Pengenalan CCS CCUS Part 2; Pemisahan Gas pada Capture CO2

Teknologi umum yang digunakan dalam penangkapan karbon dioksida meliputi pre-combustion, post-combustion, dan oxy-fuel combustion. Sistem teknologi penangkapan CO2 ini menggunakan satU atau beberapa teknologi pemisahan gas yang diintegrasikan ke dalam suatu sistem teknologi penangkapan CO2. Berdasarkan metode pemisahannya, teknologi penangkapan gas terdiri atas teknologi berbasis  absorbsi, adsorpsi, kriogenik, dan membran

Pemisahan dengan kriogenik

Pemisahan CO2 melalui kriogrenik adalah sebuah teknologi yang digunakan untuk memurnikan dan mengkonsentrasikan CO2 dari berbagai aliran gas dengan memanfaatkan perbedaan titik didih gas-gas terkait. Proses ini melibatkan pemisahan CO2 padat dari campuran gas melalui desublimasi pada temperatur rendah (-56.6 C) dengan proses pemisahan fisik sehingga aliran CO2 dengan kadar kemurnian tinggi dapat diperoleh dan digunakan pada CO2 storage ataupun CO2 utilization melalui pemompaan. Pada proses pemisahan, campuran gas dipisahkan melalui proses kompresi, pendinginan; sehingga CO2 berubah menjadi fase solidz dan mudah dipisahkan dengan komponen gas lainnya; dan pemisahan, menghasilkan aliran liquid dan produk natural gas dengan kemurnian tinggi 

Meskipun relatif energi-intensif, cryogenic separasi menawarkan kadar kemurnian tinggi dan cocok digunakan di industri yang memerlukan kualitas CO2 yang tinggi atau metode pemisahan lainnya tidak efektif. Proses ini dilakukan dengan menggunakan distilisasi cryogenik dan packed bed cryogenik, serta tidak memerlukan zat kimia tambahan, membuatnya memiliki efek lingkungan yang kurang berbahaya. Pretreatment gas flue untuk membersihkan impurtias NOx dan SOx meningkatkan kandungan CO2 dalam aliran gas sehingga temperatur desublimate menjadi lebih aman. Highlight penting lainnya termasuk efektivitas operasional tinggi serta kemampuan fisik untuk memisahkan CO2 secara mandiri tanpa zat kimia tambahan, menjadikannya solusi yang menjanjikan dalam mitigasi emisi gas rumah kaca secara berkelanjutan.

Pemisahan dengan absorption

Pemisahan CO2 melalui proses absorpsi adalah metode umum untuk menghilangkan karbon dioksida dari berbagai aliran gas, termasuk gas buang yang dihasilkan oleh pembangkit listrik dan proses industri. Dalam teknik ini, digunakan pelarut cair yang disebut absorbent untuk secara selektif melarutkan CO2 dari campuran gas. Proses ini biasanya berlangsung di alat kontak gas-cair, seperti kolom absorber, di mana aliran gas bersentuhan dengan absorbent. Ketika gas yang kaya CO2 mengalir melalui kolom, gas tersebut berinteraksi dengan absorbent, dan molekul CO2 diserap ke dalam fase cair, sementara gas lainnya tetap di belakang. Setelah CO2 diserap, pelarut tersebut dipindahkan ke unit regenerasi, di mana dipanaskan untuk melepaskan CO2 yang terperangkap. Pelarut yang telah diregenerasi kemudian bisa digunakan kembali dalam proses absorpsi. CO2 yang ditangkap dapat dikompresi dan disimpan atau dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi, seperti peningkatan pemulihan minyak atau produksi bahan kimia berharga.

Pemisahan CO2 melalui absorpsi merupakan metode umum dalam menghilangkan kandungan CO2 dari berbagai aliran gas yang dihasilkan oleh pembangkit gas dan proses industri. Pelarut cari atau absorbent bertindak secara selektif melarutkan CO2 dari campuran gas. Proses ini biasanya berlangsung di alat kontak gas-cair yaitu kolom absorber, tempat aliran gas bersentuhan dengan absorber. Ketika CO2 rich gas mengalit ke kolom, gas tersebut berinteraksi dengan absorbent yang menyerap gas CO2 ke dalam fasa cair dan gas lainnya tetap di belakang. Setelah CO2 diserap, pelarut tersebut dipindahkan ke unit regenerasi untuk dipanaskan sehingga dapat melepaskan CO2 yang terperangkap. Setelah regenerasi, pelarut yang digunakan dapat di recycle kembali untuk digunakan dalam proses pemisahan lainnya. CO2 yang ditangkap dapat dikompresi dan disimpan atau dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi lain. 

