CCUS dan Teknik Kimia

Teknologi Penangkapan, Pemanfaatan, dan Penyimpanan Karbon (CCUS) adalah salah satu solusi paling menjanjikan dalam menghadapi tantangan perubahan iklim global. CCUS melibatkan proses penangkapan CO2 dari sumber emisi, pemanfaatan CO2 untuk berbagai aplikasi, dan penyimpanan CO2 dalam formasi geologi untuk mencegahnya memasuki atmosfer. Teknik Kimia memainkan peran penting dalam pengembangan dan implementasi teknologi CCUS. Dari desain dan optimasi proses penangkapan CO2, pengembangan sorben dan katalis baru, hingga simulasi dan kontrol proses, Teknik Kimia berada di garis depan inovasi dalam teknologi CCUS. Dalam pembahasan ini, kita akan menjelajahi lebih lanjut tentang CCUS, peran Teknik Kimia dalam CCUS, dan keuntungan serta tantangan CCUS guna mengurangi emisi karbon dioksida (CO2). Selamat membaca!

Apa itu CCUS?

CCUS adalah kumpulan teknologi yang memungkinkan mitigasi emisi karbon dioksida (CO2) dari sumber titik besar seperti pembangkit listrik, kilang, dan fasilitas industri lainnya, atau penghapusan CO2 yang ada di atmosfer. Teknologi ini diharapkan memainkan peran penting dalam mencapai target iklim global. 

CCUS merujuk pada tiga tahapan utama: penangkapan, transportasi, dan penyimpanan (atau pemanfaatan) CO2. Setelah CO2 ditangkap, ia dikompresi menjadi keadaan cair dan diangkut oleh pipa, kapal, kereta api, atau tangki jalan1. CO2 kemudian dapat disuntikkan ke dalam formasi geologi yang dalam, biasanya pada kedalaman 1 km atau lebih, untuk disimpan secara permanen dalam reservoir minyak dan gas yang habis, batubara, atau akuifer salin dalam, di mana geologinya cocok.

Peran Teknik Kimia dalam CCUS

Ilmu teknik kimia memainkan peran penting dalam proses CCUS (Carbon Capture, Utilization, and Storage) atau Penangkapan, Pemanfaatan, dan Penyimpanan Karbon. Dalam proses CCUS, ilmu teknik kimia berperan dalam pembuatan dan pengembangan desain proses, pengembangan sorben, simulasi dan kontrol proses serta penyimpanan dan pemanfaatan CO2. Desain proses dengan potensi untuk pengurangan biaya mencakup turbin gas oksigen (digunakan dalam siklus daya CO2 superkritis). Misalnya, simulator GEOSX telah dikembangkan oleh Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Stanford University, dan Total untuk memprediksi perilaku dan dampak CO2 yang disimpan dalam repositori geologi. 

Selanjutnya dalam teknologi CCUS peranan ilmu teknik kimia adalah dalam pengembangan Sorben CO2. Sorben CO2 adalah material yang digunakan untuk menyerap atau menangkap CO2 dari gas buang atau atmosfer. Terdapat beberapa sorben CO2 yang telah dikembangkan seperti sorben silika mesopori, sorben amina serta sorben CaO. Proses looping kalsium dengan sorben berbasis CaO adalah salah satu teknologi paling penting untuk scrubbing CO2 suhu tinggi. Namun, kapasitas penyerapan CO2 dari sorben berbasis CaO alami menurun dengan cepat selama reaksi siklik. Oleh karena itu, sorben yang menampilkan stabilitas siklik harus dikembangkan untuk penggunaan berulang.

Dalam simulasi dan kontrol proses CCUS, ilmu teknik kimia memanfaatkan pembelajaran mesin (Machine Learning/ML). Machine Learning mulai digunakan untuk mengevaluasi sorben CO2 baru dan bahan pembawa oksigen, mensimulasikan, mengendalikan dan mengoperasikan proses penangkapan, menyederhanakan ekonomi proses, memprediksi kelarutan CO2 dalam pelarut dan kapasitas penangkapan CO2 dalam adsorben, meningkatkan akurasi flowmeter multiphase yang digunakan untuk pipa CO2, dan memprediksi kebocoran dari sumur CO2.

