Abstrak  —  Dengan  semakin  meningkatnya  kebutuhan energi  di  Indonesia  selama  beberapa  tahunn  terakhir  ini, semakin  juga  meningkatkan  bertambahnya  gas  rumah  kaca yang dihasilkan. Gas rumah kaca (GRK) yang terdiri dari CO 2 , CH 4 , N 2 O, HCFC, dan CFC serta uap air (H 2 O), dimana yang menjadi  sumber  utama  terjadinya  pemasan  global.  Terutama pada pabrik yang menghasilkan GRK itu sendiri selama proses produksi, seperti pabrik semen 15.107.267 ton, pabrik produksi kapur 3.688.147 ton, dan pabrik kaca/gelas 170.000 ton. Prospek soda  abu  (nama  pasar  sodium  karbonat)  di  Indonesia  masih dalam  kondisi  baik  karena  kebutuhan  komoditas  ini  semakin bertambah  dengan  rate  3,4%  pertahun  untuk  industri  kapur, industri gelas, dan industri keramik. Selama ini kebutuhan soda abu  di  Indonesia  masih  dipenuhi  dengan  adanya  impor  dari negara lain, karena belum adanya produsen natrium karbonat di dalam negeri yang menjadikan komoditas ini sebagai produk utama dari pabriknya. Pabrik ini direncanakan akan didirikan di Kabupaten Tuban, JawaTimur dengan estimasi waktu mulai produksi  pada  tahun  2017.  Penentuan  lokasi  pabrik berdasarkan  pada  sumber  bahan  baku.  Hal  ini  karena  bahan baku yang digunakan adalah flue gas dari pabrik semen. Untuk menemuhi kebutuhan akan sodium karbonat kapasitas produk sodium  karbonat  ini  sebesar  86,37  ton/jam.  Pabrik  beroperasi selama 24 jam  per hari dengan hari  kerja 330 hari per tahun. Proses  pembuatan  soda  abu  dengan  proses  karbonasi  terdiri dari empat unit proses, yaitu dust removal unit, absorption unit, crystalization unit, dan soda ash unit. Dari analisa perhitungan ekonomi didapat Investasi Rp79.285.526.850, IRR sebesar 26%, POT  selama  4,39  tahun,  dan  NPV  positif  15  tahun  sebesar Rp589.068.911.634. Umur dari pabrik ini diperkirakan selama 15  tahun  dengan  masa  periode  pembangunannya  selama  2 tahun di mana operasi pabrik ini 330 hari/tahun.

## Kata Kunci—Soda abu, Sodium Karbonat

## I. PENDAHULUAN
ELAMA  tahun  2000  –  2011,  konsumsi  energi  di Indonesia meningkat rata–rata 3% per tahun. Konsumsi energi  terus  meningkat  sejalan  dengan  pertumbuhan ekonomi,  penduduk,  dan  kebijakan  yang  ditetapkan  oleh pemerintah.  Dalam  Outlook  Energi  Indonesia  2013, pertumbuhan  rata  –  rata  kebutuhan  energi  diperkirakan sebesar  4,7%  per  tahun  selama  tahun  2011  –  2030  dimana dengan meningkatnya kebutuhan energi semakin berbanding lurus  juga  terhadap  bertambahnya  gas  rumah  kaca  yang dihasilkan. Gas rumah kaca yang terdiri dari CO 2 , CH 4 , N 2 O, HCFC, dan CFC serta uap air (H 2 O), dimana  yang  menjadi sumber utama terjadinya pemasan global.
Pengembangan  industri  pengolahan  mineral  untuk peningkatan  nilai  tambah  akan  menciptakan  peningkatan akan kebutuhan energi. Seperti energi yang dikonsumsi pada industri  semen  misalnya  mencapai  2%  dari  total  konsumsi energi  primer  dunia  atau  setara  dengan  5%  dari  konsumsi energi  dari  sektor  industri  dunia  (WEC  dalam  Asthana,
2006).  Dengan  konsumsi  energi  yang  besar  pada produksinya,  pabrik  semen  adalah  jenis  industri  yang menyumbangkan emisi CO 2 cukup besar karena penggunaan bahan  bakar  listrik,  juga  dari  hasil  produk  samping  dari proses produksinya.
