fuel cell pada teknologi pembakaran dalam pltu batubara

30
Tugas PSE Fuel Cell pada Teknologi Pembakaran Pada PLTU Batubara Dosen : Ir. Ishak Kasim MT DISUSUN OLEH : NAMA : GAGAH INDRASMARA A NIM : 062.06.031 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS TRISAKTI JAKARTA

Upload: gagah-indrasmara-agityasaputra-st

Post on 22-Oct-2015

78 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Tulisan ini menjelaskan tentang perkembangan sumber energi fuel cell pada teknologipembakaran pada PLTU Batubara.

TRANSCRIPT

Page 1: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Tugas PSE

Fuel Cell pada Teknologi Pembakaran Pada PLTU Batubara

Dosen : Ir. Ishak Kasim MT

DISUSUN OLEH :

NAMA : GAGAH INDRASMARA A

NIM : 062.06.031

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS TRISAKTI

JAKARTA

Page 2: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

KATA PENGANTAR

Pengembangan energi hidrogen pada saat ini telah mulai digeluti oleh para peneliti di Asia, untuk mengejar ketinggalan teknologi dengan negara-negara maju khususnya dalam bidang energi alternatif (EG&G Services, 2000). Pada saat ini untuk mengukur gas yang dipakai sebagai bahan bakar dalam fuel cell diperlukan akurasi yang tinggi untuk mengukur gas yang bereaksi karena setiap jumlah gas hidrogen yang tidak dipakai dalam stack fuel cell dapat bereaksi dengan panas atau ignition fire yang bisa menyebabkan suatu ledakan yang tidak terlihat. Dengan pengukuran gas, kontrol jumlah transfer massa gas pun harus dilakukan dengan teliti terkait dengan efisiensi energi yang dihasilkan fuel cell. Dengan pengembangan ini maka kegiatan analisa dan aplikasi fuel cell khususnya dalam pengukuran gas dapat dilakukan dengan mudah, cepat, berakurasi tinggi serta murah . Fuel cell adalah generator penghasil listrik yang mereaksikan gas dan oksigen dari udara secara kimiawi. Hasil reaksi yang ada selain listrik adalah panas dan air. Teknologi ini dikenal karena mempunyai keuntungan antara lain karena sifatnya yang ramah lingkungan, tidak bising, tidak menghasilkan emisi gas buang, fleksibel karena daya bisa diatur dalam produksinya, serta menggunakan bahan bakar selain BBM. Tulisan ini menjelaskan tentang perkembangan sumber energi fuel cell pada teknologi pembakaran pada PLTU Batubara.

Page 3: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang

Klasifikasi kualitas batubara secara umum terbagi 2, yaitu pembagian secara ilmiah

dalam hal ini berdasarkan tingkat pembatubaraaan, dan pembagian berdasarkan tujuan

penggunaannya. Berdasarkan urutan pembatubaraannya, batubara terbagi menjadi

batubara muda (brown coal atau lignite), sub bituminus, bituminus, dan antrasit.

Sedangkan berdasarkan tujuan penggunaannya, batubara terbagi menjadi batubara uap

(steam coal), batubara kokas (coking coal atau metallurgical coal), dan antrasit.

Batubara uap merupakan batubara yang skala penggunaannya paling luas.

Berdasarkan metodenya, pemanfataan batubara uap terdiri dari pemanfaatan secara

langsung yaitu batubara yang telah memenuhi spesifikasi tertentu langsung digunakan

setelah melalui proses peremukan (crushing/milling) terlebih dulu seperti pada PLTU

batubara, kemudian pemanfaatan dengan memproses terlebih dulu untuk memudahkan

penanganan (handling) seperti CWM (Coal Water Slurry), COM (Coal Oil Mixture), dan

CCS (Coal Cartridge System), dan selanjutnya pemanfataan melalui proses konversi

seperti gasifikasi dan pencairan batubara

Pada PLTU batubara, bahan bakar yang digunakan adalah batubara uap yang terdiri

dari kelas sub bituminus dan bituminus. Lignit juga mulai mendapat tempat sebagai

bahan bakar pada PLTU belakangan ini, seiring dengan perkembangan teknologi

pembangkitan yang mampu mengakomodasi batubara berkualitas rendah.

Gambar 1.1. Skema pembangkitan listrik pada PLTU batubara

(Sumber: The Coal Resource, 2004)

Page 4: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Pada PLTU, batubara dibakar di boiler menghasilkan panas yang digunakan untuk

mengubah air dalam pipa yang dilewatkan di boiler tersebut menjadi uap, yang

selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin dan memutar generator. Kinerja

pembangkitan listrik pada PLTU sangat ditentukan oleh efisiensi panas pada proses

pembakaran batubara tersebut, karena selain berpengaruh pada efisiensi pembangkitan,

juga dapat menurunkan biaya pembangkitan. Kemudian dari segi lingkungan, diketahui

bahwa jumlah emisi CO2 per satuan kalori dari batubara adalah yang terbanyak bila

dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya, dengan perbandingan untuk batubara,

minyak, dan gas adalah 5:4:3. Sehingga berdasarkan uji coba yang mendapatkan hasil

bahwa kenaikan efisiensi panas sebesar 1% akan dapat menurunkan emisi CO2 sebesar

2,5%, maka efisiensi panas yang meningkat akan dapat mengurangi beban lingkungan

secara signifikan akibat pembakaran batubara.

I.2 Masalah

Teknologi pembakaran (combustion technology) yang efisien di boiler pada sebuah

PLTU dalam upaya peningkatan efisiensi pemanfaatan batubara secara langsung

sekaligus upaya antisipasi isu lingkungan ke depannya.

I.3 Tujuan

Kinerja pembangkitan listrik pada PLTU yang efisiensi panasnya pada proses

pembakaran batubara tersebut, karena selain berpengaruh pada efisiensi pembangkitan,

juga dapat menurunkan biaya pembangkitan.