Metode ini memiliki potensi tinggi dengan selektivitas yang baik dan kapasitas besar, menjadikannya pilihan menarik untuk aplikasi skala besar. Namun, terdapat beberapa tantangan seperti konsumsi energi yang tinggi, korosi, toksisitas, dan biaya pelarut yang tinggi, serta kehilangan massa absorbent akibat stabilitas yang rendah. Absorpsi dapat dilakukan melalui dua strategi utama: absorpsi fisik dan kimia. Dalam absorpsi fisik, CO2 terikat pada pelarut pada suhu rendah dan tekanan tinggi, sedangkan dalam absorpsi kimia, pelarut dan CO2 membentuk molekul antara yang dapat dilepaskan saat dipanaskan. Pelarut amina seperti monoethanolamine (MEA) sering digunakan karena afinitasnya yang tinggi terhadap CO2. Dengan terus berkembangnya teknologi ini, absorpsi CO2 menjadi solusi penting dalam upaya mengurangi emisi gas rumah kaca secara efisien dan efektif.

Pemisahan dengan adsorption

Penangkapan CO2 melalui adsorpsi adalah metode yang banyak digunakan untuk memisahkan dan mengkonsentrasikan karbon dioksida dari campuran gas, seperti gas buang atau udara. Proses ini menggunakan adsorben padat yang memiliki afinitas tinggi terhadap molekul CO2, di mana CO2 menempel pada permukaan adsorben saat gas campuran bersentuhan dengannya. Jenis-jenis adsorben yang umum digunakan meliputi karbon aktif, zeolit, dan kerangka organik-logam (MOFs). Setelah proses adsorpsi mencapai saturasi, adsorben dapat diregenerasi dengan menerapkan panas atau tekanan, sehingga CO2 yang tertangkap dapat disimpan atau digunakan lebih lanjut. Keunggulan dari metode ini adalah konsumsi energi yang lebih rendah dibandingkan dengan metode lain karena tidak membentuk ikatan kimia baru antara adsorben dan CO2, sehingga regenerasi membutuhkan energi yang lebih sedikit. Namun, ada juga kelemahan, seperti ketergantungan pada pemilihan material adsorben yang tepat dan potensi penurunan efisiensi ketika terpapar kelembaban. Dengan terus berkembangnya teknologi dan material adsorben yang lebih baik, metode ini menjadi solusi yang fleksibel dan efisien untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dari berbagai proses industri, menjadikannya penting dalam upaya mitigasi perubahan iklim.

Membrane capture CO2 adalah teknologi penangkapan karbon dioksida menggunakan membran selektif yang permeabel untuk memisahkan CO2 dari campuran gas, seperti gas buang dari pembangkit listrik atau proses industri. Terdapat beberapa jenis membran, yaitu membran organik (polimer), anorganik (keramik), dan hybrid (kombinasi keduanya). Proses pemisahan CO2 melalui membran melibatkan tiga langkah: adsorpsi CO2 pada sisi membran dengan tekanan tinggi, difusi melalui membran, dan desorpsi ke sisi dengan tekanan rendah. Teknologi ini memiliki sejumlah keunggulan, termasuk konsumsi energi yang lebih rendah, kompleksitas operasional yang berkurang, dan dampak lingkungan yang minimal. Namun, ada juga kelemahan, seperti ketidakcocokan dengan proses absorpsi menggunakan larutan amina karena aliran permeasi yang rendah serta umur pakai yang lebih pendek ketika terpapar gas beracun seperti NOx dan SO2. Dengan terus berkembangnya material dan konfigurasi membran yang lebih canggih, teknologi ini menjadi solusi menjanjikan untuk pengurangan emisi secara berkelanjutan di tengah meningkatnya perhatian terhadap perubahan iklim.

Tabel 1 Perbandingan tantangan dan kesempatan teknologi pemisahan CO2

References:

https://www.mdpi.com/1996-1073/7/5/3484
https://www.jgc.com/en//business/tech-innovation/environment/ddr-membrane.html
https://doi.org/10.1016/j.ccst.2023.100125
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3947793/pdf/TSWJ2014-828131.pdf
https://www-mdpi-com.translate.goog/2571-8797/4/4/73?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=id&_x_tr_hl=id&_x_tr_pto=tc
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.201600747