TUGAS MANAJEMEN INDUSTRI

Review Paper

“Low-cost small scale processing technologies for production applications in

various environments—Mass produced factories”

Disusun Oleh :

Eria Harini 135061101111032

Riska Amelia Septyarini 135061101111034

Rizka Amelia Situmorang 135061101111036

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2015

Low-cost small scale processing technologies for production applications invarious environments—Mass produced factories

C. Bramsiepe, S. Sievers, T. Seifert, G.D. Stefanidis, D.G. Vlachos, H. Schnitzer ,B. Muster, C. Brunner, J.P.M. Sanders, M.E. Bruins, G. Schembecker

Kebutuhan pada teknologi kimia dan produksi pangan akan berubah di masa depan akibat dari jangka waktu yang pendek di pasaran dan meningkatnya volatilitas pasar. meningkatnya penggunaan sumber daya terbarukan akan membutuhkan penerapan teknologi produksi skala kecil yang fleksibel dan cepat untuk pemasangan. Meningkatnya jumlah peralatan yang diperlukan dan operasi pendistribusian merupakan tantangan utama secara ekonomi maupun secara prosedural. Solusi yang diusulkan untuk menghadapi tantangan ekonomi adalah modularisasi dan standardisasi. Dewatering pada pengolahan produksi makanan merupakan isu utama. Dengan demikian, pengolahan biomassa yang pertama harus dibagi menjadi langkah pemisahan air dalam skala kecil dan kemudian menjadi langkah-langkah pengolahan skala besar. Dewatering biasanya terjadi secara termal dan penukar panasnya sering mendapatkan keuntungan dari skala ekonomi, pasokan panas dan konsumsi energi atau perpindahan panas dengan investasi modal kecil adalah masalah lebih lanjut. Oleh karena itu, tingkat suhu harus diturunkan dan penggunaan panas matahari ditingkatkan. Untuk produksi biofuel dan bahan kimia dari biomassa, proses integrasi dan proses sederhana diusulkan untuk meningkatkan peralatan produksi dan proses. Pemilihan bahan baku dengan struktur molekul sesuai yang diinginkan, akan menurunkan kebutuhan pertukaran panas dan bahan bakar serta bahan kimia dibuat dalam skala kecil.

Saat ini bahan kimia dan produksi pangan sebagian besar dilakukan dengan menggunakan skala dunia secara continue dan teknologi batch multiproduct. Salah satunya cocok untuk produksi yang efisien dari satu produk tunggal, tetapi operasinya sangat tidak fleksibel akibat disesuaikannya dengan kebutuhan dari produk ini. Untuk keperluan secara ekonomi biasanya diupayakan dengan kapasitas tinggi. Dengan modal yang tinggi diperlukan pembangunan pabrik mono-produk secara continue dengan optimasi yang tinggi. Akibatnya pendekatan ini memerlukan waktu konsumsi dan proses perencanaan yang mahal. Kombinasi ini sangat tidak menguntungkan, sehingga produk-produk baru hanya akan diluncurkan ke pasaran dan penerapan teknologi baru ditunda. Produksi batch multiproduct memungkinkan menjadi produksi yang fleksibel pada berbagai zat dan biasanya dapat disesuaikan dengan mudah untuk produk baru. Namun fleksibilitas pada efisiensinya berkurang.

Saat ini kondisi pasar sudah berubah yakni konsumen bukan lagi berpusat di Eropa melainkan di Asia, Amerika Latin dan Timur Tengah. Pasar terus menerus melakukan diversifikasi untuk bahan baku lokal yang menghasilkan produk lebih banyak. Akibatnya output dari produk tunggal mengalami penurunan meskipun pasar secara keseluruhan terus berkembang. Baik skala dunia yang continue atau produksi batch multiproduct cocok untuk kondisi pasar tersebut.

Perpindahan panas dan hubungan aspek secara ekonomi dianalisis pada produksi skala kecil pada bidang pertanian, sedangkan pertimbangan prosedural yang berkaitan dengan

perpindahan panas ditekankan pada industri makanan. Contoh proses intensifikasi dari produksi biofuel digunakan sebagai gambaran aspek produksi kimia skala kecil.

Untuk menjaga produk dengan teknologi baru tetap dikembangkan, sehingga perlu meningkatkan keragaman produk dan mengurangi siklus hidup produk

Untuk memasuki pasar baru yang cepat dan membangun hubungan pelanggan terhadap produk baru dan manfaat dari proses pengembangan produk awal yang diluncurkan harus dikurangi. Pengembangan proses selanjutnya yang cepat dapat membantu meningkatkan Net Present Value (NPV) dari investasi dan meminimalkan risiko investasi.

