Topik UtamaSustainability: Mata Rantai yang Terputus 4

Karbon Dioksida: Kawan atau Lawan 9

IklanCognoscente 8

PEBE 14

HYGEA 15

2

Editor

Zulfan Adi PutraUniversiti Teknologi PETRONAS, Malaysia

Editor Utama

Asep Bayu Dani NandiyantoUniversitas Pendidikan Indonesia, Indonesia

Editor

Muhammad Roil BiladUniversiti Teknologi PETRONAS, Malaysia

Editor

Oki MurazaKing Fahd University of Petroleum and Minerals, Kingdom of Saudi Arabia

Editor

Riezqa AndikaYeungnam University, South Korea

Editor

Teguh KurniawanUniversitas Sultan Ageng Tirtayasa, Indonesia

Editor

Editorial

Saat ini, energi merupakan keperluan primerbagi setiap manusia. Sumber-sumber energipun telah menjadi komoditi yang diperebutkan.Di tengah kompetisi memperdagangkansumber-sumber energi ini, masih terdapatbanyak sumber-sumber energi lainnya yangbelum dimanfaatkan secara optimal, atau punbelum diselidiki secara menyeluruh.

Majalah Teknik Kimia Indonesia edisi April 2017kali ini memuat artikel tentang pembangkit listriktenaga batubara dan sampah. Keduapembangkit listrik ini menggunakan teknologigasifikasi. Untuk lebih detail, silahkan dibacaedisi kali ini.

Artikel-artikel lainnya tentang biomassa dangasifikasi biomassa dapat dilihat di websiteTeknik Kimia Indonesia.

Selamat membaca!

Zulfan Adi Putra

Editor Utama

3

Topik Utama

Pembangkit Listrik Tenaga BatuBara dan Pemurnian Syngas

4

oksidator. Hal ini dilakukan untuk menghasilkansyngas dengan konsentrasi CO2 yang tinggi[2].

Dengan teknologi ini, teknologi CO2 capturedari proses pembakaran diperkirakan mampumenghasilkan emisi mendekati nol daripembangkit listrik tenaga batu bara [3].

Teknologi fluidized bed combustionmenggunakan pembakar dengan mediafluidisasi inert. Media ini mengandung bahanbakar padat yang sedikit yeng membuat tiap-tiap partikel batu bara terbakar yang dikelilingihanya oleh partikel inert yang bergerak [4].Ada dua tipe teknologi fluidized bedcombustion yakni bubbling fluidized bedcombustion (BFBC) dan circulating fluidizedbed combustion (CFBC).

Pembangkit listrik IGCC menghasilkan hampir20% emisi CO2 yang lebih rendah per unitpembangkitan listrik jika dibandingkan denganpembangkit listrik batu bara konvensional [5].Keuntungan ini salah satunya disebabkan olehpemanfaatan panas berlebih di steam cycleyang membuat efisiensi termal yang lebihtinggi.

Umumnya, pembangkit listrik IGCC terdiridari dua bagian utama yakni gasification blockdan power block (Gambar 1).

Riezqa Andika

Yeungnam University

Batu bara merupakan bahan bakar fosil denganjumlah terbanyak dan dan tersebar di berbagaibelahan dunia. Oleh karenanya, batu baramerupakan komponen bahan bakar utama didunia. Namun, polusi udara dari pembangkitlistrik tenaga batu bara menghasilkan lebih dari70% emisi karbon dioksida dari pembangkitanlistrik dan lebih dari 40% emisi karbondioksida antropomorfik global [1]. Hal inimenjadikan pengurangan dampak lingkunganmenggunakan teknologi yang lebih baikdiperlukan untuk membuat batu bara menjadisumber energi yang lebih bersih. Beberapateknologi baru seperti yang dikenal sebagaiteknologi batu bara bersih (clean coaltechnology; CCT) menjadi salah satu solusi.Teknologi ini dikembangkan untukmeningkatkan efisiensi termal dan mengurangiemisi karbon dioksida dan juga emisi lainnyaseperti NOx dan SOx. Hingga saat ini terdapattiga teknologi CCT yang tersedia yakni oxygen-fired pulverized combustion, fluidized bedcombustion, dan IGCC (integrated gasificationcombined cycle).

