Potensi Biomassa di Indonesia

10 Produksi Gas dari Padatan Tabel 1.3. Kelebihan dan kelemahan sumber energi dari biomassa dibandingkan sumber energi terbarukan lain. Biomassa Sumber Energi Terbarukan Lain Kelebihan 1. Dapat disimpan dalam jangka lama 2. Dapat dimanfaatkan sebagai sumber panas maupun daya CHP sehingga efisiensinya tinggi. 3. Teknologinya fleksibel, baik untuk skala kecil, sedang, ataupun besar. 4. Lebih efisien jika antara sumber energi dan pemanfaatannya berjarak dekat reduced transportation cost. 1. Tergantung lokasi, persediaannya cukup banyak. 2. Pengembangannya lebih ke arah pembangkitan daya. Kelemahan 1. Untuk beberapa teknologi proses masih menghasilkan bau. 2. Perlu gas cleaning 3. Abu yang dihasilkan cukup tinggi sehingga maintenance peralatan lebih sering dilakukan. 4. Sparepart untuk proses gasifikasi, pirolisis, cogeneration masih terbatas. 1. Beberapa sulit disimpan dalam waktu yang lama Angin, air, matahari 2. Efisiensinya masih rendah 1.4. Teknologi untuk Menghasilkan Gas Teknologi untuk menghasilkan gas yang dapat dibakar combustible gas dapat dibedakan menjadi dua, yaitu: 1. Pirolisis, adalah proses dekomposisi termal yang kompleks dari material organik menjadi molekul yang lebih sederhana tanpa menggunakan udara 2. Gasifikasi adalah suatu proses konversi bahan bakar menjadi gas yang bisa terbakar, melalui reaksi termokimia dengan menggunakan sejumlah oksigen yang kurang dari stoikiometri 11 Pendahuluan Hubungan antara temperatur padatan dengan  selama proses pirolisis dan gasifikasi dapat dilihat pada Gambar 1.3. Secara umum proses gasifikasi menggunakan perbandingan ekuivalen lebih dari 0,25. Temperatur yang terjadi pada proses gasifikasi lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur pada proses pirolisis. Gambar 1.3. Hubungan antara temperatur padatan dengan perbandingan ekuivalen selama proses pirolisis dan gasifikasi Suyitno, 2007. Contoh Soal Bab I. 1.1. Hukum termodinamika I menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, energi dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Perumusan yang umum dari Hukum Termodinamika I pada sistem tertutup dapat dinyatakan dengan:   ep ek u m W Q E          sistem 1.2 Dimana E adalah energi total, Q adalah panas, W adalah kerja, m adalah massa, u adalah energi dalam, ek adalah energi kinetik, dan ep adalah energi potensial. Jika diketahui biomassa sebanyak 1 ton mempunyai nilai kalor 1000 2000 0,25 1 Perbandingan Ekuivalen Gasifikasi Pirolisis T o C Pembakaran 12 Produksi Gas dari Padatan sebesar 15 MJkg, maka tentukan perubahan energi yang mungkin jika biomasa tersebut dibakar. Jawab: Bertitik tolak dari hukum termodinamika I, maka beberapa asumsi dapat dibuat. Asumsi merupakan pendekatan logis dari fenomena nyata dari kasus ini diantaranya adalah: a. Biomassa dibakar dalam keadaan diam  ek . b. Selama biomassa dibakar tidak mengalami perubahan posisi ketinggian  ep . c. Bahan bakar biomassa hanya dibakar dan tidak ada energi yang disimpan, sehingga sistem  E . d. Selama proses pembakaran, panas hanya dibuang ke lingkungan tidak ada pemanfaatan dalam bentuk kerja sehingga  W . Dari asumsi di atas, maka persamaan Hukum Termodinamika I dapat disederhanakan menjadi:      u m Q   J 10 x -15 Jkg 10 15 x kg 1000 9 6      x u m Q Tanda - menunjukkan bahwa hasil pembakaran biomassa tersebut adalah dikeluarkan sejumlah energi dalam bentuk panas. 