Pembuatan Gas Metana (CH 4 ) Dari Gas Karbon Dioksida (CO 2 ) Menggunakan Katalis Ni/AL 2 O 3 Dengan Penambahan Co-Catalyst NaOH dan KOH
Making Methane Gas (CH 4 ) from Carbon Dioxide Gas (CO 2 ) Using a Ni/AL 2 O 3 Catalyst with the Addition of NaOH and KOH Co-Catalysts
Fadjri Maulana Wijaya 1* , Anerasari Meidinariasty 2 , Ahmad Zikri 3
1,2 Program Studi D-IV Teknologi Kimia Industri, Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Sriwijaya, Sumatera Selatan, Indonesia
3 Program Studi D-IV Teknik Energi, Jurusan Teknik, Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya, Sumatera Selatan, Indonesia
*Email : fadjriwijaya26@gmail.com

## Abstrak
Perkembangan teknologi dalam proses industri telah mengakibatkan peningkatan konsumsi energi manusia. Namun, ketergantungan yang terus berlanjut pada sumber energi primer seperti minyak mentah, batu bara, dan gas  alam  menimbulkan  masalah  serius  terkait  polusi  lingkungan  karena  emisi  karbon  dioksida  (CO 2 ). Meskipun sumber energi terbarukan kini telah banyak diterapkan, tantangan dalam mengatasi masalah emisi CO 2 tetap ada. Salah satu teknologi yang dikembangkan untuk mengatasi masalah ini adalah Carbon Dioxide Capture  and  Utilization  ( CCU).  Teknologi  ini  mengubah  emisi  CO 2 menjadi  senyawa  lain  seperti  metana, metanol,  dan  hidrokarbon  lainnya  melalui  reaksi  hidrogenasi.  Sebagai  alternatif,  CO 2 juga  dapat  diubah menjadi  bahan  bakar  seperti Substitute  Natural  Gas (SNG)  melalui  proses  reformasi  kering  metana. Penggunaan SNG sebagai pengganti bahan bakar dapat membantu mengurangi dampak pemanasan global dan memenuhi kebutuhan energi. Packed Bed Reactor adalah jenis reaktor yang menggunakan katalis padat, dalam penelitian ini menggunakan Ni/Al 2 O 3 sebagai katalis dan NaOH serta KOH sebagai zat pendukung ( support ). Penelitian ini memvariasikan jenis promotor yaitu NaOH dan KOH, serta memvariasikan konsentrasi promotor yang digunakan terhadap laju alir gas karbondioksida yang disirkulasi pada fixed bed reactor .
Kata kunci : Metana; Promotor; NaOH; KOH; CO 2

## Abstract
Technological  developments  in  industrial  processes  have  resulted  in  an  increase  in  human  energy consumption. However, the continued reliance on primary energy sources such as crude oil, coal and natural gas  poses  a  serious  problem  regarding  environmental  pollution  due  to  carbon  dioxide  (CO 2 )  emissions. Although renewable energy sources have now been widely applied, challenges in addressing the CO 2 emission problem remain. One of the technologies developed to address this problem is Carbon Dioxide Capture and Utilization (CCU). This technology converts CO 2 emissions into other compounds such as methane, methanol, and other hydrocarbons through hydrogenation reactions. Alternatively, CO 2 can also be converted into fuels such as Substitute Natural Gas (SNG) through the dry reforming process of methane. The use of SNG as a fuel substitute can help reduce the impact of global warming and meet energy needs. Packed Bed Reactor is a type of reactor that uses solid catalysts, in this study using Ni/Al 2 O 3 as catalyst and NaOH and KOH as support. This  research  varies  the  type  of  promoter,  namely  NaOH  and  KOH,  and  varies  the  concentration  of  the promoter used against the flow rate of carbon dioxide gas circulated in the fixed bed reactor.
