Download - MAKALAH TEKNOLOGI BIOFUEL GASIFIKASI.doc
MAKALAH
GASIFIKASI BIOMASSA
Disusun Oleh:
1. Ardhy Hardiyanto P I05100052. Donny Chandra I05100113. Ester Dwi Agustina I05100134. Firna Niwang Jati I05100155. Wiranto I0510039
JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA2012
Kebutuhan energi yang semakin meningkat seiring dengan meningkatnya
pembangunan nasional. Dewasa ini, minyak bumi masih berperan sebagai sumber
utama energi di dalam negeri, sehingga pemakaiannya akan meningkat sementara
cadangan energy terbatas, menyebabkan pengelolaannya harus dilakukan secara
efisien. Di samping itu, ketergantungan terhadap minyak bumi tidak dapat
dipertahankan lagi dalam jangka panjang, sehingga diperlukan upaya untuk
mensubstitusi minyak bumi melalui melalui pengembangan dan pemanfaatan
energy baru terbarukan, yaitu tenaga surya, angin, biomassa, gambut dan
sebagainya. Salah satu energy alternatif yang dapat dikembangkan di Indonesia
pada saat ini maupun masa mendatang adalah biomasa yang berasal dari kayu,
serbuk gergaji, sekampadi, sampah, dan lain-lainnya .Indonesia yang secara
geografis berada pada daerah tropis, memiliki ketersediaan forest biomass dan
limbah pertanian yang sangat melimpah. Terdapat beberapa metode konversi
biomassa menjadi sumber energy khususnya secara termokimia antara lain
pembakaran (combustion), pirolisis (pyrolisis), gasifikasi (gasification),
karbonisasi (carbonization) dan pencairan (liquefaction) Pilihan teknologi yang
mulai dikembangkan adalah gasifikasi biomassa, dimana gas bakar dari reactor
mampu dikonversi menjadi energy listrik dan gas buangnya dimanfaatkan sebagai
pemasok panas pada proses desorpsi mesin pendingin adsorpsi.
Gasifikasi merupakan proses pengolahan bahan organic padat menjadi
gas-gas pembakaran seperti metana, karbonmonoksida, dan hidrogen. Parameter
yang berpengaruh terhadap gasifikasi biomassa antara lain Kandungan energi,
Kadar air, Ukuran rata-rata dan bentuk, Distribusi ukuran, Densitas curah, Kadar
volatile matter, Kadar abu dan komposisi kimia abu, Unsur penyusun (sesuai
analisa ultimat)
Biomassa sebagai sumber alternative dapat dijadikan sebagai sumber
energy pengganti BBM untuk pembangkit listrik di daerah terpencil. Selain itu
konversi biomassa menjadi sumber energy listrik memiliki banyak keuntungan
yaitu :lebih murah, dapat mensubtitusi bahan bakar, lebih ramah lingkungan dan
polutan gas buang dari motor pembangkit tenaga dapat digunakan sebagai sumber
panas pada system pendingin adsorpsi.
Sumber Daya Biomassa
1. Tanaman Pangan/Pakan
Sumber gula/pati
Menghasilkan lemak/minyak
Mengandung protein (sangat jarang)
2. Limbah Organik
Sisa panen/industri pertanian, perkebunan, kehutanan
Kotoran ternak
Sampah padat perkotaan
3. Tanaman Kemurgi
Tanaman gula
Tanaman pati
Tanaman minyak (lemak maupun atsiri)
Tanaman lignoselulosa.
Bagan bahan baku biomass dari limbah organik
Tabel higher heating value (HHV) bahan baku gasifikasi biomass
Karakteristik Biomassa untuk proses gasifikasi
Kadar air biomassa tidak lebih dari 30%. Kadar air biomassa dapat
diturunkan dengan pengeringan. Biomassa kering memiliki kadar air
berkisar antara 10 – 15%.
Bentuk partikel mendekati bulat, kubus atau selinder. Bentuk partikel pipih
atau serbuk mengakibatkan hambatan aliran gas di dalam reaktor.
Ukuran partikel biomassa umpan gasifikasi antara 0,5 – 10,0 cm.
Bulk density umpan sebaiknya tidak kurang dari 250 kg/m2. Biomassa
dengan bulk density terlalu rendah mengakibatkan temperatur gasifikasi
kurang tinggi.
