clean coal technologies.pdf
Post on 21-Dec-2015
84 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PT. WIJAYA KARYA DEPATEMENT EPC
LAPORAN AKHIR
PROGRAM PELATIHAN CALON PEGAWAI (PPCP) DEPARTEMENT EPC PT. WIJAYA KARYA
\
Disusun oleh : TIYAS INDAH H, ST
( Dibuat sebagai syarat menjadi pegawai PT. Wijaya Karya )
Jakarta
2005
CLEAN COAL TECHNOLOGIES
LEMBAR PENGESAHAN
Diberikan kepada : Tiyas Indah H, ST
Mentor : Ir. Tanti Sofia Rasyid
Jangka waktu penyelesaian : 4 Bulan
Judul : Clean Coal Technologies
Jakarta, Agustus 2005
Mentor,
( Ir.Tanti Sofia Rasyid )
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
limpahan rahmat-Nya sehingga makalah yang berjudul “Clean Coal Technologies”dapat
diselesaikan tepat pada waktunya.
Dengan selesainya makalah study yang merupakan syarat dalam Program
Pelatihan Calon Pegawai Departemen EPC PT Wijaya Karya, ucapan terimakasih kami
tujukan kepada:
1. Bapak Ir. Bambang Pramujo, MT selaku Kepala Departemen EPC.
2. Ibu Tanti Sophia Rasyid yang telah membimbing dalam pembuatan laporan
3. Rekan-rekan yang telah memberikan dukungan serta bantuannya.
4. Pihak-pihak yang telah membantu dan tidak dapat kami sebutkan satu persatu.
Tiada gading yang tak retak. Kekurangan dan ketidaksempurnaan yang terdapat
dalam makalah ini merupakan suatu tantangan untuk diperbaiki dan disempurnakan.
Kami mengharapkan masukan-masukan positif dari semua pihak dan semoga tulisan ini
dapat memberikan manfaat. Amin.
Jakarta, Agustus 2005
Tiyas Indah H, S.T Penulis
ii
DAFTAR ISI Kata Pengantar i Daftar Isi ii Daftar Tabel iii Daftar Gambar iv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Tujuan Penulisan 2 BAB II BATU BARA dan KAITANNYA dalam PROSES PEMBANGKITAN LISTRIK 2.1 Batubara dan Tingkatannya 3 2.2 Proses Pembentukkan Batubara 3 2.3 Kegunaan Batubara 6 2.4 Pembangkitan Listrik Menggunakan Batubara 8 2.5 Efek Bahaya yang Timbul Akibat Pembakaran Batubara 11 2.6 Tahap Persiapan Batubara sebagai awal Clean Coal Technologies 12 2.7 Pengangkutan dan Transportasi Batubara 14 2.8 Latar Belakang Timbulnya Clean Coal Technologies 15 2.9 Mengelola Limbah dari Batubara 15 2.10 Berbagai Pengembangan Clean Coal Technologies 17 2.10.1 Stack Gas Treatment – Diaplikasikan untuk Emisi Gas yang Berasal dari Pulverised Fuel (PF) Combustion 17 2.10.2 Advanced Pulverised Fuel (PF) Combustion 22 2.10.3 Fluidised Bed Combustion (FBC) 23 2.10.4 Gasification and Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC) 25 BAB III PEMBAHASAN 3.1 Jenis Batubara di Indonesia dan Pemanfaatannya 27 3.2 Karakteristik Pembakaran Low Grade Coal 27 3.3 Aplikasi Clean Coal Technology yang Cocok di Indonesia 29 BAB IV KESIMPULAN 33 DAFTAR PUSTAKA 34
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Pembentukkan Batubara 4
Gambar 2.2 Jenis Batubara 4
Gambar 2.3 Klasifikasi Batubara dan Kegunaannya 6
Gambar 2.4 Kegunaan Batubara dan Persentasenya 7
Gambar 2.5 Diagaram Skematik: Penggunaan Batubara 8
Gambar 2.3 Proses Pembangkitan Listrik dalam Sebuah Coal Fired Power Plant 10
Gambar 2.4 Sistem Pulverized Coal Combustion 19
Gambar 2.5 Low NOx Burner 20
Gambar 2.6 Selective Catalytic NOx Reduction 21
Gambar 2.7 Flue Gas Desulfurization 22
Gambar 2.8 Sistem Fluidised Bed Combustion (FBC) 24
Gambar 2.9 Integrated Coal Gasification Combined Cycle Unit 25
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perbandingan Sifat dari Low Rank Coal dan High Rank Coal 5
Tabel 2 Perbandingan Pulverized Coal Combustion (PCC) dan 30
Fluidised Bed Combustion
Tabel 3. Komposisi Senyawa Oksida (%) dalam Berbagai Variasi Abu Hasil Pembakaran
Batubara (Coal Combustion Ashses) 31
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebagian energi listrik di Indonesia dan sekitar sepertiga tempat di seluruh dunia
dibangkitkan menggunakan bahan bakar batubara. Metode yang telah lama digunakan
untuk mengkonversi energi termal batu bara menjadi energi listrik adalah pulverized coal
combustion.
Mengingat semakin banyaknya kebutuhan listrik dunia dan masyarakat akhir-
akhir ini, otomatis dampak yang ditimbulkan adalah emisi dari hasil pembakaran batu
bara, umumnya berupa fly ash, CO2, NOx, SOx. Keseluruhan senyawa tersebut
merupakan zat yang membahayakan kesehatan manusia jika jumlahnya melewati ambang
batas serta dapat menggangu kelancaran dalam berlalu lintas karena memperpendek jarak
pandang dalam berkendaraan didarat atapun diudara.
Selain itu juga semua zat tersebut dapat menyebabkan efek rumah kaca, hujan
asam, korosi terhadap lingkungan. Emisi ini disebabkan karena komposisi senyawa
terbesar dalam batu bara adalah terdiri atas karbon dan sulfur.
Masalah yang biasanya timbul dan dihadapi keseharian dalam sebuah power plant
adalah emisi udara dan rendahnya efisiensi termal yang dihasilkan. Kenyataannya hanya
1/3 dari kandungan energi dalam batu bara yang dikonversi menjadi energi listrik dan
sisanya terbuang sebagai bentuk panas.
Saat ini telah dikembangkan teknologi yang dapat mengatasi masalah emisi dan
sekaligus dapat meningkatkan nilai efisiensi termal dalam power plant. Teknologi ini
dikenal sebagai clean coal technology yang mulai dikembangkan pada akhir 1980 an dan
diawal tahun 1990.
Berkembangnya clean coal technology juga dilatar belakangi dengan
disepakatinya deklarasi Kyoto tahun 1997, yang bertujuan untuk mengurangi jumlah
emisi udara yang disebabkan oleh adanya gas cerobong.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
2
Clean coal technology merupakan penyempurnaan pembakaran batu bara secara
konvensional yaitu pulverized coal combustion. Tujuan utama pengembangan teknologi
adalah untuk mengurangi emisi dengan mengurangi pembentukkan polutan seperti NOx
dan/atau membersihkan gas hasil bakar setelah proses pembakaran
Ada beberapa metode yang tergolong sebagai clean coal technology yang telah
diakui dan banyak digunakan diseluruh dunia antara lain Advanced Pulverized Coal
Combustion, Fluidized Bed Combustion, Stack Gas Treatment, Gasification and
Integrated Coal Gasification Combustion Combined Cycle (IGGC)
1.2 Tujuan Penulisan
Makalah ini dibuat selain untuk memenuhi persyaratan pengangkatan pegawai
PT. Wijaya Karya Departemen EPC, juga bertujuan untuk menambah dan membuka
wawasan tentang pemanfaatan batubara yang lebih ramah lingkungan dan efisien,
mengingat batubara yang dimanfaatkan untuk kebutuhan domestik di Indonesia sebagian
besar tergolong sebagai low grade coal, yang lebih berpotensi untuk menimbulkan emisi
rumah kaca dibandingkan jenis lain. Selain itu, saat ini dinegara kita sedang banyak
dilakukan pembangunan proyek pembangkit tenaga listrik yang menggunakan batubara
sebagai bahan bakar, yang juga dikenal sebagai PLTGU.
