 |
| Sumber: Wettstein et al. (2012) |
 |
| Sumber: Wettstein et al. (2012) |
WHAT'S NEW?
Loading...
Teknik Upgrading dalam pengolahan bio-oil meliputi: hydrogenation, hydrodeoxygenation, catalytic pyrolysis, catalytic cracking, steam reforming, molecular distillation, supercritical fluids, esterification dan emulsification.
Seperti yang sudah saya bahas pada tulisan sebelumnya, tentang upgrading bio-oil, bio-oil sendiri memiliki kelemahan, seperti:
(1) Viskositasnya yang tinggi
(2) Kandungan air yang tinggi
(3) Kandungan ash (abu) yang tinggi
(4) Nilai kalornya yang rendah
(5) Kurang stabil
(6) Dan bersifat korosif
Karena sifat-sifat diataslah, maka diperlukan adanya perlakuan atau teknik upgrading untuk meningkatkan sifatnya. Teknologi ini banyak sekali berkembang atau sedang pesat berkembang di Negara China.
Komponen bio-oil
Bio-oil itu = campuran dari (alcohols + acids + aldehydes + esters + ketones +phenols + lignin-derived oligomers)
Seperti yang sudah saya bahas pada tulisan sebelumnya, tentang upgrading bio-oil, bio-oil sendiri memiliki kelemahan, seperti:
(1) Viskositasnya yang tinggi
(2) Kandungan air yang tinggi
(3) Kandungan ash (abu) yang tinggi
(4) Nilai kalornya yang rendah
(5) Kurang stabil
(6) Dan bersifat korosif
Karena sifat-sifat diataslah, maka diperlukan adanya perlakuan atau teknik upgrading untuk meningkatkan sifatnya. Teknologi ini banyak sekali berkembang atau sedang pesat berkembang di Negara China.
Komponen bio-oil
Bio-oil itu = campuran dari (alcohols + acids + aldehydes + esters + ketones +phenols + lignin-derived oligomers)
 |
| From: Zhang et al. (2013) Upgrading of bio-oil from biomass fast pyrolysis in China: A review |
Berdasarkan tabel diatas, dapat diketahui bahwa kandungan oksigen dalam bio-oil baik dari sekam padi ataupun dari kayu adalah tinggi, jika dibandingkan dengan fossil oil. Hal inilah yang menyebabkan nilai kalornya lebih rendah. Selain itu, tingginya kandungan O2 menyebabkan ketikstabilan termal sehingga mengganggu kemampuan stabilitasnya saat disimpan. Selain itu, sifatnya yang sangat asam dapat menyebabkan karatnya alat-alat logam yang digunakan.
Kandungan aldehyde dan phenol dalam bio-oil bersifat kurang stabil, tidak jenuh, dan mudah mengalami proses polimerisasi, utamanya dalam keadaan asam, yang berpengaruh dalam peningkatan keasaaman bio-oil dan menurunkan sifat liquiditasnya.
Adapun kelebihan dari bio-oil adalah: (1) tidak terlalu beracun, (2) pelumas yang baik, (3) dan mudah terdegradasi (terurai).
Adapun teknik yang telah dikembangkan selama ini, adalah:
(1) Hydrogenasi
Perlakuannya adalah: tekanan kempa (10-20 MPa), temperature yang disetting sedemikian khusus, hydrogen, dan katalis.
(2) Hydrodeoxygenaton (HDO)
Teknik upgrading ini memiliki fungsi menurunkan kadar oksigen di dalam bio-oil, dengan memanfaatkan tekanan yang tinggi dari hydrogen dengan bantuan katalis. Teknik inilah yang tergolong paling baik dibandingkan dengan teknik lainnya, untuk sementara waktu.
Selama ini, teknik HDO menggunakan NiMo atau CoMo sulfide atau dibantu dnegan hydrotreating dari katalis.
Kelemahan dan tantangan dari teknik ini adalah kontaminasi produk dan deaktifasi katalis. Ada yang baik, artinya high catalytic activity, namun harganya mahal.
(3) Pyrolysis-catalyst
Dengan teknik ini, kandungan Oksigen dalam bio-oil dapat diturunkan. Selain itu, dengan catalytic pyrolysis dapat meningkatkan kandungan hidrokarbon aromatic, sehingga meningkatkan ikatan senyawa karbonnya.
Kelemahan dari teknik ini adalah deaktivasi katalis, reactor clogging (karena slagging), coke production, dan tingginya kandungan air dalam bio-oil.
(4) Catalytic cracking
Teknik ini dapat dibagi menjadi dua, yaitu: catalytic cracking sendiri (tradisional), dan (2) adalah catalytic cracking + catalytic pyrolysis. Teknik yang ke-dua adalah lebih baik dari yang pertama, dikarenakan dapat menghasilkan jumlah liquid (cairan) bio-oil yang lebih banyak dan kualitas yang lebih baik.
