EVOLUSI STRUKTUR KARBON MULTISKALA BAKING FILTER DUST (BFD) LIMBAH INDUSTRI ALUMINIUM PT INALUM MENUJU GRAPHENE-LIKE NANOCARBON

Pendekatan Multiskala untuk Rekayasa Ukuran Partikel, Struktur sp², Grafitisasi & Pembentukan Karbon 2D Berbasis Limbah Industri INALUM

Editor by :

Muhammad Sontang Sihotang
Researcher, PUI Karbon & Kemenyan, Universitas Sumatera Utara (USU), Medan, Indonesia

Abstrak

Baking Filter Dust (BFD) merupakan salah satu limbah karbon yang dihasilkan dari proses industri aluminium PT Indonesia Asahan Aluminium (PT INALUM). Pemanfaatan BFD selama ini telah diarahkan antara lain sebagai material dalam pembuatan briket hibrida dengan arang tempurung kelapa. Kajian terdahulu menunjukkan bahwa material Hibrida BFD–arang tempurung kelapa dapat mencapai nilai kalor 6557,3 cal/g dan kandungan fixed carbon sebesar 86,2 %, sehingga memperlihatkan potensi BFD sebagai sumber material karbon. Namun, pemanfaatan tersebut masih berada pada tingkat waste-to-fuel, sedangkan potensi BFD sebagai prekursor material karbon maju belum banyak dikaji.

Makalah ini mengusulkan paradigma waste-to-advanced-carbon-material melalui kajian evolusi struktur karbon BFD secara multiskala, mulai dari material karbon industri skala mikro menuju nano-karbon kaya-sp², karbon grafitik, dan selanjutnya graphene-like nanocarbon. Konsep utama kajian ini akan menempatkan ukuran partikel, struktur kimia, domain sp², derajat grafitisasi, porositas, dan pembentukan struktur dua dimensi sebagai parameter yang saling berhubungan. Penurunan ukuran partikel menuju skala nano tidak dianggap sebagai bukti terbentuknya graphene, karena ukuran nano dan struktur graphene merupakan dua karakteristik yang berbeda. Oleh karena itu, klaim graphene-like harus didasarkan pada kombinasi bukti Raman spectroscopy, XRD, XPS, TEM/HRTEM, AFM, SEM-EDS, BET, dan Analisis Termal.

Kajian literatur menunjukkan bahwa material karbon berbasis biomassa telah banyak dikembangkan menuju struktur graphene-like, tetapi terdapat persoalan terminologi dan overclaiming karena sebagian material yang disebut graphene sebenarnya lebih tepat dikategorikan sebagai karbon graphene-like atau karbon berstruktur grafitik. Kondisi tersebut membuka research gap bagi pengembangan BFD sebagai prekursor karbon industri untuk menghasilkan nanokarbon kaya-sp² dan graphene-like nanocarbon. Kajian ini yang akan diusulkan menggunakan pendekatan Process–Structure–Property–Function dan kerangka multiskala makro–mikro–nano–atomik–2D. Hasil yang diharapkan adalah terbentuknya roadmap transformasi BFD dari limbah industri menjadi material karbon maju yang berpotensi digunakan untuk aplikasi lingkungan, energi, sensor, katalisis, dan material komposit.

Kata kunci: Baking Filter Dust, PT INALUM, nanokarbon, sp², karbon grafitik, graphene-like nanocarbon, karbon 2D, limbah industri, multiskala.

Sekapur Sirih Selayang Pandang

Perkembangan industri menghasilkan berbagai jenis limbah yang tidak hanya menimbulkan persoalan lingkungan, tetapi juga mengandung material yang berpotensi dimanfaatkan kembali. Salah satu paradigma yang berkembang dalam ilmu material adalah mengubah limbah menjadi bahan baku material bernilai tambah melalui pendekatan waste valorization dan ekonomi sirkular.

Industri aluminium merupakan salah satu sektor yang menghasilkan residu karbon dari proses produksi. Salah satu material tersebut adalah Baking Filter Dust (BFD). Dalam konteks PT Indonesia Asahan Aluminium (PT INALUM), BFD merupakan limbah yang memiliki karakter karbon dan selama ini telah dikaji untuk berbagai bentuk pemanfaatan.