Sebagai perusahaan yang baru terjun dibidang Engineering, Procurement and
Construction (EPC), maka pengetahuan tentang clean coal technology sangat dibutuhkan
untuk mengetahui jenis teknologi yang mana sekiranya cocok diterapkan untuk proyek-
proyek PLTGU yang digarap di Indonesia.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
3
BAB II
BATU BARA dan KAITANNYA dalam
PROSES PEMBANGKITAN LISTRIK
2.1 Batubara dan Tingkatannya
Batubara merupakan batuan sedimentasi organik, mudah dibakar, yang terbentuk
dari tumbuhan purbakala yang diduga tumbuh diekosistem rawa, telah bergabung antara
lapisan batu dan telah mengalami pengerasan, penekanan, perubahan struktur kimia serta
metamorfosis karena adanya panas dan tekanan selama kira-kira 280 atau 345 juta tahun
yang lalu. Selama proses ini berlangsung disebut sebagai masa coalification.
Batubara merupakan bahan bakar fosil yang diekstrak dari perut bumi melalui
pertambangan baik itu melalui underground mining, open-pit mining, ataupun melalui
strip mining. Batubara merupakan batuan sedimen keras berwarna hitam atau kecoklatan
yang mudah terbakar, tersusun atas karbon (50-98%), hidrogen (3-13%) and oksigen, dan
sejumlah kecil nitrogen, sulfur serta unsur lain. Batubara juga mengandung sedikit air
dan sejumlah kecil senyawa inorganik yang akan tersisa sebagai residu jika batubara
dibakar.
Derajat metamorfosis batubara ditandai dari proses pematangan tanah gambut
hingga menghasilkan batubara jenis anthracite, memiliki peranan penting terhadap sifat
kimia dan fisika dan menentukan tingkatan kualitas dari batubara.
2.2 Proses Pembentukkan Batubara
Pada kondisi awal tanah gambut, sebagai cikal bakal batubara, diubah menjadi
lignite atau batubara coklat, merupakan jenis batubara dengan kandungan organik rendah
yang telah mengalami pematangan (maturity). Selama beberapa juta tahun, dengan efek
tekanan dan temperatur yang kontinyu menyebabkan terjadinya perubahan lignite secara
bertahap menyebabkan meningkatnya kematangan dan berubah menjadi batubara jenis
sub-bituminous.
Sejalan dengan berlanjutnya proses, perubahan secara kimia dan fisika yang
muncul hingga batubara menjadi bertambah keras dan matang, menghasilkan batubara
jenis bituminous atau yang dikenal sebagai hard coals. Jika berada dalam kondisi yang
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
4
sesuai, perkembangan meningkat dan terjadi hal pematangan organik yang berlanjut,
akhirnya menghasilkan batubara jenis anthracite.
Gambar 2.1 Proses Pembentukkan Batubara
Gambar 2.2 Jenis Batubara
Lignite dan Subbituminous tergolong sebagai batubara kualitas tingkat rendah
(Low Rank Coal), karena memiliki kandungan karbon rendah, kandungan air tinggi
sehingga mempunyai kandungan energi yang rendah.
Bituminous dan Anthracite tergolong sebagai batubara kualitas tingkat tinggi
(High Rank Coal). Dengan bertambahnya tingkatan batubara maka semakin
berkurangnya kandungan air serta meningkatnya kandungan karbon dan energi yang
terkandung didalam batubara tersebut. Anthracite merupakan jenis batubara dengan
tingkatan tertinggi, yang memiliki kandungan karbon dan energi tertinggi serta
kandungan air terendah.
Perbandingan sifat keempat jenis batubara tersebut disajikan berikut pada Tabel 1.
Perbandingan Sifat dari Low Rank Coal dan High Rank Coal.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
5
Tabel 1. Perbandingan Sifat dari Low Rank Coal dan High Rank Coal.
Lignite Subbituminous Bituminous Anthracite
Sifat Fisik
Komposisi
Kandungan
Energi
Kegunaan
Persentasi
Ketersediaan di
Dunia
Berwarna
coklat, lunak
>30% O2, 60-
75% C (dry
basis), 30-70%
H2O
9-17 x 106
Btu/ton (10-20
MJ/kg)
Umumnya
digunakan
sebagai bahan
bakar untuk
pembangkitan
listrik
20%
Berwarna
coklat kusam,
waxy
71-77% C,
>10% H2O
17- 24 x 106
Btu/ton (20-21
MJ/kg)
Bahan bakar
untuk
pembangkitan
listrik,
digunakan
dalam industri
semen
28%
Berwarna hitam
dan padat
78-91% C, 1.5-
7% H2O
21- 30 x 106
Btu/ton (24-35
MJ/kg)
Bahan bakar
untuk
pembangkitan
listrik,
digunakan
dalam industri
semen, industri
besi dan baja
51%
Berwarna hitam
brittle, keras
dan padat
> 91% C,
<1.5% H2O
22- 28 x 106
Btu/ton (26-33
MJ/kg)
Keperluan
domestik
industri
termasuk
sebagai
smokeless fuel
<1%
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
6
2.3 Kegunaan Batubara
Lebih dari 58% penggunaan batubara diseluruh dunia dimanfaatkan untuk
membangkitkan listrik. Pada Gambar1. dapat dilihat pemanfaatan lain dari batubara,
yaitu:
Gambar 2.3 Klasifikasi Batubara dan Kegunaannya
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
7
Kegunaan Batubara
Pembangkit Tenaga Listrik 58%
Industri Baja 16%
Industri Semen dan lain-lain 12%
Keperluan Rumah Tangga,Transportasi, Pertanian 14%
Gambar 2.4 Kegunaan Batubara dan Persentasenya
Terdapat dua pertimbangan utama dalam upaya pemanfaatan batubara dimasa
mendatang. Pertimbangan yang pertama yaitu mungkinkah dimasa mendatang batubara
dapat menggantikan gas alam untuk membangkitkan listrik, sedangkan yang kedua
adalah kebijakkan apa yang akan ditempuh oleh pemerintah untuk dapat memenuhi
perjanjian Kyoto 1997 mengenai greenhouse.
Dikebanyakan negara, batubara yang keras, umumnya ditambang untuk dapat
memenuhi permintaan pasar domestik. Hal ini terbukti untuk tiga negara produsen
batubara terbesar yaitu Cina, India dan Amerika Serikat. Kondisi yang berbeda dijumpai
pada negara Australia, Indonesia, Venezuela, Kolombia dan Kanada, sebagian besar dari
batubara yang berhasil ditambang diekspor.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
8
Kegunaan Batubara
Penggunaan Lain PembakaranKonversi
Liquiefaction
Gasifikasi
Kimia
Tenaga/Daya
Domestik
Panas
Industri
Listrik
Pulvurerised FireCombustion
Atmospheric FluidizedBed Combustion
Pressurized FluidizedBed Combustion
IGGC
Kimia
Pelayanan Umum
Pertanian
Transportasi
Metalurgi
Besi
Baja
Gambar 2.5 Diagaram Skematik: Penggunaan Batubara
2.3 PEMBANGKITAN LISTRIK MENGGUNAKAN BATU BARA
Metode awal yang diigunakan secara konvensional adalah dengan membakar
bongkahan besar batubara dalam unit boiler yang kemudian digunakan untuk
membangkitkan kukus.
