2.1 Konver

2.1.1 Konv

Biom

gasifikasi da

tersebut terl

konversi be

setidaknya

memiliki b

memerlukan

Gambar 2.

2.1.2 Gasif

Gasif

definisi yan

rsi Thermok

versi Therm

massa memil

an pembaka

letak pada b

erlangsung.

memiliki pe

batasan AF

n oksigen d

1 Grafik Bata

fikasi

fikasi secara

ng sebenarny

KAJI

kimiawi dan

mokimiawi

liki tiga met

aran (pengara

banyaknya u

Konsumsi o

erbandingan

FR 1,5. Se

dalam prose

asan Konversi

a bahasa dap

ya, gasifikas

6

BAB II

IAN PUSTA

n Pengertia

tode konver

angan). Perb

udara (oksig

oksigen yan

AFR 6,25 a

edangkan u

snya.

i Thermokimia

pat diartikan

si adalah pro

AKA

n Gasifikas

rsi thermokim

bedaan jenis

gen) yang d

ng diperluka

atau lebih. P

untuk piroli

awi Biomassa

n sebagai p

oses konver

si

miawi, yaitu

konversi the

dikonsumsi s

an dalam pe

Pada proses

isis cenderu

a (Sumber : Pu

embuatan g

si thermokim

u pirolisis,

ermokimia

saat proses

embakaran

gasifikasi

ung tidak

utri, 2009)

gas. Secara

miawi dari

7  

  

bahan bakar yang mengandung karbon (padat ataupun cair) menjadi gas yang

disebut syngas (synthesis gas) atau gas sintetis dimana gas tersebut memiliki

nilai bakar dengan cara oksidasi parsial pada temperatur tinggi. Tetapi sejauh ini

teknologi ini umumnyan masih stagnan pada skala penelitian karena konsumsi

energinya yang terlalu besar. Namun ada beberapa negara yang telah menerapkan

teknologi ini pada bidang pembangkit listrik, dimana gas yang dihasilkan oleh

reaktor gasifikasi dipakai untuk menggerakkan generator.

Terdapat berbagai macam tipe gasifier di dunia ini dan beberapanya

dapat dibedakan berdasarkan:

Mode fluidisasi

Arah aliran

Gas yang perlukan untuk proses gasifikasi

Berdasarkan mode fluidisasinya, jenis gasifier dapat dibedakan

menjadi 3 jenis. Gasifier tersebut adalah : gasifikasi unggun tetap (fixed bed

gasification), gasifikasi unggun bergerak (moving bed gasification), gasifikasi

unggun terfluidisasi (fluidized bed gasification), dan entrained bed.

Berdasarkan arah aliran, gasifier dapat dibedakan menjadi gasifikasi aliran

searah (downdraft gasification), gasifikasi aliran berlawanan (updraft

gasification) dan gasifikasi aliran menyilang (crossdraft gasification).

8  

  

a) Updraft Gasifier

Pada tipe ini udara masuk melalui arah bawah dan mengoksidasi arang

secara parsial untuk menghasilkan CO dan H2 (jika digunakan uap) dan

ditambah N2 (jika digunakan udara). Gas ini kemudian bertemu dengan

biomassa.Gas yang sangat panas tersebut mempirolisa biomassa,

menghasilkan karbon padatan (arang), uap air dan 10-20% uap minyak

pada temperatur 100-4000 C, tergantung pada kadar air biomassa.

Selanjutnya arang akan dioksidasi parsial oleh udara dan menghasilkan

gas.

Gambar 2.2. Updraft gasifier (sumber : Tasliman, 2008 diambil dari Turare, 1997)

b) Downdraft Gasifier

Udara masuk menyebabkan pirolisis (flaming pyrolisis) biomassa. Proses

ini mengkonsumsi uap - uap minyak dan menghasilkan gas reduksi partial

CO, CO2, H2 dan H2O, serta sedikit metan sekitar 0,1%. Gas panas

bereaksi dengan arang untuk mereduksi gas lebih lanjut dan

meninggalkan sekitar 2-5% abu arang.

9  

  

Gambar 2.3. Downdraft Gasifier (sumber : Tasliman, 2008 diambil dari Turare, 1997)

c) Crossdraft Gasifier

Mungkin gasifikasi tipe cross-draft lebih menguntungkan dari pada updraft

dan down-draft gasifier. Keuntungannya seperti suhu gas yang keluar

tinggi, reduksi CO2 yang rendah dan kecepatan gas yang tinggi yang

dikarenakan desainnya. Tidak seperti down-draft dan up-drat gasifier,

tempat penyimpanan, pembakaran, dan zona reduksi pada cross-draft

gasifier terpisah. Untuk desain bahan bakar yang terbatas untuk

pengoperasian rendah abu bahan bakar seperti kayu, batu bara, limbah

pertanian. Kemampuan pengoperasiannya sangat bagus, menyebabkan

konsentrasi sebagian zona beroperasi di atas suhu 200oC. Waktu mulai

(start up) 5 - 10 menit jauh lebih cepat dari pada down-draft dan up-draft

gasifier. Pada cross-draft dapat menghasilkan temperatur yang relatif

tinggi, komposisi gas yang dihasilkan kurang baik seperti tingginya gas CO

dan rendahnya gas hidrogen serta gas metana.

10  

  

Gambar 2.4. Crossdraft Gasifier (sumber : Tasliman, 2008 diambil dari Turare, 1997)

Kelebihan dan kekurangan dari ketiga jenis reaktor tersebut dapat dilihat

pada tabel 2.1.

Berdasarkan gasifying yang diperlukan untuk proses gasifikasi, terdapat

gasifikasi udara dan gasifikasi oksigen/uap. Gasifikasi udara adalah metode

dimana gas yang digunakan untuk proses gasifikasi adalah udara. Sedangkan

pada gasifikasi uap, gas yang digunakan pada proses yang terjadi adalah uap.

a) Gasifikasi Udara

Gasifikasi yang paling sederhana adalah menggunakan udara sebagai

agent proses gasifikasi. Kelebihan arang yang dibentuk saat proses

pirolisis dengan gasifier merupakan pembakaran udara dengan jumlah

yang terbatas (biasanya equivalensi ratio 0,25). Hasil yang dihasilkan

adalah energi yang rendah karena mengandung hydrogen dan

karbonmonoksida yang bercampur denga nitrogen yang berasal dari

udara. Dari hasil gasifiksi dengan menggunakan udara mnghasilkan 3,5 –

7,8 MJ/Nm3. Yang mana sangat baik digunakan untuk boiler dan engine

11  

  

akan tetapi tidak baik digunakan untuk bahan bakar transportasi. Udara

yang masuk sangat rendah pada gasifier sehingga gas yang dihasilkan

sangat rendah dan mengadung tar yang sangat tinggi (Groves,1979)

b) Gasifikasi Uap Air

Tidak seperti menggunakan udara sebagi agen, uap air gasifikasi adalah

menggunakan panas eksternal yang bersumber steam sebagai agen

gasifikasi. Dengan menggunakan percampuran udara dan steam tidak

biasa digunakan pada teknologi, tetapi pada kenyataannya banyak yang

melakukan penelitian tentang hal ini. Dari hasil reaksi dengan

carbonmonoksida akan menghasilkan gas hydrogen dan karbondioksida.