Penelitian Jaya dan Sihotang menunjukkan pemanfaatan BFD dari PT INALUM bersama arang tempurung kelapa untuk pembuatan briket. Penelitian tersebut menggunakan proses pirolisis, pengayakan 50–100 mesh, analisis proksimat, analisis ultimate, dan SEM-EDX. Hasil penelitian menunjukkan bahwa BFD memiliki potensi untuk digunakan dalam material bahan bakar alternatif. (Talenta)

Kajian lanjutan oleh Sihotang et al. mengembangkan BFD dan arang tempurung kelapa menjadi hybrid briquettes. Variasi komposisi dilakukan dari 20% BFD : 80% arang hingga 80% BFD : 20 % arang. Karakterisasi dilakukan menggunakan analisis proksimat dan ultimate serta XRF, FTIR, SEM-EDS, dan TGA. Komposisi 60 % BFD : 40 % arang menghasilkan nilai kalor 6557,3 cal/g dan fixed carbon 86,2 %, dengan kadar abu 3,38 %, kadar air 3,22 %, volatile matter 7,2 %, dan sulfur 0,47 %. (Talenta)

Temuan tersebut memperlihatkan bahwa BFD bukan sekadar limbah yang harus dibuang, tetapi memiliki karakteristik yang memungkinkan pengembangan sebagai material berbasis karbon.

Namun, terdapat pertanyaan yang lebih fundamental:

Apakah BFD yang kaya karbon dapat direkayasa lebih lanjut dari material karbon konvensional menjadi nanokarbon dengan domain karbon sp² dan struktur graphene-like ?.

Pertanyaan tersebut membuka ruang kajian baru yang berbeda dari pemanfaatan BFD sebagai bahan bakar.

Pergeseran Paradigma Kajian

Pemanfaatan BFD dapat dipetakan dalam tiga generasi.

Generasi I – Waste-to-Fuel

BFD → briket → energi

Fokus utama adalah nilai kalor dan karakteristik pembakaran.

Generasi II – Waste-to-Carbon Material

BFD → karbon → hybrid carbon material

Fokus bergeser pada struktur, komposisi, porositas, dan fungsi material.

Generasi III – Waste-to-Advanced Carbon

BFD → nanokarbon → sp²-rich carbon → graphitic carbon → graphene-like nanocarbon

Fokusnya adalah rekayasa struktur pada skala nano dan atomik.

Kajian ini ditempatkan pada Generasi III.

Permasalahan Fundamental

Salah satu kesalahan konseptual yang harus dihindari adalah menyamakan:

karbon tinggi = graphene

atau

ukuran nano = graphene.

Keduanya tidak benar.

Graphene secara fundamental merupakan lembaran karbon dua dimensi dengan atom karbon yang terikat pada tiga tetangga dalam struktur heksagonal. Perspektif Yuan et al. menekankan bahwa sejumlah penelitian mengenai material karbon biomassa menggunakan istilah graphene secara terlalu longgar, padahal material yang dihasilkan dapat lebih tepat diklasifikasikan sebagai graphene-like structures. (American Chemical Society Publications)

Dengan demikian, kajian BFD harus menguji evolusi struktur secara bertahap.

KAJIAN TEORI

Baking Filter Dust sebagai Material Karbon

BFD merupakan residu berbasis karbon dari proses industri aluminium. Karakteristik BFD berbeda dari biomassa mentah karena material ini telah mengalami kondisi termal dan proses industri.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa BFD dapat berfungsi sebagai material karbon dalam pembuatan briket hibrida. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa BFD dapat berkontribusi terhadap peningkatan fixed carbon material hibrida. (Talenta)

Hal ini memberikan dasar untuk memandang BFD sebagai:

recommended by

Brainberries

Gagal Move On dari OITNB? Momen Ikonik Ini Pasti Bikin Lo Kangen

Pelajari Lebih

carbon-rich industrial waste precursor

dan bukan hanya sebagai limbah padat.

Karbon Biasa

Karbon merupakan material yang dapat memiliki berbagai tingkat keteraturan.

Pada satu sisi terdapat karbon amorf atau sangat tidak teratur. Pada sisi lain terdapat material yang lebih teratur seperti grafit dan graphene.

Karbon hasil proses termal umumnya mengandung domain aromatik dan karbon sp², tetapi tidak berarti seluruh atom karbon tersusun dalam lembaran graphene.

Karbon Aktif

Karbon aktif merupakan material karbon yang telah mengalami proses aktivasi untuk menghasilkan porositas dan luas permukaan tinggi.

Aktivasi dapat meningkatkan:

mikroporositas;
mesoporositas;
luas permukaan;
jumlah situs aktif;
kemampuan adsorpsi.

