Kuliah Tamu 2
Hari, Tanggal : Jumat, 13 Juni 2025
Pemateri
: Prof. Takaaki Tomai
Judul
: Supercritical Fluids Process for Nanomaterials and Its Application Toward
Carbon-Neutral Chemical Industry
Pendahuluan
Perkuliahan ini membahas pemanfaatan proses berbasis supercritical fluids (SCF) untuk
sintesis nanomaterial dan aplikasinya dalam mewujudkan industri kimia yang
netral karbon. Fokus utamanya adalah bagaimana teknologi SCF dan
nanomaterial dapat membantu mencapai target dekarbonisasi, terutama pada
sektor industri yang sulit untuk dihilangkan emisinya (hard-to-abate
industries).
Agenda Perkuliahan
1. Sintesis nanomaterial melalui proses SCF dan penerapannya dalam kimia netral
karbon.
2. Proses elektrokimia dalam kondisi hidrotermal untuk reduksi CO₂ secara efisien.
Visi Kemandirian Karbon untuk Industri Sulit Didekarbonisasi
Tohoku University mengembangkan visi transformasi industri kimia agar mandiri dari
karbon, disebut sebagai Carbon Independence Vision 2.0. Fokus utamanya
adalah transformasi sirkular dari industri yang sulit didekarbonisasi melalui
kolaborasi regional.
Tiga Proses Kunci untuk Industri Kimia Netral Karbon:
1. Daur ulang plastik limbah
Mengubah plastik limbah menjadi bahan kimia dan plastik baru — berkontribusi pada
kebutuhan karbon sebesar 2,8 juta ton-C.
2. Bio-refinery (pemurnian biomassa)
Menggunakan bahan biomassa sebagai bahan baku alternatif — menyumbang 1,0 juta
ton-C.
3. Pemanfaatan CO₂
Mengkonversi CO₂ menjadi bahan baku produk kimia — sebesar 7,6 juta ton-C
diperlukan untuk menggantikan sumber karbon konvensional.
Sumber Netral Karbon Menuju Produk Kimia
Sumber daya yang dapat dimanfaatkan untuk produksi kimia ramah lingkungan meliputi:
•
Limbah padat dan plastik.
•
Biomassa.
•
Karbon dioksida (CO₂).
•
Panas buangan (waste heat) dan energi terbarukan (matahari dan angin).
Namun, proses kimia yang saat ini digunakan masih dalam tahap pengembangan dan perlu
peningkatan efisiensi untuk benar-benar mendukung produksi yang netral
karbon.
Peran Nanomaterial
Nanomaterial memiliki keunggulan fisik dan kimia yang signifikan dibandingkan dengan
material dalam skala makro, antara lain:
•
Luas permukaan relatif besar → meningkatkan reaktivitas.
•
Jalur difusi ion/elektron pendek → mempercepat reaksi.
•
Efek ukuran kuantum → menghasilkan sifat optik/listrik yang unik.
•
Struktur metastabil → memungkinkan reaksi yang tidak terjadi pada material biasa.
•
Fungsi baru & laju reaksi cepat karena sifat non-kesetimbangan.
Jenis-jenis nanomaterial seperti nanodots, nanosheets, nanorods, dan nanocubes diproduksi
melalui proses downsizing dan kontrol permukaan (facet control)
menggunakan SCF.
Peran Proses SCF dalam Sintesis Nanomaterial
Supercritical fluids (fluida dalam kondisi tekanan dan suhu di atas titik kritisnya)
memungkinkan proses produksi nanomaterial dengan tingkat supersaturasi
tinggi, menghasilkan partikel yang sangat halus dan homogen.
Beberapa keunggulan SCF dalam sintesis nanomaterial:
•
Memungkinkan pembentukan fasa homogen antara air dan organik untuk modifikasi
in-situ dan kontrol permukaan.
•
Meningkatkan performa oxygen carrier untuk gasifikasi plastik limbah melalui
kontrol ukuran nano dan ekspos permukaan aktif.
•
Pencampuran atau dekorasi dengan nano-objek lainnya meningkatkan ketahanan dan
durabilitas dari nanokatalis.
Proses Elektrokimia Hidrotermal untuk Reduksi CO₂
Salah satu solusi teknologi lanjutan adalah sistem elektrokimia dalam kondisi hidrotermal.
Sistem ini memiliki potensi besar dalam membangun siklus karbon baru
dengan mengkonversi:
•
CO₂
•
Limbah kimia
•
Biomassa
menjadi senyawa kimia bernilai tinggi secara efisien. Teknologi ini sedang dikembangkan
untuk menghadirkan pendekatan baru dalam mendukung ekonomi sirkular
berbasis karbon netral.
Kesimpulan
Perkuliahan ini memberikan wawasan mendalam bahwa:
•
SCF adalah teknologi penting untuk produksi nanomaterial berpresisi tinggi dan
efisien.
•
Nanomaterial memainkan peran strategis dalam meningkatkan efisiensi dan performa
proses kimia berbasis limbah dan CO₂.
