34 Uji Emisi Hasil Pembakaran Batubara Hasil Proses Aglomerasi Air-Minyak Sawit

UJI EMISI HASIL PEMBAKARAN BATUBARA HASIL PROSES AGLOMERASI AIR-MINYAK SAWIT

NukmanJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya

Jl. Raya Prabumulihkm 32 Inderalaya 30662E-mail : ir_nukman2001@yahoo.com

ABSTRAKBatubara adalah salahsatu jenis energi fosil yang telah lama dikenal manusia. Pemakaian batubarasebagai bahan bakar, lebih dahulu dimanfaatkan manusia sebelum pemakaian minyak bumi. Padasaat ini pemakaian batubara yang tidak mengindahkan aspek lingkungan semakin membuatlingkungan hidup kita menjadi tidak sehat dan nyaman. Dengan media air minyak sawit mentah(crude palm oil - CPO), batubara sub bituminus dari Tanjung Enim, dicuci dengan metodepencucian aglomerasi.. Briket batubara dapat dibuat dengan menggunakan bahan baku hasilpencucian ini. Minyak sawit mentah ternyata dapat berfungsi sebagai media perekat bagi butiranbatubara 30 -70 mesh ini. Kenaikan Nilai Kalori telah menurunkan kadar emisi gas buang danwaktu memasak air lebih singkat.

Kata Kunci: Coal, Agglomeration-Method, EmissionsI. PENDAHULUAN

Ada tiga jenis utama emisi gas buang yang dihasilkanoleh pembakaran batubara, yaitu, SOx, CO dan NOx.Salah satu jenis dari teknologi batubara bersih (CleanCoal Technology) adalah usaha membersihkanpermukaan batubara dari kotoran-kotoran yangberpotensi menjadi pencemar. Secara langsung prosesini dapat menurunkan kadar abu dan kadar sulfur piritdalam batubara. Proses pembersihan ini dikenaldengan proses pencucian batubara [1] atau disebutproses aglomerasi air-minyak.Kandungan sulfur dalam batubara apabila dibakarakan berubah menjadi oksida sulfur [2] . Oksidasulfur (SOx) ini akan menjadi H2SO4 (asam sulfat)dalam udara lembab atau berair, dan bila jatuh kebumi akan menjadi hujan asam dan menimbulkandampak negatif terhadap manusia, hewan, dantumbuh-tumbuhan [3]. Sulfur di dalam batubara dapatberbentuk senyawa organik atau anorganik sepertipirit, markasit dan sulfat. Kadar sulfur dalam batubaracukup bervariasi, biasanya sekitar 0,5 5,0% [1].Diharapkan hasil proses aglomerasi air-minyak iniakan dapat digunakan sebagai bahan baku briketbatubara ataupun sebagai bahan bakar pada ketel uapyang lebih baik daripada yang ada saat ini. Karenaproses ini memakai minyak sawit mentah sebagaimedia minyaknya, maka proses ini disebut sebagaiproses aglomerasi air-minyak sawit mentah.

II. TINJAUAN PUSTAKA2.1. Teknologi Batubara BersihTeknologi Batubara Bersih dimaksudkan untukmengurangi dampak lingkungan akibat pembakaranbatubara. Teknologi batubara bersih ini dapatmemberikan solusi agar batubara yang dibakar dapatlebih ramah terhadap lingkungan. Dampak langsungpembakaran batubara adalah asap yang dihasilkandapat menyebabkan timbulnya hujan asam, dan bilaterhisap langsung akan menyebabkan penyakit paru.Sedangkan abu yang terbang akan menempel padapermukaan tanah dan tanaman, sehingga akanmenyebabkan terjadinya perubahan terhadapkelangsungan hidup tanaman. Khusus bagi manusiaakan menyebabkan penyakit kulit dan mutasigenetika.Teknologi batu bara bersih dapat mereduksi emisi-emisi dari sulfur oksida, nitrogen oksida, dan polutantlainnya, mulai dari tambang batubara ke pembangkittenaga listrik yang memakai batubara sebagaipembakar atau pabrik-pabrik lainnya.Dalam penelitian ini dilakukan teknologipembersihan sebelum pembakaran, yaitu denganpencucian batubara, yang merupakan salah satuteknologi yang ada untuk mereduksi polutant [4],yang dikenal sebagai metode aglomerasi. Mediaaglomerasi yang digunakan adalah campuran airdengan minyak sawit mentah.Sebelum penelitian ini dilakukan, minyak sayur(vegetable oils) seperti minyak bunga matahari dan

