Insiyur Teknik Kimia Hari Ini

Oleh: Heru Setyawan

You need only 10% of the things you learn at the university. The problem is: You don’t know which 10%!
Anda hanya butuh 10% dari yang anda pelajari di perguruan tinggi. Masalahnya adalah: Anda tidak tahu 10% yang mana!
University Sapience

Seperti diuraikan sebelumnya (disini), persepsi paling populer dari insinyur kimia adalah seseorang yang merancang dan mengoperasikan proses untuk produksi bahan kimia dan petrokimia. Citra ini menurut sejarah teknik kimia tepat tetapi kurang bisa menggambarkan secara penuh insinyur kimia hari ini. Hari ini, insinyur kimia memainkan peran penting dalam setiap industri, tidak hanya kimia dan petrokimia, dan melayani profesi dimana kimia atau biologi sebagai faktor termasuk semikonduktor, teknologi nano, pangan, pertanian, pengendalian lingkungan, farmasi, produk perawatan tubuh, keuangan dan obat. Untuk lebih memberikan gambaran yang jelas, beberapa contoh kontribusi insinyur kimia pada sejumlah aplikasi akan diberikan.

Keping Komputer (Computer Chips)

Produksi semikonduktor digerakkan oleh insiyur kimia, yang telah menemukan banyak proses untuk pembuatan keping komputer, yang tergantung pada proses kimia dan laju. Salah seorang yang paling berpengaruh dalam teknologi yang mengubah dunia ini adalah Andrew Grove, seorang insinyur kimia, salah satu dari tiga pendiri Intel Corporation dan CEO-nya selama beberapa tahun. Grove mendapatkan pendidikan dari jenjang sarjana sampai doktor dalam bidang teknik kimia klasik sebelum teknologi semikonduktor mengambil bagian dalam kurikulum teknik kimia dalam banyak perguruan tinggi hari ini. Jadi, fundamental yang melandasi pendidikan teknik kimialah (dan, tentu saja, kemampuannya yang sangat luar biasa) yang memungkinkan Grove bergerak ke bidang teknologi baru dan menjadi pemimpin intelektual yang membantu perubahan menghadapi peradaban.

Pelepasan Obat Terkendali

Gel polimer yang melepaskan obat pada selang waktu telah diteliti sejak 1960an. Isu kunci dalam pelepasan pada waktu tertentu adalah kelarutan obat dalam gel, keseragaman laju pelepasan, dan tentu saja, biokompatibilitas untuk bahan yang ditempatkan dalam tubuh. Salah satu pemimpin dalam pengembangan bidang ini adalah insinyur kimia Alan Michaels, Presiden ALZA Research tahun 1970an. Pada tahun 1996, US Food and Drug Administration (FDA) menyetujui terapi pelepasan terkendali untuk glioblastoma multiforme, bentuk paling umum kanker otak primer, yang dikembangkan insinyur teknik kimia Robert Langer dan koleganya. Dalam terapi ini, wafer polimer kecil yang mengandung agen terapi kemo ditempatkan secara langsung di tempat tumor setelah pembedahan. Wafer, yang terbuat dari polimer biokompatibel, secara bertahap larut, melepaskan agen dimana agen diperlukan dan mencegah terjadinya masalah obat menembus penghalang darah-otak. Metodologi yang digunakan oleh Michaels, Langer dan koleganya dalam bidang ini adalah sama seperti yang digunakan oleh insinyur kimia yang bekerja dalam banyak bidang aplikasi lain.

