1 A. JUDUL Pengaruh Ukuran dan Bentuk Partikel Biomassa terhadap Kebutuhan Daya Pompa Penyedia Udara Penggasifikasi B. LATAR BELAKANG MASALAH Semakin lama kebutuhan energi semakin meningkat. Peningkatan kebutuhan energi tidak dapat diimbangi dengan peningkatan sumber energi. Sebagian besar penyediaan energi primer saat ini berasal dari bahan bakar fosil. Agar kebutuhan energi tetap terpenuhi maka sumber energi terbarukan mulai mendapatkan perhatian. Salah satu sumber energi terbarukan adalah biomassa. Biomassa adalah materi organik yang berasal dari bahan- bahan biologis. Biomassa mungkin tumbuh sebagai hasil pertanian, tetapi secara luas adalah hutan- hutan, padang rumput, rawa-rawa dan perikanan (Brown, 2003). Sebagai salah satu sumber energi alternatif terbarukan, biomassa berpeluang besar dikembangkan di Indonesia karena potensi sumber biomassa di Indonesia melimpah. Tetapi, potensi tersebut tersebar karena Indonesia merupakan negara kepulauan. Dari segi lingkungan, penggunaan biomassa sebagai bahan bakar memiliki dua pengaruh positif yaitu bersifat mendaur ulang CO 2 sehingga
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
1
A. JUDULPengaruh Ukuran dan Bentuk Partikel Biomassa terhadap Kebutuhan Daya
Pompa Penyedia Udara Penggasifikasi
B. LATAR BELAKANG MASALAH
Semakin lama kebutuhan energi semakin meningkat. Peningkatan
kebutuhan energi tidak dapat diimbangi dengan peningkatan sumber
energi. Sebagian besar penyediaan energi primer saat ini berasal dari
bahan bakar fosil. Agar kebutuhan energi tetap terpenuhi maka sumber
energi terbarukan mulai mendapatkan perhatian. Salah satu sumber energi
terbarukan adalah biomassa. Biomassa adalah materi organik yang berasal
dari bahan-bahan biologis. Biomassa mungkin tumbuh sebagai hasil
pertanian, tetapi secara luas adalah hutan-hutan, padang rumput, rawa-
rawa dan perikanan (Brown, 2003).
Sebagai salah satu sumber energi alternatif terbarukan, biomassa
berpeluang besar dikembangkan di Indonesia karena potensi sumber
biomassa di Indonesia melimpah. Tetapi, potensi tersebut tersebar karena
Indonesia merupakan negara kepulauan. Dari segi lingkungan,
penggunaan biomassa sebagai bahan bakar memiliki dua pengaruh positif
yaitu bersifat mendaur ulang CO2 sehingga emisi CO2 ke atmosfir secara
netto berjumlah nol dan sebagai sarana pemanfaatan limbah industri
khususnya limbah pertanian.
Salah satu teknologi potensial untuk pemanfaatan limbah biomassa
adalah teknologi gasifikasi. Proses ini berlangsung di dalam suatu alat
yang disebut gasifier. Ke dalam alat ini dimasukkan bahan bakar biomassa
yang mengalami reaksi oksidasi parsial dengan udara, oksigen,uao air atau
campurannya. Reaksi heterogen antara gas dan padatan di dalam gasifier
dibedakan atas dasar pengontakan, yaitu reaktor unggun tetap dan reaktor
unggun terfluidakan. Reaktor unggun tetap tersusun oleh tumpukan
padatan tetap selama reaksi berlangsung dan reaktor unggun terfluidakan
tersusun oleh padatan terfluidisasi sehingga padatan bergerak seiring
dengan gerakan fluida. Perbandingan karakteristik kedua jenis gasifier
2
tersebut ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan karakteristik gasifier unggun tetap dan unggun
terfluidakan
Parameter Unggun Tetap Unggun TerfluidakanUkuran umpan < 51 mm < 6 mmToleransi kehalusan partikel
Terbatas Baik
Toleransi kekasaran partikel
Sangat baik Baik
Kebutuhan oksidan Rendah MenengahKebutuhan kukus Tinggi MenengahTemperatur reaksi 1090 °C 800 – 1000 °CTemperatur gas keluar 450 – 600 °C 800 – 1000 °CProduksi abu Kering KeringEfisiensi gas dingin 80% 89.2%Kapasitas penggunaan Kecil MenengahPermasalahan Produksi tar Konversi karbon
(Higman, 2003)
Kinerja reaktor unggun tetap berpotensi memerlukan energi
berlebih karena adanya tumpukan padatan yang menyebabkan hilang tekan
dan berpengaruh pada proses pengaliran reaktan yang berupa fluida. Jadi,
pengumpanan biomassa ke dalam gasifier diperlukan pengolahan awal
seperti: pengeringan, pemotongan atau pemampatan. Di samping itu aliran
biomassa harus cukup selama periode operasi, nilai ekonomisnya rendah,
dan memiliki spesifikasi sesuai dengan operasi tersebut. Arang kayu,
batok kelapa, cangkang sawit, batok kelapa, batang ketela pohon, dan
serbuk gergaji merupakan biomassa yang mendekati persyaratan tersebut.