Namun:

karbon aktif ≠ graphene.

Karbon aktif terutama dioptimalkan untuk struktur pori, sedangkan graphene terutama didefinisikan berdasarkan struktur atom dua dimensinya.

Nanokarbon

Nanokarbon merupakan material karbon yang memiliki dimensi karakteristik pada skala nanometer.

Nanokarbon dapat berupa:

carbon nanoparticles;
carbon nanofibers;
carbon nanotubes;
graphene;
graphene-like carbon;
nanoporous carbon.

Dengan demikian:

Graphene merupakan salah satu bentuk material karbon nano, tetapi tidak semua nanokarbon merupakan graphene.

Graphene

Graphene ideal merupakan lembaran karbon dua dimensi dengan atom C berhibdridisasi sp² yang tersusun dalam kisi heksagonal.

Sifat graphene yang menarik antara lain:

konduktivitas listrik tinggi;
konduktivitas termal tinggi;
kekuatan mekanik tinggi;
luas permukaan teoritis tinggi;
kemampuan fungsionalisasi permukaan.

Review Asif dan Saha menjelaskan bahwa graphene memiliki struktur lembaran karbon sp² dua dimensi, sedangkan material graphene-like berbasis biomassa sering memiliki domain nanographene yang tidak identik dengan lembaran graphene ideal. (MDPI)

Graphene-Like Carbon (GLC)

Graphene-like carbon dapat dipahami sebagai material karbon yang memiliki domain atau karakteristik struktur yang menyerupai graphene, tetapi tidak harus memenuhi seluruh karakteristik graphene ideal.

Material ini dapat memiliki:

domain sp²;
lembaran karbon;
beberapa lapisan;
struktur turbostratic;
defect;
porositas;
gugus oksigen;
domain grafitik berukuran nano.

Literatur menekankan pentingnya membedakan **graphene ideal dari graphene-like carbon.** Yuan et al. bahkan menunjukkan bahwa definisi dan klasifikasi harus diperkuat dengan bukti struktural yang memadai. (American Chemical Society Publications)

KAJIAN TERDAHULU DAN STATE OF THE ART

Penelitian BFD PT INALUM

Penelitian terdahulu mengenai BFD PT INALUM dapat diringkas sebagai berikut.

Penelitian	Fokus	Hasil	Keterbatasan
Jaya & Sihotang (2022)	BFD + arang tempurung kelapa	BFD dapat dimanfaatkan untuk briket	Belum fokus pada nanostruktur
Sihotang et al. (2024)	Hybrid briquette BFD–arang tempurung kelapa	Komposisi 60:40 menghasilkan nilai kalor dan fixed carbon tinggi	Fokus utama masih energi
Kajian BFD lanjutan	Karakterisasi dan pemanfaatan karbon	Menunjukkan potensi BFD sebagai material karbon	Belum ada pemetaan evolusi sp²–grafitik–2D

Penelitian 2022 dan 2024 menjadi fondasi langsung bagi penelitian yang diusulkan. (Talenta)

Penelitian Graphene-Like dari Biomassa

Penelitian internasional menunjukkan bahwa biomassa dapat menjadi prekursor karbon untuk menghasilkan struktur graphene-like melalui berbagai jalur.

Asif dan Saha meninjau hubungan antara:

feedstock → process → structure → properties

dalam pembentukan graphene-like carbon dari pirolisis biomassa. Mereka juga menekankan bahwa pengaruh ukuran partikel bahan baku merupakan salah satu aspek yang masih membutuhkan kajian lebih lanjut. (MDPI)

Athanasiou et al. melakukan critical review terhadap material graphene-like berbasis biomassa untuk aplikasi superkapasitor. Mereka menemukan bahwa sebagian besar penelitian menggunakan pirolisis–aktivasi dan bahwa fingerprint Raman pada mayoritas studi yang ditinjau tidak sepenuhnya sesuai dengan graphene ideal. (ScienceDirect)

Temuan tersebut sangat penting karena mendukung pendekatan penelitian ini yang tidak akan langsung menyatakan BFD sebagai graphene.

RESEARCH GAP

Berdasarkan kajian terdahulu, terdapat empat research gap.

Gap 1 – Material

Penelitian graphene-like banyak menggunakan biomassa, sementara BFD merupakan limbah karbon industri yang memiliki sejarah termal berbeda.