Page 5: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

BAB II FUEL CELL II.1 Deskripsi Umum : Fuel Cell atau sel bahan bakar adalah sebuah device elektrokimia yang mengubah energi kimia ke energi listrik secara kontinu. Pada sebuah baterai biasa , energi kimia yang diubah oleh sebuah sel adalah tetap. Jika bahan bakar (fuel) dan oksidan di baterai telah habis , maka baterai tersebut harus di ganti atau di isi ulang (charge) . Perbedaan mendasar sebuah sel bahan bakar dengan baterai biasa ditentukan dengan supply bahan bakar (oksidan) ke dalam sel . Pada sel bahan bakar , energi dipasok terus menerus , hal ini tidak ubahnya dengan sebuah mesin yang memerlukan bahan bakar untuk mengubah dari energi kimia menjadi energi mekanik. Sedangkan pada sel bahan bakar , energi yang dihasilkan langsung menjadi energi listrik. Jika elektrolisa dapat menguraikan air menjadi gas hidrogen dan oksigen dengan bantuan trik dan elektroda. Pada fuell cell memasukan gas hidrogen dan oksigen dengan bantuan elektrolit dan elektroda untuk memproduksi tenaga listrik. Distribusi listrik dalam jumlah besar merupakan kesulitan tersendiri terutama untuk daerah yang banyak saluran listrik tegangan tinggi kurang disukai orang karena ada bahaya dan merusak pemandangan. Fuel cell bersama kincir angin dan fotocell merupakan alternatif untuk menyediakan listrik untuk daerah terpencil. Foto cell memelukan matahari, kincir angin memerlukan adanya angin dan berisik, sedang fuell cell memerlukan gas hidrogen. Kelebihan dari FC adalah lebih efisien, tidak berisik, tidak mengeluarkan gas buang kecuali air sehingga tidak menyebabkan polusi. Diagram alir dari FC pada dasarnya dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Diagram alir dari Fuel cell

Untuk fuell cell bahan gas oksigen dapat dari udara sedang gas hidrogen dapat diperoleh dari reaksi reformer dari hidrokarbon yang pada saat ini diperoleh dari pabrik besar. Gas hidrogen mempunyai kesulitan untuk disimpan dan ditransport karena molekul

Page 6: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

yang kecil sehingga sulit untuk dicairkan dan mudah terbakar. Usaha memperoleh hidrogen dengan mudah sedang diusahakan dengan berbagai cara misalnya memperkecil reaktor reformer dengan bahan baku LPG atau gas methane, menguraikan metanol yang dibuat dari pabrik besar tetapi dalam bentuk cair sehingga mudah untuk ditransport. Gas hidrogen dapat juga diperoleh dari methanol setelah diuraikan menjadi gas CO dan hidrogen, kemudian gas CO dioksidasi menjadi CO2 dan air. Macam bahan bakar lain seperti methan, minyak diesel dapat dipergunakan langsung untuk beberapa jenis fuel cell. Ion yang bemigrasi dapat sebagai hidrogen, oksigen atau hidroksida. Sedang elektrolit dapat berupa membrane plastik, garam karbonat cair, lapisan oksida keramik, larutan alkali, asam phospat. Elektroda biasanya dari logam platina, nikel. II.2. Pengoperasian Sel Bahan Bakar Pada prinsipnya sebuah sel bahan bakar bekerja dengan prinsip diatas. Dua buah elektrode karbon yang tercelup dalam larutan elektrolit (dalam hal ini asam) dan dipisahkan dengan sebuah pemisah gas. Bahan bakar , dalam hal ini hidrogen , di gelembungkan melewati permukaan satu elektrode melewati elektrode lainnya. Ketika kedua elektrode yang secara listrik dihubungkan dengan beban luar , beberapa hal terjadi yaitu:

A. Hidrogen menempel pada permukaan katalitik elektrode , membentuk ion ion hidrogen dan elektron elektron.

B. Ion ion hidrogen (H+) migrasi melewati elektrolit dan pemisah gas ke permukaan katalitik elektrode oksigen

C. Secara simultan, elektron elektron bergerak melewati lintasan luar (external circuit) pada permukaan katalitik yang sama

D. Oksigen, ion ion hidrogen , dan elektron bersatu pada permukaan elektrode membentuk air (H2O)

Mekanisme reaksi pada sel bahan bakar ini (elektrolit asam dan basa) dapat dilihat pada tabel berikut : Elektrolit Asam Elektrolit Basa 2H2O + 2e → 2H+ + 2e H2 + 2 OH- → Anode H2

– 2 OH- → H2O ½ O2 + 2e + H2O → Katode ½ O2 + 2H+ + 2e H2O→ H2O H2 + ½ O2 → Total Reaksi H2 + ½ O2 Perbedaan mendasar pada secara elektrokimia adalah , konduktor dalam larutan asam adalah ion hidrogen (H+) dan (OH-) atau ion hidroksil dalam elektrolit basa. Pada elektrolit asam , air dihasilkan di katode sedangkan pada sel bahan bakar jenis basa air di hasilkan di anode.

Page 7: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Relek II.3 Edan karbpad II.3 MKOhidranoyanmeranosangKesbahtimbpaddipe

Reaksi totaktrokimia ba

3. Diagram

Elektrode djenis fuel

bonat cair (at (SOFC).

3.1 AFC, al

MemerlukanH atau kaliroksil (OH-de kemudiag dapat mreaksikan gde melalu dgat bergunasulitan dari an bakar yabul endapana tahun 195ergunakan o

1: Hydroge

al yang dihahan bakar

Konstruks

dan elektroll cell. Pad

(MCFC), A

lkali fuel ce

n bahan baium hidroks-) bermigraan bereaksimembangkitgas oksigendifusi kedala jika cell cell ini ad

ang murni n putih. Ke59, kekuataoleh NASA

Gamen 2:Electron

hasilkan adsecara teori

si Fuel Cell

it yang dipa saat ini sam posfat

ell

aku gas hidsida, dan di

asi dari kato dengan iontkan listrik

n dengan ailam elektroini dipergu

dalah mempkarena kala

eberhasilan an 15,000 w

untuk misi

mbar 2.2 Dn flow 3:Ch

8:Wa

dalah air ditis akan me

l

pergunakan dikenal be(PAFC), m

drogen dan ioperasikanode menujun OH- menk. Elektronir membent

olit. Efisiensunakan untupergunakan au ada gas diawali den

watt dan berApolo ke b

iagram dariharge 4:Oxyater 9:Hydro

dan energienghasilkan

bermacam-erbagai macmembran pem

oksigen sen pada suhuu anoda. Senjadi air ben menuju tuk ion hidsi dari prosuk keperlua

elektrode CO2 akan

ngan penggrat traktor 1bulan pada t

i alkaline Fuygen 5:Cathoxyl Ions

i. Reaksi dn 26.8 Ah D

-macam tergcam fuel cmindah pro

ebagai bahau 150-200 oCedang gas hersih dan m

katode dipdroksil yanges ini adala

an penerbandari platinamerusak e

gunaan pad1500 kg. Tetahun 1960-

uel Cell hode 6:Elect

dari satu eC

gantung daell: Alkali

oton (PEM)

an bakar, eC. Pada selhidrogen be

melepaskan epergunakang akan menah 70%. Aingan luar aa dan mem

elektrolit KOda traktor peknologi ini-an.

trolyte 7:An

ekivalen

ari nama (AFC),

, oksida

lektrolit l ini ion erada di elektron n untuk nuju ke ir bersih angkasa.

merlukan OH dan ertanian i pernah

node

Page 8: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

II.3.2 MCFC, molten carbonate fuel cell Diawali dengan riset di Swiss pada tahun 1930, mempergunakan garam karbonat cair sebagai elektrolit pada suhu 650 oC, ion CO3 mengalir dari katode menuju anoda. Pada anoda gas hidrogen bereaksi dengan ion tersebut dan memperoleh air, CO2 dan elektron. Elektron menuju katode dengan memberikan tenaga listrik. Karbon dioksida pada anoda direaksikan dengan oksigen dengan adanya elektron akan memperoleh ion CO3= yang akan dikembalikan kedalam fuell cell. Mempunyai kelebihan lebih tahan tehadap gas CO dibanding dengan FC pada suhu rendah, mempergunakan katode nikel yang lebih murah dibanding platina. Efisiennsi 60% dan dapat menjadi 80% jika memanfaatkan panas yang ada. Kesulitan adalah adanya elektrolit cair dan adanya pemberiasn kompensasi kehilangan ion CO3. Kapasitas terbesar tahun 1996-97, 2 MW di Santa Clara, California yang disponsori oleh departemen enerji USA.

Gambar 2.3 Diagram dari Molten Carbonated Fuel Cell

Page 9: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

II.3.3 PAFC, phosphoric acid fuel cell Dimulai agak terlambat pada tahun 1961, mempergunakan elektrolit asam posfat, dioperasikan pada suhu 150-200 oC dan mempergunakan platina sebagai elektroda. Gas hidrogen yang dimasukan pada anode dirubah menjadi ioan dan dipindahkan menuju katode melalui elektrolit. Elektron yang dibangkitkan pada anode melalui sirkuit dipergunakan sebagai pembangkit listrik kemudian dialirkan menuju katoda. Kelebihan dari cell ini karena dioperasikan pada suhu hingga 200 oC, sehingga kurang sensitif terhadap gas CO, dapat diopersikan dengan kadar gas CO 1,5%. Kerugiannya karena mempergunakan elektrolit asam maka seluruh bahan konstruksi harus tahan asam. Efisiensi dapat mencapai 40-50%, jika panas dimanfaatkan dapat menjadi 80%. Kapasitas terbesar terpasang 200 kW Yonkers waste treatment plant, di New York. Pada tahun 1997. Penggunaan untuk bis transportasi 100 kW di Georgetown yang disponsori oleh departemen Transportasi pada tahun 1998.

Gambar 2.4 Diagram dari Posphoric Acid Fuel Cell

Page 10: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

II.3.4 SOFC, solid oxide fuel cell Dimulai dari riset Baur dan Preis dari Swiss pada tahun 1930-an, mempergunakan elektrolit keramik atau oksida padat yang dioperasikan pada suhu 1000 oC. Elektrolit berupa Zirconium yttrium, cerium, lanthanum, tungsten. Popular dengan komposisi Ziconium dan Calsium Oksida yang membentuk lapisan kristal pada permukan elektroda yang berpori. Oksigen yang bermuatan negatif bermigrasi melalui lapisan kristal menuju anoda yang akan mengoksidasi bahan bakar yang mengandung hidrogen pada anoda. Elektron dibangkitkan dari anode menuju katode dipergunakan sebagai tenaga listrik dengan efisiensi 60%. Keuntungan dari cell ini dapat dipergunakan bahan bakar selain hidrogen. Kapasitas terbesar dipasang pada tahun 2000, sebagai riset dari departemen enerji USA bersama Siemen Westinghouse di California selatan sebesar 250 kw, mempergunakan gas alam sebagai bahan bakar. Perusahaan lain Global Thermoelectric's Fuel CellGlobal Thermoelectric's Fuel Cell di Jerman mempunyai kapasitas 10 kw dengan bahan bakar minyak diesel.

Gambar 2.5 Diagram dari Solid Oxide Fuel Cell Fuel cell dengan SOFC tidak memerlukan hidrogen untuk bekerja.

Page 11: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

II.3.5 PEM, proton exchange fuel cell Dimulai dari penemuan oleh GE pada tahun 1960 bekerja sama dengan angkatan laut. Mempergunakan membran plastik tipis sebagai elektrolit, dioperasikan pada suhu 80 oC, untuk mempercepat reaksi dipergunakan katalis platina pada kedua sisi membran. Gas hidrogen melepaskan elektron dengan cara ionisasi pada katalis di anoda kemudian proton yang bermuatan positip menuju katoda dengan menembus membran tipis yang berpori. Sementara itu elektron melalui sirkuit luar mengalir kearah katoda dan dipergunakan sebagai sumber tenaga listrik. Pada katoda elektron, ion hidrogen dan oksigen bereaksi membentuk air dan sedikit panas. Effisiensi dari proses ini mencapai 40-50%. Membran harus dapat mengalirkan proton dan menahan elektro dan gas yang lebih berat. Kemajuan terbesar dari penggunaan PEM dilakukan oleh perusahaan Plug Power pada tahun 1998 yang mempergunakan PEM untuk memproduksi listrik dengan kapasitas rumah tangga yaitu 5 kw.

Gambar 2.6 Diagram dari Proton Exchange Fuel Cell PEM mempunyai berbagai kelebihan misalnya dioperasikan pada suhu rendah, mempergunakan elektrolit didalam membrane polimer sehingga tipis dan dapat dengan mudah untuk transportasi. Kesulitan dari jenis ini adalah: mempergunakan gas hidrogen sebagai bahan bakar yang sulit untuk ditransportasi, mempergunakan elektroda platina yang berharga mahal. Membrane yang sering digunakan dari jenis polimer PS, PEEK, PBI, PPS, PTFE yang tersulfonasi mempunyai ketebalan antara 125-250 mm. Kegagalan penggunaan PS pada penerbangan ruang angkasa GEMINI disebabkan karena adanya reaksi dengan senyawa radikal HO2, yang kemudian banyak digunakan polimer dari jenis PTFE seperti Nafion, Flemion, Aciplex, Gore-Select dan lainnya. Pada dasrnya membrane harus memenuhi beberapa persyaratan untuk dapat dipergunakan pada PEM seperti konduktifitas 10-2 – 10-1 S cm -1, kuat, tahan panas, dapat menyerap air diatas 15 H2O/-SO3H.

Page 12: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Untuk lebih ekonomis membrane harus dari bahan murah, konduktifitas tinggi diatas suhu 100 oC dan dibawah 0oC, dapat menyerap air walaupun suhu diatas 100 oC dan dapat tahan untuk dipergunakan lebih dari 10 tahun.

Page 13: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Bab III Teknologi Pembakaran pada PLTU Begitu banyaknya manfaat dari fuel cell terhadap pengembangan sumber energi baru. Maka dengan ini saya hanya akan menjelaskan tentang SOFC, solid oxide fuel cell terhadap teknologi pembakaran pada PLTU batu bara. III. 1 Metode Pembakaran Batubara di PLTU Pada dasarnya metode pembakaran pada PLTU terbagi 3, yaitu pembakaran lapisan tetap (fixed bed combustion), pembakaran batubara serbuk (pulverized coal combustion /PCC), dan pembakaran lapisan mengambang (fluidized bed combustion / FBC). Gambar 3.1 di bawah ini menampilkan jenis – jenis boiler yang digunakan untuk masing – masing metode pembakaran.

Gambar 3.1. Tipikal boiler berdasarkan metode pembakaran

(Sumber: Idemitsu Kosan Co., Ltd)

III.1.1 Pembakaran Lapisan Tetap

Metode lapisan tetap menggunakan stoker boiler untuk proses pembakarannya. Sebagai bahan bakarnya adalah batubara dengan kadar abu yang tidak terlalu rendah dan berukuran maksimum sekitar 30mm. Selain itu, karena adanya pembatasan sebaran ukuran butiran batubara yang digunakan, maka perlu dilakukan pengurangan jumlah fine coal yang ikut tercampur ke dalam batubara tersebut. Alasan tidak digunakannya batubara dengan kadar abu yang terlalu rendah adalah karena pada metode pembakaran ini, batubara dibakar di atas lapisan abu tebal yang terbentuk di atas kisi api (traveling fire grate) pada stoker boiler. Bila kadar abunya sangat sedikit, lapisan abu tidak akan terbentuk di atas kisi tersebut sehingga pembakaran akan langsung terjadi pada kisi, yang dapat menyebabkan kerusakan yang parah pada bagian tersebut. Oleh karena itu, kadar abu batubara yang disukai untuk tipe boiler ini adalah sekitar 10 – 15%. Adapun tebal minimum lapisan abu yang diperlukan untuk pembakaran adalah 5cm.

Page 14: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Gambar 3.2 Stoker Boiler

(Sumber: Idemitsu Kosan Co., Ltd)

Pada pembakaran dengan stoker ini, abu hasil pembakaran berupa fly ash jumlahnya sedikit, hanya sekitar 30% dari keseluruhan. Kemudian dengan upaya seperti pembakaran NOx dua tingkat, kadar NOx dapat diturunkan hingga sekitar 250 – 300 ppm. Sedangkan untuk menurunkan SOx, masih diperlukan tambahan fasilitas berupa alat desulfurisasi gas buang.

III.1.2 Pembakaran Batubara Serbuk (Pulverized Coal Combustion/PCC)

Saat ini, kebanyakan PLTU terutama yang berkapasitas besar masih menggunakan metode PCC pada pembakaran bahan bakarnya. Hal ini karena sistem PCC merupakan teknologi yang sudah terbukti dan memiliki tingkat kehandalan yang tinggi. Upaya perbaikan kinerja PLTU ini terutama dilakukan dengan meningkatkan suhu dan tekanan dari uap yang dihasilkan selama proses pembakaran. Perkembangannya dimulai dari sub critical steam, kemudian super critical steam, serta ultra super critical steam (USC). Sebagai contoh PLTU yang menggunakan teknologi USC adalah pembangkit no. 1 dan 2 milik J-Power di teluk Tachibana, Jepang, yang boilernya masing – masing berkapasitas 1050 MW buatan Babcock Hitachi. Tekanan uap yang dihasilkan adalah sebesar 25 MPa (254.93 kgf/cm2) dan suhunya mencapai 6000/6100 (1 stage reheat cycle). Perkembangan kondisi uap dan grafik peningkatan efisiensi pembangkitan pada PCC ditunjukkan pada gambar 3.3 di bawah ini.

Page 15: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Gambar 3.3. Perkembangan kondisi uap PLTU

(Sumber: Clean Coal Technologies in Japan, 2005)

Pada PCC, batubara diremuk dulu dengan menggunakan coal pulverizer (coal mill) sampai berukuran 200 mesh (diameter 74μm), kemudian bersama – sama dengan udara pembakaran disemprotkan ke boiler untuk dibakar. Pembakaran metode ini sensitif terhadap kualitas batubara yang digunakan, terutama sifat ketergerusan (grindability), sifat slagging, sifat fauling, dan kadar air (moisture content). Batubara yang disukai untuk boiler PCC adalah yang memiliki sifat ketergerusan dengan HGI (Hardgrove Grindability Index) di atas 40 dan kadar air kurang dari 30%, serta rasio bahan bakar (fuel ratio) kurang dari 2. Pembakaran dengan metode PCC ini akan menghasilkan abu yang terdiri diri dari clinker ash sebanyak 15% dan sisanya berupa fly ash.

Gambar 3.4. PCC Boiler

(Sumber: Idemitsu Kosan Co., Ltd)

Page 16: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Ketika dilakukan pembakaran, senyawa Nitrogen yang ada di dalam batubara akan beroksidasi membentuk NOx yang disebut dengan fuel NOx, sedangkan Nitrogen pada udara pembakaran akan mengalami oksidasi suhu tinggi membentuk NOx pula yang disebut dengan thermal NOx. Pada total emisi NOx dalam gas buang, kandungan fuel NOx mencapai 80 – 90%. Untuk mengatasi NOx ini, dilakukan tindakan denitrasi (de-NOx) di boiler saat proses pembakaran berlangsung, dengan memanfaatkan sifat reduksi NOx dalam batubara.

Gambar 3.5. Proses denitrasi pada boiler PCC

(Sumber: Coal Science Handbook, 2005)

Pada proses pembakaran tersebut, kecepatan injeksi campuran batubara serbuk dan udara ke dalam boiler dikurangi sehingga pengapian bahan bakar dan pembakaran juga melambat. Hal ini dapat menurunkan suhu pembakaran, yang berakibat pada menurunnya kadar thermal NOx.

Selain itu, sebagaimana terlihat pada gambar 3.5 di atas, bahan bakar tidak semuanya dimasukkan ke zona pembakaran utama, tapi sebagian dimasukkan ke bagian di sebelah atas burner utama. NOx yang dihasilkan dari pembakara utama selanjutnya dibakar melalui 2 tingkat. Di zona reduksi yang merupakan pembakaran tingkat pertama atau disebut pula pembakaran reduksi (reducing combustion), kandungan Nitrogen dalam bahan bakar akan diubah menjadi N2. Selanjutnya, dilakukan pembakaran tingkat kedua atau pembakaran oksidasi (oxidizing combustion), berupa pembakaran sempurna di zona pembakaran sempurna. Dengan tindakan ini, NOx dalam gas buang dapat ditekan hingga mencapai 150 – 200 ppm. Sedangkan untuk desulfurisasi masih memerlukan peralatan tambahan yaitu alat desulfurisasi gas buang.