(5) Steam reforming
Teknik ini sudah banyak dikembangkan di China berupa reactor fluidized bed reactor (FB) atau fixed bed reactor. Selama proses, temperature disetting dalam kisaran 800-900 celcius dengan penambahan katalis (jika dibutuhkan)
Problemnya adalah dalam proses ini menghasilkan coke yang menyebabkan deaktivasi katalis.
(6) Molecular Distillation
Teknik ini adalah salah satunya yg masuk akal untuk dikembangkan untuk meningkatkan kualitas bio-oil. Dengan teknologi ini, bio-oil dapat di-upgrade dari: kandungan asam carboxylic, kandungan air, dan nilai kalornya.
Namun, karena kebutuhan dalam kondisi vakum yang tinggi menyebabkan kebutuhan energinya juga tinggi.
(7) Supercritical Fluids
Teknik ini memerlukan solvents (cairan pelarut) seperti methanol, ethanol, air, CO2, dll. Biasanya juga ditambahkan dengan bantuan katalis, seperti alumunium silicate, HZSM-5, dll. Dari hasil menunjukkan bahwa nilai kalornya dan pH meningkat.
Walaupun tergolong teknologi ramah lingkungan, dan dapat diproses dengan suhu yang normal, namun teknologi ini dirasa masih tergolong mahal dikarenakan harga solvents yang mahal.
(8) Esterifikasi
Teknik ini dilakukan dalam autoclave 250 ml, dengan katalis berupa exchange resins, atau MoNi, dll. Hasilnya menunjukkan bahwa bio-oil memiliki nilai kadar asam, air, dan viskositas yang rendah.
(9) Emulsifikasi
Ada yang bilang kalo teknik ini yang murah dan baik dalam penggunaan bio-oil. Dengan penambahan surfaktan, dapat digabungkan dengan diesel, dan hasilnya adalah lebih baik dibandingkan bahan diesel biasa. Namun, masalahnya masih rendahnya heating value, bersifat korosif, rendahnya nilai cetane, dll. Selain itu, teknologi ini membutuhkan kebutuhan energy yang tinggi.
Tulisan ini adalah terjemahan atau rangkuman dari:
Upgrading of bio-oil from biomass fast pyrolysis in China: A review
Oleh: Le Zhang, Ronghou Liu, Renzhan Yin,Yuanfei Mei
Ada 3 macam inhibitors (zat yang menghambat atau menurunkan laju reaksi kimia) dalam proses pengolahan bio-ethanol;
1. aliphatic acids (acetic, fromic, and levulinic acid)
2. furan derivatives furfural & 5 HMF (HydroxyMethylFurfural)
3. phenolic compounds (phenol, vanillin, p-hydroxybenzoic acid)
Adapun mekanisme dari inhibitor yg dapat menghambat enzyme dalam proses pengolahan menjadi ethanol dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Adapun cara untuk mengatasi inhibitorsnya dengan detoxification. Penjelasan detailnya ada di bawah ini:
(1) Evaporasi. Dengan evaporasi, maka akan dapat mengatasi inhibitors seperti acetic acid, furfural, dan komponen-komponen volatil lainnya. Namun kelemahannya adalah tidak bisa mengatasi komponen inhibitors yang memilik nilai titik didih yang lebih tinggi
(2) Pelarut extraksi: bisa mengatasi semua inhibitors, namun perlu tambahan pelarut dan teknik recovery dari pelarut tsb sehingga bisa digunakan kembali
(3) Activated charcoal. bisa mengatasi komponen fenolik, namun tidak bisa untuk acetic acid dan furfural
(4) Overliming dengan Calcium Hydroxyde, dapat mengatasi inhibitors yang berbeda-beda, namun dapat menghasilkan gypsum dari proses tsb
(5) IER (Ion Exchange Resin), Merupakan paling bagus dan baik dalam mengatasi inhibitors. Prosesnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
1. aliphatic acids (acetic, fromic, and levulinic acid)
2. furan derivatives furfural & 5 HMF (HydroxyMethylFurfural)
3. phenolic compounds (phenol, vanillin, p-hydroxybenzoic acid)
Adapun mekanisme dari inhibitor yg dapat menghambat enzyme dalam proses pengolahan menjadi ethanol dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Adapun cara untuk mengatasi inhibitorsnya dengan detoxification. Penjelasan detailnya ada di bawah ini:
(1) Evaporasi. Dengan evaporasi, maka akan dapat mengatasi inhibitors seperti acetic acid, furfural, dan komponen-komponen volatil lainnya. Namun kelemahannya adalah tidak bisa mengatasi komponen inhibitors yang memilik nilai titik didih yang lebih tinggi
(2) Pelarut extraksi: bisa mengatasi semua inhibitors, namun perlu tambahan pelarut dan teknik recovery dari pelarut tsb sehingga bisa digunakan kembali
(3) Activated charcoal. bisa mengatasi komponen fenolik, namun tidak bisa untuk acetic acid dan furfural
(4) Overliming dengan Calcium Hydroxyde, dapat mengatasi inhibitors yang berbeda-beda, namun dapat menghasilkan gypsum dari proses tsb
(5) IER (Ion Exchange Resin), Merupakan paling bagus dan baik dalam mengatasi inhibitors. Prosesnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
 |
| Sumber: Villarreal et al. (2016). Detoxification procedures of eucalyptus hemicellulose hydrolyzate for xylitol production by Candida guilliermondii, Enzyme Microb. Technol. 40 (1) (2006) 17–24 |
 |
| Kapan butanolnya? Ethanolnya aja bisa! (sumber www.floridamarinetimes.com) |
(1) penggunaan butanol dalam indutri automotif
(2) produksi (proses) butanol - dari segi proses dan bahan baku yang digunakan
(3) research terbaru tentang ABE (Acetone-Butanol-Ethanol) - tentang bakteri biakan (strain) untuk masing-masing bahan baku yg berbeda-beda, dalam memaksimumkan proses-hasil.
