Penemuan katalis Ni-Ga dan inovasi produksi methanol skala industri pada tekanan atmosferis

Seiring dengan semakin menipisnya cadangan minyak bumi dan gas bumi di dunia, berbagai sumber energi alternatif diharapkan dapat berkembang agar dapat mengurangi ketergantungan umat manusia terhadap bahan bakar fosil. Salah satu potensi yang menarik perhatian masyarakat dunia adalah methanol yang dapat digunakan sebagai bahan bakar terbarukan, bahan dasar pembuatan berbagai zat kimia berbasis hidrokarbon dan sumber penyimpan energi. Dengan demikian, berbagai kalangan menilai methanol dapat menjadi fondasi masyarakat modern di masa yang akan datang melalui konsep methanol economy yang kerap didengungkan oleh kimiawan George Olah, pemenang Nobel Kimia 1994.

Proses pembuatan methanol sintetis adalah proses industri kimia klasik yang sudah sangat mapan dalam sejarah industri kimia sejak tahun 1920an. Untuk skala industri, methanol umumnya diproduksi melalui proses steam reforming gas alam yang menghasilkan syn-gas (kombinasi komponen utama CO dan H2). Selanjutnya, syn-gas dikonversi dalam reaktor yang dilengkapi katalis Cu/ZnO/Al2O3 yang beroperasi pada tekanan 50-100 atm. Diperkirakan total produksi methanol di dunia mencapai 40 juta ton/tahun dimana setidaknya 80% produksi methanol skala besar di dunia saat ini berbahan baku gas alam. Methanol umumnya dimanfaatkan sebagai bahan baku produksi formaldehid, asam asetat, MTBE (zat additive bensin) dlsb. Harga jual methanol kurang lebih 1 USD/gallon atau sekitar Rp. 4000 per liter tergantung dari kondisi pasar dan nilai tukar rupiah.

Produksi methanol yang bertekanan rendah serta ramah lingkungan tentunya menjadi pusat perhatian ilmuwan. Salah satu cara untuk memproduksi methanol yang inovatif dan berkelanjutan adalah dengan memanfaatkan CO2 dan H2 dalam reaksi berkatalitik. Dengan memanfaatkan CO2 dan H2, proses ini dapat dijalankan dalam tekanan atmosferis (1 atm, tekanan ruang) dan suhu dibawah 300°C. Selain itu, dengan memanfaatkan CO2 diharapkan juga dapat mengurangi emisi CO2 ke atmosfer sehingga menekan dampak pemanasan global. Untuk aplikasi ini, katalis Cu/ZnO/Al2O3 sekali lagi menunjukkan aktivitas yang menjanjikan. Salah satu kekurangan yang harus ditingkatkan adalah tingginya kandungan CO dalam hasil akhir. Tingginya CO tidak hanya merugikan karena mengurangi jumlah methanol yang diproduksi namun juga dapat meracuni katalis dalam fuel cell apabila nantinya akan diaplikasikan dalam direct methanol fuel cell (DMFC).

Baru-baru ini, para ilmuwan dari SUNCAT centre for interface science and catalysis USA, Stanford University USA dan Technical University Denmark menemukan katalis baru yang berbasis Nikel dan Gallium atau disebut Ni-Ga melalui artikel yang dipublikasikan dalam Nature Chemistry edisi April 2014. Dalam laporannya, katalis Ni-Ga tidak hanya aktif untuk menghasilkan methanol dari CO2 dan H2 namun juga menurunkan kadar CO hingga 10 kali lipat pada suhu 250°C. Kemampuan Ni-Ga menekan produksi CO melalui proses reverse Water Gas Shift reaction (rWGS) menjadi keunggulan yang utama dari katalis Ni-Ga. Lebih lanjut dijelaskan bahwa dalam katalis Ni-Ga, tapak aktif (active site) yang kaya Ga berfungsi untuk mendorong terjadinya reaksi sintesis methanol sedangkan tapak aktif yang kaya Ni berfungsi untuk memfasilitasi reaksi rWGS. Dengan terbentuknya CO, tapak aktif Ni akan teracuni sendiri oleh CO dan karbon sehingga proses produksi CO akan terhenti. Hal ini tidak terjadi pada katalis konvensional Cu/ZnO dimana aktivitas rWGS dan sintesis methanol berlangsung pada tapak aktif yang sama. CO juga dikenal tidak terikat kuat pada Cu sehingga aktivitas reaksi rWGS pada tapak aktif Cu/ZnO tidak dapat ditekan. Artikel ini juga mengungkapkan bahwa penemuan ini diharapkan dapat menjadi tonggak baru produksi methanol dalam skala kecil dari CO2 dan H2.

