Food Technology

Salah satu tujuan utama pengemasan makanan adalah untuk menjadikan makanan dapat tahan lama (awet). Akan tetapi, proses yang dilakukan untuk mencapai tujuran tersebut biasanya dapat menyebabkan kerusakan nutrien dan komponen – komponen sensori pada makanan. Oleh sebab itu, teknologi pengemasan makanan terus dikembangkan dengan tujuan menjadikan makanan dapat tahan lama dengan meminimalkan kerusakan nutrient dan komponen – komponen sensori pada makanan tersebut.

Aplikasi teknologi plasma dalam industri pengemasan makanan lahir sebagai bentuk perkembangan dalam teknologi pengemasan makanan yang baik karena memiliki beberapa keunggulan seperti proses yang cepat dan minim menyebabkan kerusakan pada makanan.

Berikut ini merupakan aplikasi teknologi plasma dalam pengemasan makanan:

1. Fungsionalisasi dan aktivasi permukaan

Pada kemasan makanan berbahan dasar polimer, kemudahan dicetak dan sifat anti asap merupakan properti khas yang harus dimiliki. Dengan teknologi plasma, kedua kriteria tersebut dapat dipenuhi melalui fungsionalisasi dan aktivasi permukaan. Dalam tahap ini, plasma berfungsi sebagai penyesuai energi permukaan dengan cara mengatur adhesifitas, sifat hidrofobik, dan hidrofilik. Dalam pengaturan sifak hidrofobik dan hidrofil, ada dua hal yang menjadi perhatian yaitu terbentuknya lapisan permukaan anti asap dan penggunaan cat berbahan dasar air ataupun tinta. Lamanya waktu yang dibutuhkan dalam perlakuan plasma terhadap kemasan menentukan adhesifitas yang diperoleh.

Penggunaan lapisan plasma juga berguna dalam meningkatkan derajat kebasahan permukaan yang berpengaruh juga terhadap energi permukaan tersebut. Dengan adanya plasma, energi permukaan meningkat 1,5 kali lipat. Hal ini sangat berguna dalam penggunaan cat berbahan dasar secara ekologis.

2. Pelapisan permukaan

Pengawetan makanan dalam kemasan bergantung pada sterilitas dan kualitas kemasan itu sendiri. Sebagai contoh, untuk makanan atau minuman yang sensitivitasnya terhadap udara cukup tinggi harus dikemas dalam botol yang memiliki lapisan penghalang yang kuat

Gambar 1: Ruang dalam rekator selama perlakuan dengan plasma

Pelapisan botol PET dari dalam menggunakan SiOx dan HMDSO (heksametildioksan) dengan bantuan argon plasma merupakan cara baru dalam produksi botol PET berkualitas tinggi sebagai kemasan minuman tertentu. Dengan menggunakan plasma, lapisan SiOx setebal 50 nm dapat diperoleh hanya dalam waktu kurang dari lima detik. Padahal proses ini memakan waktu hampir puluhan kali lipat lebih lama tanpa adanya plasma. Penggunaan plasma juga meningkatkan kemampuan kemasan dalam menghalangi terjadinya difusi gas dalam rentang skala 3 -10. Selain itu, kemasan yang dilapisi menggunakan plasma, memiliki kemungkinan hampir 0% dalam terjadinya microcrack akibat spora.

3. Sterilisasi plasma

Sterilisasi dalam pemrosesan makanan merupakan suatu proses pengawetan makanan dengan cara memanaskan makanan pada temperatur yang cukup tinggi dalam waktu tertentu untuk menghancurkan mikroba dan aktivitas enzim. Dengan proses sterilisasi,biasanya makanan dapat bertahan hingga lebih dari 6 bulan pada temperatur ruang.

Ada banyak alasan mengapa sterilisasi menggunakan plasma menjadi pilihan. Berikut beberapa alasannya.

• Waktu inaktivasi spora yang singkat
• Beban termal yang rendah
• Tidak ada penggunaan bahan kimia toksik dan berbahaya
• Tidak terbentuk produk yang toksik dan berbahaya pasca steriliasi
• Tidak ada perubahan sifat pada material makanan yang diproses, malah terjadi peningkatan kualitas material makanan
• Tidak perlu ada treatment lanjutan

Mekanisme sterilisasi dengan plasma:

1. Destruksi material genetic mikroorganisme melalui irradiasi UV
2. Pengikisan mikroorganisme atom per atom melalui fotodesorpsi intrinsik
3. Pengikisan mikroorganisme atom per atom melalui proses etching.

Alat sterilisasi berteknologi plasma yang biasa digunakan adalah ECR Plasma (Electron Cyclotron Resonance Plasma). Alat ini memanfaatkan prinsip gaya Lorentz dengan adanya pergerakan sirkular electron-elektron bebas sehingga membangkitkan medan magnet seragam yang statis.

Berikut ini merupakan skema ECR plasma:

Gambar 2 : Skema alat ECR Plasma

Sterilisasi meggunakan plasma berbeda karena agen aktif nya spesifik, seperti foton UV dan radikal. Keuntungan metode plasma adalah proses dapat dilakukan pada temperature rendah (500C), relative aman, dan mengawetkan keutuhan instrument dasar polimer, yang tak bisa dilakukan bila menggunakan autoklaf atau oven. Foton UV yang diemisikan akan di-reabsorpsi oleh gas ambient pada tekanan atmosfer.

Sumber:

1. http://itcanbeshown.com/NERS590/Plasma%20Sterilization.ppt
2. Dr. Anto Tri Sugiarto : Slide Kuliah Teknologi Plasma

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/

Metode pembuatan membran dengan phase inversion with immersion precipitation adalah metode yang paling banyak digunakan dalam pembuatan membran sintetis skala komersial. Pada metode ini polimer akan ditransformasi dari cairan menjadi padat atau yang biasa disebut proses solidifikasi. Proses solidifikasi ini biasanya diinisiasi dengan transisi dari suatu keadaan cair ke dalam dua cairan (liquid-liquid demixing). Selama proses demixing, salah satu fasa cairan (yakni fasa dengan konsentrasi polimer paling tinggi) akan berubah menjadi padatan (solid matrix). Immersion precipitation terjadi ketika lapisan membran disiapkan dengan terlebih dahulu membuat larutan polmer (berisi polimer dan pelarutnya) kemudian larutan tersebut dituangkan di atas permukaan kaca untuk membuat lembaran polimer proses ini disebut casting solution. Setelah itu, casting solution direndam di dalam bak koagulasi yang berisi anti pelarut (non-solvent) dari polimer tersebut. Di dalam bak koagulasi tersebut akan terjadi presipitasi yang disebabkan terjadinya pertukaran antara pelarut (solvent) dengan anti pelarut (non-solvent) pada casting solution. Solvent untuk polysulfone yang sering digunakan diantaranya adalah DMAC, NMP dan PVP. Sementara untuk anti-solvent biasanya digunakan aqua-dm.