Biologi Sintetis

Insinyur kimia selama ini selalu terlibat dalam sintesa kimia, tetapi bidang baru biologi sintetis kadang-kadang agak berbeda. Biologi sintetis memakai akses baru untuk kode genetik dan DNA sintetis untuk menciptakan blok pembangun kimia baru dengan mengubah lintasan metabolik dalam sel, yang kemudian berfungsi sebagai reaktor kimia mikro. Salah satu bahan yang berhasil dibuat dengan teknik ini adalah artemesinin, obat pilihan untuk melawan malaria yang resisten terhadap quinine dan turunannya. Pengembangan proses ini dipimpin oleh Jay Keasling, seorang insinyur kimia yang mengepalai US Department of Energy’s Joint BioEnergy Institute, bekerja sama dengan tiga laboratorium nasional dan tiga perguruan tinggi. Proses sintetis tersebut sedang diimplementasikan pada skala besar dan diharapkan dapat membantu menyediakan akses obat untuk menyelamatkan jutaan nyawa di belahan bumi termiskin di dunia. Teknik biologi sintetik serupa sedang dibawa untuk menghasilkan manufaktur sumber bahan bakar baru yang akan mengemisikan sedikit atau tanpa gas rumah kaca.

Pengendalian Lingkungan

Pengendalian lingkungan, baik melalui pengembangan proses “hijau” maupun perbaikan metode yang berkenaan dengan kualitas udara dan air, telah lama menarik perhatian insinyur kimia. Model matematika pertama pencemaran udara dikembangkan oleh insinyur kimia John Seinfield pada tahun 1972 dan sampai sekarang tetap mendasari pengembangan model pencemaran atmosfir perkotaan dan regional.

Proses pembuatan aluminium dari bauksit selalu menghasilkan limbah dalam bentuk suspensi koloid basa yang dikenal sebagai “red mud“, yang secara tradisional ditampung dalam kolam yang menempati beratus-ratus hektar. Ini bisa menyebabkan bencana lingkungan seperti yang terjadi di Hungaria pada tahun 2010 dimana dinding yang menahan kolam yang berisi suspensi red mud basa encer runtuh dan menghancurkan desa di sekitarnya. David Boger, seorang insinyur kimia, dan koleganya menunjukkan bahwa masalah ini dapat diselesaikan dengan mengubah suspensi menjadi bahan yang akan mengalir sebagai pasta dengan menyetel sifat aliran (rheology) dari suspensi sehingga sebagian besar air dapat diambil untuk digunakan kembali. Metode ini mampu mengurangi volume limbah dengan faktor dua. Industri alumunium di Australia sendiri menghemat USD 7,4 juta per tahun melalui proses ini, yang sekarang dipakai dalam banyak industri dunia.

Teknologi Nano

Teknologi nano, eksploitasi proses yang terjadi pada skala panjang pada tingkat 100 nanometer (10^-7 m) atau kurang, telah menjadi fokus perhatian ilmiah sejak awal 1990an. Ini terutama didorong oleh penemuan carbon nanotubes (CNT) dan “buckyballs” dan kesadaran bahwa kluster yang mengandung sejumlah kecil molekul bisa memiliki sifat fisika dan kimia yang sangat berbeda dengan besaran molar (10²³ molekul) bahan yang sama. Skala nano bukan hal baru bagi insinyur kimia, yang telah lama tertarik pada sifat katalitik bahan dan dalam fenomena antarmuka antara bahan yang tak sejenis, yang keduanya ditentukan pada skala nano.

Insinyur kimia Michael Strano, sebagai contoh, menggunakan CNT yang dibungkus polimer yang peka terhadap konsentrasi glukosa untuk mengembangkan purwarupa sensor glukosa. Sensor seperti itu dapat diadaptasi menjadi “tinta” tato yang dapat diinjeksikan kedalam kulit penderita diabetes Tipe 1 yang memungkinkan pembacaan cepat kadar gula darah tanpa melukai kulit dan menarik darah. Proses untuk membuat serat CNT berkekuatan tinggi dan bersifat penghantar listrik berhasil dikembangkan oleh insinyur kimia Matteo Pasquiali dan koleganya. Serat tersebut dapat menurunkan dengan tajam berat panel pesawat terbang dan dapat dipakai untuk penghantar listrik ringan untuk transmisi data (kabel USB) maupun untuk pengiriman daya jarak jauh.

