5 BAB II DASAR TEORI 2.1 Batubara 2.1.1 Pengertian Batubara Batubara merupakan sisa tumbuhan dari jaman prasejarah yang berubah bentuk yang awalnya berakumulasi di rawa dan tanah gambut. Pembentukan batubara dimulai sejak Carboniferous Period (Periode Pembentukan Karbon atau Batu Bara) dikenal sebagai zaman batu bara pertama yang berlangsung antara 360 juta sampai 290 juta tahun yang lalu. Mutu dari setiap batubara ditentukan oleh suhu dan tekanan serta lamanya waktu pembentukan yang disebut sebagai “maturitas organik” (World Coal Institute, 2009) 2.1.2 Analisa Batubara Ada dua metode untuk menganalisa batubara, yaitu dengan cara analisa ultimate dan analisa proximate. Analisa ultimate adalah menganalisis seluruh elemen komponen batubara, padat atau gas. Sedangkan analisa proximate adalah meganalisa hanya fixed carbon, bahan yang mudah menguap, kadar air dan persen abu. Analisa ultimate harus dilakukan dilaboratorium dengan peralatan yang lengkap dan oleh para ahli kimia yang terampil, sedangkan analisa proximate dapat dilakukan dengan peralatan yang sederhana.(Indonesian Science & Teknologi digital Library 2010) 1) Pengukuran kadar air Cara untuk mengukur kadar air dilakukan dengan menempatkan sampel bahan baku batubara yang dihaluskan sampai ukuran 200-mikron dalam krus terbuka, kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 108 + 2 0 C dan diberi penutup. Sampel kemudian didinginkan hingga suhu kamar dan ditimbang lagi. Kehilangan berat merupakan kadar airnya. 2) Pengukuran bahan yang mudah menguap (volatile matter)
32
Embed
BAB II DASAR TEORI - erepo.unud.ac.iderepo.unud.ac.id/8224/3/3a6a08ff776c50a650db2ba87abb3161.pdf · Perbedaan berat dari penimbangan sebelumnya ... bahan bakar bensin atau biogas
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Batubara
2.1.1 Pengertian Batubara
Batubara merupakan sisa tumbuhan dari jaman prasejarah yang berubah bentuk yang
awalnya berakumulasi di rawa dan tanah gambut. Pembentukan batubara dimulai sejak
Carboniferous Period (Periode Pembentukan Karbon atau Batu Bara) dikenal sebagai zaman batu
bara pertama yang berlangsung antara 360 juta sampai 290 juta tahun yang lalu. Mutu dari setiap
batubara ditentukan oleh suhu dan tekanan serta lamanya waktu pembentukan yang disebut
sebagai “maturitas organik” (World Coal Institute, 2009)
2.1.2 Analisa Batubara
Ada dua metode untuk menganalisa batubara, yaitu dengan cara analisa ultimate dan
analisa proximate. Analisa ultimate adalah menganalisis seluruh elemen komponen batubara,
padat atau gas. Sedangkan analisa proximate adalah meganalisa hanya fixed carbon, bahan yang
mudah menguap, kadar air dan persen abu. Analisa ultimate harus dilakukan dilaboratorium
dengan peralatan yang lengkap dan oleh para ahli kimia yang terampil, sedangkan analisa
proximate dapat dilakukan dengan peralatan yang sederhana.(Indonesian Science & Teknologi
digital Library 2010)
1) Pengukuran kadar air
Cara untuk mengukur kadar air dilakukan dengan menempatkan sampel bahan baku
batubara yang dihaluskan sampai ukuran 200-mikron dalam krus terbuka, kemudian
dipanaskan dalam oven pada suhu 108 + 20 C dan diberi penutup. Sampel kemudian
didinginkan hingga suhu kamar dan ditimbang lagi. Kehilangan berat merupakan kadar
airnya.
2) Pengukuran bahan yang mudah menguap (volatile matter)
6
Sampel batubara halus yang masih baru ditimbang, ditempatkan pada krus tertutup,
kemudian dipanaskan dalam tungku pada suhu 900 + 150 C. Sampel kemudian didinginkan
dan ditimbang. Sisanya berupa kokas (fixed carbon dan abu).
