Jurnal BILLY dan ILYA putri
Pemanfaatan Sekam Padi Sebagai Bahan Baku Utama untuk Gasifikasi
dengan Katalis Alam Bayah dan Menggunakan Reaktor Tipe Down-draft
Billy Arokhman1, Ilya Arina Rusyda2, dan Endang Suhendi3
Jurusan Teknik Kimia UNTIRTA
billyarokhman@gmail.com 1
ilyaarina13@gmail.com 2
Abstrak
Semakin menipisnya cadangan sumber energi berupa bahan bakar disertai dengan meningkatnya pemakaian dari
tahun ke tahun dan banyaknya permasalahan dalam pembuangan limbah hasil industri dan pertanian jumlahnya
sangat besar tidak termanfaatkan dengan baik maka limbah tersebut hanya akan menjadi sampah yang
mengganggu lingkungan maka teknologi pengolahan yang efektif, efisien dan ramah lingkungan sangat diperlukan.
Upaya penanganan tersebut adalah dengan menggunakan metode teknologi gasifikasi. Gasifikasi merupakan
metode mengkonversi secara termokimia bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas (syngas) dalam wadah
gasifier dengan menyuplai agen gasifikasi seperti uap panas, udara dan lainnya. Tujuan Penelitian ini
memanfaatkan sekam padi menjadi sumber energi terbaru untuk menghasilkan syngas pada proses gasifikasi serta
mengetahui pengaruh air fuel ratio (AFR) dan media proses gasifikasi sekam padi terhadap komposisi dan
komponen syngas yang dihasilkan dengan menggunakan katalis alam bayah. Percobaan dilakukan pada sebuah
gasifier downdraft dengan kapasitas ± 5 kg. Adapun prosedur percobaan yang dilakukan adalah pengeringan,
crushing, screening, proses gasifikasi dan analisa komposisi gas. Beberapa hal yang dikaji dalam penelitian ini
adalah bagaimana pengaruh air fuel ratio dan media proses gasifikasi sekam padi berdasarkan kualitas dan
kuantitas syngas yang dihasilkan.
Kata kunci : Sekam Padi, Gasifikasi, Gasifier downdraft
Pendahuluan
Penggunaan energi terbarukan sebagai energi
alternatif sudah merupakan suatu keharusan karena
cadangan minyak bumi di Indonesia semakin
menipis. Bila melihat profil produksi minyak
nasional ke belakang, pada tahun 1973-2008 produksi
minyak
nasional
tidak
pernah
mengalami
peningkatan masih berada pada angka 1,2 -1,3 juta
barel per hari (bph), padahal jumlah penduduk
meningkat terus sehingga konsumsi bahan bakar
minyak pun turut meningkat. Jika kondisi ini tidak
segera teratasi, Indonesia akan mengalami krisis
energi berkepanjangan, akibatnya sangat fatal akan
terjadi kebangkrutan ekonomi nasional sehingga
perlu dilakukan mencari dan memanfaatkan sumber
energi alternatif baru dan terbarukan yang berpotensi
besar antara lain tenaga air, panas bumi, mikrohido,
nuklir, tenaga surya, tenaga angin dan biomassa.
Potensi sumber energi biomassa di Indonesia
berjumlah 49,81 GW dimana kapasitas yang sudah
terpasang sebesar 0,3 GW [4].
Salah satu bahan bakar biomassa yang banyak
terdapat hampir di seluruh wilayah di Indonesia
adalah sekam padi. Jumlah sekam padi kira-kira 30%
dari total produksi gabah [3]. Sekam padi merupakan
limbah hasil pertanian yang melimpah di daerahdaerah penghasil padi di Indonesia. Limbah ini dapat
ditemukan di seluruh tempat penggilingan padi, dan
belum termanfaatkan dengan maksimal. Menurut
Badan Pusat Statistik tahun 2010 Indonesia
menghasilkan sekitar 19 juta ton limbah sekam padi,
dan limbah ini akan terus meningkat seiring dengan
program pemerintah dalam meningkatkan produksi
bahan pangan dan pakan nasional. Jika saja limbah
ini bisa dimanfaatkan dengan baik, yaitu
dikonversikan menjadi bahan bakar alternative.Untuk
mengatasi hal tersebut, metode pembakaran tak
langsung atau gasifikasi bisa digunakan. Gasifikasi
adalah suatu proses mengubah bahan padatan
menjadi syngas (CO, CO2, H2, CH4, C2H4, C3H8, C4H10,
O2, N2) melalui proses pembakaran pada temperatur
tinggi didalam reaktor gasifier dengan suplai udara
terbatas.
