GASIFIKASI BIOMASSA SEKAM PADI
Makalah Dibuat Sebagai Tugas Mata Kuliah Teknologi Pemanfaatan Biomassa
Disusun oleh : Kelompok 1 Alda Pramaesti Pramaesti
(061540411546) (061540411546)
Nurul Komariah
(061540411563) (061540411563)
Kelas
: 5 EG.A
Prodi
: Teknik Energi
Dosen Pembimbing
: Letty Trisnaliani, S.T, M.T
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM SARJANA TERAPAN (DIV) TEKNIK ENERGI 2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kami sehingga kami berhasil menyelesaikan Makalah Teknologi pemanfaatan Biomassa yang berjudul “Gasifikasi Biomassa Sekam Padi”. Makalah ini berisikan tentang informasi Pengertian Gasifikasi, atau yang lebih khususnya membahas kegunaan proses konversi termofisik maupun termokimia pada biomassa, proses gasifikasi biomassa sekam padi, tahap-tahap proses gasifikasi, dan lainnya yang berkaitan dengan hal tersebut.. Makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini. Akhir kata, kami sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga Allah SWT senantiasa meridhai segala usaha kita. Amin.
Palembang,
Oktober
2017
Penulis
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ....................................................................................................... i DAFTAR ISI .....................................................................................................................ii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................iii DAFTAR TABEL ........................................................... Error! Bookmark not defined. BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang. .............................................................................................. 1
1.2
Rumusan Masalah .......................................................................................... 1
1.3
Tujuan............................................................................................................. 2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 3 2.1
Pengertian Gasifikasi..................................................................................... 3
2.2
Tahapan Proses Gasifikasi ............................................................................. 3
2.3
Mekanisme Gasifikasi .................................................................................... 8
2.4
Faktor Yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi ............................................. 9
2.5
Reaktor gasifikasi ......................................................................................... 11
2.6
Keuntungan dan Kekurangan Gasifikasi ...................................................... 14
2.7 Gasifikasi Sekam padi ..................................................................................... 14 BAB 3 PENUTUP ......................................................................................................... 19 3.1
Kesimpulan................................................................................................... 19
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 20
ii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Skema Tahapan Proses Gasifikasi ................................................................... 5 Gambar 2 Proses Gasifikasi dan Produknya ..................................................................... 6 Gambar 3 Skema Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft ................................................... 12 Gambar 4 Skema Reaktor Gasifikasi Tipe Inverted Downdraft ..................................... 13 Gambar 5 Skema Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft ........................................................13 Gambar 6 alur konversi sekam padi Menjadi energi Listrik ........................................... 16 Gambar 7 Skema Instalasi alat ukur................................................................................ 18
iii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang.
Penggunaan energi besar-besaran telah membuat manusia mengalami krisis energi. Hal ini disebabkan oleh ketergantungan terhadap bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan gas alam yang sangat tinggi. Sebagaimana kita ketahui, bahan bakar fosil merupakan sumber daya alam yang tidak dapat kita perbarui. Untuk mengatasi krisis energi masa depan, beberapa alternatif sumber energi mulai dikembangkan, salah satunya adalah energi biomassa. Biomassa mengandung energi tersimpan dalam jumlah cukup banyak. Biomassa sangatlah menguntungkan bagi kita semua. Selain menjaga kelestarian minyak bumi serta bahan-bahan yang tak dapat diperbaharui lainnya, dengan kita menggunakan energi dan produksi biomassa, kita juga dapat turut andil dalam pelestarian lingkungan. Penggunaan energi biomassa dapat dijadikan jalan keluar dari terbatasnya energi yang tidak dapat diperbaharui. Untuk itu, energi biomassa sejak tahun-tahun sebelumnya sudah banyak diteliti untuk menggantikan kelangkaan energi bahan bakar yang tidak terbarukan. Indonesia dengan potensi alam yang sangat melimpah sebenarnya berpotensi untuk menghasilkan energi biomassa yang beragam untuk keperluan manusia. Pengelolaan dari bahan-bahan penghasil energi biomassa ini sebenarnya akan lebih menghemat pengeluaran negara dengan manajemen pengelolaan yang baik. Untuk itu, energi biomassa perlu diketahui oleh semua lapisan masyarakat untuk mengembangkan energi terbarukan.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apakah Pengertian Gasifikasi? 2. Bagaimana Tahapan Proses Gasifikasi ?