1.2. Salah satu bentuk energi terbarukan walaupun beberapa pakar memperdebatkannya adalah air. Air dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik baik dalam bentuk PLTA sekala besar maupun sekala mini atau mikro. Anggaplah terdapat potensi air dalam suatu waduk dengan ketinggian 10 m. Maka dengan menggunakan prinsip Hukum Termodinamika I untuk sistem terbuka, hitungkan energi listrik yang mungkin diperoleh jika diinginkan debit air yang mengalir ke turbin air adalah 1.000 litermenit. 13 Pendahuluan Jawab: Hukum termodinamika I pada sistem terbuka dapat dinyatakan dengan:     . . . . . . EP d EK d h m h m W Q dt dE o o i i         1.3 Dimana h adalah entalpi. Pada kondisi awal: EK = 0. Karena tidak terjadi perubahan panas selama air mengalir, maka  h . Air mengalir dari pipa tinggi ke turbin air dan selama mengalir diasumsikan tidak ada panas yang masuk dan keluar sistem pipa-turbin air .  Q . Analisis dilakukan secara tunak  dt dE . Dari beberapa penterjemahan fenomena fisik yang ada selama air mengalir dari ketinggian tertentu sampai turbin air, maka persamaan Hukum Termodinamika I dapat disederhanakan menjadi: z Qg z g m W EP d W         . . . .     m 10 s m 81 , 9 s m 60 10 x 1000 kgm 1000 2 3 3 3 .          - W W 1635 .  W Jadi daya yang mampu dibangkitkan oleh potensi air tersebut adalah 1635 W. Daya aktual yang dapat diperoleh jauh lebih rendah dari potensi tersebut. 14 Produksi Gas dari Padatan Soal Bab I: 1.1. Jelaskan pengertian energi. 1.2. Jelaskan pengertian dan perumusan hukum termodinamika pertama untuk sistem tertutup dan sistem terbuka. 1.3. Jelaskan pengertian sistem tertutup dan sistem terbuka secara termodinamika. 1.4. Jelaskan dengan data tentang ketersediaan energi di Indonesia. Jelaskan pula penggunaan bahan bakar di Indonesia pada sektor rumah tangga, komersial, industri, dan transportasi. Faktor apa saja yang mempengaruhi ketersediaan bahan bakar ini. Jelaskan kebijakan energi yang dimiliki oleh Indonesia dan beri analisis saudara. 1.5. Jelaskan kelebihan dan kekurangan biomassa dibandingkan sumber energi lainnya. 1.6. Beri gambaran mengenai potensi sumber energi dari biomassa. 1.7. Jelaskan teknologi apa saja yang dapat digunakan untuk mengolah biomassa sebagai sumber energi. 1.8. Diketahui potensi biomassa di Indonesia sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 1.2. Hitunglah potensi energi J dari sektor biomasa di Indonesia. 1.9. Sebuah generator listrik yang digerakkan oleh gas hasil dari gasifikasi biomasa menghasilkan daya listrik rata-rata sebesar 10 kW. Daya tersebut digunakan untuk mengisi baterei. Perpindahan panas dari baterei ke lingkungan terjadi pada laju konstan sebesar 1,5 kW. Tentukan jumlah energi yang tersimpan dalam baterei kJ untuk operasi pengisian selama 8 jam. 1.10. Terdapat potensi bagase kering hasil dari proses di industri gula sebanyak 30 ton per hari. Nilai kalor dari bagase tersebut adalah 16 MJkg. Jika seluruh bagase tersebut dimanfaatkan untuk menghasilkan panas, maka hitunglah energi J dan daya W yang dapat dihasilkan. 1.11. Pada industri gula membutuhkan uap yang diproses dalam boiler bertekanan. Jika kebutuhan panas untuk menguapkan air pada tekanan tersebut adalah 2,6 MJkg, maka berapa kebutuhan bagase kg jika nilai kalor dari bagase kesing adalah 16 MJkg. Hitunglah kebutuhan bagase tersebut dengan memperhitungkan efisiensi tungku boiler adalah 40. 15 Bahan Bakar Padat BAB BAAN BAKAR PADAT

2.1. Jenis Bahan Bakar Padat

