karakterisasi tar hasil gasifikasi biomassa cangkang sawit

8/17/2019 Karakterisasi Tar Hasil Gasifikasi Biomassa Cangkang Sawit

1/68

TK4092 PENELITIAN TEKNIK KIMIA I Semester II 2014/2015

JudulKARAKTERISASI TAR HASIL PIROLISIS BIOMASSA

Kelompok B2.1415.K.18

Syafik (13012003)

Natasha Kurniawati (13012079)

Pembimbing

Prof. Herri Susanto

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNGMei 2015


2/68


3/68

B2.1415.K.18 i

LEMBAR PENGESAHAN

TK4092 PENELITIAN TEKNIK KIMIA I

Semester II ! 2014/2015

KARAKTERISASI TAR HASIL PIROLISIS BIOMASSA


Syafik (13012003)

Natasha Kurniawati (13012079)

Bandung, Mei 2015

Disetujui Pembimbing

Prof. Herri Susanto

Catatan Pembimbing


4/68

B2.1415.K.18 ii

SURAT PERNYATAAN


Semester II Tahun 2014/2015

Kami yang bertanda tangan di bawah ini:

Kelompok : B2.1415.K.18

Nama (NIM) : Syafik (13012003)

Nama (NIM) : Natasha Kurniawati (13012079)

dengan ini menyatakan bahwa laporan dengan judul:

KARAKTERISASI TAR HASIL PIROLISIS BIOMASSA

adalah hasil penelitian kami sendiri di mana seluruh pendapat dan materi dari sumber

lain telah dikutip melalui penulisan referensi yang sesuai.

Surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan jika pernyataan dalam lembar

pernyataan ini di kemudian hari diketahui keliru, kami bersedia menerima sangsi sesuai

peraturan yang berlaku.

Bandung, Mei 2015

Tanda tangan

Syafik

Tanda tangan

Natasha Kurniawati


5/68

B2.1415.K.18 iii


Kakterisasi Tar Hasil Pirolisis Biomassa


Syafik (13012003) dan Natasha Kurnaiwati (13012079)

Pembimbing

Prof. Herri Susanto

ABSTRAK

Indonesia adalah negara dilimpahi akan berbagai kekayaan alam, terutama di bidang biomassa. Selain digunakan sebagai kebutuhan primer, biomassa juga dapat

dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. Biomassa seperti buah kelapa dan kelapa

sawit seringkali digunakan hanya sebagai bahan pangan. Bagian buah yang tidak

digunakan kemudian menumpuk menjadi limbah dalam jumlah besar. Dewasa ini,

biomassa telah banyak dikembangkan sebagai sumber energi terbarukan melalui proses

gasifikasi. Hasil gasifikasi biomassa berupa gas yang dapat menggantikan fungsi bahan

bakar fosil. Akan tetapi, rangkaian proses gasifikasi selalu menghasilkan produk

samping yang tidak diinginkan, yaitu tar. Tar yang dihasilkan tidak selalu memiliki

karakteristik yang sama, namun bergantung pada pada jenis dan kandungan biomassayang hendak digunakan, jenis gasifier , dan juga temperatur reaksi yang digunakan

untuk melakukan gasifikasi. Oleh karena itu, dibutuhkan pengetahuan kandungan tarhasil proses gasifikasi. Hasil karakterisasi tar diharapkan dapat digunakan untuk

menemukan solusi pengurangan kandungan tar di dalam gasifier. Karakteristik tarmencakup komponen penyusun tar, rentang titik didih, viskositas, dan tampilan warna.

Karakterisasi tar dilakukan pada hasil gasifikasi batok kelapa dan cangkang sawit

dengan variasi laju alir udara dan ukuran biomassa. Gasifikasi dilakukan di dalam

reaktor fixed-bed updraft gasifier yang melibatkan kehadiran udara. Analisis tar

dilakukan dengan menggunakan gas kromatografi, kolom kapiler RTX5, dan detektor

FID.

Kata kunci: biomassa, gasifikasi, karakterisasi, pirolisis, tar


6/68

B2.1415.K.18 iv

TK4092 CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH I

The Characterization of Tar As The Result of Biomass Pyrolysis

Group B2.1415.K.18

Syafik (13012003) and Natasha Kurnaiwati (13012079)

Advisor

Prof. Herri Susanto

ABSTRACT

Indonesia is a country that boasts an abundance of natural prosperity, especially in thefield of biomass. In addition of its utilization in primary needs, biomass is also used as

the source of alternative energy. Coconut and coconut palm are examples of biomass

that are every so often used as comestibles. Nevertheless, the left overs of the crop

usually pile up as waste in bulk. Nowadays, biomass has gone through a development to

become renewable energy via gasification process, in which the produced gas can

replace the use of fossil fuel. However, the series of gasification process always resultsan undesirable product called tar. The produced tar doesn't always hold the same

characteristics by reason of the difference in the biomass content, type of gasifier, andreaction temperature. For that reason, it is pivotal to apprehend the content of tar that is

produced by the gasification process. The characterization of tar is then expected to prompt many ways in reducing the production of tar in a gasifier. The characteristics of

tar include the tar’s component, boiling point, viscosity, and color. The characterization

of tar is done on coconut shell and coconut palm shell by gasification process with

variaties in flow rate and particle size. The gasification process is carried out in a fixed-

bed updraft gasifier with the presence of air. The analysis of tar is performed using gas

cromatography with RTX5 capillary column and FID detector.

Keywords: biomass, characterization, gasification, pyrolysis, tar


7/68

B2.1415.K.18 v

KATA PENGANTAR

Laporan penelitian ini dimaksudkan untuk memenuhi salah satu ketentuan kelulusan

Program Studi Sarja Teknik Kimia ITB. Penulis mengucapkan syukur dan terima kasih

kepada Tuhan Yang Maha Esa atas terselesaikannya laporan penelitian ini. Penulis juga

ingin mengucapkan terima kasih kepada

• Prof. Herri Susanto selaku dosen pembimbing yang telah mebagikan segenap

ilmu yang Beliau miliki dan mendampingi kami selama proses penyusunan

laporan ini.

• Kak Dwi Hantoko selaku asisten Prof. Herri Susanto yang senantiasa berbagi

pengalaman dan telah meluangkan waktunya untuk berkonsultasi mengenai masalah

penyusunan laporan ini.

• Seluruh teman-teman Teknik Kimia ITB angkatan 2012 yang telah mendampingi

penulis untuk sama-sama berjuang menyelesaikan laporan tepat waktu, telah berdiskusi

bersama penulis, dan telah memberikan dukungan dan semangat.

Semoga laporan penelitian berjudul “Karakterisasi Biomassa Hasil Pirolisis Tar” ini dapat

bermanfaat di masa depan dan menyelesaikan masalah-masalah mengenai tar yang ada saat ini.


8/68

B2.1415.K.18 vi

DAFTAR ISI

Halaman

Lembar Pengesahan i

Surat Pernyataan ii

Abstrak iii

Abstract iv

Kata Pengantar v

Daftar Isi vi

Daftar Tabel vii

Daftar Gambar viii

I Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

1.2 Rumusan Masalah

1.3 Tujuan

1.4

Manfaat1.5 Ruang Lingkup

1

1

3

3

34

II Tinjauan Pustaka

2.1

Potensi Biomassa di Indonesia

2.2 Karakteristik Biomassa

2.3 Gasifikasi Biomassa

2.3.1 Proses Gasifikasi

2.3.1.1 Pengeringan

2.3.1.2 Pirolisis

2.3.1.3

Gasifikasi

2.3.1.4 Combustion

2.3.2 Fixed Bed Gasifier

2.3.3

Kompatibilitas Umpan Bahan Bakar

2.3.3.1 Konten Energi Umpan Bahan Bakar

2.3.3.2 Kandungan Air Umpan Bahan Bakar

5

5

7

9

9

10

10

11

11

13

13

15

15


9/68

B2.1415.K.18 vii

2.3.3.3 Ukuran Umpan Bahan Bakar

2.3.3.4 Perolehan Abu

2.3.3.5

Profil Temperatur dalam Fixed-Bed Gasifier

2.4 Karakteristik Tar

2.4.1 Kadar Tar Yang Diperbolehkan

2.4.2 Klasifikasi Tar

2.4.3 Reduksi Tar

2.4.3.1 Reduksi Tar In-situ

2.4.3.1.1 Kondisi Operasi

2.4.3.1.2

Rancangan Gasifier 2.4.3.1.3 Penggunaan Katalis

2.4.3.2 Reduksi Tar Pasca Gasifikasi

2.4.3.2.1

Barrier Filters

2.4.3.2.2 Wet Electrostatic Precipitators (ESP)

2.4.3.2.3 Wet Scrubbers

2.4.4

Perolehan Tar

2.5

Analisis Karakterisasi Tar2.5.1 Pengondisian Gas

2.5.2

Filtrasi Partikel

2.5.3 Pengumpul Tar

2.5.3.1 Impinger Bottles

2.5.3.2 Kolom Petersen

2.5.4 Pengukur Volume

2.5.5 Gravimetri

2.5.6

Gas Kromatografi

2.5.7 Solid Phase Adsoprtion (SPA)

2.5.8 Photo Ionization (PID)

2.6

Karakteristik Tar untuk Setiap Jenis Biomassa

2.6.1 Batok Kelapa

2.6.2 Cangkang Sawit

2.7 Faktor yang Mempengaruhi Karakteristik Tar

15

15

16

16

18

18

22

22

22

2323

24

24

24

25

25

26

27

28

29

29

30

30

30

32

33

33

34

34

35


10/68

B2.1415.K.18 viii

2.7.1 Jenis Biomassa

2.7.2 Kadar Air

2.7.3 Ukuran Partikel

36

37

37

37

IIII Metodologi Penelitian

3.1 Metodologi

3.2 Percobaan

3.2.1

Bahan

3.2.2 Alat

3.2.3

Prosedur3.2.4 Variasi

3.3 Interpretasi Data

3.4 Jadwal

39

39

39

39

40

4147

47

47

Daftar Pustaka 49

Lampiran A Material Safety Data Sheet dan Job Safety Analysis

Lampiran B Instruksi Kerja (Work Instructions)

Lampiran C Contoh Perhitungan

51

54

55


11/68

B2.1415.K.18 ix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1. Jumlah produksi kelapa dan kelapa sawit pada tahun 2014.............................1

Tabel 1.2. Kadar tar yang terkandung di dalam gas hasil gasifikasi pada jenis-jenis

gasifier ……………………………………………………………………….………...2

Tabel 2.1. Data potensi biomassa di Indonesia pada tahun 2013 ....................................6

Tabel 2.2. Data hasil analisis proksimat dan ultimat yang terkandung dalam biomassa .. 7

Tabel 2.3. Tipikal reaksi gasifikasi pada suhu 25o

C ......................................................12

Tabel 2.4. Keuntungan dan kerugian updraft dan downdraft fixed bed gasifier ........... 14

Tabel 2.5. Batas tar pada gas biomassa .......................................................................... 18

Tabel 2.6. Klasifikasi tar .................................................................................................20

Tabel 2.7. Titik didih beberapa senyawa penyusun tar ...................................................21

Tabel 2.8. Analisis proksimat dan ultimat batok kelapa ................................................34

Tabel 2.9. Komposisi penyusun tar hasil pirolisis batok kelapa .....................................35

Tabel 2.10. Analisis ultimat cangkang sawit ..................................................................35