Keywords: Methane;  Promoter; NaOH; KOH; CO 2

## Jurnal Teknika Sains Volume 09, Nomor 01, 2024

## PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dalam proses industri  telah  menyebabkan  peningkatan konsumsi  energi.  Namun,  sumber  energi utama  yang  masih  bergantung  pada  bahan bakar fosil seperti minyak mentah, batu bara, dan  gas  alam,  menimbulkan  masalah kebersihan  lingkungan.  Meskipun  sumber energi  terbarukan  saat  ini  telah  banyak diterapkan, pengolahan sumber-sumber energi tak terbarukan ini berkontribusi pada pemanasan  global  melalui  akumulasi  gas rumah  kaca,  terutama  CO x ,  NO x ,  dan  CH 4 , CO 2 ,  sebagai  gas  rumah  kaca  utama, menyumbang sekitar 80% emisi, dan inilah yang  memerlukan  perhatian  khusus  dalam pengembangan  proses  dan  teknologi  untuk mengurangi, menangkap, atau mengubahnya  menjadi  sumber  energi terbarukan.
Metanasi  CO 2 merupakan  salah  satu reaksi  yang  mengkonversi  CO 2 dan  CO menjadi CH 4 sebagai produk utama, dengan H 2 O  sebagai  produk  sampingan.  Reaksi  ini bersifat  eksotermis,  dan  termodinamika metanasi  menunjukkan  bahwa  suhu  rendah diperlukan,  dengan  kisaran  biasanya  antara 200-450°C.  Pembentukan  karbon  dapat terjadi selama metanasi karena reaksi paralel seperti Boudouard dan reduksi CO 2 .
Garbarino  dan  rekan  (2018)  telah mengadakan  penelitian  sistem  kompetitif untuk proses metanasi
CO 2 dengan menambahkan lantanum yang dapat meningkatkan  aktivitas  katalis  Ni/Al 2 O 3 . Hasilnya menunjukkan peningkatan selektivitas  hingga  mencapai  100%  pada suhu 493K dan 523K, dengan energi aktivasi sebesar  80  kJ/mol.  Orde  reaksi  untuk hidrogen sedikit lebih tinggi daripada untuk CO 2 pada katalis tersebut. Selain itu, Fata et al.  (2019)  juga  mengadakan  penelitian dengan  menggunakan  katalis  heterogen yang memanfaatkan CO 2 untuk
menghasilkan metana sebagai sumber energi atau  bahan  kimia.  Ridzuan  dan  tim  (2022) juga  telah  melakukan  penelitian  tentang konversi  katalitik  CO 2 menjadi  metana sebagai  upaya  mengurangi  pemanasan global dan menyediakan solusi untuk krisis energi.
Berdasarkan beberapa penelitian sebelumnya tentang metanasi CO 2 , penelitian  ini  akan  melakukan  pembaruan peralatan  dengan  menggunakan Fixed  Bed Reactor (FBR). Fixed  Bed  Reactor adalah jenis  reaktor  yang  menggunakan  katalis padat, dalam kasus ini Ni/Al 2 O 3 , sebagai zat pendukung. Prinsip kerja fixed bed melibatkan  kontak  langsung  antara  reaktan dan  partikel  katalis,  yang  biasanya  cocok untuk  reaktan  dengan  viskositas  rendah. Katalis  berbasis  nikel  sering  mengalami pengendapan  karbon  dan  sintering  saat digunakan,  karena  suhu  tinggi  dapat mengurangi  aktivitas  katalis.  Oleh  karena itu, Co-Catalyst digunakan untuk meningkatkan aktivitas katalis dan melindungi  penyangga  dari  gangguan  serta menghambat  pembentukan  kokas.  Dari permasalahan ini, penelitian akan mengeksplorasi  pengaruh  penambahan  Co- Catalyst  NaOH  dan  KOH  pada  metanasi CO 2 menjadi metana.

