Rabu, 26 Oktober 2016

Review Jurnal

Journal of Cleaner Production

Life cycle assessment of bio-based sodium polyacrylate production from pulp mill side streams: case study of thermo-mechanical and sulfite pulp mills
By: Paul Gontia, Matty Janssen


Halooo Guys,, kali ini gue bakal ngereview jurnal tentang Cleaner Production dengan judul jurnal yang udah gue sebutin diatas. Biar gampang dalam mereview jurnal diatas, maka ada 5 tahapan yang mempermudah dalam hal ngerangkum jurnal. Berikut adalah 5 tahapannya:
1. Goal and Scope Definition
2. Life Cycle Inventory
3. Life Cycle Impact Analysis
4. Interpretation
5. Discussion and Conclusion
Nahh,, terusss ini hasil review jurnal gueee... :)


Sodium polyacrylate (Na-PA) adalah polimer penyerap super, yang pada umumnya digunakan dalam produk-produk kesehatan yang beragam. Polimer saat ini diproduksi dari bahan baku fosil dan produksinya menyebabkan dampak lingkungan yang merugikan. Produksi Na-PA dari gula hadir pabrik bubur di sisi sungai berpotensi dapat menjadi cara yang sukses untuk mencapai produksi yang lebih berkelanjutan. Untuk mengarahkan pengembangan proses biokimia baru untuk memproduksi Na-PA, penilaian siklus hidup dilakukan di mana Na-PA yang dihasilkan dari aliran termo-mekanik (TMP) dan pabrik bubur sulfit dibandingkan. Selain itu, perbandingan dibuat dengan Na-PA yang dihasilkan dari sumber daya fosil. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penentu utama dampak lingkungan dari berbasis bio produksi Na-PA adalah kandungan gula gratis di samping sungai. Dampak lingkungan terendah dicapai oleh setidaknya sisi sungai diencerkan. Lebih diencerkan sisi sungai membutuhkan jumlah yang lebih besar dari energi untuk konsentrasi, dan, jika aliran diencerkan tidak terkonsentrasi, proses seperti hidrolisis dan detoksifikasi, dan fermentasi adalah hotspot lingkungan. Selanjutnya, semakin tinggi hasil proses fermentasi, akan semakin rendah dampak lingkungan. Terakhir, produksi berbasis bio Na-PA menyebabkan potensi pemanasan global yang lebih rendah untuk beberapa sisi pabrik pulp sungai dipertimbangkan, tetapi semua dampak lain yang dianggap lebih tinggi, jika dibandingkan dengan berbasis fosil produksi Na-PA. Oleh karena itu, secara paralel dengan upaya untuk mengembangkan ragi-yield tinggi untuk proses fermentasi, pengembang teknologi harus fokus pada proses konsentrasi energi yang rendah untuk aliran sisi.

1.    Goal and Scope Definition
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis dampak lingkungan natrium poliacrylate yang diproduksi dalam konsep biorefinery pabrik pulp dan membandingkannya dengan mitranya yang dihasilkan dari bahan baku fosil. Lima sisi sungai yang berbeda dilepaskan dari dua pabrik pulp yang berbeda adalah sumber biomassa dipertimbangkan untuk produksi biopolimer. Sodium poli-acrylate dapat lebih diterapkan sebagai super-penyerap (SPA), di produk-produk kesehatan. Tujuan dari penelitian ini adalah:
·         Untuk menentukan hotspot lingkungan dari natrium produksi poli-acrylate berbasis bio untuk mendukung pengembangan teknologi untuk mengoptimalkan proses keseluruhan;
·         Untuk memahami manfaat lingkungan dan trade-off dari bio-proses baru jika dibandingkan dengan produksi saat menggunakan natrium poli-acrylate.
Hasil LCA dimaksudkan untuk digunakan oleh para peneliti akademik, pengembang teknologi dan pengambil keputusan dari yang terlibat dalam industri. LCA merupakan bagian dari proyek yang lebih besar di mana industri (SCA) dan akademisi (Chalmers University) bekerja sama untuk mencapai pengembangan teknologi yang diusulkan.
Meskipun polimer yang dibuat dari bahan baku yang berbeda (minyak fosil dan lignoselulosa) serta melalui dua proses yang berbeda (kilang fosil dan biorefinery) diasumsikan bahwa mereka memiliki fungsi yang sama dan kualitas (misalnya sifat kimia). Fungsi utama dari dua teknologi tersebut adalah untuk menghasilkan kualitas tinggi dari natrium poliacrylate dan untuk membandingkan polimer berbasis bio dari berbagai aliran sisi pabrik pulp dengan fosil berbasis polimer. Oleh karena itu, untuk memiliki unit fungsional yang sama untuk kedua proses adalah pilihan yang wajar. Selain unit fungsional, aliran referensi perlu dibangun. Aliran referensi merupakan jumlah produk yang digunakan untuk memenuhi fungsi dari sistem (yang digambarkan oleh unit fungsional). Oleh karena itu, aliran referensi yang dipilih untuk penelitian ini adalah 1 kg natrium poliacrylate.