Tabel 2.11. Hasil analisis komposisi tar cangkang sawit menggunakan GC-MS .......... 36

Tabel 3.1. Spesifikasi susunan alat percobaan pirolisis biomassa………………….…..41

Tabel 3.2. Analisis proksimat biomassa pada keadaan air-dried-basis ..........................42

Tabel 3.3. Analisis ultimat biomassa ..............................................................................42

Tabel 3.4. Jadwal rencana pelaksanaan penelitian ......................................................... 48

Tabel C.1. Ultimate & moisture analysis batok kelapa………………………………...55

Tabel C.2. Hasil perhitungan jumlah udara ....................................................................56


12/68

B2.1415.K.18 x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Diagram terner proses gasifikasi ..................................................................8

Gambar 2.2. Proses yang terjadi di dalam gasifikasi biomassa ......................................11

Gambar 2.3. Pembentukan tar pada proses pirolisis di updraft fixed bed gasifier . ........ 17

Gambar 2.4. Pembentukan tar pada proses pirolisis di downdraft fixed bed gasifier .... 17

Gambar 2.5. Hubungan reaktivitas terhadap konversi tar .............................................. 19

Gambar 2.6. Hubungan principle component score terhadap temperatur untuk

pembentukan tar ...................................................................................19

Gambar 2.7. Klasifikasi tar .............................................................................................21

Gambar 2.8. Reduksi tar hasil gasifikasi biomassa secara (a) in situ dan (b) pasca

gasifikasi ................................................................................................ 22

Gambar 2.9. Hubungan temperatur terhadap perolehan tar ............................................26

Gambar 2.10 Hubungan ER terhadap perolehan tar .......................................................26

Gambar 2.11. Rangkaian alat untuk sampling Tar Standard Measurement . ................. 27

Gambar 2.12. Alat untuk melakukan sampling pada gas pada bertekanan atmosferik .. 28

Gambar 2.13. Alat untuk melakukan sampling pada gas pada bertekanan . .................. 28

Gambar 2.14. Module 2: Alat filtrasi partikel .................................................................29

Gambar 2.15. Module 3: Impringer bottles .................................................................... 29

Gambar 2.16. Module 3: Kolom Petersen .......................................................................31

Gambar 2.17. Module 4: Pompa dan alat pengukuran volume.......................................31

Gambar 2.18. Skema alat Gas Kromatografi ..................................................................32

Gambar 2.19. Prinsip kerja detektor FID ........................................................................33

Gambar 2.20. Kromatogram hasil analisis tar batok kelapa menggunakan GC-MS ...... 34

Gambar 3.1. Susunan alat percobaan pirolisis biomassa……………………………….41

Gambar 3.2. Impinger bottles untuk menangkap tar ………………………………….. 46


13/68

B2.1415.K.18 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Indonesia adalah negara yang dianugerahi oleh berbagai kekayaan alam. Mulai dari

Sabang hingga Merauke, Indonesia dilimpahi oleh berbagai bentuk kekayaan alam yang

beraneka ragam, terutama dalam bidang biomassa. Terdapat berbagai macam biomassa

di Indonesia, dimulai dari tanaman pangan, pepohonan, rumput, tanaman hortikultura,

hingga tanaman perkebunan.

Selain digunakan sebagai bahan baku kebutuhan primer,

biomassa juga dapat digunakan sebagai sumber energi berupa bahan bakar. Beberapa

contoh kekayaan alam yang ada di Indonesia adalah produksi biomassa di Indonesia

menurut Badan Pusat Statistik pada tahun 2014 yang dipaparkan pada tabel 1.1 di

bawah ini.

Tabel 1.1. Jumlah produksi kelapa dan kelapa sawit pada tahun 2014 (Badan Pusat

Statistik).

No. Jenis Biomassa Produksi (ribu ton/tahun)

1. Kelapa 3.187,7

2. Kelapa sawit 9.505,0

3. Inti sawit 1.901,0

Biomassa-biomassa seperti kelapa sawit dan buah kelapa seringkali hanya digunakan

sebagai bahan pangan, sehingga bagian yang tidak dapat dimanfaatkan sebagai bahan

pangan dibuang begitu saja dan menumpuk menjadi limbah dalam jumlah besar.

Dengan kekayaan biomassa yang dimiliki Indonesia ini, dapat diperoleh berbagai

keuntungan, di antaranya adalah dalam bidang energi. Dewasa ini telah dikembangkan

berbagai macam sumber energi terbarukan (renewable energy) yang berasal dari

biomassa. Terdapat berbagai keuntungan dengan memanfaatkan biomassa sebagai

sumber energi, di antaranya adalah meningkatkan efisiensi energi dari limbah biomassa

yang memiliki kandungan energi yang cukup besar dan mengurangi pembuangan dan

penimbunan limbah biomassa.


14/68

B2.1415.K.18 2

Biomassa dapat diolah sebagai sumber energi melalui proses gasifikasi. Biomassa yang

digasifikasi dapat menghasilkan campuran dari dua macam gas, yaitu gas sintesis

( synthesis gas) dan gas bahan bakar. Gas yang diperoleh dari proses gasifikasi tersebut

dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar fosil.

Meskipun demikian, proses gasifikasi tersebut selalu menghasilkan produk samping

yang tidak diinginkan, yaitu tar. Tar merupakan campuran dari hidrokarbon dan karbon

bebas yang bersifat merugikan karena dapat terkondensasi di dalam gasifier sehingga

menghambat kinerja gasifier tersebut. Tar yang dihasilkan memiliki sifat dankarakteristik yang berbeda-beda, bergantung pada jenis dan kandungan biomassa yang

hendak digunakan, jenis gasifier , dan juga temperatur reaksi yang digunakan untuk

melakukan gasifikasi.

Tabel 1.2. Kadar tar yang terkandung di dalam gas hasil gasifikasi pada jenis-jenis

gasifier (Basu, 2010).

No. Tipe Gasifier Konsentrasi Tar dalam Gas

(gram/Nm3)1. Updraft 50

2. Downdraft < 1,0

3. Fluidized bed 10

4. Entrained bed Dapat diabaikan

Pada tabel 1.2 di atas diperlihatkan konsenstrasi tar yang terdapat dalam gas hasil

gasifikasi pada beberapa tipe gasifier yang berbeda. Oleh karena itu, untuk mengonversi

tar tersebut menjadi zat lain yang tidak merugikan, diperlukan pengetahuan mengenai

tar dengan karakteristik tertentu dari hasil pirolisis biomassa. Untuk mengurangi dan

menghilangkan kandungan tar dari suatu hasil gasifikasi, dapat dapat dilakukan

berbagai macam cara, di antaranya adalah dengan cara menyembur tar dengan air dan

minyak, konversi termal, serta catalytic tar cracking . Di antara ketiga hal tersebut,

metode pengurangan tar dengan catalytic cracking merupakan metode yang paling

menarik.

Catalytic tar craking adalah metode penghilangan tar dengan cara melewatkan gas-gas


15/68

B2.1415.K.18 3

yang masih mengandung pengotor hasil gasifikasi melalui katalis. Proses tersebut

berlangsung secara endotermik sehingg dibutuhkan keberadaan udara di dalam reaktor

untuk melakukan pembakaran. Namun, untuk menghilangkan tar dengan metode

catalytic cracking diperlukan sebuah katalis khusus. Oleh karena itu harus diciptakan

sebuah katalis yang mampu digunakan sebagai tar catalytic cracking .

1.2. Rumusan Masalah

Hasil gasifikasi biomassa selalu menghasilkan produk samping berupa tar yang tidak

diinginkan. Oleh karena itu, dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut ini.1. Karakteristik yang terdapat di dalam tar dan yang ingin diteliti.

2. Pengaruh jenis biomassa terhadap karakteristik tar.

3. Pengaruh kandungan air biomassa terhadap karakteristik tar.

4. Pengaruh temperatur pirolisis terhadap karakteristik tar.

5.

Pengaruh ukuran partikel biomassa yang digunakan terhadap karakteristik tar.

6. Pengaruh karakteristik tar yang diperoleh terhadap pemilihan jenis katalis untuk

percobaan catalytic tar cracking .

1.3. Tujuan

Karakterisasi tar hasil pirolisis biomassa dalam updraft fixed-bed gasifier .

1.4. Manfaat

Hasil yang diperoleh dari percobaan ini dapat digunakan untuk membantu penelitian

Catalytic Tar Cracking yang meliputi:

1.

Untuk penentuan senyawa model

2. Untuk simulasi termodinamika “ steam reforming of tar ”

3. Untuk simulasi teknik reaksi kimia dalam melakukan perancangan reaktor


16/68

B2.1415.K.18 4

1.5. Ruang Lingkup

Percobaan dilakukan dengan menggunakan updraft fixed-bed gasifier dengan variasi jenis

biomassa, laju alir udara umpan, variasi kandungan air, serta ukuran partikel biomassa. Variasi

tersebut dipilih karena menghasilkan tar dengan karakteristik yang berbeda-beda. Karakteristik

tar yang akan diteliti meliputi komposisi komponen penyusun tar serta sifat kelarutan tar

tersebut dalam larutan isopropanol. Karakterisasi tar dapat dilakukan dengan metode

pengukuran.

Untuk komponen penyusun tar dapat dilakukan di Laboratorium Instrumentasi Analisis Teknik

Kimia menggunakan Gas Kromatografi (GC). Tar memiliki komponen penyusun yang beraneka

ragam. Karena keterbatasan reagen yang dimiliki untuk dijadikan larutan standar analisis

dengan gas kromatografi, larutan yang digunakan dibatasi hanya mengandung enam senyawa

penyusun. Senyawa-senyawa tersebut dipilih berdasarkan data literatur karakterisasi tar

biomassa yang sudah diperoleh. Dari literatur tersebut dapat diketahui urutan suatu komponen

membentuk “ peak ”. Dengan demikian, tar yang diinjeksikan dapat dianalisis komposisinya,

namun hanya untuk enam senyawa penyusun sesuai standar yang telah ditentukan.

Untuk sifat kelarutan tar dalam larutan isopropanol dapat dilakukan dengan

menggunakan impinger bottles. Kelarutan tar diukur dengan cara melarutkan tar (yang

masih berupa uap) di dalam larutan isopropanol. Dengan menguapkan isopropanol,

maka akan tersisa tar dalam fasa cair. Massa tar tersebut ditimbang dan kelarutan

dihitung dengan membagi massa tar yang diperoleh dengan jumlah volume aliran yang

melalui impinger bottles.


17/68

B2.1415.K.18 5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan pustaka untuk Pirolisis Biomassa dan Karakteristik Tar dibagi menjadi empat

bagian utama, yaitu potensi biomassa di Indonesia, gasifikasi biomassa dan profil

temperatur di dalam fixed-bed gasifier , karakteristik tar, dan analisis yang dilakukan

untuk melakukan karakterisasi tar

2.1. Potensi Biomassa di Indonesia

Indonesia merupakan negara yang kaya akan berbagai sumber daya alam, terutama

biomassa. Biomassa merupakan bahan organik yang dihasilkan melalui proses

fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. Biomassa pada umumnya merujuk

pada tumbuhan-tumbuhan yang limbahnya dapat dimanfaatkan kembali sebagai bahan

bakar untuk sumber energi terbarukan (renewable energy). Namun, biomassa tidak

mencakup zat-zat organik yang telah tertransformasi oleh proses geologis menjadi

produk seperti batubara ataupun minyak bumi. Indonesia memiliki potensi biomassa

dari berbagai sumber yang dikategorikan sebagai limbah pertanian. Adapun biomassa di

Indonesia yang berpotensi sebagai sumber bahan bakar antara lain adalah limbah padi,

kelapa, limbah minyak kelapa sawit, pohon karet, limbah pabrik gula, dan kayu lapis,

dan sebagainya. Produksi biomassa di Indonesia diperkirakan mencapai sekitar

146.700.000 ton/tahun atau 470 Giga Joule/tahun (Nur, 2005).

