biogas to biomethanol

 Analisis Pemanfaatan Biogas Limbah Makanan sebagai Bahan Baku Pembuatan Biomethanol 

Bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batubara merupakan sumber energi utama di Indonesia, akan tetapi sumber energi tersebut berdampak merusak lingkungan termasuk pencemaran udara, emisi gas rumah kaca, dan pemanasan global. Permasalahan lain adalah tingginya harga bahan bakar fosil, kenaikan jumlah impor minyak bumi akibat konsumsi bahan bakar nasional, serta cadangan minyak bumi yang semakin menipis. Kebutuhan energi nasional diketahui bahwa lebih dari 50% penggunaannya didominasi oleh bahan bakar fosil, untuk itu pengembangan energi alternatif menjadi pilihan yang penting. Sudah saatnya semua negara memutuskan ketergantungan terhadap sumber energi fosil beralih ke sumber energi alternatif berbahan baku nabati yang sifatnya terbarukan.   Industri Petrokimia merupakan industri yang membutuhkan pasokan minyak dan gas bumi sebagai bahan baku dalam jumlah yang besar. Peningkatan pertumbuhan ekonomi dan kesejahteraan manusia akan menyebabkan kebutuhan akan produk-produk petrokimia semakin meningkat, sehingga kebutuhan akan bahan baku petrokimia juga meningkat. Gas metana merupakan bahan baku petrokimia yang banyak digunakan untuk memproduksi methanol. Meningkatnya kebutuhan akan gas metana (CH4) sebagai bahan baku petrokimia khususnya dalam proses produksi methanol harus diimbangi dengan suplai gas metana (CH4) yang mencukupi. Kebutuhan methanol di Indonesia pada tahun 2021 diprediksi mencapai 871.000 ton, sedangkan saat ini pasokan hanya dari produksi PT. Kaltim Methanol Indonesia (PT. KMI) sebesar 330.000 ton per tahun untuk memenuhi kebutuhan domestik. (kementrian perindustrian 2018). Methanol merupakan salah satu hasil industri petrokimia yang digunakan oleh berbagai industri seperti industri plywood, tekstil, plastik, resin sintetis, farmasi, insektisida dan lainnya. Methanol juga dipakai sebagai pelarut,  bahan  pendingin, bahan baku perekat dan lain sebagainya. Pada industri migas, methanol digunakan sebagai antifreeze dan sebagai gas hydrate inhibitor pada sumur gas alam dan pada pipa gas. Methyl tertiary butyl ether (MTBE) adalah komponen pencampur  untuk mendapatkan oktan tinggi pada BBM.  Bahan ini dibuat dari reaksi antara isobutylene dengan methanol. Salah satu turunan methanol yang kini dikembangkan untuk energi alternatif pengganti LPG (Liquified Petroleum Gas) adalah Dimethyl Ether (DME). Di Indonesia pemakaiaan terbanyak methanol adalah pada industri formaldehyde dan produk turunannya seperti urea formaldehyde, phenol formaldehyde, dan melamine formaldehyde (adhesive resin).  Senyawa kimia ini berupa cairan tak berwarna dan mudah terbakar dengan nyala berwarna biru. Bahan ini sangat tidak stabil, larut didalam air dengan titik didih 64,5°C , titik bekunya - 97,8°C.  Biomethanol merupakan salah satu bentuk energi terbarukan yang yang harus dikembangkan untuk meningkatkan dan mendukung kebutuhan industri atau masyarakat dan menjadi substitusi unggul dalam menggantikan methanol dari bahan baku gas alam diberbagai bidang. Biomethanol dapat dihasilkan dengan bahan baku biogas limbah makanan dengan mengacu pada study literatur bahwa komponen utama dalam proses penghasilan methanol adalah gas metana (CH4). Biogas merupakan salah satu bentuk energi baru terbarukan yang mengandung campuran gas metana (CH4) yang cukup besar yaitu di antara 54-70 %.  Kandungan metana yang cukup besar di dalam biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biomethanol. Selain dapat mengurangi limbah yang dapat mencemari lingkungan pemanfaatan biogas limbah makanan sebagai bahan baku untuk memproduksi biomethanol juga dapat mengurangi ketergantungan akan bahan baku dari fosil. Komponen utama dalam gas alam adalah metana (CH4), hal ini sama seperti biogas yang memiliki komponen utama sama seperti gas alam yaitu metana (CH4) sehingga besar potensinya untuk menjadikan biogas sebagai bahan baku pembuatan biomethanol.  Biomethanol dapat dibuat melalui reaksi sintesa katalis pada tekanan rendah yang melibatkan proses oksidasi parsial dari biogas limbah makanan. Besarnya kandungan metana dalam biogas limbah makanan, menjadikan biogas memiliki potensi yang sangat besar untuk menjadi bahan baku pembuatan biomethanol. Biomethanol dari biogas ini diharapkan memiliki kemampuan yang sama dengan methanol dari gas alam sehingga dapat memenuhi kebutuhan industri di Indonesia. Komponen utama yang sama antara biogas dan gas alam yaitu metana (CH4), menjadikan biogas bisa menjadi energi alternatif untuk menghasilkan biomethanol. Proses pembuatan biomethanol dari biogas dapat menggunakan proses pembuatan methanol dari gas alam mengingat komponen utama untuk menghasilkan methanol adalah gas metana (CH4).
Adapun penjelasan secara rinci tentang proses pembuatan biomethanol dengan bahan baku biogas limbah makanan adalah sebagai berikut. 

