Jelaskan secara rinci Diagram alir proses pembuatan soda kaustik secara elektrolisis

Pada awal tahun 2018, berbagai media massa nasional menyebutkan bahwa Indonesia akan kembali mengimpor garam (NaCl) untuk kebutuhan industri.

Lalu, muncul pertanyaan sederhana, mengapa Indonesia mengimpor garam? Padahal Indonesia memiliki garis pantai terpanjang kedua di dunia yakni sepanjang 99.093 kilometer, terpanjang di dunia setelah Kanada (202,080 km).

Baca juga artikel warstek berjudul Indonesia Darurat Kekurangan Garam?.

Mengenai impor garam ke Indonesia, tabel dibawah ini menunjukkan jumlah impor garam (NaCl) Indonesia dari tahun 2011 – 2016.

Tabel 1. Data impor NaCl (> 94,7%) Indonesia[1]

Garam (NaCl) banyak ditemukan di air laut dan mineral. Kandungan garam di air laut Indonesia hanya 3%. Garam yang dihasilkan para petani garam belum bisa mencapai kemurnian > 94,7%. Penyebabnya adalah teknologi yang digunakan masih sangat sederhana (hanya menggunakan matahari untuk menguapkan air). Sebenarnya garam industri digunakan untuk apa?  Apakah hanya untuk menjadi bumbu masakan?

Ternyata tidak hanya sebagai bumbu masakan. Garam atau NaCl juga digunakan untuk memproduksi gas klorin (Cl2) dan soda kaustik (NaOH), serta produk samping berupa gas hidrogen (H2). Ketiga senyawa kimia tersebut sangatlah penting dalam industri kimia maupun sebagai bahan kimia di laboratorium. Untuk menghasilkan ketiga produk diatas, maka bahan baku yang digunakan adalah garam dengan kemurnian tinggi (> 94,7%).

Teknologi yang digunakan untuk memproduksi Cl2 dan NaOH dari larutan garam (larutan brine) adalah elektrolisis. Elektrolisis merupakan reaksi penguraian elektrolit oleh arus listrik searah (arus DC) dengan menggunakan elektroda (anoda dan katoda). Dalam perkembangannya, elektrolisis brine terbagi menjadi tiga jenis yaitu elektrolisis dengan sel merkuri, sel diafragma dan sel membran[2]. Reaksi elektrolisis NaCl adalah sebagai berikut :

2 NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

Teknologi elektrolisis larutan garam yang berkembang dengan pesat adalah menggunakan sel membran. Teknologi elektrolisis dengan sel merkuri dan diafragma mulai ditinggalkan karena masalah lingkungan. Teknologi elektrolisis dengan sel membran telah dilakukan oleh PT. Asahmias Chemical yang berada di Cilegon, Banten, Indonesia.

PT. Asahimas Chemical (PT. ASC) merupakan produsen Cl2 dan NaOH di Indonesia. Selain itu, PT. Asahimas Chemical juga memproduksi NaOCl, HCl, Etilen Diklorida (EDC), Vinyl Chloride Monomer (VCM) dan Polyvinyl Chloride (PVC).

Pada tahun 2016, PT. Asahimas Chemical melakukan perluasan pabrik untuk meningkatkan kapasitas produksinya yang berorientasi terhadap ekspor. Untuk menunjang proses produksi, PT. ASC membangun pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) sebesar 300 MW. Peluasan pabrik dan pembangunan PLTU membuat PT. Asahimas Chemical memiliki kapasitas produksi Cl2 sebanyak 612.500 ton/tahun dan NaOH sebanyak 700.000 ton/tahun. Cl2 dan NaOH diproduksi menggunakan elektrolisis dengan sel membran. Diagram alir proses proses produksi Cl2 dan NaOH PT. Asahimas Chemical ditunjukkan oleh Gambar 1.

Gambar 1. Diagram Alir Proses Produksi Cl2 dan NaOH PT. ASC[3]

Pada proses persiapan bahan baku, garam (NaCl) dilarutkan menggunakan demineralized water untuk mencapai konsentrasi 300 gr/liter. Selanjutnya, larutan garam dimasukkan ke dalam tangki pengaduk untuk ditambahkan bahan-bahan kimia. Tujuan dari penambahan bahan-bahan kimia adalah untuk menghilangkan ion-ion pengotor seperti Ca2+, Mg2+ dan SO42-. Produk yang dihasilkan dari reaksi antara penambahan bahan-bahan kimia dengan ion-ion pengotor diendapkan dalam clarifier.

Larutan garam kemudian dilewatkan pada unit sand filter untuk menyaring pengotor-pengotor. Dikarenakan menggunakan proses elektrolisis dengan sel membran, persyaratan ion-ion pengotor untuk masuk ke dalam sel elektrolisis sangat kecil sehingga perlu ditambah unit purifikasi yaitu resin penukar ion (Brine Resin Tower) yang menggunakan resin chelatin (R-Na2). Ion-ion pengotor diikat pada unit resin penukar ion sehingga larutan garam yang mengandung sedikit sekali pengotor disebut purified brine[4].