Untuk menunjukkan fakta ini gambar diatas, menunjukkan plot NPV untuk contoh investasi 50 Mio D. Untuk skenario dasar (simbol: segitiga), pendapatan tahunan dihitung ketika bayar-kembali setelah mencapai 3 tahun. Untuk mengevaluasi dampak ekonomi dari pengurangan perencanaan dan masa konstruksi pada keseluruhan proses, ditambahkan plot tambahan untuk perencanaan dan konstruksi masing-masing periode dari dua tahun (simbol: persegi panjang) dan satu tahun (simbol: lingkaran). Desain yang dipercepat dan proses konstruksi tidak menyebabkan kerugian efisiensi sehingga pendapatan tahunan yang sama digunakan sebagai skenario dasar. Plot yang menunjukkan perhitungan NPV, semua cash flow diberikan diskon pada awal periode yang telah dipertimbangkan. Dengan asumsi umum, tingkat diskon 12%, 50 Mio D sama dengan 44,6 Mio D pada tahun pertama, 39,9 Mio D pada tahun kedua dan 35,6 Mio D pada tahun ketiga. Setelah tujuh tahun beroperasi, perbandingan skenario NPV tersebut akan digunakan. Plot menunjukkan, penurunan moderat perencanaan dan masa konstruksi dari tiga menjadi dua tahun yang mengarah pada peningkatan NPV sekitar 3,9 Mio D, dimana hampir sesuai dengan 11% dari NPV yang dicapai dalam referensi skenario dengan tiga tahun perencanaan dan masa konstruksi. Pengurangan lain dari desain dan konstruksi periode satu tahun meningkatkan NPV setelah tujuh tahun beroperasi sebesar 20% daripada dengan skenario dasar.

Selain teknologi proses secara batch dan kontinyu, terdapat proses yang lebih menguntungkan yaitu proses secara multiple batch. Proses ini dapat dimaksimalkan penggunaannya jika bersifat fleksibel yaitu dengan mendirikan pabrik di kawasan dekat dengan sumber bahan baku serta sumber energi, sehingga dapat mengurangi biaya produksi. Metode ini dapat dilakukan dalam skala kecil. Semakin banyak pabrik yang didirikan, maka

akan semakin tinggi Total Capital Investment yang dibutuhkan. Oleh karena itu, pabrik yang dibangun dalam jumlah banyak dengan skal kecil akan lebih menguntungkan daripada pabrik dalam jumlah sedikit dengan skala besar.

Sesuai pertimbangan dari peningkatan jumlah pabrik tunggal, seluruh rantai pasokan termasuk biaya transportasi harus diperhitungkan. Terutama jika konsumsi bahan baku jauh lebih besar daripada produk output, memproduksi secara lokal pada pabrik skala kecil akan menghemat transportasi biaya dan emisi gas rumah kaca. Selain itu harga energi terus meningkat, tidak hanya ketersediaan bahan baku tetapi ketersediaan energi dan harganya dapat menentukan proses ekonomi. Oleh karena itu produksi bergerak ke tempat di mana energi tersedia dengan harga yang umum.

Pada gambar diatas, menunjukkan pengaruh penurunan Jumlah Penanaman Modal (TCI) per ton dari kapasitas produksi tahunan dengan meningkatnya kapasitas pabrik. Jumlah Penanaman Modal (TCI) dihitung dengan asumsi TCI dari 50 Mio D untuk kapasitas produksi keseluruhan di sebuah pabrik tunggal. Kurva garis lurus menunjukkan keseluruhan TCI untuk kapasitas instalasi desain. Kurva garis putus-putus menggambarkan TCI untuk masing-masing pabrik tunggal.

Perhitungan ini menunjukkan fakta yang diketahui bahwa keuntungan besar dari produksi skala dunia saat ini merupakan Capital Specific Investment yang rendah (Modal investment per kiloton kapasitas tahunan). Jika kapasitas total menyebar ke 10 pabrik, Jumlah Modal Investasi meningkat sebesar 150% dan 231% untuk 20 pabrik yang terpasang. Meskipun hubungan ini untuk estimasi biaya peralatan tidak dipertimbangkan, tetapi biaya untuk otomatisasi dan peralatan kontrol tergantung dari biaya peralatan. Contoh yang sangat sederhana ini sudah menunjukkan dampak skala ekonomi pada investasi modal. Hal ini diatasi dalam rangka untuk membuat teknologi pengolahan skala kecil yang kompetitif.