Coal power plant pertama kali dibangun di dunia pada awal tahun 1880-an dan
sejak saat itu menjadi pilihan popular untuk membangkitkan listrik. Awalnya power plant
ini menggunakan bongkahan kayu atau batubara sebagai bahan bakar untuk
menghasilkan kukus/steam yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin.
Tentu saja metode awal ini relatif tidak efisien karena lambatnya reaksi pembakaran dan
bongkahan batubara yang berukuran besar tidak akan terbakar sempurna.
Sejak dikembangkannya turbin uap berkecepatan tinggi, oleh seorang ilmuwan
Inggris bernama Charles A.Parson pada tahun 1884, maka efisiensi dan jumlah listrik
yang dihasilkan dari coal combustion power plant semakin meningkat, mampu
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
9
menghasilkan listrik sebesar 5MW ditahun 1909 meningkat menjadi 60MW ditahun 1918
dan 208 MW ditahun 1929). Kemajuan lebih lanjut termasuk dalam pengembangan
pulverized coal combustion pada tahun 1920 dan penemuan awal cyclone furnace ditahun
1940.
Saat ini sistem pembakaran batubara memiliki efisiensi lebih tinggi karena
batubara sebelum dibakar mengalami penggerusan sehingga menjadi bentuk bubuk dalam
unit pulvuriser.
Kondisi ini menyebabkan semakin luasnya permukaan batubara dan juga
meningkatkan besarnya laju pembakaran. Bubuk batu bara tersebut ditiupkan menuju
ruang pembakaran didalam boiler pada temperatur sekitar 14000C. Gas panas dan radiasi
panas yang dihasilkan digunakan untuk merubah air yang terdapat dalam tube/pipa
menjadi kukus/steam.
Steam bertekanan tinggi tersebut dialirkan menuju turbin yang didalamnya terdiri
atas ratusan propeller-blade. Steam yang mengalami ekspansi menubruk propeller-blade,
menyebabkan shaft /sudu-sudu turbin dari turbin berputar pada kecepatan tinggi.
Generator diletakkan dibagian paling ujung shaft turbin, yang terdiri atas kumparan koil.
Listrik dibangkitkan ketika kumparan diputar dalam medan magnet yang kuat.
Setelah steam melewati ruang turbin, steam tersebut terkondensasi dan dialirkan
kembali menuju boiler untuk dipanaskan kembali. Untuk jenis lain pembangkit berbasis
batubara seperti unit fluidized bed, stoker atau cyclone boiler, memiliki konfigurasi
pengumpanan batubara dan tungku bakar/furnace yang berbeda, namun menggunkan
prinsip yang sama yaitu menggunakan panas pembakaran batubara untuk menghasilkan
steam dan kemudian berfungsi sebgai tenaga penggeerak dalam unit steam turbine
generator.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
10
Gambar 2.3 Proses Pembangkitan Listrik dalam Sebuah Coal Fired Power Plant
Power plant yang beroperasi saat ini pada dasarnya menggunakan metode yang
sama yang digunakan oleh power plant pada abad ke-19, hanya saja teknologinya lebih
dikembangkan sehingga memiliki nilai efisiensi lebih tinggi dan lebih ramah lingkungan.
Sepanjang sejarah panjang penggunaan batubara, sebagai sumber bahan bakar
dalam pembangkitan listrik menyebabkan batubara menjadi salah satu bahan bakar tertua
yang dimanfaatkan manusia dan jumlah cadangannya cukup banyak untuk dimanfaatkan
dalam membangkitkan listrik.
Berbeda dengan bahan bakar fosil lainnya, cadangan batubara yang tersedia
adalah cukup banyak dan tak akan habis untuk beberapa ratus tahun kedepan setidaknya.
Kekurangan utama batubara sebagai bahan bakar adalah menghasilkan polutan dalam
jumlah yang tidak sedikit termasuk SO2, NOx dan CO2 dalam jumlah ekstrim.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
11
Banyak metode baru sedang diaplikasikan untuk mengurangi emisi-emisi
tersebut. Burner jenis baru telah dirancang untuk dapat mengurangi terbentuknya NOx
dengan menyediakan oksigen dalam jumlah yang sesuai untuk membakar batubara, yang
dapat mengurangi emisi sebesar 20-50% .
2.5 Efek Bahaya yang Timbul Akibat Pembakaran Batubara
Pembakaran batubara adalah serupa dengan pembakaran senyawa lain yang
mengandung karbon, yaitu akan menghasilkan karbondioksida (CO2 ), seiring itu juga
akan menghasilkan sulfurdioksida (SO2) dengan kadar yang beragam tergantung pada
lokasi penambangan batubara tersebut. Jika senyawa sulfur dioksida bereaksi dengan air
maka akan membentuk asam sulfat, yang bila ter-expose ke atmosfir lemudian bereaksi
dengan uap air maka jatuh kembali ke bumi sebagai hujan asam.
Penggunaan batubara (karbon) untuk menghasilkan energi panas tidak dapat
mengelakkan terjadinya emisi CO2 serta emisi dari polutan lain. Diketahui bahwa 1 kg
karbon dapat menghasilkan 3.7 kg CO2 ( setara dengan 0.4 kg CO2 per KWh).
Permasalahan lingkungan yang belakangan ini menjadi perdebatan adalah
perubahan suhu global, yang diperkirakan disebabkan karena dihasilkannya CO2 dan gas
rumah kaca lainnya seperti N2O, ozon, dan metana, yang dihasilkan secara alami ataupun
karena diakibatkan adanya kegiatan industri.
Emisi yang disebabkan oleh coal-fired power plant sebagian besar berupa emisi
CO2, yang dituding menjadi penyebab timbulnya fenomena pemanasan global. Di
beberapa negara emisi yang dihasilkan dari power plant ini memberikan kontribusi
terbesar terjadinya hujan asam. Di dalam power plant yang modern memanfaatkan
berbagai variasi teknik untuk mengurangi bahaya dari emisi yang dihasilkan dan juga
untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Namun ternyata teknik-teknik tersebut tidak
luas diimplementasikan di beberapa negara. Hal ini disebabkan karena jika menerapkan
teknik tersebut maka akan menambah capital cost dari sebuah power plant.
Selain itu batubara juga mengandung sejumlah kecil unsur arsenic dan raksa,
yang jika lepas kelingkungan akan membahayakan manusia dan makhluk hidup lainnya.
Batubara ternyata juga mengandung uranium, thorium, dan isotop radioaktif yang jika
terbebaskan ke lingkungan akan menyebabkan terjadi kontaminasi radioaktif.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
12
Walaupun zat-zat tersebut terdapat dalam batubara sebagai pengotor yang kecil
konsentrasinya, namun jika jumlah batubara yang dibakar sangat banyak, maka jumlah
dari zat-zat tersebut tak dapat lagi diabaikan jika terbebas kelingkungan. Fenomena ini
sering kali luput dari pertimbangan ketika membangun sebuah power plant.
2.6 Tahap Persiapan Batubara sebagai awal Clean Coal Technologies
Tahap persiapan batubara dapat menjadi kunci teknologi untuk penggunaan
batubara yang lebih ramah lingkungan. Tahap persiapan batubara telah tercatat sejak
pertengahan abad ke-19, ketika itu metode awal yang digunakan untuk tahap persiapan
batubara hanya berupa penyaringan dan pemilihan batubara menggunakan tangan,
bertujuan untuk meningkatkan mutu batubara sehingga mampu memenuhi permintaan
pasar tertentu.
