Abstrak
Pirolisis telah menjadi subjek penelitian ilmiah yang ekstensif karena potensi penerapannya pada berbagai aliran limbah dan produk sampingan dari berbagai sistem produksi. Salah satu produk utamanya adalah fraksi cair yang dikenal sebagai bio-oil – bahan kompleks yang terdiri dari berbagai macam molekul organik dan kandungan air yang signifikan. Bio-oil memiliki potensi yang kuat untuk digunakan dalam produksi biosolvent, biofuel, dan bahan kimia khusus. Namun, pemisahan komponen-komponennya tetap menjadi tantangan utama dalam penerapannya dalam proses industri. Mengingat konteks ini, artikel ini memberikan tinjauan kritis terhadap rute teknologi yang digunakan untuk peningkatan bio-oil. Analisis metode teknologi mencakup jenis bahan baku, parameter proses pirolisis, teknik pemisahan yang diterapkan pada bio-oil, dan pendekatan yang muncul untuk pemurniannya. Hasilnya menunjukkan bahwa fraksi bio-oil yang sangat murni bukanlah hasil umum dalam literatur yang dianalisis. Sebaliknya, fraksi yang ditingkatkan cenderung mencerminkan konsentrasi komponen tertentu atau pemisahan kelompok kimia tertentu. Di antara aplikasi yang ditinjau, studi yang difokuskan pada pemurnian bio-oil untuk tujuan energi menunjukkan kemajuan teknologi yang lebih besar daripada yang bertujuan untuk menghasilkan input kimia lainnya. Salah satu kemungkinan alasan untuk tren ini adalah bahwa produksi biofuel memungkinkan tercapainya sifat fisikokimia yang diinginkan tanpa perlu mereplikasi komposisi kimia bahan bakar fosil secara persis.

Perkenalan
Dunia tengah menghadapi tantangan yang signifikan, termasuk perubahan iklim, hilangnya keanekaragaman hayati, polusi, degradasi tanah, dan menipisnya sumber daya alam. Isu-isu ini memerlukan tindakan mendesak untuk mendorong keberlanjutan. Contoh menonjol dari inisiatif tersebut adalah tindakan Perserikatan Bangsa-Bangsa (PBB) dalam menetapkan Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs), yang merupakan bagian dari ‘Agenda 2030’. Kerangka kerja ini menguraikan 17 tujuan dan 169 target untuk masa depan yang berkelanjutan. 1 Di antaranya, SDG 7 (energi yang terjangkau dan bersih), SDG 8 (pekerjaan layak dan pertumbuhan ekonomi), SDG 9 (industri, inovasi, dan infrastruktur), dan SDG 12 (konsumsi dan produksi yang bertanggung jawab) memainkan peran penting dalam mendorong proyek penelitian yang bertujuan untuk mengembangkan proses dan produk yang lebih berkelanjutan. 1

Pandey dan Sharma 2 telah menyoroti pentingnya biomassa lignoselulosa untuk memproduksi berbagai biokimia dan biofuel dalam kerangka ekonomi sirkular. Dalam upaya mencari sumber material terbarukan, pirolisis telah muncul sebagai proses yang menjanjikan dalam penelitian ilmiah. Penelitian telah mengeksplorasi pirolisis campuran biomassa dengan bahan limbah berbasis fosil, optimalisasi parameter proses, dan penggunaan katalis. 3 , 4

Pirolisis memungkinkan depolymerisasi bahan organik pada suhu tinggi dalam lingkungan bebas oksigen atau rendah oksigen, mencegah oksidasi dan menghasilkan fraksi gas, cair, dan padat sebagai produk. Proses ini telah mendapatkan perhatian di lembaga penelitian karena potensinya untuk pengolahan limbah dan kemampuannya untuk menghasilkan bahan baru melalui peningkatan bio-oil atau biochar. Pirolisis diklasifikasikan menjadi pirolisis lambat, cepat, atau kilat, tergantung pada parameter operasional. 5 Pirolisis lambat, juga disebut pirolisis konvensional, berfokus terutama pada produksi arang dan dilakukan pada laju pemanasan di bawah 1 °Cs −1 . 6 Evolusi sistem ini, bersamaan dengan meningkatnya minat pada produk cair (bio-oil), telah mengarah pada konsep pirolisis cepat. Proses ini beroperasi pada laju pemanasan 10 hingga 200 °Cs −1 , 6 pada sekitar 500 °C, dengan waktu tinggal singkat, menghasilkan bio-oil sebagai produk utama. 7 Pirolisis kilat menggunakan laju pemanasan melebihi 1000 °Cs −1 , dan waktu tinggal yang sangat singkat, sehingga menghasilkan rendemen bio-oil sekitar 70%. 8

Minat terhadap bio-oil sebagai biofuel atau sumber bahan baku kimia telah meningkat. Namun, beberapa tantangan teknologi harus diatasi untuk menjadikan pirolisis sebagai rute termokimia yang layak secara teknis dan ekonomis untuk produksi biofuel dan kimia. Dibandingkan dengan bahan bakar fosil konvensional, biofuel menawarkan alternatif yang terbarukan dan berkelanjutan karena berasal dari bahan organik yang dapat diisi ulang secara alami. Hoang dkk . menekankan bahwa salah satu tantangan utama adalah variabilitas bahan baku biomassa, yang mungkin mengandung unsur anorganik seperti logam alkali dan alkali tanah, yang memengaruhi reaksi katalitik selama pirolisis. 9 Bio-oil juga merupakan campuran kompleks senyawa organik dengan kandungan air yang signifikan. 10

Studi tentang produksi biofuel dari bio-oil juga menyoroti tantangan utama yang harus diatasi. 11 Karena kandungan oksigennya yang tinggi, bio-oil memiliki nilai kalor sekitar setengah dari bahan bakar minyak yang berasal dari minyak bumi dan menunjukkan ketidakstabilan selama penyimpanan dan transportasi. 9 , 11 Biofuel juga dianggap netral karbon, karena mempertahankan fluks CO 2 yang seimbang , dengan pelepasan CO 2 selama pembakaran diimbangi oleh penyerapannya selama pertumbuhan biomassa. 12

Mengingat kompleksitas komposisi bio-oil, beberapa upaya penelitian telah difokuskan pada pengembangan rute teknologi untuk mengurangi heterogenitas kimianya. Hal ini menyoroti tantangan dalam meningkatkan bio-oil. Dalam hal ini, penelitian bertujuan untuk mendapatkan produk tertentu, memisahkan fraksi dengan sifat yang serupa, atau menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan. Berbagai pendekatan telah dieksplorasi, termasuk pra-perlakuan bahan baku, modifikasi parameter proses pirolisis, dan penerapan teknik pemisahan seperti kondensasi, distilasi , ekstraksi cair-cair, ekstraksi padat-cair, dan rute modifikasi kimia.

Artikel ini memberikan tinjauan kritis terhadap literatur terkini tentang rute teknologi untuk peningkatan mutu bio-oil, dengan fokus khusus pada evaluasi teknik pemisahan utama yang diterapkan dalam pemurniannya. Analisis ini tidak hanya mempertimbangkan teknik yang diterapkan pada bio-oil tetapi juga karakteristik material yang dipirolisis dan strategi operasional yang digunakan dalam pirolisis cepat setiap kali variabel ini terkait dengan peningkatan mutu bio-oil.