Dalam modul standar di masa depan tidak akan lagi dirancang hanya untuk satu titik operasi yang optimal. Sebaliknya peralatan baru yang dikembangkan akan cocok untuk

berbagai kondisi operasi tertentu dan dengan demikian akan menawarkan kesempatan menggunakan satu jenis modul dalam beberapa proses. Hal tersebut akan dijadikan sebagai dasaran modul yang disesuaikan dengan aplikasi tertentu. Tujuannya untuk menjaga modul yang berbeda dalam jumlah sedikit, kuantitas yang dihasilkan setiap jenis modul akan meningkat sehingga mengakibatkan penurunan biaya produksi modul.

Penyelidikan terbaru menunjukkan bahwa strategi ini dapat menghemat Jumlah Penanaman Modal lebih dari 10% dan pengurangan lebih dari 20%. Modul yang berbeda membentuk pabrik produksi akhir yang akan dipasang bersama-sama di situs produksi. Meskipun pabrik ini belum dibangun sepenuhnya secara modular tetapi telah dibangun secara skid mount unit.

Kesulitan utama untuk implementasi teknologi proses baru terutama untuk produk berumur pendek adalah risiko tinggi yang berkaitan dengan investasi ke dalam perangkat keras proses baru. Peralatan masa depan produsen akan menyediakan leasing dan persewaan untuk peralatan proses modul. Jika peluncuran produk gagal, peralatan akan dikembalikan ke pemberi pinjaman dan akan digunakan oleh produsen lain. Hal ini akan memudahkan pelaksanaan modularisasi dan memungkinkan menghasilkan barang-barang bagus dengan waktu hidup yang sangat singkat.

Selain peningkatan jumlah dari bagian peralatan, jumlah sensor, aktuator dan loop kontrol juga akan meningkat. Untuk mencapai jumlah unit produksi yang lebih tinggi, proses kontrol dan konsep otomatisasi akan dibakukan sehingga instrumentasi yang dapat diproduksi dilakukan secara massal. Miniaturisasi akan mengakibatkan penurunan harga yang signifikan untuk peralatan kontrol.

Selain keuntungan dari sudut pandang manufaktur, modularisasi membantu mempercepat langkah perencanaan dan mengurangi biaya perencanaan dengan peralatan standarisasi dan proses perencanaan lainnya. Modul akan datang dengan dokumentasi lengkap sehingga jumlah unit operasi akan tersedia. Transisi dari proses kasar pertama diagram alir (PFD) hingga proses akhir dan diagram instrumentasi (P & ID) termasuk semua loop kontrol dan titik pengukuran akan dilakukan usaha yang seminimal mungkin. Contoh proses perancangan dan instrumentasi diagram (P & ID) berdasarkan diagram alir proses (PFDs) bisa menunjukkan pengurangan desain oleh pengetahuan desain P & ID. Terutama ketika desain P & ID dikombinasikan dengan perhitungan biaya yang dapat memberikan keuntungan.

Di luar investasi, biaya operasi juga harus dikurangi untuk membuat produksi skala kecil menjadi untung. Teknologi proses bekerja jauh lebih efisien daripada peralatan konvensional, sehingga dapat membantu mengurangi konsumsi energi dan bahan baku. Biasanya, ukuran peralatan dapat dikurangi. Persyaratan untuk implementasi dari teknologi produksi skala kecil tergantung pada jenis proses peralatan dan ukuran.

Langkah yang harus dilakukan untuk merealisasikan model ini adalah dengan mengantarkan teknologi “plug and play” pada teknologi yang berbasis bahan kimia. Meskipun sudah dalam skala industri, proyek ini masih dalam taraf percobaan. Namun, jika

ingin terus dikembangkan, standar operasi dari proyek ini harus disesuaikan dengan skala industri, bukan skala laboratorium.

Untuk setiap modul yang dijual di pasar, tersedia simulasi yang menggambarkan setiap modul dan standar prosedur laboratorium. Dokumentasi yang menyertai ini akan memungkinkan untuk penggabungan langsung model dari simulasi software umum dan akan menghasilkan perbandingan proses modular yang berbeda. Parameter model yang diperlukan dapat diperoleh dari data atau ditentukan dalam menerapkan prosedur laboratorium ysng disediakan modul. Di luar investasi pada konstruksi alat, hal ini akan membuat proses pembangunan lebih cepat dan menyebabkan pengurangan biaya tambahan yang cukup besar. Strategi pengendalian seperti yang diterapkan untuk produksi saat ini adalah teknologi yang disesuaikan dengan modular pengolahan teknologi skala kecil. Masalah utama adalah pengoperasian.