Terdapat beberapa jenis bahan bakar padat baik yang tergolong dapat diperbaharui renewable dan tidak dapat diperbaharui non-renewable. Beberapa jenis bahan bakar padat tersebut berikut jenisnya dapat dilihat pada Tabel 2.1. Dari kesemua bahan bakar padat tersebut, di Indonesia, batu bara merupakan sumber energi yang perananannya sangat besar. Kualitas batu bara terbaik disebut batu bara antrasit. Antrasit adalah batu bara yang terjadi pada umur geologi yang paling tua. Antrasit mempunyai struktur yang padat dan kompak, massa jenisnya tinggi, dan warnanya hitam metalik. Dari analisis proksimasi, batu bara antrasit mempunyai kandungan karbon yang tinggi, kandungan volatil yang rendah, kandungan abu dan airnya juga rendah. Beberapa peneliti mendefisikan antrasit sebagai material yang mempunyai kadar volatil antara 1,8 – 10 daf, kadar karbon antara 91-94,4 daf, CH antara 23,4 – 46, dan entalpi pembakarannnya antara 34,4 – 35,7 MJkg Souza-Santos, 2004. Batu bara bituminous adalah batu bara yang terbentuk dari tumbuh-tumbuhan yang mengalami karbonisasi. Kadar volatil dari batu bara bituminous antara 19-44,6 daf, kadar karbon antara 77,7 – 89,9 daf, CH antara 14,2 – 19,2, dan entalpi pembakarannya antara 32 – 36,3 MJkg Souza-Santos, 2004. Sedangkan batu bara subbituminous dicirikan dengan kadar volatil antara 44,4 – 44,7 daf, kadar karbon antara 73,9 – 76 daf, CH antara 14,3 – 14,6, dan entalpi pembakaran antara 29 – 30,7 MJkg Souza-Santos, 2004. Batu bara lignit dicirikan dengan kadar volatil sekitar 47 daf, kadar karbon sekitar 71, CH sekitar 14,5, dan entalpi pembakarannya sekitar 28,3 MJkg Souza- Santos, 2004. 16 Produksi Gas dari Padatan Tabel 2.1. Jenis bahan bakar padat No Nama Bahan Bakar FC daf VM daf Nilai Kalor MJkg Literatur 1 Batu bara tidak dapat diperbaharui Antrasit - Meta antrasit 98 2 http:en. wikipedia. orgwikiCoal - Antrasit 92 – 98 2 – 8 - Semi antrasit 86 – 92 8 – 14 Bituminous - Bituminous volatile rendah 78 – 86 14 – 22 - Bituminous volatile medium 69 – 78 22 – 31 - Bituminous A volatile tinggi 69 31 39,6 - Bituminous B volatile tinggi 36,8 – 39,6 - Bituminous C volatile tinggi 29,7 – 36,8 Sub bituminous - Sub bituminous A 29,7 – 32,5 - Sub bituminous B 26,9 – 29,7 - Sub bituminous C 23,5 – 26,9 Lignite - Lignite A 17,8 – 23,5 - Lignite B 17,8 2 Biomassa dapat diperbaharui Kayu kerashard wood Kayu lunaksoft wood Serbuk gergajian kering tanur Cangkang kelapa Sekam padi Sampah padat perkotaan 63,7 17,4 11,3-22,1 11,3-17,0 14,8-19,0 17,2 15,4 8,8 Bartok, 2004 Bartok, 2004 Bartok, 2004 Jekayenfa and Omisakin, 2005 Jamradloedluk, Panomai et al. Sorensen, 2004 17 Bahan Bakar Padat Jenis bahan bakar padat selain batu bara yang umum dikenal adalah biomassa. Biomassa merupakan bahan energi organik yang berasal dari alam termasuk didalamnya tumbuhan dan hewan. Biomassa juga mengacu pada sampah yang dapat diurai melalui proses bio biodegradable wastes. Bahan organik yang diproses melalui proses geologi seperti batu bara dan minyak tidak digolongkan kedalam kelompok biomassa. Biomassa termasuk bahan energi yang dapat diperbaharui karena dapat selalu ditumbuhkan. Energi yang terdapat dalam biomassa berasal dari sinar matahari selama proses foto sintesis. Energi yang tersimpan dalam biomassa dapat digunakan secara langsung dan dapat juga diubah menjadi bentuk cair atau gas. Biomassa dapat dikategorikan sebagai biomassa kayu dan biomassa non kayu. Biomassa kayu dapat lagi diklasifikasikan menjadi kayu keras dan kayu lunak. Bahan bakar kayu meliputi gelondongan kayu, ranting pohon, tatal kayu, kulit kayu, serbuk gergajian kayu, sisa hasil hutan, arang kayu, dan lain –lain. Sedangkan untuk biomassa non kayu dapat berupa kotoran hewan, minyak tumbuhan, limbah pengolahan gula pasir ampas tebu, tetes, dan lain –lain. Biomassa non kayu yang dapat digunakan sebagai bahan bakar meliputi limbah hasil pertanian seperti limbah pengolahan industri gula pasir bagas, sekam padi, jerami, biji –bijian, termasuk pula kotoran hewan dapat juga