Bentuk dan ukuran bahan bakar biomassa yang berbeda dapat
menyebabkan kemacetan aliran bahan akan semakin besar yang
selanjutnya akan berpengaruh pada tekanan dalam reaktor serta aliran gas
keluar. Dengan bentuk dan ukuran bahan bakar yang relatif seragam,
kemacetan dapat dihindari. (Higman, 2003).
Unit gasifikasi biomassa diharapkan dapat membantu masyarakat
dalam pemenuhan kebutuhan baik energi listrik maupun energi panas.
Tetapi, setiap unit gasifikasi memiliki karakteristik-karakteristik tertentu
bergantung pada umpan biomassa yang berpengaruh terhadap kinerja unit
3
tersebut sehingga diperlukan pengujian alat agar dapat diketahui kondisi
operasi terbaiknya.
C. PERUMUSAN MASALAH
Adanya tumpukan bahan bakar biomassa di dalam reaktor
gasifikasi menimbulkan hilang tekan yang menyebabkan kenaikan
kebutuhan energi pengaliran reaktan. Tingginya kebutuhan energi untuk
pengoperasian unit gasifikasi berpotensi mengurangi perolehan energi
netto.
D. TUJUAN
Prediksi kebutuhan daya pompa penyedia udara proses gasifikasi
untuk berbagai ukuran dan bentuk biomassa di reaktor gasifikasi unggun
tetap.
E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah publikasi dalam
bentuk makalah dalam seminar nasional atau artikel dalam jurnal ilmiah
nasional
F. KEGUNAAN
Mendapatkan ukuran dan bentuk bahan bakar biomassa dalam
pengoperasian unit gasifikasi sehingga didapatkan perolehan energi netto
gas produser hasil gasifikasi biomassa yang tinggi.
G. TINJAUAN PUSTAKA
G.1. Bahan Bakar Biomassa
Indonesia merupakan negara agraris berpenduduk Indonesia
mayoritas petani. Walaupun industrialisasi telah merambah ke dalam
berbagai kehidupan, namun sektor pertanian tetap menjadi salah satu
4
faktor kunci penggerak ekonomi masyarakat yang mencakup pada
produksi beras, jagung, kacang-kacangan, sawit, tebu, buah-buahan tropis
dan lain sebagainya.
Dalam aspek produksi komoditas pertanian dihasilkan hasil samping
yang selama ini belum cukup memberikan nilai ekonomis bagi
pengelolanya. Hasil samping ini lebih sering disebut sebagai limbah dari
pada suatu potensi yang terkandung di dalamnya. Pemanfaatannya selama
ini hanya terbatas pada upaya minimal, antara lain untuk pakan ternak,
bahan bakar domestik atau dibakar di lahan pertanian. Pemanfaatan yang
lebih besar dapat diupayakan dengan memandang limbah pertanian
sebagai energi biomassa yang merupakan sumber energi terbarukan.