3) Pengukuran karbon dan abu
Tutup krus dari dari uji bahan mudah menguap dibuka, kemudian krus dipanaskan
dengan pembakar Bunsen hingga seluruh karbon terbakar. Abunya ditimbang, yang
merupakan abu yang tidak mudah terbakar. Perbedaan berat dari penimbangan sebelumnya
merupakan fixed carbon. Dalam praktek, Fixed Carbon atau FC dihitung dari pengurangan
nilai 100 dengan kadar air, bahan mudah menguap dan abu.
a) Analisis proximate
Analisis proximate menunjukan persen berat dari fixed carbon, bahan mudah
menguap, abu, dan kadar air dalam batubara. Jumlah fixed carbon dan bahan yang mudah
menguap secara langsung turut andil terhadap nilai panas batubara. Fixed carbon bertindak
sebagai pembangkit utama panas selama pembakaran. Kandungan bahan yang mudah
menguap yang tinggi menunjukan mudahnya penyalaan bahan bakar. Kadar abu merupakan
hal penting dalam perancangan grate tungku, volum pembakaran, peralatan kendali polusi
dan sistim handling abu pada tungku. Analisis proximate untuk berbagai jenis batubara
diberikan dalam Tabel 2.1
Tabel 2.1 Analisa Proximate Batubara
Parameter Batubara
India
Batubara
Indonesia
Batubara Afrika
Selatan
Kadar air 5,98 9,43 8,5
Abu 38,63 13,99 17
Bahan mudah menguap
(volatile matter) 20,70 29,79 23,28
Fixed Carbon 34,69 46,79 51,22
Sumber: Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia-www.energyefficiencyasia.org
7
Parameter-parameter tersebut digambarkan dibawah.
1. Fixed carbon
Fixed carbon adalah bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku setelah bahan yang
mudah menguap didestilasi. Kandungan utamanya adalah karbon. Selain mengandung
karbon, fixed carbon juga mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang tidak
terbawa gas. Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai panas batubara.
2. Bahan yang mudah menguap (volatile matter)
Bahan yang mudah menguap dalam batubara adalah metan, hidrokarbon, hydrogen, karbon
monoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar, seperti karbon dioksida dan nitrogen.
Bahan yang mudah menguap merupakan indeks dari kandungan bahan bakar bentuk gas
didalam batubara. Kandungan bahan yang mudah menguap berkisar antara 20% hingga 35%.
Bahan yang mudah menguap:
Berbanding lurus dengan peningkatan panjang nyala api, dan membantu dalam
memudahkan penyalaan batubara.
Mengatur batas minimum pada tinggi dan volum tungku.
Mempengaruhi kebutuhan udara sekunder dan aspek-aspek distribusi.
Mempengaruhi kebutuhan minyak bakar sekunder.
3. Kadar abu dan akibatnya
Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungan abunya berkisar antara 5%
hingga 40%:
Mengurangi kapasitas handling dan pembakaran.
Meningkatkan biaya handling.
Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan efisiensi boiler.
Menyebabkan penggumpalan dan penyumbatan.
4. Kadar air dan akibatnya
8
Kandungan air dalam batubara harus diangkut, di-handling dan disimpan bersama-sama
batubara. Kadar air akan menurunkan kandungan panas per kg batubara, dan kandungannya
berkisar antara 0,5% hingga 10%. Kadar air:
Meningkatkan kehilangan panas, karena penguapan dan pemanasan berlebih dari uap.
Membantu pengikatan partikel halus pada tingkatan tertentu.
Membantu radiasi transfer panas
5. Kadar Sulfur dan akibatnya
Pada umumnya berkisar pada 0,5 % hingga 0,8%. Sulfur:
Mempengaruhi kecenderungan terjadinya penggumpalan dan penyumbatan
Mengakibatkan korosi pada cerobong asap,peralatan lain seperti preheater/pemanas udara
awal dan sekitar economizers
Membatasi suhu gas buang yang keluar dengan jalan memanfaatkan sisa gas buangnya
b) Analisa ultimate
Analisa ultimate menentukan berbagai macam kandungan kimia unsur- unsur seperti
karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dll. Analisis ini berguna dalam penentuan jumlah udara
yang diperlukan untuk pembakaran dan volume serta komposisi gas pembakaran. Informasi
ini diperlukan untuk perhitungan suhu nyala dan perancangan saluran gas buang dll. Analisis
ultimate untuk berbagai jenis batubara diberikan dalam tabel di bawah.
Tabel 2.2 Analisa Ultimate Batu Bara
Parameter Batubara India, % Batubara Indonesia, %
Kadar Air 5,98 9,43
Bahan Mineral (1,1 x Abu) 38,63 13,99
Karbon 41,11 58,96
Hidrogen 2,76 4,16
Nitrogen 1,22 1,02
9
Sulfur 0,41 0,56
Oksigen 9,89 11,88
Sumber: Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia-www.energyefficiencyasia.org
2.2 Biomassa
2.2.1 Pengertian Biomassa
Biomassa adalah sebuah nama yang diberikan untuk material yang tersisa dari suatu
tanaman atau hewan seperti serbuk kayu dari hutan, sekam padi dan jerami padi dari pertanian
serta limbah organik manusia dan hewan. Energi yang terkandung dalam biomassa berasal dari
matahari. Melalui fotosintesis, karbondioksida di udara ditransformasikan menjadi molekul
karbon lain misalnya, gula dan selulosa dalam tumbuhan. Energi kimia yang tersimpan dalam
tanaman dan hewan diakibatkan karena memakan tumbuhan atau hewan lain maka dari itu
didalam kotorannya terdapat suatu energi yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi
dengan kata lain energi ini dikenal dengan nama bio-energi.
