Fly Ash sebagai Adsorben CO2

Coal Power Station

Salah satu bahan bakar fosil yang umum digunakan saat ini adalah batubara. Batubara adalah sumber energi yang paling mudah diambil dari alam. Namun, pembangkitan energi dengan batubara menimbulkan limbah yang cukup banyak, di antaranya fly ash. Fly ash adalah salah satu residu hasil pembakaran batubara. Komponen yang terkandung dalam fly ash bervariasi bergantung pada sumber batubara yang dibakar, tetapi semua fly ash mengandung SiO2 dan CaO. Jika tidak diolah lebih lanjut, fly ash dapat menyebabkan dampak negatif bagi lingkungan. Fly ash dapat mengkontaminasi air tanah dengan kandungan pengotor seperti arsenik, barium, berillium, boron, cadmium, komium, thallium, selenium, molibdenum dan merkuri.

Pemanfaatan batubara juga memberikan dampak negatif lain berupa emisi karbon dioksida. Gas CO2 ini, lebih jauh lagi, akan menimbulkan dampak berupa efek rumah kaca. Oleh karena itu, dalam pemanfaatan batubara sebagai sumber energi, diperlukan suatu metode untuk menangkap gas CO2 dari hasil pembakaran batubara dan menyimpannya dalam suatu materi isolator. Teknologi ini dikenal dengan nama Carbon Capture and Storage (CCS). Banyak metode penangkapan CO2 yang sedang dikembangkan saat ini, di antaranya adalah adsorpsi, absorpsi, penggunaan membran, proses kriogenik, dan pemanfaatan mikroba.

Salah satu metode penangkapan CO2 adalah metode adsorpsi dengan menggunakan kalsium oksida, magnesium oksida, seng oksida, dan tembaga oksida. Sorbent yang paling umum digunakan dalam industri adalah CaO (kalsium oksida) yang terdapat di alam dalam bentuk CaCO3. Untuk mendapatkan CaO dari batuan kapur, batuan kapur harus terlebih dahulu diaktivasi, yaitu dengan memanaskan batu kapur hingga rentang temperatur kalsinasi, yang umumnya berkisar 800-950 derajat Celsius. Proses akitivasi ini jelas membutuhkan energi dalam jumlah yang besar, serta melepaskan CO2 ke lingkungan saat diaktivasi. Proses ini dikhawatirkan akan membuang CO2 lebih banyak ke lingkungan dibandingkan dengan jumlah CO2 yang berhasil ditangkap. Oleh karena itu, diperlukan suatu alternatif sorbent yang tidak memerlukan aktivasi terlebih dahulu.

Fly Ash

Fly ash dari pembakaran batubara merupakan salah satu contoh sorbent yang dapat digunakan. Fly ash yang diperoleh dari pembakaran batubara memiliki kandungan CaO yang dapat langsung dimanfaatkan untuk mengadsorp CO2 tanpa perlu diaktivasi kembali, sehingga kebutuhan energi untuk melakukan proses kalsinasi dapat dihindari. Selain itu, fly ash hasil pembakaran batubara tersedia dalam jumlah besar dan terus dihasilkan, sehingga fly ash yang telah digunakan tidak perlu dikarbonasikan kembali, melainkan dapat langsung dibuang. Fly ash yang digunakan dalam penangkapan CO2 ini memiliki kandungan kalsium yang tinggi sehingga akan langsung bereaksi dengan air. Hasil dari proses hidrasi fly ash tersebut adalah terbentuknya Ca(OH)2 dan fase C-H-S yang reaktif terhadap CO2. Reaksi yang terjadi selanjutnya adalah:

CO2 + Ca(OH)2 –> CaCO3 + H2O
CaO.nSiO2.mH2O(C-S-H) + CO2 –> CaCO3 + SiO2 + mH2O

Selain dapat mengurangi emisi CO2 yang dihasilkan dari proses pembangkitan energi dengan batubara, metode ini juga dapat memanfaatkan hasil samping produksi batubara lainnya, yaitu fly ash. Adanya teknologi yang tepat guna seperti ini selanjutnya diharapkan dapat membantu pemenuhan kebutuhan energi yang ramah lingkungan.

