SEKILAS TEKNOLOGI GASIFIKASI

Embed Size (px)

Citation preview

SEKILAS TEKNOLOGI GASIFIKASIProses gasifkasi telah dikenal sejak abad lalu untuk mengolah batubara, gambut. Atau kayu menjadi bahan bakar gas yang kini mulai dimanfaatkan. Pada tahun-tahun terakhir ini. Proses gasifikasi mendapat perhatian kembali di seluruh dunia, terutama untuk mengolah biomassa sebagai sumber energi alternatif yang terbaharukan.Secara sederhana proses gasifikasi dapal dikatakan sebagai reaksi kimia pada temperatur tinggi antara biomassa dengan udara. Yang tahapannya dapat digambarkan sebagai berikut (gambar I).1. Tahap pengeringan. Akibat pengaruh panas, biomassa mengalami pengeringan pada temperatur sekitar100oC.2. Tahap pirolisis. Bila temperatur mencapai 250oC, biomassa mulai mengalami proses pirolisis yaitu perekahan molekul besar menjadi molekul-molekul kecil akibat pengaruh temperatur tinggi. Proses ini berlangsung sampai temperatur 500oC. Hasil proses pirolisis ini adalah arang, uap air, uap tar, dan gas- gas.3. Tahap reduksi. Pada temperatur di atas 600oC arang bereaksi dengan uap air dan karbon dioksida. Untuk menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida sebagai komponen utama gas hasil.4. Tahap oksidasi. Sebagian kecil biomassa atau hasil pirolisis dibakar dengan udara untuk menghasilkan panas yang diperlukan oleh ketiga tahap tersebut di atas. Proses oksidasi (pembakaran) ini dapat mencapai temperatur 1200oC, yang berguna untuk proses perekahan tar lebih lanjut.Tahap-tahap proses diatas dilaksanakan dalam satu alat yang disebut gasifier atau reaktor gasifikasi.

Gambar 1. Prinsip proses gasifikasiGASIFIERJenis gasifier yang sesuai antuk memproses biomassa adalah down-draft, dimana unggun biomassa turun sendiri karena gaya gravitasi dan aliran gas juga turun melewati unggun tersebut. Gasifier ini mempunyai bentuk konvensional berupa silinder dengan satu penyempitan dibagian tengah yang disebut tengorokan. Bentuk ini cocok untuk memproses biomassa yang mempunyai ukuran partikel besar, seperti potongan kayu dan batok kelapa. Untuk biomassa berukuran kecil. Seperti sekam padi dan serbuk gergaji, diperlukan gasifier tanpa tenggorokan dan tanpa tutup atas, seperti yang dikembangkan di ITB.PERANGKAT GASIFIKASIGas yang keluar dari gasifikasi masih mengandung kotoran dan temperaturnya tinggi,karena itu perlu pengolahan lebih lanjut (lihat Gambar 2):a. siklon untuk memisahkan debu kasarb. filter uutuk menyaring debu halusc. pendingin gasd. pengendap air dan tar yang terkondensasi.