Struktur Membrane Polisulfon

Polisulfon adalah polimer yang banyak digunakan sebagai bahan dasar pembuatan membran. Hal ini dikarenakan memiliki ketahanan yang baik terhadap temperatur tinggi, rentang pH yang lebar 1 – 13, memiliki resistansi yang baik terhadap klorin, serta mudah dipabrikasi. Sama seperti membran pada umumnya, membran memiliki usia kerja tertentu, yakni jangka waktu pemanfaatan membran. Usia kerja membran sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti fouling (biofouling). Terjadinya biofouling menyebabkan kinerja membran menurun, serta usia kerja membran pun menurun. Kinerja membran dapat diketahui dari beberapa parameter seperti fluks membran, kemampuan rejeksi, kekuatan membran, dan antifouling.

Packed PSF-membrane

Banyak cara dilakukan untuk meningkatkan kinerja membran polisulfon diantaranya dengan penambahan additive membrane yang ditambahkan saat proses pembuatan casting solution. Berdasarkan penelitian yang dipublis di jurnal internasional (journal of membrane science) telah ditemukan beberapa additive membrane yang dapat meningkatkan kinerja membran polysulfon adalah sebagai berikut:

1. TiO2 (Titanium dioxide)

Nano-TiO2 adalah bahan material aktif dengan ukuran nano yang memiliki beberapa keunggulan yakni resistensi terhadap bakteri yang tinggi dan bersifat sangat hidropilik.

Penambahan TiO2 dilakukan dalam bentuk bubuk TiO2. Komposisi yang terbaik untuk pembuatan casting solution adalah (18 %-wt) Polisulfon; (2 %-wt) TiO2 ; (64%-wt) DMAC; (16 %-wt) NMP.

Penambahan TiO2 tersebut meningkatkan kekuatan fisik membran sehingga membran tidak mudah terdekomposisi, meningkatkan hidropilitas sehingga fluks meningkat.

2. Nanosilver

Perak (silver) memiliki kemampuan anti-bakteria yang baik. Oleh sebab itu, banyak digunakan untuk perlindungan terhadap serangan bakteri salah satunya yang diaplikasikan dalam pembuatan membran polysulfon. Komposisi terbaik yang diperoleh adalah (15%-wt) PSf,( 10%-wt) PVP,( 75%-wt) NMP, and (0.22%-wt) nAg.

Penambahan nanosilver dapat meningkatkan ketahanan membran terhadap biofouling baik yang disebabkan oleh pertumbuhan bakteri di permukaan membran maupun akibat serangan bakteri dari bahan yang melewati membran.

3. Fe3O4

Ferrosoferric oxide (Fe3O4) baik digunakan sebagai additive membrane karena memiliki ketahanan terhadap temperatur tinggi, stabilitas kimia yang baik, kinerja magnetic yang baik, serta anti microbial yang baik pula.

Penambahan Fe3O4 sebanyak (58.3 %-wt) terbukti dapat meningkatkan fluks, kemampuan rejeksi, serta antifouling dari membran polisulfon.

Sumber :
1. M. Mulder, Basic Principles of Membrane Technology, 1996
2. http://www.sciencesdirect.com/polysulfone-membrane

Reef Octopus CR-140 Reverse Flow Calcium Reactor from CoralVue

Pengoperasian reaktor secara tak tunak yang dapat memberikan kelebihan yang besar bagi unjuk kerja suatu proses baru-baru ini mulai membuka jalan baru dalam intensifikasi proses. Berbeda dengan pengoperasian proses kontinu tradisional yang memfokuskan pada keadaan tunak, reaktor kontinu dipaksa untuk bekerja pada keadaan tak tunak (unsteady state). Salah satu alternatif pengoperasian reaktor tak tunak adalah dengan cara mengubah arah aliran yang melalui reaktor secara periodik dalam selang waktu tertentu yang disebut switching time. Konsep ini dikenal dengan nama Reverse Flow Reactor atau Reaktor Aliran Bolak-balik (RABB).

RABB telah menunjukkan keuntungan yang besar untuk reaksi eksotermis dalam hal energy saving. Selain itu dengan mengubah arah aliran dan mengatur frekuensi ubah (switching  frequency) alirannya RABB juga akan mengakibatkan terjadinya deviasi dari keadaan tunak yang dipercaya dapat meningkatkan selektifitas dan konversi. Akan tetapi diperlukan pemilihan frekuensi yang tepat karena apabila switching time terlalu cepat akan mengakibatkan konversi menjadi turun karena akan ada reaktan yang belum sempat bereaksi terdorong keluar dari reaktor saat arah aliran diubah. Karena itu pengaturan RABB untuk setiap proses berbeda-beda tergantung pada kondisi pengoperasiannya.

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

Skema proses dari RABB ditunjukkan secara sederhana pada gambar 1. Selama berlangsung siklus pertama, aliran mengalir melalui 1-2-R-3-4, dan selama berlangsung siklus kedua, aliran mengalir melalui 1-2-R-3-4.  Pada kasus-kasus RABB pada umumnya, katalis di dalam reaktor bukan hanya berperan untuk mempercepat laju reaksi, tetapi juga dapat berperan sebagai penyimpan panas yang dihasilkan dari reaksi eksotermik. Hal ini dapat terjadi karena katalis memiliki kapasitas panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan fluida yang mengalir di dalam reaktor, baik yang diumpankan maupun yang dihasilkan. Untuk memaksimalkan penghematan energi maka arah aliran sebaiknya diganti saat temperatur aliran keluar mulai meningkat setelah pengubahan arah aliran pertama. Jika aliran dibalik arahnya secara periodik, maka aliran umpan tidak lagi memerlukan pemanas awal untuk mencapai temperatur mula reaksi (reaction ignition temperature).

