Topik UtamaSustainability: Mata Rantai yang Terputus 4

Karbon Dioksida: Kawan atau Lawan 10

Studi KasusMenghemat Energi dengan Pinch Analysis 13

IklanPEBE 9

Cognoscente 12

2

Editor

Zulfan Adi PutraTMC, Eindhoven

Editor Utama

Asep Bayu Dani NandiyantoUniversitas Pendidikan Indonesia,

Bandung

Editor

Muhammad Roil BiladNanyang Technological University,

Singapura

Editor

Oki MurazaKing Fahd University of Petroleum and

Minerals, Dhahran

Editor

Riezqa AndikaYeungnam University, Gyeongsan

Editor

Teguh KurniawanUniversitas Sultan Ageng Tirtayasa,

Serang

Editor

3

Editorial

Sustainability adalah kata kunci yang cukup

sering disebut saat ini. Kenaikan temperatur

global merupakan salah satu isu penting di

dalamnya. Berbagai macam konvensi dan

pertemuan internasional telah berlangsung

untuk membahas isu penting ini.

Industri kimia merupakan salah satu bidang

yang cukup disorot karena industri ini selain

menyumbangkan gas rumah kaca seperti

CO2 ke atmosfer, juga berpotensi untuk

membantu menyelesaikan permasalahan

yang ada. Beberapa usaha di antaranya

adalah dengan mendesain industri proses

yang secara inheren lebih efisien dalam

menggunakan energi, mengembangkan

proses yang justru memanfaatkan CO2

sebagai bahan bakunya, dan mendesain

sistem yang dapat menggunakan kembali

energi yang biasanya terbuang ke

atmosfer.

Majalah Teknik Kimia Indonesia edisi

Desember 2015 ini mencakup ketiga subjek

di atas dan merupakan majalah perdana

yang diterbitkan dari hasil kerja sama

beberapa insinyur dan peneliti teknik kimia

asal Indonesia dari berbagai negara di

dunia.

Selamat membaca!

Zulfan Adi Putra

Editor Utama

4

Topik Utama

Sustainability: Mata Rantai yang

Terputus

impor, menaikkan produksi minyak dalamnegeri, menghemat pemakaian energidan tentu saja, mencari energi alternatifyang terbarukan (renewable energy).

Semenjak krisis energi di era ‘70an riset-riset untuk mencari sumber energiterbarukan bermunculan. Mobil berbahanbakar bioetanol, pembangkit listrik tenagapanas bumi, dan rumah-rumah yangditerangi lampu listrik bertenaga matahariadalah beberapa contoh inovasi hasil daririset-riset tersebut. Tapi kemudian munculkesadaran bahwa energi terbarukanbukanlah solusi akhir untuk bisa keluar darikrisis energi. Ada mata rantai yangterputus yang membuat penerapanenergi terbarukan untuk menggantikanenergi fosil justru menimbulkan masalahbaru. Mata rantai itu bernamasustainability atau keberlanjutan.

Sustainable development ataupembangunan berkelanjutan secaraumum mengacu pada setiappembangunan yang didasari pada prinsip“memenuhi kebutuhan saat ini tanpamengorbankan pemenuhan kebutuhangenerasi yang akan datang [1]. Prinsip inijika dipahami dengan benar akanmembuka cakrawala berpikir kita, parainsinyur ataupun mahasiswa teknik kimia,bahwa segala sesuatunya saling berkaitan;bahwa ternyata seorang insinyur teknikkimia juga harus paham biologi dan ilmupertanian.

Yuli Amalia Husnil

Institut Teknologi Indonesia

Tahun 1969, Amerika Serikat

Mobil-mobil berukuran besar berseliweran

di jalanan, pendingin ruangan dinyalakan

hampir di tiap rumah untuk mengalahkan

cuaca terik di luar dan permintaan daya

listrik industri meningkat seiring

bertambahnya kapasitas produksi.

Sementara itu produksi minyak dalam

negeri menurun bersamaan dengan

bertambahnya ketergantungan pada

minyak impor. Harga minyak mentah

yang melompat naik serta embargo

minyak yang dicetuskan oleh negara-

negara di jazirah Arab pada tahun 1973

menjadi penanda resmi bahwa AS tengah

dilanda krisis energi.

Efek domino kemudian muncul (Gambar

1). Disebabkan oleh harga energi yang

tinggi, daya beli masyarakat untuk produk-

produk hasil industri menjadi lemah.