Dari tabel 2.1, dapat dilihat bahwa produksi padi dan jagung di Indonesia sangat tinggisehingga juga menghasilkan limbah yang banyak. Sehingga limbah sisa padi dan jagung

yang tidak digunakan sebagai bahan pangan juga sangat melimpah. Limbah padi yang

dapat digunakan sebagai biomassa sumber energi antara lain adalah sekam padi, kulit

padi, dan batang padi, serta jerami. Sedangkan untuk jagung, yang dapat dimanfaatkan

sebagai sumber energi adalah tongkol jagung. Untuk kelapa adalah batok kelapa.

Sedangkan untuk kelapa sawit, yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi adalah

batok dan sabut kelapa sawit.


18/68

B2.1415.K.18 6

Tabel 2.1. Data potensi biomassa di Indonesia pada tahun 2013 (Badan Pusat Statistik).

Dari tabel di atas, dapat dilihat bahwa produksi padi dan jagung di Indonesia sangat

tinggi sehingga juga menghasilkan limbah yang banyak. Sehingga limbah sisa padi dan

jagung yang tidak digunakan sebagai bahan pangan juga sangat melimpah. Limbah padi

yang dapat digunakan sebagai biomassa sumber energi antara lain adalah sekam padi,

kulit padi, dan batang padi, serta jerami. Sedangkan untuk jagung, yang dapat

dimanfaatkan sebagai sumber energi adalah tongkol jagung. Untuk kelapa adalah batok

kelapa. Sedangkan untuk kelapa sawit, yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi

adalah batok dan sabut kelapa sawit.

No.Jenis Biomassa

Produksi (ribu

ton/tahun)

1. Padi 70.831,753

2. Jagung 19.032,677

3. Karet 2.885,3

4. Kelapa 3.187,7

5. Minyak kelapa sawit 9.505,0

6. Inti sawit 1.901,0

7. Kopi 669,18. Kakao 723,0

9. Teh 51,9

10. Kapuk 64,8

11. Jambu mete 117,4

12. Pala 25,8

13. Kayu manis 89,5

14. Kemiri 97,9

15. Pinang 42,1

16. Lada 88,7

17. Vanili 3,218. Cengkeh 98,7

19. Tebu 1.369,4

20. Tembakau 257,4

21. Sereh wangi 2,6

22. Jarak kepyar 1,6

23. Nilam 2,7


19/68

B2.1415.K.18 7

Jika ditinjau dari ketersediaan lahan, Indonesia memiliki potensi untuk ditanami dengan

tumbuhan-tumbuhan yang berpotensi sebagai sumber energi seperti yang telah

disebutkan di atas. Indonesia memiliki 148 juta lahan kering dan 40,2 juta lahan basah

(Nur, 2014). Angka tersebut merupakan angka yang besar sehingga Indonesia

diharapkan mampu untuk menyediakan lahan untuk ketersediaan pangan dan bahan

baku energi sehingga Indonesia tidak perlu lagi khawatir untuk mengalokasikan lahan

yang ada untuk ditanami tanaman baku sumber energi terbarukan.

2.2. Karakteristik Biomassa

Setiap jenis biomassa memiliki sifat dan kandungan yang berbeda-beda. Untuk

mengidentifikasi kandungan biomassa dapat dilakukan analisis proksimat ( proximate

analysis) dan analisis ultimat (ultimate analysis). Analisis proksimat merupakan analisis

dasar yang dilakukan terhadap biomassa. Analisis ini meliputi kandungan dalam

biomassa berupa kadar kelembapan (moisture content ), bahan yang dapat menguap

(volatile matter / VM ), abu (ash), dan sisa karbon dalam biomassa ( fixed carbon / FC ).

Sedangkan analisis ultimat menganalisis mengenai kandungan karbon, oksigen, sulfur,

nitrogen, serta hidrogen dalam suatu biomassa. Data analisis proksimat dan ultimat

dapat dilihat pada tabel 2.2 di bawah ini.

Tabel 2.2. Data hasil analisis proksimat dan ultimat yang terkandung dalam biomassa

(takuma.co.jp).

Sekam

Padi

Tongkol

Jagung

Cangkang

sawit

Bagas Batok

kelapa

Analisis Proksimat

VM % 60,3 64,2 72,47 78,8 30,62

FC % 17 16,67 8,97 19,54 42,98

Ash % 22,7 19 18,56 1,66 26,41

Analisis Ultimat

C % 36,1 39,6 51,63 44,6 45,24

H % 4,8 5,17 5,52 6,2 5.04

N % 0,29 1,78 1,89 0,2 1,46

S % 0,02 0,38 0,05 0,05 0,06

O % 35,9 34,06 40,91 46,84 48,2


20/68

B2.1415.K.18 8

Untuk kandungan kelembapan dalam suatu biomassa bergantung pada basis tertentu

seperti as received, dry basis, dry-ash free, dan dry-mineral matter free, moist-ash free,

serta moist-mineral matter free. As received berarti biomassa diukur bersama dengan

kandungan kelembapan yang terkandung. Dry basis berarti data analisis biomassa

setelah kadar kelembapan telah dihilangkan dari biomassa tersebut. Dry, ash free

merupakan data analisis biomassa setelah kelembapan dan abu dihilangkan. Sedangkan

dry, mineral-matter free berarti biomassa telah bebas dari kelembapan dan kandungan

mineral, sehingga data hanya berupa gambaran dari material organik suatu biomassa.

Moist, ash-free berarti biomassa telah bebas dari abu namun masih mengandungkelembapan. Sementara itu, moist, mineral-matter-free berarti biomassa diasumsikan

telah bebas dari kandungan-kandungan mineral namun masih mengandung kadar air

(Miller, 2005).

Gambar 2.1. Diagram terner proses gasifikasi (Basu, 2010).

H

CH4

CO2

C2H4

PO

S

HF

CharSolid

fuel

CCO

H hydrogen S steam O oxygen

P slow pyrolysis F fast pyrolysis

O

Gaseous

fuel

Biomass

Combustionproducts

H2O

C o a l


21/68

B2.1415.K.18 9

Adapun biomassa memiliki sifat mengikuti diagram terner yang tercantum pada gambar

2.1 di atas. Di dalam gasifier terjadi beberapa macam proses, di antaranya adalah proses

pirolisis. Menurut diagram terner tersebut, dengan dilakukannya proses pirolisis lambat,

biomassa akan semakin banyak memproduksi arang, sedangkan jika pirolisis dilakukan

secara cepat, akan semakin banyak terbentuk gas-gas seperti metana dan etana. Jika

dilakukan pembakaran biomassa (dilibatkan oksigen), biomassa akan terkonversi

menjadi gas-gas hasil pembakaran seperti karbon dioksida, karbon monoksida, dan

oksigen. Sifat-sifat lain biomassa dapat dilihat pada diagram terner dalam gambar 2.1 di

atas.

2.3. Gasifikasi Biomassa

Gasifikasi adalah proses pengonversian umpan bahan bakar yang berbentuk padat atau

cair menjadi bahan bakar gas atau senyawa kimia yang dapat dibakar untuk melepaskan

energi (Basu, 2010). Terdapat berbagai macam bahan bakar yang dapat digunakan

untuk proses gasifikasi seperti batubara, kayu, limbah kayu, gambut, dan berbagai

macam limbah agrikultural lainnya. Karena bahan bakar yang tersedia sangat beraneka

ragam dari segi kimia maupun fisikanya. Oleh karena itu, permintaan pasar terhadap

metode gasifikasi, reaktor, dan teknologi yang digunakan juga sangat beraneka ragam.

Secara umum terdapat empat konfigurasi tipe gasifier yang tersedia secara komersial,

yaitu fixed bed gasifier, fluid bed gasifier, entrained flow gasifier, dan proses gasifier

yang melibatkan molten salt dan molten metal. Agar gasifier dapat beroperasi dengan

baik terdapat beberapa sifat bahan bakar yang penting untuk diperhatikan seperti konten

energi bahan bakar umpan, ukuran bahan bakar umpan, kerapatan bahan bakar umpan,

kandungan air bahan bakar umpan, volatile matter yang dihasilkan, kandungan mineral,

komposisi abu, dan kereaktifan abu. Pada penelitian ini, jenis gasifier yang digunakan

adalah fixed bed gasifier.

2.3.1 Proses Gasifikasi

Secara umum, gasifikasi terdiri dari tahap sebagai berikut:


22/68

B2.1415.K.18 10

• Pengeringan

• Dekomposisi termal atau pirolisis

•

Pembakaran (combustion)

• Gasifikasi produk yang terdekomposisi

Langkah ini tertera lebih jelas pada gambar 2.2. Walaupun proses gasifikasi terjadi

secara bertahap, pada kenyataannya setiap tahap sering mendahului tahap lain atau

terjadi secara bersamaan. Dari keempat tahap diatas, tahap pengeringan, pirolisis, dan

gasifikasi merupakan proses endotermik yang membutuhkan energi. Energi yang

dibutuhkan tahap diatas biasanya disuplai dari energi yang dilepaskan pada tahap

pembakaran. Berbagai reaksi yang terjadi pada gasifier tertera pada tabel 2.3.

2.3.1.1. Pengeringan

Kandungan air yang terdapat pada biomassa sangatlah beragam. Pada biomassa tertentu

kandungan airnya dapat melebihi 90% dari berat biomassa itu sendiri. Setiap kilogram

dari kandungan air yang terdapat pada biomassa mengonsumsi paling tidak 2260 kJ

energi dari gasifier untuk menguapkan airnya (Basu, 2010). Kandungan air yang besar

dapat menurunkan efisiensi proses gasifikasi karena energi yang telah digunakan untuk

menguapkan air tidak dapat digunakan kembali. Oleh karena itu, biasanya dilakukan

predrying untuk menurunkan kandungan air sebelum biomassa dimasukkan kedalam

gasifier.

2.3.1.2. Pirolisis

Pirolisis merupakan proses dekomposisi termal tanpa adanya udara. Dalam proses

pirolisis lambat, produk padat bergerak menuju bagian ujun karbon pada diagram

ternary (gambar 2.1). Dalam pirolisis cepat, prosesnya bergerak menuju axis C-H,

sehingga terbentuk banyak hidrokarbon pada fasa cair. Pada proses pirolisis dihasilkan

gas (baik yang dapat terkondensasi maupun tidak), cairan, komponen teroksigenasi, dan

padatan (gambar 2.1).


23/68

B2.1415.K.18 11

Gambar 2.2. Proses yang terjadi di dalam gasifikasi biomassa (Basu, 2010).