Pada prinsipnya pada steam gasification dituliskan dengan persamaan :

CO + H2O CO2 + H2………………………………(2.1)

Gas yang dihasilkan pada steam gasification adalah energi yang tinggi,

yang mana ditemukan paling banyak adalah gas hydrogen. Energi yang

dihasilkan dari 11,1 MJ/M3 pada temperature 7000C dan 12,1 MJ/m3.

Energi yang bisa digunakan kembali sekitar 35% - 59 % pada

temperature yang sama (Hoveland et al. 1982)

c) Oxigen Gasification

Dalam proses ini jumlah nitrogen terbatas jumlahnya bahkan tidak

ditemukan sama sekali, gas yang dihasilkan mempunyai energy menengah

( 12 – 21 MJ/Nm3). Dalam hal ini proses gas secara ekonomi disalurkan

12  

  

oleh pipa yang dibuat menjadi suatu system plant dan selanjutnya melalui

proses panas atau mungkin juga gas sintetis untuk menghasilkan chemical

dan bahan bakar (Belie,1979)

d) Hydrogen Gasification

Sampai saat ini banyak penelitian mengarah pada system hydrogen

gasification karena bahan bakar mentah dikonversi menjadi bahan bakar

dalam bentuk gas dengan tekanan masih dibawah tekanan maximum.

Dengan proses ini banyak yang mengkritik karena merupakan proses yang

sangat kuat dimana kondisi harus tetap terjaga dengan baik sejak gas

dalam keadaan normal sampai gas gasifikasi terbentuk. Digunakan

campuran hydrogen yang masuk ke gasifier dengan panas yang

dibutuhkan sebulumnya 4260C sampai 7600C dengan perkembangan

carbonmonoksida dan gas hydrogen berkembang dari 8% sampai 18%

dan 41% samapi 63% ( Weil.1978)

Gambar skematik untuk membandingkan proses gasifikasi yang dibedakan

berdasarkan agen gasifikasi yang digunakan dapat dilihat pada gambar 2.5

13  

  

Tabel 2.1 Kelebihan dan Kelemahan Gasifier

Jenis gasifier Kelebihan Kelemahan

Updraft

Gasifier

a. lebih mudah dioperasikan

b. arang yang dihasilkan lebih

sedikit

a. menghasilkan sedikit

metan

b. tidak dapat beroperasi

secara kontinyu

c. gas yang dihasilkan

tidak kontinyu

Dwondraft

Gasifier

a. dapat beroperasi secara kontinyu

suhu gas tinggi

b. kandungan tar dan abu dalam gas

output sangat kecil

a. produksi asap terlalu

banyak selama operasi

b. membutuhkan sistem

secondary heat recovery

agar tidak merusak

komponen di sekitarnya

Crossdraft

Gasifier

a. suhu gas yang keluar tinggi

b. reduksi CO2 rendah

c. kecepatan gas tinggi

d. tempat penyimpanan,

pembakaran dan zona reduksi

terpisah

e. kemampuan pengoperasiannya

sangat bagus

f. waktu mulai lebih cepat

a. komposisi gas yang

dihasilkan kurang bagus

b. gas CO yang dihasilkan

tinggi, gas H rendah

c. gas metan yang

dihasilkan juga rendah

14  

  

Gambar 2.5. Gasification processes and their products (Sadaka,2002)

2.1.3 Faktor Yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi

Proses gasifikasi memiliki beberapa faktor yang dapat mempengaruhi

proses dan kandungan syngas yang dihasilkkannya. Faktor-faktor tersebut adalah:

15  

  

a) Properties Biomassa

Tidak semua biomassa dapat dikonversikan dengan proses gasifikasi

karena ada beberapa klarifikasi dalam mendefinisikan bahan baku yang

dipakai pada sistem gasifikasi berdasarkan kandungan dan sifat yang

dimilikinya. Pendefinisian bahan baku gasifikasi ini dimaksudkan untuk

membedakan antara bahan baku yang baik dan yang kurang baik. Adapun

beberapa parameter yang dipakai untuk mengklarifikasikannya yaitu :

a. Kandungan energi, semakin tinggi kandungan energi yang dimiliki

biomassa maka syngas hasil gasifikasi biomassa tersebut semakin tinggi

karena energi yang dapat dikonversi juga semakin tinggi.

b. Moisture, bahan baku yang digunakan untuk proses gasifikasi umumnya

ber-moisture rendah. Karena kandungan moisture yang tinggi

menyebabkan heat loss yang tinggi. Selain itu kandungan moisture

yang tinggi juga menyebabkan beban pendinginan semakin tinggi

karena pressure drop yang terjadi meningkat. Idealnya kandungan

moisture yang sesuai untuk bahan baku gasifikasi kurang dari 20 %.

c. Debu, semua bahan baku gasifikasi menghasilkan dust (debu). Adanya

dust ini sangat mengganggukarena berpotensimenyumbat saluran

sehingga membutuhkan maintenance lebih. Desain gasifier yang baik

setidaknya menghasilkan kandungan dust yang tidak lebih dari 2–6

g/m³.

d. Tar, merupakan salah satu kandungan yang paling merugikan dan harus

dihindari karena sifatnya yang korosif. Sesungguhnya tar adalah cairan

16  

  

hitam kental yang terbentuk dari destilasi destruktif pada material

organik. Selain itu, tar memiliki bau yang tajam dan dapat mengganggu

pernapasan. Pada reaktor gasifikasi terbentuknya tar, yang memiliki

bentuk approximate atomic CH1.2O0.5, terjadi pada temperatur pirolisis

yang kemudian terevaporasi dalam bentuk asap, namun pada beberapa

kejadian tar dapat berupa zat cair pada temperatur yang lebih rendah.

Apabila hasil gas yang mengandung tar relatif tinggi dipakai pada

kendaraan bermotor, dapat menimbulkan deposit pada karburator dan

intake valve sehingga menyebabkan gangguan. Desain gasifier yang

baik setidaknya menghasilkan tar tidak lebih dari 1 g/m³.

e. Ash dan Slagging. Ash adalah kandungan mineral yang terdapat pada

bahan baku yang tetap berupa oksida setelah proses pembakaran.

Sedangkan slag adalah kumpulan ash yang lebih tebal. Pengaruh adanya

ash dan slag pada gasifier adalah :

Menimbulkan penyumbatan pada gasifier

Pada titik tertentu mengurangi respon pereaksian bahan baku

b) Desain Reaktor

Terdapat berbagai macam bentuk gasifier yang pernah dibuat untuk proses

gasifikasi. Untuk gasifier bertipe imbert yang memiliki neck di dalam

reaktornya, ukuran dan dimensi neck amat mempengaruhi proses pirolisis,

percampuran, heatloss dan nantinya akan mempengaruhi kandungan gas

yang dihasilkannya.