2.      Life Cycle Inventory
Persediaan untuk produksi natrium poli-acrylate dilakukan secara terpisah untuk produksi berbasis fosil bio-based dan. operasi transportasi dan proses tambahan dibahas bila diperlukan dalam bio dan fosil berdasarkan persediaan poli-acrylate. Setiap proses disajikan secara detail termasuk deskripsi teknis, metode alokasi dan sumber dan jenis data yang digunakan. Sistem teknis berisi tiga kegiatan utama: produks insodium polyacrylate (Na-PA), proses tambahan dan transportasi. Produksi Na-PA dianalisis dari buaian sampai polimerisasi gerbang pabrik, yang meliputi kegiatan kehutanan, operasi pabrik pulp dan produksi polimer (Gbr. 1).

Proses Auxiliary adalah produksi energi dan bahan kimia, yang digunakan untuk polimer manufaktur. Proses transportasi tersebut dicatat untuk menyediakan bahan kimia dan bahan baku ke pabrik pulp di mana polimer tersebut dihasilkan.
Untuk produksi berbasis bio poliacrylate empat subsistem yang dipertimbangkan adalah: kegiatan kehutanan, TMP Pulp mill, sulfite pulp mill, dan proses polimerisasi.

2.1  Aktivitas Hutan
Kegiatan Kehutanan kayu bulat yang digunakan di pabrik-pabrik bubur kayu dipanen di Swedia yang mana beberapa kegiatan Kehutanan dianggap yang utama dalam proses produksi bibit Silvikultur operasi, kegiatan penebangan, pengangkutan sekunder dan pembantu proses seperti pupuk, pembawa energi, dan bahan tambahan (Liptow et al., 2013). Mengikuti kegiatan kehutanan, kayu bulat diangkut ke pabrik bubur mana fraksi kayu dipisahkan menjadi selulosa dan beberapa dihasilkan.

2.2    TMP pulp mill
kayu dengan kadar air 50% adalah bahan baku yang digunakan untuk produksi pulp atau bubur kayurox. Sekitar 7% kulit kayu dari kayu bulat yang dibakar dalam boiler untuk menghasilkan energi. Serpihan kayu yang diperoleh dari mesin chipping dikirim ke proses termomekanis pembuatan bubur kayu (TMP). Proses TMP energi intensif dan mengkonsumsi sebanyak 2,2 kWh kg 1 pulp. Sebagian besar energi (66%) digunakan dalam proses TMP dalam bentuk uap kualitas rendah yang selanjutnya dibersihkan dengan hasil 95% (Institute for Industrial Produktivitas, 2013). Dari proses TMP pulp (99% dari fraksi kayu kering) selanjutnya dikirim ke proses pencucian, dan aliran sisi TMP yang mengandung 1% dari fraksi kayu kering digunakan dalam produksi Na-PA. Karena sifat diencerkan nya, aliran sisi TMP terkonsentrasi sebelum proses hidrolisis dan detoksifikasi. Dua metode telah diuji: penguapan (TMP-E) dan ultra-filtrasi bersama-sama dengan evaporasi (TMP-UE)