Konsentrasi CO 2 pada emisi gas rumah kaca adalah  yang paling  kritis,  hal  ini  telah  meningkat  dari  280  ppm  pada zaman sebelum industri menjadi lebih dari 380 ppm sekarang, dan kini meningkat lebih dari 2 ppm per tahun didorong oleh emisi  CO 2 global  yang  saat  ini  meningkat  pada  lebih  dari 3,3%  per  tahunnya  [1].  Data  emisi  CO 2 di  Indonesia  dapat dilihat pada Tabel 1 [2].
Tabel 1. Data emisi CO 2 di Indonesia
Tahun Emisi (Juta ton CO 2 ) 2002 0,32 2003 0,33 2004 0,35 2005 0,36 2006 0,38 2007 0,40 2008 0,41 2009 0,42 2010 0,45 2011 0,49 2012 0,49 2013 0,50
Sebagai  upaya  untuk  mengurangi  emisi  CO 2 ke  atmosfer bumi,  di  dalam  Protokol  Kyoto  juga  telah  disepakati pemberlakuan kredit karbon  yang didefinisikan sebagai  hak bagi sebuah  negara atau lembaga industri untuk  membuang emisi CO 2 ke atmosfer setelah negara atau lembaga industri tersebut  membayar  sejumlah  nominal  tertentu  sebagai kompensasi atas volume CO 2 yang dibuangnya. Harga kredit karbon  ini  berkisar  antara  USD  10  –  30  per  ton  CO 2 dan mekanisme pembayaran serta klaimnya dikoordinasikan oleh sejumlah badan dunia seperti Perserikatan Bangsa – Bangsa (PBB), Bank Dunia, dan European Union (EU).
Industri semen merupakan salah satu sektor industri yang berkembang  dalam  1  dasawarsa  terakhir.  Namun  industri semen adalah salah satu industri dengan penghasil emisi CO 2 yang cukup besar. Sebagai contoh emisi dari produksi semen dihasilkan memalui dua proses, proses pertama adalah proses dekarbonasi  batu  kapur  saat  material  bahan  baku  dibakar menghasilkan hampir 0,5 ton CO 2 /ton semen. Sumber kedua berasal dari pembakaran sejumlah besar bahan bakar di atas temperatur  2000 o C.  Habibie  menyatakan  bahwa  CO 2 yang dihasilkan  dari  proses  pembakaran  bahan  bakar  untuk mengoperasikan  kiln  (tanur)  mencapai  0,75  ton  CO 2 .  Total emisi  karbon  dari  produksi  semen  dunia  mencapai  162  ton, atau  mencapai  2,6%  dari  total  karbon  yang  berasal  dari

## Desain Pabrik Sodium Karbonat Dari CO 2 Flue Gas Pabrik Semen
Muhammad Fadlan Minallah, Fadlilatul Taufany dan Ali Altway Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : f_taufany@chem-eng.its.ac.id, alimohad@chem-eng.its.ac.id
S
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)                               B-143
oksidasi bahan bakar fosil [4]. Berikut adalah Tabel 2 yang menjelaskan  tentang  emisi  CO 2 di  sektor  lingkungan  dari Kementerian Lingkungan Hidup.
Tabel 2.
Emisi gas CO 2 untuk Sektor Industri Mineral di Indonesia Tahun 2012
Kategori Emisi CO 2 (Ton) Produksi Semen 15.107.267 Produksi Kapur 3.688.147 Produksi Kaca/Gelas 170.000
Emisi gas CO 2 tertinggi pada pabrik semen dihasilkan dari pembakaran  batubara  yang  digunakan  dalam  kiln  untuk produksi semen. Bahan bakar lainnya yang digunakan dalam kiln, gas alam atau bahan bakar minyak, akan menghasilkan konsentrasi  CO 2 yang  lebih  rendah.  Hal  ini  penting  karena gas  kiln  akan  digunakan  lebih  lanjut  dalam  proses.  Selama pembakaran CaCO 3 menjadi CaO di dalam kiln, CO, dan CO 2 dihasilkan dari pembakaran batu bara dan dari dekomposisi batu kapur. Berikut adalah data emisi gas CO 2 semen gresik yang disajikan dalam Tabel 3 [5].