Gap 2 – Proses

Penelitian BFD sebelumnya terutama berorientasi pada briket dan energi.

Belum dikembangkan secara sistematis:

BFD → nanokarbon → grafitik → graphene-like.

Gap 3 – Struktur

Belum tersedia pemetaan evolusi:

ukuran partikel → struktur sp² → domain grafitik → struktur 2D pada BFD.

Gap 4 – Validasi graphene-like

Literatur menunjukkan bahwa material karbon berbasis biomassa sering disebut graphene meskipun bukti strukturalnya belum cukup. (American Chemical Society Publications)

Oleh karena itu, kajian ini mengusulkan evidence-based classification.

Tujuan Kajian

Tujuan Umum

Mengembangkan kerangka ilmiah dan eksperimental untuk mengevaluasi evolusi struktur karbon BFD PT INALUM dari material karbon industri menuju nanokarbon kaya-sp², karbon grafitik, dan graphene-like nanocarbon melalui pendekatan multiskala.

Tujuan Khusus

Mengidentifikasi karakteristik awal BFD secara kimia, fisik, dan morfologi.
Mengkaji pengaruh pengecilan ukuran partikel terhadap sifat BFD.
Mengkaji perubahan struktur karbon akibat perlakuan termal.
Mengidentifikasi perkembangan domain sp² dan grafitisasi.
Mengevaluasi pembentukan struktur karbon dua dimensi.
Mengembangkan kriteria klasifikasi BFD-derived nanocarbon.
Menghubungkan struktur material dengan sifat fungsional.
Menyusun roadmap transformasi BFD menuju material karbon maju.

Pertanyaan Kajian

Kajian ini akan diarahkan untuk menjawab pertanyaan:

Bagaimana struktur awal karbon BFD ?
Apakah pengecilan ukuran BFD menuju skala nano menghasilkan perubahan signifikan pada morfologi dan luas permukaan ?
Bagaimana temperatur dan waktu perlakuan termal mempengaruhi struktur sp² ?
Pada kondisi apa domain grafitik mulai berkembang ?
Apakah terbentuk struktur lembaran karbon dua dimensi ?
Apakah produk akhir lebih tepat diklasifikasikan sebagai nanokarbon, karbon grafitik, graphene-like carbon, atau graphene ?
Bagaimana evolusi struktur tersebut memengaruhi sifat listrik, permukaan, adsorpsi, dan/atau elektrokimia ?

HIPOTESIS

Hipotesis utama:

BFD PT INALUM yang kaya karbon berpotensi mengalami evolusi struktur dari karbon industri menuju nanokarbon kaya-sp² dan graphene-like nanocarbon melalui kombinasi pengendalian ukuran partikel, perlakuan termal, pemurnian, dan rekayasa struktur.

Hipotesis turunan:

H1: Pengecilan ukuran meningkatkan luas permukaan dan memperbesar aksesibilitas permukaan.

H2: Perlakuan termal terkontrol meningkatkan aromatisasi dan keteraturan domain sp².

H3: Peningkatan derajat grafitisasi menghasilkan domain karbon yang lebih teratur.

H4: Kondisi sintesis tertentu dapat menghasilkan struktur karbon 2D atau graphene-like.

H5: Perubahan struktur tersebut menghasilkan perubahan sifat fungsional yang dapat dimanfaatkan dalam aplikasi material maju.

Metodologi Kajian yanag akan diusulkan

Desain Kajian

Kajian menggunakan pendekatan eksperimental multiskala dengan alur:

BFD → karakterisasi awal → pemurnian → reduksi ukuran → perlakuan termal → rekayasa struktur → karakterisasi → klasifikasi → pengujian fungsi.

Tahap I – Karakterisasi BFD Awal

BFD dianalisis menggunakan:

analisis kadar air;
volatile matter;
ash;
fixed carbon;
ultimate analysis;
XRF;
FTIR;
SEM-EDS;
TGA.

Tujuannya adalah membangun carbon fingerprint BFD.

Penelitian terdahulu telah menunjukkan bahwa kombinasi proximate, ultimate, XRF, FTIR, SEM-EDS, dan TGA telah digunakan untuk karakterisasi material BFD–biomassa. (Talenta)

TAHAP II – Pemurnian

BFD dapat mengandung komponen non-karbon atau mineral yang dapat mempengaruhi proses grafitisasi dan karakterisasi.

Tahap pemurnian dapat mencakup:

pencucian;
pengeringan;
pemisahan fraksi;
penghilangan pengotor yang sesuai;
pengujian kembali komposisi.

