II-1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Pencemaran Udara

Menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No. 41 Tahun 1999

Tentang Pengendalian Pencemaran Udara, pencemaran udara didefinisikan

sebagai masuknya atau dimasukannya zat, energi, dan/atau komponen lain ke

alam udara ambien oleh kegiatan manusia, sehingga mutu udara ambien turun

sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan udara ambien tidak dapat

memenuhi fungsinya. Sedangkan menurut Soedomo (2001 : 3) pencemaran udara

juga didefinisikan sebagai masuknya zat pencemar (berbentuk gas-gas dan

partikel kecil/aerosol) ke dalam udara. Masuknya zat pencemar ke dalam udara

dapat secara alamiah, misalnya asap kebakaran hutan, akibat gunung berapi, debu

meteorit, juga sebagian besar disebabkan oleh kegiatan manusia, misalnya akibat

aktivitas transportasi, industri, pembuangan sampah, baik akibat proses

dekomposisi ataupun kebakaran serta kegiatan rumah tangga. Selain terjadi secara

alamiah dapat pula terjadi dari kegiatan antropogenik atau akibat dari kegiatan

manusia, secara kualitatif seiring lebih besar. Untuk kategori ini sumber-sumber

pencemaran dibagi dalam pencemaran akibat aktivitas transportasi, industri, dari

persampahan, baik akibat proses dekomposisi ataupun pembakaran dan rumah

tangga.

Emisi adalah zat, energi dan atau komponen lain yang dihasilkan dari

suatu kegiatan yang masuk dan atau dimasukkannya ke dalam udara ambien yang

mempunyai dan atau tidak mempunyai potensi sebagai unsur pencemar.

Sedangkan udara ambien adalah udara bebas dipermukaan bumi pada lapisan

troposfir yang berada di dalam wilayah yurisdiksi Republik Indonesia yang

dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia, makhluk hidup dan unsur

lingkungan hidup lainnya.

II-2

Gambar 2.1

Sistem Pencemaran Udara

(Sumber: Benefita, 2012)

Udara bersih mengandung gas-gas yang berasal dari sumber-sumber

alamiah di Bumi. Komposisi udara rata-rata mengandung 78% nitrogen (N2) dan

20,9% oksigen (O2). Sisanya adalah gas-gas lain seperti argon (Ar), metana

(CH4), karbon dioksida (CO2) dan lain-lain sehingga mencapai 100%. Gas-gas

yang menimbulkan pencemaran udara hanya mencakup kurang dari 0,1% dari

total komposisi gas (BPLHD Prov Jabar & JETRO, 2011 : 2-1).

Gambar 2.2

Komposisi Udara Bersih Alamiah (dalam ppmv)

(Sumber: BPLHD Prov Jabar & JETRO, 2011)

2.2 Jenis Pencemaran Udara

Pencemaran udara dibedakan menjadi beberapa golongan (Soedomo, 2001

: 6), antara lain:

20,94

78,09

0,93 0,04 0

20

40

60

80

oksigen nitrogen argon lain-lain

II-3

2.2.1 Berdasarkan Ciri Fisik

Dilihat dari ciri fisik, bahan pencemar dapat berupa :

1. Partikel (debu, aerosol, timah hitam)

Partikel dengan ukuran antara 0,01-5m merupakan sumber

pencemar udara yang utama karena keadaannya tidak terlihat

secara nyata dan terus berada di atmosfer untuk waktu yang cukup

lama dan kemungkinan besar dengan proses kimia dapat berubah

menjadi bahan pencemar sekunder. Dampak negatif dari bahan-

bahan pencemar ini biasanya berupa gangguan pada bahan-bahan

bangunan, tanaman dan hewan serta manusia.

2. Gas (CO, NOx, SOx, H2S, Hidrokarbon)

Gas di udara dengan reaksi fotokimia dapat membentuk bahan

pencemar sekunder, misalnya, peroxyl radikal dengan oksigen akan

membentuk ozon dan nitrogen dioksida berubah menjadi nitrogen

monoksida dengan oksigen dan sebagainya. Pemaparan dari gas

terhadap manusia pada umumnya melalui pernapasan dan cara

penanggulangannya terutama dengan mengurangi pembebasan

bahan pencemar secara langsung ke udara, misalnya dengan

menggunakan gas scrubber, alat tambahan pada knalpot dan

sebagainya.

3. Energi (suhu dan kebisingan).

2.2.2 Berdasarkan Kejadian

Berdasarkan kejadian (Soedomo, 2001 : 109), terbentuknya pencemar

udara terdiri dari :

1. Pencemar Primer

Pencemar primer adalah pencemar yang di emisikan langsung oleh

sumber. Contoh pencemar primer adalah CO, partikulat dan timah

hitam.

II-4

2. Pencemar Sekunder

Pencemar sekunder terbentuk karena reaksi di udara antara

berbagai zat. Contoh pencemar sekunder adalah SOx, NOx, HC,

ammonia, asam sulfida dan ozon yang akan segera berubah

menjadi senyawa atmosferik lain setelah berdispersi di atmosfer

2.2.3 Berdasarkan Sumber Pencemar Udara

Dalam memperkirakan dan menilai dampak yang timbul terhadap

lingkungan udara (Soedomo, 2001 : 110), sumber (rencana kegiatan)

umumnya dikelompokkan dalam beberapa golongan:

1. Sumber Titik

Yang termasuk dalam golongan sumber titik adalah cerobong asap

industry, misalnya emisi SOx dari cerobong PLTU.

2. Sumber Garis

Merupakan integrasi dari sumber sumber titik yang tak terhingga

banyaknya, sehingga dapat dianggap menjadi sumber garis yang

seluruhnya memancarkan pencemar udara, contohnya adalah jalan

raya yang mengemisikan CO, HC, NOx, Partikulat, SOx.

3. Sumber Area

Merupakan integrasi dari banyak sumber titik dan sumber garis,

contohnya adalah aglomerasi industry yang sejenis, daerah

timbunan sampah, dan seterusnya.

Disamping itu, sumber pencemar udara dapat digolongkan ke dalam

sumber diam (stasionary) dan sumber bergerak (mobile).

II-5

Sumber Area dan Titik

Emisi dari Proses

pada Industri

Tempat Pembuangan

Sampah padat

Pembakaran Pada

Sumber TetapSumber Lain

Sumber

Transportasi

Kebarakan

Hutan

Kebakaran Biasa

Pembakaran

Batu Bara

Pembakaran

Perkebunan

On Site

Insenerasi

Pembakaran

Terbuka

Industri :

Kimia

Makanan

Metalurgi

Mineral

Perminyakan

Rumah Tangga

Komersial dan

Institusi

Industri

Elektrik Steam

Kendaraan

Bermotor

Pada Jalan

Layang

Pesawat

Terbang

Kereta Api

Kapal Laut

Gambar 2.3

Klasifkasi Sumber Energi

(Sumber : Huboyo, et al., 2008)

2.3 Polutan Udara Utama

2.3.1 Partikulat

Partikulat merupakan pencemar udara yang paling prevalens.

Partikulat berada di atmosfer dalam bentuk suspense, yang terdiri atas partikel

partikel padat dan cair, yang berukuran kurang dari 100 mikron hingga

kurang dari 0.01 mikron. Partikulat yang berukuran 10 mikron dan

tergantung di udara ambient dapat memudarkan cahaya dan berperilaku

seperti gas. Partikel partikel kecil ini juga disebut dengan aerosol (

Soedomo, 2001 : 140).

Partikulat di hasilkan oleh dua fundamental proses, yang pertama

material handling processes seperti pemecahan atau menggillingan bijih

seperti batu atau proses pengeringan material dalam jumlah besar dapat

menghasilkan debu yang halus. Proses yang selanjutnya adalah proses

pembakaran dapat mengeluarkan partikel kecil dari abu yang tidak terbakar

atau pembakaran arang yang tidak sempurna. Partikel di hasilkan dari

pembakaran bahan bakar fosil dan industry pemprosesan mineral

Dampak pertikulat seperti asap dan kabut dapat mengurangi jarak

pandang, mengotori bangunan dan metrial lainnya, menyebabakan kerusakan

II-6

akibat karat dan erosi serta merubah cuaca local dan juga dapat menyebabkan

kerugian pada kesehatan manusia, hewan dan memperlambat pertumbuhan

tumtuh tumbuhan. Partikel yang melayang diudara dapat berdampak buruk

bagi kesehatan manusia melalui berbagai cara, pollutan ini mungkin beracun

atau memicu kanker. Partikel mugkin mengadsorb sedikit senyawa kimia dan

secara intensif berakibat jika tertahan di saluran pernafasan dalam waktu yang

lama (Cooper dan Alley, 1994 : 45).