PENDAHULUAN
Ethanol dan butanol adalah bahan yg sudah umum dipakai untuk pembakaran. Apalagi sekarang-sekarang ini sudah banyak dikembangkan di negara-negara maju seperti Eropa dan USA.
-Ethanol (EtOH) adalah bahan yang dapat diproduksi melalui fermentasi gula dari bahan yang umumnya seperti jagung, tebu, dan sayur2an.
Keunggulannya dair EtOH ini adalah bahan energi terbarukan yang memiliki sifat karbon netral yang artinya selama proses penggunaanya memang mengeluarkan CO2 sebagai hasil dari pembakaran, namun selama masa produktifnya, tumbuhan atau tanaman ini menyerap CO2. Banyak orang menyebutnya sebagai carbon netral.
-Perkembangan EtOH
Penggunaan EtOH sendiri sudah mulai menjadi komoditi bahan bakar komersial. Dari datanya menyebutkan bahwa konsumsinya naik 2% yg dari tahun 2009 adalah 8% menjadi 10% di tahun 2011. Apalagi di Brazil, teknologi ini sudah dikembangkan dengan sangat baik.
-BUTANOL (BuOH)
adalah bahan yang menjanjikan untuk dikembangkan, namun belum banyak orang tahu akan hal ini. BuOH memberikan banyak manfaat, diantaranya:
(1) Dapat diperoleh melalui pengolahan biomassa
(2) Dapat menjadi bahan additive untuk bahan bakar gasoline
(3) Bisa juga menjadi co-solvent untuk diesel. Nah, ini sudah saya bahas pada jurnal yang saya reciew sebelumnya tentang upgrading bio-oil. Manfaatnya adalah dari pencampurannya: (a) mengurangi emisi utamanya jelga atau asap hitam, (b) memiliki nilai panas penguapan lebih tinggi dari EtOH, (c) mengurangi emisi NOx
Namun, kelemahan BuOH adalah produksinya sedikit, artinya sulit untuk memaksimalkan hasilnya. Apalagi dibandingkan dengan EtOH yg mana bisa mencapai 10-30x-nya dalam sekali pada proses produksinya.
Adapun penjelasan dari BuOH sendiri dapat dilihat pada tabel 1, dan pada tabel 2 dapat dibandingkan dengan bahan bakar lainnya.
 |
| Sumber: Trindade et al (2017) |
 |
| Sumber: Trindade et al (2017) |
Dari tabel tsb, BuOH memiliki keunggulan, seperti:
(1) HHV atau Higher Heating Value. Umumnya, LHV dari alcohol semakin tinggi jika carbonnya semakin tinggi juga. Dalam prakteknya, artinya adalah penggunaan BuOH, mesin akan menghemat konsumsi bahan bakar jika dibandingkan dgn EtOH
(2) Rendahnya sifat penguapannya (volatility). Volatilitynya menurun apabila kandungan carbonnya meningkat. Selanjutnya, BuOH memiliki nilai flash point yang tinggi.
(3) Rendahnya masalah dalam penyalaannya dikarenakan sifat ke-2 diatas
(4) Daya larutnya yang baik. SIfat ini yang menjadikannya mudah bercampur dengan bahan bakar lainnya, contohnya gasoline. BuOH bersifat less polar dikarenakan pajangnya ikatan non-polar hydrocarbon, maka dari itu mudah untuk dicampur dengan non-polar carbon dan memiliki sifat rendahnya daya ikat/tarik (affinity) terhadap air
(5) tingginya nilai viskositasnya dan daya lumasnya (lubricity). Viskositas alkolo berbanding lurus terhadap banyaknya karbon di dalam ikatannya. BuO menjadi mesin untuk tetap baik selama proses kontak pada mesin
Sehingga dgn pengembangan lebih lanjut dari adanya plant of BuOH dari sedikit modifikasi pada proses fermentasi dan distilasi, maka akan membantu pemasukan pada biaya produksi.