Saat ini tahap persiapan batubara yang digunakan oleh berbagai produsen
batubara diseluruh dunia berupa melakukan tahap pre-treatment batubara, pengukuran
diameter batubara, dewatering, pencampuran batubara, tailings treatment, water
clarification, dan pencampuran batubara/ coal blending.
Seperti yang telah dipaparkan di atas, selain mengandung karbon, batubara juga
mengandung sulfur. Kadar kandungan sulfur tergantung pada lokasi penambangan,
biasanya kadar sulfur <3% massa batubara. Walaupun demikian sangatlah penting untuk
memisahhkan sebagian besar sulfur tersebut dari batubara sebelum bergerak menuju
cerobong asap power plant.
Salah satu cara untuk menghilangkan sulfur adalah membersihkan batubara
sebelum tiba di lokasi power plant. Satu dari berbagai cara dapat ditempuh adalah dengan
menggerus batubara sehingga menjadi bongkahan kecil dan kemudian mencucinya.
Sejumlah sulfur yang hadir dalam bentuk bintik kecil (disebut sebagai pyritic
sulfur, merupakan kombinasi persenyawaan dengan besi membentuk senyawa iron
pyrite) dapat dicuci dan dikeluarkan dari batubara. Khususnya, dalam satu proses
pencucian, bongkahan batubara diumpankan menuju tangki besar berisi air. Bongkahan
batubara diapungkan kepermukaan sementara pengotornya berupa sulfur tenggelam
didasar tangki. Sebelum masuk kedalam sebuah power plant biasanya batubara
mengalami proses pencucian dalam sebuah fasilitas yang disebut coal preparation plant.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
13
Bagaimanapun tidak semua sulfur yang terkandung dalam batubara dapat
dipisahkan dengan cara seperti ini. Sejumlah sulfur yang terdapat dalam batubara ada
yang berikatan secara kimia dengan molekul karbon, disebut sebagai organic sulfur , jika
dilakukan proses pencucian maka tidak akan menghilangkan organic sulfur tersebut dari
batubara. Ada berbagai cara yang telah dicoba untuk menghilangkan organic sulfur
tersebut, yaitu dengan mencampurkan bahan kimia kedalam batubara untuk
menghancurkan ikatan kimia antara sulfur dengan karbon sehingga sulfur dapat
dikeluarkan dari batubara. Namun disayangkan kebanyakan dari proses tersebut terbukti
mahal dan tidak ekonomis.
Kebanyakan power plant yang terbilang modern, yang dibangun setelah tahun
1978, membutuhkan adanya penginstalan peralatan khusus yang dipasang untuk
membersihkan sulfur dari gas hasil pembakaran/gas cerobong sebelum gas bergerak
mencapai cerobong asap. Sebagian besar orang awam menyebut peralatan ini sebagai
scrubber.
Scrubber yang banyak dijumpai dialam adalah kapur/limestone. Cara kerja
limestone dalam menghilangkan sulfur dari batubara adalah sama dengan cara kerja spon
menyerap air.
Tahap persiapan batubara telah dikembangkan ini menjadi salah satu cara untuk
meningkatkan kualitas batubara sehingga dapat memenuhi kebutuhan pasar, salah satu
keuntungan yang didapat adalah mengurangi kandungan abu sehingga dapat
meningkatkan kualitas batubara. Bagaimanapun belakangan ini, tahap persiapan batubara
juga membawa nilai tambah bagi lingkungan.
Nilai tambah ini antara lain mengurangi emisi SO2 yang terjadi karena adanya
pemisahan sejumlah senyawa sulfur pyretic dari batubara, dan juga dapat mengurangi
emisi CO2, yang diperoleh dengan cara meningkatkan efisiensi dari proses hilir/down
stream.
Keuntungan lain yang dapat diperoleh adalah mengurangi kebutuhan transportasi
yang berhubungan dengan pengangkutan batubara berkualitas rendah serta memperkecil
jumlah residu abu yang harus dibuang.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
14
Dapat disimpulkan bahwa pembersihan batubara diawal melalui tahap persiapan
sebelum digunakan akan memperendah biaya operasi dan juga mengurangi emisi dari
penggunaan batubara tersebut.
Dengan semua keuntungan yang diperoleh ini, tahap persiapan batubara kini
muncul sebagai sebagai salah satu clean coal technology (CCT) yang penting, terutama
untuk negara berkembang penghasil batubara seperti Cina, India, yang masih
memanfaatkan batubara langsung tanpa adanya proses pengolahan terlebih dahulu. Di
dalam negara-negara tersebut, saat ini sudah mulai muncul kesadaran untuk
meningkatkan kualitas dan konsistensi terhadap suplai batubara dan salah satu hal yang
segera menjadi prioritas adalah meningkatkan level tahap persiapan batubara. Sejalan
dengan itu saat ini konsumsi batubara dunia diprediksikan akan terus meningkat,
sehingga untuk negara-negara berkembang tersebut sangat dibutuhkan teknologi
persiapan batubara/ coal preparation technology untuk dapat diaplikasikan beberapa
tahun kedepan.
2.7 Pengangkutan dan Transportasi Batubara
Setelah batubara berhasil diekstrak dari pertambangan, selanjutnya dilakukan
pengangkutan batubara tersebut menuju power plant atau lokasi-lokasi lain yang
mengkonsumsinya. Pengangkutan utama batubara menggunakan konveyor atau truk,
sedangkan jika jarak angkut jauh dapat menggunakan kereta api, kapal laut, atau jalur
pipa.
Semua metode pengangkutan batubara dapat dibilang aman jika dilakukan
pengukuran scara preventif ditiap tahap selama dilakukan pengangkutan dan
penyimpanan batubara untuk mengurangi dampak terhadap lingkungan. Dengan
menggunakan water sprays, dengan memadatkan batubara menggunakan stockpiles,
maka emisi debu dari batubara dapat dikontrol.
Sistem tertutup, baik menggunakan pneumatic atau konveyor, dapat digunakan
untuk memindahkan batubara dari stockpiles menuju lokasi ruang bakar atau lokasi
pabrik lainnya yang juga mengkonsumsi batubara. Kontaminan berupa air yang terdapat
dalam batubara dapat dibatasi jumlahnya dengan mendesain fasilitas penyimpanan
batubara yang sesuai.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
15
2.7 Latar Belakang Timbulnya Clean Coal Technologies
Batubara secara ekstrim dapat dikatakan sebagai bahan bakar terpenting dan
selanjutnya akan tetap menyandang predikat tersebut. Sekitar 23% sumber energi utama
dipenuhi oleh batubara dan 58% listrik dibangkitkan dengan menggunakan batubara.
Sekitar 70% kebutuhan industri baja tergantung pada suplai batubara. Batubara
merupakan sumber bahan bakar fosil yang tersedia luas hampir diseluruh dunia. Para ahli
memperkirakan bahwa akan terjadi peningkatan penggunaan batubara hingga 43% dalam
kurun waktu 2000 sampai 2020.
Bagaimanapun, kegiatan membakar batubara menghasilkan kira-kira 9 milyar ton
CO2 tiap tahun yang dilepaskan ke atmosfer, kira-kira 70% dari total jumlah tersebut
berasal dari pabrik pembangkit listrik. Estimasi lain memperkirakan jumlah emisi CO2
yang berasal dari pembangkitan listrik adalah 1/3 jumlah semisi total dunia yaitu sebesar
24 milyar ton.
Teknologi "clean coal" ditujukan untuk mengatasi masalah emisi yang timbul ini
sehingga sumber batubara yang jumlahnya banyak diseluruh dunia dapat digunakan
untuk generasi mendatang tanpa memberikan kontribusi terhadap pemanasan global.