Metodologi
Tinjauan kritis ini mengumpulkan dan menganalisis data terkini tentang peningkatan bio-oil. Pencarian terarah untuk topik-topik tertentu juga dilakukan untuk mengontekstualisasikan dan mendukung informasi, yang memungkinkan analisis lebih mendalam tentang teknik dan strategi yang digunakan dalam studi terkini. Basis data Web of Science digunakan untuk mengambil studi terkini. Strategi pencarian menerapkan kombinasi kata kunci dan operator Boolean: ‘ fast pyrolysis ‘ AND ‘ oil ‘ AND (‘ separation ‘ OR ‘ refined ‘), yang mencakup periode dari 2019 hingga 2024. Basis data ini dipilih karena kredibilitasnya dan kualitas data bibliometriknya yang tinggi. Platform ini dikenal karena pemilihan sumbernya yang ketat, yang memastikan keandalan informasi yang tersedia.

Selama evaluasi artikel, klasifikasi berbasis relevansi dilakukan, dan hanya studi ilmiah yang terkait langsung dengan subjek karya ini – rute teknologi untuk peningkatan bio-oil dari pirolisis cepat – yang dipilih. Artikel yang dipilih dianalisis untuk menentukan rute teknologi mana yang dieksplorasi untuk peningkatan bio-oil dan jenis bahan baku apa yang digunakan dalam proses pirolisis. Setelah mengklasifikasikan studi berdasarkan rute teknologi yang diterapkan, hasil setiap studi dinilai dalam hal peningkatan bio-oil.

Hasil
Artikel-artikel yang dipilih dievaluasi berdasarkan teknik-teknik yang digunakan untuk peningkatan mutu bio-oil. Beberapa penelitian menggunakan lebih dari satu strategi teknis untuk meningkatkan mutu bio-oil, sehingga mereka diklasifikasikan untuk mengidentifikasi metode-metode utama yang dieksplorasi dalam setiap penelitian ilmiah, yang memungkinkan hingga tiga pendekatan berbeda untuk disoroti per publikasi.

Klasifikasi metode teknologi meliputi: jenis bahan baku, parameter proses pirolisis, modifikasi kimia, dan teknik pemisahan yang diterapkan pada bio-oil. Teknik pemisahan utama yang diidentifikasi meliputi kondensasi, distilasi, ekstraksi cair-cair, ekstraksi padat-cair, dekantasi, penyesuaian pH, dan penuaan yang dipercepat.

Klasifikasi teknik peningkatan bio-oil ini menjadi dasar analisis strategi utama yang digunakan. Berdasarkan kategorisasi ini, diagram batang dibuat untuk menggambarkan frekuensi penerapan teknik yang paling umum, baik sebagai metode utama maupun sebagai pendekatan pelengkap (Gbr. 1 ).

Gambar 1
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Frekuensi teknik yang diterapkan untuk peningkatan bio-oil.
Klasifikasi yang disajikan dalam Gambar 1 menyoroti teknik-teknik utama yang dibahas dalam studi-studi ilmiah yang dikaji. Dari gambar ini terlihat jelas bahwa strategi yang paling sering digunakan untuk peningkatan mutu bio-oil adalah teknik-teknik berbasis pemisahan, khususnya ekstraksi pelarut dan kondensasi. Akan tetapi, perhatian yang cukup besar juga telah diberikan pada optimalisasi kondisi pirolisis untuk menghasilkan bio-oil berkualitas lebih tinggi. Investigasi ini mencakup variasi dalam parameter pirolisis dan karakteristik bahan baku, seperti pencampuran biomassa, evaluasi berbagai bahan baku, dan praperlakuan biomassa.

Klasifikasi artikel ilmiah berdasarkan metode utama yang digunakan untuk peningkatan bio-oil (Gbr. 1 ) memungkinkan untuk mengidentifikasi teknik pemisahan yang paling sering diterapkan: kondensasi, distilasi, ekstraksi cair-cair, dan ekstraksi padat-cair. Teknik-teknik ini akan dibahas dalam bagian berikut, didukung oleh data yang diekstraksi dari literatur. Aspek yang terkait dengan parameter operasional proses pirolisis cepat, pemilihan bahan baku, dan teknologi yang muncul – seperti modifikasi kimia, ekstraksi fluida superkritis, dan teknologi plasma – juga akan dibahas. Tujuannya adalah untuk memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang rute teknologi yang tersedia untuk peningkatan bio-oil.

Teknik pemisahan bio-oil
Kondensasi
Kondensasi adalah proses di mana suatu zat bertransisi dari fase gas ke fase cair. Dalam konteks peningkatan bio-oil, proses ini diterapkan sebagai teknik pemisahan untuk memisahkan senyawa dengan titik didih yang berbeda. Analisis dari studi yang dipilih mengungkapkan bahwa kondensasi adalah salah satu metode yang paling umum digunakan untuk memisahkan fraksi-fraksi bio-oil, kemungkinan karena relatif sederhana dan efektif. Proses ini dapat diintegrasikan ke dalam pengaturan pirolisis dengan mudah, karena senyawa yang menguap keluar dari reaktor pada suhu tinggi, sehingga memungkinkan sistem kondensasi bertahap berdasarkan penurunan suhu secara bertahap.

Kondensasi fraksional yang diterapkan pada pemulihan bio-oil dari pirolisis biomassa melibatkan pendinginan uap yang dihasilkan selama proses, yang memungkinkan kondensasi menjadi fraksi cair dengan sifat fisik dan kimia yang berbeda. Efisiensi pemisahan ini bergantung pada beberapa faktor: kontrol suhu, karena senyawa mengembun pada suhu tertentu; kondisi tekanan, yang memengaruhi titik didih, dan media pendingin, yang harus memastikan gradien suhu yang memadai. 20 Komposisi uap juga penting, karena keberadaan senyawa volatil yang berbeda dapat memengaruhi perilaku kondensasi, yang memengaruhi hasil dan kemurnian fraksi yang dihasilkan. 21 Lebih jauh, desain sistem kondensasi – seperti jumlah tahap dan fungsi spesifiknya – secara langsung memengaruhi kinerja keseluruhan. 22 Mengoptimalkan faktor-faktor ini memungkinkan pemisahan dan pemulihan fraksi bio-oil yang berharga dengan lebih baik. 20

Untuk lebih memahami bagaimana kondensasi telah digunakan secara strategis untuk meningkatkan bio-oil, tabel ringkasan dikembangkan yang menyajikan aspek-aspek utama dari studi yang dipilih: bahan baku, kondisi pirolisis, suhu kondensasi, hasil fraksi terkondensasi, dan karakteristiknya yang ditingkatkan. Analisis Tabel 1 mengungkapkan bahwa tidak ada studi yang menggunakan jenis biomassa yang sama. Suhu pirolisis berkisar antara 280 °C hingga 600 °C, dengan dominasi sekitar 500 °C. Dalam hal parameter kondensasi, semua studi menerapkan setidaknya dua tahap, dan suhu kondensor sangat bervariasi tanpa rentang dominan yang jelas.

Tabel 1. Hasil terkait studi kondensasi.

