potensi pengembangan bio-compressed methane gases
Post on 30-Dec-2016
229 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Potensi Pengembangan Bio-Compressed
Methane Gases (Bio-CMG) dari Biomassa
sebagai Pengganti LPG dan BBG
Prof. Ir. Arief Budiman, MS, D.Eng
Pusat Studi Energi, UGM
Disampaikan pada
Seminar Nasional Pemanfaatan Gas Alam menuju Kedaulatan Energi Indonesia
Yogyakarta, 25 Agustus 2014
Outline Presentasi
Pendahuluan
Proses Gasifikasi
Teknologi Gasifikasi
Proses Sabatier (sintesis metana)
Hasil Bio-metana dari Biomassa
Kegunaan Lain Syn-gas Hasil Gasifikasi Biomassa
Biomassa menjadi Bio-CMG
PENDAHULUAN
Biomass menjadi Bio-CMG
Potensi Biomassa di Indonesia
Biomass waste
Solid waste from palm oil
production
20 million tons/year
Bagasse
12 million tons/year
Biomass waste from industrial
forest
54 million tons/year
Plantation field
12 miliion tons/year
Biomassa menjadi Bio-CMG
Kapasitas Terpasang dan Potensi PLT
Biomassa di Indonesia
Konsep Sintesis Metana dari Biomassa
Biomassa menjadi Bio-CMG
Perbandingan Proses Termokimia dan Biokimia
Termokimia Biokimia
1. Temperatur tinggi 1. Temperatur rendah
2. Tekanan tinggi 2. Tekanan rendah
3. Membutuhkan katalis logam 3. Membutuhkan katalis enzim
4. Tidak menggunakan organisme 4. Membutuhkan organisme dan
kontrol organisme relatif sulit
5. Reaksi relatif sedikit sensitif
terhadap kondisi reaksi
5. Reaksi sangat sensitif terhadap
kondisi reaksi
6. Waktu reaksi relatif cepat 6. Waktu reaksi relatif lama
7. Ukuran reaktor relatif lebih kecil 7. Ukuran reaktor relatif lebih besar
Biomassa menjadi Bio-CMG
Sintesis Metana dengan Termokimia
Biomassa Proses
Gasifikasi Syn-gas
Proses Sebatier
Metana
Sintesis metana dengan proses termokimia pada skala
besar akan lebih efisien dibandingkan denga proses biokimia. Hal
ini karena waktu reaksi relatif lebih singkat dan ukuran alat lebih
kecil.
Tetapi, kelemahan proses termokimia adalah membutuhkan
energi yang relatif tinggi untuk mencapai suhu dan tekanan
operasi yang tinggi.
Alur sintesis metana denga proses termokimia adalah sebagai
berikut :
Biomassa menjadi Bio-CMG
Kebijakan Energi Pemerintah Indonesia
Biomassa menjadi Bio-CMG
PROSES GASIFIKASI
Gasifikasi Batubara
Konsep Proses Gasifikasi
Biomassa menjadi Bio-CMG
Proses Gasifikasi
Gasifikasi adalah sebuah proses kimia secara termal dari
material organik menjadi bahan bakar gas (syn-gas) pada suhu
yang tinggi dan keberadaan oksigen yang terbatas (Higman and
Burgt, 2003).
Proses gasifikasi membutuhkan medium, disebut gasifying
medium, yang mempunyai unsur oksigen. Gasifying medium
menyediakan unsur oksigen untuk bereaksi dengan batubara
membentuk karbon monoksida (CO). Gasifying medium yang
sering digunakan adalah udara, oksigen dan steam.
Syn-gas secara umum terdiri dari gas hidrogen (H2), karbon
monoksida (CO), metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2)
(Bridgwater, 1995). Selain bahan bakar gas, proses gasifikasi juga
menghasilkan produk padat (char) dan produk cair (bio-oil),
seperti diilustrasikan pada Gambar 1.
Gasifikasi Batubara
Proses Gasifikasi
Gambar 1. Alur skematik proses gasifikasi batubara
Gasifikasi Batubara
Proses Gasifikasi
Empat proses utama di dalam gasifikasi adalah sebagai berikut.
Gasifikasi Batubara
Proses Gasifikasi
Reaksi-reaksi utama pada gasifikasi adalah sebagai berikut.
Pyrolysis
Biomass + heat Char + Tar (bio-oil) + Gas (CO,
CO2, H2, CH4)
Combustion (Oxidation)
C(s) + ½ O2(g) 2CO(g)
CO(g) + ½ O2(g) CO2(g)
C(s) + O2(g) CO2(g)
H2(g) + ½ O2(g) H2O(g)
Gasifikasi Batubara
Proses Gasifikasi
Reaksi-reaksi utama pada gasifikasi adalah sebagai berikut.