2.3.1.3. Gasifikasi

Proses gasifikasi yang mengikuti proses pirolisis melibatkan reaksi kimia diantara

hidrokarbon dan uap ait, karbondioksida, oksigen, hidrogen, dan berbagai macam gas

lainnya pada gasifier. Diantara semua reaksi kimia tersebut, reaksi yang paling penting

adalah gasifikasi arang. Arang biomassa cenderung lebih berpori dan reaktif daripada

daripada arang batubara. Pori pada arang biomassa berukuran sekitar 20-30 mikron

Karakterisasi tar hasil pirolisis biomassa dalam updraft fixed-bed gasifier .

sementara arang batubara berukuran sekitar kurang lebih 5 angstrom (Basu, 2010). Oleh

karena itu, reaktivitas arang biomassa lebih besar dari arang batubara atau gambut.

Reaktivitas dari arang gambut menurun seiring dengan waktu konversi, sementara

reaktivitas dari arang biomassa meningkat terhadap waktu konversi (gambar 2.5).

2.3.1.4. Combustion

Hampir semua reaksi gasifikasi adalah reaksi endotermik. Untuk memberikan energi

yang dibutuhkan oleh reaksi endotermik tersebut, sejumlah reaksi pembakaran

eksotermik dilangsungkan dalam gasifier. Reaksi pembakaran berlangsung sangat cepat

jika dibandingkan reaksi lainnya. Hampir seluruh oksigen yang dipasok habis


24/68

B2.1415.K.18 12

terkonsumsi pada fasa ini.

Tabel 2.3. Tipikal reaksi gasifikasi pada suhu 25o

C (Basu, 2010)

Tipe Reaksi Reaksi

Reaksi Karbon

R1 (Boudard) C+CO2!2CO +172kJ/mol1

R2 (water-gas atau steam) C+H2O!CO+H2 +131kJ/mol2

R3 (hidrogasifikasi) C+2H2!CH4 !74.8kJ/mol2

R4 C+0.5O2"CO !111kJ/mol1

Reaksi Oksidasi

R5 C+O2"CO2 !394kJ/mol2

R6 CO + 0.5O2" CO2 ! 284 kJ/mol4

R7 CH4+2O2!CO2+2H2O !803kJ/mol3

R8H2 +0.5O2

"

H2O!

242kJ/mol4

Reaksi Shift

R9 CO+H2O!CO2 +H2 !41.2kJ/mol4

Reaksi Metanasi

R10 2CO +2H2" CH4 + CO2 ! 247

kJ/mol4

R11 CO+3H2!CH4 +H2O !206kJ/mol4

R14 CO2+4H2"CH4+2H2O !165kJ/mol2

Reaksi Steam reforming

R12 CH4 +H2O!CO+3H2 +206kJ/mol3

R13 CH4 +0.5O2"CO+2H2 !36kJ/mol3


25/68

B2.1415.K.18 13

2.3.2. Fixed Bed Gasifier

Dalam fixed bed gasifier, umpan bahan bakarnya disangga dengan grate dan gas bakar

dialirkan melewati umpan bahan bakar. Fixed bed gasifier dibagi secara umum menjadi

dua yaitu countercurrent fixed bed gasifier (updraft gasifier) dan co-current fixed bed

gasifier (downdraft gasifier). Countercurrent fixed bed terdiri dari fixed bed gasifier

dimana udara mengalir dengan arah yang berlawanan dengan umpan bahan bakar.

Keuntungan dari fixed bed tipe ini adalah pertukaran panas dalam reaktor berlangsungsecara efektif, proses relatif simpel dan murah, dapat digunakan pada biomassa yang

memiliki kandungan air yang tinggi, presentase karbon yan terkonversi besar, dan

berbagai keuntungan lainnya. Namun kerugian pada konfigurasi ini adalah tar yang

terbentuk cukup banyak. Pada co-current fixed bed berlangsung proses yang mirip

dengan countercurrent fixed bed tetapi gas bakar mengalir searah dengan umpan bahan

bakar. Keuntungan fixed bed tipe ini adalah konversi tar yang dihasilkan rendah serta

prosesnya relatif murah dan simpel. Kerugian pada konfigurasi ini adalah umpan bahan

bakar harus dikeringkan terlebih dahulu, dan biasanya terdapat 4% – 7% karbon yang

tidak terkonversi. Keuntungan dan kerugian lebih lanjut dari updraft dan downdraft

fixed bed gasifier terlampir pada tabel 2.3.

2.3.3. Kompatibilitas Umpan Bahan Bakar

Semua rancangan gasifier memiliki berbagai keuntungan dan kerugian yang sangat

berkaitan dengan tipe umpan bahan bakar yang digunakan. Oleh karena itu sebelum

memilih bahan bakar yang akan digunakan sebagai umpan, diperlukan pengetahuan

tentang kompatibilitas bahan bakar dan gasifier yang akan digunakan. Oleh karena itu

perlu diketahui sifat bahan bakar yang penting untuk diperhatikan seperti konten energi

umpan bahan bakar, ukuran umpan bahan bakar, kerapatan umpan bahan bakar,

kandungan air umpan bahan bakar, volatile matter yang dihasilkan, kandungan mineral,

komposisi abu, dan kereaktifan abu.


26/68

B2.1415.K.18 14

Tabel 2.4. Keuntungan dan kerugian updraft dan downdraft fixed bed gasifier(Warnecke, 2000).

Kriteria Tipe Reaktor

Fixed bed

Updraft Downdraft

Waktu operasi (-) belum ada plant yang dapat bekerja lebih dari 5000 h/a

Ketersediaan secara teknik/ fitur

teknik

(+) konstruksi sederhana

(-) terdapat komplikasi mekanik pada bagian internal yang

bergerak

(-) temperatur distribusi kurang baik

(-) terdapat titik panas pada reaksi eksotermik

(-) pertukaran panas kurang baik

(-) dapat terjadi penyumbatan abu

(-) dapat terjadi channelling

(-) waktu tinggal untuk padatan : berjam-jam atau berhari-

hari

(+) hilang tekan rendah

Pengalaman (+) terdapat berbagai macam proses untuk aplikasi yang

berbeda

(+) telah terbukti dapat bekerja dengan baik, sederhana

Scale-up (-) kapasitas spesifik rendah

(-) waktu tinggal padatan lama

(+) gasifier dapat digunakan dalam jangka waktu panjang

(-) scale up terbatas karena ukuran maksimum cukup

rendah

(-) kapasitas gasifier terbatas oleh laju alir gas

(-) perpindahan panas membatasi scale-up

Start up/shutdown (-) membutuhkan waktu lama untuk memanaskan

(+) turndown baik (-) turndown terbatas

Rentang beban (+) dapat mengoperasikan beban parsial (20%-110%)

Pergantian beban (-) penggantian dengan cepat bahan bakar dengan nilai

kalor yang berbeda dibatasi


27/68

B2.1415.K.18 15

2.3.3.1. Konten Energi Umpan Bahan Bakar

Pemilihan bahan bakar yang digunakan bergantung pada energi yang terkandung di

dalamnya. Dimana semakin tinggi konten energi pada bahan bakar maka akan

dihasilkan gas sintesis yang memiliki energi lebih besar.

2.3.3.2. Kandungan Air Umpan Bahan Bakar

Pemilihan bahan bakar juga bergantung pada kandungan air yang terdapat didalamnya.

Dimana kandungan air yang besar akan menurunkan efisiensi termal karena panas yang

disuplai digunakan untuk memanaskan air di dalam bahan bakar. Panas yang telah

dipakai tidak dapat digunakan kembali untuk mereduksi karbon sehingga semakin besar

kandungan bahan bakar maka heating valiue dari bahan bakar tersebut akan semakin

menurun.

2.3.3.3. Ukuran Umpan Bahan Bakar

Berbagai macam bahan bakar memiliki ukuran yang terlalu besar bagi reaktor sehingga

perlu dilakukan reduksi ukuran. Baik updraft maupun downdraft gasifier memiliki

keterbatasan dalam ukuran yang dapat diproses oleh masing-masing reaktor. Ukuran

yang tidak sesuai dapat menyebabkan adanya hilang tekan sehingga menurunkan

temperatur dalam reaktor. Selain itu semakin besar ukuran bahan bakar, maka semakin

besar ketidak reaktifan bahan bakar tersebut. Umumnya, updraft gasifier memiliki lebih

banyak keterbatasan ukuran dibandingkan dengan downdraft gasifier.

2.3.3.3. Perolehan Abu

Abu yang diperoleh pada proses gasifikasi mempengaruhi terjadi slagging dan

aglomerasi. Selama ini tidak teramati terjadi adanya slagging pada bahan bakar yang

memiliki perolehan abu kurang dari 6% w/w dari bahan bakarnya. Namun apabila


28/68

B2.1415.K.18 16

perolehan abu lebih dari 12% w/w dari bahan bakarnya maka dapat dipastikan akan

terjadi slagging yang parah. Biomassa yang memiliki kandung alkali oksida dan garam

yang tinggi biasanya mudah mengalami slagging. Slagging juga bergantung pada titik

leleh abu biomassa dan profil temperatur di gasifier. Umumnya slagging terjadi pada

temperatur tinggi seperti di zona oksidasi.

2.3.4. Profil Temperatur dalam Fixed-Bed Gasifier

Pirolisis merupakan salah satu bagian dari gasifikasi. Di dalam fixed-bed gasifier ,

proses yang pertama kali terjadi adalah pengeringan (drying ). Sebelum memasuki gasifier , pada umumnya biomassa masih memiliki kadar air tinggi (berkisar antara 30%

– 60%) sehingga biomassa perlu dikeringkan terlebih dahulu ( pre-drying ) untuk

mengurangi kadar air biomassa hingga hanya tersisa kelembaban 10 – 20%. Pada tahap

awal biomassa berada di dalam gasifier , temperatur masih tergolong rendah, namun di

atas 100°C. Seiring dengan meningkatnya temperatur, molekul-molekul dengan titik

didih rendah akan mulai menguap dan terlepas dari biomassa. Hal ini terus terjadi

hingga temperatur mencapai 200°C.

Temperatur di dalam gasifier berubah dan berbeda pada tiap-tiap titik di suatu

ketinggian dalam gasifier . Temperatur pada zona drying dan pirolisis terus meningkat

hingga mencapai 500°C hingga 700°C. Temperatur tersebut terus meningkat dan

berpuncak pada zona pembakaran (combustion). Temperatur pembakaran di dalam

fixed-bed gasifier berada sekitar 1000°C hingga 1400°C. Setelah melewati zona

pembakaran, temperatur menurun hingga 800°C untuk melakukan proses gasifikasi.

Kemudian, temperatur di dalam gasifier semakin menurun karena abu biomassa yang

terbentuk tidak lagi mengalami pemanasan. Gambar 2.3 dan 2.4 di bawah ini

mengilustrasikan kondisi saat tar terbentuk di dalam fixed-bed gasifier . Kebanyakan tar

dibentuk pada saat proses pirolisis berlangsung, yaitu pada temperatur di antara 200°C

hingga 500°C.

2.4. Karakteristik Tar


29/68

B2.1415.K.18 17

Tar merupakan produk samping hasil pirolisis yang tidak diinginkan berupa cairan

hidrokarbon berwarna hitam. Gas yang diperoleh dalam proses gasifikasi biasanya

mengandung kandungan tar yang dapat menyumbat tempat mengalirnya gas.

Gambar 2.3. Pembentukan tar pada proses pirolisis di updraft fixed bed gasifier (Basu,

2010).

Gambar 2.4. Pembentukan tar pada proses pirolisis di downdraft fixed bed gasifier

(Basu, 2010).