Analisis sembilan studi terpilih menyoroti kemajuan signifikan dalam fraksinasi dan peningkatan bio-oil, khususnya terkait efisiensi sistem yang diterapkan (Tabel 1 ). Di seluruh literatur yang ditinjau, kondensasi fraksional menawarkan manfaat penting – baik dengan mengisolasi fraksi dengan sifat yang menguntungkan untuk penggunaan bahan bakar, 23 atau dengan menghilangkan air, 23 , 28 , 29 senyawa asam, 23 , 28 , 29 organik polar ringan, 23 atau memusatkan komponen tertentu seperti senyawa fenolik. 27 Khususnya, ketiga studi yang menyelidiki aplikasi fraksi bio-oil sebagai bahan bakar menggunakan setidaknya tiga tahap kondensasi. Dua studi melaporkan fraksi yang diperkaya energi mencapai nilai kalor mendekati 30 MJ.kg −1 dalam salah satu tahap pemisahan. 28 , 29 Dalam Chai et al ., 28 fraksi kaya energi dikumpulkan dalam kondensor keempat pada suhu 23,68 °C, dengan hasil rata-rata 9,69% relatif terhadap bio-oil asli. Sementara itu, dalam penelitian Siriwardhana, 29 fraksi berkalori tinggi diperoleh kembali dalam kondensor kedua pada suhu 70 °C, dengan hasil antara 62% dan 65%, kedua fraksi mengandung kurang dari 10% air.

Mengingat bahwa bio-oil biasanya mengandung sejumlah besar air, 10 sebagian besar penelitian melaporkan hasil yang menekankan fraksi kaya air, yang bertujuan untuk menyoroti penghilangannya yang efektif. Isolasi fraksi dengan kadar air rendah merupakan tujuan utama dalam peningkatan bio-oil. Penelitian yang dipilih mengungkapkan variasi dalam efisiensi penghilangan air. Dalam satu kasus, 21 sistem kondensasi menghasilkan dua fraksi bio-oil yang berbeda: fraksi kaya minyak dari kondensor pertama (90 °C) dan fraksi berair dari kondensor kedua (0–5 °C). Fraksi berair dari dua jenis biomassa mengandung 65 wt% dan 76 wt% air, dengan jumlah asam asetat, polifenol, dan karbohidrat yang signifikan. Kandungan air dari fraksi kaya minyak yang sesuai melebihi 30 wt%, dengan polifenol dan karbohidrat hadir di keduanya, meskipun biomassa dengan kandungan lignin yang lebih tinggi menghasilkan fraksi minyak yang lebih heterogen, sebagaimana dikonfirmasi oleh analisis kromatografi gas–spektrometri massa (GC–MS). Kelarutan diidentifikasi sebagai faktor kunci yang memengaruhi distribusi komponen di seluruh fraksi. Konsentrasi asam asetat yang tinggi dalam fase berair (8–9 wt%) menunjukkan kondensasi air dengan senyawa yang larut. Salah satu fraksi minyak dari biomassa kaya lignin menunjukkan kandungan polifenol (14 wt%) dan karbohidrat (11 wt%) yang jauh lebih tinggi daripada fraksi berairnya (masing-masing 5 wt% dan 6 wt%).

Dalam penelitian oleh Raimundo et al ., 26 fraksi pertama dikumpulkan pada suhu 157 °C – di atas titik didih air pada tekanan atmosfer – menghasilkan fraksi bebas air dengan hasil 7,4 wt% dari total bio-oil. Namun, kondensor suhu tinggi tidak selalu diperlukan untuk penghilangan air yang efektif. Sistem yang beroperasi dengan tiga tahap, termasuk kondensor pada suhu 70 °C, mencapai kadar air di bawah 5 wt% dengan hasil di atas 60 wt%, 29 meskipun tahap pertama dipertahankan pada suhu 80 °C.

Temuan-temuan ini menunjukkan bahwa tidak ada aturan universal yang menjamin penghilangan air yang efisien dari bio-oil. Setiap studi menggunakan sistem kondensasi yang berbeda dengan parameter suhu tertentu, menghasilkan hasil yang berbeda. Di antara karya-karya yang dianalisis, dua menonjol dalam hal hasil dan kadar air: karya Siriwardhana dan Raimundo et al . 26 , 29 Dalam studi Siriwardhana, 29 bio-oil mentah awalnya mengandung hampir 40 wt% air. Setelah kondensasi fraksional melalui tiga tahap, bio-oil tahap ketiga mengandung lebih dari 60 wt% air, sedangkan fraksi yang dikumpulkan dalam kondensor pertama dan kedua memiliki kurang dari 5 wt%. Fraksi tahap kedua (hasil 62–65 wt%) kental pada suhu kamar, memiliki kandungan energi tinggi (~30 MJ.kg −1 ), dan keasaman lebih rendah daripada bio-oil mentah. Hal ini dicapai dengan sistem kondensasi tiga tahap yang beroperasi pada suhu rendah (80 °C, 50–70 °C, dan 0 °C), tanpa pengurangan tekanan.

Dalam penelitian oleh Raimundo et al ., 26 sistem kondensasi yang lebih kompleks digunakan, menggunakan kolom yang diisi dengan manik-manik kaca berukuran 3 mm untuk meningkatkan interaksi uap-cair. Pengepakan ini meningkatkan luas permukaan, mendorong perpindahan massa dan pemisahan senyawa berdasarkan titik didih, menghasilkan fraksi bebas air dengan hasil 7,4 wt%.

Aspek penting lain yang dibahas dalam kajian yang ditinjau adalah penghilangan gula dari bio-oil. Gula berkontribusi terhadap ketidakstabilan bio-oil, 31 yang mendorong pemisahan fase, peningkatan viskositas, dan pembentukan residu padat. 26 Pemisahan fraksi bebas gula membantu dalam mengisolasi senyawa berharga seperti fenol, 18 sementara fraksi kaya gula, terutama yang mengandung levoglucosan, menunjukkan potensi yang kuat untuk aplikasi biokimia, 32 termasuk fermentasi untuk produksi biofuel dan bahan kimia terbarukan. 33 Kajian oleh Raimundo et al . 26 juga menonjol dalam hal ini, melaporkan konsentrasi levoglucosan sebesar 18 wt% dalam fraksi yang diperoleh dari kondensor pertama (157 °C).

Kondisi pirolisis dan variabilitas biomassa juga memengaruhi komposisi bio-oil secara signifikan. Xia et al . 24 mengkarakterisasi fraksi yang dikumpulkan pada titik didih di atas 100 °C dan mengamati bahwa produksi senyawa aromatik bervariasi dengan berbagai jenis limbah tembakau dan suhu pirolisis. Demikian pula, Le Roux membandingkan bio-oil yang berasal dari batang artichoke dan kulit pohon birch, menunjukkan bahwa bio-oil yang berasal dari artichoke lebih homogen dan lebih kaya polifenol, sedangkan minyak yang berasal dari pohon birch menunjukkan heterogenitas yang lebih besar. 21

Sebagai kesimpulan, temuan dari studi yang menggunakan kondensasi fraksional menunjukkan bahwa efisiensi peningkatan bio-oil dapat ditingkatkan melalui kontrol suhu yang strategis, kondensasi bertahap, dan proses pirolisis yang disesuaikan. Metode-metode ini tidak hanya meningkatkan kandungan energi dan stabilitas bio-oil tetapi juga memfasilitasi ekstraksi senyawa target – seperti fenol, gula, dan hidrokarbon aromatik – yang memperkuat potensinya untuk aplikasi dalam biofuel dan biokimia.