Pencemaran partikulat dapat dikendalikan ( Soedomo, 2001 : 141),

hanya dari sumber pengemisinya dengan menggunakan beberapa macam

metode alternatif :

1. Penurunan emisi pada sumbernya

2. Penghindaran Reseptor dari daerah yang tercemar

3. Alat kontrol partikulat seperti : baghouse, filters, cyclones, impactor,

scrubbers, electrostatic precipitator

2.3.2 Sulfur Oksida

Sulfur oksida merupakan pencemar yang paling umum, terutama yang

ditimbulkan akibat pembakaran bahan bakar fosil, yang mengandung sulfur

tinggi dalam bentuk sulfur organic dan inorganic. Pembakaran bahan bakar

fosil akan menghasilkan kira kira 30 bagian sulfur dioksida untuk setiap

bagian sulfur trioksida. Oksida oksida sulfur biasanya terdiri dari sulfur

dioksida, sulfur trioksida, asam sulfat, asam sulfit. Sulfur dioksida merupakan

bagian yang paling dominan sehingga oksida oksida sulfur biasanya diukur

sebagai sulfur dioksida ( Soedomo, 2001 : 141).

Gas belerang oksida atau sering ditulis dengan SOx terdiri atas gas

SO2 dan gas SO3 yang keduanya mempunyai sifat berbeda. Gas SO2 berbau

tajam dan tidak mudah terbakar, sedangkan gas SO3 bersifat sangat reaktif.

Gas SO3 mudah bereaksi dengan uap air yang ada di udara untuk membentuk

asam sulfat H2SO4. Asam sulfat ini sangat reaktif, mudah bereaksi

(memakan) benda-benda lain yang mengakibatkan kerusakan, seperti proses

pengkaratan (korosi) dan proses kimiawi lainnya.

II-7

Konsentrasi gas SO2 di udara akan mulai terdeteksi oleh indera

manusia (tercium baunya) manakala konsentrasinya berkisar antara 0,3 - 1

ppm. Gas buangan hasil pembakaran pada umumnya mengandung gas SO2

lebih banyak daripada gas SO3. Jadi dalam hal ini yang dominan adalah gas

SO2. Namun demikian gas tersebut akan bertemu dengan oksigen yang ada di

udara dan kemudian membentuk gas SO2 melalui reaksi berikut:

2SO2 + O2 (udara) 2SO3

Gambar 2.4

Proses Terjadinya Hujan Asam

(Sumber: Wardhana, 1995)

Gas SO2 juga dapat membentuk garam sulfat apabila bertemu dengan

oksida logam, yaitu melalui proses kimiawi berikut ini:

4MgO + 4SO2 3MgSO4 + MgS

Udara yang mengandung uap air akan bereaksi dengan gas SO2

sehingga membentuk asam sulfit:

SO2 + H2O H2SO3 (asam sulfit)

Udara yang mengandung uap air akan bereaksi dengan gas SO3

membentuk asam sulfat:

SO3 + H2O H2SO4 (asam sulfat)

Pemakaian batubara sebagai bahan bakar pada beberapa kegiatan

industri seperti yang terjadi dibeberapa negara Eropa Barat dan Amerika,

menyebabkan kadar gas SOx dengan uap air yang terdapat di udara akan

membentuk asam sulfit maupun asam sulfat. Apabila asam sulfit dan asam

II-8

sulfat turun ke bumi bersama-sama dengan jatuhnya hujan, terjadilah apa

yang dikenal dengan Acid Rain atau hujan asam. Hujan asam sangat

merugikan karena dapat merusak tanaman maupun kesuburan tanah. Pada

beberapa negara industri, hujan asam sudah menjadi persoalan yang sangat

serius karena sifatnya yang merusak. Hutan yang gundul akibat jatuhnya

hujan asam akan mengakibatkan lingkungan menjadi semakin parah. Gambar

di atas menunjukkan bagaimana terjadinya hujan asam yang menyebabkan

kerusakan lingkungan (Wardhana, 1995 : 49).

Pencemaran SO2 di udara terutama berasal dari pemakaian batubara

yang digunakan pada kegiatan industri, transportasi dan lain sebagainya.

Bagaimana peranan batubara dalam menyumbang pencemaran SOx telah

banyak diteliti di negara-negara industri seperti yang tampak pada tabel di

bawah ini yang merupakan data hasil penelitian di Amerika tahun 1968:

Tabel 2.1

Sumber Pencemaran SOx

Sumber pencemaran % Bagian % Total

Transportasi

- Mobil bensin - Mobil diesel - Pesawat terbang - Kereta api - Kapal laut - Sepeda motor, dll

0,6

0,3

0

0,3

0,9

0,3

2,4

Pembakaran stasioner

- Batubara - Minyak (destilasi) - Minyak (residu) - Gas alam - kayu

60,5

1,2

11,8

0

0

73,5

Proses Industri 22,0

Pembuangan limbah padat 0,3

Lain-lain:

- kebakaran hutan - pembakaran batubara sisa

0

1,8

1,8

TOTAL 100,0 100,0

(Sumber: Wardhana, 1995)

II-9

Dampak yang ditimbulkan dapat dicegah dan dikendalikan dengan

menggunakan beberapa metoda alternatif, ( Soedomo, 2001 : 143) yaitu:

1. Penurunan tingkat emisi sulfur pada sumbernya

2. Penghindaran reseptor dari daerah yang tercemar

3. Peralatan penyisihan gas dengan adsorpal, adsorbs, atau konventer

analitik

2.3.3 Nitrogen Oksida

Nitrogen oksida sering disebut dengan NOx karena oksida nitrogen

mempunyai dua macam bentuk yang sifatnya berbeda, yaitu gas NO2 dan gas

NO. Sifat gas NO2 adalah berwarna dan berbau, sedangkan gas NO tidak

berwarna dan tidak berbau. Warna gas NO2 adalah merah kecoklatan dan

berbau tajam menyengat hidung.

Kadar NOx di udara daerah perkotaan yang berpenduduk padat akan

lebih tinggi dari daerah pedesaan yang berpenduduk sedikit. Hal ini

disebabkan karena berbagai macam kegiatan yang menunjang kehidupan

manusia akan menambah kadar NOx di udara, seperti transportasi, generator

pembangkit listrik, pembuangan sampah, dan lain-lain (Wardhana, 1995 :

44).

Menurut Soedomo (2001 : 147), Terdapat lima kategori mitigasi

dampak Nitrogen Oksida terhadap lingkugan :

1. Kontrol emisi kendaraan bermotor

2. Kontrol pusat kombusi stationer

3. Penghindaran reseptor dari arah tercemar

4. Peralatan control gas, absorbs, adsorbsi, dan konventer katalitik

5. Kontrol Lingkungan

2.3.4 Karbon Monoksida

Karbon monoksida atau CO adalah suatu gas yang tak berwarna, tidak

berbau dan juga tidak berasa. Gas CO dapat berbentuk cairan pada suhu di

bawah -192oC. Gas CO sebagian besar berasal dari pembakaran bahan bakar

fosil dengan udara, berupa gas buangan. Kota besar yang padat lalu lintasnya

II-10

akan banyak menghasilkan gas CO sehingga kadar CO dalam udara relatif

tinggi dibandingkan dengan daerah pedesaan. Selain dari itu gas CO dapat

pula terbentuk dari proses industri. Secara alamiah gas CO juga dapat

terbentuk, walaupun jumlahnya relatif sedikit, seperti gas hasil kegiatan

gunung berapi, proses biologi dan lain-lainnya (Wardhana, 1995:41). Secara

umum terbentuknya gas CO adalah melalui proses berikut ini:

1. pembakaran bahan bakar fosil dengan udara yang reaksinya tidak

stoikiometris adalah pada harga ER > 1.