Dalam dekade terakhir, bahan baku dalam industri kimia berubah ke sumber daya terbarukan. Produk pertanian yang semakin penting sebagai bahan baku tidak hanya untuk makanan dan produksi biofuel tetapi juga untuk proses kimia. Banyak zat yang berasal dari sumber daya terbarukan yang cocok untuk menggantikan petrokimia. Contoh yang terkenal adalah fermentasi dimana mengubah sukrosa menjadi berbagai bahan kimia organik. Contoh yang menunjukkan perlunya modular peralatan skala kecil adalah produksi biodiesel dan gasifikasi biomassa

Pada tahun 2030 dunia telah berubah menjadi sumber daya terbarukan. Selain dari angin dan teknologi surya, biomassa akan memberikan kontribusi yang signifikan untuk menggantikan sumber daya fosil yang digunakan saat ini dan selanjutnya membantu mengatasi sumber daya yang diperlukan untuk pertumbuhan ekonomi nasional. Banyak negara dapat memiliki pasokannya sendiri atau setidaknya sebagian untuk pembuatan biomassa. Hal ini berbeda ketika pada cadangan fosil yang terletak hanya beberapa negara. Selain itu, saat ini hampir semua bagian dari tanaman dapat dimanfaatkan, sehingga tidak akan menimbulkan limbah yang mengganggu publik. Meskipun bidang pertanian adalah sasaran dari industri skala kecil, akan tetapi skala besar masih dapat masuk ke bidang ini. Persyaratan yang harus dipenuhi antara lain harus dapat mengurangi biaya transportasi, adanya intensif untuk petani dan dapat mengurangi biaya modal yang dibutuhkan.

Terpuruknya perekonomian bahan bakar fosil diakibatkan kurangnya persediaan bahan mentah, permintaan energy yang semakin meningkat, dan tidak meratanya distribusi bahan bakar ini sehingga memuat ketidaktabilan ekonomi, social dan keamanan dunia. Bahaya dari penggunaan bahan bakar tersebut juga sudah menjadi sebuah rahasia umum yang disimpan dalam berbagai bentuk dokumen. Oleh karena itu, terbentuknya energy yang terbaharukan yang berdampak pada ekonomi merupakan salah satu kesempatan besar untuk era sekarang ini. Walaupun begitu, 93% kebutuhan energy dunia dipenuhi oleh bahan bakar tak terbaharukan. Hal tersebut disebabkan oleh rendahnya efisiensi proses dan tingginya harga untuk mengkonversi sumber primer ke energy sekunder (listrik dan bahan bakar hasil suling), serta inovasi di bidang teknologi.

Bioenergi merupakan konstribtor terbesar dan yang memiliki potensial paling tinggi diantara semua energy terbarukan. Pada tahun 2025, diperkirakan 23% energy primer berasal dari biomassa. Sama halnya untuk bahan bakar transportasi berbentuk biofuel akan memenuhi kebutuhan energy transportasi sebesar 26% pada tahun yang sama. Namun, yang menjadi masalah dalam energy terbaharukan ialah proses yang komplek, membutuhkan air yang banyak, terpengaruhi oleh musim. Sehingga, diperlukan sebuah inovasi dalam menaikkan keuntungan sumber energy ini. Terdapat dua hal yang perlu diperhatikan yaitu, proses integrasi dan proses simplifikasi. Proses integrasi termasuk didalamnya konsep berupa reaksi dan fungsi coupling pada unit tunggal. Reaksi coupling adaah kombinasi antara berbagai step reaksi dalam optimalisasi desain reaksi lingkungan. Fungsi coupling adalah kombinasi dari beberapa fungsi seperti pencampuran, reaksi, separasi, heat exchange dalam optimalisasi desain peralatan. Proses simplifikasi yang terdiri dari konsep proses bebas solven, penggunaan katalis heterogen, dan proses lain yang meningkatkan efisiensi dan meminimalisir reaksi samping yang tidak diinginkan.

Hasil akhir dari proses integrasi dan simplifikasi disebut dengan proses intensifikasi. Van Gerven dan Stankiewicz sudah mempersembahkan pencapaian dasar dari proses ini dan metode serta teknik proses untuk merealisasikan 4 tujuan yang bidang berbeda (sparsial, termodinamika, fungsional, dan temporal) pada semua skala.