Ekstraksi pelarut
Analisis artikel yang menggunakan ekstraksi cair-cair mengungkap berbagai pendekatan untuk peningkatan bio-oil. Khususnya, sebagian besar studi yang ditinjau menggabungkan ekstraksi pelarut dengan teknik pelengkap untuk memperoleh fraksi dengan heterogenitas kimia yang berkurang. Tujuh studi dipilih untuk pemeriksaan terperinci aspek utama ekstraksi pelarut dan kontribusinya masing-masing terhadap peningkatan bio-oil, seperti yang dirangkum dalam Tabel 2 .

Tabel 2. Hasil studi ekstraksi pelarut terkait.

Berbagai strategi praperlakuan diamati sebelum langkah ekstraksi pelarut. Dalam satu studi, bio-oil mentah pertama-tama dipisahkan menjadi fase ringan dan berat (yang terakhir terdiri dari senyawa dengan berat molekul lebih tinggi) menggunakan sentrifugasi. 34 Studi lain menggunakan distilasi fraksional untuk memperoleh sistem bifasik (fase berair dan organik) untuk pemisahan selanjutnya. 36 Dua studi melaporkan persiapan larutan bio-oil melalui penambahan senyawa tertentu – diklorometana untuk persiapan sampel sebelum ekstraksi, 38 dan larutan NaOH yang bertujuan untuk mengurangi keasaman bio-oil. 6 Dalam studi lain, ekstraksi dimulai secara langsung, menggunakan air untuk memisahkan fase berair dan minyak, 35 , 39 sebuah metode yang juga dikenal untuk memfasilitasi ekstraksi asam asetat dari bio-oil. 35 Penggunaan toluena sebagai langkah ekstraksi awal juga dicatat, khususnya untuk menghilangkan ekstraktif yang berasal dari kayu. 37

Prosedur ekstraksi pelarut biasanya melibatkan zat dan urutan tertentu, yang menghasilkan pemisahan fraksi-fraksi minyak hayati yang berbeda. Fraksi yang lebih berat, misalnya, dapat diolah lebih lanjut dengan larutan NaOH berair. 34 , 35 Penggunaan pelarut basa bertujuan untuk menetralkan keasaman dan memungkinkan penghilangan senyawa fenolik secara selektif. 6 Pelarut organoklorin juga sering digunakan dalam proses ekstraksi. Karena kepadatan dan polaritasnya yang tinggi, pelarut ini mampu melarutkan berbagai macam senyawa organik, 41 sehingga sangat efektif untuk tujuan ekstraksi.

Dua penelitian menonjol karena hasilnya dalam memperoleh fraksi yang lebih homogen atau fraksi yang didominasi oleh gugus fungsi tertentu, keduanya menggunakan ekstraksi cair-cair yang diikuti oleh langkah distilasi. Penelitian oleh Tao et al . 34 melaporkan fraksi yang diperkaya dalam gugus kimia tertentu: ester, keton, hidrokarbon aromatik, dan senyawa fenolik. Jeon et al . 35 memperoleh fraksi yang mengandung 62 wt% senyawa fenolik, yang menyoroti potensi pendekatan ini.

Terakhir, penelitian oleh Dias et al . 40 patut disebutkan karena kesederhanaannya – menggunakan air sebagai pelarut – dan karena sifat fungsional dari fraksi-fraksi bio-oil yang dihasilkan. Dengan berfokus pada fraksi yang larut dalam air, penelitian ini melaporkan aktivitas antioksidan dan antimikroba, yang menunjukkan potensi peningkatan dan penerapan komponen-komponen bio-oil ini.

Distilasi
Distilasi merupakan proses yang banyak digunakan dan relatif sederhana untuk memisahkan campuran senyawa volatil, dengan mengandalkan perbedaan titik didih untuk mencapai pemisahan komponen. Untuk mengevaluasi penerapan distilasi dalam peningkatan mutu bio-oil, tinjauan ini juga mempertimbangkan studi yang menggunakan distilasi bersama operasi pemisahan lain yang menghasilkan hasil relevan untuk meningkatkan mutu bio-oil.

Distilasi telah diterapkan pada berbagai tahap dalam proses peningkatan: sebagai langkah awal untuk mengisolasi senyawa organik dari bio-oil, 42 pada tahap antara, 43 dan sebagai langkah pemurnian akhir. 44 Dalam penelitian oleh Elkasabi et al ., 42 distilasi digunakan untuk menghilangkan fraksi berair, dan fraksi kaya minyak menjalani langkah pemurnian berurutan. Fraksi minyak selanjutnya diolah melalui alkalinisasi menggunakan NaOH untuk menghilangkan senyawa fenolik, diterapkan pada rasio tertentu. Aliran lain, yang sebagian besar terdiri dari hidrokarbon, mengalami distilasi fraksional untuk karakterisasi. Profil distilasi yang dihasilkan menyerupai bio-oil tingkat kilang, meskipun dengan komposisi yang berbeda.

Dalam penelitian oleh Tao et al ., distilasi 34 diterapkan pada fraksi berat bio-oil – yang terdiri dari senyawa dengan berat molekul lebih tinggi – menghasilkan empat aliran dengan homogenitas komposisi yang ditingkatkan secara signifikan. Aliran ini dicirikan oleh dominasi kelompok kimia tertentu: keton (89,5 berat%), ester (49,9 berat%), hidrokarbon aromatik (63,8 berat%), dan fenol (39,2 berat%). Mencapai pengurangan heterogenitas kimia ini memerlukan beberapa langkah awal. Pertama, fraksi ringan (senyawa dengan berat molekul rendah) dihilangkan dengan sentrifugasi. Kemudian, fraksi berat mengalami operasi peningkatan lebih lanjut, termasuk alkalisasi dengan NaOH dan ekstraksi cair-cair dengan pelarut seperti HCl dan CH 2 Cl 2 . Akhirnya, distilasi dilakukan pada fraksi antara pada 160 °C dan 150 °C.

Prosedur serupa dilaporkan dalam penelitian oleh Jeon et al ., 35 yang juga menggunakan sentrifugasi, alkalinisasi, dan ekstraksi cair-cair menggunakan HCl dan CH 2 Cl 2 , diikuti oleh distilasi pada 160 °C untuk meningkatkan fraksi yang kaya minyak. Proses ini menghasilkan empat aliran produk akhir, dengan tiga menunjukkan peningkatan homogenitas komposisi. Salah satu fraksi mengandung 31 wt% senyawa heterosiklik, 10 wt% eter dan ester, dan 31 wt% senyawa yang mengandung sulfur atau nitrogen. Dua aliran lainnya menunjukkan konsentrasi senyawa fenolik yang tinggi: masing-masing 55 wt% dan 62 wt%.

Analisis dari penelitian ini menunjukkan bahwa distilasi merupakan salah satu teknik pemisahan yang paling sering digunakan untuk peningkatan bio-oil. Akan tetapi, distilasi jarang diterapkan secara terpisah. Sebaliknya, distilasi biasanya dikombinasikan dengan operasi unit lainnya untuk memperoleh fraksi dengan heterogenitas kimia yang lebih rendah.

Ekstraksi padat-cair
Kategori ekstraksi padat-cair mencakup berbagai teknik yang menggunakan bahan padat untuk memisahkan komponen tertentu. Dalam konteks peningkatan bio-oil, perhatian khusus telah diberikan pada penggunaan membran. 45 Namun, kriteria pencarian awal hanya mengidentifikasi dua studi yang sesuai dengan klasifikasi ini – satu menggunakan resin penukar ion 46 dan yang lainnya menggunakan saringan molekuler. 47 Studi pelengkap tambahan dikonsultasikan untuk memberikan presentasi yang lebih kuat tentang ekstraksi padat-cair yang diterapkan pada peningkatan bio-oil.