17  

  

a. Jenis Gasifying Agent

Jenis gasifying agent yang digunakan dalam gasifikasi umumnya

adalah udara dan kombinasi oksigen dan uap. Penggunaan jenis

gasifying agent mempengaruhi kandungan gas yang dimiliki oleh

syngas. Berdasarkan penelitian, perbedaan kandungan syngas terlihat

pada kandungan nitrogen pada syngas dan mempengaruhi besar nilai

kalor yang dikandungnya. Penggunaan udara bebas menghasilkan

senyawa nitrogen yang pekat di dalam syngas, berlawanan dengan

penggunaan oksigen/uap yang memiliki kandungan nitrogen yang relatif

sedikit. Sehingga penggunaan gasifying agent oksigen/uap memiliki

nilai kalor syngas yang lebih baik dibandingkan gasifying agent udara.

b. Rasio Bahan Bakar dan Udara (AFR)

Perbandingan bahan bakar dan udara dalam proses gasifikasi

mempengaruhi reaksi yang terjadi dan tentu saja pada kandungan

syngas yang dihasilkan. Kebutuhan udara pada proses gasifikasi berada

diantara batas konversi energi pirolisis dan pembakaran. Karena itu

dibutuhkan rasio yang tepat jika menginginkan hasil syngas yang

maksimal. Pada gasifikasi biomassa AFR yang tepat untuk proses

gasifikasi berkisar pada angka 1,25 - 1,5.

2.1.4 Dasar Proses Gasifikasi pada Downdraft Gasifier

Pada proses gasifikasi ada beberapa tahapan berdasarkan perbedaan

rentang kondisi temperatur, yaitu pengeringan (200-300 °C), pirolisis (300-

18  

  

700°C), oksidasi (700-1500 °C), dan reduksi (400-1000 °C) yang dilalui oleh

biomassa sebelum pada akhirnya menjadi gas yang flammable pada output

reaktor. 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. Zona-zona proses dan reaksi yang terjadi

pada suatu reaktor gasifikasi downdraft ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Skema Tahapan Proses Gasifikasi Downdraft (Sumber : Hidayat, 2013)

19  

  

a) Drying Zone

Bahan bakar padat dimasukkan ke dalam gasifier. Hal ini tidak perlu

menggunakan peralatan pengumpanan bahan bakar yang kompleks, karena

sejumlah kecil kebocoran udara dapat ditoleransi di tempat ini. Sebagai

akibat dari perpindahan panas dari bagian bawah gasifier, pengeringan

bahan bakar biomassa terjadi dibagian bungker. Uap air akan mengalir ke

bawah dan menambah uap air yang terbentuk di zona oksidasi. Bagian dari

itu dapat direduksi menjadi hidrogen dan sisanya akan berakhir sebagai

kelembaban dalam gas.

b) Pyrolisis Zone

Tidak seperti pembakaran, pyrolisis terjadi pada tempat yang tidak terdapat

oksigen, kecuali dalam kasus dimana oksidasi parsial diperbolehkan untuk

menyediakan energi termal yang dibutuhkan untuk proses gasifikasi.

Terdapat tiga variasi pirolisis yaitu :

a. mild pyrolysis

b. slow pyrolysis

c. fast pyrolysis

Pada pirolisis melokel besar hydrocarbon dipecah menjadi partikel

kecil hydrocarbon. Fast pyrolysis hasil utamanya adalah bahan bakar cair,

slow pyrolysis menghasilkan gas dan arang. Mild pyrolysis yang saat ini

sedang dipertimbangkan untuk pemanfaatan biomassa yang efektif. Pada

proses ini biomassa dipanaskan 300-700 0C tanpa kontak dengan oksigen.

20  

  

Struktur kimia dari biomassa diubah, dimana menghasilkan carbon

dioksida, carbon monoksida, air, asam asetat, dan methanol.Mildpyrolysis

meningkatkan densitas energi dari biomassa.

Pada suhu di atas 500°C, bahan bakar biomassa dimulai pyrolysing.

Rincian pyrolisis ini reaksi yang tidak dikenal, tetapi orang bisa menduga

bahwa molekul-molekul besar ( seperti selulosa, hemi-selulosa dan lignin )

terurai menjadi molekul berukuran sedang dan karbon (char) selama

pemanasan bahan baku. Produk pyrolisis mengalir ke bawah ke zona

pemanasan pada gasifier. Beberapa akan dibakar di zona oksidasi, dan

sisanya akan memecah bahkan molekul yang lebih kecil dari hidrogen,

metana, karbon monoksida, etana, etilena, dll jika tetap berada di zona

panas cukup lama. Jika waktu tinggal di zona panas terlalu pendek atau

suhu terlalu rendah, maka molekul berukuran menengah dapat melarikan

diri dan akan mengembun sebagai tar dan minyak, dalam suhu rendah

bagian dari sistem. Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis beserta

produknya adalah:

biomassa char + tar + gases (CO2; CO; H2O; H2; CH4; CxHy)… 2.2

c) Zona Oksidasi

Zona pembakaran (oksidasi) dibentuk pada tingkat dimana oksigen (udara)

dimasukkan. Reaksi dengan oksigen sangat eksotermik dan mengakibatkan

kenaikan tajam suhu sampai 700-1500°C. Sebagaimana disebutkan di atas,

fungsi penting dari zona oksidasi, selain penghasil panas, adalah untuk

21  

  

mengkonversi dan mengoksidasi hampir semua produk terkondensasi dari

zona pirolisis. Untuk menghindari titik-titik dingin di zona oksidasi,

kecepatan udara masuk dan geometri reaktor harus dipilih dengan baik.

Umumnya dua metode yang digunakan untuk mendapatkan suhu

bahkandistribusi:

a. Mengurangi luas penampang pada ketinggian tertentu dari reaktor.

b. Penyebaran nozel inlet udara di atas lingkar mengurangi cross-

sectional area, atau alternatif menggunakan inlet udara sentral dengan

perangkat penyemprotan.

Adapun reaksi kimia yang terjadi pada proses oksidasi ini adalah sebagai

berikut :

C + O2 CO2 + 406 (MJ/kmol) ………………………………… . 2.3

H2 + ½ O2 H2O +242 (MJ/kmol) ……………………………… 2.4

d) Zona Reduksi

Produk reaksi dari zona oksidasi (gas panas dan bara arang )

bergerak turun ke zona reduksi. Di zona ini masuk panas sensible dari gas

dan arang dikonversi sebanyak mungkin menjadi energi kimia dari gas

produser. Produk akhir dari reaksi kimia yang terjadi di zona reduksi

adalah gas mudah terbakar yang dapat digunakan sebagai bahan bakar gas

dalam pembakar motor bakar dalam dan sedikit abu.