RABB beroperasi pada dinamika beda temperatur yang besar sepanjang unggun katalis karena adanya pertukaran panas antara unggun katalis dan gas yang bereaksi. Pergerakan beda temperatur ini harus dipantau terus menerus, karena hal ini dapat menyebabkan gradien temperatur yang besar dan dapat merusak unggun katalis. Sistem kontrol operasi RABB adalah salah satu hambatan penerapan teknologi ini di industri. Pengoperasian sistem monitor dan kontrol diperlukan untuk menghindari pemadaman reaksi (extinction) serta kelebihan panas (overheating) pada unggun katalis. Selain itu, peralatan seperti kerangan yang dapat beroperasi pada frekuensi ubah (switching frequency) yang tinggi belum memadai, serta membutuhkan investasi yang mahal.

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

Sejarah Coklat

Chocolate, coklat berasal dari pohon Theobroma cacao asli benua amerika, tepatnya daerah tropis amerika selatan dan amerika tengah. Coklat pertama kali dikonsumsi oleh bangsa Aztecs sekitar 600 tahun sebelum masehi. Kata coklat berasal dari bahasa Nahuatl chocolatl (dieja xocolatl), yang berarti bitter water (air pahit). Sejarah penyebaran coklat di daerah Eropa dimulai ketika bangsa Aztecs menghidangkan coklat panas kepada penjelajah asal Spanyol Hernán Cortés pada tahun 1519. Ia kemudian memperkenalkan coklat di Eropa sekembalinya ke Spanyol tahun 1528. Pertama kalinya coklat dibuat untuk konsumsi langsung (choco bar) dilakukan oleh perusahaan “Fry and Sons of Bristol” di Inggris pada tahun 1847. Milk chocolate dibuat pertama kali pada tahun 1975 di Switzerland.

Industri Coklat

Coklat dibuat dari biji cacao yang dipanen lalu difermentasi selama 6-7 hari, kemudian dikeringkan. Cokelat yang berualitas baik berasal didapat dari biji cokelat yang dikeringkan dengan sinar matahari langsung. Di tingkat industri, biji coklat dibersihkan dari impurities seperti pasir dan sebagainya. kemudian biji cokelat di panggang dan ditumbuk. Bagian dalam dari biji dihancurkan menjadi potongan-potongan kecil yang disebut “nibs”. Nibs kemudian digiling. Dari hasil proses tersebut akan didapat cairan kental yang disebut chocolate liquor. Chocolate liquor tersebut kemudian diproses lebih lanjut untuk diekstrak lemaknya (cocoa butter). Setelah lemak cokelatnya diambil, bentuk liquor tadi dikeringkan (dry) hingga menjadi bubuk (cocoa powder).

Didalam industri pembuatannya, coklat terbagi menjadi tiga tipe yakni: Dark chocolate, milk chocolate, dan white chocolate. Dark chocolate terdiri dari sejumlah campuran coklat padat atau cairnya, tambahan cocoa butter, gula, dan vanilla yang dicampur dengan menggunakan proses conched dan tempered (didinginkan pada kondisi tertentu) untuk menjaga agar gula dan lemak terkristalisasi dalam bentuk yang paling stabil. Sedangkan untuk pembuatan milk chocolate, ditambahkan lagi susu atau cream, susu cair, atau susu bubuk kedalam campuran dark chocolate tadi. White chocolate tidak menganding chocolate liquor, hanya terdiri dari cocoa butter, susu, lemak susu, dan pemanis seperti gula atau sirup yang kaya akan fructosa.

“Apabila saya membuat minuman coklat dari buah atau biji cocoa langsung dari pohonnya, maka akan banyak sekali lemak pada permukaan minuman saya. Minuman tersebut akan sangat aneh bentuknya,” dijelaskan oleh Stephen T. Beckett, Kepala departemen di Nestlé Product Technology Centre, York, England, dan penulis buku “The Science of Chocolate” (Cambridge, U.K.: Royal Society of Chemistry , 2000).

Coklat yang kita konsumsi biasanya terdiri dari sekitar 25 sampai 35 persen lemak dan 50 persen gula. Penyedap rasa seperti vanila biasanya ditambahkan pada produk tertentu. Gula juga terkadang digantin dengan produk lain yang rendah kalori. Berbagai macam modifikasi memang dilakukan untuk membuat coklat dengan rasa tertentu.

Selama proses pembuatannya, sebagian besar coklat diproses dalam bentuk liquid. Viskositas, properti aliran dan ukuran partikel menjadi faktor penting dalam pembuatan coklat. Lemak adalah kunci untuk menentukan properti dari coklat, menurut Beckett, lemak dapat memberikan dampak yang besar pada viskositas coklat. Sebagai contoh, dengan meningkatkan kandungan lemak didalam coklat dari 27 persen menjadi 28 persen dapat menurunkan viskositas menjadi setengahnya. Viskositas coklat dapat juga dikurangi dengan penambahan emulsifier seperti lecithin.

Beckett menambahkan bahwa didalam coklat terdapat sekitar 800 senyawa kimia. Walaupun didalam coklat terdapat sedikit sekali nutrisi, tetapi coklat mengandung sebuah grup polyphenolic seperti flavanoids atau catechins. Senyawa yang berfungsi sebagai anti oksidan untuk mencegah kolesterol rendah dan melindungi dari berbagai penyakit pembuluh darah. Didalam milk chocolate 40-g contohnya, terdapat sekitar 300-mg senyawa tersebut. Dark chocolate mengandung lebih banyak flavanoids dibanding milkchocolate.

Sumber:
C&EN, Microsoft Encarta, Rhamnosa-Buletin

Fragonard Perfume (Grasse, France)

Salah satu proses yang paling mendasar dari industri parfum adalah ekstraksi minyak-lemak. Contohnya dalam ekstraksi minyak atsiri dari biji pala (Myristica fragrans). Pertama-tama yang dilakukan adalah mengambil kandungan minyak-lemak dari bijinya, baru kemudian dilakukan pemurnian untuk mendapatkan minyak esensial atsirinya saja.

Ekstraksi adalah suatu proses pemisahan dari bahan padat maupun cair dengan bantuan pelarut. Pelarut yang digunakan harus dapat mengekstrak substansi yang diinginkan tanpa melarutkan material lainnya.