Purified brine dimasukkan ke dalam sel elektrolisa untuk dilangsungkan reaksi elektrolisis. Purified brine diumpankan pada bagian anoda sedangkan demineralized water diumpankan pada katoda. Teknologi elektrolisis yang digunakan adalah elektrolisis dengan sel membran. Teknologi ini dikembangkan dan diproduksi oleh Asahi Glass Co.Ltd., Jepang. PT. ASC menggunakan sel membran electrolyzer jenis monopolar seri AZEC-M3.

Electrolyzer AZEC-M3 menggunakan frame karet dengan sistem sirkulasi elektrolit. Electrolyzer ini telah banyak digunakan oleh beberapa perusahaan di dunia. Aliran arus di setiap frame dihubungkan dengan flexible connector. Anoda yang digunakan dalam Electrolyzer AZEC-M3 adalah titanium dan katoda yang digunakan adalah nikel. Sedangkan membran yang digunakan adalah Flemion (membran asam perfluorokarboksilat yang diproduksi Asahi Glass). Jumlah maksimal sel dalam satu electrolyzer AZEC-M3 adalah 552 sel dan luas efektif membran sebesar 0,2 m2. Kapasitas produksi maksimal dari AZEC-M3 sebesar 15 ton NaOH/hari. Rapat arus yang dibutuhkan sebesar 1,5 – 4,0 kA/m2 dan konsumsi daya yang dibutuhkan adalah 2046 kWh/ton NaOH pada rapat arus 3,0 kA/m2 [5]. Reaksi yang terjadi adalah :

Gambar 2. Skema proses elektrolisis brine dengan sel membran[2]

Cl2 yang dihasilkan digunakan sebagai bahan pembuatan etilen diklorida (EDC) yang kemudian akan menghasilkan monomer untuk pembuatan PVC dan H2 digunakan sebagai bahan bakar furnace. NaOH yang dihasilkan memiliki konsentrasi 32% berat yang kemudian dipekatkan di unit triple effect evaporator hingga konsentrasi 48% berat. Sebagian besar produk NaOH 48% berat diproses lebih lanjut untuk mendapatkan padatan NaOH. Selain itu, sebagian NaOH juga direaksikan dengan Cl2 membentuk sodium hipoklorit (NaClO). Produk Cl2 dan NaOH sangat dibutuhkan di berbagai sektor industri. Cl2 digunakan sebagai bahan dasar pembuatan pipa PVC dan NaOH banyak digunakan di industri pulp & paper dan sebagai bahan baku pembuatan sabun. Sampai saat ini, Indonesia masih mengimpor Cl2 dan NaOH yang ditunjukkan oleh Tabel 2.

Tabel 2. Data impor Cl2 dan NaOH Indonesia[1]

Karena kebutuhan akan NaOH dan Cl2 yang tinggi, maka pemerintah mengimpor bahan baku garam untuk menghasilkan kedua produk tersebut. Jika menggunakan garam yang dihasilkan petani, maka perlu proses pemurnian garam yang sangat panjang di industri tersebut sehingga berdampak pada biaya operasi yang tinggi. Penggunaan garam industri yang sudah memiliki kemurnian > 94,7% pun masih memerlukan tahap pemurnian. Untuk saat ini, impor garam merupakan cara terbaik dalam rangka memenuhi permintaan Cl2 dan NaOH nasional.

Namun sembari impor garam dilakukan, pemerintah hendaknya juga harus segera menginisiasi teknologi pengolahan air laut yang mampu menghasilkan garam berkualitas tinggi (NaCl > 94.7%). Hal ini dikarenakan industri garam adalah fondasi untuk industri kimia yang lain seperti industri PVC,  pulp & paper, dll.

Referensi

[1] Subdirektorat Statistik Impor. Buletin Statistik Perdagangan Luar Negeri (Impor). Jakarta : Badan Pusat Statistik

[2] European IPCC Berau. 2014. Best Avaliable Techniques (BAT) Reference Document for The Production of Chlor Alkali. Seville : Institute for Prospective Technological Studies

[3] PT. Asahimas Chemical. Proses Klor Alkali. Diakses dari : //www.asc.co.id/?idm=2&id=8 pada tanggal 12 Maret 2018

[4] Saputra, I. 2015. Studi Proses Produksi Polyvinyl Chloride (PVC) Pada PT. Asahimas Chemical Cilegon. Depok : Universitas Indonesia

[5] Schimittinger, P. 2000. Chlorine : Principles and Industrial Practice. Weinheim : Wiley-VCH