Tabel 3.
Emisi Gas CO 2 Semen Gresik Sumber Pembentukan Jumlah Sumber Faktor Emisi Emisi CO 2 (ton) Pembakaran bahan bakar 51,833 ton batubara 2,3885 ton CO 2 /ton batubara 123,803 Pembentukan CaO dan MgO (penyusunan terak) 323,618 ton terak 0,54 ton CO 2 /ton terak 174,76 Pembentukan Dust 55,3333 ton dust 0,3865 ton CO 2 /ton dust 21,3869 Total Emisi CO 2 319,9489
Umpan yang digunakan untuk pabrik soda abu adalah flue gas pabrik semen yang terdiri dari gas CO 2 , NO 2 , NO x , SO x . Bahan baku utama dari soda abu adalah gas CO 2 .
Natrium karbonat merupakan komoditas yang menjanjikan di mana konsumsi cenderung meningkat secara proporsional. Konsumen  utama  natrium  karbonat  sebagian  besar merupakan  industri  sabun,  industri  gelas,  industri  kertas, industri  tekstil,  industri  metalurgi  dan  industri  keramik. Kebutuhan  soda  abu  di  Indonesia  dipenuhi  dengan  cara mengimpor dari negara lain yang dapat dilihat pada Tabel 4 [6].
Tabel 4. Jumlah Produksi Natrium Karbonat di Dunia * Negara 2009 2010 2011 2012 Australia 310 310 310 300 China 19,450 20,350 22,940 24,010 German 2,291 2,539 2,668 2,627 India 1,400 1,500 1,400 1,500 Japan 400,000 410,000 430,000 450,000 *dalam 1000 ton
Menurut U.S. Geological Survey (USGS) pada tahun 2012 terdapat  10  negara  yang  mengimpor  68%  natrium  karbonat total ekspor AS, yaitu Meksiko, 18%; Brazil, 11%; Indonesia, 10%;  Chile,  6%;  Kanada,  5%;  Belanda,  4%;  Jepang,  4%; Republik  Korea,  3%;  Thailand,  3%;  dan  Taiwan,  3%.  Dari data  tersebut  menunjukkan  kebutuhan  natrium  karbonat Indonesia masih bergantung pada impor dari negara lain.
Biaya yang diperlukan industri Indonesia untuk mencukupi kebutuhan  natrium  karbonat  melalui  impor  sangat  tinggi.
Tingginya  biaya  impor  ini  meliputi  biaya  angkut  melalui kapal, bea cukai, pajak, dan lain – lain.
Tabel 5. Referensi Harga Jual Natrium Karbonat/Juli 2014 Negara Pabrik Jenis Natrium Karbonat Harga * ($/ton) Amerika Solvay N. A. FMC Corp. Berat Berat 344 355 India Tata Chemical Ltd. Ringan Berat 304.23 ** 309.01 **
* Belum termasuk biaya pengiriman **Kurs Dollar terhadap Rupee pada tanggal 17 Maret 2015
Dari  berbagai  macam  industri  yang  menggunakan  soda abu,  industri  tekstil  dan  kertas  menduduki  sepuluh  besar kelompok hasil industri dengan nilai ekspor terbesar, masing – masing 13,23% dan 5,57% pada tahun 2011. Pertumbuhan industri tekstil cukup signifikan, dimana setelah  mengalami pertumbuhan negatif pada tahun 2007 – 2008 akibat dampak krisis ekonomi global, namun pada tahun 2013 dapat tumbuh di  atas  4%  dengan  nilai  ekspor  pada  tahun  2012  mencapai US$ 12,45 milyar.