Proses pemanfaatan CO2 untuk pembuatan methanol sendiri saat ini sebenarnya juga sudah mulai diterapkan dalam skala industri. Pioner dari teknologi ini adalah perusahaan Carbon Recycling

International (CRI) yang bertempat di sebuah negara kecil Islandia. Negara kecil ini dianugerahi sumber panas bumi yang besar sehingga dengan potensi panas buminya mereka dapat memproduksi listrik dengan murah dan berlebih (mengingat jumlah penduduk yang kecil). Tak heran bila methanol yang diproduksi oleh CRI Islandia ini sering disebut sebagai vulcanol. Dengan potensi listrik yang besar, mereka dapat memproduksi H2 dari proses elektrolisa air yang membutuhkan tenaga listrik dalam jumlah besar. Selanjutnya, CO2 diperoleh dari emisi pembangkitan listrik panas bumi. Dengan demikian, keseluruhan proses produksi methanol yang yang dikembangkan oleh CRI bebas dari emisi CO2. Disamping itu, proses produksi di CRI juga memiliki produk samping berupa produksi asam sulfat. Dengan potensi sumber panas bumi yang besar di Indonesia, hal ini tak menutup peluang Indonesia untuk menjadi produsen methanol yang ramah lingkungan di masa yang akan datang.

04T E O R I T A H A P A N I N O V A S I T E K N O L O G I B I O E N E R G I Contoh kasus adalah Permen ESDM No 32 Tahun 2008 tentang Penyediaan, Pemanfaatan dan TataNiaga Bahan Bakar Nabati (Biofuel) sebagai Bahan Bakar Lain. Wacana baik telah muncul karena adaupaya Pemerintah Indonesia untuk merevisi permen tersebut dengan beradaptasi beradaptasi denganperkembangan inovasi teknologi, memperluas akses pasar, dan mendapatkan dukungan dari institusi lain.Permen ini hanya mengatur jenis bahan bakar nabati (BBN) dalam bentuk cair, kemudian diperluasdefinisnya mencakup juga BBN padat dan BBN gas. Bahkan pada laman Forum Fakultas Teknik UI (2013)dicantumkan pokok-pokok usulan perubahan pengganti Permen No. 32/2008 sebagai berikut:• Perubahan kewenangan penanganan pengelolaan BBN dari Direktorat Jenderal Minyak dan Gas Bumimenjadi kewenangan Direktorat Jenderal EBTKE,• Perluasan lingkup denisi dan pengaturan BBN yang semula hanya mengatur tentang biofuel (sebagaiBBN cair) menjadi BBN yang terdiri dari BBN cair, BBN Padat, dan BBN gas,• Penambahan kewajiban (mandatori) pemanfaatan BBN cair bagi industri pertambangan mineral danbatu bara,• Penambahan kewajiban (mandatori) pemanfaatan biomassa untuk dicampurkan dengan batubra padapembangkit listrik melalui cofiring bagi Badan Usaha Pembangkit Tenaga Listrik yang menggunakanbatubara,• Penyediaan infrastruktur pendistribusian BBN oleh Badan Usaha (BU) BBM,• Pengaturan izin usaha niaga BBN,• Pemberian sanksi administratif untuk BU BBN (oleh Dirjen EBTKE), BU BBM (oleh Dirjen Migas atas usuldari Direjen EBTKE), dan BUPTL (oleh Dirjen Ketenagalistrikan atas usul dari Dirjen EBTKE) yang tidakmelaksanakan kewajiban pemanfaatan BBN,• Perubahan pentahapan kewajiban minimal pemanfaatan BBN pada tiap sektor’Boleh jadi, upaya Pemerintah RI harus lebih jeli lagi membuat payung hukum yang tepat dan menyiapkananggaran, tim peneliti dari lembaga penelitian dan universitas, serta akses kerjasama internasional untukmendapatkan semua tahapan inovasi teknologi konversi biomassa menjadi energi terbarukan. Selainkarena karena kebutuhan energi nasional, adalah ketersedian bahan baku yang melimpah dan ada pasardari bentuk energi ini.PEMBAGIAN TAHAPAN INOVASI KONVERSIBauen et al., (2009) membagi empat tahap inovasi teknologi konversi (Lihat Gambar 2), dimulai dari Tahap 1. Penelitian Dasar (Basic Research) dan digabung dengan tahap Penelitian dan Pengembangan(Applied R&D), Tahap 2. Demonstrasi, Tahap 3. Awal Komersial, dan Tahap 4. Komersialisasi. Dalam empattahap tersebut, dijelaskan juga perkembangan atau posisi terakhir dari beberapa inovasi konversi sepertiinovasi pemadatan biomassa (biomass densification), biomassa jadi panas (biomass to heat), pembakaran(combustion), gasifikasi (gasification), co-firing, dan anaerobic-

digestion untuk proses biogas, sertaperkembangan teknologi yang mengubah biomassa menjadi bio etanol dan gas lainnya.Posisi inovasi teknologi konversi yang telah mencapai tahap komersial adalah pembuatan pelet sebagaibentuk pemadatan energi dari sisi volume yang terkandung dalam biomassa, pembakaran untuk boilerdan tungku, pembakaran dengan siklus panas (combustion + steam cycle), pembakaran langsung dan