Berbagai jenis saringan molekuler polimerik dan zeolitik yang difungsionalkan diaplikasikan pada bio-oil mentah yang diperoleh dari pirolisis cepat pinus asli. 47 Aspek penting dari metode ini adalah penggunaan pelarut yang rendah: 3 g bahan penyerap ditambahkan ke 8,8 g campuran 90:10 b/b bio-oil mentah dan etanol. Campuran tersebut disegel dan diaduk pada pelat panas pada suhu 40 °C selama 16 jam. Di antara penyerap berbasis resin, bahan yang difungsionalkan dengan gugus basa lemah menunjukkan efektivitas yang lebih besar dalam menghilangkan asam karbonil dan karboksilat. Saringan molekuler zeolitik menunjukkan kinerja terbaik, mengurangi kandungan karbonil dari 6,62 menjadi 4,97 mmol.g −1 dan kandungan asam karboksilat dari 1,48 menjadi 0,59 mmol.g −1 . Hasil ini diperoleh pada fraksi yang diolah yang mewakili 83,4 wt% campuran minyak hayati, yang menunjukkan 16,6 wt% tertahan dalam bahan penyerap.

Dalam penelitian oleh Meile et al ., 46 resin penukar ion digunakan untuk peningkatan mutu bio-oil. Resin Lewatit VPOC 1074 diaplikasikan sebagai fase stasioner dalam kolom, yang secara selektif menyerap senyawa aromatik. Fraksi yang berasal dari gula dielusi dengan air, diikuti oleh metanol untuk mendesorpsi senyawa fenolik non-asam. Asam fenolik karboksilat diekstraksi menggunakan larutan metanol/air/asam asetat. Akhirnya, resin diregenerasi menggunakan larutan NaOH, yang menghasilkan ekstraksi fraksi kaya aromatik lainnya. Para penulis melaporkan bahwa hanya 10 wt% senyawa fenolik yang tidak diekstraksi menggunakan sistem pelarut berbasis metanol. Meskipun hasil yang menjanjikan untuk peningkatan mutu bio-oil melalui ekstraksi fase padat dengan resin penukar ion, penelitian ini menekankan bahwa penggunaan volume pelarut yang besar tetap menjadi tantangan yang signifikan.

Teknologi membran juga telah dieksplorasi untuk fraksinasi bio-oil, yang menawarkan keuntungan dari operasi bebas pelarut. Eksperimen menggunakan membran nanofiltrasi (NF) dan reverse osmosis (RO) menunjukkan potensinya untuk menghilangkan asam dan senyawa berbobot molekul rendah lainnya, termasuk gula, dari fraksi bio-oil sintetis berair. 48 Namun, temuan tersebut menunjukkan bahwa komposisi polimer membran perlu disempurnakan karena kerusakan yang disebabkan oleh senyawa fenolik. Di sisi lain, sebuah studi baru-baru ini menunjukkan efektivitas membran NF dan RO dalam memproduksi fraksi bio-oil dengan aplikasi potensial sebagai bioherbisida dan biostimulan. 45 Dalam satu percobaan, retensi fenol mencapai 44,7 wt% dalam retentat, dan asam asetat dipulihkan pada 45 wt% dalam permeat. Pengujian biostimulan dengan larutan retentat menunjukkan peningkatan perkecambahan basil dan peterseli, bersama dengan peningkatan yang signifikan dalam kandungan klorofil total dibandingkan dengan sampel kontrol.

Ekstraksi padat-cair, melalui teknik seperti saringan molekuler, resin penukar ion, dan filtrasi membran, menunjukkan harapan yang signifikan untuk peningkatan bio-oil. Meskipun demikian, beberapa tantangan tetap ada, termasuk efisiensi proses dengan volume pelarut yang rendah, 46 daya tahan bahan penyerap dan membran saat terpapar pada matriks bio-oil yang kompleks, 48 ​​dan mitigasi fenomena pengotoran. 45 Kemajuan di bidang ini dapat memungkinkan penerapan teknologi ini dalam skala industri, meningkatkan penerapan bio-oil di sektor-sektor seperti pertanian, energi, dan kimia.

Parameter pirolisis dan bahan baku
Studi yang diklasifikasikan berdasarkan parameter pirolisis dan bahan baku mengeksplorasi variasi dalam kondisi proses dan karakteristik biomassa untuk menyelidiki potensi peningkatan sifat-sifat minyak hayati atau produksi senyawa tertentu yang ditargetkan.

Dalam satu studi, 49 biomassa diolah terlebih dahulu dengan asam fosfat dan dikenakan pada suhu pirolisis yang berbeda, yang mengarah pada identifikasi kondisi yang mendukung produksi levoglucosenone dan furfural. Hasil maksimum furfural (~5 wt%) dan levoglucosenone (6,5 wt%) dicapai dengan menggunakan 5 wt% H3PO4 pada suhu pirolisis 300–340 °C untuk furfural dan 320–340 °C untuk levoglucosenone. Sebaliknya, studi oleh Bispo et al . 50 menggunakan tripotassium fosfat (K3PO4 ) sebagai pra-perlakuan pada pemuatan 20 wt%, yang menyebabkan pengurangan hasil bio-oil dan biochar, dengan peningkatan produksi gas yang sesuai – menunjukkan efek katalitik pada depolymerisasi molekuler.

Studi lain menggunakan strategi yang berlawanan: penghilangan spesies anorganik dari biomassa melalui praperlakuan. Dalam kasus ini, biomassa dilindi menggunakan senyawa fenolik, yang menghilangkan sebagian unsur anorganik seperti K, Mg, Na, dan Ca. Pirolisis biomassa yang dilindi ini menghasilkan bio-oil dengan keasaman yang berkurang dan kadar anhidrosugar yang meningkat. 51 Temuan yang kontras ini menunjukkan bahwa hasil sangat bergantung pada kondisi tertentu, sehingga sulit untuk menetapkan korelasi yang jelas antara penambahan atau penghilangan spesies anorganik dalam biomassa dan kualitas bio-oil.

Dalam penelitian oleh Zhang et al ., 52 praperlakuan biomassa digunakan untuk mengembangkan metode untuk mengukur lignin ikatan silang dalam lignoselulosa menggunakan karboksimetilasi. Pengetahuan sebelumnya tentang struktur biomassa memungkinkan para peneliti untuk mengkorelasikan karakteristiknya dengan pembentukan senyawa bio-oil tertentu. Lignin ikatan silang menunjukkan korelasi positif dengan produksi molekul kecil dan turunan furan, sementara memberikan efek negatif pada pembentukan anhidrogula selama pirolisis. Perilaku pirolitik lignin ikatan silang berbeda dari lignin bebas.

Sebanyak delapan studi dipilih untuk mengevaluasi parameter pirolisis. Data yang relevan dihimpun dalam Tabel 3 , termasuk jenis bahan baku, konfigurasi reaktor, kondisi suhu, variabel proses utama, dan hasil utama yang terkait dengan peningkatan bio-oil.

Tabel 3. Hasil studi parameter pirolisis.