Gambar 2. Unit GasifikasiBentuk peralatan tersebut bermacam-macam, misalnya filter dapat dibuat dari ijuk, batu, sabut kelapa dan lain-lainnva. Gas dapat didinginkan dengat semprotan air atau dilewatkan dalam pipa panjang. Sedangkan pemisahan air dan tar dapat dilakukan dalam tangki besar atau saringan.BIOMASSA SEBAGAI UMPAN GASIFIKASIDengan unsur utama karbon, hidrogen dan oksigen. hampir semua jenis biomassa dapat dipakai sebagai umpan gasifikasi. Tetapi agar prosesnya berjalan lancar, ada persyaratan teknis yang perlu diperhatikan:a. kadar air biomassa tidak lebih dari 30%b. bentuk partikel mendekati bulat atau kubus, bukan panjang atau pipihc. ukuran partikel antara 0,5 - 5,0 cmd. tidak banyak mengandung zat-zat anorganike. rapat massanya di atas 400 kg/m2Untuk memenuhi persyaratan tersebut di atas, kadang-kadang diperlukan pengolahan awal seperti: pengeringan. pemotongan atau pemampatan. Di samping itu biomassa harus tersedia dalam jumlah yang cukup secara kontinyu, nilai ekonomisnya rendah atau tidak ada manfaat lainnva. Kayu, batok kelapa, tongkol jagung dan batok sawit merupakan biomassa yang mendekati persyaratan tersebut diatas Sekam padi. serbuk gergaji, sabut kelapa. kulit kopi danl lain-lainnya adalah contoh biomassa yang perlu penanganan khusus untuk proses gasifikasi.GAS HASIL GASIFIKASIGas hasil gasifikasi terutama terdiri dari gas-gas mempan bakar yaitu CO, H2, dan CH4dan gas-gas tidak mempan bakar CO2, 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 beberapa biomassa di ITB disajikan dalam Tabel I. Dengan panas pembakaran antara 3000 - 5000 Watt, gas ini dapat diumpankan ke dalam motor bakar torak maupun sebagaI bahan bakar untuk pemanas.GAS HASIL SEBAGAI UMPAN MOTORMotor bensin maupun motor diesel dapat digabungkan dengan perangkat gasifikasi untuk memanfaatkan gas hasil. Untuk maksud ini, gas hasil dialirkan ke dalam aliran udara masuk motor, dengan sambungan pipa silang atau sistem injeksi. Sambungan silang sangat sederhana dan murah sesuai untuk kapasitas rendah. Sedangkan sistem injektor agak rumit pembuatanya tetapi dapat memberikan pencampuran gas-udara yang lebih baik, dan sesuai untuk kapasilas tinggi.Disamping panas pembakarannya, gas hasil harus memenuhi persyaratan-persyaratan berikut ini agar tidak mengurangi performansi dan umur motor:a. kandungan tar tidak lebih dari 100 mg/m3b. kandungan abu maksimum 50 mg/m3c. ukuran debu tidak lebih dan 10 mikrometerd. temperatur gas di bawah 40oCDalam motor bensin, seluruh kebutuhan bensin dapat digantikan dengan gas. Daya motor dapat diatur dengan pengaturan laju alir campuran gas-udara dengan komposisi tetap. Karena kecepatan pembakaran gas kurang daripada kecepatan pembakaran bensin. maka waktu pengapian busi harus diajukan, kira-kira 15 derajat lebih atas.Dalam motor diesel, tidak seluruh kebutuhan solar dapat digantikan. Karena sedikit solar tetap diperlukan untuk sarana pengapian. Operasi ini disebut sebagai sistem bahan bakar ganda. Dalam praktek, komposisi bahan bakar ganda ini kira-kira 20% solar dan 80% gas. Pengaturan daya motor dapat dilakukan dengan pengaturan laju alir gas, sementara laju alir solar diatur pada kebutuhan minimum untuk sarana pengapian.Daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh motor bensin maupun motor diesel dengan bahan bakar gas turun sampai kira-kira 70% dari daya aslinya. Motor untuk penggunaan gas hasil gasifikasi sebaiknya dipilih yang mempunyai kecepatan nominal 1500 putaran permenit. Berdasarkan pengalaman di ITB, satu liter bensin atau solar dapat digantikan dcngan 7,5 m2gas dari gasifikasi 4 kg kayu atau 6 kg sekam.GAS HASIL SEBAGAI UMPAN BURNERGas hasil biomassa tergolong gas bahan bakar berkualitas rendah (dibandingkan dengan panas pembakaran gas alam 32000kJ/m3). Gas hasil gasifikasi dapat digunakan untuk motor diesel, motor bensin, atau alat pemanasan dan pengeringan. Gasifikasi biomassa dapat mengurangi ketergantungan akan bahan bakar minyak di tempat-tempat terpencil.Tabel 1. Komposisi gas hasil

Secara teoritik satu m3gas hasil gasifikasi biomassa memerlukan 1,2 m3udara untuk pembakaran, dan menghasiIkan temperatur 1600oC. Pada prakteknya, temperatur pembakar-an gas ini hanya berkisar antara 700-1200oC.Berdasarkan kualitasnya, gas hasil ini tidak ekonomis bila disimpan atau didistribusikan tetapi harus dimanfaatkan di tempat proses gasifikasi. Penggunaan gas yang paling sesuai adalah untuk pengeringan hasil-hasil pertainian, perkebunan dan kehutanan yang tidak memerlukan temperatur terlalu linggi.PENERAPAN GASIFIKASI BIOMASSASecara umum, peluang penerapan gasifikasi biomassa di pulau Jawa, sangat kecil, karena adanya subsidi dan sistem distribusi minyak yang baik sehingga memungkinkan masyarakat memperoleh minyak secara mudah. Disamping itu distribusi listrik PLN telah menjangkau hampir seluruh pelosok pulau.Tetapi kesulitan pengangkutan masih sering dijumpai diluar dan beberapa tempat di pulau Jawa. Kesulitan ini dapat mengakibatkan kelangkaan dan kenaikan harga minyak setempat. Bila di tempal-tempat semacam itu tersedia biomassa yang cukup banyak, proses gasilikasi merupakan salah satu pilihan jalan keluar. Beberapa contoh potensi penerapan gasifikasi biomassa dapal dilihat dalam tabel 2.Tabel 2. Kemungkinan Penerapan Gasifikasi Biomassa