Ekstraksi padat cair atau leaching adalah transfer difusi komponen terlarut dari padatan inert ke dalam pelarutnya. Proses ini merupakan proses yang bersifat fisik karena komponen terlarut kemudian dikembalikan lagi ke keadaan semula tanpa mengalami perubahan kimiawi. Ekstraksi dari bahan padat dapat dilakukan jika bahan yang diinginkan dapat larut dalam solven pengekstraksi. Ekstraksi berkelanjutan diperlukan apabila padatan hanya sedikit larut dalam pelarut. Namun sering juga digunakan pada padatan yang larut karena efektivitasnya. [Lucas, Howard J, David Pressman. Principles and Practice In Organic Chemistry]

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju ekstraksi adalah:

• Tipe persiapan sampel
• Waktu ekstraksi
• Kuantitas pelarut
• Suhu pelarut
• Tipe pelarut

Minyak dapat diekstraksi dengan perkolasi, imersi, dan gabungan perkolasi-imersi. Dengan metode perkolasi, pelarut jatuh membasahi bahan tanpa merendam dan berkontak dengan seluruh spasi diantara partikel. Sementara imersi terjadi saat bahan benar-benar terendam oleh pelarut yang bersirkulasi di dalam ekstraktor. Sehingga dapat disimpulkan:

• Dalam proses perkolasi, laju di saat pelarut berkontak dengan permukaan bahan selalu tinggi dan pelarut mengalir dengan cepat membasahi bahan karena pengaruh gravitasi.
• Dalam proses imersi, bahan berkontak dengan pelarut secara periodeik sampai bahan benar-banar terendam oleh pelarut. Oleh karena itu pelarut mengalir perlahan pada permukaan bahan, bahkan saat sirkulasinya cepat.
• Untuk perkolasi yang baik, partikel bahan harus sama besar untuk mempermudah pelarut bergerak melalui bahan.
• Dalam kedua prosedur, pelarut disirkulasikan secara counter-current terhadap bahan. Sehingga bahan dengan kandungan minyak paling sedikit harus berkontak dengan pelarut yang kosentrasinya paling rendah.

Metode perkolasi biasa digunakan untuk mengekstraksi bahan yang kandungan minyaknya lebih mudah terekstraksi. Sementara metode imersi lebih cocok digunakan untuk mengekstraksi minyak yang berdifusi lambat.

Ekstraksi bahan makanan biasa dilakukan untuk mengambil senyawa pembentuk rasa bahan tersebut. Misalnya senyawa yang menimbulkan bau dan/atau rasa tertentu.

Ekstraksi Soxhlet

Ada dua jenis ekstraktor yang lazim digunakan pada skala laboratorium, yaitu ekstraktor Soxhlet dan ekstraktor Butt. Pada ekstraktor Soxhlet, pelarut dipanaskan dalam labu didih sehingga menghasilkan uap. Uap tersebut kemudian masuk ke kondensor melalui pipa kecil dan keluar dalam fasa cair. Kemudian pelarut masuk ke dalam selongsong berisi padatan. Pelarut akan membasahi sampel dan tertahan di dalam selongsong sampai tinggi pelarut dalam pipa sifon sama dengan tinggi pelarut di selongsong. Kemudian pelarut seluruhnya akan menggejorok masuk kembali ke dalam labu didih dan begitu seterusnya. Peristiwa ini disebut dengan efek sifon.

Prinsip kerja ekstraktor Butt mirip dengan ekstraktor Soxhlet. Namun pada ekstraktor Butt, uap pelarut naik ke kondensor melalui annulus di antara selongsong dan dinding dalam tabung Butt. Kemudian pelarut masuk ke dalam selongsong langsung lalu keluar dan masuk kembali ke dalam labu didih tanpa efek sifon. Hal ini menyebabkan ekstraksi Butt berlangsung lebih cepat dan berkelanjutan (rapid). Selain itu ekstraksinya juga lebih merata. Ekstraktor Butt dinilai lebih efektif daripada ekstraktor Soxhlet. Hal ini didasari oleh faktor berikut:

• Pada ekstraktor Soxhlet cairan akan menggejorok ke dalam labu setelah tinggi pelarut dalam selongsong sama dengan pipa sifon. Hal ini menyebabkan ada bagian sampel yang berkontak lebih lama dengan cairan daripada bagian lainnya. Sehingga sampel yang berada di bawah akan terekstraksi lebih banyak daripada bagian atas. Akibatnya ekstraksi menjadi tidak merata. Sementara pada ekstraktor Butt, pelarut langsung keluar menuju labu didih. Sampel berkontak dengan pelarut dalam waktu yang sama.
• Pada ekstraktor Soxhlet terdapat pipa sifon yang berkontak langsung dengan udara ruangan. Maka akan terjadi perpindahan panas dari pelarut panas di dalam pipa ke ruangan. Akibatnya suhu di dalam Soxhlet tidak merata. Sedangkan pada ekstraktor Butt, pelarut seluruhnya dilindungi oleh jaket uap yang mencegah perpindahan panas pelarut ke udara dalam ruangan.

Referensi:
AOCS Official Method Am. 2-93. Determination of Oil Content in Oilseeds.
Lucas, Howard J, David Pressman. 1949. Principles and Practice In Organic Chemistry. New York: John Wiley and Sons, Inc.
Whitaker, M.C. 1915. The Journal of Industrial and Engineering Chemistry. Easton: Eschenbach Printing Company.

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

Vacuum Belt Dryer

Teknologi pemrosesan bahan pangan terus berkembang dari waktu ke waktu. Perkembangan teknologi ini didorong oleh kebutuhan pangan manusia yang terus meningkat yang diakibatkan oleh semakin meningkatnya jumlah penduduk dunia. Pada saat yang sama, luas lahan penghasil bahan pangan makin menyempit. Hal tersebut menyebabkan dibutuhkannya teknologi-teknologi pemrosesan pangan yang mampu meningkatkan kualitas dan kuantitas produk makanan; salah satunya adalah teknologi pengeringan bahan makanan.

Pengeringan adalah suatu peristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadi dalam pemisahan cairan atau kelembaban dari suatu bahan sampai batas kandungan air yang ditentukan dengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panas dan penerima uap cairan (Sumber: Treybal, 1980).

Pengeringan makanan memiliki dua tujuan utama. Tujuan pertama adalah sebagai sarana pengawetan makanan. Mikroorganisme yang mengakibatkan kerusakan makanan tidak dapat berkembang dan bertahan hidup pada lingkungan dengan kadar air yang rendah. Selain itu, banyak enzim yang mengakibatkan perubahan kimia pada makanan tidak dapat berfungsi tanpa kehadiran air (Sumber : Geankoplis, 1993). Tujuan kedua adalah untuk meminimalkan biaya distribusi bahan makanan karena makanan yang telah dikeringkan akan memiliki berat yang lebih rendah dan ukuran yang lebih kecil.