JURNAL REKAYASA SRIWIJAYA No. 1 Vol. 19, Maret 2010 35

kacang kedelai dipakai sebagai media aglomerasiuntuk membersihkan batubara Spanish High Rank.[5].Sedangkan minyak diesel, minyak bakar, dan ketigajenis minyak lainnya dipakai sebagai mediaaglomerasi untuk mencuci enam jenis batubara diAmerika Serikat. Abu yang dapat dibuang tertinggi50% untuk lignit, dan 15 sampai 20% untuk subbituminus. [6].Colza oil dipakai untuk aglomerasi tiga jenis batubaraSpanyol. Hasil aglomerasinya ternyata menurunkanresiko pembakaran spontan pada penimbunan (dump)batubara. [7].Penelitian kandungan abu batubara dariTodongkurah, Sulawesi Selatan [8], dengan prosesaglomerasi dengan memakai minyak diesel 5, 10 dan15%. Air, minyak diesel dan fraksi batubara diadukselama 15 menit. Hasil penelitian M. Ulum A. Ghaniini menunjukkan bahwa abu batubara tersebutmaksimum menjadi 7,69% dari kadar sebelumnya8,80 % untuk ukuran fraksi 60 + 80 (mesh) danpersen berat minyak diesel sebesar 15%.Penelitian yang dilakukan denganmempertimbangkan bahwa minyak sayur (vegetableoils) adalah sumber energi yang tidak berpolusi danbebas kadar sulfur, nitrogen dan logam sertamemperhitungkan bahwa minyak ini sumber energiyang terbarukan telah dilakukan oleh [9] denganmemakai batubara sisa buangan yang tidak dipakaiuntuk pembangkit listrik (power plant) denganmetode aglomerasi air-minyak sayur (minyak zaitundan minyak bunga matahari). Hasil proses berupaaglomerat dengan maksimum kadar abu dapatdibuang adalah 48%.

2.2. Minyak Sawit.Kelapa sawit adalah tumbuhan tropis yangmerupakan tanaman dengan nilai ekonomis yangtinggi yang dapat dibuat menjadi minyak nabati.Minyak sawit yang didapat dari pengolahan kelapasawit merupakan salah satu jenis minyak nabati yangmerupakan salah satu sumber energi terbarukan.Minyak sawit mentah dalam penelitian ini digunakansebagai media aglomerasi, yang dicampur air, untukmenurunkan kadar abu dan sulfur di dalam batubara.Indonesia merupakan salahsatu negara produsenutama minyak sawit. Minyak sawit kasar/mentah(Crude Palm Oil CPO) berwarna merah jinggayang disebabkan oleh adanya karotenoid [10](Mangoensoekarjo, 2005). Minyak sawit bersifatsetengah padat pada temperatur kamar, dengan titikcair antara 40 - 70oC. Sifat fisiko-kimia minyak sawit

meliputi antara lain warna, bau dan flavor, kelarutan,titik cair, titik didih, titik pelunakan, berat jenis, titikasap, titik nyala dan titik api [11]. Minyak gorengsawit adalah minyak yang telah mengalami prosespemurnian yang meliputi degumming, pemucatan,dan deodorisasi. Secara umum komponen utamaminyak adalah asam lemaknya, karena asam lemakmenentukan sifat kimia maupun stabilitas minyak[11]. Yang menarik dari minyak sawit adalah titiknyalanya (flash point) 243oC dengan kadar sulfur nolpersen dan kadar air kurang dari 0,3% [12].Sedangkan batubara mempunyai temperatur (titik)penyalaan antara 400 sampai dengan 600oC [13].Khusus hasil pengujian emisi pembakaran hasil dariproses aglomerasi belum dibahas oleh para peneliti-peneliti di atas.Hasil penelitian terdahulu [14], menunjukkan bahwapencucian batubara dengan metode ini menghasilkanpeningkatan nilai kalori yang cukup signifikan.