1. Desulfurisasi  

Desulfurisasi adalah proses pemisahan belerang dari suatu molekul atau komponen dengan terjadinya reaksi kimia. Kandungan belerang dihilangkan untuk mencegah terjadi deaktivasi pada katalis dibagian reforming akibat katalis diracuni oleh belerang yang sangat korosif tersebut.  Adapun kondisi operasi pada proses desulfurisasi adalah sebagai berikut :
 Temperatur     : 400oC  

Tekanan    : 29 atmosfir.  

Senyawa sulfur : H2S dan RSH  Pada proses ini digunakan katalis Zinc Oxide dan Cobalt Molybdate. H2S dihilangkan dengan fix bed katalis sedangkan RSH dihilangkan dengan Hydrogenasi dengan katalis Cobalt Molybdate. Proses desulfurisasi terdiri dari single bed cobalt molybdate dan double bed zinc oxide. Bed I ZnO sebagai katalis dan adsorbent senyawa –senyawa sulfur H2S. Senyawa sulfur merkaptan diurai menjadi hidrokarbon dan hidrogen sulfida. Senyawa Thiopen ( senyawa hidrokarbon lingkar yang mengandung sulfur ) dihidrogenasi  menjadi  hidrogen sulfida oleh Cobalt Molybdate, Kemudian Diabsorpsi oleh oleh Zinc oxide dari Bed II dan diubah menjadi ZnS.  Reaksi  desulfurisasi :   ZnO + H2S     ZnOS    +   H2         

                          RSH + H2       RH        +   H2S 
2. Sintesis gas dengan proses reforming   

Biogas dengan kandungan terbesarnya adalah metana (CH4) dengan steam (H2O) di dalam katalis NiO( Nikel oksida ) dengan proses reforming  membentuk campuran gas ( reformat  gas ) yaitu : CO, CO2 dan  H2 . Proses berlangsung dalam reaktor tube dan kondisi operasi temperatur dijaga  dengan pemanas api  (burner) dari luar. Adapun kondisi operasinya adalah sebagai berikut :  

Temperatur  : 780oC  

Tekanan    : 19,3 Atm.              

Katalis  : Nikel Oksida  

Reaksi utama reforming  :     CH4   + H2O      CO    +  3 H2     

                                               CO    +  H2O      CO2  +  H2 

Reaksi samping :     2CO                   CO2   +  C     

                                2C   +  2 H2O     CO2  + CH4  
3.  Sintesa Biomethanol 

 Gas reformer didinginkan kemudian dikompresi bersama gas recycle kemudian dialirkan ke reaktor. Reaktor berupa tubular reaktor yaitu berupa shell dan tube, dan katalis ada di dalam tube. Gas mengalir di dalam tube, masuk dari bagian atas reaktor dan keluar dari bagian dasar kolom. Reaksinya eksoterm sehingga tekanan naik menjadi 277,5 atm dengan temperatur 200 - 300oC dan katalis Cooper Zinc Oxide ( CuZnO). Hasil reaksi reforming berupa metanol, gas sintetis yang tidak bereaksi dan hasil samping. 

