Perpustakaan Digital ITB

Permintaan global terhadap silikon terus meningkat seiring perannya yang semakin strategis dalam mendukung transisi energi dan perkembangan teknologi modern. Silikon merupakan material utama pada industri pembangkit listrik tenaga surya serta komponen esensial dalam industri semikonduktor. Hingga saat ini, produksi silikon secara komersial umumnya dilakukan melalui proses peleburan dan reduksi menggunakan Submerged Arc Furnace (SAF) dengan bahan baku berupa kuarsa atau kuarsit serta reduktor karbon yang terdiri atas campuran batubara, arang, serpihan kayu, dan kokas minyak bumi. Selain berfungsi untuk mereduksi silika menjadi silikon, reduktor karbon juga berperan dalam menangkap gas SiO melalui pembentukan silikon karbida (SiC), sehingga meningkatkan efisiensi dan recovery proses. Meskipun teknologi SAF telah menjadi standar industri karena keandalannya dan kelayakan ekonominya, proses ini masih memiliki beberapa keterbatasan. Salah satu tantangan utama adalah tingginya emisi gas rumah kaca, yaitu sekitar 4,7–5 ton CO2 untuk setiap ton silikon yang diproduksi. Selain itu, pemanfaatan pasir silika sebagai bahan baku secara langsung masih relatif terbatas. Kondisi tersebut mendorong pengembangan teknologi alternatif yang mampu menghasilkan emisi karbon lebih rendah, meningkatkan efisiensi proses, serta mendukung keberlanjutan industri metalurgi. Salah satu teknologi yang menjanjikan adalah Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR), yang memanfaatkan plasma hidrogen sebagai sumber panas sekaligus reduktor sehingga mampu mempercepat laju reduksi dan memungkinkan produksi logam dari berbagai sumber bahan baku primer maupun sekunder dalam waktu yang relatif singkat. Oleh karena itu, integrasi reduksi karbotermik dan plasma hidrogen berpotensi menjadi rute alternatif untuk memproduksi silikon dari pasir silika secara lebih efisien dan berkelanjutan. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh waktu reduksi, stoikiometri karbon, dan jenis reduktor karbon terhadap karakteristik produk reduksi campuran pasir silika dan karbon menggunakan teknologi HPSR. Tahap awal penelitian meliputi karakterisasi pasir silika menggunakan X-ray Fluorescence (XRF) dan Xray Diffraction (XRD), serta analisis proksimat arang cangkang kelapa sawit. Sebanyak 0,5 gram pasir silika dicampur dengan reduktor karbon, dibentuk menjadi briket, kemudian direduksi di dalam reaktor HPSR. Variabel penelitian meliputi waktu reduksi selama 30, 60, 90, dan 120 detik, stoikiometri karbon pada rentang 0-1,5, serta dua jenis reduktor karbon, yaitu grafit dan arang cangkang kelapa sawit. Seluruh percobaan dilakukan menggunakan campuran gas H2-Ar dengan rasio 4:1 dan laju alir total sebesar 5 L/menit. Produk reduksi kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD untuk mengidentifikasi fasa yang terbentuk, sedangkan Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) dan Electron Probe Microanalysis (EPMA) digunakan untuk menganalisis komposisi kimia, morfologi, dan distribusi unsur. Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu reduksi, stoikiometri karbon, dan jenis reduktor karbon memberikan pengaruh yang signifikan terhadap karakteristik produk. Kondisi optimum diperoleh pada waktu reduksi 60 detik dengan kandungan Si, C, dan O berdasarkan analisis SEM-EDS masing-masing sebesar 83,13%, 16,04%, dan 0,73%, serta didominasi oleh campuran fasa Si dan SiC. Pada variasi stoikiometri karbon, produk tanpa penambahan karbon (0 stoikiometri) masih didominasi oleh fasa SiO2, sedangkan stoikiometri 1 menghasilkan kondisi optimum dengan dominasi fasa Si dan SiC serta kadar Si tertinggi sebesar 83,13%. Peningkatan stoikiometri menjadi 1,5 menyebabkan dominasi fasa SiC akibat kelebihan karbon yang menghambat pembentukan silikon. Sementara itu, penggunaan grafit menghasilkan partikel yang lebih besar dengan kadar Si yang lebih tinggi dibandingkan arang cangkang kelapa sawit, yang menghasilkan mikrostruktur lebih halus dan homogen tetapi dengan kadar Si yang lebih rendah. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa teknologi HPSR berpotensi menjadi alternatif proses produksi silikon dari pasir silika yang lebih cepat, efisien, dan berpotensi menghasilkan emisi karbon yang lebih rendah dibandingkan proses konvensional berbasis SAF.