Bahan Polimer

Lapisan tipis berpori Gore-Tex yang terbuat dari poli(tetrafluoroetilena), atau PTFE, yang biasa dikenal dengan nama dagang Teflon ditemukan oleh insinyur kimia Robert Gore. Gore-Tex “bernafas”, dalam arti ia melewatkkan udara dan uap air melalui pori-pori kecil tetapi tidak mengizinkan lewatnya air cair karena permukaan PTFE hidrofob pada mulut pori-pori. Lapisan ini secara luas dipakai pada pakaian lapangan, tetapi juga menemukan aplikasi medis sebagai pembuluh darah sintetis. Proses tersebut membutuhkan peregangan yang sangat cepat dari lapisan PTFE, diluar batas kecepatan dimana lapisan seperti itu umumya sobek.

Plastik transparan baru polisikloheksiletilena yang digunakan dalam media penyimpan optik ditemukan oleh insinyur kimia Frank Bates dan Glenn Fredrickson dan dua kolega kimianya. Polimer ini digunakan untuk menggantikan polikarbonat yang menyerap cahaya dalam rentang frekuensi dimana generasi berikutnya alat penyimpan beroperasi.

Ilmu Koloid

Banyak teknologi didasarkan pada pemrosesan dan perilaku suspensi koloid dimana kimia permukaan dan interaksi partikel-ke-partikel menentukan sifatnya. Gaya antarpartikel menjadi penting ketika partikel dengan skala panjang karakteristik lebih kecil daripada kira-kira satu mikrometer saling berdekatan sebagaimana dalam red mud yang dipelajari oleh David Boger. Suspensi koloidal pekat dapat membentuk kaca atau bahkan kristal koloidal. Insinyur kimia telah berada di garda terdepan pengembangan dan eksploitasi ilmu koloid dalam rentang aplikasi yang luas. Salah satu contoh adalah fenomena elektrorheologi yang dikenalkan oleh insinyur kimia Alice P. Gast. Elektrorheologi adalah fenomena dimana viskositas suspensi koloidal yang mengandung dipol permanen meningkat tajam dengan diberikan medan listrik. Aplikasi yang mungkin untuk alat seperti kopling dan suspensi tampak jelas.

Rekayasa Jaringan Tubuh

Rekayasa jaringan tubuh adalah nama populer dari bidang yang dicurahkan untuk memulihkan atau mengganti fungsi organ tubuh, biasanya dengan membangun kerangka (scaffold) biokompatibel dimana sel dapat tumbuh dan membedakan. Banyak insiyur kimia yang aktif dalam bidang ini, yang berada pada titik hubung insinyur kimia dan insinyur mesin, kimia polimer, biologi sel, dan obat. Salah satu contoh adalah pengembangan kerangka yang dapat diinjeksikan dan biodegradabel untuk mendukung sel tulang rawan (chondrocytes) ketika mereka tumbuh untuk meregenerasi jaringan tulang rawan berpenyakit atau rusak. Pengembangan ini dipimpin oleh profesor teknik kimia Kristi Anseth dari Howard Hughes Medical Institute.

Desalinasi Air

Proses membran untuk pemisahan digunakan dalam berbagai macam aplikasi termasuk hemodialisa (“ginjal buatan”) dan pengayaan oksigen. Salah satu aplikasi paling tua dan paling penting adalah pengembangan proses reverse osmosis (RO) untuk desalinasi air pada tahun 1959 oleh insinyur kimia Sidney Loeb dan Srinivasa. Dalam RO, elektrolit terlarut berpindah melalui membran menjauhi aliran bertekanan air laut atau air payau karena tekanan yang diberikan melampaui tekanan osmosis. Proses RO saat ini menyediakan lebih daripada 6,5 juta meter kubik air bersih di seluruh dunia, dan hampir semua instalasi proses baru menggunakan teknologi ini.