III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN3.1. TujuanAda beberapa landasan tujuan untuk memakai hasilpencucian dengan proses metoda aglomerasi air-minyak sawit sebagai bahan baku pembuatan briket.Pertama, karena emisi gas buang hasil pembakaranbatubara harus seminimal mungkin jumlahnya danberada di bawah ambang batas yang diizinkan.Kedua, diharapkan dari pengembangan lebih lanjutdari briket batubara adalah kemampuan sifat bakarnya(antara lain nilai kalori) semaksimal mungkin,sehingga mendekati nilai bakar dari bahan bakar yangdigantikannya, semisal bahan bakar minyak bumi.Ketiga, pemanfaatan teknologi yang ada dapatmendukung proses pembuatan briket yang lebih baik,dimana dengan proses ini dapat meningkatkanparameter (mutu) dari batubara low rank menjadisetara dengan high rank.Dari uraian di atas dapat dikatakan bahwa kadar abudan kadar sulfur seharusnya dikurangi kadarnyasehingga dapat mengurangi dampak dari prosespembakarannya.

3.2. ManfaatPembuatan briket batubara umumnya memakaiukuran butir batubara maksimal 30 mesh. Dalambriket batubara tersebut terkandung juga ukuran butiryang lebih kecil yaitu ukuran sampai dengan 70 meshdan terkadang lebih daripada itu. Hal ini terjadikarena, dari hasil penggerusan batubara pada mesinpenggerus dibatasi ukurannya maksimum 30 mesh

36 Uji Emisi Hasil Pembakaran Batubara Hasil Proses Aglomerasi Air-Minyak Sawit

dan ukuran lebih kecil termasuk didalamnya.Sehingga ukuran butir batubara untuk briket adalahcampuran dari sejumlah ukuran butir batubara denganukuran maksimal 30 mesh dan akan dibatasi hinggaminimal 70 mesh. (Lolos saringan 30 mesh dan tidaklolos 70 mesh disebut sebagai 30-70 mesh).Sehingga dengan demikian nantinya akan didapatsuatu briket batubara dengan ukuran butiranmaksimal 30 mesh dengan bahan batubara rankrendah. Dapat dikatakan bahwa penelitian akanmenghasilkan produk berupa briket ramahlingkungan.Keberhasilan penelitian ini akan memberikansumbangan pemikiran untuk meningkatkan kualitasbatubara Indonesia dan diversifikasi pemakaianproduk minyak sawit sebagai sumber energi.

IV. METODE PENELITIAN4.1. Preparasi Material4.1.a. Sampel BatubaraBahan baku material batubara diambil dari PT.Tambang Batubara, Tbk (perseroan), Tanjung EnimSumatera Selatan. Jenis batubara yang akan dipakaidalam penelitian ini adalah Sub Bituminus. Batubaradihancurkan dalam ukuran minimal 5 mm denganJaw Crusher dan kemudian digerus lagi dengangrinding milling serta diayak dengan saringan lolos30 mesh dan tak lolos 70 mesh.Untuk kemudahan dalam penelitian ini, maka sampel-sampel akan dikodifikasi seperti penelitiannya.Banyaknya butir atau partikel batubara yang akandicuci untuk sekali proses adalah 1 kg dan 1,5 kg.Banyaknya air yang diperlukan adalah 5 liter.Sedangkan jumlah minyak yang dipakai disesuaikandengan variabel perlakuan.Setiap sampel diberi kode identifikasi: SB/Py/Cz,dengan pengertian:SB = jenis batubara Sub-Bituminus: dengan ukuran

= -30 + 70 mesh.Py = jumlah padatan batubara (y gram batubara per

1000 gram air, dengan y = 5 dan 7,5 %);Cz = minyak sawit mentah (C = CPO) dalam jumlah

z % relatif terhadap berat batubara (z = 5dan 10%).

4.1.b. Media Minyak Aglomerasi.Jenis minyak sawit yang digunakan dalam penelitianini, yaitu minyak sawit mentah atau disebut CPO(Crude Palm Oil). Karena minyak ini masih banyakmengandung kotoran lain semisal abu dan sedikit