Terdapat beberapa tantangan yang dijumpai yaitu dalam memasarkan teknologi
sehingga penggunaan batubara tetap kompetitif dan ekonomis walaupun terdapat biaya
tambahan untuk meraih "zero emissions".
2.8 Mengelola Limbah dari Batubara
Membakar batubara, seperti yang dilakukan untuk membangkitkan listrik,
menyebabkan timbulnya berbagai limbah yang harus dikontrol atau setidaknya harus
diperhitungkan. Dengan demikian clean coal technologies merupakan berbagai variasi
teknik yang melibatkan kepedulian akan masalah lingkungan pada abad 20 belakangan
ini, termasuk mengenai pemanasan global yang disebabkan karena pelepasan gas CO2 ke
atmosfer.
Bagaimanapun, terdapat berbagai langkah yang secara nyata telah diaplikasikan
selama beberapa tahun, antara lain yang disebutkan sebagai berikut:
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
16
• Coal cleaning atau membersihkan batubara yang secara standar telah
dipraktekkan disejumlah negara berkembang untuk beberapa waktu. Cara seperti
ini dapat mengurangi emisi abu dan SO2 ketika batubara dibakar.
• Electrostatic precipitators dan fabric filters dapat menghilangkan 99% jumlah
abu dari gas cerobong, teknologi ini banyak digunakan dengan luas diseluruh
dunia.
• Flue gas desulfurisation dapat mengurangi jumlah SO2 yang dilepaskan ke
atmosfer hingga mencapai 97%, fungsi alat ini tergantung pada jumlah sulfur
yang terkandung dalam batubara dan jumlah batubara yang dihasilkan sebagai
residu. Teknologi ini luas digunakan dinegara berkembang jika memang dirasa
dibutuhkan.
• Low-NOx burners menyebabkan coal-fired plants mampu mengurangi emisi
nitrogen oksida hingga 40%. Digandengkan dengan teknik re-burning, emisi NOx
dapat dikurangi hingga 70% sedangkan penggunaan selective catalytic reduction
dapat membersihkan emisi NOx hingga 90%.
• Meningkatkan efisiensi termal pabrik hingga 45% saat ini (dan 50% dimasa
mendatang) berarti bahwa pabrik terbaru menghasilkan emisi lebih sedikit per
KWh dibandingkan pabrik yang lama
• Teknologi-teknologi yang tengah dikembangkan seperti Integrated Gasification
Combined Cycle (IGCC) dan Pressurised Fluidised Bed Combustion (PFBC)
mampu meningkatkan efiesiensi termal lebih tinggi, efisiensi termal akan mampu
mencapai sampai 50% dimasa mendatang.
• Ultra-clean coal yang berasal dari teknologi proses baru dapat mengurangi abu
hingga dibawah 25% dan sulfur hingga memiliki kadar rendah. Hal ini berarti
bahwa batubara yang telah dibubukkan/pulverised coal mungkin saja dapat
diumpankan secara langsung menuju turbin gas yang menggunakan combined
cycle dan terbakar pada kondisi efisiensi termal yang tinggi.
• Gasifikasi, termasuk gasifikasi underground yang dilakukan in situ, menggunkan
kukus/steam dan oksigen untuk mengubah batubara menjadi karbon monoksida
dan hidrogen.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
17
Produk yang dikategorikan sebagai limbah dalam power plant ini ternyata dapat
digunakan secara produktif. Pada tahun 1999 negara-negara di Eropa menggunakan
setengah dari jumlah fly ash yang terkandung dalam batubara dan juga bottom ash
sebagai material bangunan.(fly ash dapat menggantikan fungsi semen), dan 87% dari
gipsum diperoleh dari proses flue gas desulfurisation.
2.9 Berbagai Pengembangan Clean Coal Technologies
Clean coal technologies merupakan inovasi teknologi yang unggul dari segi mutu
lingkungan dibandingkan dengan teknologi lain, yang umum digunakan pada saat ini.
Clean coal technologies dapat berupa metode baru dalam proses pembakaran, seperti
fluidized bed combustion dan low-NOx burners yang dapat memindahkan polutan atau
mencegah terbentuknya polutaan ketika terjadi reaksi pembakaran
Clean coal technologies dapat berperan sebagai alat pengontrol polusi, seperti
advance scrubber, yang mampu membersihkan polutan dari gas buang sebelum mengalir
keluar dari cerobong asap pabrik.
Ada jenis Clean coal technologies yang mampu mengubah batubara menjadi bentuk
behan bakar lain yang dapat dibersihkan sebelum dibakar, sebagai contoh sebuah unit
Clean coal technologies tergolong sebagai teknologi yang dapat mengubah wujud
batubara menjadi gas dengan memiliki karakteristik lingkungan yang sama dengan
pembakaran bersih gas alam.
Contoh-contoh berbagai teknologi Clean coal technologies yang sudah beroperasi
atau masih dalam tahap pengembangan diseluruh dunia meliputi:
• Advanced Pulverised Fuel (PF) Combustion
• Fluidised Bed Combustion (FBC)
• Gasification and Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC)
2.9.1 Stack Gas Treatment – Diaplikasikan untuk Emisi Gas yang Berasal dari
Pulverised Fuel (PF) Combustion
Pulverised Fuel (PF) combustion merupakan metode yang paling luas
diaplikasikan diseluruh dunia untuk membangkitkan listrik.Dalam metode PF ini,
bongkahan batubara digerus hingga menjadi butiran halus berbentuk seperti
bubuk/powder
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
18
Dengan adanya batubara yang berbentuk seperti bubuk, maka memiliki luas
permukaan panas yang lebih luas sehingga akan lebih mudah terbakar dalam burner. Hal
ini menyebabkan batubara lebih mudah terbakar dan efisien, identik dengan mudah
terbakarnya gas.
Saat batubara tiba dilokasi power plant, biasanya berukuran yang sesuai untuk
mekanisme pulverized coal yaitu berdiameter lebih kecil dari 3.5 cm. Unit pulverizer
yang umum digunakan saat ini adalah jenis medium speed ball-and race pulverizer dan
jenis roll-and race pulverizer.
Mekanisme dari pulverized coal combustion adalah udara dipanaskan dalam unit
boiler sampai dengan temperatur 6500F. Udara panas tersebut akan digunakan untuk
mengeringkan kandungan air dalam bubuk batubara dan juga untuk meniupkan bubuk
tersebut keluar dari pulverizer. Selanjutnya bubuk tersebut dijadikan bahan bakar dalam
membangkitkan kukus/steam. Kukus/steam yang dihasilkan digunakan untuk
menggerakkan turbin dan selanjutnya dapat membangkitkan energi listrik.
Burner harus memiliki panas yang cukup untuk dapat membakar seluruh batubara
yang masuk kedalamnya, sehingga sebelum batubara ditiupkan masuk kedalam burner
biasanya burner dipanaskan terlebih dahulu dengan menggunakan media membakar
minyak bakar ataupun gas. Karena tingginya temperatur reaksi dan laju peniupan bubuk
batubara masuk kedalam burner, maka elemen-elemen penyusun burner harus diganti
tiap tahunnya. Metode ini merupakan metode paling mengotori lingkungan karena
menghasilkan abu sejumlah 80% disamping juga menghasilkan gas cerobong.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
19
Gambar 2.4 Sistem Pulverized Coal Combustion
Emisi yang dihasilkan dari sistem PF combustion dapat dikurangi dengan
mengaplikasikan post combustion Clean Coal Technologies (CCTs). Post combustion
Clean Coal Technologies berupa Electrostatic Precipitators dan/atau fabric filters, dapat
menghilangkan lebih dari 99% fly ash dari gas cerobong. Metoda Flue Gas
Desulphurisation (FGD) dapat menghilangkan 90-97% senyawa sulfur oksida (SOx) dari
gas cerobong dan mampu mengubah senyawa tersebut menjadi gipsum yang dapat dijual
sebagai komoditi bahan bangunan.