1
3. Bagaimana Mekanisme Gasifikasi ? 4. Apakah Faktor – faktor yang mempengaruhi gasifikasi ? 5. Jenis – Jenis reaktor apa yang digunakan dalam proses gasifikasi ? 6. Apakah keuntungan dan kekurangan Gasifikasi? 7. Apakah Pengertian Gasifikasi Sekam Padi ? 8. Apakah ada perbedaan penggunaan bahan bakar dengan menggunakan campuran gasifikasi pada PLTD ? 9. Bagaimana Pengaruh temperature terhadap hasil gasifikasi Sekam Padi ?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk Mengetahui Pengertian Gasifikasi 2. Untuk Mengetahui Tahapan Proses Gasifikasi 3. Untuk Mengetahui Mekanisme Gasifikasi 4. Untuk Mengetahui Faktor – faktor yang mempengaruhi gasifikasi 5. Untuk Mengetahui Jenis – Jenis reaktor apa yang digunakan dalam proses gasifikasi 6. Untuk Mengetahui keuntungan dan kekurangan Gasifikasi 7. Untuk Mengetahui Gasifikasi Sekam Padi 8. Untuk Mengetahui perbedaan penggunaan bahan bakar dengan menggunakan campuran gasifikasi pada PLTD 9. Untuk Mengetahui Pengaruh temperature terhadap hasil gasifikasi Sekam Padi.
2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Gasifikasi
Gasifikasi merupakan proses pembakaran bahan-bakar padat dalam wadah gasifier untuk menghasilkan bahan-bakar gas (syngas). Pembakaran bahan bakar gas (syngas) lebih mudah dalam pengontrolan laju atau suhu pembakaran dibanding pembakaran bahan bakar padat. Disamping itu, hasil pembakaran bahan bakar gas lebih bersih. Namun, untuk menghasilkan syngas dari gasifikasi, teknologi gasifikasi masih harus dikembangkan karena efisiensi tertinggi proses gasifikasi masih disekitar 65%. Hal ini karena biomasa khususnya sekam padi memiliki karakteristik yang berbeda dengan jenis bahan bakar lain yaitu memiliki kadar air yang tinggi sekitar 11,7 % (Yin et al, 2002 dalam Anis,dkk, 2010). Banyak parameter yang mempengaruhi efisiensi gasifikasi dan sangat ergantung dari jenis bahan bakar dan tipe gasifier yang dipakai. Pemanasan awal udara gasifikasi merupakan parameter penting yang berpengaruh terhadap efisiensi gasifikasi. Pemanasan tersebut dapat membantu mengurangi kandungan moisture bahan bakar. Semakin kecil prosentase moisture dalam bahan bakar padat, nilai kalor syngas semakin besar. Namun, pemanasan awal udara gasifikasi harus dicari nilai optimumnya sehingga tidak menimbulkan permasalahan lagi yaitu terbentuknya tar (Anis,dkk, 2010).
2.2 Tahapan Proses Gasifikasi
Proses gasifikasi pada gasifier terdiri beberapa tahapan. Menurut Mathieu dan Dubuisson (2002), proses gasifikasi berlangsung dengan empat tahapan dasar yaitu pyrolysis, combustion, boudouard reaction, dan gasification processes. Pirolisis: Setelah pengeringan dilakukan, bahan bakar akan turun dan menerima panas sebesar 250-500oC dalam kondisi tanpa udara. Pirolisis dimulai dari dekomposisi hemiselulosa pada 200-250, dekomposisi selulosa sampai 350 oC, dan pirolisis berakhir pada 500oC. Selanjutnya pengarangan berlangsung pada 500-900oC, yang terjadi pada
3
batas zona pirolisis dan oksidasi. Produk dari proses ini terbagi menjadi produk cair (Tar dan PAH), produk gas (H 2, CO, CO2, H2O, CH4), tar dan arang. Reaksi kimia pirolisis dapat dituliskan sebagai berikut : Biomasa kering + panas = arang + tar + gas (H2, CO, CO2, H2O, CH4, CxHy) Pembakaran : adalah proses untuk menghasilkan panas yang memanaskan lapisan karbon dibawah. Arang yang terbentuk dari ujung zona pirolisis masuk ke oksidasi, selanjutnya dibakar pada temperatur operasi yang cukup tinggi 900-1400 oC. Pada gasifier downdraft temperatur setinggi ini, akan menghancurkan substansi tar sehingga kandungan tar menjadi lebih rendah. Distribusi oksigen yang merata akan menyempurnakan proses oksidasi sehingga dihasilkan tempe-ratur maksimal dalam keseluruhan proses gasifikasi. Sekitar 20% arang beserta volatil teroksidasi dengan memanfaatkan O2 yang terbatas, sisa 80% arang turun kebawah menuju bagian reduksi yang hampir semuanya akan dipakai, menyisakan abu yang jatuh ke tempat pembuangan. 2C + O2 = 2CO + Energi termal 2CO + O2 = 2 CO2 + Energi termal Tar minyak metana, dll = CO, CO 2, H2O, CH4 + Energi termal Reduksi : Proses ini bersifat mengambil panas yang berlangsung pada suhu 400- 900oC. Pada proses ini terjadi beberapa reaksi kimia yang merupakan proses penting terbentuknya beberapa senyawa yang berguna untuk menghasilkan combustible gas seperti H2, CO, CH4 atau yang dikenal dengan producer gas. Berikut reaksi kimia di zona reduksi : Bourdouar reaction