Abu yang dihasilkan dari gasifikasi biomassa kadang – kadang

harus dibuang dari gasifier. Karena biasanya timbul perapian di dasar

22  

  

peralatan.dan dengan demikian membantu untuk mencegah penyumbatan

yang dapat menyebabkan obstruksi aliran gas. Berikut adalah reaksi kimia

yang terjadi pada zona tersebut :

Bourdouar reaction:

C + CO2 2 CO – 172 (MJ/kmol) ………………………………………… . 2.5

Steam-carbon reaction :

C + H2O CO + H2 – 131 (MJ/kmol) …………………………………… . 2.6

Water-gas shift reaction:

CO + H2O CO2 + H2 + 41 (MJ/kmol) ………………………………… . . 2.7

CO methanation :

CO + 3 H2 – 206 (MJ/kmol) CH4 + H2O …………………………… .… 2.8

2.1.5 Parameter – Parameter Penting dalam Proses Gasifikasi

Parameter – parameter penting yang harus dipertimbangkan dalam proses

gasifikasi, yaitu :

a) Temperatur Gasifikasi

Temperatur gasfikasi harus tinggi karena dalam tahap pertama

gasifikasi adalah pengeringan untuk menguapkan kandungan air dalam

sekam padi dan serbuk kayu agar menghasilkan gas yang bersih.

Temperatur yang tinggi juga dapat berpengaruh dalam menghasilkan gas

yang mudah terbakar.Untuk mempertahankan temperatur, maka tangki

23  

  

reaktor diisolasi dengan bata tahan api agar tidak ada panas yang keluar ke

lingkungan sehingga efisiensi reaktor menjadi baik.

b) Spesific Gasification Rate (SGR)

SGR mengidikasikan banyaknya biomassa rata-rata yang

dapattergasifikasi dalam gasifier. Jika SGR semakin besar maka proses

gasifikasi tidak berjalan secara sempurna, sebaliknya jika SGR semakin

kecil maka proses gasifikasi berjalan lambat. SGR dapat dihitung dengan

cara :

SGR berat biomassa berat arang

luas x waktukg

m . dt …………………… 2.9

c) Fuel Consumtion Rate (FCR)

Energi input ini mengacu pada jumlah energi yang diperlukan dalam

hal bahan bakar yang akan dimasukkan ke dalam gasifier. Dlam

menentukan energi input kita harus tau terlebih dahulu energi yang

dibutuhkan. Hal ini mengacu pada jumlah panas yang harus dipasok oleh

kompor. Hal ini dapat ditentukan berdasarkan jumlah makanan untuk

dimasak atau air harus direbus. Jumlah energi yang diperlukan dapat

dihitung dengan menggunakan rumus :

Qn =  

… … … … … … … … … … …… … …… …… … … … … …… … 2.10

24  

  

Dimana :

Qn = energi yang dibutuhkan (kcal/hr)

Mf = massa (kg)

Es = energy spesifik (kcal/kg)

T = waktu proses (hr)

Untuk memperoleh energi yang dibutuhkan perlu adanya

perhitungan mengenai laju konsumsi bahan bakar agar kebutuhan energi

tersebut dapat dipenuhi. Laju bahan bakar biomassa yang dibutuhkan pada

proses gasifikasi dapat dihitung menggunakan rumus:

FCR = … …… … … … … … … … …… …… …… … … …… …… … 2.11

Atau untuk hasil yang telah diketahui :

FCRberat biomassa

waktu oprasionalkg

dt …………………………… .…………… 2.12

Dimana :

FCR = fuel consumption rate (kg/hr)

Qn = heat energy needed, Kcal/hr

HVf = heating value of fuel, Kcal/kg

= efisiensi gasifier

25  

  

d) Gas Fuel Ratio (GFR).

GFR (Gas Fuel Ratio) dapat dihitung menggunakan rumus sebagai

berikut:

GFR laju aliran gas producer

FCR……………………………………………  2.13

e) % Char

% Char adalah perbandingan banyaknya arang yang dihasilkan

dengan banyaknya biomassa yang dibutuhkan. % char dapat dihitung

menggunakan rumus :

%     arang

berat biomassa100%………………………………………… 2.14

f) Waktu Konsumsi Bahan Bakar

Hal ini mengacu pada total waktu yang dibutuhkan untuk benar-

benar mengubah menjadi gas dari bahan bakar padat di dalam reaktor. Ini

termasuk waktu untuk menyalakan bahan bakar dan waktu untuk

menghasilkan gas, ditambah waktu untuk benar-benar membakar semua

bahan bakar dalam reaktor. Kepadatan dari bahan bakar padat (ρ), volume

reaktor (Vr), dan konsumsi bahan bakar tingkat (FCR) adalah faktor yang

digunakan dalam menentukan total waktu untuk mengkonsumsi bahan

bakar padat dalam reaktor. Seperti ditunjukkan di bawah, ini dapat

dihitung menggunakan rumus :

t =      

… … … … … … …… … … … … …… …… … … … … … … … …… … 2.15

26  

  

Dimana :

FCR = Fuel Consumption Rate (kg/hr)

t = Waktu konsumsi bahan baku (hr)

= Massa jenis Bahan baku (kg/m3)

Vr = Volume reaktor (m3)

g) Oxygen Fuel Rate (OFR)

OFR adalah jumlah laju aliran massa oksigen yang dibutuhkan

dalam proses gasifikasi. Sebelum menentukan OFR maka terlebih dahulu

kita harus mengetahui begaimana caranya menghitung Air Fuel Ratio

(AFR).

AFR adalah tingkat aliran udara primer yang masuk ke reaktor. Hal

ini mengacu pada laju aliran udara yang diperlukan untuk mengubah bahan

bakar padat menjadi gas . Hal ini sangat penting dalam menentukan ukuran

kipas angin atau blower yang dibutuhkan untuk reaktor. Ini dapat

ditentukan dengan menggunakan tingkat konsumsi bahan bakar (FCR),

udara stoikiometri dari bahan bakar (SA), dan rasio ekuevalensi (Ɛ) untuk

gasifying 0,3 sampai 0,4. Seperti ditunjukkan, ini dapat dihitung dengan

menggunakan rumus :

AFR ε x FCR x SA

ρ…………………………………………………………… 2.16

Dimana:

AFR = Air fuel rate (tingkat aliran udara), (m3/jam)

27  

  

FCR = fuel consumption rate (kg/jam)

ρa = massa jenis udara = 1,25 (kg/m3)

εu = rasio ekuivalensi (0,3 - 0,4) = 0,35

SA = udara stoikiometri dari bahan bakar padat

Udara bebas terdiri dari 78% Nitrogen, 21% Oksigen, dan 1% Uap Air.

Berdasarkan kandungan oksigen pada udara bebas maka kita dapat

menyimpulkan rumus untuk menentukan OFR adalah sebagai berikut.