Pengeringan merupakan proses penghilangan sejumlah air dari material. Dalam pengeringan, air dihilangkan dengan prinsip perbedaan kelembaban antara udara pengering dengan bahan makanan yang dikeringkan. Material biasanya dikontakkan dengan udara kering yang kemudian terjadi perpindahan massa air dari material ke udara pengering.

Dalam beberapa kasus, air dihilangkan secara mekanik dari material padat dengan cara di-press, sentrifugasi dan lain sebagainya. Cara ini lebih murah dibandingkan pengeringan dengan menggunakan panas. Kandungan air dari bahan yang sudah dikeringkan bervariasi bergantung dari produk yang ingin dihasilkan. Garam kering mengandung 0.5% air, batu bara mengandung 4% air dan produk makanan mengandung sekitar 5% air. Biasanya pengeringan merupakan proses akhir sebelum pengemasan dan membuat beberapa benda lebih mudah untuk ditangani.

Klasifikasi Pengeringan

Ditinjau dari pergerakan bahan padatnya, pengeringan dapat dibagi menjadi dua, yaitu pengeringan batch dan pengeringan kontinyu. Pengeringan batch adalah pengeringan dimana bahan yang dikeringakan dimasukan ke dalam alat pengering dan didiamkan selama waktu yang ditentukan. Pengeringan kontinyu adalah pengeringan dimana bahan basah masuk secara sinambung dan bahan kering keluar secara sinambung dari alat pengering.

Berdasarkan kondisi fisik yang digunakan untuk memberikan panas pada sistem dan memindahkan uap air, proses pengeringan dapat dibagi menjadi tiga, yaitu: (Sumber: Geankoplis, 1993)

1. Pengeringan kontak langsung
   Menggunakan udara panas sebagai medium pengering pada tekanan atmosferik. Pada proses ini uap yang terbentuk terbawa oleh udara.
2. Pengeringan vakum
   Menggunakan logam sebagai medium pengontak panas atau menggunakan efek radiasi. Pada proses ini penguapan air berlangsung lebih cepat pada tekanan rendah.
3. Pengeringan beku
   Pengeringan yang melibatkan proses sublimasi air dari suatu material beku.

Mekanisme Pengeringan

Ketika benda basah dikeringkan secara termal, ada dua proses yang berlangsung secara simultan, yaitu :

1. Perpindahan energi dari lingkungan untuk menguapkan air yang terdapat di permukaan benda padat
   Perpindahan energi dari lingkungan ini dapat berlangsung secara konduksi, konveksi , radiasi, atau kombinasi dari ketiganya. Proses ini dipengaruhi oleh temperatur, kelembapan, laju dan arah aliran udara, bentuk fisik padatan, luas permukaan kontak dengan udara dan tekanan. Proses ini merupakan proses penting selama tahap awal pengeringan ketika air tidak terikat dihilangkan. Penguapan yang terjadi pada permukaan padatan dikendalikan oleh peristiwa difusi uap dari permukaan padatan ke lingkungan melalui lapisan film tipis udara
2. Perpindahan massa  air yang terdapat di dalam benda ke permukaan
   Ketika terjadi penguapan pada permukaan padatan, terjadi perbedaan temperatur sehingga air mengalir dari bagian dalam benda padat menuju ke permukaan benda padat. Struktur benda padat tersebut akan menentukan mekanisme aliran internal air.

Beberapa mekanisme aliran internal air yang dapat berlangsung :

1. Diffusi
   Pergerakan ini terjadi bila equilibrium moisture content berada di bawah titik jenuh atmosferik dan padatan dengan cairan di dalam sistem bersifat mutually soluble.
   Contoh: pengeringan tepung, kertas, kayu, tekstil dan sebagainya.
2. Capillary flow
   Cairan bergerak mengikuti gaya gravitasi dan kapilaritas. Pergerakan ini terjadi bila equilibrium moisture content berada di atas titik jenuh atmosferik.
   Contoh: pada pengeringan tanah, pasir, dll.

Benda padat basah yang diletakkan dalam aliran gas kontinyu akan kehilangan kandungan air sampai suatu saat tekanan uap air di dalam padatan sama dengan tekanan parsial uap air dalam gas. Keadaan ini disebut equilibrium dan kandungan air yang berada dalam padatan disebut equilibrium moisture content. Pada kesetimbangan, penghilangan air tidak akan terjadi lagi  kecuali apabila material diletakkan pada lingkungan (gas) dengan relative humidity yang lebih rendah (tekanan parsial uap air yang lebih rendah).

Batch Tray Dryer (Batch Drying)

Batch Tray Dryer

Metode batch merupakan metode tray drying yang paling sederhana. Tray dryer terdiri dari bilik pemanasan yang terbuat dari kayu atau logam-logam tertentu. Tray/kolom yang telah dimasukkan material yang ingin dikeringkan kemudian di letakkan secara bersusun dalam kolom. Setelah ruangan ditutup, maka udara panas dialirkan ke dalam ruang pemanas hingga semua bahan menjadi kering.

Udara panas yang masuk dari sebelah bawah ruang menyebabkan material yang ada kolom yang paling bawah menjadi yang paling pertama kering. Setelah tenggat waktu tertentu, tray akan dikeluarkan dan material yang telah kering diambil. Material lain yang ingin dikeringkan dimasukkan dan prosedur terjadi berulang-ulang.

Solar Dryer (Continuous Drying)

Solar Dryer

Solar drying merupakan metode pengeringan yang saat ini sering digunakan untuk mengeringkan bahan-bahan makanan hasil panen. Metode ini bersifat ekonomis pada skala pengeringan besar karena biaya operasinya lebih murah dibandingkan dengan pengeringan dengan mesin. Prinsip dari solar drying ini adalah pengeringan dengan menggunakan bantuan sinar matahari. Perbedaan dari pengeringan dengan sinar matahari biasa adalah solar drying dibantu dengan alat sederhana sedemikian rupa sehingga pengeringan yang dihasilkan lebih efektif.

Metode solar drying sering digunakan untuk mengeringkan padi. Namun karena pada prinsipnya pengeringan adalah untuk mengurangi jumlah air (kelembaban) bahan, maka metode ini juga bisa diaplikasikan untuk bahan makanan lain.