Catatan : metode pemurnian harus ditentukan berdasarkan komposisi aktual BFD dan analisis keselamatan material.

TAHAP III – Rekayasa Ukuran Partikel

BFD selanjutnya dibagi menjadi beberapa fraksi ukuran.

Konsep:

BFD makro/mikro → submikro → nano

Karakterisasi:

PSA;
SEM;
TEM.

Parameter:

diameter rata-rata;
distribusi ukuran;
aglomerasi;
morfologi;
luas permukaan.

Tahap ini penting karena penelitian graphene-like berbasis biomassa juga mengidentifikasi pengaruh ukuran partikel prekursor sebagai salah satu aspek yang perlu dikaji lebih lanjut. (MDPI)

TAHAP IV – Rekayasa Termal

Nanokarbon BFD diberikan perlakuan termal terkontrol.

Variabel:

temperatur;
waktu tahan;
atmosfer;
laju pemanasan.

Tujuan:

disordered carbon

↓

aromatic carbon

↓

sp²-rich carbon

↓

graphitic carbon

↓

graphene-like carbon

Kajian ini tidak menetapkan sejak awal bahwa temperatur tertentu pasti menghasilkan graphene. Kondisi optimum harus ditentukan melalui karakterisasi.

TAHAP V – Rekayasa Porositas

Aktivasi dapat digunakan sebagai salah satu jalur untuk mengontrol:

mikropori;
mesopori;
luas permukaan;
situs aktif.

Namun, aktivasi tidak boleh disamakan dengan pembentukan graphene.

Dengan demikian:

activation → porosity engineering

sedangkan:

graphitization/2D development → structural engineering.

Keduanya merupakan jalur berbeda tetapi dapat dikombinasikan.

TAHAP VI – Pembentukan Struktur Graphene -Like

Pada tahap ini kajian akan diarahkan pada pembentukan:

domain sp²;
domain grafitik;
nanosheet;
few-layer structure;
struktur 2D.

Pendekatan yang dapat dibandingkan secara eksperimental antara lain:

perlakuan termal;
katalitik grafitisasi;
aktivasi terkontrol;
template-assisted synthesis;
eksfoliasi;
kombinasi top-down dan bottom-up.

Pemilihan metode harus dilakukan berdasarkan hasil karakterisasi tahap sebelumnya.

KARAKTERISASI MULTISKALA

Skala	Metode	Parameter utama
Makro	Proximate / ultimate	C, ash, moisture, VM
Mikro	SEM	Morfologi
Mikro–nano	EDS / XRF	Komposisi unsur
Nano	PSA / TEM	Ukuran
Atomik	HRTEM	Lattice fringe
Kristalografi	XRD	Struktur grafitik
Molekuler	FTIR	Gugus fungsi
Kimia permukaan	XPS	C–C, C=C, C–O, C=O
Struktur karbon	Raman	D, G, 2D
Permukaan	BET	Luas permukaan / pori
Termal	TGA / DSC	Stabilitas termal
Listrik	Four-point probe / EIS	Konduktivitas / resistansi

Gagal Move On dari OITNB? Momen Ikonik Ini Pasti Bikin Lo Kangen

Brainberries

Sederet Prestasi Unik Para Artis Transpuan Indonesia

Herbeauty

A Dying Cobra Crawled Up To The People: This Is What They Did

Buzz Day

Gerakan Super Intim, 6 Video Tarian Zouk Ini Sulit Dilupakan

Herbeauty

STRATEGI VALIDASI GRAPHENE-LIKE

Klaim material akan menggunakan sistem klasifikasi bertingkat.

Level 1 – Carbon-rich BFD

Ditentukan berdasarkan komposisi unsur.

Level 2 – Nanocarbon

Ditentukan berdasarkan ukuran / morfologi nano.

Level 3 – sp²-rich nanocarbon

Ditentukan berdasarkan Raman / XPS dan karakterisasi terkait.

Level 4 – Graphitic nanocarbon

Didukung oleh XRD, Raman, dan HRTEM.

Level 5 – Graphene-like nanocarbon

Harus terdapat bukti struktur nanosheet/ domain 2D yang konsisten.

Level 6 – Graphene

Klaim hanya dilakukan apabila bukti struktural memenuhi kriteria graphene yang memadai.