Sumber:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fly_ash
http://www.geology.sk/co2neteast/documents/workshop_bratislava/AU_BOCHENCZYK.pdf
Nugraha Yohannes A. dan Aditya Tanuwijaya, Penangkapan CO2 dengan Fly Ash Termodifikasi, 2009.
Gambar:
http://static.guim.co.uk/sys-images/Guardian/Pix/pictures/2008/12/16/1229431063588/Coal-power-station-001.jpg
http://www.tva.gov/kingston/photo_gallery/images/123012.jpg

Amine Solution

Pemilihan jenis absorbent (amine solution) dalam hal ini amine tergantung dari tujuan proses dan karakteristik dari tipe absorbent, antara lain selektivity untuk H2S, CO2, COS, pengendalian kandungan air di umpan gas, pengontrolan kandungan air di sirkulasi absorbent, cost, suplai absorbent, thermal stability, dll. Pemilihan absorbent juga ditentukan oleh kondisi operasi seperti tekanan dan temperature dari umpan gas, komposisinya, dan purity dari produk gas yang diinginkan serta penghilangan secara simultan gas H2S dan CO2 atau hanya selektif H2S dihilangkan.

Reaksi kimia yang terjadi untuk penyerapan H2S oleh amine sebagai berikut :

• Overall Reaction : H2S + Amine ==> [Amine]H+ + HS-
• Protonation of Amine : H+ + RR’NH ==> RR’NH2+ ……...… 1.1
• Dissociation of Water : H2O ==> H+ + OH- …………………. 1.2
• Dissociation of H2S : H2S ==> H+ + HS- ………………….... 1.3
• Dissociation of HS- : HS- ==> H+ + S2- ……….………....... 1.4

Jenis-jenis amine yang digunakan :

1. MEA (monoethanolamine), secara umum digunakan pada konsentrasi 10 -20 %wt dalam air. Acid gas loading terbatas 0.3 – 0.4 mol acid gas per mol amine. MEA dibandingkan dengan amine yang lain lebih korosif, terlebih lagi bila konsentrasi >20%wt, juga membutuhkan heat of reaction dengan H2S & CO2 sangat tinggi (sekitar 30% lebih tinggi dibandingkan DEA). Vapor pressure yang tinggi dari MEA mengakibatkan mudah kehilangan larutan di absorber dan stripper yang signifikan akibat vaporisasi yang tinggi.
2. DEA (diethanolamine) , secara umum digunakan pada konsentrasi 25 – 35 %wt dalam air. Acid gas loading juga terbatas pada 0.3 – 0.4 mol acid gas per mol amine. DEA dibandingkan dengan MEA kurang korosif.
3. DGA (diglycolamine atau 2 2-aminoethoxy ethanol), secara umum digunakan pada konsentrasi 40 – 60 % wt dalam air. Acid gas loading terbatas 0.3 – 0.4 mol acid gas per mol amine. Sifatnya similar dengan MEA tetapi mempunyai vapor pressure yang lebih rendah sehingga diperlukan konsentrasi yang lebih tinggi. Tingkat degradasi DGA juga tinggi.
4. MDEA (methyldiethanolamine), secara umum digunakan pada konsentrasi 30 -50 %wt. Acid gas loading tinggi 0.7 – 0.8 mol acid gas per mol amine. Karena acid gas loading yang tinggi maka dapat mengurangi jumlah (flowrate) dari sirkulasi larutan amine (hal ini juga berarti mengurangi konsumsi energi pompa). MDEA juga tidak mudah terdegradasi baik secara thermal maupun chemical, dan mempunyai heat of reaction dengan H2S yang rendah.
5. TEA (triethanolamine), merupakan tersier amine dan larutan amine yang pertama kali dikomersialkan untuk digunakan dalam gas sweetening. TEA tidak bisa menghasilkan produk gas dengan spesifikasi H2S rendah.
6. DIPA (diisopropanolamine), digunakan pada proses ADIP dan Sulfinol (keduanya lisensi Shell International Petroleum Company-SIPM). DIPA tidak bisa menghasilkan produk gas dengan spesifikasi H2S rendah dan sekarang SIPM sudah menggantikan DIPA dengan MDEA.