Analisis Tabel 3 menunjukkan bahwa setiap penelitian menggunakan jenis biomassa yang berbeda. Mengenai konfigurasi reaktor, dua penelitian dilakukan pada skala analitis menggunakan Py-GC/MS, dan dua penelitian lainnya menggunakan reaktor batch skala kecil. Pada skala laboratorium, reaktor fluidized bed (dua penelitian), fixed bed (satu penelitian), dan reaktor siklon (satu penelitian) dilaporkan. Satu penelitian menggambarkan reaktor semi-industri (skala percontohan) yang mampu memproses 1000 kg bahan baku. Kisaran pengaturan ini menyoroti keragaman kondisi pirolisis dan berbagai tingkat kematangan teknologi, mulai dari skala analitis (TRL 3) hingga laboratorium (TRL 4), dan lingkungan operasional yang relevan (TRL 5 atau 6).

Di antara variabel yang paling sering dipelajari, suhu merupakan faktor dominan di seluruh studi yang dipilih. Menyelidiki efek dari suhu pirolisis yang berbeda telah terbukti berguna saat mengoptimalkan kondisi untuk menghasilkan senyawa tertentu. 54 , 59 , 60 Parameter lain yang sering dipelajari adalah penggunaan katalis. Dua studi menyelidiki penerapan katalis berbasis zeolit, 53 , 60 yang menunjukkan perbaikan dalam distribusi komponen bio-oil dan meningkatkan kualitas fraksi tertentu. Namun, studi-studi ini menggunakan pengaturan yang sangat berbeda – satu menggunakan reaktor analitis dan yang lainnya reaktor fixed-bed – dengan kondisi suhu yang bervariasi.

Jenis katalis lain yang dieksplorasi adalah garam cair.59 Meskipun penelitian ini melaporkan hasil bio-minyak yang lebih rendah daripada yang biasanya diperoleh dalam pirolisis biomassa, namun penelitian ini menunjukkan konsentrasi asam asetat dan furfural yang signifikan dalam salah satu percobaan .

Mengenai stabilitas bio-oil, penelitian oleh Ni et al . 55 mengidentifikasi kondisi ko-pirolisis optimal yang secara signifikan meningkatkan stabilitas bio-oil yang dihasilkan. Para penulis mengaitkan peningkatan ini dengan pengurangan signifikan senyawa teroksigenasi seperti furan, aldehida, dan keton. Temuan ini menunjukkan bahwa ko-pirolisis dengan urea dapat menjadi strategi yang efektif untuk memproduksi bio-oil dengan stabilitas kimia dan penerapan industri yang lebih baik.

Rute baru untuk peningkatan bio-oil
Bagian ini membahas jalur teknologi baru yang diterapkan pada peningkatan bio-oil. Dalam kategori ini, pendekatan yang melibatkan modifikasi kimia, proses ekstraksi superkritis, dan teknologi plasma dipertimbangkan, karena kompleksitas teknisnya dan hasil menjanjikan yang dilaporkan dalam studi terkini.

Modifikasi kimia
Modifikasi kimia mengacu pada perubahan terkendali pada sifat kimia suatu zat, biasanya untuk meningkatkan kinerjanya atau memungkinkan aplikasi baru. Dalam konteks bio-oil yang berasal dari pirolisis biomassa, modifikasi kimia memainkan peran penting. Teknik seperti esterifikasi, hidrogenasi, dan oksidasi terkendali dapat meningkatkan stabilitas, viskositas, kepadatan energi, dan kompatibilitas bio-oil dengan sistem yang ada. Peningkatan ini memperluas aplikasi industrinya – seperti pada biofuel canggih dan bahan kimia terbarukan – dan berkontribusi pada keberlanjutan dengan mempromosikan penggunaan sumber daya alam yang lebih efisien dan mengurangi emisi karbon.

Modifikasi ini sering kali dikatalisis, dengan katalis yang memainkan peran penting dalam peningkatan bio-oil. Katalis asam seperti zeolit ​​mendorong konversi selektif senyawa teroksigenasi menjadi hidrokarbon aromatik, sementara katalis logam seperti nikel dan molibdenum umumnya digunakan dalam proses hidrodeoksigenasi untuk menghilangkan oksigen dan sulfur. 61 , 62 Teknik seperti distilasi katalitik dan hidrogenasi juga dapat memfraksinasi dan memurnikan bio-oil, mengurangi senyawa asam dan sulfur. Pengembangan katalis yang lebih selektif dan tahan kokas sangat penting untuk mengoptimalkan proses ini dan membuat bio-oil layak secara ekonomi dan lingkungan. 63

Salah satu tantangan utama di area ini adalah penonaktifan katalis, terutama karena pembentukan kokas dan degradasi struktural – seperti sintering partikel logam dan runtuhnya kerangka zeolit. 64 – 66 Pengendapan spesies karbon dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu dan keberadaan gugus asam dan teroksigenasi (misalnya fenol dan alkohol) dalam bio-oil. Strategi untuk mengurangi penonaktifan meliputi regenerasi katalis (misalnya perawatan hidrotermal), optimalisasi kondisi reaksi (misalnya suhu dan rasio uap terhadap karbon), dan pengembangan katalis yang lebih kuat. 67

Dengan demikian, modifikasi kimia pascapirolisis tidak hanya meningkatkan sifat fisikokimia bio-oil tetapi juga memainkan peran utama dalam memajukan solusi energi yang lebih berkelanjutan. 68 , 69 Penerapan teknik modifikasi tingkat lanjut, dikombinasikan dengan katalisis yang efisien dan mitigasi penonaktifan katalis yang efektif, berkontribusi pada kelayakan lingkungan dan ekonomi bio-oil sebagai sumber energi alternatif. 70 Artikel terpilih yang berfokus pada modifikasi kimia dirangkum dalam Tabel 4 .

Tabel 4. Hasil studi modifikasi kimia.

Dalam konteks ini, Elkasabi et al . 42 melaporkan produksi hidrokarbon melalui dua jalur pirolisis – pirolisis cepat katalitik dan pirolisis reaktif menggunakan gas sisa – diikuti oleh distilasi dan desulfurisasi katalitik. Tujuan utamanya adalah untuk mengurangi kandungan sulfur dalam bio-oil agar memenuhi batas regulasi sulfur dalam bahan bakar. Katalis nikel spons digunakan dalam proses hidrogenasi dua tahap: tahap pertama pada suhu sedang (~80 °C) menyebabkan hidrogenasi ikatan olefinik dan reduksi gugus fungsi labil, sedangkan tahap kedua, pada suhu dan tekanan yang lebih tinggi, menargetkan hidrogenasi senyawa aromatik, terutama aromatik bisiklik seperti naftalena. Meskipun densitas bio-oil menurun selama hidrogenasi (dari 0,904 g.mL −1 menjadi 0,868 g.mL −1 ), hasil utamanya adalah penghilangan sulfur yang hampir lengkap. Kromatografi gas–spektrometri massa mengonfirmasikan penghapusan olefin dan fenol, serta konversi naftalena menjadi tetralin – senyawa dengan sifat bermanfaat seperti titik beku rendah dan titik nyala tinggi, yang menguntungkan untuk aplikasi bahan bakar penerbangan. Studi ini juga menunjukkan desulfurisasi fraksi distilasi yang tersisa, meskipun hal ini memerlukan penggunaan tetrahidrofuran (THF) sebagai pelarut reaksi, karena fraksi-fraksi ini berbentuk padat pada suhu ruangan.