KERUGIAN dari n-butanol
Karena bedanya strukturnya, ada yang linear dan adapula yang bercabang, serta posisi OH, biasanya menyebabkan perbeadaan pada sifatnya juga.
-1-butanol atau bisa disebut juga n-butanol, memiliki struktur linear (lurus) dengan ujung OH pada cabangnya yang bisa menjadi bahan bakar yang baik dan bisa juga menjadi bahan additive terhadap bahan bakar lainnya, contohnya biodiesel atau diesel
Adapun kerugian/kelemahan dari BuOH adalah:
(1) Bersifat negatif pada performa mesin dikarenakan Heating valuenya lebih rendah daripada gasoline
(2) Tingginya konsumsi bahan bakar
(3) Rendahnya nilai oktannya (liat table diatas) sehingga disarankan untuk dapat digunakan pada mesin yang memiliki nilai rasio kompresi yang lebih rendah
(4) Rendahnya nilai cetane
PRODUKSI BUTANOL
Nah, produksi butanol dapat dilihat pada gambar skema di bawah ini, gambar 2.
 |
| Sumber: Trindade et al (2017) |
BuOH dapat diperoleh dari proses pengolahan biomassa dan bahan bakar fosil (melalui reaksi petrolium). Yang dari bahan bakar fosil, telah banyak dikembangkan dari banyak negara, contohnya Jepang, Perancis, Taiwan, US, dan China.
Sedangkan untuk biobutanol sudah dikembangkan di negara-negara seperti China dan Brazil
BioButanol dapat diproduksi melalui fermentasi karbohidrat melalui proses fermentasi ABE yg mana produk utamanya berupa Acetone, Butanol, dan EtOH dengan perbandingan hasil 3:6:1 berturut-turut.
 |
| Sumber: www.cheminmyheart.com |
Fermentasinya terjadi melalui 2 tahap dengan menggunak bakteri Clostridium acetobutilicum atau Clostridium cellulolyticum.
-Tahap 1: diproduksinya acetic acid dan buthyric acid
-Tahap 2: acid re-assimmilation menjadi acetone, butanol, dan etOH. Fermentasinya jg menghasilkan CO2 dan H2
Proses produksi BuOH banyak dikembangkan di China dengan proses ABE, dengan 6 pabrik produksi butanol disana dengan bahan baku corn starch (pati jagung). Sekarang, produksi BuOH sudah berkembang pesat di China.
Hampir seluruh pabrik biobutanol, menggunakna semi-continous pada setiap fermentasi yang dapat bertahan/berlangsung selama 21 hari.
Tulisan di atas adalah hasil terjemahan saya dari reviewnya
*Wagner Roberto da Silva Trindade, Rogério Gonçalves dos Santos (2017). Review on the characteristics of butanol, its production and use as fuel in internal combustion engines. Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews 69 (2017) 642–651
TEKNIK UPGRADING
(akan saya bahas selanjutnya, sedang review :) )
1. Physical
contohnya
2. Catalytic processing
Tujuannya untuk meningkatkan kualitas bio-oil dengan menurunkan kadar oksigennya dan meningkatkan HHV dengan cara deoxygenation dan conventional refining techniques
Hydrotreating dan Zeolit adalah yang paling banyak digunakan dalam beberapa studi
3. Chemical
(akan saya bahas selanjutnya, sedang review :) )
 |
| BIO-OIL sumber: www.btgworld.com |
1. Physical
contohnya
- filtration : menghilangkan kadar abu dan alkali
- penambahan pelarut (solvent): untuk mengurangkan viskositas bio-oil dan meningkatkan stabilitas oil
- emulsification: (5-30% bio-oil) untuk penggunaan sebagai bahan transportasi
2. Catalytic processing
Tujuannya untuk meningkatkan kualitas bio-oil dengan menurunkan kadar oksigennya dan meningkatkan HHV dengan cara deoxygenation dan conventional refining techniques
Hydrotreating dan Zeolit adalah yang paling banyak digunakan dalam beberapa studi
3. Chemical
- Aqueous phase processing,
- Steam reforming dan Aq phase reforming untuk menghasilkan Hydrogen dan Alkana
- Mild cracking
- dan Esterifikasi untuk meningkatkan bio-oil dnegan mengurangi kadar airnya, dan meningkatkan stabilitasnya tanpa adanya bantuan dari deoxygenation
ON GOING WRITING :)