Cara kerja solar dryer adalah sebagai berikut:

Bahan yang ingin dikeringkan dimasukkan ke dalam bilik yang berada pada ketinggian tertentu dari permukaan tanah. Udara sekitar masuk melalui saluran yang dibuat lebih rendah daripada bilik pemanasan dan secara otomatis terpanaskan oleh sinar matahari secara konveksi pada saat udara tersebut mengalir menuju bilik pemanasan. Udara yang telah terpanaskan oleh sinar matahari kemudian masuk kedalam bilik pemanas dan memanaskan bahan makanan. Pengeringan bahan makanan jadi lebih efektif karena pemanasan yang terjadi berasal dari dua arah, yaitu dari sinar matahari secara langsung (radiasi) dan aliran udara panas dari bawah (konveksi). (Sumber: http:// www.appropedia.org/Solar_drying)

Spray Dryer (Continuous Drying)

Spray Dryer

Metode mengeringan spray drying merupakan metode pengeringan yang paling banyak digunakan dalam industri terutama industri makanan. Metode ini mampu menghasilkan produk dalam bentuk bubuk atau serbuk dari bahan-bahan seperti susu, buah buahan, dll.

Bagian-bagian dari unit spray dryer:

• feed pump
• atomizer
• Pemanas uap (air heater)
• Pendispersi udara (air disperse)
• drying chamber
• recovery powder system
• pembersih udara keluaran

Cara kerja spray dryer adalah sebagai berikut:

Pertama-tama seluruh air dari bahan yang ingin dikeringkan, diubah ke dalam bentuk butiran-butiran air dengan cara diuapkan menggunakan atomizer. Air dari bahan yang telah berbentuk tetesan-tetesan tersebut kemudian di kontakan dengan udara panas. Peristiwa pengontakkan ini menyebabkan air dalam bentuk tetesan-tetesan tersebut mengering dan berubah menjadi serbuk. Selanjutnya proses pemisahan antara uap panas dengan serbuk dilakukan dengan cyclone atau penyaring. Setelah di pisahkan, serbuk kemudian kembali diturunkan suhunya sesuai dengan kebutuhan produksi. (Sumber: http://www.niro.com/NIRO/CMSDoc.nsf /WebDoc/ndkk5hmc6zSprayDryersSprayDryers)

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

Sulphur dioxide from burning fossil fuels and nitrogen oxide from automobile exhaust fumes react with the water vapor in the atmosphere producing acidic vapors that mix with the clouds. When the wind blows, these acid bearing clouds maybe move hundred of kilometers away from the source of the pollutants. The acid rain that results is damaging to water, forest, and soil resources and can corrode metals and the surfaces of buildings.

One way to address the problem of acid rain is to stop burning high sulphur coal. Coal with less sulphur releases less sulphur dioxide. Another solution is to equip coal burning power plants with scrubber technology. Scrubbers are placed in the smoke stacks and force the sulphurine smoke over suspended alkali particles such as lime. The sulphur oxide reacts with these particles to form an ash that can be removed from the stack as a slurry or powder. Scrubbers can remove up to 95% of sulphur oxide from smoke before it reaches the air.

This video is co-provided by YouTube. If you experience errors playing the video, check you Internet connection. The video needs a high speed DSL/Broadband connection. To avoid lag times when playing the video, click the play button and let your Internet browser cache the video. Re-play after the video has been cached completely.

Hollow fiber membrane merupakan salah satu jenis membran yang banyak digunakan dalam industri makanan.

Membran? Tentunya teknologi yang satu ini bukan merupakan hal yang asing di telinga teman-teman mahasiswa Teknik Kimia. Aplikasi dari teknologi membran ini tersebar luas mulai dari pengolahan air (yang paling umum), teknologi pengolahan gas (seperti yang telah dibahas oleh teman saya dalam artikel sebelumnya), bahkan pengolahan limbah (contohnya yang sedang ramai dibicarakan adalah membrane bioreaktor dengan banyak variannya).

Secara sederhana membran adalah lapisan yang dapat secara selektif memisahkan satu zat dari zat lainnya dengan driving force pada umumnya adalah beda tekanan, beda temperatur, beda konsentrasi, beda energi potensial listrik atau kombinasi diantara keempatnya. Bila teman-teman tertarik dengan teknologi membran dan ingin mendapatkan pemahaman lebih dalam baik dari konsep dasar teori dan beberapa penerapannya, teman-teman dapat membaca buku “Basic Principle on Membrane Technology” karangan Mulder yang diterbitkan oleh Kluwer Press.

Membran dalam Pemrosesan Pangan

Konfigurasi membran yang telah dipakai dalam teknologi pangan sangat bervariasi mulai dari hollow fiber hingga spiral wound. Aplikasinya pun sangat beragam mulai dari klarifikasi bahan pangan, konsentrasi/pemekatan bahan pangan, pengolahan air limbah industri pangan untuk dipakai kembali (reused water), dan masih banyak macamnya. Secara umum, keunggulan teknologi membran dalam pemrosesan pangan dapat digolongkan menjadi dua yaitu:

1. Peningkatan proses produksi, yang dicapai karena :
   • Tingginya kualitas retentate atau permeat secara konsisten
   • Mengurangi biaya operasi
   • Tidak terlalu ketat dalam maintenance
   • Rendahnya hilang tekan
   • Pada umumnya tidak melibatkan zat kimia dan/atau temperatur yang tinggi (yang dapat menurunkan kualitas makanan)
   • Umur operasi membran yang tahan lama
   • Tidak memakan tempat dan mengurangi biaya lahan
2. Dapat memberikan recovery bahan pangan yang masih berharga yang biasanya terbuang bersama limbah

Nah, apa saja sih teknologi membran yang sudah diterapkan di industri pemrosesan pangan? Marilah kita tinjau satu per satu:

Reverse osmosis. Teknologi reverse osmosis dapat digunakan untuk memproduksi air bersih dengan konsentrasi mineral yang konsisten untuk menjamin kualitas produk pangan.

Teknologi Membran. Implementasi teknologi membran pada industri pangan akan memberikan banyak keuntungan baik secara teknis maupun ekonomis.