Pada tahun 2021, Xu et al . 71 melakukan modifikasi dua tahap bio-oil menggunakan katalis berbasis nikel, yang melibatkan esterifikasi diikuti oleh hidrogenasi untuk menghasilkan alkohol dan ester. Langkah esterifikasi, yang dilakukan dengan rasio metanol-ke-bio-oil yang bervariasi, secara efektif mengurangi komponen yang tidak stabil seperti asam, keton, dan aldehida, sambil meningkatkan alkohol dan ester yang stabil. Hidrogenasi berikutnya lebih lanjut meningkatkan kualitas bio-oil dengan menghilangkan keton dan aldehida sepenuhnya dan meningkatkan kandungan alkohol secara signifikan. Di antara katalis yang diuji – nikel Raney (RN), Raney Ni yang dimodifikasi strontium (Sn-RN), dan Raney Ni yang dimodifikasi molibdenum (Mo-RN) – Mo-RN menunjukkan kinerja terbaik karena aktivitas hidrogenasinya yang lebih tinggi dan stabilitas termal dari spesies MoOx. Setelah hidrogenasi, hasil komponen stabil meningkat dari 13,32% (minyak nabati mentah) menjadi 87,25% (dengan RN) dan 93,92% (dengan Mo-RN), yang menunjukkan efektivitas proses dalam menstabilkan fraksi minyak nabati. Namun, penggunaan Mo-RN dapat meningkatkan biaya karena komponennya yang mahal dan persyaratan regenerasi. Penonaktifan katalis melalui pembentukan kokas masih menjadi tantangan, dan penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menilai skalabilitas komersial, efisiensi biaya, dan dampak lingkungan dari proses tersebut – termasuk konsumsi energi dan produksi limbah.

Wang et al . 72 menyelidiki penghilangan senyawa karbonil yang tidak stabil dari bio-oil menggunakan distilasi reaktif, yang dikatalisis oleh asam atau basa di bawah tekanan tinggi. Karbonil seperti asetol dan siringaldehida diketahui berkontribusi secara signifikan terhadap ketidakstabilan dan korosifitas bio-oil. 17 Tekanan tinggi meningkatkan konversi karbonil yang lebih ringan (misalnya asetol) tetapi menghambat konversi yang lebih berat (misalnya siringaldehida). Katalisis asam tidak secara signifikan mengurangi karbonil, karena juga mendorong kondensasi aldol dan pembentukan senyawa karbonil baru. Sebaliknya, katalisis basa dengan NaOH lebih efektif, memfasilitasi kondensasi aldol sambil secara bersamaan menetralkan asam karboksilat yang dihasilkan selama reaksi. Meskipun efektif, katalisis basa menimbulkan tantangan seperti perlunya dosis NaOH yang tepat dan potensi pembentukan produk sampingan yang tidak diinginkan. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menyelidiki regenerasi katalis dan biaya operasional – khususnya penggunaan energi dan penanganan material dasar – serta skalabilitas proses untuk implementasi industri.

Pada tahun 2022, Wang et al . 19 menguraikan konversi asam karboksilat dalam bio-oil menjadi keton menggunakan lumpur merah – produk sampingan alkali dari produksi alumina – sebagai agen penetral. Analisis kromatografi gas–spektrometri massa mengidentifikasi 47 senyawa dalam bio-oil mentah, termasuk asam asetat, 1-hidroksi-2-propanon, fenol, dan gula (levoglucosan). Bio-oil mentah memiliki keasaman total 152,60 mg KOH.g −1 , yang direduksi menjadi 0,63 mg KOH.g −1 setelah netralisasi dan dekarboksilasi dengan lumpur merah. Nilai kalor meningkat menjadi 29,57 MJ.kg −1 . Tidak ada asam karboksilat yang terdeteksi dalam bio-oil yang ditingkatkan, dan keton baru seperti aseton dan 2-butanon diidentifikasi. Hasil massa metil, etil, dan propil keton masing-masing mencapai 94,84%, 92,52%, dan 91,54%. Analisis termogravimetri–spektrometri massa (TG–MS) mengonfirmasi pembentukan keton antara 350 dan 550 °C dan penurunan kandungan levoglukosa, yang menunjukkan efisiensi dekarboksilasi dan netralisasi yang tinggi. Meskipun penggunaan lumpur merah tampak menjanjikan untuk peningkatan kualitas bio-oil, biaya operasional dan skalabilitas harus dievaluasi. Potensi kebutuhan regenerasi lumpur merah dan pembentukan senyawa seperti benzena dan toluena dari degradasi fenolat menimbulkan tantangan untuk pemurnian dan keberlanjutan.

Pada tahun 2024, Ibrahim et al . 73 menyelidiki konversi bio-oil jerami padi menjadi butil ester dengan esterifikasi butanol superkritis menggunakan nanokatalis bimetalik ZrO 2 –Fe 3 O 4 yang didukung pada biochar aktif yang berasal dari jerami padi. ​​Bio-oil mentah memiliki kandungan oksigen tinggi (36,32 wt%), nilai kalor rendah (21,34 MJ.kg −1 ), dan keasaman tinggi. Analisis kromatografi gas–spektrometri massa mengungkapkan keberadaan asam karboksilat, keton, fenol, dan gula. Setelah konversi, kandungan asam turun dari 27,79 wt% menjadi 3,31 wt%, tetapi ester meningkat dari 3,08 wt% menjadi 44,82 wt%. Keasaman total menurun hingga 66,5 mg KOH.g −1 , dan nilai kalor meningkat hingga 33,1 MJ.kg −1 . Katalis menunjukkan stabilitas yang sangat baik, mempertahankan aktivitas selama empat siklus dengan hanya penurunan 4% dalam hasil ester.

Konversi asam karboksilat menjadi ester yang efisien ini meningkatkan kualitas bio-oil secara signifikan, sehingga lebih kompatibel dengan bahan bakar konvensional. Namun, masih ada tantangan terkait pelindian logam dari katalis dan pemulihan biochar aktif yang efisien, yang keduanya harus ditangani untuk memastikan kelayakan proses dalam skala besar.

Ekstraksi superkritis
Ekstraksi superkritis merupakan teknik pemisahan canggih yang didasarkan pada penggunaan cairan dalam keadaan superkritis – zat yang berada di atas suhu dan tekanan kritisnya, yang menunjukkan sifat-sifat cairan dan gas. Dalam keadaan ini, cairan memiliki kepadatan dan kapasitas pelarut seperti cairan, serta difusivitas seperti gas dan viskositas rendah. Sifat-sifat gabungan ini meningkatkan kemampuannya untuk menembus matriks kompleks dan mengekstrak senyawa target secara selektif. 74

Seperti yang diamati dengan teknik peningkatan bio-oil lainnya, ekstraksi superkritis sering diintegrasikan dengan operasi tambahan untuk mengembangkan sistem yang lebih efisien. Dalam studi oleh Cheng et al ., ekstraksi superkritis digabungkan dengan katalis Co-Zn/HZSM-5 untuk hidrodeoksigenasi (HDO) bio-oil. Hasilnya menunjukkan bahwa penyetelan parameter reaksi memengaruhi kualitas produk secara signifikan. Satu percobaan mencapai hasil biofuel sebesar 22,3 wt%, dan yang lain menghasilkan fraksi dengan kandungan hidrokarbon yang lebih tinggi. Meskipun proses ini terkait dengan biaya operasional yang tinggi – karena tekanan tinggi yang diperlukan (sekitar 500 psig), yang merupakan ciri khas sistem superkritis – temuan tersebut menunjukkan bahwa menggabungkan Co-Zn/HZSM-5 dengan metanol superkritis menghadirkan rute yang menjanjikan untuk produksi biofuel yang efisien, jika kondisi proses dioptimalkan dengan benar.