serat kulit, maka minyak ini terlebih dahulu disaringdengan kain bersih.4.2. Prosedur dan Alat yang digunakan.a. Aglomerasi Air-Minyak SawitMetode aglomerasi air-minyak adalah suatu teknikyang efektif untuk me ngembalikan (recovery) danmengeliminasi abu dari batubara. Aglomerasi minyakdapat digunakan untuk menghasilkan suatu padatan,produk kental yang digabung dari berbagai ukuranpartikel batubara, yang disebut sebagai aglomerat.Tiap aglomerat dapat mengandung fragment (bagian-bagian kecil) batubara yang bervariasi pada bentukukuran sebesar 2 mm sampai partikel sangat halusdengan ukuran beberapa mikrometer, dan akanmemiliki kekuatan melekat yang cukup besar untuktetap utuh. Metode aglomerasi ini dapat diterapkankarena sifat lipophilic (oil loving) dan hydrophobic(water hating) dari permukaan batubara [15].Material yang tenggelam pada media air merupakanbahan buangan, sedangkan material yang mengapungpada media yang sama (air) adalah batubara yangbersih [16].Karena partikel-partikel batubara pada dasarnyahydrophobic, mereka dapat dibuat menjadi aglomeratdalam bentuk campuran batubara minyak. Pada sisilain, partikel-partikel mineral yang hydrophilic (yangmenjadi sumber kadar abu dan sulfur pada batubara)tidak dipengaruhi dan tetap bertahan dalam air.Karena partikel-partikel aglomerat batubara lebihbesar daripada partikel mineral, maka mereka dapatdipisahkan. Dengan adanya minyak saat pencucian,mengakibatkan air bercampur abu tidak akan melekatlagi ke permukaan batubara.Dalam penelitian ini proses aglomerasi dilakukandengan menggunakan tabung silinder berdiameter 12inci dan tinggi 20 inci. Tabung dilengkapi dengan stiryang dapat diputar pada kecepatan 1450 rpm. Silinderdan stir dibuat dari baja tahan karat (gambar lihatlampiran). Sebagai pemutar dipakai mesin bor(drilling machine), poros stir dihubungkan langsungke penjepit mata bor. Partikel batubara dimasukkanke dalam tabung silinder yang sebelumnya telah diisidengan air sebanyak 5 liter. Air dan partikel batubaradiaduk dengan stir pada putaran mesin 1450 rpmselama 15 menit. Pada awal menit kelimabelas,sejumlah minyak dimasukkan kedalam silinder danmesin tetap diputar selama lima menit. Putaran stirdihentikan pada akhir menit keduapuluh. Aglomeratyang terbentuk diambil, kemudian dikeringkanselama 24 jam di atas saringan, agar air yang terikutdapat dibuang.

JURNAL REKAYASA SRIWIJAYA No. 1 Vol. 19, Maret 2010 37

b. Pengujian Emisi Gas Buang Hasil PembakaranSebelum pengujian emsis gas buang, aglomeratterlebih dahulu dibuat menjadi briket.Bentuk yang dipakai dalam pembuatan briket iniadalah bentuk silinder. Bentuk ini mempunyaidistribusi tekanan yang lebih merata dipermukaanatas dan bawah dibanding bentuk telur.Emisi gas buang meliputi, CO, NOx, SOx. Alat yangdipakai untuk pengukuran batubara ini adalah Pengujiemisi gas buang merek TESTO buatan Swiss yangada di laboratorium Konversi Energi jurusan TeknikMesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.Pengujian akan dilakukan dengan cara membakarbriket batubara di dalam kompor briket, dimanasejumlah asap hasil pembakaran akan dianalisa emisigas buangnya. Selain daripada itu pada saatpembakaran dalam kompor juga akan dilihat profilpembakaran, meliputi kemudahan penyalaan awal,warna nyala api dan waktu yang diperlukan untukmemasak sejumlah tertentu masakan semisalpemasakan air.

V. HASIL DAN PEMBAHASAN5.1. Hasil PenelitianDari pengamatan pengukuran didapat data-dataseperti dalam tabel berikut.Tabel 3.1. Tabel Data Hasil Penelitian

5.2. Pembahasana. Hubungan Nilai Kalori dan Emisi

Gambar 5.1: Hubungan Nilai Kalori dan EmisiDari gambar 5.1 dapat dilihat bahwa dengan naiknyanilal kalori dari hasil cuci aglomerasi telahmenurunkan nilai emisi gas buang yang cukupsignifikan. Naiknya nilai kalori yang cukup besarpada sampel SBP5C10 diikuti turunnya nilai emisiSOx yang lebih rendah dibanding dengan sampellainnya, hal ini malah kontradiksi dengan kadarSulfur yang turun tidak begitu besar dibandingdengan sampel lain.[14] Besarnya nilai emisi yangturun sebanding dengan batubara Sub Bituminustanpa cuci (SBtc).b. Hubungan Nilai Kalori dan Waktu Masak Air

2 literGambar 5.2, memperlihatkan hubungan antara NilaiKalori dan Waktu Masak air sebanyak 2 liter. Terlihatbahwa waktu yang dibutuhkan untuk memasak airtersebut tidak begitu jauh berbeda antara satu sampeldengan yang lain. Nilai ini sangat relatif. Untuk tigasampel yaitu SBP5C10, SBP10C10 dan SBP5C15,dibutuhkan waktu 13 menit untuk memasak airtersebut.