Teknologi kunci CCTs untuk PF combustion yang dapat mengurangi emisi
nitrogen oksida (NOx) adalah low-NOx burners, yang memodifikasikan emisi hingga
mencapai 40%, dan teknik reburning. Kedua teknik ini secara bersamaan
memodifikasikan proses pembakaran dengan tujuan untuk mengurangi emisi NOx hingga
mencapai 70% dan juga dapat diaplikasikan dan dipasang pada pabrik yang telah ada
sebelumnya/existing plant.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
20
Gambar 2.5 Low NOx Burner
Selective catalytic NOx reduction, merupakan teknik post-combustion, dapat
mereduksi pembentukkan SOx hingga 80-90%. Dalam system Selective catalytic NOx
reduction, uap ammonia digunakan sebagai reducing agent dan diinjeksikan kedalam
aliran gas cerobong, melalui katalis. Temperatur optimum berada antara 300-400 0C.
Biasanya gas cerobong yang berada pada outlet economiser berada dalam temperatur ini.
Temperatur gas buang yang berada dalam reactor katalitik ini dijaga dengan cara
mencampur aliran gas buang yang ada di unit economizer dengan gas buang yang
terdapat dalam aliran bypass economizer
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
21
Lokasi penginjeksian amonia berada pada saluran yang terhubung dengan katalis
SCR, dengan jarak yang cukup jauh dari upstream, bertujuan untuk menjaga kondisi gas
optimum dan distribusi reagen merata sepanjang catalyst cross-section.
Gambar 2.6 Selective Catalytic NOx Reduction
Komposisi katalis dapat bermacam-macam, biasanya terdiri atas titanium, zeolit,
oksida besi, atau activated carbon. Katalis yang umum digunakan pada sebuah power
plant biasanya terdiri atas campuran vanadium(sebagai bagian katalis yang aktif) dan
titanium( sebagi pendispersi dan penyangga dari vanadium)
Teknologi SCR ini telah digunakan secara komersil di Jepang sejak tahun 1980
dan di Jerman tahun 1986 pada power station yang menggunakan batubara berkadar
sulfur rendah.
Flue Gas Desulfurization (FGD) merupakan teknologi post-combustion control
technology yang menghilangkan SO2 dari gas buang dengan cara mereaksikan campuran
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
22
gas buang dan SO2 dengan menggunakan sorbent yang bersifat basa, seperti lime atau
limestone. Untuk jenis“wet” FGD, tekhnologi yang umum, sorbent terdiri atas lumpur
basah/water slurry, yang disemburkan menuju absorber vessel, melalui lokasi dimana gas
buang tersebut mengalir. Proses Wet FGD umumnya mampu memisahkan sekitar 90-
97% SOx dari gas buang. Proses Wet FGD dapat dirancang untuk menghasilkan gypsum
(kalsium sulfat) berkualitas tinggi untuk keperluan konstruksi.
Gambar 2.7 Flue Gas Desulfurization
2.9.2 Advanced Pulverised Fuel (PF) Combustion
Selama ini para ahli telah berusaha keras secara berkelanjutan untuk meningkatkan
efisiensi pabrik konvensional, sebagai contoh, nilai efisiensi termal pembangkit listrik di
Amerika Serikat telah meningkat dari 5% pada tahun 1900 menjadi sekitar 35%.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
23
Dinegara Cina, kebanyakkan power plants memiliki nilai efisiensi rata-rata relatif kecil,
yaitu sekitar 28%. PF power plants yang baru dibangun dapat memperoleh efisiensi
diatas 40%.
Power plant moderen menggunakan material khusus yang dikembangkan, yaitu
high strength alloy steels, bersifat tahan terhadap kondisi operasi supercritical dan ultra-
supercritical steam (tekanan operasi >248 bar dan temperatur>566°C) dan dapat
mencapai efisiensi mendekati 45%, tergantung pada lokasi pabrik.
Aplikasi material baru yang canggih untuk PF power plant harus mampu meraih
efisiensi hingga 55% dimasa mendatang. Hal ini menyebabkan pengurangan emisi CO2
seiring meningkatnya efisiensi maka semakin sedikit bahanbakar yang digunakan per unit
listrik yang dihasikan.
2.9.3 Fluidised Bed Combustion (FBC)
Fluidised bed combustion adalah metoda pembakaran batubara dalam unggun
terdiri atas partikel yang dipanasi tersuspensi oleh adanya aliran gas. Pada laju gas,
unggun berlaku seperti fluida menghasilkan pergerakkan partikel yang cepat. Batubara
ditambahkan kedalam unggun dan secara kontinyu dilakukan pencampuran untuk
menciptakan kondisi pembakaran yang sempurna dan pada temperatur reaksi yang lebih
rendah dari PF combustion.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
24
Gambar 2.8 Sistem Fluidised Bed Combustion (FBC)
Keunggulan utama dari fluidised beds adalah system ini menghasilkan NOx
dengan kadar lebih rendah dialiran keluaran gas, karena rendahnya temperatur
pembakaran, dan juga menghasilkan SOx lebih sedikit saat dilakukan penambahan
limestone secara kontinyu . Fluidised beds dapat juga menggunakan bahan bakar dengan
range yang lebih luas dibandingkan PF combustion.
Atmospheric-pressure fluidised beds merupakan tipe yang secara komersil
tersedia terdiri atas dua tipe, yaitu bubbling-bed (disebut sebagai Atmospheric Fluidised
Bed Combustion - AFBC) dan circulating-bed (CFBC). Efisiensi dari kebanyakan
fluidised beds yang digunakan untuk membangkitkan listrik adalah serupa dengan sistem
pembakaran konvensional. Bagaimanapun, kegunaan teknologi ini telah teruji memiliki
kinerja yang ramah lingkungan saat digunakan untuk membakar bahan bakar berkualitas
rendah.
Pressurised fluidised beds, dapat mencapai efisiensi termal hingga 45%, saat ini
telah beroperasi secara komersil. Serupa dengan PF plants, teknologi ini menggunakan
kukus bertekanan dan bertemperatur tinggi selanjutnya dapat meningkatkan efisiensi.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
25
2.9.4 Gasification and Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC)
Alternatif lain untuk membakar batubara adalah dengan melakukan gasifikasi
batubara. Ketika batubara dikontakkan dengan udara dan oksigen, terjadi reaksi
termokimia menghasilkan gas bakar, yang sebagian besar terdiri atas karbon monoksida
dan hidrogen, yang ketika dibakar dapat digunakan untuk menggerakkan turbin gas.
Gambar 2.9. Integrated Coal Gasification Combined Cycle Unit
Sistem pembangkitan listrik menggunakan Integrated Coal Gasification
Combined Cycle (IGCC) saat ini telah dikembangkan dan dioperasikan di Eropa dan
Amerika Serikat. Sistem ini mampu meningkatkan efisiensi dengan memanfaatkan panas
buang/waste heat yang dihasilkan dari gas produk, yang digunakan untuk
membangkitkan steam untuk menggerakkan turbin uap/steam turbine, sebagai unit
tambahan selain gas turbine.
Sistem komersil yang telah ada dapat meraih efisiensi mendekati 45%. fluidised
beds Dengan keunggulan baru teknologi turbin gas, sistem ini sekarang mampu meraih
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
26
efisiensi diatas 50%. Keunggulan tambahan yang dimiliki sistem IGCC adalah
menghasilkan limbah padat lebih sedikit dan emisi SOx, NOx dan CO2 lebih rendah.