05T E O R I T A H A P A N I N O V A S I T E K N O L O G I B I O E N E R G I

Gambar 1 Pembagian empat tahap perkembangan inovasi teknonologi konversibiomassa menjadi energi (IEA-Bioenergy, 2009)

06T E O R I T A H A P A N I N O V A S I T E K N O L O G I B I O E N E R G I tidak langsung (Direct and co-firing), etanol dari tebu, serta dan biodiesel. Sedangkan biometan masihpada tahap awal komersial, dan inovasi untuk membuat hidrogen dari biomassa masih ditahap akhirdemonstrasi.Burge dan Wushagentagen (2009) membagi lebih rinci tahapan inovasi teknologi konversi biomassamenjadi energi menjadi enam bagian dengan memisahkan penelitian dasardengan penelitian danpengembangan terapan, kemudian menambahkan celah pasar dan dukungan komersial sebagai satutahapan tersendiri (lihat Gambar 3).Gambar1 Tahapan inovasi teknologi konversi dengan faktorpengendalinya yaitu pasar, modal investasi, kebijakanpemerintah (Burge dan Wustenhagen, 2009) Keenam tahapan tersebut adalah 1. Penelitian dan Pengembangan Dasar; 2. Penelitian dan Pengembangan Terapan; 3. Demonstrasi; 4. Pra Komersialisasi; 5. Celah Pasar dan Dukungan Komersial; 6. Komersial.Untuk mendapatkan karakteristik pembeda pada setiap tahap inovasi konversi biomassa menjadi energi,maka sebaiknya menggunakan lima indikator penting yang terdiri aspek lokasi atau tempat, pelaksana,waktu yang dibutuhkan, keuangan, dan dukungan lembaga. Khusus pelaksana dalam invoasi tersebut,maka harus juga mempertimbangkan keterlibatan peneliti, pemerintah selaku pengambil kebijakan,pengusaha, dan lembaga keuangan.

07T E O R I T A H A P A N I N O V A S I T E K N O L O G I B I O E N E R G I

Tiga target yang hendak dicapai dengan keterlibatan mereka yaitu (1) menurunkan biaya produksi persatuan produk teknologi dan membuat sistem produksi energi terbarukan lebih efisien; (2) menurunkanresiko investasi karena ada jaminan teknologi baik dari segi kualitas dan ketersediaanya, sehingga penggunaakhir (pengusaha) akan lebih nyaman dan yakin terhadap penggunaan sistem produknya; (3) membukadan meningkatkan akses pasar serta penerimaan masyarakat terhadap inovasi teknologi konversi, sistemproduksi, dan produk bioenergi.Karakteristik Tahapan Inovasi Konversi Bioenergi1. TAHAP PENELITIAN DASARPada penelitian dasar(Basic Research-R&D), lokasi yang digunakan adalah laboratorium dan menjadiciri khas tahapan ini. Penelitian ini umumnya melibatkan peneliti dari kalangan perguruan tinggi ataulembaga penelitian sebagai. Upaya yang dilakukan merupakan pengisian peta pengetahuan atau realisasiujicoba dari pemikiran dan studi kepustakaannya. Bahkan hasilnya penelitian digunakan untuk menjawabpersoalan-persoalan mendasar dari sebuah fenomena alam.Umumnya juga dalam penelitian dasar, permasalahan yang dikaji merupakan masalah tunggal atau ruanglingkup masalah dan solusinya terbatas. Sumber dana penelitian ini umumnya berasal dari anggaran lembagapenelitian atau universitas yang juga berarti dari pemerintah. Waktu untuk mencapai satu target penelitiandasar tidak diketahui dengan pasti karena relatif dan tergantug pada kebutuhan dan kepuasan penelitinya.2. TAHAP LITBANG TERAPANPada tahap penelitian dan pengembangan (litbang) terapan (R&D Applied), lokasi sudah mulai bergeserdari laboratorium ke percobaan lapangan, atau pada skala laboratorium yang lebih komplit peralatannyadengan masalah-solusi yang mulai majemuk dan berinteraksi. Pelaksana penelitian sudah melibatkanpeneliti lain ataupun dari lembaga lain. Bahkan dengan melibatkan peneliti dari negara lain. Kondisiini juga didukung oleh pendanaan antar lembaga bahkan antara negara. Jika di Eropa maka penelitiandibiayai oleh Uni Eropa. Kisaran waktupenelitian sekitar 3-5 tahun.3. TAHAP DEMONSTRASIKarakteristik utama pada tahap demonstrasi ini adalah munculnya model atau prototipe dari suatu konsepinovasi konversi biomassa yang diajukan oleh tim pelaksana penelitian dan pengembangan oleh lembagapenelitian atau divisi litbang di perusahaan. Karena masih dalam bentuk model atau protipe, maka ukuraninput dan output energi belum mencapai skala ekonomis, namun proses konversi tersebut dan produknyasudah terwujud dalam skala mini.