Reduction
C(s) + CO2(g) 2CO(g) (Boudouard reaction)
C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) (Water-gas reaction)
C(s) + H2(g) 2CH4(g) (Methanation)
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (Water-gas shift)
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) (Steam-methane
reforming)
Gasifikasi Batubara
Komposisi Syn-gas
Komposisi syn-gas hasil gasifikasi secara umum dapat
digambarkan sebagai berikut :
Gasifikasi Batubara
TEKNOLOGI GASIFIKASI
Gasifikasi Batubara
Teknologi Gasifikasi
Teknologi gasifikasi dibedakan berdasarkan jenis gasifier yang
digunakan. Menurut Basu (2013), ada tiga jenis gasifier kontinyu
yang digunakan untuk gasifikasi batubara.
1. Moving-bed Gasifier
2. Fluidized-bed Gasifier
3. Entrained-flow Gasifier
Gasifikasi Batubara
1. Moving-bed Gasifier
Moving-bed gasifier merupakan gasifier dengan tumpukan
batubara yang bergerak dari atas ke bawah tanpa terfluidisasi.
Setiap batubara akan melewati semua zona proses gasifikasi di
dalam gasifier secara teratur.
Ada dua tipe moving-bed gasifier :
Updraft gasifier
Downdraft gasifier
Gasifikasi Batubara
1. Moving-bed Gasifier (Updraft gasifier)
Updraft gasifier merupakan moving-bed gasifier dengan produk gas
keluar pada bagian atas gasifier. Gasifying medium dipanaskan dan
diumpankan ke dalam gasifier melalui lubang pada bagian bawah
gasifier.
Gasifikasi Batubara
1. Moving-bed Gasifier (Downdraft gasifier)
Downdraft gasifier merupakan moving-bed gasifier dengan produk
gas keluar pada bagian bawah gasifier. Gasifying medium dipanaskan
dan diumpankan ke dalam gasifier melalui lubang pada bagian
tengah gasifier atau tepat di bawah zona pirolisis.
Gasifikasi Batubara
2. Fluidized-bed Gasifier
Fluidized-bed gasifier merupakan gasifier dengan batubara yang
terfluidisasi di dalam gasifier. Batubara diumpankan pada bagian atas
atau samping gasifier. Gasifying medium diumpankan pada bagian
bawah gasifier dan sekaligus digunakan sebagai gas yang
memfluidisasi batubara. Sedangkan, produk gas keluar pada bagian
atas gasifier.
Gasifikasi Batubara
3. Entrained-flow Gasifier
Entrained-flow gasifier merupakan gasifier dengan batubara
diumpankan bersama dengan gasifying medium ke dalam gasifier.
Untuk memudahkan dalam pengumpanan ke dalam gasifier,
terutama jika bertekanan, umpan batubara dapat dicampur dengan
air membentuk slurry. Gasifying medium dijaga pada kecepatan tinggi
untuk meng-entrain batubara.
Ada dua tipe Entrained-flow gasifier :
A. Batubara dan gasifying medium diumpankan melalui samping-
bawah gasifier.
B. Batubara dan gasifying medium diumpankan melalui atas gasifier.
Gasifikasi Batubara
3. Entrained-flow Gasifier
Gasifikasi Batubara
Rangkuman Teknologi Gasifier
Rangkuman perbedaan pola aliran beberapa tipe gasifier :
Gasifikasi Batubara
Rangkuman Teknologi Gasifier
Rangkuman perbedaan jenis gasifier :
Gasifikasi Batubara
Proses Sabatier
(Sintesis Metana)
Gasifikasi Batubara
Proses Sabatier (sintesis metana)
Proses Sabatier adalah proses kimia secara termal yang
mereaksikan karbon dioksida dengan hidrogen menjadi metana
dengan bantuan katalis.
Proses Sabatier berlangsung pada temperatur optimal antara 250
– 300oC.
Proses Sabatier membutuhkan katalis nikel atau ruthenium yang
diembankan pada alumina untuk mempercepat reaksi dan
meningkatkan selektivitas reaksi.
Reaksi pada Proses Sabatier :
Gasifikasi Batubara
𝐶𝑂2 + 4 𝐻2 ↔ 𝐶𝐻4 + 2 𝐻2O + 165 kJ/mol
Konsep Proses Sabatier (sintesis metana)
Palm Empty Fruit Bunches
to Engine Fuel
Hasil Bio-metana dari Biomassa
Gasifikasi Batubara
Hasil Bio-metana dari Biomassa
Potensi limbah biomassa di Indonesia yang dapat dikonversi
menjadi energi adalah 98 juta ton per tahun.
Apabila biomassa tersebut dikonversi menjadi metana dengan
proses gasifikasi dan proses Sabatier, maka perkiraan metana
yang dihasilkan adalah sebesar 2,22 TSCF/tahun atau setara
dengan kalor 5,65 x 1014 kkal/tahun.
Konsumsi LPG di Indonesia pada tahun 2014 diprediksi
mencapai 6,1 juta ton atau setara dengan kalor sebesar 6,84 x
1013 kkal.
Konsumsi Premium di Indonesia pada tahun 2014 diprediksi
mencapai 40 juta kL atau setara dengan kalor sebesar 4,05 x
1014 kkal.