Akibatnya kegiatan produksi menjadi lesu

dan berujung pada banyaknya industri

yang gulung tikar. Kesadaran selalu hadirketika situasi telah menjadi semakingenting. Sebagai usaha untuk keluar dari

kris is ini , pemerintah AS kemudian

menggalakkan berbagai regulasi dan

g e r a k a n u n t u k m e n g u r a n g i

ketergantungan negara itu pada minyak

5

digunakan sebagai bahan baku produksi

bioetanol di AS; dibuktikan dari berhektar-

hektar lahan yang dipakai untuk

menanam jagung, salah satu tujuannya

untuk memproduksi bioetanol [3]. Jika

pada sebuah lahan yang sangat luas

terdapat hanya satu jenis tanaman maka

sistem pertanian ini disebut sebagai

monokultur. Sistem pertanian seperti ini

membawa dampak negatif tidak hanya

untuk tanah namun juga bagi

keberlangsungan hidup lebah madu.

1 Sebelum kebijakan energi terbarukan

dicanangkan oleh pemerintah AS di era

‘70an, pemakaian etanol sebagai bahan

bakar mobil telah dipopulerkan oleh

Henry Ford sejak tahun 1896. Ia bahkan

memprediksi etanol sebagai bahan bakar

mobil masa depan [5]

Bioetanol dan menghilangnya lebah

madu

Lebah madu adalah serangga mungil

yang menghidupi dirinya dengan

menghisap nektar dari berbagai jenis

bunga. Koloni lebah madu tidak bisa

berkembang jika mereka hanya ‘makan’

dari satu bunga seperti halnya manusia

yang tidak bisa tumbuh sehat jika hanya

makan nasi. Serangga ini, kita sadari atau

tidak, adalah penentu apakah di piring

makan kita tersedia sayur-mayur dan biji-

bijian. Bahkan ia menentukan apakah di

dapur kita masih tersedia minyak untuk

menggoreng. Tanpa lebah madu, tidak

akan ada proses penyerbukan dan kita

akan kehilangan sepertiga dari bahan

pangan yang kita makan [2].

Ketika embargo minyak berlaku dan

pemerintah AS mencanangkan program

energi terbarukan, bioetanol menjadi lebih

populer1. Di awal perkembangannya

jagung adalah biomass utama yang

Gambar 1. Efek domino seputaran krisis energi di AS era ‘70an.

6

Menurut hasil sebuah survey disebutkan

bahwa pada musim dingin 2012/2013,

dikarenakan oleh berbagai sebab, 35.8%

dari total seluruh lebah madu yang ada di

AS menghilang [6]. Sistem pertanian

monokultur adalah salah satu

penyebabnya. Dan jika ditarik garis

mundur, semua ini berkaitan dengan

kebijakan pencarian energi alternatif yang

terbarukan. Tentu saja tidak ada yang

salah dari kebijakan ini karena pada satu

titik kita harus bisa melepaskan

ketergantungan pada energi fosil. Namun

kita perlu menganalisis kembali metode

yang kita gunakan untuk memproduksi

energi alternatif itu serta mencari cara

bagaimana menyambungkan mata rantai

yang terputus itu.

Adalah sebuah kesadaran yang harus

ditanamkan pada pihak industri apapun,

dalam kasus ini produsen energi, bahwa

segala daya upaya untuk mengeksplorasi

dan memproduksi energi, dari mana pun

sumbernya, akan menyentuh berbagai

aspek kehidupan. Siapa yang menyangka

sebelumnya bahwa niat untuk

memproduksi energi alternatif terbarukan

justru berujung pada musnahnya

sejumlah besar koloni lebah. Barangkali

sebelum pihak industri membeli berhektar-

hektar lahan untuk ditanami jagung ada

beberapa hal yang harus ditelaah terlebih

dahulu.

Adakah life cycle assessment (LCA)

d i l a k u k a n u n t u k m e m p e r k i r a k a n

bagaimana dampak sistem pertanian

monokultur ini terhadap organisme lain

Tanah yang digunakan untuk

menumbuhkan satu jenis tanaman dalam

kurun waktu setahun akan kehilangan

banyak unsur hara dan menyisakan tanah

yang lemah. Untuk meningkatkan

pertumbuhan tanaman monokultur ini,

petani harus bergantung pada pupuk

kimia. Pupuk kimia ini dalam penggunaan

jangka panjang akan mengganggu

peremajaan tanah secara alami yang

kemudian akan memperparah

berkurangnya komposisi nutrisi di tanah

tersebut.

Telah disebutkan di atas bahwa lebah

madu harus mengumpulkan nektar dari

bunga yang berbeda-beda karena ia

butuh variasi nutrisi. Seekor lebah madu

akan terbang sejauh mungkin untuk bisa

mengumpulkan berbagai nektar namun

berat badannya akan berkurang di tiap

mile jarak yang ia tempuh[4]. Jika ia terus

terbang berkilo-kilometer jarak untuk

melewati ladang jagung, berat badannya

tentu tak akan cukup untuk menempuh

perjalanan pulang ke koloninya.