Sumber Energi Alternatif

Insinyur kimia telah selalu terlibat secara mendalam dalam pengembangan sumber energi, dan dengan kebutuhan untuk beralih dari bahan bakar fosil tradisional, keterlibatan profesi ini telah semakin mendalam. Energi matahari untuk produksi listrik adalah salah satu bidang dimana peran insinyur kimia telah menonjol. Pengembangan produksi kontinyu sel surya dan perancangan reaktor untuk mendeposisikan semikonduktor secara kontinyu pada substrat yang bergerak dipimpin oleh insinyur kimia T. W. Fraser Russel. Sekarang ada operasi skala komersial untuk manufaktur kontinyu modul selenide tembaga-indium-galium pada substrat plastik fleksibel.

Profesi Lain

Insinyur kimia telah sering memanfaatkan pendidikannya untuk praktek profesi lain. Tidak mengejutkan banyak insinyur teknik kimia memilih untuk belajar obat setelah menyelesaikan gelar sarjana teknik kimia, atau memilih untuk belajar hukum, khususnya hukum paten.

Adam Osborne, dengan gelar ST dan PhD dalam teknik kimia, mengembangkan komputer portabel komersial pertama, Osborne 1, yang muncul di pasar pada tahun 1981. Ahli fisika dan Nobel Laureate Eugene Wigner, yang sering disebut “bapak teknik nuklir” karena kerjanya ketika PD II pada proses pemisahan uranium, pada kenyataannya adalah seorang insinyur kimia oleh pendidikan pada semua jenjang gelar. Ahli fisika Edward Teller, yang dikenal sebagai “bapak bom hidrogen”, belajar teknik kimia untuk gelar universitas pertama, seperti juga ahli matematika John von Neumann, yang kontribusinya merentang dari teori game sampai (kemudian) bidang baru komputasi digital, dan ahli kimia Nobel Laureate Lars Onsager dan Linus Pauling. Banyak dosen di jurusan ilmu dan teknik material, teknik biomedik, teknik lingkungan dan kimia di universitas belajar teknik kimia pada jenjang sarjana, dan dalam banyak kasus sampai doktor. Beberapa insiyur teknik kimia telah benar-benar meninggalkan sains dan telah memiliki karir yang berhasil dalam seni atau bisnis.

Daftar di atas tidak dimaksudkan untuk memberi saran bahwa pendidikan teknik kimia adalah kunci sukses dalam semua bidang. Ini gampangnya menyarankan bahwa alat yang dibutuhkan untuk praktek teknik kimia secara luas dapat diterapkan di seluruh disiplin kuantitatif, dan bahwa teknik kimia merupakan profesi yang berkembang.

Uraian di atas barangkali bisa memberikan bayangan bagaimana pendidikan teknik kimia di universitas bisa menjembatani celah antara universitas (perguruan tinggi) dan industri agar universitas mampu menyiapkan mahasiswanya dengan potongan pengetahuan yang paling penting dalam aplikasi praktis. Ini mungkin juga bisa menjawab pertanyaan bodoh, sesuatu yang banyak mahasiswa telah pelajari di perguruan tinggi tanpa memahami implikasinya.

Tulisan singkat ini barangkali juga untuk mengingatkan insinyur yang baru memulai karirnya agar memiliki ide tentang 10% pengetahuan yang akan membantunya dalam kehidupan profesionalnya. Dan tentu saja: selalu nikmati pekerjaan anda.

Dan ingat:

Dan seandainya pohon-pohon di bumi menjadi pena dan laut (menjadi tinta), ditambahkan kepadanya tujuh laut (lagi) sesudah keringnya, niscaya kalimat Allah tidak akan habis ditulis.
Al Qur’an surat Luqman ayat 27

There is always much more to learn than can ever be taught!
Selalu ada jauh lebih banyak untuk dipelajari daripada yang pernah dapat diajarkan!
Peter Ustinov

Bahan Bacaan

M. M. Denn, Chemical Engineering: An Introduction, Cambridge University Press, New York, 2012.
M. Kleiber, Process Engineering, Walter de Gruyter, GmbH, Berlin, 2016.