Terbentuknya tar merupakan hasil serangkaian reaksi termokimia yang kompleks. Jenis

biomassa yang berbeda akan menghasilkan tar yang berbeda pula. Karena keterbatasan

data literatur terhadap hubungan setiap biomassa dengan tar yang dihasilkan maka

dilakukan analisis terhadap komposisi utama biomassa yaitu lignin, selulosa, dan

hemiselulosa.

Pyrolysis

Reduction

Combustion

Ash

Biomass

Air

Gas, tar

Temperature

1000 °C

200–500 °C

Tar

Tar formation

Air Air

Ash

TarformationDrying

Biomass

Temperature

200–500 °C (drying)

500–700 °C (pyrolysis)

1000–1400 °C

(combustion)

800–1000 °C(gasification)

Pyrolysis

Combustion

Gasification

Flaming pyrolysis

Gas, tar


30/68

B2.1415.K.18 18

Tar merupakan zat hasil gasifikasi dan pirolisis yang sangat mengganggu. Tar tidak

diinginkan karena dapat menimbulkan berbagai masalah seperti

• Kondensasi dan penyumbatan aliran pada peralatan gasifier

• Pembentukan aerosol tar

• Polimerisasi menjadi struktur yang lebih kompleks

Akan tetapi pembentukan tar tidak dapat dihindari dan merupakan produk samping hasil

konversi termal.

2.4.1 Kadar Tar Yang Diperbolehkan

Tar yang terdapat pada gas hasil produksi gasfikasi tidak cocok untuk digunakan pada

berbagai mesin, yang umumnya memiliki toleransi yang rendah terhadap tar. Oleh

karena itu, dibutuhkan proses reduksi tar pada gas yang akan digunakan dalam mesin.

Hal ini dapat dilakukan dengan berbagai cara seperti memilih desain gasifier, memilih

biomassa, mengatur kondisi operasi, dan berbagai cara lainnya. Batas tar yang

diperbolehkan pada berbagai aplikasi tertera pada tabel 2.5.

Tabel 2.5. Batas tar pada gas biomassa (Basu, 2010).

2.4.2 Klasifikasi Tar

Tar dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok besar: tar primer, tar sekunder, dan tar

tersier.

Aplikasi Tar (g/Nm3)

Pembakaran langsung Tidak ada batas

Produksi gas sintesis 0,1

Turbin gas 0,05-5

Mesin internal combustion 50-100

Pipa transportasi 50-500 untuk kompresor

Fuel cell


31/68

B2.1415.K.18 19

Gambar 2.5. Hubungan reaktivitas terhadap konversi tar (Basu, 2010).

Gambar 2.6. Hubungan principle component score terhadap temperatur untuk

pembentukan tar (Basu, 2010).

Tar primer diproduksi dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin pada biomassa. Saat

temperatur gasifier mencapai 500oC, tar primer mulai membentuk tar sekunder yang

memiliki molekul yang lebih berat dan merupakan gas yang tak dapat terkondensasi.

Pada tar sekunder terdapat kandungan fenol dan olefin yang tinggi. Tar tersier

mengandung senyawa turunan metil yang aromatik seperti methyl acenaphtylene,


32/68

B2.1415.K.18 20

methylnaphtalene, toluene, dan indene (Basu, 2010). Tar sekunder dan tersier

merupakan tar yang terbentuk dari tar primer. Hampir semua tar primer hancur sebelum

terbentuknya tar tersier. Gambar 2.6 menunjukkan bahwa tar primer berkurang seiring

dengan meningkatnya temperatur sementara tar tersier meningkat.

Menurut Kiel, dkk., 2004, klasifikasi tar ditentukan berdasarkan dua sifat utama dari tar

itu sendiri, yaitu sifat terkondensasi dan kelarutan dalam air. Sifat kondensasi sangat

penting, karena tar yang terkondensasi pada temperatur tertentu dapat menyumbat

peralatan proses. Di sisi lain, tar dengan yang mudah larut dalam air seperti senyawa-

senyawa fenol dapat mencemari air limbah industri. Sehingga tar diklasifikasikan dalamlima kelas, yaitu kelas 1 hingga 5.

Tabel 2.6. Klasifikasi tar (Kiel, dkk., 2004)

Kelas Deskripsi

1 Tar yang paling berat dan dapat terkondensasi pada temperatur yang sangat

tinggi meskipun dengan konsentrasi tar yang kecil. Tar ini tidak dapat

dideteksi menggunakan GC

2 Tar yang tersusun atas senyawa heterosiklik dan sangat mudah terlarut dalam

air akibat sifatnya yang polar. Contoh: fenol, kresol, piridin3 Tar yang tersusun atas senyawa aromatik yang hanya terdiri dari satu cincin

dan senyawa hidrokarbon ringan yang tidak dipermasalahkan sifat kelarutan

dan kondensasinya. Contoh: xilena, stirena, toluena

4 Tar yang tersusun atas senyawa hidrokarbon poliaromatik atau PAH dengan

cincin 2 – 3 dan terkondensasi pada temperatur yang cukup tinggi dengan

konsentrasi yang tinggi pula. Contoh: naftalena, florena, indene

5 Tar yang tersusun atas PAH berat dengan jumlah cincin 4 – 7. Tar ini dapat

terkondensasi pada temperatur yang cukup tinggi dengan konsentrasi rendah.

Contoh: pyrene, coronene, fluoranthene

Dua macam klasifikasi tersebut dapat diilustrasikan dalam skema pada gambar 2.7. Sifat

kelarutan tar dalam air pada tar primer merupakan yang paling rendah, sedangkan sifat

condensability tar tersier adalah yang tertinggi. Hal ini menyatakan bahwa sifat

condensability dan kelarutan dalam air berbanding terbalik. Semakin rendah nilai

kelarutan tar tersebut dalam air, makan tar tersebut akan semakin mudah untuk

terkondensasi pada temperatur yang semakin tinggi (1000°C).


33/68

B2.1415.K.18 21

Gambar 2.7. Klasifikasi tar (Chan, dkk., 2014)

Kelarutan tar dapat diukur menggunakan spektrofotometer UV/VIS atau menggunakan

cara sederhana. Tar yang telah larut dalam air dapat dipisahkan dari pelarut dengan cara

menguapkan air sehingga hanya tersisa tar. Tar yang diperoleh tersebut ditimbang

massanya. Kelarutan merupakan nilai massa tar yang terlarut per volume tar

keseluruhan yang dialirkan ke dalam pelarut. Sedangkan condensability suatu tar

merupakan sifat kemudahan tar untuk terkondensasi pada temperatur tertentu. Hal ini

berhubungan langsung dengan titik didih senyawa penyusun tar. Berikut adalah daftar

titik didih senyawa-senyawa penyusun tar.

Tabel 2.7. Titik didih beberapa senyawa penyusun tar

Senyawa

Penyusun Tar

Titik Didih

(°C)

Piridin 115,2Fenol 181,7

Kresol 191,0 – 201,8

Toluena 110,6

Stirena 145,0

Xilena 137,0 – 140

Indene 182,4

Naftalena 218,0

Bifenil 255,0

Pyrene 404,0

Coronene 525,0


34/68

B2.1415.K.18 22

2.4.3. Reduksi Tar

Terdapat beberapa opsi yang tersedia dalam pereduksian tar. Secara umum pereduksian

tar dapat dibagi menjadi dua, yaitu reduksi tar in-situ dan reduksi tar pasca gasfikasi.

Reduksi tar in-situ menghindari pembentukan tar sebelum dihasilkan produk gas.

Sementara reduksi tar pasca gasifikasi memisahkan tar dari produk gas yang telah

terbentuk. Hal ini terlihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.8. Reduksi tar hasil gasifikasi biomassa secara (a) in situ dan (b) pasca

gasifikasi (Basu, 2010).

2.4.3.1. Reduksi Tar In-Situ

Pada pendekatan ini kondisi operasi gasifier diatur sedimikian rupa sehingga tar

tereduksi. Selain itu dapat juga dilakukan modifikasi rancangan gasifier, penggunaan

katalis dan berbagai cara lainnya.

2.4.3.1.1. Kondisi Operasi

Kondisi operasi yang dapat diatur antara lain adalah temperatur dan tekanan reaktor.

Secara umum, semakin tinggi temperatur operasi maka kandungan tar akan semakin


35/68

B2.1415.K.18 23

berkurang. Hal yang sama juga berlaku pada tekanan dimana semakin tinggi tekanan

maka tar yang dihasilkan juga berkurang.

2.4.3.1.2 Rancangan Gasifier

Rancangan gasifikasi menentukan dimana proses pirolisis berlangsung, bagaimana tar

bereaksi dengan oksigen, dan temperatur terjadinya reaksi. Pada penelitian ini, hanya

digunakan fixed bed gasifier, sehingga tipe rancangan yang dipilih adalah antara updraft

atau downdraft gasifier. Pada updraft gasifier udara yang dipasok berlawanan dengan

arah umpan, sehingga terdapat tar yang terbawa keluar bersama dengan gas keluaran.Sedangkan pada downdraft gasifier, udara mengalir searah dengan umpan sehingga

hampir semua tar yang terbentuk ikut terbawa kebawah menuju zona yang panas dan

ikut tereduksi. Selain itu temperatur pada downdraft gasifier lebih besar daripada

temperatur pada updraft gasifier. Oleh sebab itu, tar yang terbentuk dalam downdraft

gasifier lebih sedikit daripada yang terbentuk dalam updraft gasifier (Basu, 2010).

2.4.3.1.3. Penggunaan Katalis

Katalis dapat digunakan baik pada reduksi tar in-situ dengan menggunakan reaktor

primer maupun pada reduksi tar pasca gasifikasi dengan menggunakan reaktor

tambahan (sekunder). Beberapa katalis yang telah terbukti bekerja baik pada reduksi tar

antara lain adalah dolomit, olivine, alkali, dan nikel.

Dolomit (MgCO3, CaCO3) tersedia banyak di pasaran dan harganya juga tidak mahal.

Dolomit dapat bekerja lebih baik pada reaktor sekunder dengan suhu diatas 800oC

(Sutton, dkk., 2001). Pada kondisi operasi yang sesuai katalis ini dapat mengonversi

hampir seluruh tar yang ada, tetapi tidak dapat mengonversi metan pada gas sintesis.

Deposisi karbon dapat mematikan katalis ini, akan tetapi karena harganya yang murah,

pembuangan katalis ini tidak menyebabkan banyak kerugian.

Katalis alkali metal biasanya dicampur dengan umpan biomassa sebelum dimasukan ke


36/68

B2.1415.K.18 24

dalam gasifier. Beberapa jenis katalis ini lebih efektif dari yang lainnya. Urutan

keefektifan katalis alkali metal adalah sebagai berikut:

K2CO3 >Na2CO3 >(Na3H(CO3)2 #2H2O)>Na2B4O7 #10H2O

Tidak seperti dolomit, katalis ini dapat mereduksi metan dari gas produk. Tetapi katalis

ini sulit untuk digunakan kembali setelah dipakai (Mettanant dkk., 2009).

Katalis Nikel banyak tersedia secara komersial di pasaran serta dapat digunakan untuk

mereduksi tar dan metan. Katalis ini sangatlah efektif dan bekerja dengan baik pada

reaktor sekunder dengan temperatur 780oC. Namun dekomposisi karbon dapat

mematikan katalis ini

2.4.3.2 Reduksi Tar Pasca Gasifikasi

Reduksi tar pasca gasifikasi dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti penggunaan

barrier filters, ESP, wet scrubbers, dan penggunaan katalis seperti yang telah dijelaskansebelumnya.