Pendekatan ini mengikuti kebutuhan yang ditekankan dalam literatur bahwa istilah graphene harus dibedakan secara ketat dari material graphene-like. (American Chemical Society Publications)

RAMAN SPECTROSCOPY SEBAGAI FINGERPRINT

Raman merupakan karakterisasi penting untuk karbon.

Pita utama:

D band → berkaitan dengan disorder/defect;
G band → berkaitan dengan getaran karbon sp²;
2D band → sangat penting dalam evaluasi struktur graphene-related.

Rasio:

I_D / I_G

dapat digunakan untuk mengevaluasi tingkat disorder secara relatif.

Namun, I_D/I_G saja tidak cukup untuk menyatakan graphene.

Literatur kritis mengenai graphene-like biomass carbon menunjukkan bahwa fingerprint Raman dari mayoritas material yang ditinjau tidak sepenuhnya mengikuti karakter graphene ideal. (ScienceDirect)

X-RD DAN DERAJAT GRAFITISASI

X-RD digunakan untuk mempelajari perkembangan keteraturan struktur karbon.

Parameter yang dapat dianalisis:

posisi puncak karbon;
lebar puncak;
interlayer spacing;
ukuran domain;
perubahan keteraturan.

Secara umum:

amorf/disordered carbon → turbostratic carbon → graphitic ordering

dapat diikuti melalui perubahan karakter difraksi.

HRTEM DAN STRUKTUR 2D

HRTEM menjadi sangat penting untuk membedakan:

nanoparticle carbon

dari

graphene-like nanosheet.

HRTEM dapat digunakan untuk mengamati:

lattice fringes;
domain grafitik;
jumlah lapisan;
susunan lembaran;
defect;
ukuran domain.

Apabila tersedia, AFM dapat digunakan untuk mendukung pengukuran ketebalan nanosheet.

XPS DAN EVOLUSI IKATAN KARBON

XPS digunakan untuk melihat perubahan:

C–C;
C=C;
C–O;
C=O;
O–C=O.

Evolusi komposisi ikatan tersebut dapat digunakan untuk memahami perubahan struktur dan oksigenasi permukaan.

MODEL EVOLUSI STRUKTUR

Model konseptual utama penelitian:

Skala 1 – Material

BFD

↓

Skala 2 – Mikro

carbon particles

↓

Skala 3 – Nano

nanocarbon

↓

Skala 4 – Molekuler

aromatic / sp² carbon

↓

Skala 5 – Kristalografik

graphitic domains

↓

Skala 6 – Dua Dimensi

graphene-like nanosheets

↓

Skala 7 – Fungsional

advanced carbon material

KONSEP PROCESS–STRUCTURE–PROPERTY–FUNCTION

Kajian ini akan dirancang dengan menggunakan hubungan kait antara :

PROCESS → STRUCTURE → PROPERTY → FUNCTION

Process

ukuran prekursor;
temperatur;
waktu;
atmosfer;
aktivasi;
grafitisasi.

↓

Structure

porositas;
sp²;
defect;
grafitisasi;
domain 2D.

↓

Property

luas permukaan;
konduktivitas;
stabilitas;
kapasitas adsorpsi;
sifat elektrokimia.

↓

Function

adsorben;
elektroda;
sensor;
katalis;
komposit.

Kerangka ini merupakan inti pendekatan multiskala.

HASIL YANG AKAN DIHARAPKAN

Karena kajian eksperimental lanjutan belum dilakukan dalam makalah ini, bagian hasil diposisikan sebagai expected outcomes, bukan hasil faktual.

Hasil yang diharapkan akan meliputi:

diperolehnya carbon fingerprint BFD;
diperolehnya fraksi ukuran nano yang terkontrol;
meningkatnya pemahaman tentang hubungan ukuran dan struktur;
teridentifikasinya kondisi termal yang meningkatkan ordering sp²;
teridentifikasinya perkembangan domain grafitik;
diperolehnya material nanokarbon dengan sifat permukaan dan listrik yang dapat dikontrol;
kemungkinan terbentuknya struktur graphene-like;
terbentuknya hubungan kuantitatif antara proses, struktur, dan sifat.

POTENSI APLIKASI

Aplikasi Lingkungan

Graphene-like nanocarbon BFD berpotensi digunakan sebagai:

adsorben logam berat;
adsorben zat warna;
material pengolahan air;
material pendukung katalis.