Natrium  karbonat  merupakan  komoditas  kimia  yang digunakan  dalam  beberapa  cabang  industri,  di  antaranya adalah sebagai industri kaca, deterjen, industri metalurgi, dan industri kimia.
Kebutuhan  soda  abu  di  Indonesia  semakin  meningkat sejalan  dengan  semakin  meningkatnya  kebutuhan  terhadap soda  abu  dalam  pemenuhan  industri  Indonesia.  Berikut adalah  kebutuhan  soda  abu  di  Indonesia  pada  tahun  2009 sampai tahun 2012 yang yang dapat dilihat pada Tabel 6 yang didapatkan dari Kementerian Lingkungan Hidup tahun 2014.
Tabel 6. Data Kebutuhan Na 2 CO 3 di Berbagai Industri di Indonesia*
Tahun Industri Kapur Industri Gelas Industri Keramik Total 2009 95,589 693,875 10,532.77 799,996 2010 106,388 701,957 11,424.11 819,769 Tahun Industri Kapur Industri Gelas Industri Keramik Total 2011 85,240 772,664 12.792.05 857,904 2012 85,240 804,576 12.792.06 889,816 Pertumbuhan rata-rata 3,48%
* dalam Ton/Tahun

## II. URAIAN PROSES
Ekonomi  proses  ini  tergantung  pada  ketersediaan  jumlah NaOH  yang  diproduksi  sebagai  produk  sampingan  dari pembuatan  klorin  dari  air  garam.  Sangat  menarik  untuk dicatat  bahwa  pasar  soda  abu  tergantung  pada  permintaan untuk klorin karena selama produksi klorin, soda kaustik juga diproduksi  dimana  bersaing  dalam  sebagian  besar  aplikasi soda  abu.  Oleh  karena  itu,  jika  pasar  klorin  tumbuh  pada tingkat  yang  tinggi,  produk  sampingan  soda  kaustik  yang dihasilkan, dapat mengambil alih sebagian besar pasar soda abu  dan  menekan  harga.  Dengan  demikian  studi  pasar  dan kelayakan  untuk  soda  abu  harus  memperhitungkan  saat  ini dan proyeksi pasar kaustik / klorin [7] .
Mekanisme pembuatan soda abu dengan proses kerbonasi natrium  hidroksida  dilakukan  dengan  absorpsi  CO 2 dalam
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)                               B-144
larutan  aqueous  NaOH  yang  dapat  dijelaskan  seperti  di bawah  ini.  Pertama,  Na + dan  OH - hampir  sepenuhnya terionisasi dalam pure water karena NaOH adalah basa kuat. Kedua, ketika gas CO 2 diumpankan ke larutan NaOH untuk diabsorb, CO 2 secara fisik tearbsorp menjadi CO 2 cair, seperti ditunjukkan pada Persamaan (1).
(1) CO 2 (g) → CO 2 (aq)
Selanjutnya,  CO 2 cair  bereaksi  dengan  OH - untuk menghasilkan  HCO 3 - dan  CO 3 2- ,  seperti  yang  tunjukkan dalam persamaan (2) dan (3).
(2) CO 2 (aq) + OH - (aq) ⇔ HCO 3 - (aq) (3) HCO 3 - (aq) + OH - (aq) ⇔ H 2 O (l) + CO 3 2- (aq)
Meskipun persamaan (2) adalah reaksi orde kedua, dapat dianggap  sebagai  reaksi  orde  satu  semu  karena  konsentrasi CO 2 konstan. Persamaan. (2) dan (3) adalah reaksi reversibel dengan  rate  yang  sangat  cepat  dalam  kisaran  pH  tinggi (Fleischer  et  al.,  1996).  Reaksi  (3)  segera  terjadi  setelah reaksi (2) (Guo et al., 2011). CO 2 cair tidak terdapat dalam larutan  selama  reaksi  keseluruhan  karena  pembentukannya segera  bereaksi  dengan  OH - .  Setelah  CO 2 cair  yang dihasilkan dalam larutan, CO 2 cair segera dikonsumsi melalui reaksi (2) dan (3) (Fleischer et al., 1996).
