Orasi Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung – Reaktor Plasma Hidrogen untuk Produksi Logam yang Ramah Lingkungan dan Berkelanjutan

Description

Para ahli seluruh dunia sepakat bahwa pemanasan global dan perubahan iklim diakibatkan salah satunya oleh emisi gas CO2 dan gas rumah kaca lainnya. Saat ini, industri logam berkontribusi sekitar 10% dari total emisi gas CO2 di sektor industri, transportasi, dan energi lainnya atau sekitar 26% dari total emisi di sektor industri. Pada Juli 2024, kenaikan temperatur muka bumi yang disinyalir diakibatkan oleh emisi gas rumah kaca ini sudah mencapai 1,58 °C dimana acuannya adalah masa awal revolusi industri tahun 1850. Sementara itu, Konferensi Perubahan Iklim (COP21) 2015 di Paris menyepakati bahwa peningkatan suhu rata-rata global tidak boleh melebihi 2 °C untuk mengurangi dampak perubahan iklim yang jauh lebih parah termasuk kekeringan, gelombang panas, dan curah hujan besar yang tidak teratur. Oleh karenanya, usaha-usaha untuk menurunkan emisi gas CO2 ini sangat gencar dilakukan di berbagai sektor.

Usaha untuk menurunkan emisi gas CO2 sedang dan terus dilakukan di industri logam untuk menyubstitusi penggunaan energi fosil dengan biomassa dan gas hidrogen. Di industri logam kontribusi emisi gas CO2 dari industri baja lebih dari 85%. Fokus utama saat ini adalah di pengurangan emisi CO2 di industri besi dan baja. Teknologi tanur tiup (BF, blast furnace) merupakan penyumbang emisi tertinggi di industri baja karena lebih dari 60% lelehan besi dihasilkan dengan teknologi ini. Usaha-usaha untuk menurunkan emisi gas CO2 di tanur tiup sedang dilakukan misal dengan injeksi gas hidrogen. Selain itu, tanur tiup digantikan dengan kombinasi teknologi reduksi langsung (DR, direct reduction) dan tanur listrik (EF, electric furnace). Gas hidrogen digunakan sebagai agen pereduksi di teknologi DR yang saat ini menggunakan gas alam atau batubara. Selain teknologi DR, teknologi plasma hidrogen kembali menjadi perhatian para peneliti sejak tahun 2017. Laboratorium Pirometalurgi, FTTM – ITB, mulai melakukan penelitian penggunaan plasma hidrogen sebagai media peleburan dan reduksi logam oksida dari mineral-mineral yang tekandung di dalam bijih. Dalam Bahasa Inggris, teknologi ini disebut dengan hydrogen plasma smelting reduction yang disingkat dengan HPSR. Hasil pengujian di Laboratorium Pirometalurgi menunjukkan bahwa bijih besi gutit dapat diproses menjadi logam besi dalam waktu kurang dari 3 menit dalam reaktor HPSR. Selain bijih besi, bijih nikel laterit, bijih kromium juga sudah diteliti pada tahun 2024. Logam feronikel dapat dihasilkan dalam waktu 3 menit dari bijih nikel laterit. Logam ferokromium dihasilkan dalam waktu yang lebih lama yaitu 4 menit karena kromium oksida lebih sulit mengalami penghilangan oksigen di dalamnya dibandingkan dengan besi oksida dan nikel oksida. Logam-logam yang dihasilkan dalam reaktor plasma hidrogen ini pada prinsipnya tidak mengandung karbon. Karbon dalam jumlah yang sangat kecil (kurang dari 50 ppm) dapat masuk ke dalam logam jika menggunakan elektroda grafit. Selain itu, kadar sulfur dan fosfor sudah sangat rendah karena reaktor HPSR juga berfungsi sebagai reaktor pemurnian, selain peleburan dan reduksi. Oleh karenanya, ferokromium yang dihasilkan dalam reaktor HPSR dapat langsung digunakan sebagai bahan baku produksi baja tahan karat (stainless steel), tanpa membutuhkan AOD (argon oxygen decarburization) konverter atau VOD (vacuum oxygen decarburization). Penelitian produksi baja tahan karat seri 300 dari campuran bijih nikel laterit dan bijih kromium tanpa membutuhkan AOD/VOD juga sudah dilakukan dalam skala laboratorium di ITB.