Tidak seperti proses pembakaran biasa yangmenggunakan udara, oxygen-fired pulverizedcombustion menggunakan oksigen murni (O2)atau campuran oksigen dan flue gas sebagai

Gasification block terdiri dari beberapa unityakni unit penanganan batu bara, unit gasifikasi,unit penanganan slag, unit penanganan sourslurry, sour water stripper unit, syngas treatmentprocess unit, dan sulfur recovery unit.Sedangkan yang termasuk dalam power blockdiantaranya adalah turbin gas, heat recoverysteam generator, dan turbin uap.

Produksi Syngas

Produksi syngas di pembangkit listrik tenagabatu bara terjadi dalam gasifier melalui prosesgasifikasi. Reaksi-reaksi utama dalam gasifier(Gambar 2) adalah sebagai berikut [6]:

C + ½ O2 → CO

C + O2 → CO2

C + H2O ↔ H2 + CO

C+ CO2 ↔ 2 CO

C + 2 H2 ↔ CH4

CO + H2O ↔ H2+CO2

CO + 3 H2 ↔ CH4+H2O

Ada beberapa gasifier komersial yang tersediadi pasaran termasuk Shell, General Electric(GE, awalnya dikembangkan oleh Texaco),British Gas Lurgi (BGL), dan Kellog-Rust-Westinghouse (KRW). Gasifier ini memilikikinerja yang berbeda bergantung pada kondisioperasinya. Sebagai contoh, gasifier Shell danTexaco merupakan entrained bed dengansistem feeding serbuk batu bara kering (drypulverized coal) dan sistem feeding coal waterslurry, berturut-turut. Sedangkan, gasifier BGLdan KRW menggunakan sistem wet feedingdengan moving bed dan fluidized bed, berturut-turut [5].

Gambar 1. Diagram ringkas pembangkit listrik IGCC.

5

Pemurnian Syngas

Di keluaran gasifier dimana masih memilikipartikel padat, unit wet scrubber biasanyadigunakan sebagai alat pengontrol polusi udarayang dapat memisahkan partikel padat. Wetscrubber juga dapat memindahkan sejumlahkecil polutan syngas berfasa gas. Wet scrubbermenggunakan soda kaustik untuk menaikkanpH sehingga mengurangi keasaman syngas.

Setelah melewati wet scrubber, syngasmengalir ke unit hidrolisis HCN-COS untukmengkonversi HCN dan COS menjadisenyawa lain. Hal ini diperlukan untukmenghindari degradasi amine di downstream.Pada umunya, dua reaktor digunakan di unitini.

Di reaktor pertama (guard reactor) terjadisebagian konversi HCN dan COS dan direaktor kedua (reaktor utama) terjadi konversiHCN dan COS seluruhnya. Reaksi yangterjadi di unit ini adalah sebagai berikut:

HCN + H2O → CO + NH3

COS + H2O → CO2 + H2S

Setelah itu, gas asam pada syngas (H2S danCO2) akan diabsorbsi oleh solven di unit AGR(acid gas removal). Di kolom absorbsi, gasasam akan diabsorbsi oleh solven. Selanjutnyasolven yang telah mengandung gas asamdengan konsentrasi tinggi akan mengalir kekolom regenerasi. Di kolom ini gas asam akandipisahkan dari solven dengan bantuan panasdari reboiler. Selanjutnya solven yang sudahmurni (mengandung sedikit gas asam) akandialirkan kembali ke kolom absorbs untukmengabsorbsi gas asam kembali dan begituseterusnya.

Referensi

1. Burnard K and Bhattacharya S. PowerGeneration from Coal: OngoingDevelopments and Outlook, October2011, International Energy Aggency

2. Lei Chen, Sze Zhen Yong, Ahmed F.Ghonheim, Oxy-fuel combustion ofpulverized coal: Characterization,fundamentals, stabilization and CFDmodeling, Progress in Energy andCombustion Science, Volume 38, Issue2, April 2012, Pages 156-214

Gambar 2. Skema sederhana gasifier.

