bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi dunia terus meningkat setiap tahun, seiring dengan
perkembangan teknologi yang dicapai umat manusia. Kebutuhan energi terbesar di
dunia berasal dari negara-negara dengan perkembangan ekonomi dan populasi yang
pesat. Perkembangan ekonomi akan meningkatkan kualitas dan standar hidup
masyarakat yang mendorong peningkatan penggunaan teknologi untuk memenuhi
kebutuhan. United State Energy Information Administration (USEIA) melaporkan
proyeksi kebutuhan energi dunia pada tahun 2040 akan mengalami peningkatan
hingga 48% (Doman dkk., 2016). Peningkatan drastis tersebut mendorong
perkembangan penelitian tentang energi non-migas di dunia, salah satunya adalah
biogas.
Biogas adalah gas yang berasal dari dekomposisi anaerob materi organik.
Biogas menjadi salah satu kunci utama berkembangnya pasar energi terbarukan
ramah lingkungan. Diperkirakan pada tahun 2020, sebagian besar kebutuhan energi
terbarukan akan dipenuhi dari bioenergi, dan 25% berasal dari biogas. Komponen
utama biogas adalah gas CH4 35-65%, CO2 15-40%, N2 15%, NH3 5% dan beberapa
gas lain seperti O2, H2, H2S, serta H2O (Sun dkk., 2015). Keberadaan gas CO2 pada
biogas yang mencapai 40% tersebut menjadi hal yang tidak diinginkan, sebab
mengurangi efisiensi energi biogas dan harus dipisahkan. Gas CO2 bersifat inert dan
menyebabkan kapasitas energi biogas berkurang. (Gil dkk., 2015).
Beberapa teknologi telah dikembangkan untuk memisahkan CO2 dari biogas,
seperti adsorpsi, absorpsi, pemisahan dengan membran, dan pemisahan kriogenik
(Shao dkk., 2012). Teknologi pemisahan gas dengan membran menawarkan potensi
yang lebih baik untuk memisahkan CO2. Keunggulan teknologi membran dapat
lebih mudah berkembang karena biaya pengembangan yang lebih murah,
kemudahan untuk dikembangkan, kebutuhan energi yang lebih sedikit, dan ramah
lingkungan (Yaqun dkk., 2013).
1
2
Salah satu teknologi pemisahan dengan membran yang saat ini berkembang adalah
pemisahan gas dengan menggunakan membran matriks tercampur atau Mixed Matrix
Membranes (MMMs) (Powell dan Qiao, 2006). MMMs didasarkan pada sistem padat-padat
yang terdiri dari material anorganik yang didispersikan dalam matriks polimer. Jenis membran
tersebut memiliki selektivitas dan permeabilitas yang baik karena adanya penambahan material
anorganik sebagai material pendukung pemisahan gas (Noble dkk., 2011).
Bastani dkk. (2013) menjelaskan bahwa material anorganik yang paling sering digunakan
sebagai material komponen sintesis MMMs adalah zeolit. Zeolit berperan sebagai material
pemisah gas yang memiliki difusifitas dan selektivitas berdasarkan bentuk dan ukuran pori.
Polimer yang sering digunakan sebagai matriks dalam sintesis MMMs adalah Matrimid® dan
Pebax®. Polimer tersebut dipilih karena adanya gugus amin yang dapat digunakan sebagai
gugus aktif dalam pemisahan gas melalui difusi terfasilitasi gugus pembawa.
Permasalahan yang dihadapi dalam proses sintesis MMMs adalah sifat membran yang
rapuh dan mudah cacat karena kontak yang buruk antara material anorganik dengan polimer
yang digunakan. Permasalahan lain yang menghambat sintesis MMMs adalah sifat polimer
yang memiliki gugus amin sebagai gugus aktif mudah teroksidasi ketika digunakan dalam
proses pemisahan gas. Kontak yang buruk antara material anorganik dan matriks polimer
diatasi dengan penambahan penaut silang dalam sintesis MMMs. Sifat polimer yang mudah
teroksidasi diatasi dengan mengganti polimer yang digunakan, yaitu menggunakan polimer
yang memiliki gugus aktif selain gugus amin, misalnya polimer yang memiliki gugus karboksil
dan hidroksil (Bastani dkk., 2013).
Isiklan dkk. (2010) menuliskan salah satu polimer yang memiliki banyak gugus karboksil
dan mudah untuk dibuat film adalah polimer alginat. Kelebihan lain dari polimer alginat adalah
mudah didapat, sifat toksisitas yang rendah, biodegradable, dan mudah dibentuk sesuai
kebutuhan. Namun, sintesis membran berbahan dasar alginat harus disertai dengan
penambahan penaut silang karena membran alginat murni seringkali bersifat rapuh dan mudah
cacat. Ugra (2016) telah melakukan sintesis MMMs berbahan dasar zeolit/alginat sebagai
membran pemisah gas CO2 dan CH4, membran yang dihasilkan memiliki sifat rapuh, mudah
rusak, dan memiliki permeabilitas rendah.
Contoh senyawa-senyawa yang digunakan sebagai penaut silang adalah gliserol, etilen
glikol, etilen gliserol, p-xylenediamin, maupun senyawa-senyawa yang stabil dan mudah
menyisip di antara rantai polimer. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa penggunaan etilen
glikol sebagai penaut silang dapat memperbaiki sifat fisika-kimia membran dan meningkatkan
sifat permselektivitas dengan drastis (Zhang dkk., 2013).
3
Berdasarkan hal tersebut, maka dalam penelitian ini dipelajari sintesis MMMs zeolit/Naalginat dengan penambahan penaut silang berupa etilen glikol sebagai membran pemisah gas
CO2 dan CH4 yang bertujuan untuk meningkatkan sifat fisik membran dan permeabilitas gas
pada membran.
I.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengkaji sintesis MMMs zeolit/Na-alginat tertaut silang
etilen glikol sebagai membran pada pemisahan gas CO2 dan CH4. Adapun tujuan khusus dari
penelitian ini adalah:
1. Mempelajari sintesis MMMs zeolit/Na-alginat tertaut silang etilen glikol sebagai membran
pemisah gas CO2/CH4 dan mempelajari pengaruh penambahan penaut silang terhadap nilai
kuat tarik dan persen perpanjangan MMMs.
2. Mempelajari permeabilitas dan selektivitas MMMs terhadap gas CO2/CH4.
I.3 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan pemikiran pada
pengembangan ilmu kimia, terutama dibidang pemisahan gas CO2 dengan teknologi yang
murah dan ramah lingkungan, serta dapat memperkaya referensi dalam sintesis MMMs
pemisah gas CO2/CH4 berbahan dasar Na-alginat dan zeolit.