Perpustakaan Digital ITB

Gas alam di Laut Natuna dengan kandungan CO2 71 %-mol dan CH4 28 %-mol sebanyak 46 trillion standard cubic feet (TSCF) berpotensi untuk dieksplorasi. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mengolah gas alam yang kaya akan CO2 menjadi produk yang bernilai jual lebih tinggi yaitu melalui dry reforming of methane (DRM). DRM dapat mengubah CH4 dan CO2 menjadi gas sintesis dengan kandungan H2/CO sekitar 1. Keberadaan gas CO dalam produk gas DRM masih cukup tinggi sehingga perlu pengolahan lebih lanjut untuk meminimalkan gas CO dan meningkatkan produktivitas hidrogen salah satunya dengan reaksi water gas shift (WGS). Secara komersial, reaksi WGS dilakukan 2 tahap karena reaksi bersifat eksotermis dengan menggunakan katalis berbasis Fe pada kondisi high temperature shift (HTS) dan katalis berbasis Cu pada kondisi low temperature shift (LTS). Namun, terdapat keterbatasan dalam penggunaan katalis komersial karena hanya bisa digunakan pada kondisi standar. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan katalis lebih lanjut untuk mendapatkan katalis dengan aktivitas dan stabilitas yang baik untuk reaksi WGS agar dapat digunakan untuk mengolah produk gas DRM pada kondisi medium temperature shift (MTS). Kondisi MTS dilakukan satu tahap sehingga dapat menurunkan biaya operasi. Katalis Cu/ZnO/ZSM-5 berpotensi digunakan untuk reaksi WGS pada kondisi MTS. Tembaga merupakan logam non-mulia yang murah dan umum digunakan sebagai fasa aktif katalis komersial. ZSM-5 merupakan aluminosilikat dengan diameter pori sebesar 0,54–0,56 nm, memiliki luas permukaan tinggi, ukuran pori seragam, dan stabilitas termal yang baik sehingga cocok digunakan sebagai penyangga katalis untuk reaksi WGS pada kondisi MTS. Penelitian ini difokuskan untuk mengetahui jumlah pemuatan logam Cu yang optimum untuk mengolah produk gas DRM yang mengandung CO2, H2, dan CH4 melalui reaksi WGS pada kondisi MTS. Terdapat 4 tahapan yang dilakukan pada penelitian ini, yaitu sintesis, karakterisasi, uji perpindahan massa internal dan eksternal, serta uji aktivitas dan stabilitas katalis. Katalis Cu/ZnO/ZSM-5 dibuat dengan metode impregnasi dengan pemuatan logam Cu 5, 10, dan 15 %-massa dengan rasio massa Cu/Zn adalah 1. Aktivitas dan stabilitas katalis diuji dalam reaktor unggun tetap, tekanan atmosfer, dan temperatur 325 oC dengan rasio steam terhadap gas campuran sebesar 0,55 atau steam terhadap CO pada rentang 3–4. Peningkatan pemuatan Cu berbanding lurus dengan aktivitas katalis. Katalis dengan muatan Cu 15%-massa menunjukkan hasil terbaik dengan konversi CO 35% dan yield H2 36% serta menunjukkan stabilitas yang baik selama 32 jam. Katalis komersial 58% Cu menghasilkan konversi CO sebesar 56%. Namun, jika dihitung per satuan massa Cu katalis 15% Cu/ZnO/ZSM-5 menghasilkan aktivitas 2,4 kali lebih tinggi dibandingkan katalis komersial. TGA dilakukan pada spent catalyst untuk menentukan jumlah karbon yang terbentuk. Katalis Cu/ZnO/ZSM-5 15% menghasilkan karbon sebesar 0,04 g C/g katalis, sedangkan katalis komersial 58% Cu sebesar 0,105 g C/g katalis. Keberadaan H2 berlebih dan CO2 pada umpan menyebabkan konversi CO tidak dapat mencapai kesetimbangan dan selektivitas terhadap reaksi WGS tidak mencapai 100%. Korelasi hasil karakterisasi katalis dan uji aktivitas katalis dipengaruhi oleh banyaknya muatan logam aktif pada katalis. Kata kunci: water gas shift (WGS), medium temperature shift (MTS), nanokatalis Cu/ZnO, hidrogen