Metode
gasifikasi
dinilai
lebih
menguntungkan seperti menghemat biaya sekitar 8%
dan juga menghemat bahan bakar sekitar 12%
dibandingkan dibakar langsung [1]. Selain lebih
mudah mengontrol laju dan suhu pembakaran, juga
hasil pembakaran lebih bersih dan cenderung tidak
menimbulkan efek merusak pada lingkungan. Gas
CO2 hasil pembakaran biomassa mudah terurai
melalui proses fotositesis pada tumbuhan. Bahan
bakar biomassa juga sedikit mengandung unsur S dan
N sehingga gas pembakaran mengandung sedikit
emisi gas SO2 dan NOx [2].
Landasan Teori
Gasifikasi umumnya terdiri dari empat proses,
yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi.
Proses yang berlangsung pada gasifier dapat diamati
dari rentang temperatur masing-masing proses, yaitu :
a. Pengeringan: T > 150 °C
b. Pirolisis/Devolatilisasi: 150 °C < T < 800
°C
c. Oksidasi/pembakaran: 800 °C < T < 1400
°C
d. Reduksi: 600 °C < T < 900 °C
Penjelasan lebih lanjut mengenai prosesproses tersebut disampaikan pada uraian berikut ini :
1. Zona Pengeringan
Pengeringan terjadi pada temperatur sekitar 25150 oC. Proses ini akan menguapkan sebagian
besar kandungan air dalam bahan baku. Pada zona
ini tidak terjadi perubahan kimia selain penguapan
air.
2. Zona Pirolisis
Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai
gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan
kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai
secara lambat pada T < 350 oC dan terjadi secara
cepat pada T > 800 oC. komposisi produk yang
tersusun merupakan fungsi temperatur, tekanan,
dan komposisi gas selama pirolisis berlangsung.
Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar
230 oC, ketika komponen yang tidak stabil secara
termal, seperti lignin pada biomassa dan volatile
matters pada batubara, pecah dan menguap
bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair
yang menguap mengandung tar dan PAH
(polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis
umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan
(H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang.
Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis
beserta produknya adalah :
Biomassa→arang+uap
(1)
air+
gas
+
tar
3. Zona Oksidasi atau pembakaran (Combustion)
Arang (C), tar, minyak, gas hasil tahap pirolisis
kemudian akan teroksidasi oleh oksigen dari
udara. Panas yang dihasilkan dari reaksi ini
digunakan untuk proses pengeringan dan reaksi
endoterm lainnya. Reaksi yang terjadi pada proses
pembakaran adalah sebagai berikut :
karbon
C + O 2 → CO
(4)
+ 393,77 kj/mol
Reaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah
oksidasi hidrogen yang terkandung dalam bahan
bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi
adalah :
H2+½O2→H2O
+
742
kj/mol
H2
(2)
4. Zona Reduksi
Reduksi melibatkan suatu rangkaian reaksi
endotermik yang menggunakan panas yang
diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang
dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar,
seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini
merupakan empat reaksi yang umum terlibat pada
gasifikasi.
C + CO2 ↔ 2 CO
+172,58kj/mol
(Boudouard reaction)
(3)
CO2 + H2 ↔ CO + H2O+41 kj/mol
(Reverse water shift)
(4)
C + H2O ↔ CO + H2O
+131,4
kj/mol
(Steam gasification)
(5)
C + 2H2 ↔ CH4
-74,9
kj/mol
(Hydrogenation)
(6)
Metodologi
a. Preparasi Bahan Baku
Pada proses ini sekam padi yang sudah
dikeringkan dengan menggunakan sinar matahari
selama 3 hari untuk mengurangi kandungan air
sampai kandungan air kurang lebih 15%,
kemudian sekam padi tersebut dimasukkan ke
dalam crusher. Setelah itu discreening untuk
mendapatkan ukuran bahan yang diinginkan.
b. Proses Gasifikasi
Percobaan dilakukan setelah seluruh peralatan
gasifikasi dan alat ukur yang digunakan telah
dipastikan berfungsi dengan baik. Agar
percobaan dapat berlangsung secara baik dan
berkelanjutan, maka dibuat suatu prosedur
percobaan yaitu :
1. Persiapan
a) Memeriksa
kebocoran
perangkat
gasifikasi, terutama pada bagian
sambungan
b) Mempersiapkan alat ukur
c) Mengisi gasifier dengan umpan arang
2. Penyalaan gasifier
a)
3.