Pada sistem pertanian monokultur jika satu

tanaman terkena wabah penyakit maka

kemungkinan penyakit itu untuk

menyebar ke seluruh tanaman akan lebih

cepat dibanding jika lahan itu ditanami

beragam tumbuhan. Untuk mencegah

hal ini, pemilik lahan akan

menyemprotkan lebih banyak pestisida

dan herbisida. Lebah madu yang daya

tahan tubuhnya melemah karena kurang

nutrisi akan semakin rentan terhadap efek

negatif yang dibawa oleh pestisida.

7

semua data input dan output yang

berkaitan dengan pembuatan sebuah

produk, pelaksanaan sebuah proses atau

jasa, (2) mengevaluasi potensi dampak

dari tiap input dan output tersebut

terhadap lingkungan, dan (3)

menginterpretasikan hasil evaluasi sebagai

dasar pengambilan keputusan.

Sebagai contoh, LCA bioetanol terdiri dari

6 komponen seperti terlihat pada Gambar

2. Set iap komponen pada gambar

tersebut memiliki kontribusi tersendiri

terhadap perubahan di lingkungan.

Seperti penanaman bahan baku yang

b e r p o t e n s i , d a n s u d a h t e r b u k t i ,

mengacaukan keseimbangan lingkungan

atau proses produksi yang berpotensi

menyumbangkan gas-gas polutan ke

udara dan sebagainya. Analisa dilakukan

secara menyeluruh pada tiap komponen

yang berada di sekitar lahan itu?

Sudahkah para pelaku industri duduk

bersama para ahli biologi, pemerhati

lingkungan atau masyarakat sekitar lahan

industri untuk mendiskusikan metode

terbaik agar proses produksi energi yang

akan dibangun bisa terus berkelanjutan

tanpa mengorbankan apapun, terutama

mengorbankan kemaslahatan generasi

yang akan datang? Sudahkah pihak

industri membuat sebuah rencana jika

sekiranya pabrik bioetanol yang telah

dibangun karena alasan tertentu suatu

hari harus ditutup, bagaimana dengan

lahan yang ditinggalkan?

Sekelumit tentang LCA

LCA adalah sebuah teknik analisa yang

dilakukan untuk menilai potensi dampak

sebuah produk, proses dan jasa terhadap

lingkungan [7]. LCA dilakukan melalui tiga

tahapan utama: (1) mengumpulkan

Gambar 2. Contoh diagram LCA bioetanol.

8

mengeksploitasi sumber itu denganserampangan. Sebelum terlambat dan kitamewariskan tidak hanya krisis energinamun juga krisis pangan untuk generasimasa depan—karena lebah madu telahpunah dari muka bumi—ada baiknya kita,para insinyur teknik kimia, menengokkembali paradigma dan metode yang kitagunakan saat meneliti dan mengeksplorasisumber energi baru juga saat merancangdan membangun proses produksi energi.Sudahkah kita menyambungkan matarantai yang bernama keberlanjutan itu?

Referensi

1. Butlin, J. (1989), Our common future.By World commission onenvironment and development.(London, Oxford University Press,1987, pp.383 £5.95.). J. Int. Dev., 1:284–287. doi:10.1002/jid.3380010208

2. Beasley, A. (2015). If bees die, we die:Why the honeybee is so important toyour food (VIDEO). [online] NJ.com.Available at:http://www.nj.com/news/index.ssf/2015/04/on_the_brink_the_fight_to_save_bees_and_our_food_s.html[Accessed 6 Aug. 2015].

3. Capehart, T. (2015). USDA ERS - Corn:Background. [online] Ers.usda.gov.Available at:http://www.ers.usda.gov/topics/crops/corn/background.aspx [Accessed 6Aug. 2015].

4. Traynor, J. (2015). How Far Do BeesFly? One Mile, Two, Seven? AndWhy? – Beesource Beekeeping.[online] Beesource.com. Available at:http://www.beesource.com/point-of-view/joe-traynor/how-far-do-bees-fly-one-mile-two-seven-and-why/[Accessed 6 Aug. 2015].

yang berkaitan dengan siklus hidup

bioetanol. Hasil analisa ini kemudian

dijadikan sebagai dasar penentuan

metode terbaik untuk menjalankan atau

menghasilkan 6 komponen tersebut.

Dengan demikian dampak negatif yang

bisa ditimbulkan dari life cycle bioetanol ini

dapat ditekan.