Page 17: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

III.1.3 Pembakaran Lapisan Mengambang (Fluidized Bed Combustion/FBC)

Pada pembakaran dengan metode FBC, batubara diremuk terlebih dulu dengan menggunakan crusher sampai berukuran maksimum 25mm. Tidak seperti pembakaran menggunakan stoker yang menempatkan batubara di atas kisi api selama pembakaran atau metode PCC yang menyemprotkan campuran batubara dan udara pada saat pembakaran, butiran batubara dijaga agar dalam posisi mengambang, dengan cara melewatkan angin berkecepatan tertentu dari bagian bawah boiler. Keseimbangan antara gaya dorong ke atas dari angin dan gaya gravitasi akan menjaga butiran batubara tetap dalam posisi mengambang sehingga membentuk lapisan seperti fluida yang selalu bergerak. Kondisi ini akan menyebabkan pembakaran bahan bakar yang lebih sempurna karena posisi batubara selalu berubah sehingga sirkulasi udara dapat berjalan dengan baik dan mencukupi untuk proses pembakaran.

Karena sifat pembakaran yang demikian, maka persyaratan spesifikasi bahan bakar yang akan digunakan untuk FBC tidaklah seketat pada metode pembakaran yang lain. Secara umum, tidak ada pembatasan yang khusus untuk kadar zat terbang (volatile matter), rasio bahan bakar (fuel ratio) dan kadar abu. Bahkan semua jenis batubara termasuk peringkat rendah sekalipun dapat dibakar dengan baik menggunakan metode FBC ini. Hanya saja ketika batubara akan dimasukkan ke boiler, kadar air yang menempel di permukaannya (free moisture) diharapkan tidak lebih dari 4%. Selain kelebihan di atas, nilai tambah dari metode FBC adalah alat peremuk batubara yang dipakai tidak terlalu rumit, serta ukuran boiler dapat diperkecil dan dibuat kompak.

Bila suhu pembakaran pada PCC adalah sekitar 1400 – 1500˚, maka pada FBC, suhu pembakaran berkisar antara 850 – 900˚ saja sehingga kadar thermal NOx yang timbul dapat ditekan. Selain itu, dengan mekanisme pembakaran 2 tingkat seperti pada PCC, kadar NOx total dapat lebih dikurangi lagi.

Kemudian, bila alat desulfurisasi masih diperlukan untuk penanganan SOx pada metode pembakaran tetap dan PCC, maka pada FBC, desulfurisasi dapat terjadi bersamaan dengan proses pembakaran di boiler. Hal ini dilakukan dengan cara mencampur batu kapur (lime stone, CaCO3) dan batubara kemudian secara bersamaan dimasukkan ke boiler. SOx yang dihasilkan selama proses pembakaran, akan bereaksi dengan kapur membentuk gipsum (kalsium sulfat). Selain untuk proses desulfurisasi, batu kapur juga berfungsi sebagai media untuk fluidized bed karena sifatnya yang lunak sehingga pipa pemanas (heat exchanger tube) yang terpasang di dalam boiler tidak mudah aus.

Page 18: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Gambar 3.6. Tipikal boiler FBC

(Sumber: Coal Science Handbook, 2005)

Berdasarkan mekanisme kerja pembakaran, metode FBC terbagi 2 yaitu Bubbling FBC dan Circulating FBC (CFBC), seperti ditampilkan pada gambar 3.6 di atas. Dapat dikatakan bahwa Bubbling FBC merupakan prinsip dasar FBC, sedangkan CFBC merupakan pengembangannya.

Pada CFBC, terdapat alat lain yang terpasang pada boiler yaitu cyclone suhu tinggi. Partikel media fluidized bed yang belum bereaksi dan batubara yang belum terbakar yang ikut terbang bersama aliran gas buang akan dipisahkan di cyclone ini untuk kemudian dialirkan kembali ke boiler. Melalui proses sirkulasi ini, ketinggian fluidized bed dapat terjaga, proses denitrasi dapat berlangsung lebih optimal, dan efisiensi pembakaran yang lebih tinggi dapat tercapai. Oleh karena itu, selain batubara berkualitas rendah, material seperti biomasa, sludge, plastik bekas, dan ban bekas dapat pula digunakan sebagai bahan bakar pada CFBC. Adapun abu sisa pembakaran hampir semuanya berupa fly ash yang mengalir bersama gas buang, dan akan ditangkap lebih dulu dengan menggunakan Electric Precipitator sebelum gas buang keluar ke cerobong asap (stack).

Gambar 3.7. CFBC Boiler

(Sumber: Idemitsu Kosan Co., Ltd)

Page 19: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Pada FBC, bila tekanan di dalam boiler sama dengan tekanan udara luar, disebut dengan Atmospheric FBC (AFBC), sedangkan bila tekanannya lebih tinggi dari pada tekanan udara luar, sekitar 1 MPa, disebut dengan Pressurized FBC (PFBC).

Faktor tekanan udara pembakaran memberikan pengaruh terhadap perkembangan teknologi FBC ini. Untuk Bubbling FBC berkembang dari PFBC menjadi Advanced PFBC (A-PFBC), sedangkan untuk CFBC selanjutnya berkembang menjadi Internal CFBC (ICFBC) dan kemudian Pressurized ICFBC (PICFBC).

III.1.3.1 PFBC

Pada PFBC, selain dihasilkan panas yang digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk memutar turbin uap, dihasilkan pula gas hasil pembakaran yang memiliki tekanan tinggi yang dapat memutar turbin gas, sehingga PLTU yang menggunakan PFBC memiliki efisiensi pembangkitan yang lebih baik dibandingkan dengan AFBC karena mekanisme kombinasi (combined cycle) ini. Nilai efisiensi bruto pembangkitan (gross efficiency) dapat mencapai 43%.

Sesuai dengan prinsip pembakaran pada FBC, SOx yang dihasilkan pada PFBC dapat ditekan dengan mekanisme desulfurisasi bersamaan dengan pembakaran di dalam boiler, sedangkan NOx dapat ditekan dengan pembakaran pada suhu relatif rendah (sekitar 860˚) dan pembakaran 2 tingkat. Karena gas hasil pembakaran masih dimanfaatkan lagi dengan mengalirkannya ke turbin gas, maka abu pembakaran yang ikut mengalir keluar bersama dengan gas tersebut perlu dihilangkan lebih dulu. Pemakaian CTF (Ceramic Tube Filter) dapat menangkap abu ini secara efektif. Kondisi bertekanan yang menghasilkan pembakaran yang lebih baik ini secara otomatis akan menurunkan kadar emisi CO2 sehingga dapat mengurangi beban lingkungan.

Gambar 3.8. Prinsip kerja PFBC

(Sumber: Coal Note, 2001)

Page 20: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Untuk lebih meningkatkan efisiensi panas, unit gasifikasi sebagian (partial gasifier) yang menggunakan teknologi gasifikasi lapisan mengambang (fluidized bed gasification) kemudian ditambahkan pada unit PFBC. Dengan kombinasi teknologi gasifikasi ini maka upaya peningkatan suhu gas pada pintu masuk (inlet) turbin gas memungkinkan untuk dilakukan.