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah:  Karbon  Dioksida (CO 2 ),  Natrium  Hidroksida  (NaOH)  /  Co  – Catalyst, Kalium Hidroksida (KOH) / Co – Catalyst, Aquades, Katalis Ni/Al 2 O 3

## Peralatan
Peralatan  yang  digunakan  dalam penelitian ini meliputi: Gelas Kimia 500 ml, Spatula,  Labu  ukur  500  ml,  Kaca  Arloji, Elenmenyer , Batang Pengaduk Kaca, Neraca
Analitik, Pipet Tetes, Corong kaca, Regulator CO 2 , Tabung CO 2 , Karet Sumbat, Pipa  PVC  Transparan, Tube produk  2  liter (tempat  penampung  hasil  gas  produk), Seltip/isolasi pipa, Kabel Tis, Reaktor FBT tipe Fixed Bed Reactor.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh  Konsentrasi  NaOH  dan  KOH terhadap Gas CH 4 yang Terbentuk
Peningkatan  konsentrasi  NaOH  dan KOH  yang  digunakan  akan  meningkatkan gas  metana  (CH4)  yang  dihasilkan.  Pada grafik  hasil  pada  penelitian  menunjukkan bahwa gas metana yang dihasilkan tertinggi pada  konsentrasi  3  M  yaitu  20,64%. Semakin banyak jumlah konsentrasi, Akibatnya,  gas  metana  yang  dihasilkan meningkat.  Sebaliknya,  konsentrasi  NaOH yang  lebih  rendah  menghasilkan  lebih sedikit gas metana yang dihasilkan. Hal yang
sama  juga  berlaku  terhadap  larutan  KOH, dimana  CH 4 tertinggi  dihasilkan  pada konsentrasi  3  M  sebesar  9,57%.  Kenaikan kadar  CH 4 disebabkan  oleh  penurunan kandungan  CO 2 yang  signifikan,  bukan karena  reaksi  langsung  antara  CH 4 dan larutan  NaOH  atau  KOH.  Ketika  biogas bersentuhan  dengan  Co-katalis,  hal  ini menyebabkan  penurunan  kadar  CO 2 di dalam  biogas,  akibatnya  menyebabkan peningkatan  kandungan  CH 4 .  CO 2 bereaksi dengan  larutan  penyerap,  menghasilkan penurunan persentase, sementara kandungan CH 4 meningkat.  Pernyataan  ini  juga didukung  dengan  penelitian  (Made.,  2012) dimana  Penurunan  kadar  CO 2 disebabkan oleh  reaksinya  dengan  larutan  NaOH  dan KOH.  CO 2 diserap  oleh  NaOH  dan  KOH melalui  proses  absorpsi,  yang  mengarah pada pemurnian gas metana (CH 4 ). Peningkatan  gas  CH 4 dapat  diamati  pada grafik berikut.
Gambar 1. Pengaruh Variasi Konsentrasi NaOH dan KOH terhadap Produksi Gas CH 4
Pengaruh  Konsentrasi  NaOH  dan  KOH terhadap Gas H 2
Konsentrasi NaOH dan KOH berpengaruh  secara  signifikan  terhadap pengikatan  ion  H+  yakni  H 2 oleh  air  serta dapat menurunkan kualitas gas metana yang dihasilkan yaitu menurunkan kandungan gas H 2 (Hermanto & Susanty. A., 2016).
