Teknologi Plasma dalam Dunia Teknik Kimia

Pada tahun ajaran 2008-2009, tepatnya di semester ganjil ini, Program Studi Teknik Kimia ITB membuka beberapa mata kuliah baru sebagai mata kuliah pilihan. Salah satu mata kuliah baru yang mendapat peminat cukup banyak adalah mata kuliah Teknologi Plasma. Apa itu Teknologi Plasma dan kaitannya dengan Teknik Kimia?

Sekilas Tentang Teknologi Plasma

Plasma dalam teknologi plasma dapat didefinisikan sebagai gas yang terionisasi, terdiri dari partikel neutron, ion positif, ion negatif dan elektron yang merespon secara kuat medan magnetik. Plasma juga dapat dikatakan sebagai atom yang kehilangan elektron karena beberapa atau semua elektron di orbit atom terluar telah terpisah dari atom atau molekul. Hasilnya adalah sebuah koleksi ion dan elektron yang tidak lagi terikat satu sama lain. Untuk menghilangkan elektron dari atom dibutukakan suatu energi, energi tersebut berasal dari panas, listrik ataupun cahaya. Partikel-partikel ini terionisasi (bermuatan) sehingga terbentuklah plasma.

Berdasarkan temperaturnya, plasma dapat dikategorikan menjadi:

1. Plasma termal : T_elektron ~ T_gas
   Suhu elektron dan gas berada dalam keadaan kesetimbangan (quasi-equilibrium) akibat pemanasan Joule (Joule heating).
   Contoh: plasma matahari
2. Plasma non-termal: T_elektron > T_gas
   Telektron ~ 1 eV (~ 10000 K); T ~ suhu ruang
   Contoh: Aurora borealis

Teknologi plasma memiliki beberapa keunggulan diantaranya: plasma merupakan teknologi yang ramah lingkungan, murah dan mudah, dan dapat digunakan berkali-kali. Terdapat beberapa aplikasi plasma yang telah dikenal luas diantaranya teknologi plasma dalam AC, teknologi plsma pada TV, teknologi plasma pada pengolahan sampah, dan teknologi plasma sebagai cleaning technology.

Teknologi Plasma Sebagai Cleaning Technology

Cleaning Technology with Plasma

Aplikasi teknologi plasma sebagai cleaning technology merupakan salah satu aplikasi yang erat kaitannya dengan Teknik Kimia. Sebagai mana kita ketahui, efek negatif dari perkembangan industri adalah munculnya polusi yang menyebabkan kerusakan alam. Di sinilah teknologi plasma dapat berperan sebagai salah satu teknologi untuk membersihkan limbah yang dihasilkan oleh suatu industri. Aplikasi teknologi plasma dapat menghilangkan polutan dalam limbah bahkan dapat menghasilkan produk yang memiliki nilai guna. Sebagaimana digambarkan dalam gambar di atas.

Aplikasi Non-thermal Plasma untuk Mengatasi Gas Buangan NOx dan SOx

Gas buang yang mengandung NOx dan atau SOx, akan dikontakkan dengan plasma. Akibatnya akan terbentuk radikal yang menyebabkan terjadinya reaksi kompleks yang mengonversi NOx dan atau SOx menjadi produk tertentu. Mekanisme ini terjadi di dalam reaktor plasma penghilangan NOx dan atau SOx. Salah satu contohnya adalah sebagai berikut:

Sistem kerja reaktor CRS dari contoh sistem reaktor penghilangan NO yang dikembangkan oleh McMaster University (Matsuoka, dkk.)

Gas buang dimasukkan ke dalam reaktor. Kemudian dikontakkan dengan plasma yang akan dibangkitkan pada bagian tube dan nozzle. Tube dan nozzle ini terletak pada channels. Ketika terjadi kontak antara gas buang dengan plasma maka akan terbentuk radikal. Gas aditif seperti ammonia (NH₃) atau hidrokarbon seperti metana (CH₄) perlu ditambahkan untuk turut membangkitkan radikal sehingga menyebabkan reaksi pembentukan partikulat. Selain itu, penambahan gas aditif juga disesuaikan dengan produk akhir yang diharapkan terbentuk.

Contoh Reaksi: (HO₂, OH, H, adalah radikal yang teraktifkan oleh plasma)

HO₂ + NO -> OH + NO₂
OH + NO₂-> NO₃ + H
H + NH₃ + NO₃ -> (NH₄)NO₃

Setelah melewati channels kemudian ditangkap oleh pengendap elektrostatik. Beberapa produk yang ditangkap dapat dimanfaatkan untuk pupuk seperti ammonium nitrat (NH₄)NO₃.

Referensi:
1. Dr. Anto Tri Sugiarto : Slide Kuliah Teknologi Plasma
2. http://www.freepatentsonline.com/6852200.html