Terdapat tiga cara proses utama untuk mengonversi lignoselulosa mentah menjadi bahan bakar dan bahan kimia. Ketiga cara itu ialah :

Konversi langsung biomassa menjadi syngas : penggabungan biorefinery pada unit tunggal. Akhir-akhir ini proses biorefinery mempersembahkan dimana partikel biomassa dikonversi pada sebuah reactor katalitik kecil (diameter= 2 cm panjang = 3 cm) ke stream steam yang kaya syngas dengan waktu seperseribu detik tanpa ada pembentukan tar. Partikel mengenai permukaan atas yang panas dengan suhu 700-800˚C dan dipanaskan secara cepat. Kemudian terbentuk komponen organic volatile (VOCs) setelahnya CPOX (okidasi parsial katalitik) dilakukan untuk membentuk sygas (800-1000˚C). reaksi tersebut merupakan reaksi yang tidak membutuhkan panas karena reaksi eksotermis CPOX dari VOCs.

Proses mikroreaktor multifungsional coupling entdotermis dan eksotermis. Pembentukan tar merupakan hambatan pada gasifikasi. Diantara metode lain,

steam reforming(SR) katalitik tar dianggap sebagai solusi paling sederhana dan paling ekonomis. Untuk steam, Colby telah menemukan bahwa benzene dapat menjadi steam penuh pada kesetimbangan produk kaya syngas dengan kontak 40 ms pada Rh-Ce reactor. Sehingga panas dibutuhkan, hal ini dapat diperoleh dengan memanfaatkan panas dari pembakaran prduk.

Konsep pemakaian reactor dalam berbagai ukuran dan berbeda-beda bahan bakar seperti gas hidrokarbon dan cairan volatile untuk menghasilkan berbagai macam bahan bakar cair dari syngas dapat menggunakan HE multifungsional ini untuk pembentukan tar secara katalitik. Pembentukan tar secara endotermis dan syngas mungkin dapat dibakar untuk mendapatkan panas dalam reaksi pembentukan.

Katalis Novel dan Media Reaksi : Aplikasi Sintesis Fisher-Tropsch (FTS). FTS, ditemukan pada abad 20-an yang saat ini telah digunakan pada industry. Metode ini merupakan reaksi yang sangat eksotermis yang biasanya menggunakan katalis Kobalt atau besi dengan support berupa silica, alumina dan titania yang dapat pula memakai logam berupa Pt, Pd, Ru, dan Re sebagai promotor. Akan tetapi, separasi kalatis yang efektif dari wax merupakan sebuah hal yang belum terselesaikan hingga ditemukan bahwa FTS pada fase aquous Ru tanpa support dengan diameter 2 nm sangat efektif. Penemuan ini sangat penting bukan hanya dikarenakan aktivitas dari katalis nano Ru tanpa support yang sangat hebat namun karena memudahkan dalam hal separasi air yang tak larut pada produk hidrokarbon dari air yang larut dalam katalis Ru.

Pirolisis Biomassa dengan Energi Elektromagnetik. Pirolisis Bio-Oil dari reaksi komplek yang terdiri dari 200 lebih komponen seperti alcohol, aldehida, keton, asam karboksilat dengan memerlukan oksigen yang banyak, bio-oil memiliki nilai bakar yang rendah dan sifat kimia yang tidak stabil.

Hal dan tantangan dalam pirolisis ialah laju pemanasan biomassa untuk mencapai suhu yang diinginkan (400-600˚C), suhu yang digunakan harus setinggi mungkin untuk meminimalisir thermal cracking dan pembentukan coke serta memaksimalkan hasil hidrokarbon. Hal ini mendorong peniliti menggunakan radiasi untuk mempercepat pirolisis. Untuk saat ini, bentuk radiasi yang masih digunakan adalah microwave, akan tetapi pirolisis dengan microwave masih susah untuk dioptimalkan dan dikendalikan. Akibatnya, potensi penuh dari teknologi microwave untuk pirolisis dan upgrade produk, serta pemurnian untuk mendapatkan bahan bakar berkualitas tinggi belum dapat dimanfaatkan .

Pirolisis terpadu dan upgrade ziolit. Proses intensifikasi dapat dilakukan dengan integrasi pirolisis cepat pada laju suhu 600˚C per detik dan upgrade katalis di unit katalis tunggal. Di antara zeolite, ZSM - 5 merupakan yang terbaik. Produk utama proses ini merupakan aromatik yang dapat dicampur dalam bensin. Sebuah stoikiometri ideal menunjukkan bahwa hasil maksimal aromatik adalah

C6O6H12 → 12/22 C7H8 ( 63 % yield ) + 48 / 22CO ( 36 % yield ) + 84 / 22H2O

Pirolisis selulosa mengarah pada pembentukan komponen lain, berupa furan yang dapat ditingkatkan dalam ziolit. Penelitian dasar berfokus pada furan sebagai model senyawa untuk upgrade di ZSM – 5. Furan menyerap dan membentuk trimer dalam ZSM – 5 pada suhu kamar dan mungkin terurai menjadi aromatik saat dipanaskan. Studi tentang kinetika pirolisis selulosa menunjukkan bahwa mekanismenya merupakan reaksi kompleks.