CO2 + C = 2CO – Energi termal
Steam-carbon reaction
C + H2O = CO + H2 – Energi termal
Water-gas shift reaction
CO + H2O = CO2+ H2 + Energi Termal
CO methanation
CO + 3H2 = CH4 + H2O
4
Gambar 1 Skema Tahapan Proses Gasifikasi Menurut Sadaka (2006), selama gasifikasi biomassa, bahan dipanaskan sampai suhu tinggi, yang menyebabkan serangkaian perubahan fisik dan kimia yang menghasilkan produk yang mudah menguap dan residu padat karbon. Jumlah volatil yang dihasilkan dan komposisi mereka tergantung pada suhu reaktor, jenis, dan karakteristik bahan bakar. Hal ini berlaku umum bahwa tahap gasifikasi char adalah tingkat membatasi dalam gasifikasi biomassa karena Tahap devolatilization sangat cepat. Komposisi gas produk akhir juga tergantung pada tingkat keseimbangan dicapai dengan berbagai reaksi fase gas, khususnya reaksi udara – gas. Dengan tidak adanya katalis, gasifikasi char dengan gas reaktif seperti O2 , H2O dan CO2 terjadi pada suhu tinggi (700 oC sampai 1000 oC). Ketika char gasifikasi di uapkan, gas yang dihasilkan adalah terdiri dari CO 2, CO, H2 dan CH 4. Uap dapat ditambahkan dari sumber eksternal atau dari reaksi dehidrasi sisa tanaman. Dalam reaktor yang beroperasi pada suhu rendah, tingkat pemanasan yang rendah dan sangat tekanan tinggi, reaksi sekunder sangat penting karena waktu tinggal yang lama (dari produk-produk volatil dalam zona reaksi). Disisi lain, pada tekanan rendah, suhu tinggi, dan tingkat pemanasan yang tinggi, sebagian besar produk yang mudah menguap,sehingga mengurangi kemungkinan interaksi char gas - padat. Tujuan dari gasifikasi biomassa. Proses gasifikasi biomassa terjadi dalam empat tahap yang saling terkait :
5
1) pengeringan bahan baku; 2) pirolisis untuk menghasilkan materi yang volatil dan char; 3) gasifikasi in situ arang dibentuk dengan gas reaktif seperti CO 2, H2O, H2dan O2; dan 4) reaksi sekunder gas primer dan tars.
Gambar 2 Proses Gasifikasi dan Produknya
1. Gasifikasi Udara Proses gasifikasi sederhana menggunakan udara sebagai agen gasifying. Kelebihan Char yang dibentuk oleh proses pirolisis dalam gasifier dibakar dengan terbatasnya pasokan udara (biasanya pada rasio kesetaraan 0,25). Produk ini adalah energi dengan gas rendah yang mengandung terutama hidrogen dan karbon monoksida yang diencerkan dengan nitrogen dari udara. Nilai kalor dari gas yang dihasilkan adalah dalam range 3,5-7,8 MJ / Nm 3, yang membuatnya cocok untuk boiler dan mesin aplikasi tetapi tidak untuk keperluan yang membutuhkan transportasi melalui pipa. Karena kesederhanaannya, teknologi gasifikasi udara sedang dipelajari oleh banyak peneliti untuk berbagai jenis biomassa. Karena udara adalah agen gasifying, suhu reaktor tergantung pada laju aliran udara dan laju umpan biomassa. Sangat rendah udara
6
masuk ke hasil sistem sangat rendah suhunya sehingga gas yang dihasilkan lebih rendah, dan hasil tar yang lebih tinggi (Sadaka,2006).
2. Gasifikasi Uap Panas Tidak seperti gasifikasi udara, gasifikasi uap membutuhkan sumber panas eksternal jika uap yang digunakan sebagai agen tunggal gasifying. Menggunakan campuran uap dan udara sebagai agen gasifying merupakan teknologi tidak yang biasa dan pada kenyataannya, telah dipelajari oleh beberapa peneliti. Oksigen di udara akan membantu untuk menyediakan energi yang dibutuhkan karena sifat eksotermis dari pembakaran biomassa. Suhu tinggi akan membantu dalam proses devolatilisasi biomassa untuk menghasilkan berbagai gas. Uap akan bereaksi dengan karbon monoksida untuk menghasilkan hidrogen dan karbon dioksida. Reaksi Gasifikasi uap dengan menggunakan reaksi berikut:
Dibandingkan dengan gasifikasi udara, gasifikasi uap menghasilkan energi yang lebih tinggi dalam memproduksi gas (Sadaka,2006).
3. Gasifikasi Oksigen Jika jumlah nitrogen dipasok ke proses gasifikasi terbatas, gas produk tidak akan mengandung nitrogen dan dengan demikian, memiliki energi menengah (sekitar 12 - 21 MJ / Nm3 ). Gas tersebut dapat didistribusikan secara ekonomis dalam sistem jaringan pipa dan oleh karena itu, menjadi mudah digunakan untuk proses pemanasan atau mungkin sebagai gas sintesis untuk menghasilkan bahan kimia dan bahan bakar. Dalam hal ini, pabrik oksigen atau sumber oksigen diperlukan, yang dapat meningkatkan biaya modal diperlukan untuk instalasi pabrik (Sadaka,2006).