2.3  Sulfite Pulp mill
Sulfite pulp mill serupa dengan TMP pulp mill, kayu log adalah kayu diturunkan pertama (kulit digunakan untuk produksi panas) dan kemudian dikirim ke mesin chipping. Log kayu yang digunakan adalah kayu cemara 40% dan 60% pinus dengan kadar 50%. Selanjutnya, serpihan kayu akan dikirim ke proses memasak dimana natrium hidroksida dan sulfite ditambahkan ke proses. Dari proses memasak, sisi 1 (SS1) yang berisi sekitar 10% dari fraksi kayu, Memasak kaldu tambahan untuk dicuci dan selulosa terpisah (sekitar 48% fraksi kayu). Hitam arak dari proses pencucian pulih dan dikirim ke proses penguapan. Dari proses ini, Bagian dari arak hitam (mengandung sekitar 14% dari total fraksi kayu) digunakan untuk produksi bioethanol. Sama aliran hitam arak, yang disini dinamakan aliran sisi 2 (SS2), digunakan untuk produksi Na-PA Sisi 4 (SS4) dengan kurang  dari 0,1% dari fraksi kayu, lignosulfonates (24% fraksi kayu), dan Lumpur (sekitar 4% fraksi kayu) juga Diperoleh dari proses penguapan. Setelah produksi etanol sebagian besar bahan baku yang tersedia digunakan dalam produksi etanol, sisi stream3 (SS3) dengan kandungan sekitar 5% dari total fraksi kayu adalah terlepas. Semua empat sisi stream/aliran yang terlepas akan digunakan untuk produksi asam acrylic

2.4  Polymer Production
Proses ini sama untuk segala aliran samping. Namun, prosedur konsentrasi dan detoksifikasi berbeda untuk aliran berbeda. TMP mill aliran samping terkonsentrasi 50 kali melalui penguapan (TMP-E) atau ultra-penyaringan dan penguapan (TMP-UE) Sekitar 33% gula hilang dari Sungai ketika ultrafiltrated. Selanjutnya, terkonsentrasi TMP aliran kimiawi terhidrolisis dengan asam sulfat. Selain itu, aliran sisi TMP-E detoxified dengan natrium dithionite untuk mengurangi kondisi penghambatan proses fermentasi. TMP-UE sisi stream tidak terdetokfikasi, karena tes laboratorium menunjukkan tidak ada perbaikan dalam fermentasi. Semua sulfite pulp mill di sisi aliran kimiawi terhidrolisis dengan menambahkan 2,5% asam sulfat ke medium. Akhirnya, untuk mengurangi jumlah inhibitor selama fermentasi sulfite pulp mill sisi aliran didetoksifikasi dengan natrium hidroksida. Asam akrilik sangat terkonsentrasi mengalami polimerisasi untuk menghasilkan Na-PA Proses polimerisasi adalah  solusi yang dianggap baik karena itu adalah proses yang paling umum digunakan dalam industri saat ini.

