Laboratory mengembangkan reaktor yang berdimensi sekitar 24x24x6 inch. Menurut Ed Baker, direktur divisi energi dan efisiensi PPNL, dibandingkan dengan memindahkan limbah ke fasilitas tersentralisasi, PPNL mengembangkan mesin skala kecil yang dapat ditempatkan dalam tangki untuk memproses limbah di tempat asalnya. Kalkulasi awal yang disandingkan dengan penelitian yang dibiayai oleh Departemen Energi Amerika Serikat menghasilkan suatu kesimpulan bahwa gagasan untuk memproses limbah dengan cara ini adalah suatu ide yang bagus. Pengerjaan yang dikerjakan secara bersamaan oleh Amerika Serikat dan Eropa untuk mengembangkan cara untuk merancang microchannel menjadi chip-chip silikon menjanjikan masa depan yang menjanjikan: kemungkinan microchannel reactor untuk menghasilkan perkembangan besar dalam proses kimia.

“Sayangnya,” kata Baker, seperti dikutip oleh Innovation: America’s Journal of Technology Commersialization “gagasan mengembangkan microchannel reactor untuk memproses limbah nuklir tidak pernah mencapai suatu daya tarik yang nyata. Malahan, suatu fasilitas sentral bernilai milyaran dolar untuk memproses limbah dalam tangki sedang dalam proses.”

Bangunan dasar dari microchannel reactor terdiri dari komponen-komponen dengan microchannel-microchannel paralel. Menurut Terry Mazanec, kepala ilmuwan Velocys, ukuran kecil berarti biaya kapital yang berkaitan dengan microchannel reactor relatif murah jika dibandingkan dengan peralatan konvensional. Keuntungan lainnya, semakin kecil footprint dari sebuah microchannel reactor memungkinkan reaktor dapat ditempatkan di tempat-tempat premium, pada platform pengilangan minyak bumi offshore, atau pada refiner-refiner yang ramai. Konstruksi modular reaktor memberikan fleksibilitas yang tinggi pada saat mendesain sebuah plant.

Perawatan dan pengisian katalis dapat dilakukan dengan mengganti module-module individual, tidak membutuhkan proses shutdown seluruh sistem. Suatu plant yang didasarkan pada microchannel reactor dapat dibangun pada luas area yang lebih kecil namun tetap memiliki kapasitas yang diperlukan. Hal ini tidak hanya akan memperlancar siklus bisnis dan menghemat biaya transportasi. Cara ini juga lebih mudah, lebih murah, dan lebih cepat dalam membuat kapasitas tambahan sesuai dengan kebutuhan.

Oleh karena setiap blok reaktor memiliki ribuan channel proses yang diisi dengan katalis yang terjalin dengan panas input atau channel dingin, maka microchannel reactor lebih mampu untuk melampaui barrier perpindahan panas dan massa. Dengan melampaui barrier perpindahan massa secara esensial memungkinkan produksi yang lebih cepat, sedangkan kapabilitas perpindahan panas berarti reaktor dapat mengatasi masalah panas secara lebih efisien daripada sistem konvensional. Microchannel reactor cocok digunakan untuk mengeluarkan baik reaksi katalitik eksotermik tinggi (atau generator panas) dimana panas dari reaktor harus dihilangkan, begitu juga reaksi endotermik tinggi atau reaksi yang membutuhkan panas tinggi.

Aplikasi-aplikasi yang potensial lainnya bagi microchannel reactor bervariasi dari produksi bahan komuditi kimia seperti vinyl acetate, ethylene oxide, acrylic acid, dan acrylonitrite dengan reaksi oksidasi parsial selektif untuk menguapkan metan reforming untuk memproduksi hidrogen untuk digunakan dalam bahan bakar. Namun demikian, aplikasi yang paling memungkinkan adalah produksi terdistribusi second generation biofuel from waste (BTL) dengan reaksi FT menggunakan microchannel reactor pada plant skala kecil dekat sumber limbah. Menurut Tonkovich, wakil presiden pengembangan teknologi dan manufaktur Velocys, dengan optimasi katalis yang baik, microchannel reactor FT kecil dapat beroperasi dengan efisien dan ekonomis saat reaktor hanya memproduksi 500 sampai 2000 ton limbah per hari.