4. Gasifikasi Nitrogen Melalui gasifikasi rute ini, bahan baku bahan bakar diubah menjadi bahan bakar gas di adanya hidrogen dengan tekanan tinggi. Dengan proses ini, sangat penting bahwa dalam reaksi, kondisi harus secara ketat dipertahankan 6 karena sebagian besar produk
7
biasanya dalam fase gas. Proses ini tidak menguntungkan karena tingkat kontrol yang diperlukan serta fakta bahwa hidrogen harus tersedia (Sadaka,2006).
2.3 Mekanisme Gasifikasi
Dalam gasifiers, udara melewati tempat bahan bakar, pengeringan cukup diskrit, pirolisis, gasifikasi dan zona oksidasi berkembang sepanjang reaktor. Lokasi zona ini dalam gasifier tergantung pada gerakan relatif dari bahan bakar dan udara. Zona ini dibedakan oleh berbagai reaksi atau proses yang terjadi dan rezim suhu saat itu. Kedalaman dan relatif pentingnya darin setiap zona tergantung pada komposisi kimia dari bahan baku, kadar air dan ukuran partikel, laju aliran massa dari agen gasifying, dan suhu (Sadaka,2006). 1) Zona Pengering Zona pengeringan menerima energi melalui perpindahan panas dari zona lainnya. Tingkat pengeringan tergantung pada suhu, kecepatan, dan kadar air dari gas pengeringan, serta luas permukaan eksternal dari bahan, difusivitas internal kelembaban dan sifat ikatan kelembaban ke materi yang, dan transfer panas radioaktif. bahan bakar masuk zona pengeringan, suhu internal mereka meningkat menjadi 100-150o C. Bahan yang memiliki kepadatan rendah perubahan dimensi terjadi hanya sedikit karena susut dan kompresi sedangkan perubahan ukuran diabaikan adalah perubahan yang dialami oleh bahan baku dengan kepadatan tinggi serta Tidak ada reaksi kimi a terjadi di zona ini (Sadaka,2006). 2) Zona Devolatilisasi Perpindahan panas dari daerah reduksi panas yang berdekatan menyebabkan devolatilisasi material. Suhu di zona devolatilisasi meningkat dengan cepat karena perbedaan suhu yang besar antara bahan pakan yang relatif dingin dan gas panas. Tingkat kenaikan suhu adalah dikendalikan oleh perpindahan panas. Sebagai bahan pakan melewati zona ini, dibawa secar cepat dan pengurangan volume terjadi, menyebabkan variasi dalam struktur serta fisik dan sifat termal material. Produk dari zona devolatilisasi adalah gas, cair (Ter dan minyak), dan char. Produksi cairan harus dikontrol dalam gasifiers di mana produksi tidak diinginkan dapat ditekan. Jumlah dari
8
masing-masing produk ini bervariasi tergantung pada zona suhu, laju pemanasan, struktur, dan komposisi dan ukuran katalis (Sadaka,2006). 3) Zona Oksidasi Dalam zona oksidasi, perubahan fisik dan kimia terhambat sebagai pembawa oksigen, yang sebagian besar udara, dimasukkan ke dalam bahan bakar. Oksigen membakar sebagian dari karbon dalam bahan bakar sampai hampir semua karbon bebas habis. Oksigen menembus permukaan bahan untuk sebagian kecil karena lebih mudah bereaksi di permukaan dengan karbon monoksida terbentuk dan gas hidrogen. Ketika udara digunakan sebagai media gasifikasi, yang kandungan oksigen menurun 21-0%, sedangkan persentase karbon dioksida meningkat proporsional. Zona oksidasi memiliki suhu tertinggi karena sifat eksotermik dari reaksi (Sadaka,2006). 4) Zona abu pendinginan Di zona abu pendinginan, partikel mulai untuk mendinginkan lebih cepat dari suhu partikel di daerah lain. Zona abu pendinginan terbentuk di tempat gasifiers tetap melindungi perapian dari panas intens dan mendistribusikan udara di atas bed. Praktis tidak ada reaksi kimia terjadi di tempat ini, meskipun dalam beberapa desain fixe bed, zona ini bertindak sebagai filter untuk gas yang dihasilkan. Namun, zona ini aliran udara yang masuk dalam beberapa tahap (Sadaka,2006).
2.4 Faktor Yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi
Beberapa variabel tampaknya mempengaruhi komposisi proses gasifikasi, produk, dan distribusi, termasuk suhu bed, tekanan tidur, tinggi tempat bed, kecepatan fluidisasi, gasifikasi menengah, rasio kesetaraan, kandungan air bahan,ukuran partikel, rasio udara uap, dan adanya katalis. Parameter-parameter ini cukup saling terkait dan masing-masing mempengaruhi tingkat gasifikasi, efisiensi proses,nilai kalor gas produk dan distribusi produk.uraian parameter dalah sebagai berikut (Sadaka,2006) : 1. Suhu Bed Tingkat gasifikasi serta kinerja keseluruhan gasifier adalahtergantung suhu. Semua reaksi gasifikasi biasanya reversibel dan titik ekuilibrium dari setiap reaksi dapat digeser dengan mengubah suhu.