3.    Life Cycle Impact Analysis
Tujuan dari penilaian dampak lingkungan adalah untuk membuat hasil inventarisasi yang lebih relevan untuk pengambilan keputusan dengan menghubungkan dampak terhadap lingkungan dan atau kesehatan manusia. Di sini, penilaian dampak siklus hidup dilakukan dengan menggunakan metode karakterisasi CML (Guinée, 2002). Berikut adalah kategori dampak yang diteliti dalam penelitian ini:
- Pemanasan potensi global (GWP)
Penggunaan biomassa bukan minyak bumi sebagai bahan baku untuk produksi polimer dapat mengurangi pemanasan global. Namun, sampai sejauh mana tergantung pada beberapa faktor, seperti batas-batas geografis penelitian, teknologi yang digunakan, jenis bahan baku, dll Oleh karena itu, sangat relevan untuk mempertimbangkan dampak ini. Fakta ini memiliki konsekuensi yang merugikan lebih lanjut tentang iklim global.
- Eutrofikasi potensial (EP)
Penggunaan pupuk merupakan penyebab utama peningkatan eutrofikasi tanah dan air. Ketidakseimbangan siklus nitrogen dan fosfor biogeokimia dalam proses fermentasi memiliki konsekuensi lebih lanjut tentang perubahan iklim dan kesehatan manusia.
- Potensi Pengasaman (AP)
Mirip dengan potensi eutrofikasi nutrisi yang digunakan dalam proses fermentasi dan produksi energi memiliki dampak langsung pada keasaman air dan tanah. Pelepasan SO2 dan NH3 karena pembakaran tidak sempurna biomassa dan bahan bakar fosil akan berdampak pada keasaman air dan tanah Mereka memiliki efek lebih lanjut pada kesehatan manusia dan ekosistem.
- Penciptaan ozon potensial Fotokimia (POCP)
ozon dibuat di hadapan NOx dan sinar matahari. Hal ini terbentuk di troposfer karena pembakaran tidak sempurna dari bahan bakar fosil dan biomassa dan juga dari penggunaan nutrisi. Potensi meningkat ketika ada zat organik lainnya di atmosfer yang lebih rendah (misalnya berbagai hidrokarbon). Hal ini mempengaruhi kesehatan manusia dan kerusakan vegetasi.
Energi terbarukan dan tidak terbarukan digunakan (REU dan NREU) selama produksi Na-PA. Namun demikian, penting untuk menggarisbawahi bahwa luas lahan yang dibutuhkan akan jauh lebih tinggi untuk polimer berbasis bio daripada untuk yang berbasis fosil. Sebuah model dasar dibangun, dan asumsi utama yang dipertimbangkan dalam model ini adalah
1) bahwa 90% dari maksimum teoritis Hasil dari jalur metabolik b-alanin (86%) dicapai
2) bahwa semua panas tambahan yang diperlukan dalam proses itu diproduksi dari kayu yang dimodelkan menggunakan panas sebesar 6400 kWth,

4.      Interpretation 
Data emisi untuk kegiatan kehutanan dikumpulkan untuk 1m kubik s.u.b. (Kayu solid di bawah kulit kayu). Data operasi dari pulp mill (hasil, bahan kimia dan energi) dikumpulkan dari mitra industri yang terlibat dalam proyek melalui komunikasi pribadi. Data untuk konsentrasi TMP pulp mill side streams dikumpulkan dari percobaan laboratorium (komunikasi pribadi, Chalmers University of Technology, Maret 2014). Untuk proses hidrolisis, detoksifikasi dan fermentasi (nutrisi saja), sebagian besar data berasal dari percobaan laboratorium (komunikasi pribadi, Chalmers University of Technology). Produksi Na-PA berbasis bio diasumsikan untuk terletak di pabrik pulp dan oleh karena itu campuran energi untuk Swedia (SE) dipekerjakan. Proses polimerisasi yang digunakan untuk kedua jenis Na-PA diasumsikan sama. Satu-satunya perbedaan adalah campuran energi yang diterapkan karena lokasi yang berbeda dari tanaman (NL dan SE). Proses dari database ecoinvent juga digunakan untuk model produksi dan transportasi bahan kimia yang dibutuhkan dalam proses produksi asam akrilik berbasis bio, dan untuk proses tambahan (listrik dan panas produksi dan penggunaan).

5.    Discussion and Conclusion
Hasil untuk baseline ditunjukkan pada Gambar. 3 dan 4 untuk semua empat kategori dampak lingkungan (GWP, AP, EP, POCP), dan REU dan NREU, masing-masing. Setiap bar chart menunjukkan hasil untuk Na-PA berbasis bio yang dihasilkan dari side stream yang terletak di dua pulp mill. Pada pandangan pertama, hasil menunjukkan bahwa Na-PA yang dihasilkan dari 4 sisi aliran (TMP-E, TMP-UE, SS1 dan SS2) memiliki GWP lebih rendah dari berbasis fosil Na-PA. Namun, Na-PA yang berbasis fosil menunjukkan dampak lingkungan yang lebih rendah untuk kategori dampak lingkungan lain yang dianggap (EP, AP, dan POCP). Selain itu, dampak dari emisi karbon biogenik tidak dimasukkan dalam analisis, dan emisi ini dapat meningkatkan GWP. Hal ini cukup beralasan bahwa karena tingkat pertumbuhan yang lambat dari pohon di hutan polimer biobased harus diterapkan dalam produk dengan rentang hidup lebih lama untuk meminimalkan dampak emisi karbon biogenik. Na-PA yang dihasilkan dari tiga aliran sisi (TMP-UE, SS1 dan SS2) memiliki NREU lebih rendah dari berbasis fosil-na-PA, dan Na-PA yang dihasilkan dari semua aliran sisi memiliki REU jauh lebih tinggi daripada rekan berbasis fosil mereka.