Lebih dari 99% kandungan sulfur yang hadir dalam batubara dapat di-recovered untuk
dijual sebagai bahan kimia sulfur murni.
Dibandingkan dengan membakar batubara secara langsung, Coal Gasification
(gasifikasi batubara) mereaksikan batubara dengan kukus atau steam dan campuran
udara dengan oksigen secara teliti dikontrol dalam temperatur dan tekanan yang tinggi.
Tekanan dan panas memutus ikatan kimia yang terkandung dalam batubara, keadaan ini
menyebabkan terjadinya reaksi kimia yang membentuk atau menghasilkan campuran gas,
seperti H2 dan CO.
Gas bertemperatur tinggi ini digunakan untuk memberikan daya pada turbin gas.
Gas cerobong yang berasal dari turbin gas selanjutnya digunakan untuk menghasilkan
steam atau kukus, yang diumpankan menuju unit turbin uap konvensional, menghasilkan
sumber energi kedua.
Mekanisme ini disebut dengan Combine Cycle, pengaturan turbin-sebuah
konfigurasi tidak mungkin menggunakan konvensional coal combustion-hal ini terutama
menawarkan adanya peningkatan efisiensi dalam sebuah power plant dibandingkan
dengan traditional pulverized coal.
Sebagai informasi tambahan pembentukan polutan, pengotor dan gas-gas rumah
kaca dapat dipisahkan dari aliran gas-gas sebelum diumpankan menuju turbin. Sebanyak
99% sulfur dan polutan-polutan lain dapat dipisahkan dan diproses menjadi produk-
produk komersil, seperti produk-produk kimia dan pupuk. Polutan padat yang belum
diproses lebih lanjut dapat dikumpulkan dan dijual sebagai produk sampingan, seperti
slag (contohnya digunakan sebagai bahan dalam pembangunan jalan). Karbon yang
terkandung dalam gas dapat juga dipisahkan dandapat di timbun kembali ke dalam tanah,
hal ini dapat mengurangi terbentuknya gas rumah kaca yang dikeluarkan oleh tumbuhan.
Proses gasifikasi saat ini digunakan dalam kilang minyak, pabrik kimia dan untuk
menghasilkan energi listrik. Ongkos produksi power plant yang menggunakan gasifikasi
mencapai $1200/KW, dibandingkan dengan Pulverized Coal Power Plant yang mencapai
$900/KW.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
27
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Jenis Batubara di Indonesia dan Pemanfaatannya
Cadangan batubara yang terdapat di Indonesia sebagian besar tergolong sebagai
jenis batubara muda, terdiri atas lignit (59%), subbituminous (27%), dan bituminous
(14%). Jenis Anthracite berjumlah kurang dari 0.5% dari keseluruhan cadangan batubara
yang ada di Indonesia.
Lignit, jika dilihat dari sifat yang dimiliki, maka lignit dikategorikan sebagai
batubara yang tidak menguntungkan untuk dijadikan komoditas eksport. Hal ini
disebabkan tingginya kandungan air yang dimiliki, hingga mencapai 30%, nilai kalornya
kurang dari 5000 kcal/kg. Oleh karena lignit dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk
pembangkitan energi listrik dan juga digunakan sebagai briket batubara.
PLN sebagai perusahaan negara yang memproduksi listrik, cendrung memilih
menggunakan batubara ketimbang menggunakan gas alam atau bahan baker lain yang
lebih mahal harganya ketimbang batubara. Ongkos produksi pembangkit listrik
menggunakan coal steam adalah sebesar USD1.4
sen/kWh, sedangkan jika menggunakan oil steam power plant adalah sebesar USD1.9
sen/kWh, dan jika menggunakan natural gas combined cycle power plant adalah sebesar
USD2.5 sen/kWh.
3.2 Karakteristik Pembakaran Low Grade Coal
Saat ini batubara bituminous telah dapat dibakar dengan baik karena memiliki
nilai kalor berkisar antara 6500 sampai 7000 kCal/kg dan nilai rasio bahan bakar (rasio
fixed carbon terhadap volatile matter) sebesar 1-2.5 digunakan pada sebagian besar
pulverized coal fired power plant.
Seiring meningkatnya kebutuhan dunia akan batubara, terutama di negara
berkembang, sangat diharapkan bahwa batubara dengan kualitas rendah dapat juga
dimanfaatkan untuk pembangkitan energi listrik sehingga dapat memangkas biaya yang
dikeluarkan untuk bahan bakar.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
28
Untuk mengetahui karakteristik pembakaran batubara berkualitas rendah yaitu
batubara yang memiliki kandungan karbon dan energi rendah sekitar 3000-5000 kcal/kg
dan memiliki kandungan air atau kandungan abu yang tinggi serta memiliki rasio bahan
bakar yang tinggi yaitu 5 atau lebih besar, maka sejumlah peneliti telah melakukan
berbagai percobaan menggunakan unit pulverized coal combustion test furnace dengan
kapasitas sebesat 0.1 ton/jam.
Untuk batubara berkualitas rendah memiliki beberapa karakteristik ketika terjadi
reaksi pembakaran yaitu antara lain:
Rasio konversi terbentuknya NOx pada batubara jenis lignit sedikit jauh lebih
rendah dibandingkan batubara yang memiliki kandungan air yang rendah sementara itu
konversi terbentuknya NOx, sedangkan batubara jenis sub bituminous mempunyai nilai
konversi NOx. Batubara jenis lignit yang mepunyai kandungan air tinggi karena memiliki
panas laten penguapan tinggi. Hal ini menyebabkan berkurangya flame temperature,
menyebabkan laju konsumsi oksigen disekitar burner rendah dan menghambat
pembentukkan NOx. Batubara jenis sub bituminous, laju konsumsi oksigen lebih cepat
disekitar burner dan mengkatalis terbentuknya NOx. Reaktivitas kedua jenis batubara
semakin tinggi setelah terjadinya penguapan air.
Semakin besarnya kandungan abu di dalam batubara akan menyebabkan semakin
besar jumlah fraksi batubara yang tidak terbakar dan tingginya rasio terbentuknya NOx
Batubara dengan kandungan air lebih tinggi memiliki kereaktifan lebih tinggi
dibandingkan batubara dengan kandungan batubara dengan kandungan abu lebih tinggi
karena jumlah fraksi batubara yang tidak terbakar lebih sedikit. Telah lazim diakui bahwa
penggunaan batubara dengan kandungan air tinggi untuk membangkitkan listrik adalah
lebih mudah. Sayangnya, batubara jenis sub-bituminous memiliki kecendrungan untuk
menghasilkan NOx dalam jumlah besar
3.3 Aplikasi Clean Coal Technology yang Cocok di Indonesia Seperti yang telah dipaparkan diatas, jenis batubara terbanyak di Indonesia adalah
jenis lignit, yang tergolong sebagai batubara berkualitas rendah. Lignit mengandung
karbon dengan kadar rendah sehingga nilai kalori juga rendah, dan mengandung banyak
air dan sulfur.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
29
Metode yang paling mudah untuk diaplikasikan untuk membangkitkan listrik
menggunakan batubara adalah pulverized coal combustion (PCC), namun ternyata
berpotensi menimbulkan emisi NOx lebih besar, karena temperatur operasi yang tinggi
yaitu 14000C menyebabkan ikatan molekul udara (79% N2 dan 21% O2) putus, atom
oksigen kemudian membentuk ikatan dengan nitrogen membentuk senyawa NOx.
