12/3/2009

1

Kajian Tekno EkonomiPabrik Konversi Biomassa

menjadi Bahan Bakar Fischer-Tropschmelalui Proses Gasifikasi

Fitria Yulistiani

230 08 004

TK 5091Metodologi dan Usulan Penelitian

12/3/20091

Prof. Dr. Herri SusantoDr. Tri Partono Adhi

Latar Belakang Ketersediaan bahan bakar fosil menipis

Penggunaan bahan bakar fosil menyebabkan polusi udara dan emisi CO2

Kebijakan Pemerintah Indonesia

12/3/20092 Sumber: ESDM, 2007

12/3/2009

2

Latar Belakang

Mengapa biomassa?

12/3/20093

Jenis limbahbiomassa yang

dihasilkan

Produksilimbah

biomassa(ton/tahun)

Potensi Bahan bakar cair (L/tahun)

Potensi listrik(kWh)

1Tandan kosong

kelapa sawit 3,979,691 497,461,375 1,326,563,667

2 Tongkol jagung 4,001,724 500,215,500 1,333,908,000

3 Sekam Padi 21,114,074 2,639,259,250 7,038,024,667

4-8 kg biomassa 1 L bahan bakar cair1,2–3 kg biomassa 1 kWh listrik

Gasifikasi

Latar Belakang

Mengapa biomassa?

12/3/20094

Emisi CO2 danpenggunaan bahanbakar fosil berkurang

12/3/2009

3

Latar BelakangMengapa Fischer Tropsch?

Menghasilkan ultra clean diesel (green diesel)

Emisi CO2 kecil

Efisiensi proses konversi biomassa menjadi FT Fuel = 58,1%

Efisiensi proses konversi biomassa menjadi Etanol = 35%

12/3/20095

Bahan Bakar Bahan Baku

Kemampuanpenyimpanan

CO2 dalambahan baku *

CO2 yang dihasilkan

dalampemrosesan *

Konversidan

Distribusi *Pembakaran * Emisi CO2 ke

lingkungan

Diesel Minyak Bumi 0 13 6 67 86Biodiesel Minyak Canola -64 14 7 92 49FT Diesel Kayu -162 7 113 59 17

Etanol Gandum -138 3 89 81 35Etanol Kayu -135 3 95 81 44

*) CO2 dalam g/MJ

Sumber: Bary Judd, 2003

Deskripsi Proses

12/3/20096

12/3/2009

4

Rumusan Masalah

Ketersediaan nasional besar namun terkumpuldalam jumlah relatif kecil

Biaya sistem BGFT mahal

Bagaimana konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan pada biomassa diIndonesia?

Bagaimana kelayakan teknoekonomiproses BGFT di Indonesia untuk saat inidan jangka panjang?

Kajian ekonomi produksi FT diesel menggunakan biomassa yang tersediadan kemampuan pengumpulanbiomassa tersebut di lokasi tertentu

12/3/20097

Lokasi

Produksi biomassa

tongkol jagung (ton/tahun)

Nasional 4 jutaJawa Barat 124 ribuKab Cianjur 9871

Kab Purwakarta 4389

Biomassa menjadi:

FT Fuel H2 Metanol

Kapasitas(galon/tahun)

150 juta

150 juta 150 juta

Investasi ($/galon)

6.23 4.28 4.78

Investasi(juta $)

934.5 642 717

Sumber: Distamben Jabar, 2008

Sumber: Brown, 2008

Tujuan Penelitian

Mencari konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan diIndonesia.

Menentukan kapasitas sistem BGFT yang cocok denganketersediaan biomassa di Indonesia.

Mengkaji kelayakan teknoekonomi proses BGFT di Indonesia untuk saat ini dan jangka panjang.

Mengidentifikasi permasalahan pengembangan dankomersialisasi teknologi BGFT.