1. Mikrofiltrasi (MF)

   Ini adalah salah satu teknologi pangan yang sudah dipakai secara luas di industri pemrosesan pangan umumnya dipakai dalam proses klarifikasi bahan pangan, bisa juga untuk sentrifugasi, alat sterilisasi, pemisahan suspended solid dan penyingkiran High Molecular Protein (HMW). Contoh aplikasi dari Teknologi MF ini adalah pada industri susu dan produk susu, dimana membran digunakan mengklarifikasi dadih keju, menghilangkan lemak (de-fat) dan mengurangi kandungan mikroba di dalam susu.

2. Ultrafiltrasi (UF)

   Teknologi UF dipakai dalam proses fraksionasi, konsentrasi/pemekatan, dan purifikasi. Contohnya dalam industri susu. UF dipakai untuk memfraksionasi susu untuk memproduksi susu dimana di dalam permeatnya terkandung protein, lemak, dan garam tak larut sedangkan di dalam retentate /konsentratnya terkandung laktosa dan garam terlarut. Contoh lainnya, masih dari industri susu, adalah konsentarasi dari susu skim sehingga mempunyai kandungan protein dan kalsium yang tinggi. Aplikasi lain yang juga populer (selain dalam industri susu) adalah dalam pengolahan jus buah. Dalam hal ini, teknologi UF digunakan untuk mengklarifikasi jus buah dari kontaminan-kontaminan seperti ragi, kapang, dan bakteri untuk meningkatkan kualitas dari jus buah tersebut.

3. Nanofiltrasi (NF)

   NF umumnya dipakai jika kita ingin memisahkan campuran komponen (desirable component dari undesirable component) yang pada umumnya akan sulit dipisahkan karena kecilnya ukuran partikel. Contohnya adalah pada proses pemekatan sirup jagung (corn syrup). Penerapan lain teknologi NF adalah untuk proses demineralisasi parsial dan pemekatan secara simultan, misalnya pada proses demineralisasi dari dadih susu.

4. Reverse Osmosis (RO)
   Pada umumnya teknologi RO digunakan dalam proses pemurnian air (tawar dan laut) serta desalinasi air laut, hal ini dikarenakan membran jenis RO dapat merejeksi partikel garam hingga 99% konsentrasi. Akan tetapi bagaimana penerapannya di dalam teknologi pangan? Dalam pemrosesan pangan, teknologi RO digunakan untuk proses pemekatan, pemurnian, dan recovery dari valuable product dalam bahan pangan. Keunggulan teknologi RO dibandingkan teknologi lainnya adalah:
   • Diperoleh produk yang berkualitas tinggi tanpa perlu melalui proses pemanasan (karena dapat merusak bahan pangan)
   • Mengurangi volume limbah, sehingga biaya pengolahan limbah berkurang secara signifikan
   • Biaya modal yang cenderung lebih murah dibandingkan proses untuk aplikasi sejenis
5. Electrodialysis (ED)
   Teknologi ED digunakan dalam proses demineralisasi susu dan dadih susu, pengurangan keasaman (de-acidfy) dalam jus buah, penghilangan komponen terlarut (de-ash) dari larutan gula (dextrose). ‘Saingan’ dari teknologi ED adalah teknologi ion-exchange (IEX). Akan tetapi, pada proses yang bersifat kontinyu, ED cenderung dipakai karena lebih ekonomis. Perkembangan terbaru dari teknologi ED adalah kombinasi/hybrid dari ED dengan IEX yang dikenal dengan istilah electrodeionization.

Selain teknologi-teknologi yang telah dijabarkan diatas masih banyak lagi teknologi membran di dalam industri pemrosesan pangan. Salah satu yang sedang populer sekarang ini adalah teknologi pervaporasi yang banyak dipakai dalam pemisahan campuran alkohol (etanol) dengan air dan campuran azeotrop lainnya.

Since water is a natural resource – one in limited supply – many communities are recognizing that they have to act today to ensure they’ll have enough water for tomorrow. Enter water recycling, a two-step process that uses advanced technologies to turn wastewater into clean water. First, a technology called membrane filtration filters harmful solids and bacteria from wastewater through thousands of straw-like micro-porous filters. Then, the clean water passes through an even finer membrane filter. The result: water that is purified above drinking water standards.

This water is then used for other purposes – such as watering golf courses and parks, as well as industrial and construction projects.

Recycled water has saved the region more than 65 billion gallons of drinking water since 1995 and water recycling plants are popping up more and more around the country.

Produced for Siemens Water Technologies

This video is co-provided by YouTube. If you experience errors playing the video, check you Internet connection. The video needs a high speed DSL/Broadband connection. To avoid lag times when playing the video, click the play button and let your Internet browser cache the video. Re-play after the video has been cached completely.

And anyway, here is a brief interview with him.

Majari: “Hi, Wahyu! You are December’s Author of The Month! How do you feel about that?”
Wahyu: “Hi, Majari! Of course I feel so glad and surprise too!”

Majari: “Great! Anyway, can you tell us in a nutshell what the membrane technology are all about? Any advantages that it may have compared to prior technologies?”
Wahyu: “Sure, basically membrane is a separation technology. The components will be separated based on size and shape, using pressure and semipermeable membrane. Separation using membrane need less energy and less chemical additives.”

Majari: “Have the technology already been in Indonesia?”
Wahyu: “Yes, it has. It has been used for water purification process.”

Majari: “Can you tell us more about water purification? What exactly the membrane do in that process?”
Wahyu: “The membrane act as a filter to water impurities, such as suspended particles, organic material, even bacteria and virus, depend on type of membrane we use.”

Majari: “So you’re talking about making all the water purification process into one single membrane filtering??”
Wahyu: “Water purification consist a number of stages: sediment filter to trap particles including rust and calcium carbonate, activated carbon filter to trap organic chemical, then RO filter which trap carbon, metals (As, Hg, Pb, etc), even virus and bacteria; depend on size of the pores, and then second activated carbon filter to capture chemicals not removed by reverse osmosis filter, but it’s optional, and finally ultra violet lamp for disinfection any microbes that may escape the reverse osmosis filter.”

Majari: “Ohh.. so some of the traditional equipments may be substituted with membrane and the whole process will be better?”
Wahyu: “Yes, because by using membrane; in this case the RO membrane; we can remove particles up to 1 angstrom. It’s a small unit for particles, I think”

Majari: “Emm.. in the article you’ve mentioned about the hemodialysis process with membrane.. Can you elaborate more about that?”
Wahyu: “Hemodialysis is a process that is used to help people with kidney failures. The membrane acts like a human kidney. It filters the waste product in the human blood like urea.”