Atmospheric Fluidized Bed (AFBC) merupakan metode yang dapat diterapkan
untuk membakar batubara yang memiliki kualitas yang rendah, yang memiliki nilai kalori
yang rendah seperti lignite, petroleum coke, coal cleaning waste, dan senyawa limbah
lainnya.
Atmospheric Fluidized Bed memiliki beberapa karakteristik sebagai berikut :
Zat kapur diinjeksikan ke dalam tungku untuk mengikat sulfur dan
memindahkannya menjadi produk samping berwujud padat
Temperatur gas dalam tungku mencapai 820-8400C (1500-15500F), yang
kemudian mempengaruhi keseluruhan desain sistem dan penyusunan permukaan
pemanas.
Dalam prosesnya AFBC ditambahkan zat kapur, sehingga jika membakar batubara
menggunakan teknik ini tentu saja akan menghasilkan lebih banyak limbah padat
dibandingkan dengan pulverized coal combustion.Pada Tabel 2. dapat dilihat perbedaan
antara Pulverized Coal Combustion (PCC) dan Fluidized Bed Combustion (FBC).
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
30
Tabel 2 Perbandingan Pulverized Coal Combustion (PCC) dan
Fluidized Bed Combustion (FBC)
Parameter PCC FBC
Kadar CaO dalam Boiler Tidak ada Ada
Ukuran Partikel Batubara <75µm 1-3 mm
Waktu tinggal Batubara detik menit
Temperatur Pembakaran Tinggi
1300-1700 0C
Rendah
800-900 0C
Porositas Debu/Ash Rendah Tinggi
pH Ash Netral-Asam Alkalin
Net Thermal Efficiency,% 33-35 36-40
*Emisi SO2 1.2 lbs/mmBTU 0.1 lbs/mmBTU
*Emisi NOx 0.6 lbs/mmBTU 0.15 lbs/mmBTU
Asal NOx Panas/Thermal, Bahan
bakar
Bahan bakar
Ongkos Produksi Listrik 100 900
Karakteristik dari bahan bakar dan sorbent secara langsung memberikan
kontribusi terhadap sifat kimia dari residu yang dihasilkan. Debu yang dihasilkan
dibagian bawah unit AFBC merupakan campuran dari sisa karbon yang belum terbakar
dan partikel lime lime yang tertutup dengan lapisan sulfat. Residu yang terbentuk
merupakan senyawa mineral asal yang terkandung dalam batubara, sebagian besar tidak
meleleh pada temperature pembakaran yang digunakan.
Ketika sorbent ditambahkan untuk memisahkan SO2, akan terbentuk senyawa
CaO/MgO, CaSO4 dan CaSO3. Secara umum abu yang dihasilkan dari unit FBC ini
berbeda dengan abu yang dihasilkan unit PCC, karena reaksi pembakaran berlangsung
pada temperatur yang tidak terlalu tinggi, namun dilain sisi abu yang dihasilkan unit
FBC ini banyak mengandung senyawa kalsium sulfat lebih tinggi dan lebih banyak
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
31
mineral yang terkandung dalam batubara yang tidak mengalami metamorfosis (seperti
feldspars, lempung, micas).
Abu yang dihasilkan oleh unit FBC terdiri atas gypsum [CaSO4], lime [CaO],
quartz [SiO2] dan senyawa oksida besi, magnesium yang tekandung dalam batubara.
Mengacu pada tingginya kandungan lime, maka abu dalam unit FBC bersifat basa kuat.
Karbon yang terkandung dalam abu unit FBC adalah lebih tinggi ketimbang abu dalam
unit PCC. Pada Tabel 3 disajikan perbedaan komposisi abu yang dihasilakan dalam
AFBC dan PCC.
Tabel 3. Komposisi Senyawa Oksida (%) dalam Berbagai Variasi Abu Hasil Pembakaran
Batubara (Coal Combustion Ashses)
Analisis Oksida Senyawa Unggun FBC FBC Ash C-Ash
Si 45 40 36
Al 6 14 15
Fe 3 8 7
Si+Al+Fe 54 62 57
Ca 26 15 22
SO3 16 8 12
Abu yang dihasilkan dari hasil pembakaran batubara dalam unit FBC ternyata
dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi sebagai berikut:
• Aplikasi dibidang konstruksi: bahan pengganti semen, produksi concrete block,
soil stabilizer, structure fill material,
• Aplikasi Pertanian: liming and soil amandement
• Waste stabilization: sebagai stabilizer untuk limbah padat dan Lumpur/sludge
Teknologi AFBC sangat cocok untuk plant baru, retrofit, dan untuk aplikasi
boiler conversion ( mengganti bagian boiler dengan AFBC). Selain itu AFBC dapat juga
dikombinasikan dengan teknologi post-combustion control technology sehingga emisi
yang dihasilkan dapat memenuhi regulasi baku mutu lingkungan tertentu yang berlaku
dari tiap lokasi dimana plant tersebut berada.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
32
Batubara yang terdapat di Indonesia mengandung sulfur yang masih memenuhi
standar emisi, sehingga tidak perlu adanya menerapkan post-combustion control
technology sperti Flue Gas Desulfurization untuk mengontrol emisi SO2.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
33
BAB IV
KESIMPULAN
Hingga saat ini telah banyak usaha yang telah ditempuh untuk menjadikan
pembakaran batubara menjadi zero emission, melalui clean coal technology, berupa Stack
Gas Treatment, Fluidized Bed Combustion, Integrated Coal Gasification Combined
Cycle. Tidak dapat dipungkiri bahwa penerapan clean coal technology ini akan
menimbulkan biaya kapital lebih mahal ketimbang jika menggunakan sistem pulverixed
combustion.
Batubara yang terdapat di Indonesia tergolong sebagi batubara muda, sebagian
besar terdiri dari jenis lignite yang tergolong sebagai batubara berkualitas rendah. Untuk
dapat membakar batubara menghasilkan emisi rendah, sebaiknya dipilih clean coal
technology jenis Circulating Fluidized Bed Combustion.
Sulit untuk mengusahakan agar batubara menjadi sumber energi yang bersih
secara sempurna. Namun karena bersifat ekonomis dari segi biaya dan ketersediaannya di
alam menyebabkan batubara pilihan popular yang tak tergantikan. Oleh karena usaha
untuk membersihkan batubara adalah langkah awal yang dapat ditempuh, berupa
pencucian batubara, menggunakan peralatan tambahan untuk post combustion treatment,
seperti Electroctatic Presipitator, yang pemilihan peralatan tersebut tergantung pada
karakteristik batubara yang digunakan.
Sementara itu walaupun terdapat banyak bentuk metode baru dalam
pembangkitan energi yang bersifat ramah lingkungan, namun hanya beberapa yang
terbukti murah atau dapat konsisten (dari segi ketersediaanya) seperti pembangkitan
listrik dengan batubara. Oleh karena itu pembangkitan listrik menggunakan batubara
akan menjadi pilihan utama untuk beberapa tahun mendatang.
Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya
“Clean Coal Technologies”
Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T
34
DAFTAR PUSTAKA
www.coaleducation.org
<www.worldbank.org> “Atmospheric Fluidized Bed”
<www.aseanenergy.org>"Coal Report Indonesia 2000”
<www.australiancoal.com>" “Current Page: Clean Coal > Clean Coal Technologies - Examples <www.CirculatingFluidizedBed.com> “Circulating Fluidized Bed”
<www.coal.org/pdfs/jointroadmap.pdf>
<www.nma.org/pdf/clean-coal-a-pdf>
< www.iea.doe.gov> IEA Clean Coal Centre Clean coal technologies –
pulverised coal combustion (PCC).htm
top related