Teringat semasa saya masih berstatus

sebagai mahasiswa teknik kimia, ada dua

hal yang selalu ditekankan dalam

kaitannya dengan perancangan pabrik;

konsumsi energi minimum dengan profit

maksimum. Rekayasalah proses sedemikian

rupa agar kedua hal itu tercapai.

Sepanjang ingatan, saya tidak pernah

mendapatkan mata kuliah yang berkaitan

dengan bagaimana merancang pabrik

dengan prinsip sustainable development.Padahal menurut hemat saya, kita, para

insinyur teknik kimia, yang justru harus

paling paham tentang prinsip ini.

Mahasiswa teknik kimia yang tidak dididik

untuk memahami prinsip ini, lagi-lagi

menurut pendapat saya, akan lulus

menjadi insinyur yang tidak awas dengan

kehidupan sosial yang sangat berkaitan

dengan lingkup pekerjaannya.

Dulu, minyak mentah mudah didapat.

Kemudian sumber energi itu dieksploitasi

dengan serampangan tanpa memikirkan

dampaknya pada lingkungan, kehidupan

sosial dan terutama ketersediaan sumber

energi itu untuk generasi penerus. Kini,

barangkali karena kelabakan mencari

alternatif pengganti energi fosil, kita

tergesa-gesa mencari sumber baru dan

k e l i h a t a n n y a j u g a a k a n k e m b a l i

9

Yuli Amalia Husnil adalah

CEO dari Cognoscente

(www.cscente.com). Yuli

menerima gelar Ph.D di

bidang teknik kimia dari

Yeungnam Univers i ty ,

Korea Selatan pada tahun 2014. Saat ini,

Yuli juga bekerja sebagai staf pengajar di

Institut Teknologi Indonesia. Bidang

penelitian yang pernah digelutinya

semasa menempuh program Ph.D adalah

perancangan struktur kontrol

pengoptimasi energi untuk proses

pencairan gas alam.

5. _________. (2015). Ethanol FuelHistory.. [online] Fuel-testers.com.

Available at: http://www.fuel-

testers.com/ethanol_fuel_history.html

[Accessed 6 Aug. 2015].

6. vanEngelsdorp, D., Hayes, J.,

Underwood, R. and Pettis, J. (2008). A

Survey of Honey Bee Colony Losses in

the U.S., Fall 2007 to Spring 2008.

PLoS ONE, 3(12), p.e4071.

7. Pryshlakivsky, J. and Searcy, C. (2013).

Fifteen years of ISO 14040: a review.

Journal of Cleaner Production, 57,

pp.115-123.

PEBE Consulting (http://www.pebecons.com/about-us.html) merupakan sebuah

konsultan yang terdiri dari kumpulan profesional yang telah memiliki pengalaman di

bidang riset bioenergi dan energi terbarukan. Para engineer dan researcher-nya

berpengalaman mengerjakan berbagai macam proyek termasuk desain gasifikasi

biomassa sebagai pembangkit listrik, produksi biodiesel dari waste vegetable oil dan virginvegetable oil, biogas dari landfill, system integration, studi kelayakan, dan review teknologi.

Pengalaman biogas kami mencakup digester dan gas landfill. Dengan portofolio berbagai

proyek energi nasional dan internasional, kami percaya dapat menyelesaikan proyek

bioenergi yang memberikan hasil terbaik untuk klien.

10

Topik Utama

Karbon Dioksida: Kawan atau

Lawan?

bahan yang bermanfaat bagi makhluk

hidup dinilai para pengambil kebijakan

sebagai langkah antisipatif yang lebih

bermanfaat. Para peneliti sejak beberapa

dekade terakhir terus mencari cara untuk

menggunakan karbon dioksida dalam

berbagai kebutuhan baik secara langsung

maupun sebagai bahan baku dalam reaksi

kimia seperti digambarkan dalam skema

sederhana Gambar 1.

Karbon dioksida dapat dimanfaatkan

secara langsun g untuk berbaga i

keperluan. Membekukannya hingga

-78.5°C dapat menjadikan karbon dioksida

menjadi dry ice yang biasa digunakan

untuk pendingin es krim atau sebagai

properti panggung untuk memberikan

efek asap dalam pertunjukan teater.

Karena karbon dioksida merupakan

senyawa yang relatif stabil dan tidak

mempunyai nilai bakar, dia dapat pula

digunakan sebagai gas untuk injeksi

pneumatik di alat-alat industri dan alat

pemadam api portable di gedung

gedung perkantoran. Selain itu karbon

dioksida dalam tekanan tinggi yang

dimasukkan kedalam minuman membuat

minuman tersebut menjadi minuman

berkarbonasi. Peran karbon dioksida pada

minuman ini adalah untuk memberikan

sensasi ledakan kecil dimulut sehingga

terasa lebih menyegarkan.