Pada proses gasifikasi di partial gasifier tersebut, konversi karbon yang dicapai adalah sekitar 85%. Nilai ini dapat ditingkatkan menjadi 100% melalui kombinasi dengan pengoksidasi (oxidizer). Pengembangan lebih lanjut dari PFBC ini dinamakan dengan Advanced PFBC (A-PFBC), yang prinsip kerjanya ditampilkan pada gambar 10 di bawah ini. Efisiensi netto pembangkitan (net efficiency) yang dihasilkan pada A-PFBC ini sangat tinggi, dapat mencapai 46%.

Gambar 3.9. Prinsip kerja A-PFBC

(Sumber: Coal Science Handbook, 2005)

Page 21: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

III.1.3.2 ICFBC

Penampang boiler ICFBC ditampilkan pada gambar 3.10 di bawah ini.

Gambar 3.10. Penampang boiler ICFBC

(Sumber: Coal Note, 2001)

Seperti terlihat pada gambar, ruang pembakaran utama (primary combustion chamber) dan ruang pengambilan panas (heat recovery chamber) dipisahkan oleh dinding penghalang yang terpasang miring. Kemudian, karena pipa pemanas (heat exchange tube) tidak terpasang langsung pada ruang pembakaran utama, maka tidak ada kekhawatiran terhadap keausan pipa sehingga pasir silika digunakan sebagai pengganti batu kapur untuk media FBC. Batu kapur masih tetap digunakan sebagai bahan pereduksi SOx, hanya jumlahnya ditekan sesuai dengan keperluan saja.

Di bagian bawah ruang pembakaran utama terpasang windbox untuk mengalirkan angin ke boiler, dimana angin bervolume kecil dialirkan melalui bagian tengah untuk menciptakan lapisan bergerak (moving bed) yang lemah, dan angin bervolume besar dialirkan melewati kedua sisi windbox tersebut untuk menimbulkan lapisan bergerak yang kuat. Dengan demikian maka pada bagian tengah ruang pembakaran utama akan terbentuk lapisan bergerak yang turun secara perlahan, sedangkan pada kedua sisi ruang tersebut, media FBC akan terangkat kuat ke atas menuju ke bagian tengah ruang pembakaran utama dan kemudian turun perlahan – lahan, dan kemudian terangkat lagi oleh angin bervolume besar dari windbox. Proses ini akan menciptakan aliran berbentuk spiral (spiral flow) yang terjadi secara kontinyu pada ruang pembakaran utama. Mekanisme aliran spiral dari media FBC ini dapat menjaga suhu lapisan mengambang supaya seragam. Selain itu, karena aliran tersebut bergerak dengan sangat dinamis, maka pembuangan material yang tidak terbakar juga lebih mudah.

Kemudian, ketika media FBC yang terangkat kuat tersebut sampai di bagian atas dinding penghalang, sebagian akan berbalik menuju ke ruang pengambilan panas. Karena

Page 22: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

pada ruang pengambilan panas tersebut juga dialirkan angin dari bagian bawah, maka pada ruang tersebut akan terbentuk lapisan bergerak yang turun perlahan juga. Akibatnya, media FBC akan mengalir dari ruang pembakaran utama menuju ke ruang pengambilan panas kemudian kembali lagi ke ruang pembakaran utama, membentuk aliran sirkulasi (circulating flow) di antara kedua ruang tersebut. Menggunakan pipa pemanas yang terpasang pada ruang pengambilan panas, panas dari ruang pembakaran utama diambil melalui mekanisme aliran sirkulasi tadi.

Secara umum, perubahan volume angin yang dialirkan ke ruang pengambilan panas berbanding lurus dengan koefisien hantar panas secara keseluruhan. Dengan demikian maka hanya dengan mengatur volume angin tersebut, tingkat keterambilan panas serta suhu pada lapisan mengambang dapat dikontrol dengan baik, sehingga pengaturan beban dapat dilakukan dengan mudah pula.

Untuk lebih meningkatkan kinerja pembangkitan, proses pada ICFBC kemudian diberi tekanan dengan cara memasukkan unit ICFBC ke dalam wadah bertekanan (pressurized vessel), yang selanjutnya disebut dengan Pressurized ICFBC (PICFBC). Dengan mekanisme ini maka selain uap air, akan dihasilkan pula gas hasil pembakaran bertekanan tinggi yang dapat digunakan untuk memutar turbin gas sehingga pembangkitan secara kombinasi (combined cycle) dapat diwujudkan.

III.1.3.2.1 Pembangkitan Kombinasi Dengan Gasifikasi Batubara

Peningkatan efisiensi pembangkitan dengan mekanisme kombinasi melalui pemanfaatan gas sintetis hasil proses gasifikasi seperti pada A-PFBC, selanjutnya mengarahkan teknologi pembangkitan untuk lebih mengintensifkan penggunaan teknologi gasifikasi batubara ke dalam sistem pembangkitan. Upaya ini akhirnya menghasilkan sistem pembangkitan yang disebut dengan Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC).

Karena tulisan ini hanya membahas perkembangan teknologi pembangkitan listrik, maka penjelasan tentang bagaimana proses gasifikasi batubara berlangsung tidak akan diterangkan disini.

III.1.3.2.1.1 IGCC

Garis besar diagram alir pembangkit listrik sistem IGCC ditampilkan pada gambar 3.11 di bawah ini.

Page 23: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Gambar 3.11. Tipikal IGCC

(Sumber: Clean Coal Technologies in Japan, 2005)

Seperti terlihat pada gambar, pada sistem ini terdapat alat gasifikasi (gasifier) yang digunakan untuk menghasilkan gas, umumnya bertipe entrained flow. Yang tersedia di pasaran saat ini untuk tipe tersebut misalnya Chevron Texaco (lisensinya sekarang dimiliki GE Energy), E-Gas ( lisensinya dulu dimiliki Dow, kemudian Destec, dan terakhir Conoco Phillips ), dan Shell. Prinsip kerja ketiga alat tersebut adalah sama, yaitu batubara dan oksigen berkadar tinggi dimasukkan kedalamnya kemudian dilakukan reaksi berupa oksidasi sebagian (partial oxidation) untuk menghasilkan gas sintetis (syngas), yang 85% lebih komposisinya terdiri dari H2 dan CO. Karena reaksi berlangsung pada suhu tinggi, abu pada batubara akan melebur dan membentuk slag dalam kondisi meleleh (glassy slag). Adapun panas yang ditimbulkan oleh proses gasifikasi dapat digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi, yang selanjutnya dialirkan ke turbin uap.