12/3/20098

12/3/2009

5

Ruang Lingkup Penelitian

Kajian pustaka mengenai ketersediaan teknologi proses yang terkait dengan BGFT;

a. Teknologi gasifikasi biomassa

b. Teknologi pembersihan dan pengkondisian gas hasil gasifikasi biomassa

c. Teknologi sintesis Fischer Tropsch

d. Teknologi Hydrocracking

Studi ketersediaan bahan baku sistem BGFT

Pemilihan lokasi dan pemilihan konfigurasi proses BGFT

Penyusunan rancangan pabrik sistem BGFT sesuai hasil studi ketersediaan

Kajian ekonomi penerapan sistem BGFT

Analisis kemungkinan penerapan sistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitas yang sama

12/3/20099

Biomassa

12/3/200910

No Komoditas

Hasil Pertanian Biomassa Lokasidengan

produksiterbesar

Produksi(juta ton)

Luas lahan(juta ha)

JenisProduksi

(ton/tahun)

1Kelapasawit

18 7 Tandankosong

kelapa sawit4

Riau, Sumut, Sumsel

2 Jagung 16,3 4 Tongkoljagung

4 Jatim,

Jateng, Lampung

3 Padi 60,3 12,3 Sekam Padi 21,1Jatim, Jabar, Jateng

Sumber: Departemen Pertanian, 2008

12/3/2009

6

Gasifikasi

Gasifikasi: Reaksi konversi termal endotermik bahan bakar padat menjadi bahan bakargas.

12/3/200911

Komp. Perc. 1 Perc. 2

CO2 18,5% 13,8%

H2 8,9% 14,6%

N2 53% 48,1%

CH4 3,3% 1,6%

CO 16,4% 21,9%

Total 100% 100%

NHV, kJ/Nm3

4201 4910

Contoh Komposisi produk Gas

Pengaruh Jenis Agen Gasifikasi terhadapKomposisi Gas Sintesis

12/3/200912 12/3/200912

Agen Gasifikasi Udara O2 H2O

H2 15% 40% 40%

CO 20% 40% 25%

CH4 2% - 8%

CO2 15% 20% 25%

N2 48% - 2%

H2/CO 0.75 1 1.6

Sumber: ZSW, 2005

Penggunaan O2(+) Gas bersih bebas N2(-) Air Separation Unit Mahal

Semakin kering umpan biomassa, efisiensi proses meningkat namunkandungan hidrogen dalamproduk gas sintesis akanberkurang.

Faaij dkk.[1998]:

Kadar air optimum = 10-15%.

12/3/2009

7

Penyediaan Panas dan Konfigurasi Reaktor

12/3/200913

Autotermal : panas diperoleh dari pembakaran biomassa secara parsialAllotermal : panas diperoleh dari sumber lain di luar gasifier melalui heat exchanger

Kondisi Operasi Gasifikasi

Pengaruh tekanan tinggidalam gasifikasi:

+ Ukuran reaktor

lebih kecil

+ Ukuran unit-unit proses selanjutnyalebih kecil

+ Tidak dibutuhkankompresi tambahanuntuk prosesberikutnya

- Pada tekanan tinggi, unit gasifier lebihmahal

12/3/200914Sumber: Ciferno dan Marano, 2002

12/3/2009

8

Pembersihan Gas Sintesis

Gas sintesis hasil gasifikasi mengandung berbagai kontaminan: partikulat, tar yang mudah terkondensasi, senyawa alkali, H2S, HCl, NH3, dan HCN.

Kontaminan-kontaminan tersebut dapat meracuni katalis

Diperlukan proses pembersihan yang lebih mendalam

12/3/200915

Pengkondisian Gas Sintesis

Shift Reaction: Meningkatkan rasio H2/CO untuk reaksi dalam sintesis FT

H2 adsorption (PSA): Mengambil H2 yang dihasilkan dari shift reaction untuk digunakandalam hydrocracking

CO2 Removal: Menghilangkan CO2

Selexol dan Rectisol: Menghilangkan gas asam (H2S, CO2)

12/3/200916

GasifierSistem

PembersihanGas

Sistem Pengkondisian Gas FT Reactor

12/3/2009

9

Sintesis Fischer Tropsch Dikeluarkan pada tahun 1923 oleh Franz Fischer dan Hans Tropsch

1940an: argumen strategi ekonomi proses FT (Jerman dan Afrika Selatan)

1970an: berkembang sebagai respon berkurangnya cadangan minyak dan boykot minyak

Saat ini: kajian lingkungan, pengembangan teknologi, pergeseran penggunaan sumberenergi, dll.