Anatta Wahyu Budiman

Korea University of Science Technology

Karbon dioksida (CO2) merupakan

komponen terbesar bertanggungjawab

atas peningkatan suhu bumi atau apa

yang oleh para ahli disebut sebagai globalwarming effect. Meski sebagian ilmuwan

masih meragukan teori tersebut, namun

fakta bahwa konsentrasi gas rumah kaca

yang meningkat dari tahun ketahun dan

suhu bumi yang terus meningkat adalah

dua hal yang tidak bisa kita pungkiri.

Selama satu milenium terakhir konsentrasi

gas karbon dioksida meningkat sebanyak

1.5 ppm per tahun yang artinya apabila

terdapat total 5.3 x 1021 gram udara di

atmosfir, maka peningkatan jumlah

karbon dioksida pertahunnya mencapai

sekitar 8 ton per tahun [1]. Hal ini

mungkin disebabkan oleh

ketidakseimbangan antara peningkatan

gas buang industri dan penggunaan

bahan bakar minyak terhadap

peningkatan jumlah pepohonan di dunia.

Namun demikian memandang karbon

dioksida sebagai musuh yang ditakuti

un tuk kemudian menyerah ka lah

bukanlah sebuah pandangan yang

bijaksana. Berdamai dengan karbon

dioksida, mencari cara alternatif untuk

menjadikan karbon dioksida sebagai

11

tulisan selanjutnya.

Salah satu cara yang paling menjanjikan

untuk memanfaatkan karbon dioksida

secara tidak langsung adalah dengan

mengubahnya menjadi synthesis gas(syngas) melalui reaksi carbon dioxider e f o r m i n g . R e a k s i i n i b e r u s a h a

menggantikan peran steam reformingyang biasa digunakan untuk menyediakan

syngas karena punya dua keunggulan; (1)

syngas yang diproduksi oleh reaksi ini

memiliki rasio H2/CO yang rendah yang

memudahkan untuk dikonversi menjadi

zat kimia lain seperti methanol; (2) proses

ini mampu menurunkan konsentrasi gas

rumah kaca di udara. Syngas sendiri

adalah zat antara yang digunakan untuk

membuat syntetic fuel (bahan bakar

Dalam industri perminyakan, karbon

dioksida digunakan sebagai enhancementoil recovery agent. Di Kanada misalnya,

Conovus Oil menginjeksikan sebanyak 18

juta ton karbon dioksida sehingga ter-

recovery minyak bumi sebanyak 130 juta

barel. Metode ini juga pada akhirnya

mampu memanjangkan usia ladang

minyak tersebut selama 25 tahun lebih

lama.

Sementara itu, untuk penggunaan karbon

d i o k s i d a s e c a r a t i d a k l a n g s u n g

(penggunaan karbon dioksida sebagai

bahan baku reaksi), ada banyak pilihan

reaksi untuk menggunakan karbon

dioksida. Penjelasan mengenai berbagai

jalan reaksi untuk mengkonversi karbon

dioksida menjadi bahan-bahan lain yang

memiliki nilai tambah akan dibahas dalam

Gambar 1. Skema potensi pemanfaatan karbon dioksida.

12

diandalkan untuk mengubah karbon

dioksidamenjadi oksigen.

Referensi

1. Budiman, A.W., Song, S.-H., Chang, T.-

S., Shin, C.-H., and Choi, M.-J. (2012).

Dry Reforming of Methane Over

Cobalt Catalyst: A Literature Review of

Catalyst Development. CatalysisSurveys from Asia, 16(4), pp.183-197.

Anatta Wahyu Budiman

saat ini sedang menempuh

pendidikan doktor di Korea

Un i v e r s i t y o f Sc ience

Technology, laboratorium

Environmental Resource

and Research Center, Korea Research

Institute of Chemical Technology (KRICT)

untuk bidang riset pemanfaatan gas

rumah kaca.

Pada tahun 2015, Anatta mendapatkan

penghargaan “Excellent Research Student

Awards” pada ulang tahun KRICT yang ke

39. Pemilik dua paten dan dua publikasi

ilmiah ini juga aktif sebagai tutor dan

pembimbing karya ilmiah di Univeritas

Tebuka Korea Selatan.

sintetis), methanol dan amoniak.