Ketika biomassa dibakar maka energi akan terlepas, umumnya energi yang dilepaskan
dalam bentuk panas. Karbon pada biomassa bereaksi dengan oksigen diudara sehingga
membentuk karbondioksida. Apabila dibakar sempurna jumlah karbondioksida yang dihasilkan
akan sama dengan jumlah yang diserap dari udara saat tanaman tersebut tumbuh. Biomassa yang
terdapat di alam bebas bila dibiarkan begitu saja di tanah maka akan terurai dalam waktu yang
lama, melepaskan karbondioksida dan energi yang tersimpan secara perlahan – lahan. Dengan
membakar biomassa, energi yang tersimpan akan dengan cepat terlepas dan dapat dimanfaatkan.
Oleh karena itu proses konversi biomassa sangat bagus untuk menjadikan energi yang berguna
meniru proses alam dengan laju yang lebih cepat. Biomassa dapat digunakan langsung misalnya
membakar kayu digunakan untuk pemanasan, memasak, dan dapat juga digunakan untuk
produksi biofuel cair (biodiesel dan alkohol), atau biogas yang dapat digunakan sebagai
pengganti bahan bakar fosil. Misalnya alkohol dari tebu dapat digunakan sebagai pengganti
bahan bakar bensin atau biogas dari kotoran hewan yang dapat digunakan sebagai bahan
pengganti gas alam.
10
2.2.2 Serbuk Kayu
Salah satu alternatif yang dapat dilakukan dalam menggantikan bahan bakar fosil adalah
dengan mengkonversikan biomassa menjadi bio-oil yaitu dengan cara pirolisis. Sebagai contoh
bahan yang dapat digunakan adalah limbah serbuk gergaji. Bahan serbuk gergaji, mudah
diperoleh dan dapat terbarukan. Bahan ini juga banyak terdapat di Indonesia sebagai negara yang
kaya akan kayu hutan (Alfathoni, 2002). Besar limbah serbuk gergaji yang berasal dari industri
penggergajian adalah 15% yang terdiri dari 1,5% serbuk dari unit utama, 13% serbuk dari unit
kedua dan 0,5% dari unit trimmer (Martono, 2003).
Berdasarkan Direktorat Jenderal Bina Produksi Kehutanan (2006) produksi kayu
gergajian di Sumatera Utara pada tahun 2006 mencapai 66.616 m3. Dengan asumsi bahwa
produksi limbah kayu gergajian sebesar 50% dan serbuk gergajian sebesar 15% (Departemen
Kehutanan 1998/1999, dalam Pari, 2002) maka besarnya limbah kayu gergajian yang dihasilkan
adalah sebesar 9.992,4m3. Besarnya produksi kayu gergajian yang terjadi pada industri
penggergajian, ditunjukkan pada Tabel 2.3
Tabel 2.3 Perkembangan produksi gergaji
2.2.3 Komposisi Biomassa
Pada tabel ultimate analysis kandungan utama yang terdapat pada biomassa adalah
carbon, oksigen, dan hidrogen. Pada tabel ultimate analysis memperlihatkan komposisi dari 13
biomassa. Rumus kimia dari biomassa umumnya diwakili oleh CxHyOz. nilai koefisien dari x,y
dan z ditentukan oleh masing-masing biomassa. Nilai x, y, dan z ditunjukan pada tabel berikut.
Table 2.3 Ultimate analysis of Biomass
11
Sumber K Raveendran et.al, Influence of Mineral Matter on Biomass
Untuk menentukan sistem energi biomassa, kandungan energi setiap jenisnya harus
ditentukan terlebih dahulu. Nilai kalor seringkali digunakan sebagai indikator kandungan energi
yang dimiliki setiap jenis biomassa. Nilai kalor adalah jumlah panas yang dihasilkan saat bahan
menjalani pembakaran sempurna atau dikenal sebagai kalor pembakaran. Nilai kalor ditentukan
melalui rasio komponen dan jenisnya serta rasio unsur di dalam biomassa itu sendiri (terutama
kadar karbon).
1) Nilai kalor tertinggi dan terendah
Biomassa terdiri atas senyawa karbon, hidrogen, dan oksigen dan saat dibakar secara
sempurna akan menghasilkan air dan karbon dioksida. Air dan uap air yang dihasilkan
mengandung kalor laten yang terbebas saat kondensasi. Nilai kalor yang meliputi kalor laten
disebut sebagai nilai kalor tinggi atau high heating value (HHV), sedangkan untuk nilai kalor
dimana kalor laten tidak termasuk dalam sistem tersebut disebut sebagai nilai kalor rendah