2.4.3.2.1 Barrier filters

Barrier filters bekerja dengan cara menghalangi tar sementara melewatkan gas bersih.

Barrier filters dapat dikombinasikan dengan katalis dengan cara menaruh katalis pada

filter. Filter biasanya dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki pori-pori yang dapat

melewatkan gas tetapi menghalangi tar. Namun, penggunaan barrier filter dalam jangka

waktu yang lama dapat menimbulkan cake yang kemudian meningkatkan hilang tekan.

Oleh karena itu barrier filter harus dibersihkan secara berkala.

2.4.3.2.2 Wet Electrostatic Precipitators (ESP)

ESP biasa digunakan pada pabrik gasifikasi dimana gas dilewatkan pada medan listrik


37/68

B2.1415.K.18 25

yang kuat dengan elektroda. Tegangan yang tinggi memberikan muatan pada partikel

padat dan cair. Gas pertama dilewatkan pada ruang dengan pelat anoda sehingga

partikel padat dan cair dalam gas menjadi bermuatan. Setelah itu gas dilewatkan pada

pelat katoda sehingga partikel padat dan cair tertarik pada pelat katoda. Penggunaan

ESP memiliki efisiensi lebih dari 90% dan hilang tekan yang rendah. Tetapi karena

penggunaan tegangan yang tinggi, ESP dapat menyebabkan ledakan jika tidak ditangani

dengan baik. Selain itu ESP memiliki harga yang cukup mahal dibanding dengan alat

lainnya.

2.4.3.2.3. Wet Scrubbers

Pada wet scrubbers, air atau cairan scrubbing disemprotkan pada gas produk. Partikel

padat dan tar kemudian akan bertabrakan dengan tetesan air membentuk tetesan besar

akibat adanya peleburan. Tetesan ini kemudian dapat dengan mudah dipisahkan dengan

penggunaan cyclone.

2.4.4. Perolehan Tar

Tar yang diperoleh pada lignin, selulosa, dan hemiselulosa bergantung pada temperatur

reaksi dan equivalent ratio (ER). Berdasarkan gambar 2.8. dapat dilihat pada ER

sebesar 0,2 kenaikan temperatur sebanding dengan penurunan kadar tar baik pada

lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Penurunan tar pada temperatur tinggi terjadi karena

adanya cracking, steam reforming, dan dry reforming. Berdasarkan gambar 2.8 dapat

dilihat bahwa perolehan tar pada lignin lebih besar dibandingkan dengan perolehan tar

pada selulosa dan hemiselulosa. Selain itu pada kenaikan temperatur, penurunan kadar

tar pada lignin lebih kecil dibandingkan pada selulosa dan hemiselulosa. Hal ini

menunjukkan tar yang berasal dari lignin lebih stabil secara termal.

Berdasarkan gambar 2.9 dapat dilihat pengaruh perbedaan ER pada temperatur tetap

1000oC terhadap perolehan tar. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa pada ER yang

semakin besar, perolehan tar akan semakin kecil. Namun, kenaikan ER juga dapat

menurunkan kualitas gas sintesis. Hal ini disebabkan karena pada ER yang tinggi,


38/68

B2.1415.K.18 26

kandungan combustible gas dan LHV gas pada gas keluaran semakin berkurang. Maka,

dapat disimpulkan bahwa meningkatkan ER bukanlah metoda yang tepat untuk

mengurangi kadar tar.

Gambar 2.9. Hubungan temperatur terhadap perolehan tar (Yu, dkk., 2014).

Gambar 2.10 Hubungan ER terhadap perolehan tar (Yu, dkk., 2014).


39/68

B2.1415.K.18 27

2.5. Analisis Karakterisasi Tar

Seperti yang telah disebutkan dalam subbab sebelumnya, setiap proses gasifikasi

biomassa tentu akan menghasilkan tar yang terbawa bersama gas hasil gasifikasi. Tar

tersebut dapat menimbulkan masalah dan menghambat kerja gasifier . Untuk

menghilangkan keberadaan tar tersebut, perlu dilakukan analisis karakterisasi tar

terlebih dahulu. Sebelum tar tersebut dianalisis, tar harus terlebih dahulu ditangkap

melalui rangkaian alat seperti pada gambar 2.10. Alat sampling tersebut terdiri dari

module 1 sebagai unit pengondisian gas, module 2 sebagai unit filtrasi partikel, module

3 sebagai unit pengumpul tar, serta module 4 sebagai unit pengukuran volume. Analisis

karakterisasi tar dapat dilakukan dengan berbagai metode, namun kebanyakan dari

metode tersebut berprinsip pada kondensasi dan adsorpsi. Senyawa tar dikelompokkan

menjadi dua, yaitu gravimetric tars dan GC-detectable tars yang akan dipaparkan lebih

lanjut dalam subbab di bawah ini.

2.5.1. Pengondisian Gas

Pengondisian gas dilakukan di dalam Module I sesuai gambar 2.10 di bawah. Gas dan

uap yang berada di dalam pipa dipanaskan secara eksternal dengan menggunakan

pemanas listrik atapun aliran gas nitrogen panas untuk mencegah terjadinya kondensasi

di dalam pipa. Pipa juga dibalut dengan suatu bahan isolator dengan tujuan yang sama.

Gambar 2.11. Rangkaian alat untuk sampling Tar Standard Measurement (Good, dkk.,

2005).


40/68

B2.1415.K.18 28

Gambar 2.12. Alat untuk melakukan sampling pada gas pada bertekanan atmosferik

(Good, dkk., 2005).

Gambar 2.13. Alat untuk melakukan sampling pada gas pada bertekanan (Good, dkk.,

2005).

Di dalam segmen ini, terdapat perbedaan di antara gas bertekanan atmosferik dengan

gas bertekanan. Untuk gas bertekanan, alat dilengkapi dengan control valve yang

berfungsi untuk melepas tekanan tinggi di dalam pipa ke udara luar.

2.5.2. Filtrasi Partikel

Filtrasi partikel berada pada module 2. Partikel dikumpulkan pada suatu filter eksternal

yang dipanaskan secara terus menerus. Material yang dipilih sebaiknya tidak

mempengaruhi komposisi senyawa tar dan mampu menahan temperatur 50°C lebih

besar daripada temperatur operasi. Hal ini bertujuan untuk mencegah pembentukan tar.

Namun temperatur tidak boleh terlalu tinggi agar tidak terjadi reaksi antara tar dengan

material filter. Pada umumnya yang digunakan sebagai filter adalah quartz filter yang

mampu memfiltrasi partikel hingga 0,3µm. Filter memiliki diameter sebesar 30 mm dan

panjang nsebesar 77 hingga 100 mm.


41/68

B2.1415.K.18 29

Gambar 2.14. Module 2: Alat filtrasi partikel (Good, dkk., 2005).

2.5.3. Pengumpul Tar

Pada module 3 terdapat unit pengumpul tar. Kadar air dan tar ditampung di dalam enam

buah impinger bottles dan kolom Petersen.

2.5.3.1. Impinger Bottles

Terdapat enam buah impinger bottles yang memiliki fungsi yang berbeda-beda. Botol pertama berfungsi sebagai pengumpul kelembapan. Air dan tar mengalami kondensasi

dari proses absoprsi dalam isopropanol. Kemudian gas tersebut dilewati melalui botol

nomor 2, 3, 4, dan 5, yang berisi pelarut serta botol terakhir (kosong). Sampel yang

dialirkan ke dalam impinger bottles menurut spesifikasi dibatasi sebesar 0,1 – 0,6

m3n/jam. Selanjutnya isopropanol yang melarutkan tar diuapkan dengan menggunakan

waterbath dan heater didekat exhaust fan agar tidak membaui ruangan

Gambar 2.15. Module 3: Impringer bottles (Good, dkk., 2005).


42/68

B2.1415.K.18 30

2.5.3.2. Kolom Petersen

Kolom Petersen merupakan sebuah kolom yang mengalami pendinginan oleh cairan

pendingin. Pada tahap pertama (stage 1), merupakan tahap pencucian secara tradisional

menggunakan impinger . Sedangkan pada tahap kedua, berfungsi untuk meningkatkan

efisiensi pencucian. Tahap pencucian 1 dan 2 ini terisi dengan medium pencucian

seperti pelarut dan isopropanol. Cairan yang terdapat di dalam kolom bergerak ke

bagian bawah kolom namun selalu ditahan oleh glass frit . Saat sampling telah selesai

dilakukan, ujung washing stage 1 dihubungkan dengan pompa vakum. Dengan

demikian, cairan pada washing stage 2 akan terhisap menuju washing stage 1. Hal ini

menyebabkan washing stage 2 dikosongkan di saat yang bersamaan dengan pencucian

frit oleh solvent . Kolom Petersen terbukti sangat efisien dalam melakukan sampling .

2.5.4. Pengukur Volume

Untuk melakukan pengukuran volume gas, dibutuhkan barometer, dry gas meter,

termokopel, serta detektor perbedaan tekanan. Temperatur, barometer, dan detektor

tekanan digunakan sebagai pengoreksi temperatur dan tekanan terhadap temperatur dan

tekanan keadaan normal.

2.5.5. Gravimetri

Tar yang dapat dianalisis dengan metode gravimetri disebut dengan gravimetric tar .

Gravimetri adalah sebuah metode analisis untuk menentukan jumlah komponen dengan

cara mengukur massa komponen murni setelah melalui proses pemisahan. Dalam

metode gravimetri ini, senyawa tar aromatik yang memiliki lebih dari tiga cincin dapat

dianalisis.


43/68

B2.1415.K.18 31

Gambar 2.16. Module 3: Kolom Petersen (Good, dkk., 2005).

Gambar 2.17. Module 4: Pompa dan alat pengukuran volume (Good, dkk., 2005).


44/68

B2.1415.K.18 32

2.5.6. Gas Kromatografi

Gas kromatografi atau GC adalah suatu unit alat yang digunakan untuk melakukan

analisis komposisi dari suatu campuran senyawa. Tar yang dapat dianalisis dengan gas

kromatografi disebut dengan GC-detectable tars. GC tidak dapat digunakan untuk

menganalisis senyawa tar dengan jumlah cincin lebih dari tujuh. Sampel berbentuk cair

atau gas diinjeksikan ke dalam GC. Sampel tersebut kemudian akan terbawa oleh gas

inert pembawa, biasanya berupa gas hidrogen atau nitrogen. Di dalam GC terdapat

kolom yang berisi fasa diam. Temperatur kolom dijaga agar lebih tinggi dari titik didihsampel sehingga sampel tetap terjaga dalam fasa gas. Komponen-komponen di dalam

sampel semakin lama akan terpisah bergantung dengan sifat kepolaran komponen

tersebut terhadap fasa diamnya. Jika fasa diam bersifat polar, maka komponen-

komponen yang lebih polar akan memiliki waktu tinggal lebih lama di dalam gas

kromatografi. Komponen tersebut dideteksi dengan detektor. Jenis detektor yang

digunakan berbeda-beda bergantung pada komponen sampel. Untuk sampel yang kaya

akan senyawa organik, detektor yang paling cocok digunakan adalah FID ( Flame

Ionization Detector ).

Gambar 2.18. Skema alat Gas Kromatografi (Furniss, dkk., 2005).