Selain menggunakan karbon dioksida

sebagai zat yang memiliki nilai guna,

untuk menghindari dampak lebih lanjut

dari dari tingginya konsentrasi karbon

dioksida ini dilakukan pula usaha

“menangkap” dan mengumpulkan karbon

dioksida untuk kemudian diinjeksikan

kedalam perut bumi. Usaha ini dikenal

sebagai carbon capture and storage(CCS). Selain untuk mengurangi

konsentrasi karbon dioksida diudara, para

ilmuwan berpendapat bahwa karbon

dioksida didalam tanah ini akan sangat

berguna untuk dimanfaatkan kembali

suatu saat ketika dibutuhkan.

Kendatipun semua hal telah diusahakan

untuk mengurangi jumlah konsentrasi

karbon dioksida di undara baik untuk

keperluan komers i l maupun untuk

penjagaan lingkungan, semua usaha

yang telah dilakukan belum mampu

mengkonversi karbon dioksida menjadi

oksigen seperti yang dilakukan oleh

pepohonan. Usaha usaha perbaikan

h u t a n , p e n a n a m a n p o h o n d a n

pelestarian alam senantiasa tetap

menjadi satu satunya cara yang bisa

www.cscente.com

13

Studi Kasus

Menghemat Energi dengan

Pinch Analysis

Di dalam skema sintesis proses, analisis ini

dilakukan ketika sistem reaktor dan

separator telah didesain, aliran recycletelah ditutup, dan neraca massa dan

energinya telah dihitung. Di fase ini,

seluruh data yang diperlukan untuk

melakukan pinch analysis telah lengkap.

Data-data tersebut berupa nama aliran,

besar laju alir aliran, kapasitas kalor (heatcapacity), temperatur awal dan

temperatur akhir. Onion diagram di

Gambar 1 menunjukkan fase dimana

desain sistem jaringan penukar kalor

dilakukan.

Prosedur kerja pinch analysis

Prosedur kerja analisis pinch secara singkat

dapat dijelaskan sebagai berikut. Langkah

pertama yang sangat perlu dilakukan

dalam analisis pinch adalah pengambilan

Zulfan Adi Putra

TMC

Pengenalan

Pinch analysis adalah sebuah metode

yang pada awalnya dikembangkan untuk

mengevaluasi satu sistem pertukaran kalor

secara menyeluruh. Metode ini pada

mulanya diperkenalkan oleh Hohman [1]

di awal 1970an. Di akhir 1970an, hampir

secara bersamaan di tempat terpisah,

Linnhoff (UK) dan Umeda (Jepang)

mengembangkan metode pinch analysisyang kita kenal sekarang. Krisis minyak

bumi di akhir tahun 1970an mempercepat

pengenalan metode baru ini ke dunia

industri. Oleh karena sistem

pengevaluasian ini melibatkan pembuatan

kurva antara aliran-aliran panas (hotcomposite curve) dan aliran dingin (coldcomposite curve) yang bertemu pada satu

titik jepit (pinch).

Pada perkembangan selanjutnya, konsep

yang sama juga dikembangkan dan

diaplikasikan di berbagai bidang seperti

meminimalkan penggunaan air bersih [2],

pengolahan air limbah [3], konsumsi

hidrogen [4], menentukan properti

senyawa yang diperlukan [5], sampai

kepada menentukan desain optimum

strategi proses berbahan dasar karbon

seperti tipe pembangkit energi [6] dan

biorefinery [7].

Gambar 1. Onion diagram.

14

data dengan benar. Terlepas dari keberadaan unit-unit penukar kalor yang ada, aliran-

aliran yang akan dianalisis didefinisikan sebagai aliran panas dan aliran dingin. Aliran

panas (hot stream) adalah aliran yang ingin diturunkan temperaturnya. Sementara aliran

dingin (cold stream) adalah aliran yang ingin dinaikkan temperaturnya. Di Gambar 2

terlihat contoh sederhana pengambilan data. Tahap pengambilan data ini sangat

penting dan biasanya memakan waktu yang jauh lebih lama jika dibandingkan dengan

tahap-tahap lainnya.

Data-data yang diperoleh kemudian diurutkan berdasarkan temperatur masuknya untuk

seluruh aliran panas dan dingin. Tabel 1 adalah contoh data yang diperoleh dari contoh

kasus ini.

dTmin = 10°C. Steam tersedia pada 200°C dan air pendingin pada 25°C. Temperatur air pendingin maksimal 30°C.

(a) Diagram alir proses.

Gambar 2. Contoh pengambilan data.

(b) Diagram alir pengambilan data.