Sumber:
Innovation: America’s Journal of Technology Commersialization. April/May 2009. Processing Waste with Microchannel Reactors oleh Laura Silva.
http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/teknologi_tepat_guna/reaktor-microchannel-reaktor-apa-ini/

Sekilas Tentang Teknologi Plasma

Plasma dalam teknologi plasma dapat didefinisikan sebagai gas yang terionisasi, terdiri dari partikel neutron, ion positif, ion negatif dan elektron yang merespon secara kuat medan magnetik. Plasma juga dapat dikatakan sebagai atom yang kehilangan elektron karena beberapa atau semua elektron di orbit atom terluar telah terpisah dari atom atau molekul. Hasilnya adalah sebuah koleksi ion dan elektron yang tidak lagi terikat satu sama lain. Untuk menghilangkan elektron dari atom dibutukakan suatu energi, energi tersebut berasal dari panas, listrik ataupun cahaya. Partikel-partikel ini terionisasi (bermuatan) sehingga terbentuklah plasma.

Berdasarkan temperaturnya, plasma dapat dikategorikan menjadi:

1. Plasma termal : T_elektron ~ T_gas
   Suhu elektron dan gas berada dalam keadaan kesetimbangan (quasi-equilibrium) akibat pemanasan Joule (Joule heating).
   Contoh: plasma matahari
2. Plasma non-termal: T_elektron > T_gas
   Telektron ~ 1 eV (~ 10000 K); T ~ suhu ruang
   Contoh: Aurora borealis

Teknologi plasma memiliki beberapa keunggulan diantaranya: plasma merupakan teknologi yang ramah lingkungan, murah dan mudah, dan dapat digunakan berkali-kali. Terdapat beberapa aplikasi plasma yang telah dikenal luas diantaranya teknologi plasma dalam AC, teknologi plsma pada TV, teknologi plasma pada pengolahan sampah, dan teknologi plasma sebagai cleaning technology.

Teknologi Plasma Sebagai Cleaning Technology

Cleaning Technology with Plasma

Aplikasi teknologi plasma sebagai cleaning technology merupakan salah satu aplikasi yang erat kaitannya dengan Teknik Kimia. Sebagai mana kita ketahui, efek negatif dari perkembangan industri adalah munculnya polusi yang menyebabkan kerusakan alam. Di sinilah teknologi plasma dapat berperan sebagai salah satu teknologi untuk membersihkan limbah yang dihasilkan oleh suatu industri. Aplikasi teknologi plasma dapat menghilangkan polutan dalam limbah bahkan dapat menghasilkan produk yang memiliki nilai guna. Sebagaimana digambarkan dalam gambar di atas.

Aplikasi Non-thermal Plasma untuk Mengatasi Gas Buangan NOx dan SOx

Gas buang yang mengandung NOx dan atau SOx, akan dikontakkan dengan plasma. Akibatnya akan terbentuk radikal yang menyebabkan terjadinya reaksi kompleks yang mengonversi NOx dan atau SOx menjadi produk tertentu. Mekanisme ini terjadi di dalam reaktor plasma penghilangan NOx dan atau SOx. Salah satu contohnya adalah sebagai berikut:

Sistem kerja reaktor CRS dari contoh sistem reaktor penghilangan NO yang dikembangkan oleh McMaster University (Matsuoka, dkk.)

Gas buang dimasukkan ke dalam reaktor. Kemudian dikontakkan dengan plasma yang akan dibangkitkan pada bagian tube dan nozzle. Tube dan nozzle ini terletak pada channels. Ketika terjadi kontak antara gas buang dengan plasma maka akan terbentuk radikal. Gas aditif seperti ammonia (NH₃) atau hidrokarbon seperti metana (CH₄) perlu ditambahkan untuk turut membangkitkan radikal sehingga menyebabkan reaksi pembentukan partikulat. Selain itu, penambahan gas aditif juga disesuaikan dengan produk akhir yang diharapkan terbentuk.

Contoh Reaksi: (HO₂, OH, H, adalah radikal yang teraktifkan oleh plasma)

HO₂ + NO -> OH + NO₂
OH + NO₂-> NO₃ + H
H + NH₃ + NO₃ -> (NH₄)NO₃

Setelah melewati channels kemudian ditangkap oleh pengendap elektrostatik. Beberapa produk yang ditangkap dapat dimanfaatkan untuk pupuk seperti ammonium nitrat (NH₄)NO₃.

Referensi:
1. Dr. Anto Tri Sugiarto : Slide Kuliah Teknologi Plasma
2. http://www.freepatentsonline.com/6852200.html