Penambahan hidrogen menghasilkan poliol dan alkohol yang ditingkatkan dalam zeolit untuk membentuk olefin dan aromatik pada produk yang dapat rangkap tiga dengan bio - oil murni. Selain itu, hasil yang berdasarkan pada jumlah hydrogen yang ditambahkan. Proses integrasi ini menunjukkan bahwa ada ruang yang signifikan untuk menggabungkan pengolahan tradisional di aplikasi modern untuk pemanfaatan biomassa.

Microwave – ditingkatkan dengan katalis heterogen - fase cair. Katalis heterogen biasanya lebih aman, lebih selektif dan mudah untuk dipisahkan dan recycle (penyederhanaan proses) dengan mengorbankan konversi yang lebih rendah dan waktu reaksi yang lebih lama dibandingkan dengan asam homogen. Pengembangan proses konversi biomassa heterogen-fase cair yang efisien merupakan hal yang sangat penting untuk biorefining yang ekonomis. laporan terbaru telah menunjukkan bahwa aktivasi sistem tersebut dengan microwave energi (sangat populer di sintesis organik) sebagai pengganti konvensional Pemanasan dapat membawa perbaikan drastis dalam aktivitas katalitik. Wu dkk. menunjukkan bahwa gula kristal hidrolisis dapat secara efektif dilakukan dengan menggunakan asam karbon biomassa sulfonat (BCSO3H) yang merupakan turunan dari bambu, kapas dan pati. Hanya sejumlah kecil air yang digunakan sebagai media reaksi, dan pemisahan produk dan katalis itu mudah dilakukan oleh filtrasi. Aplikasi iradiasi microwave secara drastis dapat meningkatkan hasil pengurang gula dibandingkan dengan konvensional pemanasan.

Beberapa alasan telah dapat menjelaskan peningkatan kinerja banyak sistem katalitik ketika mereka terkena iradiasi microwave. Mereka luas diklasifikasikan sebagai " thermal " dan " Non - termal " efek .

Pemisahan reaktif. Pengolahan karbohidrat fase cair biasanya melibatkan reaksi besar yang menghasilkan campuran kompleks dari produk. Oleh karena itu, penerapan reaktif Pemisahan dapat meningkatkan selektivitas produk dan menyederhanakan pemisahan hilir dan pemulihan skema dengan konsekuen dan penghematan energi, dan pengurangan limbah. Dalam kerangka ini, distilasi reaktif dan proses ekstraksi reaktif memiliki kedudukan masing-masing.

• distilasi reaktif

Pada proses ini, reaksi dan distilasi terjadi secara bersamaan dalam kolom yang sama. Namun, Shen dkk telah menemukan sebuah intensifikasi baru dan sintesis ramah lingkungan yang berasal dari gliserol . Gliserol banyak tersedia sebagai produk sampingan dari transesterifikasi minyak nabati untuk biodiesel. Hal ini juga dapat membentuk dengan mengubah glukosa menjadi sorbitol dan kemudian ke 2 molekul gliserol per molekul sorbitol melalui hidrogenolisis obligasi C - C . Lebih khusus lagi, proses penggabungan dehidrogenasi oksidatif gliserol pada bimetal Au – Pt nanopartikel untuk glyceraldyhyde dan intermediet

dihidroksiaseton dan dehidrasi berbasis NaOH dan penataan ulang asam benzalat menjadi asam laktat dengan selektivitas ~85 % dalam satu reaktor ( integrasi proses ).

Pengaruh iradiasi microwave baik pada catalytic esterifikasi dan keseimbangan uap-cair pada beberapa konstituen campuran biner yang terlibat dalam sistem reaktif kuaterner n-propil propionat. Ditemukan bahwa microwave dapat meningkatkan pemisahan campuran biner saat mereka berinteraksi langsung dengan antarmuka uap-cair. Dalam praktis hal, ini dapat diterjemahkan ke dalam desain dari kolom yang lebih kecil dengan sejumlah nampan kecil untuk efisiensi pemisahan yang diberikan dibandingkan dengan desain konvensional yang melibatkan pertukaran panas hanya di reboiler dan kondensor. Selain itu, telah ditemukan bahwa Penggunaan seng triflat sebagai hasil katalis esterifikasi di ~1.4 laju reaksi yang lebih tinggi dibandingkan dengan dengan pemanasan konvensional (data tidak dipublikasikan). Hasil ini menyiratkan potensi katalis tabungan dan bagian yang lebih pendek reaktif ketika aktivasi microwave digunakan. Saat ini, beberapa desain konseptual menantang, berfokus terutama pada integrasi yang efektif peralatan microwave dan peralatan distilasi reaktif, juga sedang diselidiki.