konsentrasi  NaOH  dan  KOH  dengan laju alir terhadap gas H 2 yang tidak bereaksi mengalami  penurunan.  Gambar  tersebut menunjukkan  bahwa  gas  H 2 yang  terendah pada  konsentrasi  KOH  3M  yakni  383  ppm dan pada NaOH juga menunjukan hal yang sama, dimana gas H 2 yang terendah ada pada konsentrasi  3M  sebesar  300  ppm.  Adanya variasi  konsentrasi  NaOH  dan  KOH,
semakin  meningkat  konsentrasi  H 2 yang bereaksi  dengan  CO 2 (Zhong  dkk.,  2019). Berikut  merupakan  gambar  grafik  dari
pengaruh  konsentrasi  NaOH  dan  KOH terhadap Gas H 2 yang dihasilkan :
Gambar 2. Pengaruh Variasi Konsentrasi NaOH dan KOH terhadap Gas H 2
Pengaruh  Konsentrasi  NaOH  dan  KOH terhadap Gas H 2
Gambar 3. . Pengaruh Variasi Konsentrasi NaOH dan KOH terhadap hasil konversi CO 2
Pada Gambar 3. terlihat bahwa terjadi kenaikan  tertinggi  pada  konversi  CO 2 yang bereaksi  dengan  larutan  NaOH  dengan konsentrasi  terbesar  yaitu  3  M  sebsesar 99,97%. Meskipun begitu perbedaan dengan konsentrasi  lainnya  juga  tidak  telalu  jauh kurang  lebih  sekitar  0,01%.  Hal  ini  tetap membuktikan bahwa semakin tinggi konsentrasi NaOH dan KOH maka CO 2 yang dihasilkan  meningkat. Konsentrasi  NaOH dan  KOH  dapat  menurunkan  kandungan CO 2 murni,  lalu  CO 2 murni  dikontakkan
langsung  dengan  larutan  NaOH  dan  KOH akan  mengakibatkan  penurunan  kadar  CO 2 murni sehingga terbentuk gas metana (CH 4 ) didalam reactor (Purba.  E  dan  Barutu. C.N.R., 2021).

## KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang dilakukan  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa Persentase  hasil  gas  metana  yang  paling tinggi dihasilkan oleh CO – Catalyst NaOH
dengan  konsentrasi  3M  menghasilkan  gas metana  sebesar  20,64  %  dengan  H2  yang tidak bereaksi mengalami penurunan sebesar 300  ppm  dan  CO 2 terkonversi  sebasar
99,95%. CO - Catalyst KOH 3M
menghasilkan  gas  metana  sebesar  9,57  % dengan  H2  mengalami  penurunan  sebesar 383  ppm  dan  CO2  terkonversi  sebasar 99,95%.  Semakin  tinggi  konsentrasi  NaOH dan KOH, semakin besar jumlah CO 2 dan H 2 yang  diserap.  Akibatnya,  lebih  banyak  gas metana  (CH 4 )  yang  dihasilkan.  Hal  ini karena semakin banyak molekul NaOH dan KOH  yang  bersentuhan  dengan  gas  CO 2 , maka jumlah CO 2 dan H 2 yang diserap pada waktu tertentu akan mendekati nilai konstan. Hal ini disebabkan adanya batas konsentrasi tertentu untuk mencapai jumlah CO 2 dan H 2 yang terserap paling tinggi. Di luar batas ini, peningkatan  waktu  kontak  tidak  akan mengubah jumlah CO 2 dan H 2 yang diserap.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Aghayan, M., Potemkin, D. 1., Rubio- Marcos, F., Uskov, S. 1., Snytnikov, P. v., & Hussainova, I. (2017). Template- Assisted  Wet-Combustion  Synthesis of  Chembk.  (2020).  nikel  nitrat heksahidrat. PubChem.
[2] Cunha,  C.S.,  Lopes,  N.L.,  Veloso, C.M., Jacovine, L.A.G., Tomich, T.R., Pereira,  L.G.R.,  Marcondes,  (2016). Greenhouse  Gases  Inventory  and Carbon  Balance  of  Two  Dairy Systems Obtained From Two Methane Estimation  Methods,  Science  of  The Total Environment.
[3] Putri YSE dan Wurjanto A, (2016),
[4] Danaci  S,  Protasova  L,  Lefevere  J, Bedel  L,  Guilet  R,  Marty  P.  (2016) Efficient  CO2  methanation  over Ni/Al2O3  coated  structured  catalysts. Catal Today;273:234–43.
[5] Fu  Chen,  Xiaoxiao  Li,  Junfeng  Qu, Jing  Ma,  Qianlin  Zhu,  (2020).
Gasification  of  coking  wastewater  in supercritical  water  adding  alkali catalyst.  International  Journal  of Hydrogen  Energy,  45,  pp.1608  - 1614..