digunakan sebagai bahan bakar. Dalam praktek biomassa bukanlah bahan bakar padat yang paling banyak digunakan, namun demikian biomassa merupakan sumber energi yang atraktif karena mempunyai sifat-sifat berikut Souza-Santos, 2004 : - Biomassa bersifat dapat diperbaharui. - Sebagian besar biomassa mempunyai kadar abu yang rendah, sehingga memperkecil permasalahan terhadap abu sisa pembakaran dan peralatan pembersih. Namun demikian jerami dan sekam padi mempunyai kadar abu yang cukup tinggi. - Biomassa memberikan keleluasaan lokasi pembangkit daya karena dalam beberapa situasi, pembangkit daya dapat diletakkan dekat dengan sumber biomassa. 18 Produksi Gas dari Padatan Disamping itu, jika dibandingkan dengan batu bara, biomassa mempunyai beberapa kekurangan, yaitu mempunyai kadar air yang tinggi, mempunyai komponen alkali K, Na, dan mempunyai kadar klor. Adanya kadar air dapat menyerap sebagian energi pembakarannya. Alkali dan klor mendorong proses korosi dan erosi dalam boiler dan reaktor gasifikasi bagian dalam Souza- Santos, 2004.

2.2. Sifat Fisik Bahan Bakar Padat

Beberapa karakteristik fisik utama dari bahan bakar padat, yaitu: a. Ukuran partikel b. Bentuk partikel c. Porositas partikel d. Distribusi partikel Penggunaan dalam pembakar combustor dan gasifier misalnya, bahan bakar padat umumnya dibuat dalam bentuk partikel kecil-kecil. Tujuannya adalah untuk meningkatkan luas permukaan sehingga laju pembakarannya lebih cepat. Ukuran partikel yang kecil juga memudahkannya dalam transportasi dalam ruang pembakar karena lebih mudah dibawa oleh aliran gas. Pembentukan partikel kecil-kecil dapat dilakukan dalam suatu mesin pemecah dan pengayak. Kebanyakan pembakar dan gasifier beroperasi dengan baik pada partikel yang berukuran dari 1 m sampai 10 mm Souza-Santos, 2004. Parameter penting dari partikel adalah ukuran dan umumnya dinyatakan dengan diameter partikel rata-rata. Definisi dari diameter partikel rata-rata ada bermacam-macam dan dijelaskan di bawah ini: a. Diamater rata-rata partikel versi sederhana: 2.1 dimana y i adalah fraksi massa dari partikel dengan diameter d pi . a n adalah bilangan derajat ukuran dalam analisis distribusi partikel. Harga yang diperoleh dengan metode ini tidak begitu    n i i pi av p y d d 1 , 19 Bahan Bakar Padat bermanfaat karena tidak memperhitungkan sifat-sifat yang berhubungan dengan fasa padatan misalnya volume dan luasan. b. Diameter partikel yang didasarkan pada luasan partikel dan dinyatakan dengan: 2.2 c. Diameter partikel yang didasarkan pada volume partikel dinyatakan dengan: 2.3 d. Diameter partikel yang didasarkan pada rata-rata luasan- volume dan dinyatakan dengan: 2.4 e. Diameter rata-rata yang diperoleh dari definisi ke-4 banyak digunakan pada proses gasifikasi dan pembakaran khususnya pada aplikasi unggun tetap maupun unggun terfluidisasi. Bagaimanapun, dalam pembakaran bahan bakar model serbuk pulverized dan pembakaran model sembur spray, diameter rata-rata volume-luasan atau lebih dikenal sebagai diameter rata-rata Sauter lebih banyak diterima dan digunakan: 2.5 Bagaimana menentukan antara definisi ke-4 dan ke-5 yang lebih tepat?. Jawabannya adalah bergantung pada seberapa penting parameter gaya tahanan drag forces dengan laju reaksi atau antara momentum dan perpindahan massa dalam proses yang sedang dipelajari. Pada kasus dimana perpindahan massa antara partikel dan lingkungan lebih utama dibandingkan pengaruh momentum, maka diameter rata-rata luasan-volume 2 1 1 2 ,          n i i pi av p y d d 3 1 1 3 ,          n i i pi av p y d d    n i pi i av p d y d 1 , 1      n i i pi n i i pi av p y d y d d 1 2 1 3 ,