Nomor

AliranJenis Aliran

Temperatur

Awal (°C)

Temperatur

Akhir (°C)

Kapasitas Kalor Laju

Alir (kW/°C)

1 Panas 180 80 20

2 Panas 130 40 40

3 Dingin 60 100 80

4 Dingin 30 120 36

Tabel 1. Data yang diambil.

15

Dari data ini, dibuatlah kurva komposit aliran panas seperti di Gambar 3 berikut. Sumbu Y

menunjukkan rentang temperatur rentang temperatur system secara keseluruhan. Sumbu

X menunjukkan jumlah energi yang terkandung di sistem tersebut.

Setelah kurva komposit aliran panas dan aliran dingin dibuat, maka kurva aliran dingin

(cold composite curve) digeser sepanjang sumbu X sehingga jarak terdekatnya dengan

kurva aliran panas (hot composite curve) adalah dTmin yang kita tentukan (dalam kasus

ini, 10°C). Lokasi dTmin ini lah yang disebut sebagai titik pinch. Daerah yang saling

tumpang tindih (overlapping) di antara kedua kurva adalah daerah di mana kalor bisa

dipertukarkan dari aliran panas ke aliran dingin. Daerah di mana kurva aliran dingin tidak

mengalami tumpang-tindih dengan kurva aliran panas merupakan keperluan utilitas

pemanas. Sebaliknya, daerah di mana kurva aliran panas tidak tumpang tindih dengan

kurva aliran dingin adalah kebutuhan utilitas pendingin. Dengan langkah ini, kita telah

mengetahui target utilitas pemanas dan pendingin yang kita perlukan untuk dTmin yang

kita tetapkan tanpa desain sama sekali. Untuk lebih jelasnya, silahkan lihat Gambar 4. Jika

seluruh temperatur aliran panas diturunkan sebesar ½ dT min sementara temperatur

aliran dingin dinaikkan sebesar ½ dT min, maka kedua kurva akan bersentuhan di titik

pinch yang sama. Ini bisa dilihat di studi kasus yang akan dijelaskan nanti.

Dengan menggunakan kurva komposit dan titik pinch ini, ada tiga aturan utama (goldenrules) yang bisa kita amati. Aturan-aturan ini adalah sebagai berikut (lihat Gambar 5 untuk

lebih jelasnya):

1. Aliran-aliran panas di zona di atas pinch (zona buang energi atau sink) tidak boleh

dikirim ke utilitas pendingin seperti menara pendingin (cooling tower). Pelanggaran

akan aturan ini ditunjukkan dengan penalti energi sebesar γ, yang harus “dibayar”

dengan menaikkan beban utilitas pemanas dan pendingin, masing-masing sebesar γ.

Gambar 3. Pembuatan kurva komposit aliran panas.

16

2. Aliran-aliran dingin di zona di bawah pinch (zona sumber energi atau source) tidak

boleh dikirim ke utilitas pemanas seperti steam bertekanan tinggi. Pelanggaran

terhadap aturan ini ditunjukkan dengan penalti energi sebesar β, yang juga harus

“dibayar” oleh utilitas pemanas dan pendingin, masing-masing sebesar β.

3. Tidak boleh ada energy yang dipindahkan dari aliran-aliran yang berada di daerah di

atas pinch ke aliran-aliran yang berada di bawah pinch. Pelanggaran terhadap

aturan ini ditunjukkan dengan penambahan beban utlitas pemanas dan pendingin,

masing-masing sebesar α.

Gambar 4. Penentuan target kebutuhan utilitas panas dan dingin.

Gambar 5. Golden rules di pinch analysis.

17

Untuk lebih detail lagi mengenai pinch analysis, berikut prosedur mendesain jaringan

penukar kalornya (heat exchanger network) pembaca diharapkan merujuk ke beberapa

buku teks seperti Chemical Process Design & Integration [8] atau Process Integration [9].

Atau bisa juga merujuk ke laman Teknik Kimia Indonesia

(indonesianchemicalengineers.com) yang akan mencakup artikel-artikel tentang ini.

Contoh kasus di industri

Satu kasus industri yang pernah penulis lakukan adalah menganalisis jaringan penukar

kalor untuk crude oil preheat train (pemanasan awal minyak bumi) di sebuah pabrik

pengilangan minyak bumi. Di Gambar 6 ini adalah skema sederhana jaringan penukar

kalornya.

Dari data yang diambil, kurva aliran panas dan dingin dibuat seperti Gambar 7.

Kebutuhan saat itu untuk utilitas panas adalah sebesar 35.15 MW dan utilitas dingin

sebesar 6 MW. Target yang bisa dicapai adalah sebesar 33.8 MW (utilitas panas) dan 4.8

MW (utilitas dingin). Perhatikan bahwa kedua kurva saling menyentuh di titik pinch154°C. Kedua kurva tersebut saling menyentuh karena temperature seluruh aliran panas

diturunkan sebesar ½ dT min, sementara temperature aliran dingin dinaikkan sebesar ½

dT min.