Pada detektor FID, udara dan gas hidrogen dipasok ke dalam detektor dan dibakar. Pada

tahap ini, senyawa-senyawa organik yang ikut terbakar akan menghasilkan ion-ion.

Detektor FID dilengkapi dengan pengumpul elektron di bagian atas untuk mengukur

nilai potensial listrik yang dihasilkan oleh senyawa organik.


45/68

B2.1415.K.18 33

Gambar 2.19. Prinsip kerja detektor FID (sepscience.com)

2.5.7. Solid Phase Adsoprtion (SPA)

Solid Phase Adsoprtion atau SPA merupakan salah satu metode analisis untuk

karakterisasi tar dengan cara menghisap gas yang kemudian dilalui ke dalam sebuah

adsorben. Adsorben yang biasa digunakan adalah amino-sorben yang berfungsi untuk

mengumpulkan tar yang terbawa oleh gas hasil gasifikasi. Kemudian, senyawa-senyawa

aromatik dan fenolik dikumpulkan secara terpisah. Senyawa-senyawa yang telah

terpisah tersebut kemudian dianalisis secara terpisah dengan menambahkan pelarut

tertentu dan memanfaatkan analisis bantuan gas kromatografi.

2.5.8 . Photo Ionization (PID)

Energi foton dimanfaatkan untuk melepaskan elektron dari suatu molekul. Banyaknya

energi yang dibutuhkan untuk pelepasan ini bergantung pada komponen dan senyawa

tertentu. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron pada molekul berukuran

besar lebih dan molekul dengan struktur aromatik seperti tar. Untuk melepas elektron

dalam molekul seperti hidrogen ataupun karbon monoksida (molekul kecil), diperlukan

energi foton yang besar.


46/68

B2.1415.K.18 34

2.6. Karakteristik Tar untuk Setiap Jenis Biomassa

Berikut adalah hasil karakteristik tar hasil pirolisis biomassa, yaitu untuk batok kelapa

dan cangkang sawit.

2.6.1. Batok Kelapa

Biomassa batok kelapa memiliki hasil analisis proksimat dan ultimat yang tersedia pada

tabel berikut.

Tabel 2.8. Analisis proksimat dan ultimat batok kelapa (Rout, 2013)

Moisture

Content

Volatile

Matter

Fixed

Carbon

Ash C H O N S

10,1% 64,6% 11,2% 14,2% 64,23% 4,89% 22,61% 4,77% 3,50%

Dengan kandungan batok kelapa seperti tertera pada tabel tersebut, ternyata diperoleh

bahwa pirolisis biomassa batok kelapa dalam fixed-bed gasifier memiliki karakteristik

sebagai berikut. Tar yang dihasilkan memiliki densitas sebesar 1,0536 g/ml pada

temperatur pengukuran 15°C dan viskositas kinematik sebesar 1,47 x 10 -6 m2/s pada

40°C. Nilai kalor bakar yang dihasilkan adalah sebesar 1,975 MJ/kg.

Gambar 2.20. Kromatogram hasil analisis tar batok kelapa menggunakan GC-MS

(Rout, 2013)


47/68

B2.1415.K.18 35

Penentuan komposisi penyusun tar dilakukan menggunakan GC-MS dan diperoleh hasil

seperti pada gambar 2.20. Diperoleh 28 komponen penyusun tar dengan komponen

terbanyak adalah fenol sebesar 28,5% dan komponen lain yang merupakan senyawa

turunan fenolik.

Tabel 2.9. Komposisi penyusun tar hasil pirolisis batok kelapa (Rout, 2013)

No Waktu Retensi

(menit)

% Luas

Area

Komponen

1 5,033 28,52 Fenol

2 5,890 2,08 3-metil-1,2-siklopentadiona

3 6,384 1,15 2-metil-fenol

4 6,761 1,44 p-cresol

5 7,023 5,36 2-metoksi-fenol

6 8,736 6,15 Creosol

7 9,753 2,79 3-metoksi-1,2-benzendiol

8 10,043 2,91 4-etil-2-metoksi-fenol

9 10,581 1,33 2-metoksi-4-vinilfenol

10 11,075 10,09 2,6-dimetoksi-fenol

11 11,772 1,11 Vanillin

12 12,353 4,36 Asam 4-hidroksi-3-metoksi-benzoat

13 12,469 4,58 Metilparaben

14 12,963 2,87 D-alosa

15 13,340 4,22 1-(2,6-dihidroksi-4-metoksifenil)-etanon16 13,427 1,90 1-metil-N-vanilil-2-fenetanamin

17 13,790 0,92 Asam dodekanoat

18 13,848 1,23 2,3,5,6-tetrafluoroanisol

19 14,270 1,32 2,6-dimetoksi-4-(2-profenil)-fenol

20 14,357 1,13 2,4-dihidroksiasetopfenon oksim

21 14,851 1,25 N-(4-metoksifenil)-2-hidroksimino-asetamida

22 14,967 0,89 4-hidroksi-3,5-dimetoksi-benaldehid

23 15,461 4,68 2,6-dimetoksi-4-(2-profenil)-fenol

24 15,078 0,75 1-(4-hidroksi-3,5-dimetoksifenil)-etanon

25 15,853 1,04 4-hidroksi-2metoksisinamaldehid26 16,243 3,85 1-(2,4,6-trihidroksi-3-metilfenil)-1-butanon

27 17,595 1,01 Pentadekananitril

28 18,162 1,09 Asam n-heksadekanoat

2.6.2. Cangkang Sawit

Analisis ultimat biomassa cangkang sawit oleh Li, dkk. dapat dilihat pada tabel 2.9.

Tabel 2.10. Analisis ultimat cangkang sawit (Li, dkk., 2012)

C H O N S

47% 6% 38% 0,7% 0,08%


48/68

B2.1415.K.18 36

Cangkang sawit dengan hasil analisis ultimat tersebut menghasilkan tar dengan

karakteristik sebagai berikut. Densit tar yang dihasilkan adalah sebesar 1,04 g/ml pada

suhu 25°C. Viskositas dinamik pada 47,2°C adalah sebesar 9,06 cP. Nilai kalor bakar

yang dihasilkan adalah sebesar 21,19 MJ/kg. Komposisi tar tersebut kemudian

dianalisis menggunakan GC-MS seperti pada tabel 2.10. Komponen yang paling banyak

terdapat di dalam tar hasil pirolisis cangkang sawit adalah senyawa asam asetat, dengan

persentase 40%.

Tabel 2.11. Hasil analisis komposisi tar cangkang sawit menggunakan GC-MS (Li,

dkk.,2012)No. Waktu Retensi

(menit)

% Luas

Area

Komponen

1 4,861 4,49 Metil asetat

2 5,850 2,36 2,3-butadiona

3 6,695 1,00 Asam format

4 7,183 40,63 Asam asetat

5 8,080 6,81 Asetol

6 10,215 2,78 Etil piruvat

7 11,624 2,11 Furfural

8 12,680 0,98 Asetol asetat9 16,734 11,7 Fenol

10 17,297 1,98 Guaiakol

11 19,356 1,52 2-metoksi-4-metil-fenol

12 22,000 1,02 3-metil-2,4-pentadiona

13 22,920 2,22 2,6-dimetoksi-fenol

14 23,110 0,96 2,5-dimetil-3-heksanol asetat

15 24,190 1,00 Propilen karbonat

16 24,483 1,57 1,2,4-trimetoksibenzena

17 26,916 1,15 3-metoksi-4-hidroksibenzilaseton

18 28,406 12,80 Levoglukosan

19 28,609 1,10 2,6-dimetoksi-4-alilfenol

20 29,132 1,82 Asam 4-hidroksi-benzoat

2.7. Faktor yang Mempengaruhi Karakteristik Tar

Dalam penentuan variasi yang digunakan untuk penelitian ini, perlu diketahui faktor-

faktor apa saja yang mempengaruhi karakteristik tar yang dihasilkan. Hal-hal yang


49/68

B2.1415.K.18 37

dapat mempengaruhi tar yang diperoleh antara lain adalah jenis biomassa, kadar air dari

tiap jenis biomassa, serta ukuran partikel.

2.7.1. Jenis Biomassa

Ku dan Mun pada tahun 2006 melakukan percobaan karakterisasi tar hasil pirolisis

biomassa berupa bambu, kayu pohon pinus, dan kayu pohon oak. Percobaan dilakukan

pada temperatur operasi 800°C. Alasan pemilihan dari biomassa tersebut adalah karena

ketiganya memiliki kandungan yang berbeda, mulai dari analisis proksimat, ultimat,

hingga kandungan lignoselulosa. Dari percobaan tersebut diperoleh bahwa senyawa penyusun tar yang terdapat paling banyak pada bambu ada siringol, sedangkan pada

pohon oak adalah trans-propenilsiringol, dan pada pohon pinus adalah asam 9-

oktkadenoat. Selain itu, persen komposisi setiap komponen penyusunnya juga berbeda-

beda. Hal ini menunjukkan bahwa dengan jenis biomassa yang berbeda, akan diperoleh

karakteristik tar hasil pirolisis yang berbeda pula.

2.7.2. Kadar Air

Kandungan air dalam biomassa mempengaruhi perolehan tar. Semakin tinggi kadar air

yang dimiliki oleh suatu biomassa, maka biomassa tersebut akan semakin banyak

terkonversi menjadi tar, sedangkan konversi menjadi arang dan gas akan berkurang.

Kandungan air pada biomassa juga dapat menyebabkan meningkatnya densitas tar yang

diperoleh. Kadar air yang diinginkan untuk gasifikasi biomassa biasanya berkisar antara

0 – 10% untuk memperoleh banyak arang dan gas, serta sedikit tar. Terdapat dua jenis

drying, yaitu oven-dried dan air-dried . Oven dried merupakan mekanisme pengeringan

biomassa menggunakan sumber panas berupa oven sehingga air dapat teruapkan hampir

seluruhnya (kadar air mencapai 0%). Sedangkan air-dried adalah mekanisme

pengeringan biomassa dengan menggunakan udara terbuka. Tidak seluruh komponen

air dapat terlepas dengan mekanisme ini, kadar air biomassa setelah dikeringkan

berkisar antara 15 – 20%.

2.7.3. Ukuran Partikel


50/68

B2.1415.K.18 38

Perocobaan pirolisis biomassa dengan variasi uuran partikel sebelumnya telah dilakukan

oleh Joardder, dkk. Pada tahun 2011. Percobaan tersebut dilakukan dengan

menggunakan batok kelapa dengan variasi ukuran biomassa sebesar 0,6 – 6 mm. Dari

variasi tersebut diperoleh hasil bahwa perolehan tar dan gas hasil pirolisis semakin

berkurang seiring dengan meningkatnya ukuran partikel biomassa. Biomassa yang

terkonversi menjadi arang semakin meningkat. Dengan demikian, ukuran partikel

mempengaruhi perolehan tar hasil pirolisis. Pada percobaan yang dilakukan oleh

Frederick, dkk., ukuran partikel kayu oak divariasikan dari 6, 3, 18, 25 mm. Seiring

dengan meningkatnya ukuran partikel, diperoleh tar dengan komponen PAH yangsemakin banyak. Hal ini membuktikan bahwa ukuran partikel mempengaruhi

karakteristik tar.


