Super Critical Fluida (CO2)

Super Critical Fluida (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 (T_c = 31,3^oC dan P_c = 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.