Parameter yang berpengaruh terhadap gasifikasi biomassa:
1. Kandungan energi
2. Kadar air
3. Ukuran rata-rata dan bentuk
4. Distribusi ukuran
5. Densitas curah
6. Kadar volatile matter
7. Kadar abu dan komposisi kimia abu
8. Unsur penyusun (sesuai analisa ultimat)
Proses Gasifikasi
Secara umum, gasifikasi melibatkan 4 tahapan proses berupa drying,
pirolisis, oksidasi parsial dan reduksi. Drying merupakan proses penguapan
kandungan air di dalam biomassa melalui pemberian panas pada interval suhu
100~300⁰C. Drying dilanjutkan dengan dekomposisi termal kandungan volatile
matter berupa gas dan menyisakan arang karbon, dimana proses ini biasa disebut
pirolisis. Pirolisis merupakan proses eksoterm yang melepas sejumlah panas pada
interval suhu 300~900⁰C. Selanjutnya sisa arang karbon akan mengalami proses
oksidasi parsial, dimana proses ini merupakan proses eksoterm yang melepas
panas pada interval suhu diatas 900⁰C. Panas yang dilepas dari oksidasi parsial ini
digunakan untuk mengatasi kebutuhan panas dari reaksi reduksi endotermis dan
untuk memecah hidrokarbon yang telah terbentuk selama proses pirolisis. Proses
reduksi gas CO2dan H2O ini terjadi pada interval suhu 400~900⁰C. Reduksi gas
CO2 melalui reaksi kesetimbangan Boudouard equilibrium reactiondan reduksi
gas H2O melalui reaksi kesetimbangan water-gas reaction, dimana reaksi-reaksi
tersebut secara dominan dipengaruhi oleh suhu dan tekanan [Sudarmanta, B.,
2010].
Proses Pembersihan Gas Produser
1. Air : air dapat terpisah dengan cara pendinginan.
2. Pemisahan abu :
Untuk memisahkan abu(partikulat) biasanya digunakan siklon pemisah
Pencucian/pendinginan dengan air (wet scrubber), ukuran partikel yang
terkumpul ± 5µm
Filter(dust remover)
Granule-layer filter, menggunakan medium penyaring berupa lapisan
tumpukan butiran-butiran padat(misal: arang kayu, sekam padi dan serbuk
gergaji)
3. Penyisihan tar :
Metode primer, dekomposisi termal tar di dalam gasifier(misalnya dengan
pemilihan teknologi gasifier, pengendalian kondisi operasi dan
penambahan katalis)
Metode sekunder :
o Pencucian dengan air atau larutan alkali
o Penyaringan
o Perengkahan katalitik di reaktor terpisah
Jenis-jenis reaktor gasifikasi
1. Fixed-bed gasifier
Kelebihan fixed-bed gasifier adalah desainnya sederhana dan nilai
kalor gas produser 4 – 6 MJ/Nm3 (dapat mencapai 75% kandungan energi
biomassa). Tetapi kadar N2 dalam gas produser mengakibatkan
peningkatan ukuran peralatan dan pembersihan/pendinginan gas, serta
kandungan tar relatif tinggi.
a. Fixed-bed downdraft
Biomassa diumpankan dari bagian atas, media penggasifikasi
masuk dari bagian oksidasi dan gas produser keluar melalui bagian
reduksi. Suhu gas berkisar 900oC – 1000oCdengan komposisi tar relatif
rendah dan abu keluar dari bagian bawah. Reaktor downdraft
merupakan jenis gasifier yang paling banyak digunakan. Gasifier jenis
ini sesuai untuk biomassa berkadar volatile metter(VM) tinggi dan
berukuran relatif kecil.
b. Fixed-bed updraft
Biomassa diumpankan dari bagian atas, media penggasifikasi
masuk dari bagian bawah dan gas produser keluar di bagian atas dengan
suhu relatif rendah tetapi mengandung tar yang cukup tinggi(5% - 20%),
sedangkan abu keluar dari bagian bawah. Suhu operasi reaktor dapat
mencapai 1200oC dan gas produser dapat mencapai 10GJ/m2.jam. Reaktor
downdraft merupakan jenis gasifier yang paling banyak digunakan.
Gasifier jenis ini sesuai untuk gasifikasi batu bara atau biomassa berkadar
volatile metter(VM) rendah.
2. Fluidised bed gasifier
Kelebihan Fluidised bed gasifier adalah cocok untuk berbagai jenis
bahan baku, distributri suhu seragam, beroperasi pada efisiensi tinggi
(jumlah bahan baku yang tak terbakar sedikit) dan laju gasifikasi tinggi
karena bahan baku dan media penggasifikasi tercampur sempurna.
