Tantangan Reverse Flow Reactor dalam Mengatasi Global Warming

Fenomena global warming merupakan kasus yang sedang ramai diperbincangkan saat ini. Penelitian ilmiah di dunia sekarang sedang tertuju pada teknologi bagaimana cara mengatasi peristiwa global warming ini. Salah satu metodologi untuk mengatasi fenomena pemanasan global ini adalah dengan mengolah emisi gas rumah kaca yang menjadi penyebab fenomena ini. Salah satu gas rumah kaca yang berbahaya dan berjumlah banyak di atmosfer bumi kita adalah gas metana (CH4). Dampak bahaya dari gas metana seringkali dinyatakan dalam ekivalen dengan efek gas karbondioksida (Marín dkk., 2008).

Gas metana merupakan gas rumah kaca kedua terbanyak, yang memberikan dampak 20 kali lebih berbahaya daripada gas karbon dioksida. Gas metana dalam jumlah yang besar dilepaskan ke atmosfer bumi dari pertambangan batubara setiap tahunnya (Wang dkk, 2010). Sumber emisi gas metana yang cukup besar adalah dari industri batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Gas metana dapat dioksidasi sehingga menghasilkan gas karbon dioksida. Dengan demikian, pengaruh gas rumah kaca terhadap pemanasan global dapat tereduksi sebesar 87% (Hayes, 2004).

Reverse Flow Reactor (RFR)

Metana merupakan senyawa hidrokarbon yang sulit dibakar (Marin, 2005). Untuk dapat melangsungkan reaksi, gas metana harus dipanaskan sampai temperatur yang relatif tinggi (+ 500oC). Sedangkan untuk reaksi katalitik, diperlukan temperatur sekitar 1000oC agar aktivitas katalis semakin baik. Akan tetapi, emisi gas metana akibat kebocoran berada pada temperatur lingkungan sehingga diperlukan pemanasan awal sebelum metana dimasukkan ke dalam reaktor. Selain itu, konsentrasi emisi gas metana akibat kebocoran ini rendah dan berfluktuasi sehingga memerlukan teknologi yang tepat untuk mengolahnya (Salomons dkk., 2003). Jurnal Energi Fuels 2010 juga menyatakan bahwa kebocoran emisi gas metana, yang diberikan nama VAM (ventilation air methane), bersifat tidak stabil dan biasanya memiliki konsentrasi kurang dari 1 %-volum sehingga tidak dapat dibakar dengan metode pembakaran yang tradisional. Oleh karena itu, teknologi pengolahan yang efisien telah menjadi tantangan bagi para peneliti di dunia (Wang dkk, 2010).

Hingga saat ini, belum ada teknologi yang tepat dan memuaskan dalam mengolah emisi gas metana. Salah satu metode yang telah dicoba adalah dengan mengoksidasinya di dalam reaktor katalitik aliran bolak-balik (Reverse Flow Reactor, RFR). Perbedaan utama reaktor ini dengan reaktor searah adalah arah alirannya. RFR menggunakan 2 arah aliran yang saling berlawanan. Jika reaktor dirancang dan dioperasikan dengan prosedur yang tepat, aliran bolak-balik seperti ini dapat menjebak panas (heat trap) yang dihasilkan dari reaksi oksidasi metana yang bersifat eksotermik, sehingga temperatur di dalam reaktor cukup tinggi. Dengan demikian, gas metana tidak perlu dipanaskan dengan preheater sebelum oksidasi metana berlangsung (Salomons dkk., 2003). Reaksi oksidasi metana tersebut akan dapat mengurangi dampak pemanasan global dari efek gas rumah kaca seperti yang telah disebutkan pada bagian sebelumnya.

Reaktor katalitik aliran bolak balik merupakan salah satu alternatif dari pengoperasian reaktor tak tunak. Konsep pengoperasian dengan prinsip utama mengubah aliran yang melalui reaktor secara periodik dikenal dengan nama Reaktor Katalitik Aliran Bolak-Balik (Reverse Flow Reactor, RFR) (Budhi, 2004). Reaktor katalitik aliran bolak-balik merupakan reaktor unggun diam (fixed bed) yang arah aliran yang melalui reaktor dibuah secara periodik secara periodik dalam selang waktu tertentu yang sering dikenal dengan nama waktu ubah (switching time) (Budhi, 2005).

Beberapa penelitian yang berkaitan dengan perancangan reaktor katalitik aliran bolak-balik untuk oksidasi emisi metana yaitu dengan menambahkan insulasi pada reaktor untuk menjebak panas secara sempurna. Sebagian panas dapat diambil dari insulasi tersebut agar panas dalam reaktor tidak berlebihan. Panas yang diambil tersebut dapat digunakan untuk membuat steam dan dapat dikonversi menjadi energi listrik (Litto dkk., 2006).

Reference:

1. Budhi, Y.W.; Jaree, A.; Hoebink, J.H.B.J.; Schouten, J.C., “Simulation of Reverse Flow Operation for Manipulation of Catalyst Surface Coverage in the Selective Oxidation of Ammonia”, Chemical Engineering Science Vol 59, 2004.
2. Budhi, Y.W.,”Reverse Flow Reactor Operation for Control of Catalyst Surface Coverage”, Disertasi Doktor, Technische Universiteit Eindhoven, 2005.
3. Hayes, R.E., “Catalytic Solutions for Fugitive Methane Emissions in the Oil and Gas Sector”, Chemical Engineering Science 59 4073-4080, 2004.
4. Litto, R.; Hayes, R.E.; Liu, B.,”Capturing Fugitive Methane Emissions from Natural Gas Compressor Buildings”, Journal of Environmental Management 84 (2007) 347-361, 2006.
5. Marín, P.; Hevia, Miguel A.G.; Ordónez, S.; Díez, F.V., “Combustion of Methane Lean Mixtures in Reverse Flow Reactors: Comparison Between Packed and Structured Catalyst Beds”, Catalysis Today 105, 701–708, 2005.
6. Marín, P.; Ordónez, S.; Díez, F.V., “Procedures for Heat Recovery in the Catalytic Combustion of Lean Methane–Air Mixtures in a Reverse Flow Reactor”, Chemical Engineering Journal 147, 356–365, 2008.
7. Salomons, S.; Hayes, R. E; Poirier, M.; Sapoundjiev, H., “Flow Reversal Reactor for the Catalytic Combustion of Lean Methane Mixtures”, Catalysis Today 83, 59–69, 2003.
8. Wang, Y.; Man, C.; Che, D.,” Catalytic Combustion of Ventilation Air Methane in a Reverse-Flow Reactor”, Energy Fuels 2010, 24, 4841–4848, 2010.