• ekstraksi reaktif

Distilasi reaktif bekerja dengan baik untuk beberapa sistem tetapi umumnya energi proses intensif. Karena panas yang rendah stabilitas turunan biomassa atau fugacities tidak cocok di aliran produk, alternatif suhu rendah, rendah energi reaktif pemisahan akan memainkan peran yang semakin meningkat dalam biomassa pengolahan.

Ini hasil pengolahan dengan dalam jumlah jauh lebih tinggi dari biofuel hibrida dibandingkan dengan yang dihasilkan melalui transesterifikasi tradisional minyak biji di etanol. Sebagai catatan akhir, denominator umum di atas disebutkan contoh adalah sensitivitas tinggi dari hasil produk dengan hormat dengan pelarut yang digunakan . Sebagai jumlah pelarut yang dapat digunakan sangat besar, pendekatan trial - and-error tidak efisien harus diganti dengan studi throughput yang tinggi dan / atau designstrategies komputasi. Misalnya , pemahaman mendasar ( 1 ) kelarutan beberapa reaktan , produk , katalis dan aditif dalam pelarut yang berbeda dan ( 2 ) pencampuran pelarut penting untuk mencapai dalam rangka mengoptimalkan proses ekstraksi reaktif .

Konversi langsung dari gula menjadi hidrogen dan alkana cair .

• produksi H2 melalui air - fase reformasi (APR)

Karena biomassa kekurangan hidrogen dan energi, produksi bahan kimia dan bahan bakar membutuhkan peningkatan, yaitu, selektif penghapusan oksigen dan hidrogenasi. Kadar air besar biomassa akan membatasi pengolahan di unit-unit kecil dan lebih pendek dari jari-jari ~ 80 km, dan dengan demikian, penukaran produksi hidrogen untuk upgrade mungkin berubah menjadi penting. Hal ini kemudian tidak mengherankan bahwa angka kelompok fokus pada biomassa reformasi. Karena volatilitas rendah banyak turunan biomassa dengan lebih dari tiga atom karbon , biomassa reformasi kemungkinan besar akan terjadi dalam fase air dan mempekerjakan katalis aktif beroperasi pada suhu yang cukup

rendah dan menghindari tekanan yang sangat tinggi diperlukan untuk menjaga air di fase cair . Selain itu , tidak seperti uap uap reformasi , April tidak memerlukan energi menuntut langkah produksi uap . Operasi pada suhu rendah membuka up kesempatan bagi lebih selektivitas katalis dibandingkan dengan tinggi proses suhu .

Pada fase berair , yang mereformasi dan air - gas pergeseran suhu cocok cukup baik . Selain itu, pergeseran air – gas kesetimbangan bergeser ke kanan karena kelebihan air , dan Akibatnya , reformasi terjadi bersamaan dengan WGS dan hasil di sungai hidrogen yang mengandung pecahan kecil dari CO.

Dalam hal bahan katalitik , Pt dan Ni baik reformasi katalis . Masalah dengan APR dan umumnya untuk air berbasis pengolahan biomassa adalah stabilitas hidrotermal rendah khas mendukung ( alumina , silika ). Sementara termodinamika nikmat April , Methanation dalam kompetisi . Selain itu , April menghasilkan kinerja terbaik untuk poliol kecil , seperti etilena glikol dan gliserol . Dengan meningkatnya jumlah atom karbon , selektivitas untuk C - C pemotongan ikatan yang mengarah ke syngas dan H2 menurun dengan mengorbankan C - O pemotongan obligasi terkemuka untuk hidrokarbon . Hidrokarbon dapat berharga untuk bahan bakar ; namun , di kecil sampai sedang fraksi , mereka mungkin memerlukan pemisahan.

Mengingat bahwa sangat aktif katalis hidrogenasi ada, integrasi hidrogenasi glukosa untuk sorbitol dengan April sorbitol dalam panci tunggal akan diinginkan . Demikian pula, penemuan katalis lebih selektif untuk konversi langsung dari glukosa untuk H2 akan berharga.

• Produksi hidrokarbon cair Fraksi yang cukup biomassa perlu menjalani beberapa Reaksi untuk memproduksi bahan kimia dan bahan bakar. Sementara kombinasi dehidrasi / hidrogenasi adalah menarik kimia , heksana tidak bahan bakar . Mengingat bahwa karbohidrat terdiri dari 5 atau 6 karbon, produksi bahan bakar membutuhkan kondensasi kimia , yaitu , pertumbuhan rantai. Kondensasi aldol adalah seperti proses . Kondensasi aldol merupakan langkah penting di mana reaksi sebuah bentuk ikatan C - C . Hal ini dilakukan dekat suhu kamar dalam adanya asam atau basa.