6

Riezqa Andika adalah seorangresearch assistant dan jugakandidat doktor di YeungnamUniversity, Korea Selatan.Selain itu, penulis merupakanChief Operating Officer diCognoscente. Bidang yang

ditekuni adalah intensifikasi proses termasukdistilasi, syngas treatment process, pembangkitlistrik tenaga panas matahari, dan elektrolisis.

3. Andrew Seltzer, Zhen Fan, Horst Hack,Minish Shah, Kenneth Burgers,Commercial Viability of Near-ZeroEmissions Oxy-Combustion Technologyfor Pulverized Coal Power Plants, The37th International Technical Conferenceon Clean Coal & Fuel Systems,Clearwater, Florida, June 3-7 2012

4. Vasilije Manovic, Mirko Komatina,Simeon Oka, Modeling the temperaturein coal char particle during fluidized bedcombustion, Fuel, Volume 87, Issue6, May 2008, Pages 905-914

5. Ligang Zheng and Edward Furinsky,Comparison of Shell, Texaco, BGL andKRW gasifiers as part of IGCC plantcomputer simulations, EnergyConversion and Management, Volume46, Issues 11-12, July 2005, 1767-1779

6. Bo Sun, Yongwen Liu, Xi Chen, QulanZhou, Ming Su, Dynamic modeling andsimulation of Shell gasifier in IGCC, FuelProcessing Technology, Volume 92 Issue8, August 2011, 1418-1425

7

8

Sole distributor of INOSIM

Topik Utama

Gasifikasi Sampah Hutan Sebagai SolusiPenyediaan Listrik di Daerah Terpencil

9

Pemerintah Indonesia sendiri telah menyadarihal ini dan menindaklanjutinya denganmenerbitkan Perpres No. 5 tahun 2006tentang kebijakan energi nasional dimanaenergi (primer) mix pada tahun 2025 akanmeningkatkan porsi sumber energi terbarukanseperti bahan bakar nabati (biofuel) yangsekarang hanya sekitar 1% menjadi 5% daritotal energi mix di 2025 nanti.

Bentuk energi yang bisa langsung digunakan(final energy) selain bahan bakar minyak (BBM)dan gas adalah listrik. Sumber pembangkitlistrik bisa bermacam-macam mulai dari BBM,gas alam, angin, air, dan masih banyak lagi.Namun, pembangkit listrik yang ada diIndonesia sendiri sebagian besar masihberbasis bahan bakar fosil (minyak, gas, danbatubara) yang tidak terbarukan. Padahal masihbanyak sumber energi terbarukan yang belumdimanfaatkan secara maksimal. Misalnya panasbumi, air, mikrohidro, surya, angin, uranium,dan biomassa.

Kapasitas total pembangkit listrik nasionaladalah sebesar 44,8 GW dan sekitar 73%diantaranya berada di wilayah Jawa Bali, 18%di wilayah Sumatera, sisanya di wilayahKalimantan dan pulau lain (BPPT, 2014).Terlihat bahwa pembangunan di luar pulauJawa-Bali terutama di bidang penyediaan listrik.Masih banyak wilayah di daerah terpencil diluar pulu Jawa-Bali yang belum terpenuhikebutuhan listriknya. Padahal sumber tenagalistrik tersedia banyak di daerah terpenciltersebut, terutama dari sumber terbarukan.

