Membuat Minyak Bumi (Jenis Green Diesel) dari Biomassa dengan Proses Fischer-Tropsch

Sejak perang dunia ke-II, Jerman mengalami krisis bahan bakar. Di tengah krisis tersebut, ilmuwan jerman, Franz Fischer dan Hans Tropsch, menemukan sebuah metode baru untuk mengubah batu bara menjadi minyak bumi buatan pada tahun 1920. Dikarenakan keberhasilan metode tersebut, maka proses untuk membuat minyak bumi buatan disebut proses Fischer-Tropsch (FT).

Proses Fischer-Tropsch (FT) memproduksi senyawa hidrokarbon sintetis melalui reaksi gas hidrogen (H2) (biasa digunakan oleh industri pupuk untuk membuat pupuk urea) dan karbon monoksida (CO) (merupakan gas hasil pembakaran bensin atau solar di kendaraan). Gas H2 dan CO akan bereaksi pada permukaan logam transisi (unsur-unsur logam yang berada pada golongan 3 – 12 dan blok d pada tabel periodik seperti besi (Fe), mangan (Mn), dan lain-lain) (Reni, 2011). Bahan baku yang biasa digunakan dalam proses ini yaitu batu bara, gas alam atau biomassa. Biomassa merupakan bahan organik yang berasal dari tumbuhan, hewan, limbah pertanian, limbah industri, sisa metabolisme makhluk hidup seperti kotoran ternak atau manusia, dan lain-lain.

Untuk mendapatkan gas H2 dan CO dapat melalui proses gasifikasi. Gasifikasi merupakan proses mengubah biomassa menjadi gas sintetis (syngas) dengan pemanasan suhu tinggi. Syngas terdiri dari Gas metana (CH4), CO dan H2 yang merupakan produk utama gasifikasi. Terdapat pula produk samping yaitu tar (senyawa hidrokarbon kompleks seperti benzena, toluena, dan lain-lain), HCN, H2S, NH3, debu dan arang. Oleh karena itu, syngas hasil gasifikasi dapat menjadi bahan baku pada proses FT.

Kombinasi antara gasifikasi biomassa dan sintesis Fischer-tropsch atau Biomass Gasification Fischer-Tropsch (BGFT) merupakan cara alternatif untuk memproduksi bahan bakar terbarukan. Katalis adalah suatu bahan kimia yang dapat mempercepat reaksi, tanpa ikut terkonsumsi dalam suatu reaksi dan mengarahkan bahan baku ke produk yang diinginkan sehingga hasil samping dapat dikurangi. Katalis yang digunakan dalam sintesis Fischer-Tropsch adalah logam transisi berupa Fe (besi), Co (kobalt), Ni (nikel) atau Ru (rutenium). Katalis besi lebih banyak digunakan karena harganya murah dan memiliki keaktifan yang relatif lebih tinggi. Untuk meningkatkan jumlah produk, katalis Fe membutuhkan bantuan Mangan (Mn) sebagai promotor (pendukung katalis). Katalis Fe-Mn telah digunakan di industri sintesis FT selama bertahun-tahun (Rao, 1992 dalam Ika, 2011). Industri FT tersebut memproduksi berbagai senyawa hidrokarbon seperti diesel dan bensin, tetapi karena aktivitas industri dan transportasi yang semakin meningkat maka senyawa hidrokarbon yang sangat dibutuhkan adalah diesel (solar) atau biasa disebut green diesel (FT-Diesel) (Fitria, 2009). Skema untuk proses produksi FT-Diesel dari syngas yang dihasilkan dari gasifikasi biomassa dijelaskan pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema proses produksi green diesel (FT-Diesel) dari biomassa
Sumber : H. Boerrigter, 2002


Syngas dari proses gasifikasi biomassa akan melalui proses pembersihan gas terlebih dahulu karena masih mengandung pengotor seperti gas H2S, NH3, HCN yang dapat meracuni katalis di reaktor Fischer-Tropsch (FT). Unit-unit proses dalam pembersihan gas terdiri dari Tar Cracking (untuk mengkonversi tar menjadi H2 dan CO pada suhu 1300oC), Hot-gas Filter (untuk menghilangkan debu, arang, dan abu pada suhu 400oC), Water Scrubber (untuk menghilangkan NH3 dan HCN pada suhu ruangan), Condenser (untuk mengembunkan air), dan filter ZnO serta karbon aktif untuk menghilangkan gas CO2 dan H2S. Setelah proses pembersihan gas, syngas akan masuk ke proses pengkondisian gas terlebih dahulu untuk meningkatkan perbandingan antara kadar H2 terhadap kadar CO melalui Shift Reaction (mereaksikan gas CO dan H2O untuk menghasilkan H2), lalu H2 yang dihasilkan digunakan untuk hydrocracking (proses mengubah fraksi berat ke fraksi ringan minyak bumi menggunakan gas H2 pada suhu 400 – 1000oC dan tekanan 20-70 bar, contohnya mengubah C48H98 menjadi C20H42). Skema proses pembersihan gas dijelaskan pada gambar 2.

Gambar 2. Proses pembersihan gas
Sumber : H. Boerrigter, 2002

Saat ini reaktor FT secara komersial memiliki dua rentang suhu yang berbeda. Untuk memproduksi bensin dan olefin (seperti propilena dan etilena yang digunakan di industri petrokimia) digunakan reaktor High Temperature Fischer-Tropsch (HTFT) dengan suhu 340oC menggunakan katalis besi. Diesel dan lilin diproduksi menggunakan reaktor Low Temperature Fischer-Tropsch (LTFT) pada suhu 230oC dengan bantuan katalis besi atau kobalt. Maka untuk memproduksi diesel digunakan reaktor LTFT dan reaksi kimia yang terjadi pada sintesis Fischer-Tropsch adalah sebagai berikut :

Katalis Fe-Mn : CO + 2H2 > -(CH2)-+ H2O

Water-Gas Shift Conversion : CO + H2O  >   CO2  +  H2

(Sumber : H. Boerrigter, 2002)

Produk kemudian dimurnikan untuk menghasilkan green diesel (FT-Diesel). Green diesel atau FT-Diesel yang dihasilkan memiliki energi yang lebih tinggi dari biodiesel dan setara dengan minyak diesel dari minyak bumi tetapi emisi CO dan SO2 yang dihasilkan lebih rendah dari minyak diesel. Hambatan terbesar teknologi FT adalah tingginya investasi, biaya operasi dan pemeliharaan. Meski begitu, beberapa negara telah menerapkan teknologi FT untuk memproduksi bahan bakar terbarukan. Di Sasol, Afrika Selatan menggunakan batu bara dan gas alam untuk memproduksi minyak bumi sintetis dan Sasol telah memasok FT-Diesel ke berbagai negara (Ika, 2011). Pengembangan teknologi FT mulai dipertimbangkan untuk mengantisipasi krisis bahan bakar di masa depan. Oleh karena itu, Indonesia sebagai produsen biomassa terbesar di ASEAN harus mampu menerapkan teknologi Fischer-Tropsch untuk memenuhi kebutuhan energi nasional yang kian hari kian meningkat.

Tombol ajaib ini akan mengirimkan artikel Warung Sains Teknologi ke beranda Facebook Anda:


(klik tombol diatas)

Artikel yang berhubungan:

Warstek.com disponsori oleh:

     
Fauzi Yusupandi

Fauzi Yusupandi

Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar