Ir. Nur Rokhati, MT

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNDIP

TEKNOLOGI BATUBARA

LATAR BELAKANG PENGGUNAAN BATUBARA

batubara pertama kali digunakan secara komersial di Cina sekitar tahun 1000 SM untuk mencairkan tembaga dan untuk mencetak uang logam

sejak tahun 1960 minyak menempati posisi paling atas sebagai sumber energi primer menggantikan batubara

Krisis minyak pada tahun 1973 menyadarkan banyak pihak bahwa ketergantungan yang berlebihan pada salah satu sumber energi primer, dalam hal ini minyak, akan menyulitkan upaya pemenuhan pasokan energi yang kontinyu

Labilnya kondisi keamanan di Timur Tengah yang merupakan produsen minyak terbesar juga sangat berpengaruh pada fluktuasi harga maupun stabilitas pasokan

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI BATUBARA SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF

Negara – negara maju dan negara – negara berkembang terkemuka memiliki banyak cadangan batubara

Batubara dapat diperoleh dari banyak sumber di pasar dunia dengan pasokan yang stabil

Harga batubara yang murah dibandingkan dengan minyak dan gas. Batubara aman untuk ditransportasikan dan disimpan. Batubara dapat ditumpuk di sekitar tambang, pembangkit listrik,

atau lokasi sementara. Teknologi pembangkit listrik tenaga uap batubara sudah teruji dan

handal. Kualitas batubara tidak banyak terpengaruh oleh cuaca maupun

hujan. Pengaruh pemanfaatan batubara terhadap perubahan lingkungan

sudah dipahami dan dipelajari secara luas, sehingga teknologi batubara bersih (clean coal technology) dapat dikembangkan dan diaplikasikan

APA ITU BATUBARA ?

Secara definisi : Batubara adalah batuan sedimen yang berasal dari material organik (organoclastic sedimentary rock), dapat dibakar dan memiliki kandungan utama berupa C, H, O.

Secara proses : batubara adalah lapisan yang merupakan hasil akumulasi tumbuhan dan material organik pada suatu lingkungan pengendapan tertentu yang disebabkan oleh proses syn-sedimentary dan post-sedimentary, sehingga menghasilkan rank dan tipe tertentu

Pembentukan BatubaraProses perubahan sisa-sisa tanaman menjadi gambut /peat hingga pembatubaraan (coalification). Secara ringkas ada 2 tahap proses yang terjadi, yakni: Tahap Diagenetik atau Biokimia, dimulai pada saat material tanaman terdeposisi hingga lignit terbentuk. Agen utama yang berperan dalam proses perubahan ini adalah kadar air, tingkat oksidasi dan gangguan biologis yang dapat menyebabkan proses pembusukan (dekomposisi) dan pembentukan gambut. Tahap Malihan atau Geokimia, meliputi proses perubahan dari lignit menjadi bituminus dan akhirnya antrasit.

Pembentukan Lapisan Source (peat) Teori Rawa Peat (Gambut) – Autochthon

Teori ini menjelaskan bahwa pembentukan batubara berasal dari akumulasi sisa-sisa tanaman yang kemudian tertutup oleh sedimen diatasnya dalam suatu area yang sama. Dalam pembentukannya mempunyai waktu geologi yang cukup, yang kemudian teralterasi menjadi tahapan batubara yang dimulai dengan terbentuknya peat yang kemudian berlanjut dengan berbagai macam kualitas antrasit.

Teori Transportasi – AllotoctonPembentukan batubara bukan berasal dari degradasi/peluruhan sisa-sisa tanaman yang insitu dalam sebuah lingkungan rawa peat, melainkan akumulasi dari transportasi material yang terkumpul didalam lingkungan aqueous seperti danau, laut, delta, hutan bakau. Teori ini menjelaskan bahwa terjadi proses yang berbeda untuk setiap jenis batubara yang berbeda pula.

SENYAWA PENYUSUN BATUBARA Lignin Karbohidrat Protein Material Organik Lain

Resin Tanin Alkaloida Porphirin Hidrokarbon Lemak/minyak

Material anorganik (mineral)

Komposisi Batubara MASERAL ORGANIK

Komposisi batubara yang terdiri dari maseral organik dan kristal mineral organik, yang merupakan agregat-agregat organik yang dapat dibedakansecara mikroskopis.

Vitrinit (kayu, kulit, akar)produk metamorfosa dan coalifikasi dari substansi-substansi humic

(selulosa, lignin, dan tanin) yang hanya terdapat pada bagian akar, kulit, dankayu tanaman. Virnitrit dikarakterisasi dari kandungan oksigen dan ikatanaromatik yang tinggiLiptinit : (spora, lemak, dll)bersal dari bagian tanaman yang kandungan hidrogennya tinggi seperti resin, balsam, latex, malam, spora, lemak, dan minyak nabati. Liptinitdikarakterisasi dari kandungan hidrogennya yang tinggi dengan ikatan alifatisInertinit : (arang, fosil)berasal dari bahan tanaman yang telah berubah dan terdegradasi dalam tahap gambut pada pembentukan batubara. Inertinit dianggap setara dengan arangdan dapat teroksidasi spontan oleh alam

MASERAL ANORGANIKBagian anorganik terdiri dari berbagai mineral yang berasal daritanamannya sendiri, air, dan batuan. Kandungan mineral yang utamadalam batubara adalah kaolin, clay, pyrite, dan calcite, sehingga terlihatdari kandungan oksida silikon, aluminium, besi, dan calcium yang tinggi

Unsur Pembentuk Batubara Meskipun komposisi unsur organik pembentuk

batubara berbeda-beda sesuai dengan jenis batubaranya, tapi kurang lebih dapat dinyatakan sebagai C:100 H:30~110 O:3~40 N:0.5~2 S:0.1~3. Sedangkan untuk unsur anorganik, terdiri dari unsur anorganik utama dan unsur anorganik minor

Unsur anorganik utama: Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na, Ti, K. Unsur anorganik minor: Be, Se, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn,

Ga, Ge, As, Hg, Pb, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Ce, Nd, Sm, dll.

Mineral Dalam Batubara mineral lempung, misalnya kaolinite

(Al2O3.SiO2.xH2O). karbonat, misalnya calcite (CaCO3). sulfide, misalnya pyrite (FeS2). oksida, misalnya quartz (SiO2). Logam berikatan organik: ion exchangeable metal

(COO－Na+, dll).

Struktur makromolekul batubara Material organik batubara terbentuk dari

makromolekul yang memiliki berat molekul ratusan sampai ribuan atau lebih, yang tersusun dari unit dasar berupa cincin benzena (benzene ring) dan cincin aromatik polinukleus (polynucleus aromatic ring) yang gugus fungsionalnya (misalnya gugus metil atau gugus hidroksil) saling berikatan. Unit – unit dasar tersebut terhubung dengan ikatan metilen, ikatan ether, dan ikatan lain

Makromolekul tersebut terhubung dengan ikatan nonkovalen seperti ikatan π－π (ikatan Van der Walls bertipe aromatic flat space), ikatan hidrogen, ikatan ion, dan ikatan lainnya, membentuk struktur jaringan 3 dimensi yang kuat.

Struktur molekul batubara

KLASIFIKASI BATUBARA

Peat/GambutMerupakan tahapan awal pembentukan batubara.

kandungan airnya sangat tinggi dan nilai kalornya yang sangat rendah.

LignitKata Lignit berasal dari bahasa latin lignum yang berarti kayu.

Rangking terendah dari batubara ini mempunya kandungan air dan zat terbang (volatile matter) yang tinggi, mempunyai nilai kalor rendah. Karena kandungan zat terbangnya yang tinggi, lignit sangat mudah terbakar

SubbituminusRangking batubara menengah yang tingkatan kematangan proses

metamorfosanya telah mencapai suatu kondisi dimana sifat kayunya tidak ada lagi. Berwarna hitam kecoklatan sampai hitam. Rapuh bila diekspos ke udara. Pembakaran spontan. Tidak dapat dibuat menjadi kokas

Bituminusbatubara ini bila dipanaskan biasanya menjadi massa yang kohesif,

mengikat dan melekat. Mempunyai nilai kalor tertinggi dan temperatur nyala yang tinggi. Berwarna hitam berkilap. Cocok untuk bahan baku pembuatan kokas bagi industri besi baja

AntrasitRangking batubara yang tertinggi. Mempunyai kandungan zat

terbang yang rendah. Hampir seluruhnya berupa karbon tetap sehingga berwarna hitam yang sangat kemilau. Antrasit paling banyak digunakan untuk pemanasan rumah, kokas, dan produksi gas.

