FLUIDA
SUPERKRITIS CO2
1. Gambaran
diagram fasa CO2 (absis, ordinat, bagian-bagian fasa, triple point, dan
critical point)
a. Titik
Tripel
Pada
titik ini semua fasa berada dalam kesetimbangan temperatur dan tekanan tetap,
maksudnya disini adalah titik pertemuan dimana titik potong dari garis-garis
kesetimbangan antara tiga fase benda berbeda, biasanya padat, cair, dan gas.
Titik tripel untuk air ada pada temperatur 0,01C dan tekanan 4,58mmHg. Titik
tripel untuk air , 276.16K digunakan dalam penentuan temperatur skala kelvin.
b. Titik
Kritik
Titik
kritik adalah titik dimana bagian ujung kurva tekanan dari uap air, ini
menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan
gas menjadi tidak dapat dibedakan. Yang dikenal sebagai fluida superkritis.
Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi).
c. Absis
temperatur kritik, Tc
Absis
pada diagram fasa CO2 menunjukkan temperatur pada titik kritik.
d. Ordinat
tekanan kritik, Pc
Ordinat
pada diagram fasa CO2 menunjukkan tekanan pada titik kritik.
2. Kegunaan
super critical fluida dan pelarut yang dipakai.
Zat
ini banyak digunakan terutama dalam salah satu proses pemisahan yaitu
ekstraksi. CO2 superkritik (scCO2) bersifat selektif pada proses
pemisahan, bersifat ramah lingkungan dan tidak berbahaya bagi kesehatan
manusia. Saat ini, banyak kali penggunaan pelarut dalam industri sangat
dibatasi akibat sifatnya yang cenderung toksik, sehingga, munculnya CO2 superkritik
seolah-olah menjadi jalan keluar bagi masalah ini. Selain ramah bagi lingkungan
dan tidak bersifat toksik, CO2 juga tidak mudah terbakar sehingga lebih
aman digunakan. Kelebihan lain dari CO2 adalah titik kritiknya yang
relatif rendah (Tc = 31,3oC dan Pc = 72,9 atm) dibandingkan dengan
zat lain seperti air.
Ekstraksi
dengan scCO2 dapat dilakukan baik secara batch ataupun kontinyu.
scCO2 sebagai pelarut dikontakkan dengan material yang diinginkan. Pelarut
scCO2 “menarik” material tersebut hingga larut dan terpisah dari pelarut
awalnya. Campuran ini kemudian diekspansi sampai kondisi atmosfer sehingga
material yang diinginkan terpisah dari CO2 dan CO2 dapat digunakan
kembali sebagai pelarut. Prinsip ini berlaku baik pada saat ekstraksi batch ataupun
kontinyu.
Hingga
saat ini, aplikasi ekstraksi dengan menggunakan scCO2 sudah merambah dari
mulai di industri makanan sampai di indsutri farmasi. Contoh aplikasinya antara
lain, ekstraksi kafein, ekstraksi dan fraksionasi minyak dan lemak
makanan, hingga pemisahan tokoferol dan antioksidan lainnya.
Aplikasi
fluida superkritik bukan hanya dalam proses pemisahan, namun masih banyak
aplikasi lain seperti katalis, produksi material plastik, hingga sebagai fluida
pembersih.
Saat
ini, kebanyakan biji kopi terdekafeinasi (tanpa kafein) diproduksi dengan
bantuan karbon dioksida superkritis. Selain itu, karbon dioksida superkritis
juga dipakai untuk keperluan-keperluan lain, seperti ekstraksi bahan-bahan alam
seperti bahan obat dari tumbuhan, untuk mengolah limbah-limbah, ekstraksi bahan
makanan, dan lain sebagainya.
3. Fungsi
Super Critical Fluida sebagai pelarut
Fluida
superkritis dapat berdifusi dalam padatan layaknya perilaku gas atau dapat
melarutkan zat lain sebagaimana tingkah laku zat cair. Selama ini yang cukup
populer digunakan dalam industri ekstraksi senyawa bahan alam adalah fluida
superkritis CO2 (karbon dioksida). Karbon dioksida sebagai fluida
superkritis mampu melarutkan senyawa berbagai polaritas, yaitu non polar dan
beberapa polar (misalnya methanol, aseton) seperti pelarut fluorokarbon.