Reaksi pembentukan metanol:   2H2   +  CO         CH3OH    + Q 

                                               3H2   +    CO2        CH3OH    + H2   + Q 

Reaksi samping :  4H2       +      2 CO        CH3  + CH3O + H2O 
4. Distilasi Biomethanol 

Gas hasil proses sintesa kemudian didinginkan, selanjutnya dikenakan proses distilasi untuk memisahkan biomethanol dari produk samping. Produk samping mempunyai titik didih yang lebih rendah atau lebih tinggi sehingga dapat dipisahkan dengan distilasi. Gas-gas yang  tidak  terkondensasi pada proses pendinginan, sebagian akan disiklus ulang dan sebagian akan dibuang. Sedangkan gas-gas yang terkondensasi (biomethanol), akan diturunkan tekanannya sampai 111 kPa dengan menggunakan expansion valve. Dengan masuk ke dalam kolom distilasi biomethanol akan mengalami proses pemurnian karena komponen ringan atau berat yang terikut ke dalam methanol akan dipisahkan dalam kolom distilasi sehingga menghasilkan produk dengan kemurnian yang tinggi. Biomethanol yang dihasilkan dari proses seperti yang dijelaskan di atas dengan bahan baku biogas limbah makanan memiliki potensi yang sangat besar untuk industri ke depannya terutama dalam mendukung perkembangan energi baru terbarukan di Indonesia. Dengan pengembangan biomethanol dari biogas limbah makanan maka akan mendukung terwujudnya negara yang mandiri dalam pemenuhan energi khususnya energi alternatif. Biomethanol mampu memberikan dampak positif dari berbagai aspek seperti ekonomi, efisiensi, sumber daya, dan lingkungan. Produk ini memanfaatkan bahan baku berkualitas rendah (non pangan) untuk dijadikan produk yang mempunyai nilai jual tinggi yaitu methanol. Saat ini perusahaan petrokimia di Indonesia masih mengimpor methanol sebagai bahan baku pabrik petrokimia, sehingga biaya bahan bakunya menjadi tinggi akibat adanya biaya transport impor. Impor methanol dapat dikurangi dengan mengganti sebagian bahan baku petrokimia dengan menggunakan biogas limbah makanan, sehingga didapatkan efisiensi dari segi ekonomi.  Produk biomethanol juga memberikan dampak positif terhadap lingkungan karena menggunakan bahan baku terbarukan yang dapat mengurangi penggunaan bahan baku fosil secara signifikan.           
DAFTAR PUSTAKA
1. Bakhtiary-Davijany, H. et al. (2011) Characteristics of an Integrated Micro Packed Bed Reactor Heat Exchanger for methanol synthesis from syngas. Chemical engineering Journal, 167(2 -3), pp.496-503. 

2. Bakhtiary-Davijany, H. et al. (2011), Performance of a multi-slit packed bed microstructured reactor in the synthesis of methanol: comparision with a labratory fixed-bed reactor. Chemical Engineering Science, p.doi:10.1016/j.ces.2011.04.030. 

3. Ihsan, A., Bahri, S., dan Musafira. 2013. Produksi Biogas Menggunakan Cairan Isi Rumen Sapi dengan Limbah Cair Tempe. Journal Of Natural Science. 

4. Moesa, H., (2017). Fundamental of Overall Process in Petrochemical Industry, One Day with Experts, Central Java - Indonesia. 

5. Organization of the Petroleum Exporting Countries (OPEC), 2017, World Oil Outlook 2040, Vienna Austria  

6. Robinson, WRAM, Mol, J.C. (1990) Structure and activity in CO/H2 of Cu/ZnO/ Al2O3 methanol synthesis catalysts, Applied Catalysis, Volume 60, Issue 1, 1990, Pages 6172, doi:10.1016/S0166-9834(00)82172-7. 

7. Wibowo, T.S., A, Dharma, dan Refilda. 2013. Fermentasi Anaerob dari Campuran Kotoran Ayam dan Sapi dalam Proses Pembuatan Biogas. Jurnal Kimia Unand. 

8. Widarto, L., Sudarto FX. 1997. Membuat Biogas. Penerbit Kanisius. Yogyakarta.  

9. Yudiartono, Anindhita, Sugiyono A, Wahid Laode M.A., Adiarso. , 2018,  energi berkelanjutan untuk transportasi darat = Indonesia energy outlook 2018, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Jakarta.