Gambar 5.2: Hubungan antara Nilai Kalori danWaktu Memasak Air 2 liter

38 Uji Emisi Hasil Pembakaran Batubara Hasil Proses Aglomerasi Air-Minyak Sawit

VI. KESIMPULANTurunnya nilai emisi gas buang hasil pembakaranyang cukup besar membuktikan bahwa hasil daripencucian batubara menampakkan keberhasilan.Telah didapat suatu briket nilai kalori tinggi danramah lingkungan serta relatif membutuhkan waktumemasak air yang lebih cepat.

VII. DAFTAR PUSTAKA[1]. Speight, James G, 1994, The Chemistry and

Technology of Coal, Marcel Dekker, Inc. NewYork, page. 569.

[2]. Suganal, 2000, Pengaruh Kadar SulfurBatubara Indonesia terhadap Emisi SO2 padaPembakaran Pulverized Coal untuk PLTU,Prosiding Seminar Nasional Kimia VIII,FMIPA- UGM, Yogyakarta, halaman 123.

[3]. Ismail, Syarifuddin, 1995, Batubara Indonesia:Potensi dan Harapan, Penerbit UniversitasSriwijaya, ISSN 979-587-030-0, halaman 46.

[4]. Keefer R.F., 1993, Coal Ashes-Industrial Wastesor Beneficial By-Product, in Trace Elements inCoal and Coal Combustion Residues, LewisPublishers, page 3.

[5]. Garsia Ana B., M. Rosa Martinez-Tarazona andJose M, G. Vega, 1996, Cleaning of SpanishHigh Rank Coals by Agglomeration withVegetable Oils, Journal of Fuel (75-78), page885.

[6]. G.A. Robbins, R.A. Winschel, C. L. Amos andF. P. Burke, Agglomeration of low-rank coal asa pretreatment for direct coal liquefaction,Journal of Fuel, (1992), page 1039.

[7]. Alonso M. I., A. F. Valdes, R. M. Martinez-Tarazona and A. B. Garcia, 2002, Coal recoveryfrom fines wastes by agglomeration with colzaoil: a contribution to the environment andenergy preservation, Journal of Fuel ProcessingTechnology, 75, page 85.

[8]. Ghani, M. Ulum A, 2000, Removal ofTodongkurah Coal Ash by Oil AgglomerationMethod, Proceedings Southeast Asian CoalGeology Conference, Bandung Indonesia, page307-311

[9]. Adolfo F, Valdes, Ana B. Garcia, 2006, On theutilization of waste vegetable oils (WVO) asagglomerants to recover coal from coal finescleaning wastes (CFCW), Journal of Fuel, 85,page 607.

[10]. Mangoensoekarjo Soepadiyo, HaryonoSemangun, 2005, Manajemen AgrobisnisKelapa Sawit, Gadjah Mada University Press,Cetakan kedua, halaman 326.

[11]. Ketaren, S., 2004, Pengantar Teknologi Minyakdan Lemak Pangan, edisi 1, Penerbit UniversitasIndonesia, halaman 35.

[12]. Nukman (1) dan Suhardjo Poertadji, 2006,Peningkatan nilai kalori batubara bituminusdengan aglomerasi air-minyak sawit, JurnalTeknologi, FT. Universitas Indonesia, EdisiNo.2, Tahun XX.

[13]. Gence, Nermin, 2006, Coal recovery frombituminous coal by aggloflotation withpetroleum oils, Journal of Fuel, 85, page 1138

[14]. Nukman, 2007, Proses Aglomerasi Air-MinyakSawit untuk Menurunkan Kadar Abu dan Sulfurserta Meningkatkan NilaiI Kalori BatubaraSemi Antrasit, Bituminus dan Sub Bituminus,Disertasi Program Doktor, ProgramPascasarjana Ilmu Material, FMIPA UniversitasIndonesia.

[15]. Osborne D.G., Coal Preparation Technology,Volume 1, Graham dan Trotman Limited,London, (1988), page 460.

[16]. Puente G. de la, G. Marban, E. Fuente, J.J Pis,Modelling of volatile product evolution in coalpyrolisis. The role of aerial oxidation, Journalof Analytical and Applied Pyrolisis, (1994), vil.44, pages 205-218.