9
2. Tekanan Bed Tekanan Bed telah dilaporkan memiliki efek yang signifikan pada proses gasifikasi. Nandi dan Onischak (1985) menemukan penurunan berat badan selama devolatilization residu tanaman di N2 suasana di 815oC, menurun dengan peningkatan tekanan. Namun, pada suhu konstan, konstanta laju orde pertama (k) untuk gasifikasi arang meningkat karena tekanan meningkat. Menggunakan media gasifikasi 50:50 H2O / N2 pada suhu 815o C, nilai-nilai konstanta laju (k) untuk char kayu adalah 0.101, 1.212 dan 0,201 min-1, masing-masing pada tekanan 0,17, 0,79 dan 2,17 MPa. 3. Tinggi Bed Pada suhu reaktor tertentu, waktu tinggal yang lebih lama (karena ketinggian bed yang lebih tinggi) meningkat berjumlah hasil gas. Sadaka et al. (1998) menunjukkan bahwa ketinggian bed yang lebih tinggi menghasilkan lebih efisiensi konversi serta suhu bed lebih rendah karena efek fly-wheel bed material. Efek fly-wheel berkurang secara signifikan ketika jumlah bahan bed berkurang sehingga menghasilkan suhu bed yang lebih tinggi. 4. Kecepatan fluidisasi Kecepatan fluidisasi memainkan peran penting dalam pencampuran partikel dalam fluidized bed. Dalam sistem gasifikasi udara, semakin tinggi kecepatan fluidisasi semakin tinggi suhu bed dan semakin rendah menghasilkan nilai kalor gas akibat peningkatan jumlah oksigen dan nitrogen dalam gas inlet ke sistem. 5. Rasio Kesetaraan Rasio kesetaraan memiliki pengaruh kuat pada kinerja gasifiers karena itu mempengaruhi suhu bed, kualitas gas, dan efisiensi termal. Peningkatan rasio 8 kesetaraan mengakibatkan tekanan rendah baik di bed padat dan daerah f reeboard ketika gasifier dioperasikan pada kecepatan fluidisasi yang berbeda dan ketinggian bed. 6. Kadar air dari bahan Kadar air dari bahan pakan mempengaruhi suhu reaksi karena energi diperlukan untuk menguapkan air dalam bahan bakar. Oleh karena itu, proses gasifikasi berlangsung pada suhu rendah.
10
7. Ukuran partikel Ukuran partikel secara signifikan mempengaruhi hasil gasifikasi. Ukuran partikel kasar akan menghasilkan lebih banyak char dan kurang tar yang mereka hasilkan. Tingkat difusi termal dalam partikel menurun dengan peningkatan ukuran partikel, sehingga mengakibatkan tingkat pemanasan yang lebih rendah. Untuk diberikan suhu, hasil gas yang dihasilkan dan komposisi meningkat dengan penurunan ukuran partikel. 8. Rasio udara dan uap Meningkatkan rasio udara dan uap akan meningkatkan nilai kalor gas sampai memuncak. Tomeczek et al. (1987) menggunakan campuran udara-uap dalam proses gasifikasi batubara dalam fluidized bed reaktor. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh rasio uap dan udara pada arang terutama pada rasio yang lebih rendah karena fakta bahwa uap digunakan pada tahap devolatilisasi memberikan kontribusi terhadap proses gasifikasi bahkan dalam kasus ketika uap tidak ditambahkan. Ketika rasio uap air meningkat, nilai kalor meningkat, mencapai puncaknya pada 0,25 kg /kg. 9. Ada Tidaknya Katalis Katalis komersial dan non-komersial diuji dalam berbagai proses gasifikasi. Salah satu masalah utama dalam steam katalitik tar adalah endapan karbon pada katalis dari karakter aromatik karbon yang tinggi. Berbagai katalis yang digunakan untuk meningkatkan kualitas produksi gas dan mengurangi tingkat produksi tar .
2.5 Reaktor gasifikasi
Proses gasifikasi menggunakan beberapa reaktor, yang dapat diklasifikasikan sesuai dengan gerakan relatif bahan bakar dan media gasifikasi baik sebagai bed tetap (updraft, downdraft dan crossdraft) atau bed fluidized (menggelegak, beredar, menyemburkan dan berputar-putar). Berikut ini adalah macam – macam reaktor menurut Sadaka (2006) : 1) Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft Pada tipe ini sumber panas terletak di bawah bahan bakar seperti tampak dalam
11
zGambar 3. Dalam gambar ini terlihat aliran udara bergerak ke zona gasifikasi di bagian bawah yang menyebabkan asap pirolisa yang dihasilkan melewati zona gasifikasi yang panas. Hal ini membuat tar yang terkandung dalam asap terbakar, sehingga gas yang dihasilkan oleh reaktor ini lebih bersih. Keuntungan reaktor tipe ini adalah reaktor ini dapat
digunakan
untuk
operasi
gasifikasi
yang
berkesinambungan
dengan
menambahkan bahan bakar melalui bagian atas reaktor. Namun untuk operasi yang berkesinambungan dibutuhkan sistem pengeluaran abu yang baik, agar bahan bakar bisa terus ditaambahkan ke dalam reaktor.