2. Pada suhu tinggi terjadi reaksi antara karbon dioksida (CO2) dengan

karbon C yang menghasilkan gas CO.

3. Pada suhu tinggi, CO2 dapat terurai kembali menjadi CO dan oksigen.

2.3.5 Ozon dan Oksidan fotokimia

Produk reaksi atmosfer antara aksida oksida nitrogen dengan

hidrokarbon dengan bantuan sinar matahari disebut oksidan fotokimia. Ozon

merupakan senyawa paling dominan dari oksidan foto kimia, jenis oksidan

lainnya meliputi proxyacetyl nitrate (PAN) NxOy.

Oksida fotokimia dapat ditemui disetiap tempat dimana terdapat

oksida nitrogen dan nitrogen bereaksi dibawah radiasi sinar matahari, Oksida

perusak tanaman baik secara akut mauoun khronik, ini merupakan

manifestasi pertama yang timbul. Cacat pada daun yang sensitive dapat

terjadi setelah waktu paparan 4 jam terhadap ozon total pada konsentrasi 100

mikrogram per meter kubik. Gangguan pernafasan merupakan pengaruh

kesehatan yang timbul terhadap manusia. Untuk pencegahan dampak semua

strategi dan pengendalian yang dilakukan untuk unsur NOx merupakan

metode motogasi untuk fotooksidan (Soedomo, 2001 : 149).

II-11

Tabel 2.2

Jenis Pencemar, Karakteristik, Sifat, dan Dampak Terhadap Kesehatan

Jenis

Pencemar

Karakteristik Sifat Dampak Kesehatan

CO -Tidak berwarna

-Tidak berbau

-Tidak berasa

-Tidak menimbulkan iritasi

Mudah berikatan

dengan Hb (240 kali

lipat O2)

-200 ppm : pusing

-400 ppm : pusing lalu

pingsan setelah 45 menit

>2000 ppm: kematian

NMHC Berupa gas dan aerosol Karsinogenik dan

toksik

Efek jangka panjang

tergantung dari toksisitas dan

sifat karsinogeniknya

Partikulat Padat dengan ukuran

II-12

2.4 Energi Sebagai Sumber Pencemar Udara

Proses dalam menghasilkan energi memberikan proporsi yang cukup besar

pada pencemaran udara. Besarnya emisi dan jenis emisi yang dihasilkan sangat

tergantung dari jenis sumber energi yang digunakan, besarnya energi yang

digunakan, teknologi yang diterapkan serta sistem pengendalian pencemaran

udara yang diterapkan dalam sistem penghasil energi tersebut.

Selama lebih dari tiga dekade, kebutuhan energi di Indonesia didominasi oleh

minyak bumi. Seiring dengan berkurangnya sumber minyak dan terus

meningkatnya harga minyak bumi maka penggunaan sumber energi kemudian

beralih ke gas dan batubara. Saat ini penggunaan batubara semakin meningkat

karena lebih mudah didapat dengan harga jauh lebih murah dibandingkan dengan

minyak (BPLHD Prov Jabar & JETRO, 2011 : 2-19).

Gambar 2.5

Grafik Perbandingan Realisasi dan Proyeksi Energi Primer antara Batubara

dengan Bahan Bakar Lainnya.

(Sumber: ESDM, 2006)

Berikut adalah perbandingan jumlah emisi dari tiap jenis energi fosil yang

digunakan pada pembangkit listrik dilihat pada tabel 2.3:

II-13

Tabel 2.3

Perbandingan Jumlah Emisi dari Berbagai Jenis Sumber Energi

Type of Emission Emission (pounds/10

9 BTU of energy)

Coal Crude Oil Gas

CO2 208 164 117

SOx 2591 1122 1

PM10 2744 84 7

NOx 457 448 92

CO 208 33 40

(Sumber: Bappenas, 2006, dalam BPLHD Prov Jabar & JETRO, 2011)

2.5 Batubara

Batubara adalah istilah umum yang mencakup banyaknya mineral organik

padat dengan komposisi dan sifat yang sangat berbeda, meskipun semua pada

dasarnya kaya amorphons (tanpa struktur biasa) karbon dasar. Ini ditemukan di

endapan-endapan berlapis di tempat berbeda dan sering berada di kedalaman yang

hebat. Meskipun terkadang dekat dengan permukaan. Di perkirakan di Amerika

Serikat terdapat 270.000 miliar ton cadangan yang dapat diperoleh kembali (itu

semua dapat ditambang secara ekonomis pada masa yang akan datang) di 36 dari

50 negara. Amerika Serikat menyumbang simpanan batubara sekitar 30 persen

dari total dunia (El-Wakil, 1984 : 123).

.

2.5.1 Klasifikasi Batubara

Berdasarkan standar American Society for Testing Materials (ASTM)

dengan pengujian D-388-77 diperoleh klasifikasi batubara yang diperoleh

dari nilai kalor batubara lembab dan bebas bahan mineral (moist, mineral,

matter free) dan dasar kandungan karbon tetap serta zat terbang yang kering

dan bebas bahan mineral (dmff, dry and mineral matter free). Sedang

batubara peringkat rendah tidak di klasifikasikan menurut karbon tetap dan

zat terbangnya, tetapi berdasarkan nilai kalorinya. klasifikasi ini dijelaskan

secara singkat sebagai berikut:

II-14

a. Antrasit

Jenis batubara ini merupakan tingkatan paling tinggi di antara

jenis batubara lainnya. Antrasit mengandung kandungan yang

tinggi, 86-98 persen massa, dari karbon tetap (kandungan karbon

dalam kondisi dasarnya) yang kering, dasar materi mineral yang

bebas dan kandungan volatil yang rendah, kurang dari 12 sampai

14 persen (terutama metana, CH4). Antrasit berwarna hitam

berkilau, padat, merupakan batubara rapuh yang berbatasan

dengan grafit di ujung atas karbon tetap. Batubara ini mengalami

proses pembakaran lambat dan memiliki nilai kalor tetap lebih

tinggi dari batubara bituminius. penggunaannya dalam generator

uap sebagian besar terbatas pada pembakaran di stoker, dan

jarang dalam bentuk bubuk. di Amerika Serikat itu kebanyakan

ditemukan di pennsylvania.

peringkat anthrachite batubara dibagi menjadi tiga kelompok.

dalam urutan ke bawah dari persen karbon tetap, mereka adalah

meta-antrasit, lebih besar dari 98 persen, antrasit, 92-98 persen,

dan semiantrasit, 86-92 persen

b. Bituminus

Jenis batubara ini memilki kelompok terbesar, batubara

bituminus adalah kelas batubara terluas yang mengandung 46-86

persen massa dari karbon tetap dan 20-40 persen material volatil,

dari banyaknya kandungan kompleks daripada batubara antrasit.

Ini berasal dari bitumen, oleh residu aspal yang diperoleh dari

destilasi beberapa bahan bakar. Batubara bituinus memiliki

kisaran nilai kalor dari 11.000 sampai dengan lebih dari 14.000

btu/lbm (25.600-32.600 kJ/kg). Batubara bituminus biasanya

mudah terbakar, terutama dalam bentuk bubuk.

Peringkat bituminus dibagi menjadi 5 kelompok: low-

volatile, medium-volatile, dan high-volatile A, B, C. Semakin

II-15

rendah volatilnya, maka semakin tinggi nilai kalornya. Kelompok

low-volatile berwarna hitam keabu-abuan dan memiliki struktur

berbentuk butiran, ketika kelompok high-volatile mengalami

homogen atau laminer.

c. Subbituminus

Merupakan kelas batubara yang umumnya memiliki nilai

kalor rendah daripada batubara bituminus, antara 8300-11.500

Btu/lbm (19.300-26750 Kj/Kg). Ini relatif tinggi dalam dalam

kadar air yang melekat, sebanyak 15-30 persen, tetapi kandungan

sulfur sering rendah. Batubara ini berwarna hitam kecoklat-

coklatan atau berwarna hitam, atau sebagian besar mengalami

struktur homogen. Batubara subbituminus biasanya terbakar

dalam bentuk bubuk. Peringkat batubara subbituminus dibagi

menjadi tiga kelompok: A, B, dan C.

d. Lignit

Lignit merupakan tingkatan batubara yang terendah, nama

lignit bersumber dari bahasa latin lignum, yang artinya kayu.

Lignit berwarna coklat dan memiliki struktur laminer, dan sisa-

sisa serat kayu sering terlihat didalamnya. Lignit berasal dari

sebagian besar tanaman yang kaya akan resin atau sejenis damar

dan oleh karena itu menyebabkan tingginya uap embun yang

melekat, setinggi 30 persen, dan material volatil. Jangkauan nilai

kalor antara di bawah dari 6300-8300 btu/lbm (14.650-19.300

kJ/kg). Di karenakan tingginya kandungan uap embun dan nilai

kalor yang rendah, lignit tidak ekonomis untuk transportasi jarak

jauh dan biasanya dibakar oleh keperluan di pertambangan.

Peringkat batubara lignit di bagi menjadi dua kelompok: A dan B.

II-16

e. Gambut

Gambut bukan merupakan peringkat batubara dalam standar

ASTM. Namun, dianggap sebagai langkah pertama dalam

pembentukan geologi batubara. Gambut merupakan material

heterogen yang terdiri dari materi tumbuhan terdekomposisi dan

mineral anorganik. Ini mengandung lebih dari 90 persen uap

embun. Meskipun tidak menarik untuk digunakan sebagai bahan

bakar, tetapi keberadaan gambut berlimpah di setiap bagian

negara. Beberapa negara bagian di Amerika Serikat mempunyai

simpanan yang besar. Oleh karena itu, ini sering di gunakan di

beberapa negara (irlandia, finlandia, USSR) untuk beberapa

pembangkit tenaga listrik dan area pemanas.

2.5.2 Kelas Sumberdaya Batubara

Sumberdaya batubara (coal resources) adalah bagian dari endapan

batubara yang diharapkan dapat dimanfaatkan. Sumberdaya batubara ini

dibagi dalam kelas-kelas sumberdaya berdasarkan tingkat keyakinan geologi

yang ditentukan secara kualitatif oleh kondisi geologi / tingkat kompleksitas

dan secara kuantitatif oleh jarak titik informasi. Sumberdaya ini dapat

meningkat menjadi cadangan apabila setelah dilakukan kajian kelayakan

dinyatakan layak. Kelas Sumberdaya Batubara dibagi menjadi 4 (Sari, 2009),

yaitu:

1. Sumberdaya Batubara Hipotetik (Hypothetical Coal Resource)

Sumberdaya batubara hipotetik adalah batubara di daerah

penyelidikan atau bagian dari daerah penyelidikan, yang dihitung

berdasarkan data yang memenuhi syarat-syarat yang ditetapkan untuk

tahap penyelidikan survei tinjau.

Sejumlah kelas sumberdaya yang belum ditemukan yang sama

dengan cadangan batubara yang diharapkan mungkin ada di daerah atau

wilayah batubara yang sama dibawah kondisi geologi atau perluasan dari

sumberdaya batubara tereka. Pada umumnya, sumberdaya berada pada

II-17

daerah dimana titik-titik sampling dan pengukuran serat bukti untuk

ketebalan dan keberadaan batubara diambil dari distant outcrops,

pertambangan, lubang-lubang galian, serta sumur-sumur. Jika eksplorasi

menyatakan bahwa kebenaran dari hipotetis sumberdaya dan

mengungkapkan informasi yang cukup tentang kualitasnya, jumlah serta

rank, maka mereka akan diklasifikasikan kembali sebagai sumberdaya

teridentifikasi (identified resources)

2. Sumberdaya Batubara Tereka (Inferred Coal Resource)

Sumberdaya batubara tereka adalah jumlah batubara di daerah

penyelidikan atau bagian dari daerah penyelidikan, yang dihitung

berdasarkan data yang memenuhi syarat-syarat yang ditetapkan untuk

tahap penyelidikan prospeksi.

Titik pengamatan mempunyai jarak yang cukup jauh sehingga

penilaian dari sumberdaya tidak dapat diandalkan. Daerah sumberdaya

ini ditentukan dari proyeksi ketebalan dan tanah penutup, rank, dan

kualitas data dari titik pengukuran dan sampling berdasarkan bukti

geologi dalam daerah antara 1,2 km 4,8 km, termasuk antrasit dan

bituminus dengan ketebalan 35 cm atau lebih, sub bituminus dengan

ketebalan 75 cm atau lebih, lignit dengan ketebalan 150 cm atau lebih.

3. Sumberdaya Batubara Tertunjuk (Indicated Coal Resource)

Sumberdaya batubara tertunjuk adalah jumlah batubara di daerah

penyelidikan atau bagian dari daerah penyelidikan, yang dihitung

berdasarkan data yang memenuhi syarat-syarat yang ditetapkan untuk

tahap eksplorasi pendahuluan.

Densitas dan kualitas titik pengamatan cukup untuk melakukan

penafsiran secara relistik dari ketebalan, kualitas, kedalaman, dan jumlah

insitu batubara dan dengan alasan sumberdaya yang ditafsir tidak akan

mempunyai variasi yang cukup besar jika ekplorasi yang lebih detail

dilakukan. Daerah sumberdaya ini ditentukan dari proyeksi ketebalan dan

tanah penutup, rank, dan kualitas data dari titik pengukuran dan sampling

II-18

berdasarkan bukti geologi dalam daerah antara 0,4 km 1,2 km,

termasuk antrasit dan bituminus dengan ketebalan 35 cm atau lebih, sub

bituminus dengan ketebalan 75 cm atau lebih, lignit dengan ketebalan

150 cm.

4. Sumberdaya Batubara Terukur (Measured Coal Resource)

Sumberdaya batubara terukur adalah jumlah batubara didaerah

penyelidikan atau bagian dari daerah penyelidikan, yang dihitung

berdasarkan data yang memenuhi syarat-syarat yang ditetapkan untuk

tahap eksplorasi rinci.

Densitas dan kualitas titik pengamatan cukup untuk diandalkan

untuk melakukan penafsiran ketebalan batubara, kualitas, kedalaman,

dan jumlah batubara insitu. Daerah sumberdaya ini ditentukan dari

proyeksi ketebalan dan tanah penutup, rank, dan kualitas data dari titik

pengukuran dan sampling berdasarkan bukti geologi dalam radius 0,4

km. Termasuk antrasit dan bituminus dengan ketebalan 35 cm atau

lebih, sub bituminus dengan ketebalan 75 cm atau lebih, lignit dengan

ketebalan 150 cm.

2.5.3 Perhitungan Pembakaran Batubara

a. Nilai Kalor Bahan Bakar

Nilai kalor bahan bakar adalah banyaknya panas yang dihasilkan

dari pembakaran bahan bakar (kKal tiap kg bahan bakar). Nilai

kalor bahan bakar didapatkan lewat pengujian dengan peralatan

Bomb Kalorimeter.

b. Kebutuhan Udara Pembakaran

Kebutuhan udara bakar untuk membakar tiap 1 kg bahan bakar

yang mengandung C kg karbon, H kg hidrogen, O kg oksigen dan

S kg belerang secara teoritis dapat dihitung sebagai berikut

(Sudjito, 1992 : 33 dalam Sutrisno, 1994 : 16):

1. Untuk membakar karbon (C):

II-19

C + O2 CO2 (2-1)

12 kg C + 32 kg O2 44 kg CO2

Kebutuhan O2 untuk membakar 1 kg C = 32

12 kg O2

O2 untuk membakar C dalam bahan bakar = 32

12 kg O2

Tiap kg udara mengandung 0,231 kg O2, maka kebutuhan udara

bakar untuk membakar C kg karbon adalah:

32

(12 0,231) kg udara

2. Untuk membakar hidrogen (H):

2H2 + O2 2H2O (2-2)

4 kg H2 + 32 kg O2 36 kg H2O

Dengan cara yang sama untuk membakar H kg hidrogen

diperlukan:

32

(4 0,231) kg udara

3. Untuk membakar belerang (S):

S + O2 SO2 (2-3)

32 kg S + 32 kg O2 64 kg SO2

Dengan cara yang sama untuk membakar S kg belerang

dibutuhkan:

32

(32 0,231) kg udara.

Jadi, jumlah berat udara yang dibutuhkan (Gu

t) untuk membakar 1

kg bahan bakar secara teoritis (Sudjito, 1992 : 33):

Gu

t = 32

(12 0,231)+

32

(4 0,231)+

32

(32 0,231)=

0,231 kg (kg bb)

-1

(2-4)

Atau :

Gu

t = 11,53 C + 34,56 [H -

8] + 4,32 S kg (kg bb)

-1 (2-5)

Dalam keadaan standar, 1 atm dan 0C, berat jenis udara = 1,239

kg m-3

, maka volume udara teoritis (Vu

t) yang dibutuhkan:

Vu

t = Gut

1,239 m

3 (kg bb)

-1 (2-6)

II-20

c. Kebutuhan Udara Lebih (excess air)

Untuk membakar batubara secara sempurna diperlukan udara lebih.

Perhitungan kebutuhan udara lebih (excess air) pada pembakaran

batubara umumnya berkisar antara 10% sampai 30% dari udara

teoritis. Menurut UNEP (2006), untuk pembakaran yang optimum,

jumlah udara pembakaran yang sesungguhya harus lebih besar

daripada yang dibutuhkan secara teoritis. Bagian dari gas buang

mengandung udara murni, yaitu udara berlebih yang ikut

dipanaskan hingga mencapai suhu gas buang dan meninggalkan

boiler melalui cerobong. Walau demikian, terlalu banyak udara

berlebih akan mengakibatkan kehilangan panas dan efisiensi.

Tabel 2.4

Jumlah Udara Berlebih untuk Berbagai Bahan Bakar dan Alat

Fuel Excess of Air (%)

Anthracite 40

Coke oven gas 5-10

Natural Gas 5-10

Coal, pulverized 15-20

Coal, stoker 20-30

Oil (No. 2 and No. 6) 10 to 20

Semi anthracite, hand firing 70 to 100

Semi anthracite, with stoker 40 to 70

Semi anthracite, with traveling grate 30 to 60

(Sumber: Anonim, tanpa tahun (engineeringtoolbox.com))

2.6 Batu Kapur

Kapur adalah batuan sedimen terutama terdiri dari kalsium karbonat

(CaCO3) dalam bentuk kalsit mineral. Batuan ini paling sering terbentuk di

perairan laut yang dangkal. Ini biasanya merupakan batuan sedimen organik yang

terbentuk dari akumulasi cangkang hewan, karang, alga dan puing-puing.

Batu kapur mengandung 98,9% kalsium karbonat (CaCO3) dan 0,95% magnesium

karbonat (MgCO3) (Russell, 2007). Batu kapur di alam jarang ada yang murni,

II-21

karena umumnya mineral ini selalu terdapat partikel kecil kuarsa, felspar, mineral

lempung, pirit, siderit dan mineral lainnya. Dalam mineral batu kapur terdapat

juga pengotor, terutama ion besi.

Batu kapur berwarna putih keabu-abuan dengan kekerasan 3,00 Mohs,

bersifat pejal dengan density bulk 2655 kg/m3, berbutir halus hingga kasar dan

mempunyai sifat mudah menyerap air serta mudah dihancurkan. Batu kapur juga

mudah larut dalam asam. Batu kapur yang larut dalam zat asam akan

menghasilkan gas karbon dioksida. Batu kapur akan menjadi semakin tidak larut

dalam air dengan naiknya temperatur. Klasifikasi batu kapur dalam perdagangan

mineral industri didasarkan atas kandungan unsur kalsium (Ca) dan unsur

magnesium (Mg). Misalnya, batu kapur yang mengandung 90 % CaCO3 disebut

batu kapur kalsit, sedangkan bila mengandung 19% MgCO3 disebut dolomit.

Adapun batu kapur lebih banyak digunakan dalam industri karena banyak terdapat

di alam dan banyak manfaatnya, misalnya dalam pembuatan kalsium klorida

(Amethyst, 2010).

Batu kapur (limestone) merupakan nama umum untuk berbagai macam

batuan kalsit. Batu kapur dengan jumlah yang besar digunakan sebagai fluks

dalam leleh besi, untuk pembuatan kapur, dan sebagai bahan bangunan. Dalam

arti luas, batu kapur meliputi dolomit, marmer, kapur, atau mineral yang sebagian

besar terdiri dari CaCO3. Ketika proporsi mencapai 45% dan batu kapur berada di

dalam karbonat ganda, CaCO3. MgCO3 disebut dengan dolomit. Pada proses

kalsinasi, batu kapur dapat menghasilkan kapur (lime), yaitu CaO. Batu portland

dari Inggris, terdiri dari fosil yang disemen bersama-sama dengan kapur, dan batu

coquina yang berasal dari florida, Amerika Serikat yang terdiri dari kerang secara

menyeluruh, sebagian besar membentuk tempurung coquina kecil bernama donax

variabilis.

Kapur (lime) dengan batukapur (limestone) memiliki arti yang berbeda.

kapur adalah kalsium oksida yaitu CaO, dalam istilah kimia dikenal sebagai

calcia, memiliki jumlah yang melimpah ruah di alam, terutama dalam kombinasi

dengan karbon dioksida sebagai kalsium karbonat dan kapur marmer, kapur,

karang, dan kerang. Kapur biasa digunakan dalam mortir dan semen, sebagai fluks

II-22

dalam peleburan besi, di dalam banyak terjadinya proses kimia, sebagai penyerap,

dalam pengolahan air, dalam pengendalian pencemaran udara, dalam pembuatan

kaca, dan pengapuran tanah masam. Yang diperoleh dengan memanaskan batu

kapur di tungku atau kiln sekitar 1000F (538oC) untuk membakar gas asam

karbonat. residu disebut kapur atau kapur kaustik. kapur murni putih dan amorf

atau kristal. gravitasi spesifik adalah 3,2 dan titik leleh 4660 F (2578oC). (Brady,

et al., 2002).

2.6.1 Kalsinasi Batu Kapur

Secara skematik shaft funace atau tungku tegak yang umum

digunakan untuk proses kalsinasi. Bahan baku terdiri dari batu kapur dan

kokas dimasukkan dari bagian atas furnace. Sedangkan udara dihembuskan

dari bagian bawah. Kapur bakar hasil kalsinasi di tarik keluar dari bagian

bawah. Tungku kalsinasi dapat dibagi dalam tiga zona, yaitu zona preheating,

zona reaksi, dan zona cooling.

a. Preheating Zone

Pada daerah ini muatan padat batu kapur dan kokas akan

mengalami pemanasan sampai temperatur sekitar 800oC oleh gas

panas yang bergerak berlawanan dari bawah ke bagian atas

tungku. Pada daerah ini, belum terjadi reaksi kalsinasi maupun

reaksi pembakaran dari kokas.

b. Reaction Zone

Pada daerah ini terjadi reaksi pembakaran kokas dan dekomposisi

dari batu kapur. Kapur mengalami pemanasan berlebih dan

diperkirakan mencapai teperatur 1000oC. Gas yang meninggalkan

daerah reaksi bertemperatur sekitar 900oC. Temperatur gas yang

keluar 100oC lebih tinggi dari pada temperatur material yang

masuk pada daerah ini.

c. Cooling Zone

Pada daerah ini kapur bakar didinginkan dengan udara yang

bergerak berlawanan dari bagian bawah tungku. Pada daerah ini

II-23

kapur bakar didinginkan sampai temperatur sekitar 100 o

C. Agar

terjadi pembakaran yang sempurna dari kokas, maka udara yang

dihembuskan mencapai 25 persen berlebih dari yang diperlukan.

Selama proses kalsinasi, batu kapur (CaCO3) akan terurai menjadi

kapur bakar dengan rumus kimia CaO (kalsium oksida) dan gas karbon

dioksida, CO2 sesuai dengan reaksi berikut:

CaCO3 CaO + CO2 (g), H298 = 177,8 kJ

Proses kalsinasi meliputi pelepasan air, karbon dioksida atau gas-gas lain

yang terikat secara kimiawi. Proses kalsinasi lebih endotermik daripada

proses drying. Sehingga panas harus dipasok dari sumber dengan temperatur

relatif tinggi (Rosenqvist T., 2004).

Menurut Prof. Shakhashiri dalam www.scifun.org, pengendalian polusi

dapat memperluas konsumen kapur dengan pesat. Kapur digunakan di

cerobong pada scrubber untuk mengurangi emisi SO2 dari pembangkit listrik.

Sulfur dioksida bereaksi dengan kapur membentuk kalsium sulfit padat.

SO2(g) + CaO(s) CaSO3(s)

Jika kapur digunakan dalam proses LIFAC (Limestone Injection into the

Furnace and Activation of Calcium Oxide) didalam tungku bagian sulfur

dioksida dan sulfur trioksida dalam gas buang akan bereaksi dengan kalsium

oksida, membentuk kalsium sulfat (Cahyadi, 2006)

CaO(s) + SO2(g) + 1/2O2 (g) CaSO4 (s)

CaO (s) + SO3(g) CaSO4 (s)

Kapur dapat juga ditambahkan ke air limbah untuk menghilangkan fosfat

3CaO(s) + 3H2O(l) + 2PO43-

(aq) Ca3(PO4)2(s) + 6OH-(aq)

2.6.2 Teknologi Flue Gas Desulfurization

Proses scrubbing SO2 biasa terjadi pada alat yang disebut dengan

FGD (Flue Gas Desulfurization) sebagai teknologi penangkapan emisi SO2

dengan batu kapur. Berdasarkan fase reaksi, proses pada dasarnya dibagi

menjadi 2, yaitu FGD metode basah dan kering (atau metode semi-kering).

Metode basah meliputi elusi Sulfur Dioksida dengan larutan air dari yang

II-24

paling sering dengan proses alkali yang bereaksi terhadap suatu zat,

sedangkan metode kering melalui proses penyerapan dan katalis yang terjadi

pada sorben padat atau katalis saat temperatur dibawah 100oC. metode kering

FGD dengan kapur atau dolomit mengandung reaksi fase padat-gas

heterogen, yang terjadi saat temperatur tinggi (Levenspiel, 1998, Dalam

Hlincik, et. al., 2013). Proses ini dapat diterapkan untuk bubuk-atau cairan-

boiler FGD. Proses tersebut meliputi reaksi sebagai berikut: kalsinasi kapur,

terjadi pada temperature di bawah 850oC.

CaCO3 CaO + CO2

Kejadian dua fase dari SO2 terjadi pada temperature di bawah 600 o

C.

pertama saat munculnya CaO:

CaO + SO2 CaSO3

Diikuti oleh oksidasi kalsium sulfit menjadi kalsium sulfat (Garea, et. al.,

1997, dalam Hlincik, et. al., 2013). Juga CaS teroksidasi menjadi CaSO4:

CaS + 2O2 CaSO4

Ketika lime dipakai dalam fluid boiler, memungkinkan untuk

mencapai waktu tinggal yang lama di dalam lapisan cair dan karenanya juga

reaksi kalsin lebih baik daripada di dalam kasus pulvurized coal boiler.

Ketika waktu kontak demikian meningkat dan sulfasi meningkat pada

temperatur antara 800-850oC, sulfur dioksida juga berdifusi melalui lapisan

kalsium sulfat di dalam pori-pori kalsin (Hlincik, et. al., 2011). Sayangnya,

ini disertai dengan reaksi tidak diinginkan, yaitu produksi CaCO3 dari

kalsium oksida dan karbonat dan sejumlah produksi kristal dari CaO yang

membungkus secara bebas (Buryan, et. al., 2008).

Untuk meningkatkan penangkapan komponen asam yang terkandung

dalam gas buang dari boiler cair dengan tujuan mencapai batas emisi baru

yang diperkenalkan oleh Uni Eropa sebesar 200 mg/mg3 gas buang SO2

sebagai perlawanan standar yang telah ada sebesar 400 mg/mg3 gas buang

SO2, ketika ini tidak mungkin lagi untuk meningkatkan berat dosis batu kapur

di zona pembakaran fluid boiler, memungkinkan untuk menerapkan metode

desulfurisasi, ketika komponen asam ditangkap melalui penyerapan kimiawi,

II-25

yaitu kontak antara polutan gas dan adsorben, ke dalam gas buang yang

keluar dari boiler. Sorben kalsium oksida atau kalsium hidroksida (metode

kering) atau kalsium hidroksida dalam bentuk suspensi air (metode semi

kering), selanjutnya ditangkap dengan filter kain dalam efisiensi tinggi, yang

pada saat yang sama waktu digunakan sebagai ruang reaksi. Metode, tempat,

dan properti sorbent harus menghargai kondisi termodinamika bagian tertentu

dari perangkat listrik dan material konstruksi, terutama mengingat

kemungkinan berikutnya mengubah titik kondensasi gas buang dan endapan

yang mungkin.

Peningkatan kapasitas penyerapan kimiawi memproduksi kalsium

oksida dari limestone antara 1050-1200oC yang sesuai dengan adsorbsi fisik

bergabung dengan reaksi kimia SO2 dicapai melalui aktivasi pada suhu yang

meningkat dengan menggunakan uap air, atau gas buang, yang bagaimanapun

selain mengandung uap air juga mengandung karbon dioksida. Akibatnya,

resultan (yang diaktifkan) selain sorben mengandung dari oksida dan

hidroksida juga mengandung karbonat.

Selain untuk penguapan air secara adiabatis dari pendinginan gas

buang, juga reaksi berikut berlangsung selama proses penyerapan kimiawi

ditambah dengan reaksi berikut (Guitierrez, 2002, dalam Hlincik, et. al.,

2013):

Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 +H2O

Selain kalsium sulfit, oksidasi menghasilkan sejumlah kalsium sulfat pula:

2CaSO3 + O2 2CaSO4

Aktivasi kalsium oksida melalui uap air berubah menjadi hidroksida

dengan peningkatan subtansial dari permukaan reaksi absorbent, lebih lanjut

terhubung dengan peningkatan signifikan dari volume dan permukaan

partikel individu dari sorben teraktivasi termasuk beragam pori-pori.

Perhatian yang sama begitu juga aktivasi melalui gas buang yang

mengandung uap air dan juga karbon dioksida. Bagian yang penting dari

reaksi yang terjadi yaitu hidrasi lanjut melalui kalsinasi yang menghasilkan

silikat, alginat, ferit, clinker, dll, menciptakan struktur berpori, yang pada

II-26

lapisan tengah mengandung ion Ca2+

dan H2O. Sejumlah reaksi juga

memproduksi internal dan eksternal hidrat, mengandung kalsium hidroksida.

Hal ini memungkinan untuk meningkatkan laju rekasi desulfurisasi

fase padat-gas heterogen. Namun, aktivasi perlu untuk dilakukan sehingga

sorben yang teraktivasi akan selalu menjaga bentuknya yang longgar,

mengaktifkan dosis dalam aliran gas buang dan penangkapan sorben yang

bersifat reaktan atau tidak reaktan oleh filter.

2.7 Karakterisasi Bahan

Untuk menganalisis batubara, terdapat tiga metode yaitu analisis ultimat,

proksimat dan analisa kalor. Sedangkan untuk analisa tambahan sebagai

pelengkap pada batubara dan batu kapur dengan menggunakan analisa termal

dengan uji TGA untuk mengetahui karakter batubara dan batu kapur melalui

proses perubahan massa.