[6] Garbarino,  G.,  Wang,  C.,  Cavattoni, T., Finocchio, E., Riani, P., FlytzaniStephanopoulos, M., & Busca, G.  (2019).  A  study  of  Ni/La-A1203 catalysts:  A  competitive  system  for CO 2 methanation.  Applied  Catalysis B: Environmental. 286-297.
[7] Hermanto,  H.,  &  Susanty,  A.  (2016). Pengaruh Konsentrasi Naoh  dan Laju Alir  Gas  pada  Proses  Pemurnian
Biogas. Jurnal Riset Teknologi Industri, 10(1), 88-93.
[8] Hermawan,  P.,  &  Nugroho,  A.  R. (2021).  Studi  Pemanfaatan  Gas  Co2 (Karbon  Dioksida)  Sebagai  Sumber Asam  Alternatif  Untuk  Pikling  Pada Pengolahan  Kulit  Kambing.  Berkala Penelitian  Teknologi  Kulit,  Sepatu,
dan Produk Kulit, 20(2), 148-160.
[9] Kiewidt  L,  Thöming  J.  (2015). Predicting optimal temperature profiles  in  single-stage  fixed-bed reactors  for  CO 2 -methanation.  Chem Eng Sci;132:59–71.
[10]  Krisnandi.  Y.  K..  Abdullah.  L. Prabawanta, I. B. G., & Handayani, M. (2020).  Insitu  hydrothermal  synthesis of nickel nanoparticle/reduced graphene  oxides  as  catalyst  on  CO 2 methanation. AIP Conference Proceedings.
[11]  Kruse A., Ederer H., Ernst D., Seine B. (2009).  Measurement  of  residence time in hot compressed water: 2. Salts in  continuously  stirred  tank  reactors. Chemical Engineering & Technology. 32, 971,
[12]  Le  TA,  Kim  TW,  Lee  SH,  Park  ED. (2018).  Effects  of  Na  content  in Na/Ni/SiO 2 and  Na/Ni/CeO 2 catalysts for  CO  and  CO2  methanation.  Catal Today;303:159–67.
[13]  Liu Q, Bian B, Fan J, Yang J. (2018).
Cobalt  doped  Ni  based  ordered mesoporous catalystsfor CO 2 methanation  with  enhanced  catalytic performance. Int J Hydrogen Energy;43:4893–901.
[14]  Muroyama,  H.,  Tsuda,  Y.,  Asakoshi, T., Masitah, H., Okanishi, T., Matsui. T.,  &  Eguchi,  K.  (2016).  Carbon dioxide methanation over Ni catalysts supported  on  various  metal  oxides.
Journal of Catalysis, 343, 178—184.
[15]  Sopaheluwakan,  A.,  Setiawan,  B., Nahas,  C.A.,  Devytasari,  Y.,  Putri., S.A. (2022). Buletin Gas Rumah Kaca. Volume 02 Nomor 01.
[16]  Tanaka, Y.; Iizuka, T. Methanation of carbon  monoxide  with  water  over supported  rhodium  catalysts.  Aust.  J. Chem. 1985, 38, 293–296.
[17]  Widi,  Restu  K.  (2018).  Pemanfaatan
Material  Anorganik:  Pengenalan  dan Beberapa
Inovasi di Bidang Penelitian. Yogyakatta: Deepublish. [18]  Zevenhoven  R,  Virtanen  M.  CO 2 mineral  sequestration  integrated  with water-gas  shift  reaction.  Energy
2017;141:2484–9.
[19]  Zhang C, Hu X, Zhang ZM, Zhang L, Dong  D,  Gao  G,  (2018).  Steam reforming of acetic acid over Ni/Al 2 O 3 catalyst:  correlation  of  calcination temperature  with  the  interaction  of nickel and alumina. Fuel ;227:307–14. [20]  Zhong. H., Yao, G., Cui, X., Yan, P.,
Wang, X., & Jin, F. (2019). Selective conversion  of  carbon  dioxide  into methane with a 98% yield on an in situ formed  Ni  nanoparticle  catalyst  in water. Chemical Engineering Journal, 357(April 2018), 421-427.