Kemudian dalam penyimpanan dan pemanfaatan CO2 yang ditangkap, ilmu teknik kimia berfokus pada konversi CO2 menjadi bahan bakar, bahan kimia, dan mineral serta dalam sequestration CO2. Ilmu teknik kimia juga berperan dalam peningkatan efisiensi dan keuntungan CCUS melalui presipitasi kimia. Presipitasi CO2 padat yang kaya selama penangkapan CO2 oleh pelarut yang dapat diregenerasi dapat mengurangi permintaan energi. 

Keuntungan dan Tantangan CCUS

Sebagai solusi untuk mengurangi emisi gas karbon dioksida (CO2), teknologi CCUS tentu memiliki keuntungan dalam penggunaannya. Berikut beberapa keuntungan penggunaan CCUS,

1. Pengurangan Emisi : Teknologi CCUS memungkinkan mitigasi emisi CO2 dari sumber titik besar seperti pembangkit listrik, kilang, dan fasilitas industri lainnya. Dalam Skenario Pembangunan Berkelanjutan IEA, di mana emisi CO2 global dari sektor energi turun menjadi nol secara netto pada tahun 2070, CCUS menyumbang hampir 15% dari pengurangan emisi kumulatif dibandingkan dengan Skenario Kebijakan Dinyatakan. Ini berarti bahwa CCUS dapat berkontribusi signifikan terhadap pengurangan emisi gas rumah kaca global. Fasilitas yang dilengkapi dengan CCUS dapat menangkap sekitar 90% dari CO2 yang ada dalam gas buang.

2. Pemanfaatan Energi : Teknologi CCUS dapat meningkatkan efisiensi energi dan mengurangi konsumsi energi dalam proses industri. Ini berarti bahwa CCUS dapat membantu dalam penghematan energi dan biaya operasional. Misalnya, teknologi pasca-pembakaran dan oksi-bahan bakar dapat dipasang pada pabrik baru atau diretrofit ke fasilitas yang ada yang awalnya dibangun tanpanya. Metode pra-pembakaran memerlukan modifikasi yang lebih besar pada operasi fasilitas dan oleh karena itu lebih cocok untuk pabrik baru.

3. Pemanfaatan CO2 : CO2 yang ditangkap dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk produksi bahan kimia dan bahan bakar. Oleh karena itu, CCUS dapat menciptakan nilai ekonomi dan membantu dalam pengembangan produk baru. Misalnya, CO2 juga dapat ditangkap langsung dari atmosfer dengan menarik udara menggunakan kipas dan melewatinya melalui lingkungan yang terdiri dari sorben padat atau pelarut cair. Praktek ini lebih intensif energi dan oleh karena itu lebih mahal karena CO2 memiliki konsentrasi yang jauh lebih rendah di atmosfer daripada di gas buang.

Teknologi Penangkapan, Pemanfaatan, dan Penyimpanan Karbon (CCUS) adalah salah satu solusi yang menjanjikan dalam upaya mencapai emisi net-zero. Namun, seperti semua teknologi, CCUS juga menghadapi sejumlah tantangan yang perlu diatasi.

1. Biaya : Teknologi CCUS memang masih relatif mahal untuk diimplementasikan dan dioperasikan. Biaya ini mencakup biaya penangkapan, transportasi, dan penyimpanan CO2. Misalnya, untuk pembangkit listrik tenaga batu bara dengan kapasitas penangkapan 0.18 hingga 1.8 juta ton CO2 per tahun, perkiraan biaya penangkapan berkisar antara US$50--US$65 per ton CO2. Selain itu, biaya juga dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti desain dan peralatan pabrik, serta kondisi geografis dan geologis.

2. Ketidakpastian Regulasi : Ada ketidakpastian tentang regulasi masa depan yang berlaku untuk penangkapan, pemanfaatan, dan penyimpanan CO2. Ketidakpastian ini dapat mempengaruhi keputusan investasi dan implementasi teknologi CCUS. Misalnya, perubahan dalam insentif pemerintah atau peraturan lingkungan dapat mempengaruhi kelayakan ekonomi proyek CCUS.

3. Penerimaan Publik : Ada tantangan terkait dengan penerimaan publik terhadap teknologi CCUS. Kekhawatiran tentang keamanan dan dampak lingkungan dari penyimpanan CO2 dapat mempengaruhi kecepatan dan skala implementasi teknologi CCUS. Misalnya, di Indonesia, sebagian besar responden tidak mendukung pengembangan teknologi CCUS karena kurangnya pengetahuan dan rasa takut.