Majari: “Wow.. that’s interesting.. Anyway, can you tell us what is your next article? Maybe you can give us a bit info about it.”
Wahyu: “Hmm… actually in the past 3 days, when I studied for my chemurgy final exam, I read about biohydrogen. I was interested in that topic. So, I will find out all about it, and then write you all fellow readers an article, hehehe.. just wait..”

Majari: “OK, then.. And, last but not least.. What are you going to do with the prize?”
Wahyu: “Well, I will go to a restaurant and spend the money to buy a lot of foods!”

Congratulations, Wahyu! The prize is yours! Happy eating then!

And, is it your turn next? Submit your quality articles and see what others think about you opinion!

Salam Majari Kanayakan.

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

Definisi

Membrane separation yaitu suatu teknik pemisahan campuran 2 atau lebih komponen tanpa menggunakan panas. Komponen-komponen akan terpisah berdasarkan ukuran dan bentuknya, dengan bantuan tekanan dan selaput semi-permeable. Hasil pemisahan berupa retentate (bagian dari campuran yang tidak melewati membran) dan permeate (bagian dari campuran yang melewati membran).

Struktur Membran

Berdasarkan jenis pemisahan dan strukturnya, membran dapat dibagi menjadi 3 kategori:

Membran. Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa permeate hasil pemisahan.

• Porous membrane. Pemisahan berdasarkan atas ukuran partikel dari zat-zat yang akan dipisahkan. Hanya partikel dengan ukuran tertentu yang dapat melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan. Berdasarkan klasifikasi dari IUPAC, pori dapat dikelompokkan menjadi macropores (>50nm), mesopores (2-50nm), dan micropores (<2nm). Porous membrane digunakan pada microfiltration dan ultrafiltration.
• Non-porous membrane. Dapat digunakan untuk memisahkan molekul dengan ukuran yang sama, baik gas maupun cairan. Pada non-porous membrane, tidak terdapat pori seperti halnya porous membrane. Perpindahan molekul terjadi melalui mekanisme difusi. Jadi, molekul terlarut di dalam membran, baru kemudian berdifusi melewati membran tersebut.
• Carrier membrane. Pada carriers membrane, perpindahan terjadi dengan bantuan carrier molecule yang mentransportasikan komponen yang diinginkan untuk melewati membran. Carrier molecule memiliki afinitas yang spesifik terhadap salah satu komponen sehingga pemisahan dengan selektifitas yang tinggi dapat dicapai.

Reverse Osmosis

Salah satu teknologi membran yang banyak digunakan saat ini yaitu reverse osmosis (RO). Proses ini merupakan kebalikan dari osmosis. Pada osmosis, pelarut berpindah dari daerah berkonsentrasi rendah (hipotonik) ke daerah berkonsentrasi tinggi (hipertonik) sehingga konsentrasi di kedua daerah menjadi berimbang. Proses ini terjadi secara alami sehingga tidak membutuhkan energi. Contoh osmosis yang terjadi di alam yaitu penyerapan air oleh akar tanaman. Berbeda dengan osmosis, RO terjadi dengan arah yang berlawanan yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Untuk melawan gradien konsentrasi, dibutuhkan energi eksternal berupa tekanan.

Keunggulan dan Aplikasi Reverse Osmosis

Menurut Ir. Teuku Zulkarnain, MT, kandidat doktor teknik lingkungan Institut Teknologi Bandung, Keunggulan RO yang paling superior dibandingkan metode-metode pemisahan lainnya yaitu kemampuan dalam memisahkan zat-zat dengan berat molekul rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa. Keunggulan lain dari RO ini yaitu tidak membutuhkan zat kimia, dapat dioperasikan pada suhu kamar, dan adanya penghalang absolut terhadap aliran kontaminan, yaitu membran itu sendiri. Selain itu, ukuran penyaringannya yang mendekati pikometer, juga mampu memisahkan virus dan bakteri.

Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air minum dan air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan untuk memurnikan air umpan boiler. Selain itu, Karena kemampuannya dalam memisahkan garam-garaman, teknologi reverse osmosis cocok digunakan dalam pengolahan air laut menjadi air tawar (desalinasi). Pengolahan ini terdiri dari beberapa tahap:

• Pre-treatment untuk memisahkan padatan-padatan yang terbawa oleh umpan. Padatan-padatan tersebut jika terakumulasi pada permukaan membran dapat menimbulkan fouling. Pada tahap ini pH dijaga antara 5,5-5,8.
• High pressure pump digunakan untuk memberi tekanan kepada umpan. Tekanan ini berfungsi sebagai driving force untuk melawan gradien konsentrasi. Umpan dipompa untuk melewati membran. Keluaran dari membran masih sangat korosif sehingga perlu diremineralisasi dengan cara ditambahkan kapur atau CO₂. Penambahan kapur ini juga bertujuan menjaga pH pada kisaran 6,8-8,1 untuk memenuhi spesifikasi air minum.
• Disinfection dilakukan dengan menggunakan radiasi sinar UV ataupun dengan cara klorinasi. Sebenarnya, penggunaan RO untuk desalinasi sudah cukup jitu untuk memisahkan virus dan bakteri yang terdapat dalam air. Namun, untuk memastikan air benar-benar aman (bebas virus dan bakteri), disinfection tetap dilakukan.

Sea Water Desalinantion: Concept Drawing of Membrane Distillation Sea Water Desalination.

Selain untuk desalinasi, RO juga digunakan dalam dialisis untuk proses cuci darah penderita penyakit ginjal. Ginjal berfungsi sebagai penyaring darah terhadap pengotor-pengotor hasil metabolisme tubuh seperti urea, yang kemudian dikeluarkan melalui urin. Mesin dialisis berfungsi sebagai “ginjal” tersebut. Darah dikeluarkan dari tubuh menuju mesin dialisis yang di dalamnya terdapat membran. Darah yang telah melewati membran dikembalikan lagi ke dalam tubuh.

Teknologi membran berkembang dengan sangat pesat. Dewasa ini, banyak membran dapat dioperasikan pada tekanan rendah sehingga memungkinkan dioprerasikan di rumah tinggal, tempat pengungsian, bahkan dapat digerakkan dengan genset berskala kecil. Selain itu, kemajuan dalam bidang material membran juga memungkinkan proses pemisahan menggunakan membran dapat dilakukan dengan lebih ekonomis.

Sumber: KOMPAS, Wikipedia