Perpustakaan Digital ITB

Peningkatan emisi karbon dioksida (CO?) dari sektor industri dan pembangkitan energi merupakan salah satu penyebab utama perubahan iklim global. Salah satu teknologi yang dikembangkan untuk mengurangi emisi tersebut adalah Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS), yang mengintegrasikan proses penangkapan dan pemanfaatan CO? menjadi produk bernilai tambah. Salah satu produk yang berpotensi dihasilkan melalui reduksi elektrokimia CO? adalah asam format karena memiliki nilai ekonomi tinggi, hanya memerlukan dua elektron dalam mekanisme reaksinya, serta berpotensi dimanfaatkan sebagai bahan baku industri dan media penyimpanan energi. Keberhasilan sistem CCUS dipengaruhi oleh kualitas CO? hasil penangkapan, konsentrasi CO? dalam gas umpan, serta kondisi operasi proses reduksi elektrokimia. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mengevaluasi kinerja penangkapan CO? menggunakan Pressure Swing Adsorption (PSA) berbasis molecular sieve 13X serta menganalisis pengaruh konsentrasi CO? dan laju alir total gas terhadap kinerja reduksi elektrokimia CO? menggunakan reaktor Proton Exchange Membrane (PEM) dengan elektrokatalis Sn–Zn/C. Penelitian diawali dengan evaluasi kinerja CO? Capture Reactor menggunakan sistem PSA dua kolom yang diisi molecular sieve 13X. Komposisi gas keluaran dianalisis menggunakan Gas Chromatography (GC). Selanjutnya dilakukan reduksi elektrokimia menggunakan reaktor PEM dengan katoda Sn– Zn/C hasil elektrodeposisi dan anoda Pt–Ir. Variasi penelitian dilakukan terhadap konsentrasi CO? dalam campuran gas CO?–N?–H?O dan laju alir total gas. Produk cair hasil elektrolisis dianalisis menggunakan High Performance Liquid Chromatography (HPLC), sedangkan karakteristik elektrokimia dievaluasi menggunakan Cyclic Voltammetry (CV) dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Perubahan struktur kristal dan morfologi elektroda dikarakterisasi menggunakan X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa keluaran PSA kanan, yang dirancang sebagai umpan menuju reaktor PEM, menghasilkan kemurnian CO? maksimum sebesar 63,7%, sehingga proses penangkapan CO? masih memerlukan optimasi sebelum dapat diintegrasikan secara langsung dengan proses reduksi elektrokimia. Oleh karena itu, evaluasi reduksi elektrokimia dilakukan menggunakan variasi komposisi gas yang merepresentasikan kondisi hasil proses penangkapan CO?. Variasi laju alir total gas pada rentang 146–1.917 mL/menit tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kinerja sistem, sedangkan konsentrasi CO? merupakan parameter yang lebih dominan. Pengaruh konsentrasi CO? terhadap performa reduksi elektrokimia menunjukkan kecenderungan non-linear. Pada konsentrasi CO? kurang dari 25%, aktivitas elektrokimia masih rendah akibat keterbatasan reaktan pada permukaan elektroda. Peningkatan konsentrasi CO? menjadi 34% menghasilkan performa elektrokimia terbaik berdasarkan parameter elektrokimia, yang ditunjukkan oleh peak current sebesar 0,213 A, Eonset pascaelektrolisis sebesar 1,780 V, dan resistansi transfer muatan (Re) sebesar 18.700 ?. Sebaliknya, peningkatan konsentrasi CO? menjadi 47% menyebabkan Re meningkat hingga 2,21 M?, yang mengindikasikan meningkatnya hambatan transfer muatan akibat akumulasi deposit karbonat pada permukaan elektroda. Sementara itu, penggunaan 100% CO? menghasilkan pembentukan asam format tertinggi, namun kondisi tersebut digunakan sebagai pembanding dan tidak merepresentasikan komposisi gas hasil proses penangkapan CO?. Analisis XRD mengonfirmasi keberhasilan elektrodeposisi Sn–Zn pada substrat karbon tanpa perubahan fasa kristal yang signifikan setelah elektrolisis. Hasil SEM–EDS menunjukkan bahwa sampel dengan 47% CO? mengalami aglomerasi partikel disertai akumulasi unsur K sebesar 11,46 wt% dan O sebesar 17,36 wt%, yang mengindikasikan terbentuknya deposit hasil reaksi pada permukaan elektroda. Analisis HPLC mengonfirmasi terbentuknya asam format sebagai produk reduksi elektrokimia CO?. Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan bahwa konsentrasi CO? merupakan parameter yang lebih dominan dibandingkan laju alir total gas dalam menentukan kinerja reduksi elektrokimia CO? pada sistem berbasis PEM. Pada rentang komposisi gas yang merepresentasikan hasil proses CO? capture, kondisi operasi terbaik diperoleh pada komposisi 34% CO?, 14% N?, dan 52% H?O, sedangkan konsentrasi CO? yang terlalu rendah membatasi ketersediaan reaktan dan konsentrasi CO? yang terlalu tinggi meningkatkan pembentukan deposit pada permukaan elektroda sehingga menurunkan aktivitas elektrokatalitik. Hasil penelitian ini memberikan dasar ilmiah bagi pengembangan sistem reduksi elektrokimia CO? berbasis PEM serta menunjukkan pentingnya optimasi proses penangkapan CO? untuk mewujudkan integrasi teknologi CCUS yang lebih efektif menuju penerapan pada skala yang lebih besar.