OFR ε  x FCR x SA

ρ…………………………………………………………… 2.17

Dimana:

OFR = Oxygen fuel rate (tingkat aliran udara), (m3/jam)

FCR = fuel consumption rate (kg/jam)

ρo = massa jenis oksigen = 1,43 (kg/m3)

ε             ratio ekuivalensi udara  x  kandungan oksigen di dalam udara

                  0,35  x  0,21   0,0735

SA = udara stoikiometri dari bahan bakar padat pada proses gasifikasi

2.2 Pembakaran Bahan Bakar

2.2.1. Perinsip Pembakaran Bahan Bakar

Prinsip pembakaran bahan bakar sejatinya adalah reaksi kimia bahan bakar

dengan oksigen (O). Kebanyakan bahan bakar mengandung unsur Karbon (C),

Hidrogen (H) dan Belerang (S). Akan tetapi yang memiliki kontribusi yang

28  

  

penting terhadap energi yang dilepaskan adalah C dan H. Masing-masing bahan

bakar mempunyai kandungan unsur C dan H yang berbeda-beda.

Proses pembakaran terdiri dari dua jenis yaitu pembakaran lengkap

(complete combustion) dan pembakaran tidak lengkap (incomplete combustion).

Pembakaran sempurna terjadi apabila seluruh unsur C yang bereaksi dengan

oksigen hanya akan menghasilkan CO2, seluruh unsur H menghasilkan H2O dan

seluruh S menghasilkan SO2. Sedangkan pembakaran tak sempurna terjadi

apabila seluruh unsur C yang dikandung dalam bahan bakar bereaksi dengan

oksigen dan gas yang dihasilkan tidak seluruhnya CO2. Keberadaan CO pada

hasil pembakaran menunjukkan bahwa pembakaran berlangsung secara tidak

lengkap.

Jumlah energi yang dilepaskan pada proses pembakaran dinyatakan

sebagai entalpi pembakaran yang merupakan beda entalpi antara produk dan

reaktan dari proses pembakaran sempurna. Entalpi pembakaran ini dapat

dinyatakan sebagai Higher Heating Value (HHV) atau Lower Heating Value

(LHV). HHV diperoleh ketika seluruh air hasil pembakaran dalam wujud cair

sedangkan LHV diperoleh ketika seluruh air hasil pembakaran dalam bentuk uap.

Pada umumnya pembakaran tidak menggunakan oksigen murni melainkan

memanfaatkan oksigen yang ada di udara. Jumlah udara minimum yang

diperlukan untuk menghasilkan pembakaran lengkap disebut sebagai jumlah

udara teoritis (atau stoikiometrik). Akan tetapi pada kenyataannya untuk

pembakaran lengkap udara yang dibutuhkan melebihi jumlah udara

teoritis. Kelebihan udara dari jumlah udara teoritis disebut sebagai excess air

29  

  

yang umumnya dinyatakan dalam persen. Parameter yang sering digunakan untuk

mengkuantifikasi jumlah udara dan bahan bakar pada proses pembakaran tertentu

adalah rasio udara-bahan bakar. Apabila pembakaran lengkap terjadi ketika

jumlah udara sama dengan jumlah udara teoritis maka pembakaran disebut

sebagai pembakaran sempurna. Umumnya excess air diambil 30 % dari

kebutuhan udara stoikiometri.

2.2.2. Nilai Pembakaran

Bila di dalam 1 kg bahan bakar yang terdiri dari C kg karbon, H kg

Hidrogen, O kg Oksigen, S kg Belerang, N kg Nitrogen, A kg abu, W kg air

maka dapat dihitung nilai pembakaran atau heating value dari bahan bakar

tersebut, yaitu jumlah panas yang dihasilkan dari pembakaran yang sempurna

dari 1kg bahan bakar yang dimaksud, berdasarkan rumus-rumus berikut:

Qhigh = 33915 C + 144033 ( H - O/8 ) + 10648 S (kilojoule/kg) ……………(2.18)

Qlow = 33915 C + 121423 ( H - O/8 ) + 10648 S – 2512(W + 9 x O/8)

(kilojoule/kg) ……………………………………………………………………(2.19)

Qhigh = nilai pembakaran tertinggi atau highest heating value, yang dalam

hal ini uap air yang terbentuk dari hasil pembakaran dicairkan terlebih dahulu,

sehingga panas pengembunannya turut dihitung serta dinilai sebagai panas

pembakaran yang terbentuk.

30  

  

Qlow = nilai pembakaran terrendah atau lowest heating value, yang dalam

hal ini uap air yang terbentuk dari hasil pembakaran tidak perlu dicairkan terlebih

dahulu, sehingga panas pengembunannya tidak turut dihitung serta tidak dinilai

sebagai panas pembakaran yang terbentuk.

2.2.3. Jumlah Udara Pembakaran

Jika susunan bahan bakar diketahui, maka dapat dihitung jumlah

kebutuhan udara pembakaran untuk pembakaran sempurna. Sebelum

menghintung kebutuhan udara pembakaran terlebih dahulu menghitung oksigen

yang diperlukan untuk setiap kandunagn C, O dan H yang mengikat oksigen

dalam pembakaran. Berikut persamaan – persamaannya.

Karbon (C) terbakar sempurna menjadi CO2 menurut persamaan:

C + O2 =CO2

12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2

1kg C + 32/12 O2 = 44/12 CO2

1kg C + 2,67 O2 = 3,67 CO2……………………………………………(2.20)

Hidrogen (H) terbakar menjadi H2O menurut persamaan:

2H2 + O2 2H2O

4 kg H2 + 32 kg O2 36 kg H2O

1kg H2 + 8kg O2 9 kg H2O…………………………………………(2.21)

Belerang (S) terbakar berdasarakan persamaan:

31  

  

S + O2 SO2

32 kg S + 32 kg O2 64 kg SO2

1 kg S + 1 kg O2 2 kg SO2……………………………………………(2.22)

Dari perhitungan di atas kemudian dijumlahkan jumlah kebutuhan oksigennya

maka kebutuhan udara stoikiometri (SA) dri bahan bakar padat dapat dihitung

dengan persamaan :

Kebutuhan oksigen Stoikiometri (SA) = kebutuhan oksigen H +

kebutuhan oksigen C + Kebutuhan oksigen S – kandungan O… .……(2.23)

Untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna, kebutuhan oksigen

pembakaran ditambah 30 % dari dari kebutuhan oksigen teoritis (excess air).

Excess air antara 20 – 30 %. Maka Kebutuhan oksigen untuk pembakaran

sempurna dapat dihitung :

Kebutuhan oksigen total

 kebutuhan oksigen         ………………………(2.24)

Kemudian kebutuhan udara pembakaran dapat dihitung. Dalam udara,

umumnya kadar Oksigen yang terkandung antara 21 – 23 % maka dari

perbadingan udara dan bahan bakar didapat kebutuhan udara sebesar :

Kebutuhan udara Pembakaran 

 % 

%      x Kebutuhan oksigen total ………………………………………………(2.25)

32  

  

Tetapi untuk proses gasifikasi kebutuhan oksigen yang digunakan adalah

kebutuhan oksigen stoikiometri (SA).