Gambar 3 Skema Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft
2) Reaktor Gasifikasi Tipe Inverted Downdraft Prinsip kerja reaktor gasifikasi tipe ini sama dengan prinsip kerja reaktor gasifikasi downdraft gasifiers. Dalam Gambar 4. tampak bahwa perbedaan antara reaktor gasifikasi downdraft gasifiers dengan reaktor gasifikasi inverted downdraft gasifiers terletak pada arah aliran udara dan zona pembakaran yang dibalik sehingga bahan bakar pada bagian bawah reaktor dengan zona pembakaran diatasnya. Aliran udara mengalir dari bagian bawah ke bagian atas reaktor.
12
Gambar 4 Skema Reaktor Gasifikasi Tipe Inverted Downdraft
3) Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft Pada reaktor gasifikasi tipe ini, zona pembakaan (sumber panas) terletak dibawah bahan bakar dan bergerak keatas seperti tampak pada dalam gambar 4. Dalam gambar ini, tampak bahwa gas panas yang dihasilkan mengalir keatas melewati bahan bakar yang belum terbakar sementara bahan bakar akan terus jatuh kebawah. Melalui pengujian menggunkana sekam padi, reaktor gasifikasi ini dapat bekerja dengan baik. Kekurangan dari reaktor tipe ini adalah produksi asap yang berlebihan dalam operasinya
Gambar 5 Skema Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft
13
4) Reaktor Gasifikasi Tipe crossdraft Pada reaktor ini, aliran udara mengalir tegak lurus dengan arah gerak zona pembakaran. Reaktor tipe ini memungkinkan operasi yang berkesinambung apabila memiiki sidtem pengeluaran abu yang baik. 5) Reaktor Gasifikasi Tipe Fluidized Bed Berbeda dengan tipe – tipe reaktor gasifikasi sebelumnya, pada reaktor gasifikasi tipe ini bahan bakar bergerak di dalam reaktor. Sebuah fan bertekanan tinggi diperlukan untuk menggerakkan bahan bakar yang sedang digasifikasi. Reaktor gasifikasi tipe ini sangat cocok untuk keperluan industri karena mahalnya ongkos yang dikeluarkan.
2.6 Keuntungan dan Kekurangan Gasifikasi
Keuntungan gasifikasi antara lain: lebih bersih, karena pembakaran lebih sempurna sehingga emisi polutan lebih rendah. Selain itu lebih mudah pengaturan laju pembakarannya. Sedangkan kekurangan sistem gasifikasi dibanding pembakaran langsung yaitu peralatan lebih rumit dan lebih mahal serta memerlukan ketrampilan yang lebih tinggi.Sedangkan kekurangan sistem gasifikasi dibanding pembakaran langsung yaitu peralatan lebih rumit dan lebih mahal serta memerlukan ketrampilan yang lebih tinggi (Cahyono, 2012).
2.7 Gasifikasi Sekam padi
Sekam padi merupakan lapisan keras yang meliputi kariopsis yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan beras sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan energi atau bahan bakar (Pakpahan,2006).
14
Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30% dari bobot gabah. Penggunaan energi sekam bertujuan untuk menekan biaya pengeluaran untuk bahan bakar bagi rumah tangga petani. Pen ggunaan Bahan Bakar Minyak yang harganya terus meningkat akan berpengaruh terhadap biaya rumah tangga yang harus dikeluarkan setiap harinya. Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30%, dedak antara 8- 12% dan beras giling antara 50-63,5% data bobot awal gabah. Sekam dengan persentase yang tinggi tersebut dapat menimbulkan problem lingkungan (Pakpahan,2006). Ditinjau data komposisi kimiawi, sekam mengandung beberapa unsur kimia penting seperti dapat dilihat pada tabel 1. Dengan komposisi kandungan kimiaseperti tersebut pada tabel 1, sekam dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan di antaranya: (a) sebagai bahan baku pada industri kimia, terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia, (b) sebagai bahan baku pada industri bahan bangunan, terutama kandungan silika (SiO2) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi, husk-board dan campuran pada industri bata merah, (c) sebagai sumber energi panas pada berbagai keperluan manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Sekam memiliki kerapatan jenis (bulk density)1 125 kg/m3, dengan nilai kalori 1 kg sekam sebesar 3300 k. Kalori (Pakpahan,2006). Tabel 1. Komposisi Kimiawi Sekam
Komponen
Persentase Kandungan (%)
A. Menurut Suharno (1979) 1. Kadar air
9,02
2. Protein Kasar
3,03
3. Lemak
1,18
4. Serat kasar
35,68
5. Abu
17,71
6. Karbohidrat kasar
33,71
15
B. Menurut DTC-IPB 1. Karbon (zat arang)
1,33
2. Hidrogen
1,54
3. Silika
33,64
1) Gasifikasi Sekam Padi Menggunakan reactor gasifikasi jenis down-draft Potensi limbah pertanian/kehutanan sebagai biomassa, khususnya sekam padi yang cukup besar, harus dicarikan teknologi untuk dapat memanfaatkan limbah tersebut sebagai sumber energi (alternatif). Gambar 3 merupakan alur konversi sekam padi atas dasar pengalaman yang telah dilakukan. Uraian singkat sebagai berikut; sekam padi yang terbebas dari beras dimanfaatkan sebagai umpan gasifier (jenis open core down draft gasifier). Gas hasil gasifikasi yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar motor diesel untuk keperluan penggilingan gabah (Affendi,dkk,2010).