Gheady Wheland Faiz Muhammad

Institut Teknologi Bandung

Energi telah menjadi kebutuhan primermanusia terutama di zaman modern ini. Mulaidari aktivitas sehari-hari seperti mandi,bepergian, menyalakan barang elektronik,hingga memasak semuanya membutuhkanenergi. Bentuk energi yang digunakan manusiadari massa ke-massa selalu berubah. Dahuluorang langsung menggunakan kayu bakar ataubahan lain yang mudah didapat dan bisalangsung dibakar. Kemudian ditemukan bahanbakar lain seperti batubara, minyak bumi, dangas bumi. Ketiga sumber energi tidakterbarukan ini sekarang menjadi sumberpasokan energi utama di dunia. Namun,karena tidak dapat diperbaharui jumlahcadangannya semakin berkurang di alam. DiIndonesia sendiri, selama tahun 2009 – 2013produksi minyak mentah dan kondensatmenunjukkan kecenderungan menurundengan tingkat penurunan rata-rata sebesar3,43 persen per tahun. Begitu juga denganproduksi gas bumi yang mengalami penurunandari tahun 2010 – 2013 (BPS, 2014).

Dewasa ini, manusia sudah mulai menyadaribahwa ketergantungan terhadap sumberenergi tak terbarukan akan membawa duniamenuju krisis energi.

Meskipun sumber energi terbarukan sangatmelimpah di alam, namun pemanfaatannyamasih sangat terbatas. Salah satu faktor yangmenyebabkan terhambatnya pengembangansumber energi terbarukan adalah capital costyang cukup besar. Sehingga, para investorsekarang ini masih lebih tertarik untukmenginvestasikan uangnya untuk membangunpembangkit listrik tenaga bahan bakar fosilterutama di beberapa bulan terakhir ini dimanaharga minyak dunia sedang turun di level USD40-50 per barrel (oil-price.net, 2015).Namun, dengan pengembangan teknologiyang baik seharusnya harga listrik dari sumberenergi terbarukan seperti biomassa per-kWhbisa lebih murah dibanding sumber yang lain.

Sebagai contoh di India, harga listrik per-kWhuntuk biomassa hanya USD 0,07, lebih murahdibandingkan dari diesel USD 0,27 dan hanyasedikit di atas batubara USD 0,05 (Raman danNambirajan, 2010). Jelas bahwa sumber daribiomassa cukup kompetitif dibandingkan listrikdari sumber yang lain.

Pemilihan biomassa yang digunakan juga harusmemperhatikan faktor lain seperti kegunaanbiomassa di bidang ketahanan pangan. Sepertiyang kita ketahui saat ini, banyak sumberenergi terbarukan yang berasal dari tanamanpangan seperti jagung, singkong, sawit, dan lainlain. Pemanfaatan bahan pangan tersebutsebagai sumber energi tidak bolehmengganggu stabilitas kebutuhan bahanpangan. Sehingga perlu dicari bahan lain yangjika dikonversi secara besar-besaran menjadienergi tidak akan mengganggun stabilitaspangan. Salah satu potensi yang belum begitutermanfaatkan sampai saat ini adalah sumberbiomasa yang berasal dari sampah hutan.

Sampah hutan disini diartikan sebagai sisa-sisatumbuhan yang sudah mati dan tidaktermanfaatkan seperti daun kering, batangkering, dan sisa organisme lain. Selain itu, sisa-sisa perkebunan seperti pohon karet, sisapohon sagu, dan pohon lain yang sudah matijuga bisa didefinisikan sebagai sampah hutan.

Sampah ini biasanya hanya dimanfaatkan olehmasyarakat sekitar hutan untuk bahanbangunan dan kayu bakar. Untuk kayu bakarsendiri, kayu dan sampah hutan laindimanfaatkan secara langsung denganpembakaran langsung (direct combustion)untuk menghasilkan energi yang biasanyaberupa panas. Panas yang dihasilkan dariproses pembakaran hanya bisa digunakanuntuk kebutuhan sehari-hari seperti memasakatau kebutuhan minor lainnya. Energi panasyang dihasilkan dari pembakaran memangsangat terbatas penggunaannya.

Selain itu efisiensi dari proses pembakaranlangsung biasanya sangat kecil, hanya berkisarAntara 15-20% dari total panas yangdihasilkan. Maka dari itu, dibutuhkan proseslebih lanjut untuk meningkatkan efisiensiproses serta meningkatkan daya guna energiyang dihasilkan. Salah satu proses untukmeningkatkan efisiensi dan meningkatkan dayaguna energi yang dihasilkan adalah gasifikasi.