Persamaan  (3)  dominan  di  awal  reaksi  karena  absorben dipertahankan  dengan  alkalinitas  yang  sangat  tinggi  dan selanjutnya  meningkatkan  konsentrasi  relatif  CO 3 2- dengan HCO 3 - (Fleischer et al., 1996). Selain itu, OH - cepat menurun melalui  reaksi  (2)  dan  (3).  Oleh  karena  itu,  sementara  pH dengan  cepat  menurun  selama  periode  reaksi  awal, konsentrasi  CO 3 2- meningkat.  Berdasarkan  fenomena tersebut,  reaksi  bersih  dilakukan  selama  waktu  awal  (atau range) reaksi penyerapan CO 2 secara keseluruhan dinyatakan pada Persamaan. (4).
(4) 2NaOH (aq) + CO 2(g) → Na 2 CO 3(aq) + H 2 O (l) Diagram  blok  untuk  proses  karbonasi  ini  adalah  sebagai berikut.

## Gambar 1. Blok Diagram Proses Karbonasi
Spesifikasi  produk  yang  akan  dihasilkan  dari  pabrik Natrium  Karbonat  Plant  dari  CO 2 ini  disesuaikan  dengan standar spesifikasi produk natrium karbonat yang dibutuhkan oleh industri. Spesifikasi produk tersebut dapat dilihat pada tabel 7 yang merupakan ISO 9004.
Tabel 7. Spesifikasi Produk Natrium Karbonat Komponen Soda abu ringan (%) Soda abu berat (%) Na 2 CO 3 min. 99,1 min. 99,1 Na 2 SO 4 0,04 0,04 Fe 2 O 3 0,004 0,004 H 2 O (insoluble) 0,02 0,02 Densitas bulk 0,52 t/m 3 1,0 t/m 3

## III. MATERIAL BALANCE
Berikut  merupakan  hasil  perhitungan  dari material  balance pabrik Sodium Karbonat dari CO 2 Flue Gas Pabrik Semen ini dimana kapasitas feed sebesar 86373,349 kg/jam dan produk yang  dihasilkan  adalah  sodium  karbonat  sebesar  28061,579 kg/jam.

## IV. ANALISA EKONOMI
Dari  hasil  perhitungan  pada  neraca  ekonomi  didapatkan
Total Capital Investment
pabrik ini sebesar Rp79.285.526.850 dengan bunga 12% per tahun  dan NPV 15 tahun sebesar Rp589.068.911.634. Selain itu, diperoleh IRR sebesar 26% dan BEP sebesar 62,32% dimana pengembalian modalnya  selama  4,39  tahun.  Umur  dari  pabrik  ini diperkirakan  selama  15  tahun  dengan  masa  periode pembangunannya selama 2 tahun di mana operasi pabrik ini 330 hari/tahun.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisa  ekonomi  didapatkan  nilai  IRR sebesar  26%  yang  lebih  tinggi  dari  suku  bunga  bank  yaitu 12%  per  tahun,  NPV  15  tahun  sebesar  Rp589.068.911.634 dimana  pengembalian  modalnya  selama  4,39  tahun  maka pabrik sodium karbonat ini layak didirikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Austin, George T., Chemical Process Industries (2012).
[2] http://kemenperin.go.id/statistik/
[3] Habibie,  S., Identification  of  Green  House  Gases  Emission Technologies In Industry Sector (1999).
[4] Coulson, J., Chemical Engineering, Vol. 6 (1983).
[5] Mutiara, Farisa Ridha, Evaluasi Efisiensi Panas dan Emisi Gas Rumah Kaca pada Rotary Kiln Pabrik Semen (1967).
[6] Carlin, F., Mineral Information , USGS (2012).
[7] Wagialla,  K.  M., The Manufacture of  Soda  Ash in  The Arabian  Gulf (1992).