Analisa Kimia Batubara Analisa Proksimat

Yaitu penentuan persentase abu, zat terbang (volatile matter), karbon tetap (fixed carbon), dan kandungan air menurut metoda tertentu. Kegunaan dari analisa proksimat antara lain untuk mengevaluasi sifat reaktivitas penyalaan dan pembakaran batubara, basis data dalam perancangan boiler, klasifikasi jenis batubara.

Analisa Ultimat.Yaitu penentuan kadar unsur-unsur karbon, hidrogen, nitrogen, sulfur dan unsur oksigen. Kegunaan analisa ultimat antara lain adalah penghitungan kebutuhan udara minimum untuk dapat terbakar sempurna, penghitungan persentase udara lebih (percentage of excess air), perhitungan konsentrasi gas buang termasuk polutan oksida sulfur dan nitrogen, penghitungan rasio atom hidrogen dan karbon, serta rasio atom oksigen dan karbon.

Bentuk Sulfur.Yaitu penentuan kandungan sulfur dalam batubara yang terikat dalam struktur molekul organik dan non organiknya.

Reaktivitas Batubara.Reaktifitas batubara diukur dengan menggunakan alat termogravimeter, untuk memperoleh profil pembakaran. Data reaktivitas menunjukkan sifat kemudahan dan kemampuannya untuk terbakar.

Analisa abu

ANALISA PROKSIMAT

Basis Moisture(%)

Zat Terbang(%)

Karbon Tetap(%)

Abu(%)

Nilai Kalor(Btu/lb)

Bahan 2,4 36,6 53,2 7,8 13.560Dry - 37,5 54,5 8,0 13.890

Dry, ash free - 40,8 59,2 - 15.100

ANALISA ULTIMATBasis Moisture

(%)Karbon (%) Hidrogen

(%)Oksigen

(%)Nitrogen

(%)Sulfur (%)

Bahan 2,4 75,8 5,1 8,2 1,5 1,6Dry - 77,7 5,0 6,2 1,5 1,6

Dry, ash free

- 84,4 5,4 6,7 1,7 1,8

Sifat fisis Berat Jenis

Kegunaannya untuk menentukan ukuran penyimpanan batubara maupun perkiraan jumlah cadangan batubara tambang.

Porositas.Yaitu perbandingan volume pori batubara terhadap volume total batubara.

Struktur poriYaitu distribusi ukuran (diameter) pori

Luas permukaanYaitu luas permukaan batubara untuk setiap satuan beratnya, dengan penyerapan gas nitrogen

ReflektivitasMerupakan analisa petrografi untuk menentukan kandungan vitrinit batubara

Sifat Thermal Nilai Kalor

Yang dilakukan dengan pembakaran dalam kalorimeter. Rumus empiris yang menghubungkan nilai kalor dan persentase unsur-unsur pada analisa ultimat yaitu :HHV (Btu/lb) = 146,58 C + 568,78 H + 29 S – 6,58 A – 51,5 (O – N)Dimana C, H, S, A, O, N adalah persen berat kering dari karbon, hidrogen, sulfur, abu, oksigen, dan nitrogen pada analisa ultimat. Data nilai kalor batubara berguna untuk menghitung kebutuhan laju alir batubara bila diinginkan pengoperasian boiler pada kapasitas panas tertentu.

Kapasitas Panas Berguna untuk melihat sifat penyalaan batubara (temperatur penyalaan)

Indeks Swelling Yang mengukur kecenderungan batubara untuk membengkak akibat

pembakaran. Makin tinggi indeks swelling makin cenderung pembakaran tidak sempurna terjadi. Hal ini dikarenakan pelelehan abu yang menutupi permukaan partikel batubara sehingga menahan masuknya oksigen kedalam pori batubara, sementara pada kondisi temepratur tinggi terjadi pelepasan zat terbang pada bagian dalam partikel batubara sehingga partikel batubara menggelembung.

Konduktivitas Panas Berguna untuk melihat waktu penyalaan batubara

Plastisitas Yaitu sifat perubahan batubara terhadap pemanasan batubara yang diukur

dengan Gieseler Plastometer test

Jenis – jenis Batubara dan Pemanfaatannya(Sumber: The Coal Resource, 2004)

Terima Kasih