Proses gasifikasi telah dikenal sejak abad laluuntuk mengolah betubara, gambut, atau kayumenjadi bahan bakar gas yang mudahdimanfaatkan (Herri, 1985). Tujuan dari prosesgasifikasi adalah untuk meningkatkan kualitasenergi dari bahan dasar gasifikasi. Selain itu,hasil dari proses gasifikasi yaitu synthetic gas,

10

campuran gas CO dan H2, bisa dimanfaatkanuntuk berbagai kebutuhan seperti bahan bakardan listrik.

Untuk daerah terpencil sekalipun, pemenuhanbahan bakar kebanyakan masih bisa dipenuhidengan hanya membakar kayu dari hutan.Sehingga, yang menjadi permasalahansekarang adalah pemenuhan kebutuhan listrikdi daerah terpencil.

Proses gasifikasi diawali dengan memasukkansampah biomassa ke dalam reaktor gasifikasi(gasifier – Gambar 1). Saat biomassamengalami tahap pengeringan dengantemperatur sekitar 100 – 250°C. Padatemperatur ini air yang terkandung dalambiomassa akan berubah menjadi uap.

11

Gambar 1. Reaktor gasifikasi (http://www.chamco.net/Gasification_files/ima

ge010.jpg).

Uap ini akan keluar ke aliran gas keluarbersama gas hasil gasifikasi.

Tahap selanjutnya dalam reaktor adalahpirolisis. Proses ini terjadi pada temperatur250 – 500°C. Pada temperatur ini biomassamulai mengalami pemecahan molekul besarmenjadi molekul-molekul lebih kecil akibatpengaruh temperatur tinggi.

Hasil dari tahap pirolisis adalah arang, uap air,uap tar, dan gas-gas lain. Tahap selanjutnyaadalah tahap reduksi yang berlangsung padatemperatur 600oC. Arang berekasi denganuap air dan karbon dioksida menghasilkanhidrogen dan karbon monoksida.

Dua gas hasil reduksi inilah yang menjadikomponen utama gas hasil. Tahap yangterakhir dalam reaktor adalah oksidasi. Prosesini berlangsung pada temperatur yang tinggi,yaitu sekitar 1200°C.

Temperatur yang tinggi ini disebabkan olehpembakaran sisa biomassa yang menghasilkankalor. Pada suhu tinggi ini, uap tar jugamengalami proses lebih lanjut menjadimolekul-molekul kecil yang akhirnya terbakar(Herri, 1985).

Keluaran dari reaktor gasifikasi ini adalah gasH2, CO, H2O, CO2, partikel kecil (ash), dansedikit gas SO2.

Sebelum dapat digunakan, gas ini harusdibersihkan terlebih dahulu melalu gas cleaningsystem untuk mendapatkan konsentrasi H2 danCO yang tinggi.

12

Proses yang ada di unit pembersih gas iniadalah pemisahan partikel kecil dari gas,desulfurisasi, dry gas cleaning, danpembersihan dari gas minor lain. Setelahdibersihkan, gas H2 dan CO dialirkan ke dalamSOFC (solid oxide fuel cell). Di dalam selelektrokimia ini, terjadi reaksi Antara H2 danCO dengan O2 yang berasal dari udara. Hasildari reaksi ini adalah CO2, H2O, dan aruslistrik. Arus listrik inilah yang dapat digunakanuntuk keperluan sehari-hari.

Namun, harga dari SOFC sendiri tergolongcukup mahal. Untuk menghasilkan 1 kWhlistrik, dibutuhkan biaya sekitar USD 800(Treacy, 2013) atau sekitar 11 juta rupiahhanya untuk sel elektrokimia saja. Harga inicukup mahal jika ingin diaplikasikan di daerahterpencil yang umumnya masyarakatnyakurang mampu. Maka dari itu, kita harusmencari pengganti lain yang dapat digunakanuntuk mengkonversi gas H2 dan CO menjadilistrik. Salah satunya dalah motor diesel. Gashasil gasifikasi yang sudah dimurnikan dapatlangsung diumpankan ke dalam motor dieseldan putaran mesinnya dapat langsungdihubungkan dengan generator danmenghasilkan arus listrik.