Hasil untuk REU dan NREU menunjukkan tren yang sama seperti dalam kasus kategori dampak dan dapat disimpulkan bahwa menggabungkan ultra-filtrasi dan evaporasi adalah metode yang lebih baik untuk berkonsentrasi aliran sisi TMP. Namun, keuntungan lingkungan menggunakan ultra-filtrasi sebagai proses konsentrasi berkurang karena hilangnya gula difermentasi oleh 33% dari aliran. Hilangnya gula mempengaruhi kinerja lingkungan TMP-UE karena peningkatan kayu yang dibutuhkan untuk menghasilkan 1 kg Na-PA. Namun demikian, kehilangan gula tidak cukup tinggi untuk menyebabkan peningkatan dampak yang akan melebihi dampak yang terkait dengan proses penguapan dalam kasus TMP-E Na-PA. Proses konsentrasi adalah hotspot lingkungan utama karena penggunaan energi yang signifikan. Namun ada satu pengecualian, GWP dari TMP-UE Na-PA, dalam hal ini hotspot lingkungan adalah proses fermentasi (37%) diikuti oleh proses polimerisasi (32%). Hal ini disebabkan meningkatnya penggunaan nutrisi dan bahan kimia yang diperlukan untuk mengatasi kehilangan gula difermentasi (33%).
Proses TMP adalah energi yang intensif dan memberikan kontribusi signifikan terhadap hasil NREU. Namun, hanya 1% dari total listrik yang digunakan dalam proses ini dialokasikan ke aliran sisi TMP.
-        Sulfit pulp mill
Pada pabrik pulp sulfit, aliran sisi tidak terkonsentrasi sebelum proses fermentasi. Na-PA yang dihasilkan dari sisi sungai dengan konsentrasi yang relatif tinggi gula difermentasi memiliki dampak lingkungan yang rendah dari Na-PA yang dihasilkan dari SS3. Dampak lingkungan dari SS4 Na-PA adalah dua kali lipat lebih tinggi dari Na-PA yang dihasilkan dari aliran sisi lain dan dengan berbasis fosil. Hasil untuk semua kategori lain dampak (AP, EP, POCP), dan REU dan NREU, mengikuti pola yang sama. Dalam kasus GWP, dua titik api ini berkontribusi 30% dan 41% terhadap dampak polimer SS1, 25% dan 36% terhadap dampak polimer SS2, 37% dan 49% untuk dampak dari polimer SS3, dan 41% dan 54% terhadap dampak polimer SS4, masing-masing. Kontribusi proses ini adalah dalam kisaran yang sama untuk semua kategori dampak lainnya (dari 20% menjadi 58%). Produksi asam sulfat (digunakan dalam proses hidrolisis), natrium hidroksida (digunakan untuk detoksifikasi) dan amonium sulfat (digunakan sebagai nutrisi dalam proses fermentasi) yang menyebabkan emisi karbon dioksida, sulfur dioksida, fosfat, dan nitrogen oksida, berkontribusi untuk semua kategori dampak yang dipertimbangkan.
-        Proses polimerisasi
Kontribusinya terhadap GWP dari TMP-E, TMP-UE, SS1, dan SS2 Na-PA adalah 17%, 32%, 22% dan 29%, masing-masing. Kontribusi yang tinggi terhadap GWP dan NREU terutama terkait dengan penggunaan natrium hidroksida dan campuran energi yang digunakan dalam proses. Perlu dicatat bahwa ketika produksi polimer berbasis bio menjadi layak di skala industri.
-       Analisis sensitivitas
Dalam kasus dasar, TMP-E dan SS1 Na-PA juga memiliki hasil lebih rendah dari GWP. Hasil ini menunjukkan pentingnya memperoleh hasil yang tinggi di fermentasi. Hasil minimum yang dapat diterima dari proses fermentasi, yaitu, hasil fermentasi di mana bio-berbasis Na-PA memiliki GWP lebih rendah bila dibandingkan dengan berbasis fosil Na-PA. Jalur metabolik yang digunakan dalam analisis ini dikembangkan dan diuji untuk memproses gula C6 saja. Hal ini penting untuk menggarisbawahi bahwa ada potensi untuk juga menggunakan C5 difermentasi gula. Sejauh mana gula C5 akan berkontribusi untuk menurunkan dampak lingkungan sulit untuk menilai pada saat ini karena tidak ada jalur metabolik seperti dan hasil yang dapat ditemukan dalam literatur.