Oksigen yang digunakan untuk proses gasifikasi dihasilkan dari fasilitas Air Separation Unit (ASU). Unit ini berfungsi untuk memisahkan oksigen dari udara melalui mekanisme cryogenic separation, menghasilkan oksigen berkadar sekitar 95%. Selain oksigen, pada ASU juga dihasilkan nitrogen yang digunakan sebagai media inert untuk feeding batubara ke gasifier, selain dapat pula digunakan untuk menurunkan suhu pada combustor sehingga emisi NOx dapat terkontrol.

Pada gas sintetis, selain H2 dan CO juga dihasilkan unsur lain yang tidak ramah lingkungan seperti HCN, H2S, NH3, COS, uap air raksa, dan char. Oleh karena itu, gas harus diproses terlebih dulu untuk menghilangkan bagian tersebut sebelum dikirim ke turbin gas. Gas buang dari turbin gas kemudian mengalir ke Heat Recovery Steam Generator (HRSG) yang berfungsi mengubah panas dari gas tersebut menjadi uap air, yang selanjutnya dialirkan menuju turbin uap. Dengan mekanisme seperti ini, efisiensi netto pembangkitan yang dihasilkan juga jauh melebihi pembangkitan pada sistem biasa (PCC) yang saat ini mendominasi. Selain efisiensi pembangkitan, kelebihan lain IGCC adalah sangat rendahnya kadar emisi polutan yang dihasilkan, fleksibilitas bahan bakar yang dapat digunakan, penggunaan air yang 30-40% lebih rendah dibanding PLTU konvensional (PCC), tingkat penangkapan CO2 yang signifikan, slag yang dapat dimanfaatkan untuk material pekerjaan konstruksi, dan lain – lain.

Page 24: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Sebagai contoh adalah Nuon IGCC yang terletak di Buggenum, Belanda, berkapasitas 250MW. Pembangkit ini menghasilkan efisiensi netto sebesar 43% (Low Heating Value), dengan performansi baku mutu lingkungan yang sangat bagus. Emisi NOx yang dihasilkan sangat rendah yaitu kurang dari 10 ppm, kemudian efisiensi pembuangan sulfur di atas 99%, tingkat emisi flyash, senyawa klorida dan logam berat mudah menguap yang bisa dibilang nol, serta air limbah yang bisa diresirkulasi kembali sehingga tidak ada buangan air limbah ke lingkungan.

Di samping kelebihan tersebut, terdapat pula kelemahan pada sistem IGCC yang dikembangkan saat ini, misalnya, besarnya kapasitas pembangkitan yang ditentukan berdasarkan banyaknya unit dan model turbin gas yang akan digunakan. Contohnya untuk turbin gas GE Frame 7FA yang berkapasitas 275MW. Apabila IGCC akan dioperasikan dengan kapasitas pembangkitan 275MW, berarti cukup 1 unit yang dipasang. Bila 2 unit yang akan digunakan, berarti kapasitas pembangkitan menjadi 550MW, dan bila 3 unit maka akan menjadi 825MW. Kemudian bila kapasitas pembangkitan yang diinginkan adalah di bawah 200MW, maka model yang dipakai bukan lagi GE Frame 7FA, tapi GE 7FA yang berkapasitas 197MW. Demikian pula bila menghendaki kapasitas pembangkitan yang lebih kecil lagi, maka GE 6FA yang berkapasitas 85MW dapat digunakan.

Dengan kombinasi antara model dan banyaknya unit turbin gas yang akan digunakan ini, selain akan membatasi kapasitas pembangkitan pada IGCC, sebenarnya juga akan mempersempit rentang operasi. Misalnya ketika akan menurunkan beban pada saat operasi puncak, hal itu mesti dilakukan dengan menurunkan beban pada turbin gas. Penurunan beban turbin gas ini otomatis akan menurunkan efisiensi pembangkitan dan akibat yang kurang baik pada emisi polutan yang dihasilkan. Kelemahan lain yang perlu dicermati dari sistem IGCC saat ini adalah ongkos pembangkitan per kW dan operation & maintenance (O & M) yang lebih mahal, serta availability factor (AF) yang lebih rendah dibanding PCC.

Sejarah IGCC dimulai pada tahun 1970 ketika perusahaan STEAG dari Jerman Barat mengembangan IGCC berkapasitas 170MW. Jauh setelahnya, proyek demonstration plant IGCC bernama Cool Water diluncurkan di AS pada tahun 1984, yang mengoperasikan IGCC berkapasitas 120MW sampai dengan tahun 1989. Sampai tulisan ini dibuat, sebenarnya belum ada unit IGCC yang murni komersial. Penyebab utamanya adalah investasi pembangunannya yang besar, serta teknologi IGCC yang belum terbukti. Teknologi IGCC disini maksudnya adalah rangkaian proses dari keseluruhan bangunan (building block) yang membentuk sistem IGCC utuh. Hal ini perlu ditekankan karena teknologi dari masing – masing unit pada IGCC misalnya gasifier, HRSG, turbin gas, turbin uap, dan yang lainnya merupakan teknologi yang sudah terbukti. Selama perkembangan yang berlangsung sekitar 20 tahun lebih sejak proyek Cool Water, unit IGCC yang beroperasi secara komersial saat ini baik di AS maupun di Eropa pada awalnya berstatus demonstration plant. Contoh beberapa plant IGCC tersebut adalah

1. Tampa Electric Polk 250MW IGCC Power Station, terletak di Florida, AS. IGCC ini beroperasi sejak September 1996 dibawah proyek Tampa, menggunakan gasifier dari

Page 25: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Chevron Texaco (sekarang GE Energy). Bahan bakar yang digunakan adalah batubara dan petroleum coke (petcoke). Masalah yang dihadapi adalah lebih rendahnya tingkat konversi karbon dibandingkan dengan nilai yang direncanakan. Pernah pula terjadi fauling pada gas cooler.

2. Wabash River 260MW IGCC Power Station, terletak di Indiana, AS. Beroperasi sejak September 1995 dibawah proyek Wabash River, pembangkit ini menggunakan teknologi gasifikasi dari Global Energy (saat ini bagian dari Conoco Phillips). Sejak berakhirnya proyek dari Departemen Energi AS (DOE) pada tahun 2001, bahan bakar yang digunakan adalah petcoke 100%.

3. Nuon 250MW IGCC Power Station, terletak di Buggenum, Belanda. IGCC ini bermula dari proyek Demkolec yang dimulai pada bulan Januari 1994. Teknologi yang digunakan adalah dari Shell, yang bahan bakarnya adalah batubara dicampur dengan biomassa (sludge dan sampah kayu) untuk lebih mengurangi emisi CO2. Masalah yang pernah terjadi adalah kebocoran pipa gas cooler dan timbulnya fauling pada gas cooler ketika campuran sludge sekitar 4-5%.