Kelemahan dari gasifier fluidized bed adalah gas produser banyak
mengandung partikulat padat, senyawa nitrogen, senyawa belerang dan
senyawa alkali. Hal ini dapat diatasi dengan system
pembersihan/pendinginan gas yang efektif.
a. Bubbling fluidised bed
Gasifier jenis ini beroperasi pada suhu 700oC – 900oC. gas
produser yang dihasilkan mengadung relatif sedikit tar (<1 – 3 g/Nm3).
b. Circulating fluidized bed
Suhu operasi dikendalikan pada kisaran 700 – 900 oC.
Tekanan operasi 0,11 – 0,15 MPa (atmosferik) atau 1,8 – 2.2 MPa
(tekanan tinggi) berpotensi dipakai sebagai bahan bakar turbin gas
nilai kalor gas produser yang dihasilkan: 5 – 15 MJ/Nm3. Terdapat
sirkulasi abu di sistem melalui siklon di bagian outlet.
3. Entrained-flow gasifier
Gasifier jenis ini umumnya digunakan untuk proses gasifikasi batu
bara (ukuran partikel serbuk). Beroperasi pada suhu ± 14000oC dan
tekanan 20 – 70 bar. Gas produsernya relatif bersih dan bebas dari tar,
sehingga cocok untuk bahan bakar gas turbin. Tapi abu yang terbentuk
cenderung menjadi slag. Macam-macam entrained-flow gasifier : top-fired
coal-water slurry, top-fired dry-coal dan side-fired dry-coal.
Faktor-faktor yang terkait dengan evaluasi ekonomi gasifikasi biomassa
1. Biaya sumber daya
Biaya sumber daya terdiri dari biaya bahan baku yang digunakan, limbah
dan biaya transportasi.
Contoh : - Sekam padi di PLTD Haur Geulis Rp. 0 / kg
- Tongkol Jagung di PLTD Pelaihari Rp. 400 / kg
- Pelepah Sawit di Riau Rp. 0 / kg
2. Biaya teknologi konversi
Biaya teknologi konversi bergantung pada jenis input biomassa, jenis
teknologi yang digunakan.
3. Biaya investasi dan biaya operasional
Pada awal pembuatan plant gasifikasi biomassa, pasti dibutuhkan biaya
investasi awal. Selain itu, setelah berjalannya proses gasifikasi diperlukan
biaya operasional. Besarnya biaya operasional tergantung kapasitas yang
diinginkan.
Contoh : PLTD Pelaihari
- Diesel-Genset 60 kVA Rp. 75.000.000
- Unit Gasifikasi 80 kg / jam Rp. 150.000.000
Keuntungan gasifikasi
• penghematan konsumsi BBM
• pemanfaatan sumber energi terbarukan setempat
• pengurangan emisi CO2 carbon credit
• sesuai dengan program nasional ketahanan energi dan pangan
• pengembangan sumber daya manusia dan peningkatan aktifitas ekonomi
masyarakat creating local activities/ business
Kesimpulan
• Penggunaan biomassa, sebagai sumber energi tradisional di negara
berkembang, akan memainkan peran penting membantu negara maju
mengurangi dampak pembakaran bahan bakar fosil jika segera dilakukan
tindakan penanaman kembali secara luas
• Biomassa sebagai salah satu sumber energi terbarukan membantu
menurunkan efek pemanasan global (global warming)
• contoh-contoh pengembangan teknologi pemanfaatan biomassa telah
disajikan atas dasar studi teoritik, pengalaman eksperimental dan uji-
lapangan
• pemanfaatan Biomassa tidak mengganggu, tetapi bahkan seiring dengan
produksi pangan/pakan dan diharapkan mendorong pengurangan
pencemaran
• proses gasifikasi dapat dijadikan salah satu pilihan teknologi konversi
biomassa menjadi bahan bakar gas
• penerapan teknologi gasifikasi biomassa perlu didorong menjadi program
nasional (keterlibatan aktif pemerintah melalui kebijakan) menghadapi
makin terbatasnya sumber energi konvensional
• pengembangan teknologi gasifikasi secara keseluruhan agar biaya
investasi, operasional dan perawatan rendah
DAFTAR PUSTAKA
Sudarmanta, B., (2010), “Variasi Rasio Gasifying Agent-Biomassa
Terhadap Karakterisasi Gasifikasi Biomassa Tongkol Jagung Pada Reaktor
Downdraft, Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di
Bidang Industri ke 16, KPTU Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta 27 Mei 2010,
hal TRTP15 - TRTP20
McKendry,P., 2002. Energy production from biomass (part 3): gasification
technologies Bioresource Technology,83, 55 – 63
Basu, P., 2010, Biomass Gasification and Pyrolysis Practical Design and
Theory, Academic Press, Amsterdam