51/68

B2.1415.K.18 39

BAB III

RENCANA PENELITIAN

3.1. Metodologi

Dalam melakukan percobaan pirolisis biomassa dan karakterisasi tar dilakukan

beberapa analisis terlebih dahulu sebelum biomassa dipirolisis. Analisis yang dilakukan

antara lain adalah analisis proksimat, analisis ultimat, serta analisis kalor bakar. Tujuan

dari dilakukannya analisis ini ialah untuk mengetahui sifat biomassa yang hendak

dipirolisis. Setelah melakukan analisis, dapat digunakan percobaan utama, yaitu

pirolisis biomassa. Biomassa dipirolisis dengan memvariasikan biomassa yang

digunakan serta laju alir udara untuk pembakaran. Gas hasil pirolisis yang telah

diperoleh ditangkap dengan menggunakan impinger bottles. Gas yang telah ditangkap

tersebut mengandung tar yang dapat dianalisis karakteristiknya menggunakan gas

kromatografi.

3.2. Percobaan

Pada bagian ini diuraikan bahan, alat, prosedur percobaan, serta variasi yang digunakan

dalam percobaan.

3.2.1. Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain adalah biomassa yang

hendak dipirolisis dan senyawa kimia pendukung untuk analisis karakteristik tar.

Biomassa yang dipilih sebagai bahan utama pirolisis adalah sebagai berikut.

1. Cangkang sawit

2. Batok kelapa

Sedangkan bahan-bahan pendukung lain yang digunakan sebagai bahan untuk

melakukan analisis tar antara lain adalah:


52/68

B2.1415.K.18 40

1. Isopropanol

2. Air

3.

Gas hidrogen

3.2.2. Alat

Alat-alat yang digunakan untuk percobaan pirolisis biomassa dan karakterisasi tar

antara lain adalah sebagai berikut.

Alat percobaan utama:

1.

Satu set alat pirolisis biomassa: Fixed-bed updraft gasifier 2. Termokopel

3. Blower

4. Orificemeter

5. Manometer

6.

Anemometer digital

7. Stopwatch

Alat pendukung preparasi dan analisis:

1.

Gas kromatografi

2. Syringe

3. Neraca

4. Burner

5. Kalorimeter bom

6. Detektor TCD

7.

Termometer

8. Oven

9. Impinger bottles

Susunan alat percobaan pirolisis biomassa tertera pada gambar 3.1. dan spesifikasinya

tertera pada tabel 3.1.


53/68

B2.1415.K.18 41

Gambar 3.1. Susunan alat percobaan pirolisis biomassa

Tabel 3. 1. Spesifikasi susunan alat percobaan pirolisis biomassa

Tinggi reaktor (cm) 81

Diameter reaktor (cm) 15,5

Material reaktor logam

Volume impinger bottle (mL) 250

Material impinger bottle kaca

3.2.3. Prosedur

Prosedur percobaan meliputi preparasi biomassa, analisis sifat biomassa, percobaan

utama pirolisis, serta analisis karakterisasi tar hasil pirolisis.


54/68

B2.1415.K.18 42

A. Analisis sifat biomassa

Sifat biomassa dianalisis dengan menggunakan dua macam metode, analisis proksimat

dan ultimat.

1. Proximate analysis

Analisis proksimat mencakup kadar kelembapan, volatile matter , abu, serta jumlah

karbon dalam suatu biomassa. Akan tetapi, analisis proksimat sering diukur pada

keadaan dry basis, di mana kelembapan dari suatu biomassa telah dihilangkan.

Tabel 3.2. Analisis proksimat biomassa pada keadaan air-dried-basis (Daud dan Ali,

2004).

Jenis Biomassa Moisture Volatile Matter Abu Fixed Carbon Cangkang sawit 7,96% 72,47% 1,1% 18,7%

Batok kelapa 10,66% 68,89% 0,80% 19,65%

2.

Ultimate analysis

Analisis ultimat meliputi kandungan unsur karbon, oksigen, hidrogen, oksigen,

nitrogen, serta sulfur di dalam suatu biomassa

Tabel 3.3. Analisis ultimat biomassa (Daud dan Ali, 2004). Jenis Biomassa C H O N S

Cangkang sawit 50,61% 6,85% 40,15% 1,90% 0,05%

Batok kelapa 48,10% 6,47% 43,72% 0,80% 0,11%

3. Kalor bakar

Nilai kalor bahan bakar adalah jumlah panas yang dapat dihasilkan oleh bahan bakar

per satuan berat padatan atau satuan volume cairan pada keadaan standar.

Pengukuran nilai kalor bakar suatu biomassa dapat dilakukan dengan menggunakan

kalorimeter bom. Sampel yang ingin diketahui nilai kalornya ditempatkan dalam

tabung berisi oksigen yang tercelup dalam kalorimeter. Kalorimeter terhubung

dengan sumber listrik sehingga akan menghasilkan panas. Sampel biomassa akan

mengalami pembakaran. Perubahan temperatur yang terjadi terhadap waktu dicatat

sehingga dapat dihitung nilai kalor bakar suatu biomassa.

B. Preparasi sampel

Preparasi sampel diperlukan guna memastikan biomassa tidak mengandung benda


55/68

B2.1415.K.18 43

asing, memiliki kandungan air yang rendah, serta memiliki ukuran yang sama dan

tidak terlalu besar. Pemisahan biomassa dari benda asing seperti batu dapat

dilakukan dengan de-stoner yang menggunakan getaran serta aliran udara untuk

memisahkan benda yang lebih berat dari biomassa. Selain itu dapat juga digunakan

magnetic metal seperator untuk memisahkan metal dari biomassa dengan

menggunakan magnet. Lalu, biomassa juga harus dikeringkan terlebih dahulu untuk

menurunkan kandungan airnya menjadi sekitar 10% – 20% sebelum dapat

dimasukkan kedalam gasifier. Selanjutnya ukuran biomassa harus dijaga agar tidak

terlalu besar karena biomassa yang terlalu besar dapat memampatkan aliran.

Beberapa alat yang dapat digunakan antara lain chunker, chipper, grinder, atau pulverizer. Selanjutnya agar ukurannya sama besar, dapat digunakan trummel yang

merupakan drum berputar dengan lubang-lubang pada dindingnya.

C. Percobaan Pirolisis Biomassa

Percobaan pirolisis biomassa dimulai dengan menyiapkan biomassa yang hendak

dipirolisis beserta dengan arang. Arang dimasukkan ke dalam tong kecil dan dibakar

hingga menjadi glow char . Biomassa yang digunakan diperkecil ukurannya hingga

berukuran tertentu dan cukup seragam. Sejumlah glow char yang telah disiapkan

dimasukkan ke dalam gasifier . Biomassa yang hendak dipirolisis ditimbang

sebanyak 2 kilogram dan kemudian dimasukkan ke dalam gasifier . Tutup bagian atas

gasifier ditutup dan obor pada gas keluaran dinyalakan. Udara dialirkan dengan

menggunakan blower bersamaan dengan dimulainya pencatatan waktu pirolisis.

Tujuan dari dialirkannya udara ialah untuk menjaga glow char tetap membentuk bara

dan dapat memasok panas untuk keseluruhan proses pirolisis di dalam gasifier . Laju

alir udara divariasikan menyesuaikan dengan temperatur pirolisis yang diinginkan,

yaitu sebesar 5%, 8,5%, dan 12% dari kebutuhkan udara stoikiometrik. Temperatur

pada segmen-segmen gasifier dicata pada selang waktu tertentu. Gas hasil pirolisis

yang telah terkondensasi ditampung oleh water seal , tar tersebut merupakan

condesable tar . Sedangkan untuk tar yang tidak terkondensasi juga dapat ditangkap,

yaitu dengan menggunaka impinger bottles. Tar tersebut merupakan soluble tar .

Setelah tar tersebut ditangkap, tar dianalisis menggunakan bantuan gas kromatografi

dengan spesifikasi seperti pada subbab 3.2.3.D.


56/68

B2.1415.K.18 44

"#$%&

'(%)* +&,&%-.%)

'(%)* +&/%,#..%) .0+%$%/ 12)* .03&$ .0/#+&%) +&4%.%( /0)5%+&

!"#$ &'()

6(0-%(%,& 4&2/%,,% +&$%.#.%)

7#1#- %1%, !(*+,+-) +&4#.% +%) ,05#/$%8 !"#$ &'() +&/%,#..%)

.0+%$%/ *%,&9&0(

:05#/$%8 4&2/%,,% +&,&%-.%) +%) ,04%*&%) +&/%,#..%) .0+%$%/

*%,&9&0( 8&)**% .01&)**&%) #)**#) 10(10)1#

;&2/%,,%


57/68

B2.1415.K.18 45

"#$#% &'()'* '$'+ !"#$%$&' ,)$#$#% -./&'0)

1&23 %',' ('+ -.0#'3'* ,)*4'0'-'*

5026.3 ,)*4'0'-'* &.3+'/''* ,.*('* /#0') /.0'-#-'*

%.*7'$'$'* 6'-$# %)320)+)+

"./%.3'$#3 ,) +.%'*8'*( 3.'-$23 ,)7'$'$ +.$)'% +.0'*( 6'-$#

$.3$.*$#

9'+ 4'*( :'+)0 %)320)+)+ 4'*( $.0': $.3-2*,.*+'+) %',' $()$*!&'

,-../ ,)'*'0)+)+

;.0.+')


58/68

B2.1415.K.18 46

D. Analisis Sampel Tar

Analisis sampel dilakukan dengan mengambil sampel dari aliran gas hasil pirolisis di

bagian atas reaktor. Sampel dianalisis dengan menggunakan enam buah botol kecil yang

dikenal dengan nama impinger bottles. Botol-botol tersebut diletakkan di dalam sebuah

bak yang berisi larutan. Standar ukuran botol adalah 1 – 250 mL dengan volume larutan

sebanyak 50 mL. Botol 1, 2, dan 4 direndam pada sebuah larutan dengan temperatur

sekitar 35 – 40°C. Sedangkan botol 3, 5, dan 6 diletakkan di dalam bak berisi es dan

garam untuk menjaga temperatur rendah hingga -5°C.

Gambar 3.2. Impinger bottles untuk menangkap sampel tar (sumber: Good, dkk., 2005)

Botol 1 hingga 5 berisi pelarut, sedangkan botol keenam dibiarkan kosong. Pelarut yang

biasanya digunakan adalah isopropanol. Botol pertama berfungsi untuk mengondensasi

tar dan gas hasil pirolisis. Botol 2, 3, 5, dan 6 dilengkapi dengan glass frits. Glass frits

merupakan sebuah unit yang menghasilkan gelembung gas yang lebih kecil.

Berkurangnya ukuran gelembung gas dapat meningkatkan kelarutan tar di dalam

isopropanol. Saat filter menunjukkan perubahan warna menjadi kuning berarti terdapat

indikasi adanya aerosol yang melewati impinger bottles. Botol terakhir dibiarkan

kosong sehingga gas yang masuk ke dalam botol tersebut mengalami kondensasi secara

tiba-tiba dengan pendinginan dari cold bath. Penurunan temperatur secara tiba-tiba dari

-5°C menyebabkan meningkatnya kelarutan tar dalam isopropanol. Selanjutnya

isopropanol yang melarutkan tar diuapkan dengan menggunakan waterbath dan heater

didekat exhaust fan agar tidak membaui ruangan. Tar yang diperoleh dari botol keenam

karakterisasi tar hasil gasifikasi biomassa cangkang sawit

Documents