2.7.1 Analisa Ultimat dan Proksimat

Menurut UNEP (2006), Analisis ultimat digunakan untuk

menganalisis seluruh elemen komponen batubara, padat atau gas dan analisis

proximat digunakan untuk menganalisis hanya fixed carbon, bahan yang

mudah menguap, kadar air dan persen abu. Analisis ultimat harus dilakukan

oleh laboratorium dengan peralatan yang lengkap oleh ahli kimia yang

terampil, sedangkan analisis proksimat dapat dilakukan dengan peralatan

yang sederhana. (Catatan: proximate tidak ada hubungannya dengan kata

approximate).

Analisis proksimat menunjukan persen berat dari fixed carbon, bahan

mudah menguap, abu, dan kadar air dalam batubara. Jumlah fixed carbon dan

bahan yang mudah menguap secara langsung turut andil terhadap nilai panas

batubara. Fixed carbon bertindak sebagai pembangkit utama panas selama

pembakaran. Kandungan bahan yang mudah menguap yang tinggi

menunjukan mudahnya penyalaan bahan bakar. Kadar abu merupakan hal

penting dalam perancangan grate tungku, volum pembakaran, peralatan

II-27

kendali polusi dan sistim handling abu pada tungku. Sedangkan Analsis

ultimat menentukan berbagai macam kandungan kimia unsur- unsur seperti

karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dll. Analisis ini berguna dalam penentuan

jumlah udara yang diperlukan untuk pemakaran dan volum serta komposisi

gas pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan suhu nyala dan

perancangan saluran gas buang dan lain-lain. Lebih lanjut penjelasan

mengenai parameter-parameter tersebut adalah sebagai berikut:

a. Fixed carbon

Fixed carbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam

tungku setelah bahan yang mudah menguap didistilasi. Kandungan

utamanya adalah karbon tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sulfur

dan nitrogen yang tidak terbawa gas. Fixed carbon memberikan perkiraan

kasar terhadap nilai panas batubara.

b. Bahan yang mudah menguap (volatile matter)

Bahan yang mudah menguap dalam batubara adalah metan,

hidrokarbon, hydrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak mudah

terbakar, seperti karbon dioksida dan nitrogen. Bahan yang mudah

menguap merupakan indeks dari kandunagnbahan bakar bentuk gas

didalam batubara. Kandunag bahan yang mudah menguap berkisar antara

20 hingga 35%. Bahan yang mudah menguap:

- Berbanding lurus dengan peningkatan panjang nyala api, dan

membantu dalam

- memudahkan penyalaan batubara

- Mengatur batas minimum pada tinggi dan volum tungku

- Mempengaruhi kebutuhan udara sekunder dan aspek-aspek distribusi

- Mempengaruhi kebutuhan minyak bakar sekunder

II-28

c. Kadar abu

Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungannya

berkisar antara 5% hingga 40%. Abu:

- Mengurangi kapasitas handling dan pembakaran

- Meningkatkan biaya handling

- Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan efisiensi boiler

- Menyebabkan penggumpalan dan penyumbatan

d. Kadar Air

Kandungan air dalam batubara harus diangkut, di-handling dan

disimpan bersama-sama batubara. Kadar air akan menurunkan kandungan

panas per kg batubara, dan kandungannya berkisar antara 0,5 hingga 10%.

Kadar air:

- Meningkatkan kehilangan panas, karena penguapan dan pemanasan

berlebih dari uap

- Membantu pengikatan partikel halus pada tingkatan tertentu

- Membantu radiasi transfer panas

e. Kadar Sulfur

Pada umumnya berkisar pada 0,5 hingga 0,8%. Sulfur:

- Mempengaruhi kecenderungan teradinya penggumpalan dan

penyumbatan

- Mengakibatkan korosi pada cerobong dan peralatan lain seperti

pemanas udara dan

- economizers

- Membatasi suhu gas buang yang keluar

2.7.2 Analisa Kalor

Nilai kalor merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan., dan

diukur sebagai nilai kalor kotor/ gross calorific value atau nilai kalor netto/

nett calorific value. Perbedaannya ditentukan oleh panas laten kondensasi

dari uap air yang dihasilkan selama proses pembakaran. Nilai kalor kotor/.

II-29

gross calorific value (GCV) mengasumsikan seluruh uap yang dihasilkan

selama proses pembakaran sepenuhnya terembunkan/terkondensasikan. Nilai

kalor netto (NCV) mengasumsikan air yang keluar dengan produk

pengembunan tidak seluruhnya terembunkan. Bahan bakar harus

dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto. Nilai kalor batubara bervariasi

tergantung pada kadar abu, kadar air dan jenis batu baranya. Alat yang

digunakan untuk menganalisa nilai kalor adalah Bomb Calorimeter.

2.7.3 Analisa Termal

Analisa termal dapat dilakukan dengan thermogravimetric (TGA) dan

differential thermal analysis (DTA). TGA adalah suatu metode dinamik untuk

merekam berat sampel dalam kondisi pemanasan atau pendinginan dengan

laju yang terkontrol sebagai fungsi waktu atau temperatur. Kurva TGA

memberikan informasi mengenai besarnya massa yang hilang selama

pemanasan. Dengan teknik ini dapat dilakukan analisis kuantitatif tentang

perubahan berat yang terjadi pada molekul polimer selama proses transisi.

Dalam bidang polimer, teknik ini digunakan untuk mengevaluasi kestabilan

termal suatu polimer, studi kinetika reaksi dekomposisi polimer serta

identifikasi polimer.

DTA adalah metoda yang membandingkan perbedaan temperatur

antara sampel dengan pembanding (reference). Metoda ini berguna saat

pemanasan sampel tidak menyebabkan perubahan berat. Komposisi dalam

campuran polimer dapat diketahui dengn metoda DTA yakni penentuan luas

puncak. Kurva DTA dapat memberikan informasi mengenai Tg, Tm, dan Td

(Stevens, 2000 dalam Nurhidayati, 2007 : II-15)

2.8 Pengenalan Boiler

Boiler merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menghasilkan

steam (uap) dalam berbagai keperluan. Air di dalam boiler dipanaskan oleh panas

dari hasil pembakaran bahan bakar (sumber panas lainnya) sehingga terjadi

perpindahan panas dari sumber panas tersebut ke air yang mengakibatkan air

II-30

tersebut menjadi panas atau berubah wujud menjadi uap. Air yang lebih panas

memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding dengan air yang lebih dingin,

sehingga terjadi perubahan berat jenis air di dalam boiler. Air yang memiliki berat

jenis yang lebih kecil akan naik, dan sebaliknya air yang memiliki berat jenis yang

lebih tinggi akan turun ke dasar.

(Djokosetyardjo,M.J.1990)

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan

bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai

dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan

dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam

dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada

keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan

alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang

digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang

dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada

jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.

2.9 Peralatan Pembakaran pada Boiler Batubara

Untuk membakar batubara diperlukan suatu tungku pembakar (burner)

yang fungsinya adalah sebagai berikut:

- Memberikan cukup ruangan atau volume untuk nyala api yang terjadi

pada proses pelepasan energi,

- Untuk penyalaan bahan bakar, yaitu mempertahankan kontinuitas

proses pembakaran,

- Mencampur bahan bakar dengan udara,

- Mengatur proporsi bahan bakar dengan udara,

- Menjamin keamanan proses pembakaran.

Pada dasarnya ada tiga sistem pembakaran batubara yaitu, Mechanical

Stoker, Pulverized-Coal Firing, dan Fluidized Bed Combution. Peralatan tersebut

dapat juga dipakai untuk pembakaran bio-massa dengan sedikit modifikasi

(BPLHD Prov Jabar & JETRO, 2011 : 3-52).

II-31

1. Mechanical Stokers atau Grate Burning

Awal sejarah dari steam boiler adalah Mechanical Stokers atau Grate

Burning, yang masih digunakan hingga saat ini untuk boiler ukuran

kecil hingga medium. Grate Burning dapat diklasifikasikan sebagai (1)

Mass Burning (MB) dan (2) Spreader Burning (SB).

(a) MB dengan feeding gravitasi.

- Chain atau travelling grates (CG/TG)

- Reciprocating atau Pulsating Grates (RG/PG)

(b) SB dengan feeding yang disemburkan.