The aldol aduk dapat menjalani dehidrasi untuk menghasilkan jenuh aldehida atau keton yang dapat terhidrogenasi [ 137139 ] . Saat ini, tidak jelas jika proses fase cair melalui aldol kondensasi lebih disukai daripada fasa uap produksi bio – oil diikuti oleh peningkatan minyak . Keuntungan dari mantan teknologi ditingkatkan selektivitas yang datang dengan mengorbankan tingkat yang lebih rendah karena suhu pengolahan rendah dan tingginya biaya hidrolisis biomassa untuk karbohidrat . Di sisi lain , biomassa untuk bio - minyak ke bahan bakar rute, sementara ekonomi yang lebih menguntungkan , membebankan tantangan dalam upgrade dan menyesuaikan produk akhir Komposisi agar kompatibel dengan berbagai bahan bakar .

Proses total produksi terdiri dari beberapa modul tunggal, antara modul unit operasi harus didefinisikan. Beberapa individual modul harus dioperasikan bersama-sama, strategi kontrol baru yang fleksibel akan diperlukan .

Unit skala kecil yang dapat beroperasi dekat dengan sumber biomassa dapat layak secara ekonomi ketika pengurangan energi, pengurangan modal dan pengurangan biaya transportasi.

Biaya modal juga dapat dikurangi jika biaya untuk pertukaran panas bisa diturunkan . Hal ini bahkan dapat diperoleh untuk proses Fisher - Tropsch, di mana perkembangan novel dengan reaktor mikro - channel membuat proses sedikit intensif energy. Namun ini penting untuk memahami bahwa unit operasi yang membutuhkan kontrol yang tinggi dan modal harus dilakukan pada skala besar. Tantangan yang didapatkan adalah merancang proses yang dapat dibagi menjadi memenuhi dua skala tersebut. Pabrik skala kecil bisa jauh lebih ekonomis untuk menjadi diinvestasikan karena risiko kapasitas tak digunakan serta ketersediaan bahan baku yang cukup, serta sederhana. Oleh karena itu pabrik kecil ini dapat membantu untuk mempercepat inovasi lebih baik dari proses skala besar untuk produk serupa.

Integrasi panas merupakan isu utama untuk distribusi produksi skala kecil sebagai jumlah proses yang dioperasikan dekat satu sama lain jauh lebih kecil daripada di lokasi produksi kimia yang khas.

Menerapkan teknologi air dan fraksi produk pertanian biasanya dipisahkan oleh penguapan. karena ini biasanya terhubung ke investasi yang tinggi dan biaya operasional baru teknik pemisahan untuk pemulihan air untuk digunakan kembali dalam, irigasi dan aplikasi perumahan yang diperlukan.

Kegunaan dalam skema pengolahan moderat dan inovasi teknologi besar diperlukan untuk membuat biaya yang efisien dan berkelanjutan ekonomi berbasis biomassa . Kebutuhan ini menjadi lebih mendesak karena sifat distribusi biorefining yang memaksa proses skala jauh lebih kecil dari industri petro tradisional berbeda dengan skala ekonomi. Proses integrasi dan proses penyederhanaan sebagai proses generic intensifikasi pendekatan inovasi teknologi . Pendekatan-pendekatan ini dikuatkan oleh satu set penelitian sangat baru di masing-masing tiga rute utama pengolahan biomassa, yaitu rute gasifikasi, pirolisis dan hidrolisis . Mengembangkan Novel proses terintegrasi dan disederhanakan membutuhkan pemahaman mendalam tentang peran kimia , cara kerja katalis dan kondisi operasi. Sebaliknya, pemahaman mendasar efek katalitik pada pembentukan dan penghancuran empat jenis dasar obligasi antara C, H dan O, melalui komputasi kimia dalam kombinasi dengan spektroskopi, akan membawa keluar rute katalitik optimal dari bahan baku untuk produk. Selain peran penting katalisis, kondisi operasi proses (misalnya, suhu, tekanan, tingkat pemanasan, pH, dll) juga penting untuk selektivitas tinggi, pengolahan hasil tinggi. Berikut inovasi pada tingkat molekul dan proses, rekayasa sistem proses pendekatan akan diperlukan dalam mengevaluasi profitabilitas dari rute yang berbeda integrasi pengolahan dan menentukan penggunaan optimal bahan baku dan berbagai produk.