Material graphene/graphene-like dari biomassa telah banyak diteliti untuk aplikasi lingkungan karena kombinasi struktur permukaan, gugus fungsi, dan sifat elektroniknya. (American Chemical Society Publications)

Aplikasi Energi

Potensi:

superkapasitor;
baterai;
elektroda;
material konduktif.

Review Athanasiou et al. menunjukkan bahwa material graphene-like berbasis biomassa telah banyak dikaji sebagai material elektroda superkapasitor. (ScienceDirect)

Aplikasi Sensor

Struktur sp² dan luas permukaan dapat dikembangkan untuk:

sensor gas;
sensor kimia;
biosensor;
sensor lingkungan.

Aplikasi Komposit

Nanokarbon dapat digunakan sebagai:

conductive filler;
penguat polimer;
material termal;
material multifungsi.

NOVELTY KAJIAN INI AKAN MEMPEROLEH ;

Novelty kajian akan dirumuskan dalam lima aspek.

Novelty 1 :

BFD PT INALUM sebagai prekursor nanokarbon industri.

Novelty 2 :

Evolusi struktur karbon sebagai objek penelitian fundamental.

Novelty 3 :

Penggabungan rekayasa ukuran partikel dengan rekayasa struktur sp².

Novelty 4 :

Pendekatan evidence-based untuk membedakan nanokarbon, graphitic carbon, graphene-like carbon, dan graphene.

Novelty 5 :

Integrasi struktur–sifat–fungsi dalam kerangka multiskala.

RESEARCH GAP DAN POSISI KAJIAN NOW

Aspek	Kajian sebelumnya	Kajian yang akan diusulkan
BFD	Briket/hybrid fuel	Advanced carbon material
Biomassa	Prekursor graphene-like	Pembanding / prekursor hybrid
Ukuran	Mikro	Mikro → nano
sp²	Bukan fokus utama	Fokus utama
Grafitisasi	Terbatas	Variabel utama
Struktur 2D	Belum dikaji pada BFD	Diuji
Raman	Karakterisasi	Fingerprint evolusi
HRTEM	Terbatas	Verifikasi struktur 2D
XPS	Terbatas	Bonding carbon
BET	Potensi adsorpsi	Struktur–fungsi
Terminologi	Karbon / BFD	Evidence-based classification
Paradigma	Waste-to-fuel	Waste-to-advanced-carbon

ROADMAP KAJIAN

Tahap I – Carbon Fingerprint

BFD → karakterisasi kimia dan fisik

↓

Tahap II – Purification

Raw BFD → purified carbon precursor

↓

Tahap III – Nanostructuring

Micro-BFD → Nano-BFD

↓

Tahap IV – sp² Engineering

Nano-BFD → sp²-rich nanocarbon

↓

Tahap V – Graphitization

sp²-rich nanocarbon → graphitic nanocarbon

↓

Tahap VI – 2D Development

Graphitic nanocarbon → graphene-like nanocarbon

↓

Tahap VII – Functionalization

Graphene-like nanocarbon → functional hybrid

↓

Tahap VIII – Application

Environment – Energy – Sensor – Composite

INTEGRASI DENGAN BIOMASSA

Salah satu pengembangan lanjutan yang sangat menarik adalah membuat material Hybrid BFD – Biomass nanocarbon.

Misalnya:

BFD

biomass-derived carbon

↓

BFD–biomass hybrid nanocarbon

↓

sp²-rich hybrid

↓

graphene-like hybrid carbon

Pendekatan ini dapat menggabungkan karakter:

BFD → sumber karbon industri

dengan:

biomassa → sumber karbon terbarukan dan struktur fungsional.

Dengan demikian, penelitian sebelumnya mengenai BFD dan arang tempurung kelapa dapat menjadi fondasi bagi penelitian material karbon generasi berikutnya. (Talenta)

MODEL KONSEPTUAL AKHIR

Model utama penelitian dapat dirumuskan:

INDUSTRIAL WASTE → CARBON PRECURSOR → NANOCARBON → sp²-RICH CARBON → GRAPHITIC CARBON → GRAPHENE-LIKE NANOCARBON → FUNCTIONAL HYBRID

atau dalam bentuk pendek:

WASTE → CARBON → NANO → sp² → GRAPHITIC → 2D → FUNCTION

Model ini merupakan scientific storyline utama Kajian.

IMPLIKASI ILMIAH

Kajian ini tidak hanya bertujuan menghasilkan material baru, tetapi juga mengembangkan cara berpikir baru mengenai limbah industri.