PENGOPERASIAN DAN PERAWATANTeknisi yang biasanya menjalankan motor diesel atau peralatan mekanik lainnya, pasti dapat diserahi tugas pengoperasian dan perawatan unit gasifikasi. Latihan selama dua minggu sudah cukup untuk mengenal unit gasifikasi.Sesuai dengan maksud penggunaannya, unit gasifikasi dirancang sesederhana mungkin untuk pengoperasian secara manual. Segi-segi pengoperasian dan perawatan yang penting antara lain:. pengisian biomassa ke dalam gasifier secara berkalaa. pengocokan abu di bagian bawah gasifierb. pembersihan saluran gas dari penyempitan oleh tar dan abuc. pengawasan campuran gas-udara yang masuk motord. penyiapan biomassa yang akan diumpankane. pembuangan kondensat air dan tar, dan lain-lainKEMAMPUAN PRODUKSI DALAM NEGERIMelalui penelitian dan pengembangan sejak 1976, dasar-dasar rancangan gasifer konvensional dan sistem pembersih serta pendingin gas telah dikuasai oleh bangsa Indonesia, khususnya ITB dan beberapa badan penelitian lainnya.Bahan-bahan konstruksi unit gasifkasi tersedia di dalarn negeri, bahkan hampir semuanya produksi dalam negeri pula. Bahan-bahan penting antara lain adalah:a. plat baja 3 mm untuk badan gasifier b. plat baja 10 mm untuk flangec. pipa besi d. semen dan bata tahan api e. bahan-bahan filter dan lain-lainnya. Pembuatan peralatannya juga sederhana, dan telah terbukti dapat dikerjakan oleh industri atau bengkel kecil. Pengerjaan pembuatan peralatan gasifikasi meliputi:a. pengelasan (welding) b. menggulung (rolling)c. pengerjaan mesin bubut, bor dsb

Gambar 3. GasifierKAJIAN EKONOMIPenerapan gasifkasi sebagai sumber energi alternatif jelas memerlukan tambahan investasi dan perubahan biaya operasinya. Faktor-faktor di bawah ini perlu diperhatikan dalam melakukan kajian ekonomi secara mikro:a. umur unit gasifikasi (7 - 10 tahun)b. kapasitas unit gasifikasic. harga unit gasifikasi (kira-kira Rp 300.000/kW)d. harga BBM yang akan digantikane. harga biomassaf. jam operasi (minimum 3000 jam/tahun)g. upah operatorh. sarana perawatan, dsb.Sebagai gambaran, Tabel 3 menyajikan perbandingan harga listrik dari tenaga diesel dan tenaga diesel-gasifier di dua tempat uji coba lapangan Balong dan Randublatung. Hasil kajian ekonomi ini sangat spesifk untuk kasus yang bersangkutan.KEGIATAN GASIFIKASI DI ITBPenelitian gasifikasi di ITB dimulai pada tahun 1976, dengan satu unit gasifkasi berkapasitas 2 kg/jam atas kerjasama dengan TH Twente (Belanda). Dengan alat ini, berbagai limbah pertanian telah dicoba untuk memahami latar belakang ilmiah dan dasar-dasar rancangan unit gasifikasi.Dari pengalaman unit gasifikasi pertama tersebut, lahirlah:. unit gasifikasi 20 kg/jam untuk demonstrasi di ITBa. unit gasifikasi 20 kg/jam untuk uji coba lapangan di PTP XVII, kebon Balong, Jepara, Jawa Tengahb. unit gasifikasi 15 kg/jam untuk demonstrasi keliling, PT BBI Surabayac. unit gasifikasi 60kg/jam untuk uji coba lapangan di Perum Perhutani Randu- blatung. Jawa Tengah.Tabel 3. Harga listrik tenaga diesel-gasifikasi

Operasi = 3000 jam/tahun ; harga solar = Rp 250/liter ; kayu = Rp 20/kgMelalui proses gasifikasi, 1,5 2,5 kg biomassa dapat digunakan untuk menghasilkan I kW listrik. Keempat unit tersebut digabung dengan motor diesel penggerak generator listrik produksi PT. BBI bersama-sama bengkel-bengkel kecil di Surabaya. Gasifier khusus untuk sekam padi telah berhasil dikembangkan pula di ITB, dan merupakan sumbangan baru kepada teknologi gasifikasi di dunia. Uji coba lapangan gasifier sekam padi ini telah dipasang di desa Jahi, kabupaten Majalengka, Jawa Barat.Pada bulan Maret 1985 yang lalu, ITB diberi kepercayaan untuk menyelenggarakan Kursus dan Konferensi Internasional Gasifkasi atas sponsor negara-negara Swedia, Jerman Barat, USA, Belanda, Perancis, dan Belgia. Kursus diikuti oleh 26 peserra dan konferensi dihadiri oleh 135 wakil berbagai negara. Kursus untuk staf Pengembangan Perkebunan-Perkebunan telah dilaksanakan di Yogya bulan April 1985.PENUTUPTeknologi gasifikasi biomassa telah ada di Indonesia, dan mempunyai masa depan yang cerah sebagai sumber energi alternatif. Kemampuan produksi dalam negeri unit gasifikasi telah kita miliki dan keandalan teknis peralatannya telah teruji. Kajian ekonomi gasifikasi biomassa sangat tergantung kondisi daerah yang bersangkutan.