Aplikasi plasma
Di sisi lain, penggunaan plasma nontermal (NTP) telah menghasilkan kemajuan signifikan dalam peningkatan bio-oil, khususnya dalam hidrodeoksigenasi (HDO), sebuah langkah penting untuk menghilangkan oksigen dan meningkatkan sifat bahan bakar. 76 Tidak seperti proses HDO konvensional yang memerlukan tekanan tinggi, NTP memungkinkan reaksi berlangsung pada suhu ruangan dan tekanan atmosfer. 76 , 77

Dalam penelitian oleh Fan et al ., 77 kondisi yang dioptimalkan – termasuk arus pelepasan 186 mA, tinggi lapisan katalis 18 mm, dan diameter katalis 2,5 mm – menghasilkan keluaran bio-oil maksimum sebesar 41,80 wt%, dengan selektivitas tinggi terhadap hidrokarbon aromatik monosiklis (MAH), mencapai 71,56 wt%. Hal ini menunjukkan peningkatan substansial dalam kualitas bahan bakar. Meskipun hasil yang menjanjikan ini, mekanisme reaksi yang mendasarinya yang didorong oleh plasma belum sepenuhnya dipahami, sehingga memerlukan penelitian teoritis dan eksperimental lebih lanjut untuk mengoptimalkan variabel seperti jenis gas, masukan energi, dan desain katalis. Kemajuan tersebut penting untuk meningkatkan konversi bio-oil yang dibantu plasma untuk aplikasi industri .

Perspektif tentang peningkatan bio-oil
Tinjauan pustaka tentang rute teknologi untuk peningkatan bio-oil mengungkap berbagai macam sistem – termasuk jenis bahan baku, kondisi pirolisis, dan teknik pascapirolisis – dengan berbagai tingkat efisiensi tergantung pada sifat bio-oil yang dihasilkan. Temuan tersebut menunjukkan bahwa fraksi dengan kemurnian kimia yang tinggi bukanlah hasil umum dalam studi yang ditinjau. Sebaliknya, sebagian besar fraksi yang ditingkatkan melibatkan konsentrasi komponen tertentu atau pemisahan kelompok kimia tertentu.

Analisis teknik pemisahan bio-oil konvensional mengungkapkan data teknis yang menjanjikan untuk aplikasi industri yang potensial. Contoh penting termasuk fraksi dengan sifat yang sesuai untuk digunakan sebagai biofuel 28 , 29 dan lainnya dengan aplikasi pertanian yang tervalidasi, menunjukkan aktivitas antioksidan dan antimikroba, 40 serta fungsionalitas bioherbisida dan biostimulan. 45

Keragaman bahan baku biomassa dan kondisi pirolisis menekankan keunikan masing-masing sistem, yang menunjukkan bahwa kualitas bio-oil yang dihasilkan sangat bergantung pada variabel-variabel ini. Dengan demikian, optimalisasi proses sangat penting untuk meningkatkan efisiensi teknik peningkatan berikutnya dan untuk memaksimalkan nilai bio-oil pada skala industri.

Di antara teknik yang lebih maju yang diterapkan pada bio-oil, modifikasi kimia telah menunjukkan kemajuan yang cukup besar dalam meningkatkan stabilitas, mengurangi keasaman, meningkatkan nilai kalor, dan mengubah fraksi teroksigenasi menjadi senyawa stabil seperti keton, alkohol, dan ester. Sementara itu, kemajuan dalam teknologi regenerasi katalitik, mitigasi penonaktifan katalis, dan optimalisasi kondisi proses telah meningkatkan potensi skalabilitas metode ini. Teknologi yang muncul, seperti ekstraksi superkritis dan plasma nontermal, meskipun menjanjikan, masih menghadapi tantangan terkait kompleksitas operasional dan biaya energi, yang memerlukan studi kelayakan lebih lanjut.

Mengingat kompleksitas topik dan berbagai kemungkinan konfigurasi, studi tentang kelayakan industri peningkatan bio-oil masih dalam tahap awal. Sebuah studi yang dilaporkan dalam literatur, 78 yang berfokus pada analisis tekno-ekonomi (TEA) untuk produksi bahan kimia bernilai tinggi dan listrik, mengevaluasi sistem pirolisis yang terintegrasi dengan tiga metode pemisahan: distilasi, ekstraksi cair-cair, dan kromatografi unggun bergerak yang disimulasikan. Hasilnya menunjukkan bahwa skenario yang menggunakan fraksi bio-oil ringan untuk produksi bahan kimia bernilai tinggi dan fraksi berat untuk kogenerasi layak secara ekonomi, dengan profitabilitas tinggi. Sebaliknya, skenario berdasarkan distilasi dan ekstraksi cair-cair menunjukkan daya tarik ekonomi yang lebih rendah karena menghasilkan campuran bahan kimia bernilai rendah.

Dari perspektif lingkungan, sebuah studi melaporkan bahwa, menurut Penilaian Siklus Hidup (LCA), emisi CO2 dari pirolisis lebih rendah daripada emisi dari metode konvensional yang digunakan untuk produksi bio-oil, asalkan jenis biomassa dan kondisi pirolisis dipilih dengan tepat. 79

Kesimpulan
Tujuan dari tinjauan kritis ini adalah untuk menyusun dan menganalisis studi terbaru dan terkonsolidasi mengenai rute teknologi yang digunakan untuk peningkatan bio-oil. Analisis metode teknologi meliputi jenis bahan baku, parameter proses pirolisis, teknik pemisahan yang diterapkan pada bio-oil, dan pendekatan yang muncul untuk penyempurnaannya.

Pemeriksaan terperinci terhadap studi terpilih mengungkapkan keunikan bahan baku yang digunakan dalam eksperimen pirolisis. Temuan menunjukkan bahwa fraksi bio-oil yang sangat murni bukanlah hasil umum dalam literatur yang dianalisis. Sebaliknya, fraksi yang ditingkatkan cenderung mencerminkan konsentrasi komponen tertentu atau pemisahan kelompok kimia tertentu.

Skenario ini memperkuat kompleksitas yang terkait dengan peningkatan mutu bio-oil, sebagaimana yang terus-menerus ditekankan oleh berbagai penulis. Di antara aplikasi yang ditinjau, studi yang menargetkan penyulingan bio-oil untuk keperluan bahan bakar menunjukkan kemajuan teknologi yang lebih besar dibandingkan dengan studi yang ditujukan untuk memproduksi bahan kimia lainnya. Salah satu kemungkinan alasan untuk tren ini terletak pada kenyataan bahwa produksi biofuel memungkinkan tercapainya sifat fisikokimia yang diinginkan tanpa harus mereplikasi komposisi kimia yang tepat dari bahan bakar berbasis fosil.

Mengingat konteks ini – ditandai dengan keragaman sumber biomassa dan potensi ko-pirolisis – masih ada ruang lingkup signifikan untuk penelitian lebih lanjut tentang peningkatan bio-oil yang difokuskan pada pengembangan biomaterial. Upaya tersebut harus memprioritaskan kelayakan ekonomi dan lingkungan dari proses ini, yang pada akhirnya bertujuan untuk keberhasilan penerapannya dalam skala industri.