BFD dapat dipandang sebagai:

Limbah → sumber karbon → sistem material → sistem nano → sistem 2D.

Dengan demikian, nilai BFD tidak hanya ditentukan oleh nilai kalor, tetapi juga oleh:

struktur karbon;
derajat grafitisasi;
luas permukaan;
domain sp²;
konduktivitas;
kemampuan adsorpsi;
potensi elektrokimia.

Perubahan paradigma tersebut memungkinkan pengembangan ekonomi sirkular berbasis ilmu material.

KESIMPULAN

Baking Filter Dust (BFD) dari PT INALUM memiliki potensi untuk dikembangkan dari limbah karbon industri menjadi material karbon maju.

Penelitian terdahulu telah menunjukkan bahwa BFD dapat dimanfaatkan sebagai bahan dalam hybrid briquette dengan arang tempurung kelapa, dengan salah satu komposisi terbaik mencapai nilai kalor 6557,3 cal/g dan fixed carbon 86,2%. (Talenta)

Kajian literatur internasional menunjukkan bahwa biomassa dapat dikembangkan menjadi graphene-like carbon melalui berbagai proses, tetapi terminologi graphene harus digunakan secara hati-hati.

Material karbon hasil biomassa sering memiliki domain sp², struktur turbostratic, defect, porositas, dan beberapa lapisan yang lebih tepat dikategorikan sebagai graphene-like daripada graphene ideal. (American Chemical Society Publications)

Oleh karena itu, Kajian ini akan mengusulkan pendekatan multiskala:

BFD → carbon precursor → nanocarbon → sp²-rich carbon → graphitic nanocarbon → graphene-like nanocarbon.

Pengecilan ukuran partikel menuju skala nano merupakan salah satu tahap penting, tetapi tidak dapat digunakan sebagai satu-satunya bukti terbentuknya graphene.

Pembentukan graphene-like harus dibuktikan melalui kombinasi karakterisasi Raman, XRD, XPS, TEM/HRTEM, AFM, SEM-EDS, BET, dan analisis terkait.

Dengan demikian, novelty kajian ini akan terletak pada transformasi paradigma:

from waste-to-fuel toward waste-to-advanced-carbon-material.

BFD PT INALUM berpotensi menjadi salah satu sumber karbon industri yang dapat dikembangkan menuju nanokarbon kaya-sp² dan graphene-like nanocarbon, sekaligus membuka peluang aplikasi pada lingkungan, energi, sensor, katalisis, dan material komposit.

SARAN KAJIAN LANJUTAN

Penelitian eksperimental berikutnya perlu difokuskan pada lima pertanyaan fundamental:

Bagaimana struktur atomik awal BFD ?.
Bagaimana ukuran partikel memePngaruhi perkembangan domain sp² ?.
Bagaimana temperatur dan atmosfer memengaruhi grafitisasi ?.
Apakah struktur 2D yang konsisten dengan graphene-like dapat dibentuk ?.
Bagaimana perubahan struktur tersebut memPengaruhi performa fungsional ?.

Tahapan tersebut akan menghasilkan database evolusi struktur BFD yang dapat menjadi dasar publikasi internasional dan pengembangan material karbon berkelanjutan.

PERNYATAAN POSISI ILMIAH

Makalah ini menempatkan BFD PT INALUM bukan sebagai graphene, tetapi sebagai prekursor karbon industri yang berpotensi mengalami evolusi menuju graphene-like nanocarbon.

Dengan demikian, istilah yang digunakan secara bertahap adalah:

BFD-derived carbon

→ BFD-derived nanocarbon

→ BFD-derived sp²-rich carbon

→ BFD-derived graphitic nanocarbon

→ BFD-derived graphene-like nanocarbon

→ BFD-derived graphene, hanya apabila bukti eksperimen memenuhi kriteria struktural yang memadai.

Pendekatan terminologi tersebut menjaga integritas ilmiah penelitian sekaligus membuka ruang bagi penemuan baru.

SCIENTIFIC STORYLINE

BFD PT INALUM

↓

Carbon-rich industrial waste

↓

Size engineering

↓

Nanocarbon

↓

sp² ordering

↓

Graphitization

↓

2D carbon development

↓

Graphene-like nanocarbon

↓

Functional carbon hybrid

↓

Energy – Environment – Sensor – Composite

Paradigma:

#FROM INDUSTRIAL WASTE TO ADVANCED CARBON MATERIAL THROUGH MULTISCALE STRUCTURAL EVOLUTION.