-       Penggunaan energi fosil
Di garis dasar diasumsikan bahwa semua energi proses yang dibutuhkan dihasilkan oleh pembakaran biomassa. Namun, ketersediaan biomassa ini mungkin terbatas. Oleh karena itu, beberapa kasus dieksplorasi di mana energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan 1 kg polimer berbasis bio dihasilkan sebagian dari bahan bakar fosil. Dalam kasus SS2 Na-PA, 43% dari panas yang dibutuhkan dalam proses dapat dihasilkan dari sumber daya fosil tanpa menyebabkan GWP lebih tinggi dari Na-PA berbasis fosil (Tabel 3). Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa Na-PA diproduksi di pabrik TMP lebih sensitif terhadap perubahan jenis sumber energi yang digunakan.

-          Proses konsentrasi
SS3 dan SS4 Na-PA memiliki dampak lingkungan tertinggi di garis dasar karena sifat yang sangat cair. Oleh karena itu, untuk menilai sejauh mana penerapan proses konsentrasi ke sungai-sungai ini akan menghasilkan dampak lingkungan yang lebih rendah, mereka terkonsentrasi sebelum proses fermentasi, mirip dengan TMP-E dan TMP-UE Na-PA, menggunakan penguapan, dan penguapan dan ultra-filtrasi. Selain itu, penting untuk menggarisbawahi bahwa, dalam hal ini, SS3 Na-PA menunjukkan hasil yang lebih baik secara keseluruhan daripada alternatif berbasis fosil sedangkan SS4 Na-PA masih memiliki GWP lebih tinggi. Untuk SS4 Na-PA, proses konsentrasi melalui penguapan dan ultra-filtrasi menunjukkan peningkatan yang lebih besar dalam GWP (21 kali) dibandingkan dengan hasil. Sebaliknya, para GWP dari SS3 Na-PA menurun 2,9 kali dibandingkan dengan hasil dasar untuk GWP.


6.      Conclution
Dalam penelitian ini  LCA dilakukan dari proses berbasis bio baru untuk produksi natrium polyacrylate (Na-PA) dari gula hadir di sisi aliran pulp mill. Polimer yang dihasilkan dari lima aliran sisi yang berbeda dirilis di dua pabrik pulp yang berbeda (pabrik termo-mekanis dan pulp sulfit) di Swedia. Dampak lingkungan dari produksi berbasis bio Na-PA dibandingkan dengan berbasis fosil Na-PA, dan hotspot lingkungan dari produksi mereka diidentifikasi. Penentu utama dampak lingkungan dari produksi biobased Na-PA adalah konsentrasi gula yang difermentasi di sisi aliran. Sisi aliran dengan konsentrasi tertinggi gula menunjukkan hasil terbaik saat dibandingkan dengan bahan berbasis fosil yang terkonsentrasi untuk meningkatkan kadar gula mereka, proses konsentrasi diidentifikasi sebagai hotspot lingkungan dalam proses. Menerapkan proses konsentrasi ke sisi aliran sebelum proses fermentasi dapat menurunkan dampak lingkungan secara signifikan. Menggabungkan ultrafiltrasi dan penguapan untuk berkonsentrasi aliran sisi mengakibatkan dampak lingkungan terendah karena penggunaan energi yang lebih rendah. Produksi sodium polyacrylate berdasarkan side stream pulp mill tidak selalu menyebabkan kinerja lingkungan yang lebih baik jika dibandingkan dengan bahan berbasis fosil. Dalam mengembangkan lebih lanjut proses berbasis bio, upaya untuk mengembangkan ragi-yield tinggi untuk proses fermentasi harus dilengkapi dengan pertimbangan proses energi yang rendah untuk berkonsentrasi pulp mill side stream.



Tidak ada komentar:

Posting Komentar