Gambar 6 alur konversi sekam padi Menjadi energi Listrik Pemilihan reactor gasifikasi jenis down-draft didasarkan pada rendahnya kandungan tar yang dihasilkan dibandingkan jenis updraft. Hal ini dikarenakan bahwa kandungan tar hasil pirolisis terbawa bersama gas dan kemudian masuk ke dalam proses oksidasi parsial yang mencapai suhu hingga 900⁰C, dimana pada suhu tersebut kandungan tar dimungkinkan dapat terurai menjadi senyawa yang lebih ringan. Gas hasil gasifikasi sistem downdraft ini setelah direfinery dan didinginkan dapat langsung dimasukkan ke dalam motor diesel yang dapat dioperasikan secara dual fuel (Affendi,dkk,2010). Sekam padi tersusun atas dua bagian, berupa bahan-bahan organik dengan porsi 70%-85% berat atas dasar kering dan anorganik (mineral), komponen utama lain berupa lignin dan selulosa. Analisa proksimasi sekam padi volatile matte 57,3% – 71,3%, abu 12,9% – 28,1%, karbon tetap 12,7% – 26,7%, kadar air 10,46% dan nilai kalor kcal/kg [Affendi, M, 2008].
16
Dari Gas hasil gasifikasi terutama terdiri dari gas-gas mempan bakar yaitu CO, H2, dan CH4 dan gas-gas tidak mempan bakar CO 2, dan N2. Komposisi gas ini sangat tergantung pada komposisi unsur dalam biomassa. bentuk dan partikel biomassa, serta kondisi-kondisi proses gasifikasi. Sebagai ilustrasi komposisi gas hasil gasifikasi sekam padi bentuk jarum ukuran 1 cm adalah CO 20,1%, H 2 11,3%, CH 4 1,8%, CO 2 % , N2 55,4% dan panas pembakaran 4350 kJ/. Gas ini dapat diumpankan ke dalam motor bakar torak maupun sebagai bahan bakar untuk pemanas (Susanto H., 2005). Untuk mengetahui efektifitas hasil Gasifikasi Sekam padi dibandingkan dengan dengan bahan bakar minyak solar. Tahap pertama, PLTD dengan bahan bakar minyak solar saja (Diesel Single Fuel), kemudian dilakukan pembebanan listrik secara bertahap pada mesin-mesin Dryer dan Huller. Kemudian tahap berikutnya dengan pembebanan listrik yang sama, juga dilakukan dengan mengoperasikan PLTD-Gasifikasi Sekam (Diesel Dual Fuel) di ruang pabrik penggilingan padi. Pembebanan listrik ( Spesifikasi Motor Listrik) adalah sebagai berikut (Affendi,dkk,2010):
Proses gasifikasi (jenis open core down draft gasifier) yang diawali dengan penyalaan sekam padi di bagian unggun reaktor. Proses gasifikasi berlangsung bersamaan dengan beroperasinya mesin diesel. Aliran udara untuk gasifikasi terjadi karena adanya hisapan pada sistem venturi gas buang (knalpot) mesin diesel. Bila proses gasifikasi beroperasi dengan baik, maka gas hasil gasifikasi sekam dialirkan ke mesin diesel melalui inlet udaranya yang diatur dengan damper. Pengaturan damper di
17
bagian inlet udara mesin diesel divariasikan beberapa perlakuan (dengan istil ah cekikan, yaitu menghambat aliran udara masuk sebagian dan sebagian lainnya dialirkan gas hasil gasifikasi), sebagai berikut (Affendi,dkk,2010) : Cekikan I : Rasio gas hasil gasifikasi dengan udara, ± 50% Cekikan II : Rasio gas hasil gasifikasi dengan udara, ± 70 Cekikan III : Rasio gas hasil gasifikasi dengan udara, ± 80%
2) Gasifikasi Sekam Padi pada Updraft Circulating Fluidized Bed Gasifier Penelitian ini dilaksanakan secara bertahap. Pertama, mendisain alat penelitian gasifikasi (gasifier) jenis updraft circulating fluidized bed gasifier berdasarkan penelitian pendahuluan yang sudah dilaksanakan. Bahan bakar sekam padi terlebih dahulu diujikan karakteristiknya berdasarkan uji proximate dan ultimate. Setelah karakteristik diketahui, kemudian dihitung dimensi gasifier beserta komponen pendukungnya. Selanjutnya, mulai pembuatan gasifier dan disebut sebagai gasifier UJI dan instalasi alat ukur. Pemanas awal udara dipasang pada saluran pipa blower yang kemudian dimodifikasi pada dinding gasifer sebagai heat exchanger dinding (HED)(Anis,dkk, 2010). Kedua, melakukan pengujian untuk mengetahui parameter-parameter kerja dari gasifier. Sesuai dengan tujuan penelitian, parameter yang harus diketahui adalah temperatur pemanasan awal udara gasifikasi. Pada tahapan ini, penelitian difokuskan untuk menentukan temperatur awal udara optimum gasifikasi. Tahap terakhir (ketiga) adalah melakukan analisis untuk mendapatkan efisiensi gasifikasi maksimum berdasar kondisi operasi temperatur awal udara (Anis,dkk, 2010).
