Peneliti sekaligus dosen Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik UGM, Hanifrahmawan Sudibyo, Ph.D., memanfaatkan mineral lempung sebagai katalis untuk mengolah kotoran sapi menjadi bio oil sebagai sumber energi alternatif.
Ia melakukan riset tersebut bersama dengan Budhijanto, Ph.D (Departemen Teknik Kimia, FT UGM) dan Dr. Eng. Adhika Widyaparaga (Departemen Teknik Mesin dan Industri, FT UGM). Ketiganya berkolaborasi melakukan riset mendalam pengembangan katalis berbasis mineral lempung untuk mengolah limbah biomassa khususnya kotoran sapi yang jumlahnya cukup besar di Indonesia.
“Data BPS menunjukkan bahwa jumlah sapi potong di Indonesia berjumlah lebih dari 19 juta ekor pada tahun 2022. Jika diasumsikan bahwa setiap ekor sapi menghasilkan sekitar 87 kg kotoran basah setiap hari dengan kadar air 90%, maka secara keseluruhan terdapat sebanyak 570 juta ton kotoran sapi (wet basis) per tahun di Indonesia,” jelas Hanif, Jumat (13/10).
Hanif menyebutkan salah satu teknologi untuk mengolah kotoran sapi menjadi biogas yang kaya gas metan adalah Anaerobic digestion. Biogas yang dihasilkan selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan bakar, sumber panas, dan sumber energi pembangkit listrik, serta dapat disuntikkan ke jaringan gas alam setelah dimurnikan. Hanya saja, anaerobic digestion masih menghasilkan residu yakni digestate berupa campuran basah matriks organik dan anorganik yang kaya serat lignoselulosa yang tidak dapat dicerna dan nutrisi yang komposisinya sangat bergantung pada karakteristik substrat yang diproses.
Digestate ini dikatakan Hanif biasanya dimanfaatkan sebagai pupuk dengan cara disebar langsung atau dikomposkan terlebih dahulu sebelum disebar di lahan pertanian dan padang rumput. Namun, cara ini berpotensi melepaskan gas rumah kaca yang masih terfiksasi di dalam digestate, membentuk aerosol garam amonium yang dapat mencemari udara, menyebabkan fitotoksisitas pada tanaman, serta menyebarkan patogen. Selain itu, menyebabkan cross-contamination, dan menyebabkan eutrofikasi dan asidifikasi badan air akibat akumulasi N dan P yang tidak terkontrol. Untuk memitigasi potensi ancaman terhadap lingkungan di atas, diperlukan metode pengelolaan digestate yang lebih berkelanjutan, yang sejalan dengan konsep bioekonomi sirkular.
“Salah satu proses yang dapat digunakan untuk mengolah digestate adalah teknogi hydrothermal liquefaction (HTL) atau pencairan hidrotermal,”ungkapnya.
HTL merupakan proses termokimia untuk mengubah limbah biomassa basah termasuk digestate menjadi bio-oil, padatan kaya karbon bernama hydrochar, dan produk samping fase air yang kaya nutrien. Dibandingkan dengan rute termokimia lainnya seperti pirolisis dan gasifikasi, HTL dioperasikan pada kondisi air subkritis dan/atau mendekati superkritis (280–360 °C dan 10–20 MPa), jauh di bawah suhu pirolisis dan gasifikasi. Dengan demikian, proses ini dapat memproses bahan baku dengan kadar air yang tinggi tanpa harus melewati proses pengeringan layaknya pada proses pirolisis dan gasifikasi.
“Jadi, konsumsi energinya jauh lebih rendah,”ucapnya.
Hanif menjelaskan proses HTL pada penelitian ini menggunakan sejumlah mineral lempung sebagai katalis. Mineral lempung yang diuji merupakan mineral lempung yang merepresentasikan berbagai kelas filosilikat, yaitui kaolinite, montmorillonite, talc, vermiculite, phlogopite, meixnerite, attapulgite, dan alumina. Evaluasi yang komprehensif pun telah dilakukan terhadap berbagai mineral lempung yang tersedia secara alami dan komersial.
Hasilnya, montmorillonite merupakan mineral lempung yang paling layak untuk digunakan. Pasalnya mineral ini menghasilkan carbon recovery sekitar 70 – 80% di bio-oil dengan kadar heteroatom sebesar 15% O, 0.24% N, and 0.08% S. Tak hanya itu, dalam montmorillonite mengandung jumlah hydrochar yang minimal yaitu hanya 10% yield dan lebih dari 60% nutrien yang ada di digestate terdistribusi ke produk samping fase air.
Penelitian yang dilakukan tim peneliti UGM ini juga dilakukan melalui kerja sama dengan mitra peneliti dari Pontificia Universidad Católica de Chile (Chile) dan Pontificia Universidad Javeriana (Kolombia). Kolaborasi internasional ini berbuah manis dengan hasil penelitian yang diakui secara internasional melalui publikasi mereka di di Industrial & Engineering Chemistry Research, jurnal Q1 terbitan dari American Chemical Society (ACS) pada tahun 2023 ini.
Selanjutnya, tim peneliti UGM berencana untuk meneliti lebih dalam lagi mengenai pengembangan katalis berbasis mineral lempung ini untuk valorisasi berbagai limbah biomassa basah yang jumlahnya signifikan di Indonesia. Belum lama, Hanif juga memperoleh hibah penelitian dari Kurita Water and Environment Foundation, Jepang untuk mengembangkan katalis berbasis mineral hydrotalcite yang diimpregnasi dengan unsur-unsur logam transisi untuk mengubah campuran senyawa fenolik pada air limbah industri pulp dan paper dan penyamakan kulit menjadi syngas, yaitu CO dan H2. Di dalam hibah ini, Hanif akan kembaili didukung Budhijanto dan Adhika serta mitra peneliti yang berada di Chile dan Kolombia.
“Harapannya penelitian ini bisa nantinya menghasilkan terobosan yang bermanfaat bagi industri-industri terkait,”pungkasnya.
Penulis: Ika