•
Sistem elektrokimia hidrotermal membuka peluang besar untuk pengurangan CO₂ dan
pembentukan produk kimia hijau.
•
Seluruh teknologi ini bersama-sama mendukung visi industri kimia bebas karbon,
yang sangat penting untuk menghadapi krisis iklim dan mendukung keberlanjutan
global.
Hari, Tanggal : Jumat, 13 Juni 2025
Pemateri
: Prof. Yuta Nakayasu
Judul
: Sustainable electrode materials from biomass: approaches via supercritical
impregnation and hydrothermal carbonization
Pendahuluan
Penggunaan sumber energi terbarukan dan material yang ramah lingkungan menjadi sangat
penting dalam upaya menanggulangi perubahan iklim serta menekan dampak
negatif terhadap keanekaragaman hayati. Perkuliahan ini mengangkat
pendekatan berkelanjutan dalam pengembangan material elektroda yang
berasal dari biomassa, khususnya melalui metode supercritical impregnation
dan hydrothermal carbonization (HTC). Strategi ini tidak hanya berkontribusi
terhadap pengurangan limbah biomassa, tetapi juga membuka jalan bagi
pengembangan baterai dan sistem penyimpanan energi yang lebih hijau.
Sistem Energi Terintegrasi Berbasis Energi Terbarukan
Perkuliahan diawali denganmemaparkan sistem teknik modern berbasis energi terbarukan
yang menggabungkan:
•
Boiler berbahan bakar kayu
Digunakan untuk menghasilkan panas dengan membakar kayu, yang diproses untuk
memanaskan air dalam tangki air panas.
•
Panel surya termal (Solar heat)
Mengubah energi matahari menjadi panas, digunakan untuk memanaskan air hingga
50–80°C.
•
Panel pemanas/pendingin radiasi
Digunakan untuk mendistribusikan panas atau dingin di dalam bangunan.
•
Pendinginan bumi (Earth cooling)
Menggunakan sumur dengan suhu <15°C sebagai sumber pendinginan pasif.
•
Solar PV (Photovoltaic)
Menghasilkan listrik dari sinar matahari untuk operasional sistem.
Sistem ini merepresentasikan integrasi berbagai sumber energi terbarukan yang saling
melengkapi.
Risiko Penggunaan Baterai Lithium-ion (LIB) pada Sistem Energi Terbarukan
Kemudian menunjukkan risiko nyata dari penggunaan baterai lithium-ion (LIB) yang tidak
dikelola dengan baik. Dalam satu insiden, terjadi kebakaran yang
menyebabkan potensi ledakan karena penggunaan LIB dalam sistem energi
biomassa.
Bahaya:
•
Ledakan dan kebakaran akibat ketidaksesuaian pemakaian atau penyimpanan
baterai.
•
Perlu manajemen dan desain sistem yang lebih aman untuk integrasi LIB dengan
sistem termal berbasis biomassa.
Strategi Keberlanjutan untuk Penyimpanan Energi
Dua pendekatan utama dikembangkan untuk meningkatkan keberlanjutan penggunaan
penyimpanan energi:
1. Daur ulang baterai lithium-ion
Melalui daur ulang LIB yang telah habis masa pakainya.
2. Pengembangan baterai baru
o
Berbasis bahan organik sepenuhnya.
o
Organik-air (organic air batteries) tanpa bergantung pada logam tanah jarang
atau mineral kritis.
Strategi ini mendukung keberlanjutan dan mengurangi ketergantungan pada pertambangan
mineral intensif.
Cascade Use of Renewable Energy and Electrode Materials
Kemudian menjelaskan bagaimana energi terbarukan seperti:
•
Tenaga air kecil,
•
Sel surya, dan
•
Turbin angin
dapat digunakan secara berurutan atau cascade untuk:
•
Pemakaian langsung
•
Penyimpanan jangka pendek (dalam baterai)
•
Penyimpanan jangka panjang melalui konversi hidrogen → sel bahan bakar →
panas
Tantangan:
•
Ketidakkonsistenan sifat bahan biomassa.
•
Proses HTC dan supercritical masih mahal pada skala besar.
•
Integrasi dengan sistem energi komersial perlu pengujian lebih lanjut.
Prospek:
•
Teknologi hijau yang mendukung transisi energi berkelanjutan.
•
Mengurangi ketergantungan pada mineral langka dan logam berat.
•
Mendorong circular economy dalam sektor energi dan pertanian.
Kesimpulan
Kuliah ini menyoroti pentingnya pengembangan material elektroda yang berkelanjutan dari
biomassa sebagai respons terhadap krisis lingkungan akibat penggunaan logam
berat dalam sistem penyimpanan energi. Melalui pendekatan teknologi
supercritical impregnation dan HTC, serta integrasi dengan sistem energi
terbarukan, diharapkan masa depan sistem penyimpanan energi menjadi lebih
hijau, aman, dan inklusif secara lingkungan.