Pembentukan rantai karbon dari CO dan H2

Katalis : Besi (Fe) dan Cobalt (Co)

12/3/200917

SintesisFischerTropsch

HydrocrackingUmpan FT

FT Diesel

CO + 2 H2 -CH2- + H2O

CO + H2O ↔ CO2 + H2

225-365 oC, 5-40 barC20H42 + H2 2C10H22

C25H52 + H2 C10H22 + C15H32

C48H98 + 3H2 3C10H22 + C18H38

400-1000 oC, 20-70 bar

CO, H2, H2O FT FuelShift + PSA

H2

Gas SintesisBersih

Reaksi Fischer Tropsch CO + 2 H2 -CH2- + H2O DH0

FT = -165 kJ/mol

12/3/200918

wn = nan-1(1-a)2

• katalis Fe: a = 0,67 s.d. 0,71 • katalis Co: a = 0,76 s.d. 0.83.

12/3/2009

10

Reaktor Fischer Tropsch

12/3/200919

Unggun Tetap Multi tubular

Kolom Gelembung Slurry

KonstruksiSederhana, namun scale upmahal karena banyak tube

Sederhana

Perpindahan PanasProfil temperatur tidak merata, konversi rendah

Perpindahan panas sangat baik akibat kondisi isotermal

KatalisSulit diganti karena struktur tube

Mudah diganti

Hydrocracking Apabila produk akhir yang diinginkan adalah diesel, diperlukan proses hydrocracking

terhadap produk FT.

Leckel dan Ehumbu (2006):

Temperatur merupakan komponen yang paling berpengaruh terhadap konversi C20+, konversi dan perolehan produk diesel akan meningkat seiring dengan peningkatantemperatur

12/3/200920

Temperatur (oC) Konversi C20+ Selektivitas (%b/b) Perolehan (%b/b)C1-C4 C5-C9 C10-C19 C1-C4 C5-C9 C10-C19

350 17 2,1 9,9 88 0,3 1,6 15360 69 1,1 22 77 0,8 15 53365 86 2,1 25 73 1,8 21 63

Tekanan 3,5 MPa, H2/wax = 1200:1 Nm3/m3

12/3/2009

11

Hasil Samping Sistem BGFT Hasil samping sistem BGFT merupakan gas buang yang apabila dimanfaatkan

menggunakan turbin gas dapat menghasilkan listrik

12/3/200921

Neraca Energi (dalam %) Proses Pemanfaatan Gas Buang Sintesis FT untuk menghasilkan Listrik

Sumber: Boerrigter, 2002

Evaluasi Ekonomi Sistem BGFT

12/3/200922

Total Investasi untuk sistem BGFT dengan umpan 72,4 ton/jam

Sumber: Hamelinck, 2003

12/3/2009

12

Metodologi penelitian

12/3/200923

Perkiraan Biaya Investasi

Base cost: biaya peralatan dengan kapasitas tertentu

Biaya peralatan: dengan Cn = Harga alat

R = Perbandingan kapasitas

s = faktor skala

Indeks Biaya:

Jumlah harga setiap unit = Total Equipment Cost

Biaya lain: instrumentasi, perpipaan, mekanik dan elektrik, dll. dinyatakan sebagai persentase dari Total Equipment Cost

Total Equipment Cost + Biaya lain = Total kebutuhan investasi

12/3/200924

s

n RC

nCxtahunBiayaIndeks

tahunBiayaIndeks

2002

2009

12/3/2009

13

Penentuan Kelayakan Ekonomi

Cash Flow Pabrik BGFT:

Pengeluaran: Biaya investasi, modal kerja, bahan baku, biayatetap dan biaya variabel, dll.

Pendapatan: Penjualan bahan bakar FT dan listrik

Analisis kelayakan melalui:

NPV (Net Present Value): layak secara ekonomi apabila NPV ≥ 0

IRR (Internal Rate of Return): layak secara ekonomi apabila

irr ≥ bunga bank

Analisis dilakukan menggunakan fitur-fitur dalam excel

12/3/200925

Jadwal Penelitian

12/3/200926

No Kegiatan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1Kajian Terhadap Berbagai Teknologi Prosesdalam Sistem BGFT

2 Penentuan Konfigurasi Proses3 Studi Ketersediaan Bahan Baku Biomassa

4Pemilihan Lokasi Perencanaan Aplikasi Sistem BGFT

5Penyusunan Rancangan Pabrik Sistem BGFT berdasarkan hasil studi ketersediaan

6 Kajian ekonomi (analisis sensitivitas)

7Pertimbangan kemungkinan penerapansistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitasyang sama

8 Penyusunan Laporan9 Seminar

10 Perbaikan Laporan

12/3/2009

14

TERIMA KASIH

12/3/200927