Tabel 2. Tabel contoh analisa beberapa jenis biomassa
BiomassaCangkang
sawit1
Sekam
padi2
Serbuk
gergaji3
Jerami
padi4Lignite5 Anthracite6
Bentuk pipih jarum Bulat batang balok balok
H 5,01% 4,59% 7,78% 5,02% 7,5% 3,5%
C 44,44% 39,10% 56,31% 38,17% 45% 85%
O 34,70% 34,70% 34,73% 35,28% 48% 9%
N 0,28% 0,18% 1,06% 0,58% 1% 1%
Kadar air 12,00% 8,20% 7,4% 10% 45% 6%
Abu 3,50% 13,20% 0,4% 10,40% 15% 15%
Nilai Kalor
(kJ/kg)16.900 14.204 21.300 12.330 17.445 31.400
Sumber:1-4 : Krongkaew Laohalidanond, Jürgen Heil and Christain Wirtgen,
20065-6 : Speight, 2005
G.2. Gasifikasi
Gasifikasi adalah suatu teknologi proses konversi bahan padat
menjadi gas yang mudah terbakar. Bahan padat yang dimaksud dari bahan
bakar padat misalnya, biomassa, batubara, dan arang. Gas yang dimaksud
adalah gas-gas yang dihasilkan dari proses gasifikasi seperti CO, H2, dan
CH4.
Gasifier adalah istilah untuk reaktor yang memproduksi gas produser
Gas hasil : H2, CO (gas produser), H2O, CO2, tar, dll
Abu
Uap air
Panas
Bahan kering
Panas
Uap airPanas
BiomassaUdara
ReduksiC+CO22CO
C+H2OCO+ H2O800 - 1000 oC
Oksidasi2C + O2 2CO + panas
700 - 1500 oC
PirolisisBahan C(arang) + H2O + tar + CH4 + dll
150 - 700 oC
PengeringanBahan bahan kering + H2O
100 - 150 oC
5
dengan cara pembakaran tidak sempurna (oksidasi sebagian) bahan bakar
biomassa pada temperatur sekitar 1000 oC. Ketika gasifikasi berlangsung,
terjadi kontak antara bahan bakar dengan medium penggasifikasi di dalam
gasifier. Gasifier yang digunakan menentukan kontak antara bahan bakar
dengan medium penggasifikasi. (Rajvanshi, 1986).
G.3. Tahapan proses gasifikasi
Proses gasifikasi terdiri dari empat tahapan proses atas dasar
perbedaan rentang kondisi temperatur, yaitu pengeringan (T>150 °C),
pirolisis (150<T<700 °C), oksidasi (700<T<1500 °C), dan reduksi
(800<T<1000 °C) (lihat Gambar 1). Proses pengeringan, pirolisis, dan
reduksi bersifat menyerap panas (endotermik), sedangkan proses oksidasi
bersifat melepas panas (eksotermik). Panas yang dihasilkan dalam proses
oksidasi digunakan dalam proses pengeringan, pirolisis dan reduksi. Bahan
kering hasil dari proses pengeringan mengalami proses pirolisis, yaitu
pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak
terkondensasi) dari arang. Hasil pirolisis berupa arang mengalami proses
pembakaran dan proses reduksi yang menghasilkan gas produser yaitu, H2
dan CO (Pranolo, 2010).
Gambar 1. Diagram alir proses gasifikasi di dalam gasifier
G.4. Tipe Gasifier
6
Terdapat dua tipe utama gasifier yakni tipe fluidized bed dan tipe
fixed bed,. Beberapa tipe fixed bed gasifier, jika ditinjau dari arah aliran
udara, gasifier dibagi menjadi tiga tipe, yakni downdraft, updraft, dan
crossdraft. Ketiga tipe gasifier ditampilkan pada Gambar 2. Masing-
masing tipe gasifier memiliki kelebihan dan kekurangan yang ditampilkan
pada Tabel 3 (Rampling, 2003).
Gambar 2. Berbagai macam tipe gasifier
Tabel 3. Kelebihan dan kekurangan berbagai tipe gasifier
Tipe Gasifier
Kelebihan Kekurangan
Updraft - Hilang tekan rendah- Efisiensi panas bagus- Kecenderungan membentuk
terak sedikit
- Sensitif terhadap tar dan uap bahan bakar
- Memerlukan waktu start up yang cukup lama untuk mesin internal combustion.