Gasifikasi Batubara
Diagram hasil bio-metana dari biomassa
Gasifikasi Batubara
Biomassa
(98 juta ton/th)
Proses Gasifikasi dan Sabatier
Bio-metana
(2,22 TSCF/th)
Subtitusi LPG
(0,28 TSCF/th)
Subtitusi Premium
(1,60 TSCF/th)
Subtitusi BBM lain
(0,34 TSCF/th)
Hasil Bio-metana dari Biomassa
Bio-metana digunakan sebagai pengganti LPG dalam bentuk Bio-
Compressed Methane Gases (Bio-CMG). Bio-metana ditekan
hingga 11 bar untuk disalurkan ke industri atau rumah tangga
melalui jaringan pipa gas.
Sedangkan bio-metana juga digunakan sebagai pengganti
Premium dalam bentuk Bio-CMG dengan memodifikasi sistem
pengumpanan bahan bakar pada mesin kendaraan.
Bio-metana ditekan hingga 11 bar untuk disalurkan ke stasiun
pengisian bahan bakar gas (SPBG) melalui jaringan pipa gas.
Kemudian Bio-CMG diisikan ke tangki bahan bakar kendaraan
dengan tekanan 200 bar.
Kekurangan dari teknologi bahan bakar gas adalah tekanan
penyimpanan pada kendaraan yang sangat tinggi sehingga
memiliki resiko yang sangat tinggi pula.
Gasifikasi Batubara
Kegunaan Lain Syn-gas Hasil Gasifikasi Biomassa
Gasifikasi Batubara
Kegunaan Syn-gas
Syn-gas merupakan produk utama dalam proses gasifikasi biomassa.
Berbagai macam kegunaan syn-gas adalah sebagai berikut.
Gasifikasi Batubara
Kegunaan Syn-gas
Penggunaan syn-gas secara langsung adalah untuk :
1. bahan bakar boiler
2. power generation
3. hydrogen treatment
4. fuel cells
Penggunaan syn-gas secara tidak langsung adalah untuk :
1. pupuk urea
2. metanol
3. etanol
4. bahan bakar sintetis
5. bahan kimia
Gasifikasi Batubara
Sintesis pupuk urea
Sintesis ammonia dari syn-gas hasil gasifikasi batubara sesuai dengan reaksi berikut.
Sintesis ammonia
Reaksi sintesis ammonia membutuhkan kondisi operasi reaktor pada suhu 350-550oC dan tekanan 100-250 bar. Katalis yang digunakan dalam sintesis ammonia adalah besi.
Sintesis pupuk urea
Reaksi sintesis urea dijalankan pada reaktor dengan suhu 180-190oC dan tekanan 140-150 bar.
Gasifikasi Batubara
𝑁2 + 3 𝐻2 ↔ 2𝑁𝐻3
2 𝑁𝐻3 + 𝐶𝑂2 ↔ 𝐶𝑂(𝑁𝐻2)2
Sintesis ammonia
Diagram proses sintesis ammonia dari syn-gas hasil gasifikasi
batubara adalah :
Gasifikasi Batubara
Sintesis pupuk urea
Diagram proses sintesis urea dari ammonia dan karbondioksida
adalah :
Gasifikasi Batubara
Sintesis metanol
Sintesis metanol dari syn-gas hasil gasifikasi batubara dapat
dilakukan dengan beberapa teknologi proses dan reaksi.
Gasifikasi Batubara
Sintesis metanol
Gasifikasi Batubara
Sintesis etanol
Sintesis etanol dari syn-gas hasil gasifikasi batubara dapat dilakukan
dengan dua cara:
Prosess Fischer-Tropsch (FT)
Reaksi FT dijalankan pada reaktor dengan suhu 150-300oC dan
tekanan hingga 50 bar. Katalis yang digunakan adalah besi dan
cobalt.
Proses fermentasi
Reaksi fermentasi dijalankan pada reaktor dengan suhu 37-40oC
dan tekanan atmosferis. Bakteri yang digunakan adalah
Butyribacterium methylotrophicum dan Clostridium sp.
Gasifikasi Batubara
6 𝐶𝑂 + 3 𝐻2O → 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 4 𝐶𝑂2
6 𝐻2 + 2 𝐶𝑂2 → 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 3 𝐻2O
2 𝐶𝑂 + 4 𝐻2 ↔ 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 𝐻2O
Sintesis etanol
Diagram proses sintesis ethanol dari syn-gas hasil gasifikasi
batubara adalah :
Gasifikasi Batubara
Sintesis bahan bakar sintetik
Sintesis bahan bakar sintetik dari syn-gas hasil gasifikasi batubara
dilakukan dengan cara:
Prosess Fischer-Tropsch (FT)
Reaksi FT dijalankan pada reaktor dengan suhu 150-300oC dan
tekanan hingga 50 bar. Katalis yang digunakan adalah besi dan
cobalt.
Gasifikasi Batubara
𝑛 𝐶𝑂 + (2𝑛 + 1) 𝐻2↔ 𝐶𝑛𝐻(2𝑛+2) + 𝑛 𝐻2O
Sintesis bahan bakar sintetik
Diagram proses sintesis ethanol dari syn-gas hasil gasifikasi
batubara adalah :
Gasifikasi Batubara
THANK YOU
Gasifikasi Batubara
top related