Yogyakarta, 3 November 2025 — Tim peneliti yang dipimpin oleh Ir. Hanifrahmawan Sudibyo, S.T., M.Eng., M.S., Ph.D. dari Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada (UGM), sedang melaksanakan penelitian kolaboratif internasional dalam program e-ASIA Joint Research Program (e-ASIA JRP) dengan nomor kontrak 69/IV/KS/04/2025.
Penelitian ini berfokus pada pemanfaatan biomassa limbah industri pulp dan kertas (pulp and paper mill sludge, PPMS) melalui proses pirolisis katalitik untuk menghasilkan biochar sebagai carbon dioxide removal agent (agen penyerapan CO₂ jangka panjang), sekaligus memproduksi biocrude oil dan syngas sebagai sumber energi terbarukan.
Latar belakang penelitian ini didasarkan pada fakta bahwa tanah menyimpan karbon tiga kali lebih banyak dibanding atmosfer dan menjadi sumber utama emisi CO₂ melalui respirasi akar dan dekomposisi mikroba—bahkan melebihi emisi antropogenik hampir sepuluh kali lipat. Karena itu, penangkapan CO₂ langsung di lingkungan tanah menjadi strategi mitigasi iklim yang menjanjikan. Salah satu pendekatannya adalah pemanfaatan biochar dari biomassa, yang stabil dan mampu menyerap CO₂ secara fisik maupun kimia. Namun, sebagian besar penelitian sebelumnya masih menitikberatkan pada peran biochar dalam kesuburan tanah, bukan sebagai penyerap karbon. Tim Dr. Hanifrahmawan menegaskan bahwa peningkatan porositas saja tidak cukup, melainkan perlu rekayasa struktur kimia menuju karbon sp²-hybridized dengan delokalisasi elektron π untuk meningkatkan kapasitas dan kestabilan penyerapan CO₂.
Dalam konteks ini, penelitian e-ASIA JRP yang dipimpin DTK UGM berupaya mengembangkan proses pirolisis terarah dan terkatalisis untuk mengubah limbah PPMS menjadi biochar grafitis dengan performa tinggi untuk penyerapan CO₂, sekaligus menghasilkan produk samping bernilai energi. Studi ini menggunakan K-feldspar (KAlSi₃O₈) sebagai bahan penyangga katalis karena kelimpahannya di alam dan kestabilan struktur aluminosilikatnya. K-feldspar kemudian dimodifikasi dengan doping besi (Fe) membentuk Fe-doped K-feldspar, yang mampu menurunkan suhu grafitisasi karbon secara signifikan melalui mekanisme reaksi water–gas shift (WGS).
Dalam mekanisme ini, besi (Fe) memiliki multi fungsi: (1) Mengkatalisis pembentukan struktur karbon sp² melalui reduksi Fe²⁺/Fe³⁺ menjadi Fe⁰; (2) Mengaktifkan hidrogenasi dan deoksigenasi yang memperbaiki keteraturan grafitik; dan (3) Mendorong pembentukan hidrokarbon dan biofuel pada suhu yang lebih rendah dari proses grafitisasi konvensional (>1000 °C). Kombinasi ini menghasilkan biochar berstruktur aromatik padat, biocrude oil kaya senyawa fenolik dan furanik, serta syngas dengan kandungan H₂ dan CH₄ tinggi yang berpotensi sebagai bahan bakar ramah lingkungan.
Hasil riset ini telah menghasilkan dua publikasi internasional di jurnal bergengsi Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (Elsevier):
- “Pyrolysis of pulp and paper mill sludge: Mechanistic effects of process conditions and feldspar catalysis on product formation and biochar carbon permanence” – diterbitkan pada 18 September 2025 (DOI: 10.1016/j.jaap.2025.107388).
- “Optimization of pyrolysis temperature and Fe-doped K-feldspar catalysis for enhancing sp²-carbon network and soil CO₂ capture of biochar” – diterbitkan pada 7 September 2025 (DOI: 10.1016/j.jaap.2025.107376).
Dari hasil eksperimen dan pemodelan kinetika, diperoleh temuan bahwa:
- Kondisi kering dan suhu rendah (≈400 °C) menghasilkan biochar hingga 48,9 wt% dengan stabilitas karbon geologis (masa hidup oksidatif hingga 5 juta tahun).
- Na-feldspar meningkatkan hasil biocrude hingga 45 %, sedangkan Fe-doped K-feldspar memperkaya biochar dengan struktur sp² yang optimal untuk penyerapan CO₂ hingga 108 mg g⁻¹.
- Produk samping berupa biocrude oil (29,1 %) dan gas (11,2 %) menunjukkan potensi integrasi sistem bioenergi sirkular.
- Proses kinetika adsorpsi CO₂ berubah secara bertahap dari chemisorption (PSO) pada suhu rendah menjadi physisorption (PFO) dan intraparticle diffusion pada suhu tinggi, menunjukkan evolusi struktural biochar secara bertahap menuju grafitik.
Penelitian ini berkontribusi langsung terhadap Sustainable Development Goals (SDGs) nomor 7 (Affordable and Clean Energy), 12 (Responsible Consumption and Production), dan 13 (Climate Action), dengan menawarkan pendekatan negative emission technology (NET) berbasis limbah industri. Dengan memanfaatkan 25 juta ton PPMS per tahun, proses ini berpotensi mengurangi hingga 40 juta ton emisi CO₂-ekuivalen setiap tahun, sekaligus menghasilkan produk bioenergi dan material fungsional untuk pertanian berkelanjutan.