Downdraft - Tidak terlalu sensitif terhadap tar
- Dapat mudah beradaptasi dengan jumlah umpan biomassa
- Desain gasifier tinggi- Tidak cocok untuk bahan
bakar biomassa yang berukuran kecil
Crossdraft - Desain gasifier pendek- Sangat responsif ketika diisi
umpan biomassa- Produksi gas fleksibel
- Sangat sensitif terhadap pembentukan terak
- Hilang tekan tinggi
G.5. Zona Proses pada Gasifier
Pada gasifier terdapat empat zona utama yang di dalamnya
terjadi proses gasifikasi yaitu proses pengeringan bahan bakar,
pirolisis, pembakaran, dan Meskipun terdapat zona yang prosesnya
tumpang tindih, masing-masing proses dapat diasumsikan menempati
7
zona yang terpisah dimana reaksi kimia dan panas berbeda.
Gambar 3. Berbagai zona fixed bed gasifier tipe up draft (kiri) dan
downdraft (kanan)
G.6. Hilang Tekan (p) dan Daya (W)
Total penurunan tekanan fluida sepanjang L pada unggun
padatan adalah Δp. Hilang tekan ini muncul sebagai akibat pengaruh
gesekan (friction) antara fluida dengan bed. Sehingga Δp disebut
sebagai hilang tekan yang tidak dapat dihindari (Gibilaro, 2001).
Pengukuran hilang tekan dapat dilakukan dengan pembacaan
tinggi kolom cairan (di dalam manometer pipa U yang masing-masing
ujungnya terpasang pada inlet dan outlet sistem. Bila densitas gas (,
densitas cairan (), dan percepatan gravitasi (g) pada manometer pipa U
diketahui, maka beda tekan antara antar inlet dan outlet sistem dapat
6. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret7. Waktu untuk Kegiatan PKM : 10 jam/minggu
Ketua,
Dwi Hantoko
b. Anggota Pelaksana1. Nama Lengkap : Muflih Arisa Adnan2. NIM : I05090293. No.HP : 0813939383294. Email : [email protected]. Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia6. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret7. Waktu untuk Kegiatan PKM : 10 jam/minggu
Anggota,
Muflih Arisa Adnan
c. Anggota Pelaksana1. Nama Lengkap : Juli Novianto2. NIM : I05100233. No.HP : 0857863388204. Email : [email protected]. Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia6. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret7. Waktu untuk Kegiatan PKM : 10 jam/minggu
Anggota,
Juli Novianto
2. BIODATA DOSEN PENDAMPING
1. Nama : Dr. Sunu Herwi Pranolo2. NIP baru : 1969031619980220013. Golongan/Jabatan : III C / Lektor4. Tempat/Tanggal Lahir : Yogyakarta / 16 Maret 1969 5. Jenis kelamin : Laki-laki
6. Unit kerja : Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Kimia, UNS
15
7. Alamat kantor : Jl. Ir. Sutami 36A, Surakarta 571268. Alamat rumah : Jl. Amerta XI/4, Jombor Kidul, Mlati,
S3 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri – ITB, Bandung
2009
S2 Department of Process Design and Safety,Institute of Process Equipment and Environmental Technology,Otto-von-Guericke-Univeristat, Magdeburg, Germany
2000
S1 Jurusan Teknik Kimia,Fakultas Teknik – UGM, Yogyakarta
1994
Daftar Pengalaman Proyek
Tahun
Tempat Bekerja
2010 Pembangunan dan Commissioning Pembangkit Listrik Tenaga Diesel – Gasifikasi Pelepah Sawit (100 kVA) di Kab. Indragiri Hulu, Riau
2010 Pembangunan dan Commissioning Pembangkit Listrik Tenaga Diesel – Gasifikasi Pelepah Sawit (100 kVA) di Kab. Pelalawan, Riau
2008 Pembangunan dan Commissioning Pembangkit Listrik Tenaga Diesel – Gasifikasi Tongkol Jagung (60 kVA) di Kab. Tanah Laut, Kalimantan Selatan