Dibidang
isolasi dan pengolahan bahan alam, CO2 superkritis dimanfaatkan sebagai
pelarut dalam proses ekstraksi maupun de-ekstraksi senyawa-senyawa aktif dari
tumbuhan untuk pengobatan, atau senyawa-senyawa penting untuk industri makanan,
misalnya ekstraksi minyak atsiri lemon, jahe, beta-carotene dari
tumbuh-tumbuhan atau de-ekstraksi kafein pada kopi untuk mendapatkan kopi yang
bebas kafein.
4. Produk
manufaktur ekstrak minyak sawit merah yang kaya akan beta karoten. melalui
proses ekstraksi super kritikal fluida.
Sifat
beta karoten yang sensitif terhadap panas dan cahaya, merupakan alasan perlunya
mempelajari suatu teknik ekstraksi pada daerah superkritis suatu pelarut untuk
mengekstrak minyak sawit merah yang kaya akan beta karoten. Penelitian ini
bertujuan mempelajari teknik ekstraksi dengan fluida superkritis untuk
meningkatkan rendemen ataupun mutu minyak sawit kaya beta karoten. Buah sawit
daerah superkritikalnya dengan tekanan 3500-4500 psi pada suhu 35-45 derajat C
selama 4 jam. Pada tekanan 4500 psi, suhu 40 derajat C berhasil mengekstrak
minyak sawit dengan rasio terbesar antara rendemen dan konsumsi karbon
dioksida. Perlakuan tekanan 4500 psi pada suhu 40 derajat C dihasilkan dari
percobaan ekstraksi selama 4-7 jam. Tekanan 4500 psi pada suhu 40 derajat C
selama 5 jam berhasil mengekstrak minyak sawit merah dengan kadar beta karoten
tertinggi (efektivitas ekstraksi 69,26 persen, beta karoten terselamatkan
sebanyak 91,52 persen). Pada kondisi ini kadar asam lemak berbahaya terpekatkan
2,3 kali, dan mengandung air sebanyak 1,29 persen.
5. Produksi
Aerogel.
Aerogel
dibuat dengan mengeringkan sebuah gel yang terdiri dari silika koloid dalam
sebuah lingkungan yang ekstrem. Ilmuwan mulai dengan alkohol cair seperti ethanol dan
mencampurnya dengan sebuah prekursor silikon alkoksida untuk membentuk sebuah
gel silikon dioksida (gel
silika). Kemudian, melalui sebuah proses yang
disebut pengeringan
superkritikal, alkohol disingkirkan dari gel.
Biasanya hal ini dilakukan dengan cara menukar etanol dengan karbon
dioksida cair dan kemudian membuat karbon dioksida berada di
atas titik kritis. Hasil
akhir menghilangkan seluruh cairan dari gel dan menggantikannya dengan gas,
tanpa membuat struktur gel rusak atau berkurang volumenya.
Produksi
komersial dari selimut aerogel dimulai sekitar tahun 2000. Selimut ini adalah
sebuah komposit silica aerogel dan penguatan menggunakan fiber yang mengubah
aerogel yang mudah pecah menjadi sebuah bahan yang "durabel" dan
fleksibel. Sifat mekanika dan termal dari produk ini bervariasi sesuai dengan
pilihan fiber penguatnya, matriks aerogel, dan aditif opasifikasi yang
digunakan dalam komposit.
6. Sterilisasi
Materi Biomedical.
Pada
bidang-bidang biomedis, proses – proses pembuatan modifikasi dari polymer -
polymer sudah mulai bergeser dari penggunaan pelarut organik ke penggunaan
superkritis CO2. Pemanfaatan pada bidang ini didasarkan pada sifat superkritis
CO2 yang memiliki karakteristik gas. Dalam biomedis, diperlukan
material berpori yang dapat menjadi media tumbuh dari sel dalam tubuh manusia.
Dengan kemampuan difusi/penetrasi seperti gas, superkritis CO2 dapat
dengan mudah masuk ke dalam bahan polimer sehingga terbentuk pori-pori. Dengan
karakteristik seperti gas tersebut, superkritis CO2 dapat dengan
mudah keluar dari material biomedis sehingga produk -produk biomedis tidak
mengandung sisa pelarut seperti yang seringkali terjadi pada penggunaan pelarut
organik.
Penelitian
terbaru membuktikan Super Critical Fluida (CO2) adalah alternative yang efektif
untuk sterilisasi terminal bahan biologis dan alat kesehatan dengan kombinasi
dari PAA aditif (asam parasetat). Super Critical Fluida (CO2) hanya tidak
mensterilkan media, karena tidak membunuh spora mikroorganisme . Selain itu,
proses ini lembut, seperti morfologi, ultrastruktur, dan profil protein mikroba
yang dilemahkan dipertahankan.