Sumber pembiayaan pada tahap ini sudah dapat melibatkan pihak swasta atau perusahaan yang tertarikkarena melihat prospek bisnis di model tersebut. Artinya, pada tahap ini sudah ada jalinan kerjasamapenelitian dimana tim peneliti universitas atau lembaga penelitian melaksanakan penelitian, sedangkanpembiayaannya bersumber dari pihak swasta.Pihak swasta besar pada negara-negara maju, umumnya menggalang kerjasama dengan lembagapenelitian atau universitas untuk mengerjakan proyek penelitian sampai pada tahap komersialisasi denganpertimbangan untuk mencapai posisi unggul dalam persaingan teknologi. Contohnya adalah Siemensdengan teknologi pembangkit listrik berskala besar.4. TAHAP PRA KOMERSIAL Tahap ini tim peneliti mencoba menawarkan inovasi teknologi dan telah diterima oleh kalanganswasta. Indikator penting pada tahap ini adalah meningkatkan skala teknologi tersebut dari model atauprotipe untuk menjadi ukuran pabrik atau mesin yang sebenarnya, namun masih dalam uji coba untukmendapatkan target kualitas yang layak bisnis. Lokasinya sudah dikembangkan dibeberapa tempat untukmendapatkan informasi mengenai kualitas, proses, dan kendala dalam operasional di

lapangan. Tanggungjawab penelitian masih dipegang oleh peneliti yang sudah tergabung dalam perusahaan,sedangkan aspek produksi dan paten teknologi tersebut menjadi tanggungjawab dan hak penuh daripihak perusahaan yang membiayainya.5. TAHAP CELAH PASAR DAN DUKUNGAN KOMERSIALPada tahap ini, inovasi teknologi konversi telah berhasil membuka pasar namun masih masih memerlukandukungan komersial berupa modal untuk memperbesar skala produksi atau memperbanyak contohpabrikan. Dukungan komersial pada tahap ini umumnya adalah dukungan pembiayaan dari negaraprodusen teknologi jika ingin dipasarkan ke negara lain. Bahkan dukungan kebijakan dari pemerintahuntuk memberikan insentif ekonomi sehingga menarik minat swasta untuk menanamkan modalnya padatahap ini.Pada sisi lain, pasar terutama dikalangan pengusaha yang memposisikan dirinya sebagai pengguna akhirtidak akan berminat mengambil resiko yang lebih besar dengan melakukan investasi pada tahap ini kecualiada jaminan dan dukungan dari pemerintah atau pihak asuransi. Alternatif pendorong di tahap ini, adalahpromosi dari tim peneliti atau manajer project untuk meyakin pengusaha yang memiliki “instink business”kuat memodali teknologi ini untuk memasuki pasar komersial.08T E O R I T A H A P A N I N O V A S I T E K N O L O G I B I O E N E R G I

6. TAHAP KOMERSIALPada Tahap Komersial, inovasi teknologi konversi biomassa menjadi sudah menjadi satu kebutuhan bagipengusaha karena terdapat peluang bisnis yang menguntungkan dan tersedia pasarnya. Nilai jual produkyang dihasilkan telah melampaui biaya produksinya. Jadi pada tahap ini, pertimbangan bisnis lebihmendominasi keputusan terhadap untuk penerapan inovasi tersebut.Pelaksana kegiatan dalam tahap ini telah melebur dalam satu unit usaha, posisi peneliti telah beralih kesistem manajemen perusahaan seperti menejer pengembangan proyek dan pemasaran.Sumber pembiayaan sudah melibatkan pihak lembaga keuangan seperti perbankan, asuransi dansekuritas. Waktu untuk pembangunan dan masa kerja teknologi ini sudah terukur dengan baik dan telahdiperhitungan dalam analisis kelayakan bisnis.09T E O R I T A H A P A N I N O V A S I T E K N O L O G I B I O E N E R G I

Job Board

About

Mission

Press

Blog

Stories

We're hiring engineers!

Help

Terms

Privacy

Copyright

Send us Feedback

Academia © 2014