4. Skalabilitas : Skalabilitas adalah tantangan utama lainnya untuk teknologi CCUS. Saat ini, industri menangkap dan menyimpan sekitar 40 juta metrik ton per tahun. Namun, penangkapan dan penyimpanan karbon diperlukan dalam skala gigaton pada tahun 2050 untuk mencapai net zero. Misalnya, proyek Petra Nova di AS menunjukkan bagaimana perubahan pasar dan regulasi dapat mempengaruhi skalabilitas CCUS.

Dalam rangka mencapai tujuan mengurangi emisi karbon dioksida (CO2) global, teknologi Penangkapan, Pemanfaatan, dan Penyimpanan Karbon (CCUS) dan Teknik Kimia memainkan peran yang sangat penting. Meskipun ada tantangan yang harus diatasi, potensi CCUS untuk mengurangi emisi CO2 dan menciptakan nilai ekonomi melalui pemanfaatan CO2 menjadikannya solusi yang menjanjikan. Dengan penelitian dan inovasi berkelanjutan dalam Teknik Kimia, kita dapat mengoptimalkan teknologi CCUS dan membantu mencapai tujuan iklim global. Mari kita terus berinvestasi dan berinovasi dalam teknologi ini untuk masa depan yang lebih hijau dan berkelanjutan. Selamat berjuang dalam perjalanan menuju emisi net-zero!

Sumber : 

International Energy Agency (IEA). 2021. "CCUS in Clean Energy Transitions: Insights and Key Findings." (https://www.iea.org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions).

Kayode Coker, A., and Rahmat Sotudeh-Gharebagh. 2022. Chemical Process Engineering. Wiley.

Li, Kangkang, Shuiping Yan, Hanming Liu, Molly Li, and Meihong Wang. 2022. "Editorial: Advances in CCUS Engineering Technologies: Processes, Systems and Applications." Frontiers in Energy Research 10. doi: 10.3389/fenrg.2022.938721.

Lin, Jui-Yen, Erica A. Garcia, Florencio C. Ballesteros, Sergi Garcia-Segura, and Ming-Chun Lu. 2022. "A Review on Chemical Precipitation in Carbon Capture, Utilization and Storage." Sustainable Environment Research 32(1):45. doi: 10.1186/s42834-022-00155-6.

Nagireddi, Srinu, Jatin R. Agarwal, and Damodaran Vedapuri. 2024. "Carbon Dioxide Capture, Utilization, and Sequestration: Current Status, Challenges, and Future Prospects for Global Decarbonization." ACS Engineering Au 4(1):22--48. doi: 10.1021/acsengineeringau.3c00049.

National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2020. "Gaseous Carbon Waste Streams Utilization: Status and Research Needs." Washington, DC: The National Academies Press. (https://doi.org/10.17226/25729).

Nature. 2020. "Amine-based Capture of CO2 for Utilization and Storage." (https://www.nature.com/articles/s41428-020-00400-y.pdf).

Royal Society of Chemistry. 2016. "Characteristics and Performance of CaO-based High Temperature CO2." (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra15785h).

Royal Society of Chemistry. 2021. "Harnessing the Power of Machine Learning for Carbon Capture." (https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/ee/d1ee02395k).

Shi, Xiaoyang, Yuanchunyu Lin, and Xi Chen. 2022. "Development of Sorbent Materials for Direct Air Capture of CO2." MRS Bulletin 47(4):405--15. doi: 10.1557/s43577-022-00320-7.

Sustainable Environment Research. 2022. "A Review on Chemical Precipitation in Carbon Capture, Utilization and."(https://sustainenvironres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s42834-022-00155-6).

United Nations Environment Programme (UNEP). 2020. "Emissions Gap Report 2020." (https://www.unep.org/emissions-gap-report-2020)

Wang, Qiang, Heriberto Pfeiffer, Rose Amal, and Dermot O'Hare. 2022. "Introduction to CO 2 Capture, Utilization and Storage (CCUS)." Reaction Chemistry & Engineering 7(3):487--89. doi: 10.1039/D2RE90007F.