2.3. Biomassa

2.3.1. Pengertian Biomassa

Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses

fotosintetis, baik berupa produk maupun buangan (sisa/limbah). Melalui

fotosintesis, karbondioksida di udara ditransformasi menjadi molekul karbon lain

(misalnya gula dan selulosa) dalam tumbuhan. Energi kimia yang tersimpan

dalam tanaman dan hewan (akibat memakan tumbuhan atau hewan lain) atau

dalam kotorannya dikenal dengan nama bio-energi. Contoh biomassa antara lain

adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian, limbah hutan, limbah

perkebunan, tinja dan kotoran ternak.

Pada prinsipnya biomassa sudah mengandung energi yang dapat diubah

menjadi berbagai macam energi lain, misalnya menjadi energi panas. Contoh

pemanfaatannya adalah biomassa dibakar, maka energi akan terlepas, umumnya

dalam bentuk energi panas. Karbon pada biomassa bereaksi dengan oksigen di

udara sehingga membentuk karbondioksida. Apabila dibakar sempurna, jumlah

karbondioksida yang dihasilkan akan sama dengan jumlah yang diserap dari

udara ketika tanaman tersebut tumbuh.

Umumnya biomassa yang digunakan untuk diambil energinya adalah

biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil

produk primernya. Energi yang telah diambil biasanya berupa bahan bakar.

 

Sumber ene

sumber ener

sumber ener

2.3.2. Kom

Kand

ditunjukkan

komposisi d

CxHyOz nila

Table 2.2. An

dalam Badeau

2.3.3. Pema

Agar

teknologi un

ergi biomass

rgi yang dap

rgi secara be

mposisi Biom

dungan utam

n pada tabel

dari 13 biom

ai koefisien d

nalisis Ultima

u Pierre, 2009

anfaatan En

biomassa

ntuk mengk

sa mempuny

pat diperbah

erkesinambu

massa

ma biomassa

l ultimate a

massa. Rumu

dari x, y dan

ate dari Biom

9)

nergi Bioma

bisa diguna

konversinya.

yai beberapa

arui (renewa

ungan (suista

adalah carbo

analysis. Pad

s kimia dari

z ditentukan

assa (Sumber

assa.

akan sebaga

Terdapat b

kelebihan

able) sehing

ainable).

on, oksigen,

da tabel ters

biomassa u

n oleh masin

r : Raveendra

ai bahan ba

beberapa tekn

antara lain m

gga dapat me

, dan hidrog

sebut memp

mumnya diw

ng-masing bi

an dkk. 1995,

akar maka

knologi untuk

33

merupakan

enyediakan

en. Hal ini

perlihatkan

wakili oleh

iomassa.

Tercantum

diperlukan

k konversi

 

biomassa, d

membutuhk

biomassa da

G

Secar

dibedakan m

konversi bi

sederhana k

Beberapa b

kepraktisan

dijelaskan pa

kan perbedaa

an menghasi

Gambar 2.7. Te

ra umum te

menjadi tiga

okimiawi. P

karena pad

biomassa per

dalam pen

ada Gambar

an pada al

ilkan perbed

eknologi Konv

eknologi kon

a yaitu pemb

Pembakaran

a umumnya

rlu dikering

nggunaan. K

r 2.1. Tekno

lat yang d

aan bahan b

versi Biomass

nversi biom

bakaran lang

n langsung m

a biomassa

gkan terlebih

Konversi ter

ologi konver

digunakan

akar yang di

a (Sumber : A

massa menja

gsung, konve

merupakan t

telah dapa

h dahulu da

rmokimiawi

rsi biomassa

untuk men

ihasilkan.

Anonim, 2006)

di bahan ba

ersi termoki

teknologi ya

at langsung

an didensifik

merupakan

34

tentu saja

ngkonversi

)

akar dapat

miawi dan

ang paling

g dibakar.

kasi untuk

n teknologi

35  

  

yang memerlukan perlakuan termal untuk memicu terjadinya reaksi kimia dalam

menghasilkan bahan bakar. Sedangkan konversi biokimiawi merupakan teknologi

konversi yang menggunakan bantuan mikroba dalam menghasilkan bahan bakar.

Berikut adalah proses yang biasanya dipakai untuk memanfaatkan biomassa.

a) Biobriket.

Briket adalah salah satu cara yang digunakan untuk mengkonversi sumber

energi biomassa ke bentuk biomassa lain dengan cara dimampatkan

sehingga bentuknya menjadi lebih teratur. Briket yang terkenal adalah

briket batubara namun tidak hanya batubara saja yang bisa dibuat menjadi

briket. Biomassa lain seperti sekam padi, arang sekam, serbuk kayu, dan

limbah-limbah biomassa yang lainnya. Pembuatan briket tidak terlalu sulit,

alat yang digunakan juga tidak terlalu rumit.

b) Gasifikasi.

Secara sederhana, gasifikasi biomassa dapat didefinisikan sebagai proses

konversi bahan selulosa dalam suatu reaktor gasifikasi (gasifier) menjadi

bahan bakar. Gas tersebut dipergunakan sebagai bahan bakar motor untuk

menggerakan generator pembangkit listrik. Gasifikasi merupakan salah

satu alternatif dalam rangka program penghematan dan diversifikasi

energi. Selain itu gasifikasi akan membantu mengatasi masalah

penanganan dan pemanfaatan limbah pertanian, perkebunan dan

kehutanan. Ada tiga bagian utama perangkat gasifikasi, yaitu : (a) unit

36  

  

pengkonversi bahan baku (umpan) menjadi gas, disebut reaktor gasifikasi

atau gasifier, (b) unit pemurnian gas, (c) unit pemanfaatan gas.

c) Pirolisa.

Pirolisa adalah penguraian biomassa (lysis) karena panas (pyro) pada suhu

yang lebih dari 150oC. Pada proses pirolisa terdapat beberapa tingkatan

proses, yaitu pirolisa primer dan pirolisa sekunder. Pirolisa primer adalah

pirolisa yang terjadi pada bahan baku (umpan), sedangkan pirolisa

sekunder adalah pirolisa yang terjadi atas partikel dan gas/uap hasil

pirolisa primer. Penting diingat bahwa pirolisa adalah penguraian karena

panas, sehingga keberadaan O2 dihindari pada proses tersebut karena akan

memicu reaksi pembakaran.

d) Liquification

Liquification merupakan proses perubahan wujud dari gas ke cairan

dengan proses kondensasi, biasanya melalui pendinginan, atau perubahan

dari padat ke cairan dengan peleburan, bisa juga dengan pemanasan atau

penggilingan dan pencampuran dengan cairan lain untuk memutuskan

ikatan. Pada bidang energi liquification tejadi pada batubara dan gas

menjadi bentuk cairan untuk menghemat transportasi dan memudahkan

dalam pemanfaatan.