Jika diagram blok digambar ulang di diagram grid seperti di Gambar 8, terlihat bahwa

penukar kalor (heat exchanger) HE-6, CW2, dan HE-4 melintasi titik pinch. Hal ini

bertentangan dengan aturan ketiga dalam mendesain jaringan penukar kalor yang telah

disebutkan di atas. Besar masing-masing beban yang melintasi titik pinch ditunjukkan

dengan tulisan berwarna biru di gambar tersebut.

Gambar 6. Skema blok jaringan penukar kalor untuk crude oil preheat train.

18

Gambar 7. Kurva komposit aliran panas dan dingin dalam penentuan kebutuhan utilitas.

Gambar 8. Kurva komposit aliran panas dan dingin dalam penentuan kebutuhan utilitas.

19

Untuk mencapai target yang telah diketahui, maka seluruh beban yang melintasi titik

pinch dimodifikasi. Modifikasi yang harus dilakukan cukup hanya menyusun ulang system

perpipaan dan target kebutuhan utilitas panas dan dingin pun tercapai. Investasi yang

diperlukan sangat kecil dan biaya operasi bisa diturunkan. Hasil akhirnya terlihat di

Gambar 9.

Penutup

Metode pinch analysis yang dikembangkan di akhir tahun 1970an telah merupakan

bagian dari standar praktik engineering. Pinch analysis dapat memberikan gambaran

menyeluruh terhadap penggunaan energi suatu sistem. Hal ini kemudian digunakan

untuk meminimumkan penggunaan energi. Berbagai cara dapat dilakukan seperti

dengan mengoptimalkan kondisi operasi unit-unit proses atau memodifikasi jaringan

penukar kalor yang tidak optimum. Contoh aplikasi praktis yang telah ditunjukkan

memberi gambaran mengenai modifikasi yang bisa dilakukan dalam pinch analysis ini.

Dalam perkembangan selanjutnya, metode dan aplikasi pinch analysis telah

dikembangkan ke berbagai bidang seperti desain jaringan air limbah, air bersih,

manajemen hidrogen, sampai ke biorefinery. Kedepannya, pinch analysis merupakan

salah satu keahlian yang harus dikuasai oleh process engineer atau konsultan processdesign.

Referensi

1. Hohmann EC: Optimum networks for heat exchange. PhD thesis, Los Angeles, USA:

University of Southern California, 1971.

Gambar 9. Jaringan penukar kalor yang telah dimodifikasi.

20

2. Wang YP, Smith R: Wastewater Minimization. Chemical Engineering Science, 1994,

49:981-1006.

3. Kuo WJ, Smith R.: Effluent treatment system design. Chemical Engineering Science,

52(23): 4273-4290, 1997.

4. Hallale N, Moore I, Vauk D: Hydrogen: Liability or Asset?, Chemical Engineering

Progress, September 2002.

5. Kazantzi, V., Qin, X., El-Halwagi, M., Eljack, F. and Eden, M., Simultaneous Process and

Molecular Design through Property Clustering – A Visualization Tool, Industrial

Engineering Chemistry Research, 46, 3400-3409, 2007.

6. Tan R, Foo DCY: Pinch analysis approach to carbon-constrained energy sector

planning. Energy 2007, 32: 1422-1429.

7. NG, DKS. Automated Targeting For The Synthesis Of An Integrated Biorefinery.

Chemical Engineering Journal. 162(1), 67-74, 2010.

8. Smith R: Chemical Process: Design and Integration. Chichester, UK: John Wiley & Sons

Ltd.; 2005.

9. El Halwagi MM: Process Integration, Elsevier; 2006.

Zulfan Adi Putra bekerja sebagai konsultan desain proses, engineering dan

teknologi, dan pernah bekerja di beberapa perusahaan kimia seperti

AkzoNobel, SABIC, Momentive (Hexion), dan DSM. Berbagai tipe proyek

yang pernah ditangani meliputi uji kelayakan, desain proses konseptual,

basic engineering, optimasi pabrik, debottlenecking, dan engineering

support. Terkait dengan pinch analysis, penulis pernah terlibat dalam

mendesain, mengevaluasi, dan mengoptimalkan penggunaan energi (maximizing heatrecovery), dan meminimalkan penggunaan/pengolahan air (water and wastewaterminimization) di berbagai industri. Penulis memegang gelar PDEng dari Technische

Universiteit Eindhoven.