Kajian Model Kinetika dan Keseimbangan Proses Pemurnian Biogas dengan Metode Adsorpsi Bertekanan

Abstract

Biogas merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang bersih yang terdapat kosentrasi utama yaitu gas CH4 dan CO2. Oleh karena itu, perlu dilakukan pemurnian dengan menghilangkan CO2 untuk meningkatkan kandungan energinya. Salah satu metode yang bisa diterapkan adalah metode pemisahan gas adsorpsi, termasuk metode adsorpsi bertekanan. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari kinetika adsorpsi, keseimbangan isoterm adsorpsi, termodinamika adsorpsi, dan kesetimbangan massa adsorpsi yang diperlukan untuk penyempurnaan metode adsorpsi bertekanan. Biogas yang digunakan berasal dari pencernaan anaerobik kotoran sapi dan adsorben yang digunakan adalah zeolit 13X. Sebuah set percobaan yang dilengkapi dengan kolom adsorptif, kontrol suhu PID, gas analyzer, unit pembersih gas, unit pendingin gas, kompresor, set kontrol arduino, katup solenoid, selang gas, dan nipple, dibangun untuk memperoleh data eksperimen yang diperlukan untuk studi pemodelan. Persamaan kinetika adsorpsi yang digunakan adalah peseudo first order (PFO) dan psuedo second oreder (PSO). Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan temperatur pada kolom adsorpsi. Suhu yang digunakan adalah 30 oC, 50 0C, dan 100 oC. Nilai konstanta model PFO dan PSO diperoleh dari kemiringan dan intersep persamaan linier. Model PSO ditemukan lebih cocok dengan data eksperimen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan maka semakin besar jumlah gas CO2 yang teradsorpsi, sedangkan semakin tinggi suhu maka semakin kecil jumlah gas CO2 yang teradsorpsi. Kajian keseimbangan isoterm adsorpsi dilakukan dengan variasi tekanan yaitu 1,8; 2,2; 2,6; 3 bar pada temperatur yang sama. Penelitian ini dapat memberikan informasi mengenai gas yang lebih teradsorpsi pada adsorben. Model keseimbangan adsorpsi isoterm Langmuir dan Freundlich dapat memodelkan keseimbangan adsorpsi gas CO2 dalam biogas pada zeolit 13X, sedangkan untuk adsorpsi CH4 pada biogas model yang sesuai adalah model Fruendlich. Penjelasan tentang perubahan sifat termodinamika yaitu entalpi, entropi dan energi bebas Gibbs, sebelum dan sesudah proses adsorpsi mengungkapkan sifat dari proses tersebut. Nilai entalpi negatif yaitu -13 kJ/mol menunjukkan bahwa adsorpsi CO2 pada Zeolit 13X merupakan proses eksotermik dan merupakan adsorpsi fisik, sedangkan nilai negatif energi bebas Gibbs negatif menunjukkan bahwa adsorpsi merupakan proses spontan. Pemodelan kesetimbangan massa menghasilkan kurva breakthrough, dan data dari kurva tersebut memberikan informasi tentang waktu ketika adsorben jenuh. Semakin tinggi tekanan dan suhu, semakin cepat saturasinya. Kajian adsorpsi bertekanan pemurnian biogas dilakukan dengan menerapkan prinsip kerja adsorpsi dengan dua langkah Skartstrom, yaitu langkah tekanan dan langkah pembersihan. Hasilnya, ditemukan bahwa konsentrasi CH4 dapat ditingkatkan sebesar 30%.