37  

  

e) Biokimia

Pemanfaatan energi biomassa yang lain adalah dengan cara proses

biokimia. Contoh proses yang termasuk ke dalam proses biokimia adalah

hidrolisis, fermentasi dananaerobic digestion. Anaerobic digestionadalah

penguraian bahan organik atau selulosa menjadi CH4 dan gas lain melalui

proses biokimia. Adapun tahapan proses anaerobik digestion adalah

diperlihatkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.8. Skema Pembentukan Biogas

Selain anaerobic digestion, proses pembuatan etanol dari biomassa

tergolong dalam konversi biokimiawi. Biomassa yang kaya dengan

karbohidrat atau glukosa dapat difermentasi sehingga terurai menjadi

etanol dan CO2. Akan tetapi, karbohidrat harus mengalami penguraian

(hidrolisa) terlebih dahulu menjadi glukosa. Etanol hasil fermentasi pada

umumnya mempunyai kadar air yang tinggi dan tidak sesuai untuk

38  

  

pemanfaatannya sebagai bahan bakar pengganti bensin. Etanol ini harus

didestilasi untuk mencapai kadar etanol di atas 99.5%.

2.3.4. Produk Biomassa

Terdapat tiga tipe bahan bakar yang dihasikan dari biomassa yang bias

digunakan untuk berbagi macam kebutuhan, yaitu :

1. Cairan (ethanol, biodiesel, dan methanol)

2. Biogas (CH4, CO2), producer gas (CO, H2, CH4, CO2), syngas (CO, H2)

3. Padat (Arang)

Penggunaan etanol dan biodiesel sebagai bahan bakar kendaraan

tranportasi dapat mengurangi emisi gas CO2. Oleh karena itu biomassa bukan

hanya energi terbarukan tapi juga bersih atau ramah lingkungan, dan dapat

digunakan sebagai sumber energi secara global.

Biomassa merupakan sumber energi tertua yang dikenal oleh manusia,

kontribusinya terhadap total pemanfaatan energi di Indonesia bahkan di dunia

masih sangat kecil. Pemahaman akan keterbatasan cadangan sumber energi fosil

dan kepedulian terhadap keberlangsungan penyediaan sumber energi tersebut

menyebabkan munculnya ketertarikan peneliti terhadap pemanfaatan biomassa

pada tahun 1970an. Akan tetapi harga energi yang terus menurun saat itu

menyebabkan perkembangan teknologi biomassa tidak begitu pesat. Hingga pada

tahun 1980an kepedulian terhadap emisi CO2 yang disebabkan oleh penggunaan

energi fosil mengakibatkan dikeluarkannya Kyoto Protocol yang membatasi

emisi CO2 yang boleh dilepas ke udara.

39  

  

a) Massa Jenis Biomassa

Massa jenis biomassa adalah spesifik massa suatu biomassa per

volumenya. Massa jenis dapat dihitung dengan persamaan :

ρ  m v⁄kg

m ……………………………………………………………(2.26)

Dimana :

= massa jenis (kg/m3)

m = massa bahan/biomassa (kg)

v = volume bahan/biomassa (m3)

b) Karakteristik Nyala Api

Dalam proses pembakaran, bahan bakar dan udara bercampur dan

terbakar dan pembakarannya dapat terjadi baik dalam mode nyala api

ataupun tanpa mode nyala api. Berdasarkan buku an introduction to

combustion concept and application, definisi api adalah pengembangan

yang bertahan pada suatu daerah pembakaran yang dialokasikan pada

kecepatan subsonic. Warna api dipengaruhi oleh 2 hal yaitu kandungan

bahan bakar dan campuran udara yang ikut terbakar. Ketika api memiliki

warna cenderung merah hal tersebut dapat diartikan bahwa bahan terbakar

api tersebut memiliki nilai kalor yang relative rendah, atau udara yang

mencampuri proses pembakaran hanya sedikit sehingga campuran kaya.

Saat api berwarna kebiruan adalah sebaliknya yang merepresentasikan

nilai kalor bahan bakar yang tinggi, atau campuran miskin.

40  

  

Api hidrokarbon dikarakteristikkan oleh radiasinya yang tampak.

Dengan excess air, daerah reaksi akan terlihat biru. Radiasi biru berasal

dari eksitasi CH radikal di dalam daerah bertemperatur tinggi. Saat udara

berkurang yang menyebabkan stoichiometrinya berkurang, daerah api akan

brwarna biru-hijau yang berasal dari eksitasi C2. Dalam kedua jenis apai

OH radikal memberikan kontribusi terhadap radiasi yang tampak. Jika

campuran api kaya jelaga akan terbentuk akibat radiasi hitam. Meskipun

radiasi jelaga memiliki intensitas maksimal dalam infra merah, kepekaan

spectrum mata manusia menyebabkan kita melihat cahaya kuning terang

(mendekati putih) akibat pudarnya emisi oranye,tergantung temperatur

api.

Terdapat dua tipe mode nyala api, yaitu :

a. Premixed Flame

Premixed flame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar bercampur

dengan oksigen yang telah tercampur sempurna sebelum pemberian

sumber api. Umumnya indikasi premixed flame dapat dilihat dari warna

api yang berwarna biru. Laju pertumbuhan api tergantung dari komposisi

kimia bahan bakar yang digunakan.

b. Diffusion Flame (Non-premixed)

Diffusion Flame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar dan

oksigen bercampur dan penyalaan dilakukan secara bersamaan. Laju

41  

  

difusi reaktan bisa dipengaruhi oleh energi yang dimiliki oleh bahan

bakar.

Gambar 2.9. Nyala api (a) Premix, (b) Difusi (Putri, 2009)

Selain itu kedua tipe di atas nyala api juga dibedakan berdasarkan jenis

aliran yang terjadi, yaitu :

a. Api Laminer

Visualisasi api yang terlihat pada api tipe ini berbentuk secara laminar

atau teratur. Api jenis ini memiliki bentuk mengikuti streamline aliran

tanpa membentuk turbulensi atau gerakan tidak beraturan.

b. Api Turbulen

Api turbulen menunjukan pola aliran nyala api yang tidak beraturan atau

acak yang member indikasi aliran yang bergerak sangat aktif. Pada

 

pem

pro

juga

aka

Kua

dala

kan

ting

Gambar 2.10

2.4. Seruta

Serut

ketersediaan

telah terma

mbakaran ga

duksi yang

a mengalam

an direaksik

alitas dari n

am syngas y

ndungan za

ggi.