Akan tetapi, efisiensi pembakaranmenggunakan motor diesel masih lebih besardari pembakaran langsung biomassa.Walaupun efisiensi dari motor diesel lebih kecildaripada efisiensi SOFC, namun harga motordiesel jauh lebih terjangkau daripada SOFC.

Teknologi gasifikasi sebenarnya sudah ada diIndonesia sejak tahun 1980-an. Untukmenghasilkan listrik, kendala utama daripenggunaan sumber energi biomassa adalah

transmisi listrik dari reaktor sampai kekonsumen. Kendala inilah yang seharusnyajuga menjadi perhatian dari pemerintah. Salahssatunya adalah pembangunan instalasi listrik didaerah terpencil untuk mentransmisikan listrikdari reaktor gasifikasi ke rumah warga.

Namun, jangan terlalu berlebihan dalammemanfaatkan sumber daya alam. Bukanhanya sumber daya energi tak terbarukan, tapijuga sumber daya energi terbarukan.Walaupun energi terbarukan dapatdiperbaharui, namun energi ini jugamembutuhkan waktu untuk memperbaharuidirinya. Jika kita mengambil terlalu cepat dalamjumlah yang banyak, sumber daya terbarukanpun lama-kelamaan akan habis pula.

Pemanfaatan sampah hutan menjadi energilistrik melalui proses gasifikasi ini merupakansalah satu solusi dari penyediaan listrik didaerah pedalamn terutama pemukiman yangberada di dekat hutan.

Dengan tersedianya pasokan listrik di daerahyang jarang perhatian pemerintah tersebut,diharapkan dapat mempercepat pembangunandi sana. Hal ini karena listrik telah menjadikebutuhan dasar bagi manusia di zamanmodern ini. Selain itu, pemanfaatan sampahhutan dan biomassa lain juga akan mengurangipenggunaan bahan bakar fosil. Sehingga secaralangsung kita ikut mengurangi pemanasanglobal yang akhir-akhir ini semakin menjadiperhatian seluruh masyarakat dunia.

“Hutan bukan hanya sekedar paru-paru dunia,namun juga menjadi penggerak kehidupanmanusia.”

G h e ad y Wh e l an d Fa i zMuhammad, biasa dipanggilWheland, lahir di Surakartapada 23 November 1994.Penul is sekarang sedangmenyelesaikan pendidikan S1di Program Studi Teknik

Kimia, Institut Teknologi Bandung. Selamaduduk di bangku kuliah, penulis aktif dibeberapa organisasi kampus seperti PSTK-ITBdan Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia ITB(HIMATEK-ITB). Selama di HIMATEK-ITB,penulis sering ikut serta di kajian internalorganisasi maupun kajian di lingkungan kampusITB. Kajian yang sering diikuti penulis adalahk a j i a n e n e r g i d a n k a j i a n m i n e r a l .Penulis memiliki ketertarikan di dunia energiterutama di b idang energ i baru danterbarukan. Beberapa tulisan mengenai energipernah ditulisnya di blog pribadi maupundiikutsertakan di beberapa lomba menulis.

Referensi

1. Badan Pengkajian dan PenerapanTeknologi. 2014. Outlook EnergiIndonesia 2014. Pusat TeknologiPengembangan Sumberdaya Energi.Jakarta.

2. Badan Pusat Statistik.2015. LaporanBulanan Data Sosial Ekonomi, Edisi 64.Jakarta

3. Keairns, Dale L. dan Richard A. Newby.Integrated Gasification Fuel Cell (ICGFC)System. 11th Annual SECA Workshop2010. Pittsburgh. US.

4. Treacy, Megan. 2013. New fuel celltechnology could cost one-tenth theprice of Bloom. Diunduh darihttp://www.treehugger.com/clean-technology/new-fuel-cell-technology-could-cost-one-tenth-price-bloom.htmlpada tanggal 8 Oktober 2015 pukul15.10.

13

14

15