Gambar 3.12 Nuon IGCC, Buggenum

(Sumber: Thomas Chhoa, Shell Gas & Power, 2005)

4. Elcogas 300MW IGCC Power Station, terletak di Puertollano, Spanyol. Pembangkit IGCC ini beroperasi sejak Juni 1996 dibawah proyek Puertollano, menggunakan teknologi gasifikasi dari Prenflow (saat ini bagian dari Shell). Bahan bakarnya berupa campuran petcoke dan batubara berkadar abu 40% dengan perbandingan 50:50. Di bawah program dari Uni Eropa, plant ini direncanakan sebagai tempat untuk proyek pengambilan CO2 (CO2 recovery) dan produksi H2.

Dengan mempertimbangkan berbagai faktor diantaranya efisiensi pembangkitan yang tinggi, faktor ramah lingkungan, dan teknologi gasifikasi yang sudah terbukti, upaya untuk lebih mengurangi kelemahan IGCC sudah mulai dilakukan.

Page 26: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

III.1.3.2.1.2 IGFC

Selain dari segi biaya, dilakukan pula upaya untuk lebih meningkatkan efisiensi pembangkitan, yaitu dengan menambahkan sel bahan bakar (fuel cell) ke dalam sistem IGCC. Dengan demikian, akan terdapat 3 jenis kombinasi pembangkitan pada sistem yang baru ini yaitu turbin gas, turbin uap, dan fuel cell. Metode pembangkitan ini disebut dengan Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle (IGFC), yang diagram alirnya ditampilkan pada gambar 3.13 di bawah ini.

Gambar 3.13 Tipikal IGFC

(Sumber: Clean Coal Technologies in Japan, 2005)

Pada sel bahan bakar, pembangkitan listrik dilakukan secara langsung melalui reaksi elektrokimia antara hidrogen dan oksigen sehingga tingkat kerugian energinya sedikit dan efisiensi pembangkitannya tinggi. Hidrogen tersebut dapat berasal dari gas alam, gas bio, atau gas hasil gasifikasi batubara. Berdasarkan material yang digunakan untuk elektrolitnya, sel bahan bakar terbagi 4 yaitu Phosphoric-Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid-Oxide Fuel Cell (SOFC), dan Proton-Exchange Membrane Fuel Cell (PEFC). Di bawah ini ditampilkan karakteristik dari keempat jenis sel bahan bakar tersebut.

Tabel 1. Karakteristik Sel Bahan Bakar

(Sumber: Clean Coal Technologies in Japan, 2005)

Page 27: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Dari table 1 terlihat bahwa sel bahan bakar yang sesuai untuk kombinasi pembangkitan dengan turbin gas adalah SOFC, karena reaksinya menghasilkan suhu yang sangat tinggi.

Dibandingkan dengan PCC, pembangkitan dengan metode IGFC ini secara teoretis mampu mengurangi emisi CO2 sebesar 30%. Kelebihan lainnya adalah tingginya efisiensi pembangkitan yang dapat dicapai yaitu minimal 55%. Disamping kelebihan tersebut, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum IGFC benar – benar dapat diaplikasikan secara komersial. Yang pertama adalah urgensi pematangan teknologi IGCC, karena IGFC pada dasarnya adalah pengembangan dari IGCC. Kemudian, perlunya pengembangan sel bahan bakar yang berefisiensi tinggi tapi murah, untuk mendukung biaya pembangkitan yang kompetitif ke depannya.

Page 28: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

BAB IV KESIMPULAN

Dari penjelasan di atas Kinerja pembangkitan listrik pada PLTU yang efisiensi panasnya pada proses pembakaran batubara, karena selain berpengaruh pada efisiensi pembangkitan, juga dapat menurunkan biaya pembangkitan. Maka fuel cell dengan bahan bakar Solid-Oxide Fuel Cell (SOFC) dapat mempengaruhi efisiensi pembangkitan juga menurunkan biaya pembangkitan.

Perkembangan teknologi pembakaran pada PLTU batubara telah disajikan di atas. Secara umum dapat dikatakan bahwa suatu teknologi yang berkembang tidak terlepas dari hal pokok yang disebut 3E, yaitu Engineering (sisi teknis), Economy (sisi ekonomis), dan Environment (sisi lingkungan). Pada tahap awal, faktor Economy mungkin menjadi pertimbangan utama untuk pembangunan fasilitas pembangkitan, diikuti Engineering, dan terakhir Environment. Namun seiring dengan upaya pengurangan polusi atau pencemaran lingkungan yang menyebabkan makin ketatnya baku mutu lingkungan, terlihat bahwa urutan 3E tersebut mulai berubah. Faktor Environment secara perlahan menempati urutan pertama dalam pertimbangan pengembangan teknologi, kemudian Engineering, dan terakhir justru Economy.

Mengambil contoh IGCC, adalah wajar bila tahap awal perkembangannya pasti memerlukan biaya yang besar. Namun seiring dengan menguatnya isu lingkungan dan matangnya teknologi tersebut, biaya itu akan menurun dan pada waktu tertentu akan kompetitif terhadap teknologi yang sudah ada. Sebaliknya, teknologi pembangkitan yang ada, misalnya PCC yang saat ini mendominasi, lambat laun akan semakin mahal untuk mengakomodasi standar mutu lingkungan yang semakin ketat, dan pada akhirnya justru malah akan membebani dari segi ekonomi.

Page 29: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Daftar Pustaka

http://www.sentrapolimer.com - Sentra Teknologi Polimer http://en.wikipedia.org/wiki/File:Alkalinecell.svg http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fcell_diagram_molten_carbonate.gif http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fcell_diagram_pafc.gif http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solid_oxide_fuel_cell.svg http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fc_diagram_pem.gif http://imambudiraharjo.files.wordpress.com/2009/03

Page 30: Fuel Cell Pada Teknologi Pembakaran Dalam PLTU Batubara

Penulis

Gagah Indrasmara Agityasaputra lahir di Banjarmasin 3 Desember 1988. Anak kedua dari tiga bersaudara. Kuliah di Universitas TRISAKTI Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Konsentrasi Arus Kuat ( A ) angkatan 2006.

Mulai menulis karena banyak tugas dan kerja praktek. Aktif mengikuti perkuliahan dan kegiatan organisasi. Mempunyai motto work hard play hard but family is number one.

Saya suka berolahraga basket. Karena dengan berolahraga membuat badan kita tambah segar dan tidak mudah lemas.

Sel bahan bakar sebernarnya adalah teknologi lama. Tetapi sampai saat ini kita belum bisa menggunakannya sebagai salah satu pembangkit tenaga listrik. Mungkin karena mahalnya biaya pemasangan teknologi ini atau kurangnya minat dari kita untuk mengembangkannya. Mudah-mudahan dengan adanya makalah saya ini dapat membantu. Tapi bila ada kesalahan mohon dimaklumi.

Namanya juga mahasiswa ya pasti bisa berbuat salah lah dalam penulisan, orang profesor aja boleh masa saya tidak. He..

Wasssalam