0. Perubahan A

n Kayu

tan kayu m

n serutan ka

anfaatkan, s

as hasil gasif

cenderung

mi hambatan

an bersama

nyala api jug

yang dihasi

at yang flam

Api Laminar

merupakan li

ayu banyak

ehingga bil

fikasi menun

tidak kons

dalam pertu

oksigen be

ga tak lepas

lkan oleh p

mmable mak

dan Turbulen

imbah indu

namun tida

la tidak dita

njukan indik

stan membu

umbuhannya

ersamaan de

dari nilai k

proses gasifi

a kualitas a

n Terhadap Fl

ustri pengge

ak semua se

angani deng

kasi diskontin

uat api yang

a. Gas sebag

engan saat p

kalor yang t

kasi. Semak

api juga aka

low Velocity (P

rgajian kay

erutan kayu

gan baik m

42

nuitas atau

g terbentuk

gai reaktan

penyalaan.

terkandung

kin tinggi

an semakin

Putri, 2009)

yu. Jumlah

u yang ada

maka dapat

43  

  

menjadi masalah lingkungan yang serius. Kayu pada umumnya terdiri dari

selulosa (40-50%), hemiselulosa (20-30%), lignin (20-30%), dan sejumlah kecil

bahan-bahan anorganik lainnya (Angga, 2005). Di Indonesia rata-rata kadar hara

serbuk kayu adalah 50% C, 6% H, 0.04%-0.1% N, dan abu sebesar 0.2-0.5%

(Aprita, 2014).

Adapun hasil dari proximate analysis dan ultimate analysis kayu dapat

ditunjukka pada tabel di bawah ini:

Table 2.3. Proximate analysis & Ultimate Analysis dari Kayu (Sumber : D.A. Tilman , 2000)

2.5. Efisiensi Aktual Gasifikasi

Parameter-parameter yang mempengaruhi efisiensi gasifier antara lain,

kandungan moisture, temperatur udara masuk, dan heat loss. Dapat disimpulkan

bahwa kandungan moisture bahan bakar semakin tinggi,nilai kalor syngas

semakin rendah, dengan kata lain efisiensi gasifikasi semakin kecil dengan

44  

  

tingginya kandungan moisture bahan bakar. Untuk pengaruh temperatur udara

masuk, semakin tinggi temperatur udara masuk gasifier akan menaikkan efisiensi

gasifikasi. Sedangkan pengaruh besarnya heat loss, semakin kecil heat loss

semakin besar pengaruhnya terhadap efisiensi gasifikasi.

Efisiensi gas hasil gasifikasi dapat dihitung dengan cara dan persamaan

berikut:

Mencari N2 yang disupply dari udara yang mana mengandung sekitar

78%:

Supply N2 Udara = 0,769 x SA ……………………………………(2.26)

Mencari N2 yang disupply dengan menggunakan agen gasifikasi oksigen,

kandungannya berdasarkan perbandingan nilai abudance dari hasil yang

ditunjukkan oleh gas analyser

Supply N2 oksigen =       

         SA……(2.27)

Mencari total nitrogen yang diproduksi udara dan bahan bakar :

Total N =                  

   …...(2.28)

Mencari jumlah gas nitrogen yang diproduksi:

Produksi N =

 

          …………………….(2.29)

Mencari energi dari gas mampu bakar (syngas) yang dihasilkan:

Energi syngas = Produksi N x syngas pada hasil gasifikasi x HHV syngas.(2.30)

45  

  

Mencari total energi dari gas mampu bakar/syngas (CO, H2 dan CH4)

Energi syngas = e. syngas CO + e. syngas H2 + e. syngas CH4…………….(2.31)

Mencari total energi input dari bahan bakar yang digunakan:

Energi Input = nilai kalor bahan bakar ………………………….(2.32)

Mencari effisiensi gas hasil gasifikasi (ηg )

ηg =   

  x 100% ………………………………………..(2.33)

Tabel 2.4 Higher Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV) Gas mampu Bakar

Gas Higher Heating Value (MJ/kg mol) Lower Heating Value (MJ/kg mol)

CO 282,99 282,99

H2 285,84 241,83

CH4 890,36 802,34

Sumber: Basu, 2006

2.6. Perhitungan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi

Untuk mengetahui kandungan gas, sampel gas diproses melalui alat GCxGC

kemudian mendapat hasil berdasarkan berat molekul unsur penyusun gas

tersebut.Persamaan–persamaan dibawah dapat digunakan untuk mengetahui

persentase kandungan gas hasil gasifikasi. Terlebih dahulu perlu mencari nilai

abundance dari N2pada gas hasil gasifikasi, dengan persamaan:

46  

  

Nilai abundance N  Nilai abundance N2 udara

Nilai abundance Ar udara Nilai abundance Ar gas….(2.34)

Setelah memperoleh nilai abundance N2, kemudian menghitung nilai

abundance dari CO, dengan persamaan:

Nilai Abundance CO Nilai abundance berat molekul 28 nilai abundance N gas…(2.35)

Setelah memperoleh nilai abundance N2 dan CO, dapat dilanjutkan

perhitungan pada persentase kandungan gas yang ingin diinginkan, dengan

menggunakan persamaan:

% Kandungan Gas yang dicariNilai abundance gas yang dicariTotal abundance gas keseluruhan

 100%...........(2.36)

Kemudian dilakukan penjumlah terhadap keseluruhan persentase

kandungan gas untuk memperoleh persentase kandungan dari H2, dengan

persamaan:

%     100% %  %  %  % %  % …….(2.37)

2.7. Penelitian Terdahulu

Sebelumnya Prabowo sudah pernah melakukan penelitian tentang pengaruh

variasi Air Fuel Ratio terhadap proses gasifikasi. Dalam penelitiannya tersebut

menggunakan metode eksperimental untuk mengetahui gas hasil dari proses

gasifikasi dengan model reaktor gasifikasi downdraft yang terdapat di Research

Center ITS.

47  

  

Penelitian dimulai dengan melakukan pengujian terhadap propertis ampas

tebu secara proximate dan nilai kalor (Low Heating Value). Pada penelitian

digunakan sistem batch, artinya 1 kali pemasukan biomassa dari awal sampai

biomassa habis sebesar 5,5 kg. Akan dilakukan 4 variasi rasio udara-bahan bakar

(Air Fuel Ratio) yaitu 0,79 : 0,96 : 1,11 : 1,25 dan ukuran biomassa 10-30 mm

dan 1-7 mm. Identifikasi zona tahapan proses gasifikasi dilakukan dengan

pemasangan 5 titik pengukuran temperatur sepanjang reaktor gasifikasi untuk

mendapatkan drying zone, pyrolisis, oksidasi parsial serta reduksi. Dan yang

terakhir dilakukan pengujian visualisasi nyala api gas hasil gasifikasi

menggunakan burner serta pengujian terhadap nilai kalor dan komposisi gas.

Kandungan energi terbaik ditinjau dari LHV (Lower Heating Value) syn-gas

dihasilkan pada variasi AFR 0,96 untuk ukuran ampas tebu 1-7 mm dengan

efisiensi reaktor gasifikasi sebesar 61,98 %. Pada variasi AFR tersebut dihasilkan

komposisi flammable gas sebagai berikut : CO = 21,63%, H2 = 5,61%, dan CH4

= 3,42%. Untuk variasi ini prosentase kandungan syn-gas dan laju alir massa syn-

gas selama proses memiliki komposisi yang tepat sehingga visualisasi nyala api

yang dihasilkan berwarna biru.

Dari penelitiannya tersebut dapat disimpulkan untuk mendapatkan hasil gas

gasifikasi yang paling baik diperlukan Air Fuel Ratio yang tepat.