- CG/TG

- Dumping Grates (DG)

Beberapa tipe untuk pembakaran kayu dan ampas tebu adalah:

- Pinhole grates (PHGs) untuk bahan bakar dengan kadar

kelembaban tinggi (hingga kadar air 55%)

- Inclined water-cooled grates (IWCGs) untuk bahan bakar

dengan kadar air yang lebih tinggi (hingga kadar air 70%)

Boiler sistem stoker didesain untuk mensuplai batubara secara

kontinyu ke dalam ruang bakar dengan menggunakan grate yang

bergerak dan sekaligus menyingkirkan debu dari furnace. Hampir

semua tipe batubara dapat dibakar di stoker. Pembakaran pada stoker

adalah yang paling rendah efisiensinya dibandingkan semua tipe

pembakaran. Karena efisiensinya yang rendah pembakaran dengan

menggunakan sistem stoker dibatasi kapasitasnya yaitu dibawah 3000

kgsteam/jam.

2. Pulverized-coal firing (PC Firing) diperkenalkan pada tahun 1920an

dan memperlihatkan kemajuan yang besar dalam kapasitas

pembakaran melebihi mechanical stokers. Sistem ini sudah

dipergunakan secara luas sampai saat ini. Untuk mempersiapkan

batubara sebelum digunakan di dalam pulverized firing, batubara

dihancurkan dn dihaluskan menjadi bubuk berukuran kurang dari 200

II-32

mesh. Sistem ini cocok untuk variasi batubara yang beragam,

khususnya untuk yang berkualitas tinggi. Keunggulan dari pulverized-

coal firing adalah baik dalam menghadapi perubahan beban,

membutuhkan udara lebih yang rendah untuk pembakaran, konsumsi

listrik untuk fan rendah, kehilangan karbon rendah, temperatur

pembakaran tinggi yang meningkatkan efisiensi thermal, kapasitas

menghasilkan uap tinggi yang meningkatkan efisiensi thermal,

kapasitas menghasilkan uap tinggi mulai 50 sampai 3000 ton

steam/jam, dan memungkinkan untuk menggunakan multiple-fuel

combustion (minyak, gas, dan batubara).

3. Fluidized-bed combustion, pembakaran bahan bakar terjadi diatas

lapisan (bed) partikel padat (pasir) yang timbul akibat injeksi udara

dari bawah bed. Bed dapat terdiri dari pasir, abu batubara, atau sorben

seperti limestone dan dolomite. Limestone atau Dolomite di dalam bed

bereaksi dengan sulfur dioksida yang terbentuk selama pembakaran

batubara dan membentuk padatan sulfat yang dapat dibuang sebagai

padatan kering. Varian dalam teknologi ini terdiri dari atmospheric-

pressure fluidized-bed combustion, dan pressurized circulating

fluidized-bed combustion.

2.10 Penelitian Terdahulu

Sebelum penelitian ini dilaksanakan, ada beberapa penelitian serupa yang

telah terlebih dahulu dilakukan. Penelitian-penelitian terdahulu ditampilkan dalam

tabel 2.5 berikut:

II-33

Tabel 2.5

Penelitian-Penelitian Terdahulu

No. Nama ( Tahun) Judul Metodologi Hasil

1. Cahyadi (2003)

Tipe Jurnal:

Penelitian BPPT

Balai Besar

Teknologi

Energi (B2TE)

Penelitian

Metode Injeksi

Batu Kapur

untuk Penurunan

Emisi SO2 dan

Aplikasinya pada

Pembangkit

Listrik

Metode injeksi batu

kapur di stoker

simulator

- Temperatur antara

750-1250oC

- Limestone CaCO3

sebagai sorben di

temperatur sampai

dengan 750oC

- dilakukan dengan

variasi

perbandingan Ca/S

mulai dari 0,5

hingga 3,5 dengan

variasi ukuran 50,

150, dan 200 mesh

- Sorben akan

bereaksi dengan

SO2 dan O2

membentuk CaSO4

(gypsum)

- Tingkat penurunan

emisi SO2 adalah

bervariasi 17%

hingga 70% pada

rasio molar Ca/S 1

hingga 3 dan ukuran

batu kapur 50 hingga

200 mesh

- Kebutuhan efisiensi

penangkapan SO2

sekitar 55%-70%

- Biaya investasi

rendah, injeksi batu

kapur menjadi alat

yang efektif dan

efisien dalam

pengendalian emisi

SO2

2. Cahyadi (2006)

Tipe Jurnal:

Penelitian BPPT

Balai Besar

Teknologi

Energi (B2TE)

Strategi

Penurunan Emisi

SO2 pada PLTU

Batubara yang

Tidak Memiliki

Desulfurisasi

Metode percampuran

batubara high rank

dengan batubara low

rank

- Dengan

menggunakan teknik

pengaturan tumpukan

seperti: pelapisan

chevron, pelapisan

windrow, dan

gabungan keduanya.

- Teknik pengaturan

laju batubara pada

conveyer.

Metode injeksi batu

- Pencampuran

batubara berpotensi

dapat menurunkan

emisi gas SO2

hingga 70%.

- Berdasarkan

penelitian skala

laboratorium pada

uji pembakaran

batubara dengan

injeksi batu kapur

menunjukkan

penurunan emisi SO2

adalah 17% hingga

70%, dengan

II-34

kapur

- Uji pembakaran

dilakukan dengan

variasi perbandingan

Ca/S mulai dari 0,5

hingga 3,5 dan variasi

ukuran 50, 150, 200

mesh dengan

temperatur 750-

1250oC.

efisiensi

penangkapan SO2

sekitar 55%-70%

3. Iswan (2010)

Tipe Jurnal:

jurnal ilmiah

Program Studi

Teknik Elektro

Universitas

Khairun,

Ternate

Penanggulangan

Limbah PLTU

Batubara

Data primer berupa

sampling kualitas

udara, data sekunder

berupa data kecepatan

dan arah angin, serta

temperatur dan

kelembapan udara.

- Untuk mencegah

emisi yang

dihasilkan oleh

pembangkit listrik

bakar batubara,

diperlukan teknologi

Flue Gas

Desulfurization.

2.11 Kerangka Pikir Penelitian

Setiap penelitian memerlukan dasar pemikiran yang jelas untuk

menerangkan hubungan antarkonsep yang nantinya akan dijabarkan menjadi

variabel penelitian (Anggoro dkk, 2007 : 2.67). Penelitian ini memiliki kerangka

pikir sebagai berikut :

II-35

Gambar 2.6

Kerangka Pikir Penelitian

II-36

2.12 Hipotesis Penelitian

Dari arti katanya, hipotesis memang berasal dari 2 penggalan kata hypo

yang artinya di bawah dan thesa yang artinya kebenaran. Jadi hipotesis

yang kemudian cara menulisnya disesuaikan dengan Ejaan Bahasa Indonesia

menjadi hipotesa, dan berkembang menjadi hipotesis (Arikunto, 2010 : 110).

Hal yang sangat perlu diperhatikan oleh peneliti adalah bahwa ia tidak

boleh mempunyai keinginan kuat agar hipotesisnya terbukti dengan cara

megumpulkan data yang bisa membantu memenuhi keinginannya, atau

memanipulasi data sedemikian rupa sehingga mengarah keterbuktian hipotesis.

Penelitian harus bersikap objektif terhadap data yang terkumpul. (Arikunto, 2010 :

111).

Hipotesis penelitian Upaya Penurunan Emisi SO2 dari Bahan Bakar

Kualitas Rendah (tipe: Subbituminous) dengan Campuran Batu Kapur

(Limestone) pada Proses Pembakaran adalah berdasarkan batasan masalah

penelitian mengenai pengaruh batu kapur (limestone) melalui variasi jumlah (rasio

Ca/S) dan ukuran partikel tertentu yang akan dicampurkan dengan bahan bakar

batubara kualitas rendah (tipe: Subbituminous) dengan ukuran partikel yang sudah

ditentukan terhadap penurunan emisi SO2. Sehingga hipotesis penelitian ini adalah

variasi batu kapur yang akan dicampurkan dengan batubara tipe Subbituminous

saat proses pembakaran dengan tungku Stoker Simulator memberi pengaruh

terhadap penurunan emisi SO2.