Gambar 7 Skema Instalasi alat ukur 18
BAB 3 PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Gasifikasi merupakan proses pembakaran bahan-bakar padat dalam wadah gasifier untuk menghasilkan bahan-bakar gas (syngas). Pembakaran bahan bakar gas (syngas) lebih mudah dalam pengontrolan laju atau suhu pembakaran dibanding pembakaran bahan bakar padat. 2. Proses gasifikasi berlangsung dengan empat tahapan dasar yaitu pyrolysis, combustion, boudouard reaction, dan gasification processes 3. Mekanisme Gasifikasi melewati 4 zona yaitu zona pengeringan, zona devolatisasi, zona pirolisis, dan zona pendinginan 4. Faktor yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi, meliputi Suhu Bed, Tekanan Bed, Tinggi Bed , Kecepatan fluidisasi , Rasio Kesetaraan , Kadar air dari bahan, Ukuran partikel, Rasio udara dan uap, dan Ada Tidaknya Katalis. 5. Reaktor Gasifikasi yang sering digunakan adalah Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft, Reaktor Gasifikasi Tipe Inverted Downdraft , Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft, Reaktor Gasifikasi Tipe crossdraft, dan Reaktor Gasifikasi Tipe Fluidized Bed 6. Keuntungan gasifikasi antara lain: lebih bersih, karena pembakaran lebih sempurna sehingga emisi polutan lebih rendah. Selain itu lebih mudah pengaturan laju pembakarannya. Sedangkan kekurangan sistem gasifikasi dibanding pembakaran langsung yaitu peralatan lebih rumit dan lebih mahal serta memerlukan ketrampilan yang lebih tinggi.Sedangkan kekurangan sistem gasifikasi dibanding pembakaran langsung yaitu peralatan lebih rumit dan lebih mahal serta memerlukan ketrampilan yang lebih tinggi. 7. Gasifikasi sekam padi merupakan proses merubah sekam padi menjadi gas yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan bakar. 8. Konversi sekam padi melalui proses gasifikasi menghasilkan gas hasil gasifikasi untuk substitusi BBM solar pada mesin Diesel-Genset menghasilkan listrik untuk menggerakkan mesin-mesin Dryer dan Huller di pabrik penggilingan beras. Diperoleh penghematan BBM solar pada mesin Diesel (Dual Fuel) sampai 60 %
19
DAFTAR PUSTAKA
https://www.academia.edu/28545735/bioenergi_gasifikasi_biomassa_sekam_padi diakses pada 20 Oktober 2017.
http://eprints.ums.ac.id/42396/28/naskah%20publikasi.pdf diakses pada 20 Oktober 2017.
digilib.itb.ac.id/files/disk1/618/jbptitbpp-gdl-rizaazhari-30855-4-2008ta-3.pdf
diakses
pada 20 Oktober 2017.
Purnomo, R.H., Kuncoro, E.A. and Wahyuni, D., 2014. Rancang Bangun dan Uji Teknik Kompor Berbahan Bakar Limbah Biomasa pertanian. Buana sains, 14(2), pp.71-78.
Agung, W., Pranolo, S.H., Noorochadi, G. and Ratna, M., 2010. Perancangan dan ujiKinerja Reaktor Gasifikasi Sekam Padi Skala Kecil. Perancangan dan Uji Kinerja Reaktor Gasifikasi Sekam Padi Skala Kecil , 9(1), pp.29-33.
http://digilib.unila.ac.id/6848/13/bab%20ii%20tinjauan%20pustaka.pdf diakses pada 21 oktober 2017
Barlin, B. and Nainggolan, M.P., 2012. Studi performa tungku pembakaran biomassa berbahan bakar limbah sekam padi.
20