Menjalankan
blower
untuk
menyediakan udara pembakaran
b) Menyalakan arang dengan memberikan
kerosin
c) Setelah arang terbakar cukup merata
dan temperatur meningkat, limbah
batang daun tembakau dimasukkan
hingga gasifier terisi lebih dari ¾
kapasitas gasifier
d) Mengatur laju alir udara masuk yang
diinginkan dengan cara mengatur katup
pemasukkan udara hingga diperoleh
laju alir tertentu
Selama percobaan berlangsung
a) Mengamati distribusi temperatur setiap
15 menit pada setiap lokasi termokopel
b) Mengambil sampel gas untuk dianalisa
4.
Setelah percobaan
a) Menutup saluran udara masuk
b) Mematikan blower
Daftar Pustaka
[1]Jayah,T,H.Aye,l.,Fuller,RJ dan Stewart D,F. 2003.
Computer Simulation of Downdraft Wood Gasifier
for Tea Drying, Journal of Biomassa & Bioenergi vol
25 , hal 459-469.
[2]Mathieu,P. Dan Dubvission R. 2002. Performance
Analysys of Biomass Gasifier, Journal of Energy
Confersion and Management, vol 43, hal 1291-1299.
[3]Susanto,Herri. 2004. Penerapan Teknologi
Gasifikasi, Poster.
[4]Anonim.2008(www.DESDM.go.id)
dengan Katalis Alam Bayah dan Menggunakan Reaktor Tipe Down-draft
Billy Arokhman1, Ilya Arina Rusyda2, dan Endang Suhendi3
Jurusan Teknik Kimia UNTIRTA
billyarokhman@gmail.com 1
ilyaarina13@gmail.com 2
Abstrak
Semakin menipisnya cadangan sumber energi berupa bahan bakar disertai dengan meningkatnya pemakaian dari
tahun ke tahun dan banyaknya permasalahan dalam pembuangan limbah hasil industri dan pertanian jumlahnya
sangat besar tidak termanfaatkan dengan baik maka limbah tersebut hanya akan menjadi sampah yang
mengganggu lingkungan maka teknologi pengolahan yang efektif, efisien dan ramah lingkungan sangat diperlukan.
Upaya penanganan tersebut adalah dengan menggunakan metode teknologi gasifikasi. Gasifikasi merupakan
metode mengkonversi secara termokimia bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas (syngas) dalam wadah
gasifier dengan menyuplai agen gasifikasi seperti uap panas, udara dan lainnya. Tujuan Penelitian ini
memanfaatkan sekam padi menjadi sumber energi terbaru untuk menghasilkan syngas pada proses gasifikasi serta
mengetahui pengaruh air fuel ratio (AFR) dan media proses gasifikasi sekam padi terhadap komposisi dan
komponen syngas yang dihasilkan dengan menggunakan katalis alam bayah. Percobaan dilakukan pada sebuah
gasifier downdraft dengan kapasitas ± 5 kg. Adapun prosedur percobaan yang dilakukan adalah pengeringan,
crushing, screening, proses gasifikasi dan analisa komposisi gas. Beberapa hal yang dikaji dalam penelitian ini
adalah bagaimana pengaruh air fuel ratio dan media proses gasifikasi sekam padi berdasarkan kualitas dan
kuantitas syngas yang dihasilkan.
Kata kunci : Sekam Padi, Gasifikasi, Gasifier downdraft
Pendahuluan
Penggunaan energi terbarukan sebagai energi
alternatif sudah merupakan suatu keharusan karena
cadangan minyak bumi di Indonesia semakin
menipis. Bila melihat profil produksi minyak
nasional ke belakang, pada tahun 1973-2008 produksi
minyak
nasional
tidak
pernah
mengalami
peningkatan masih berada pada angka 1,2 -1,3 juta
barel per hari (bph), padahal jumlah penduduk
meningkat terus sehingga konsumsi bahan bakar
minyak pun turut meningkat. Jika kondisi ini tidak
segera teratasi, Indonesia akan mengalami krisis
energi berkepanjangan, akibatnya sangat fatal akan
terjadi kebangkrutan ekonomi nasional sehingga
perlu dilakukan mencari dan memanfaatkan sumber
energi alternatif baru dan terbarukan yang berpotensi
besar antara lain tenaga air, panas bumi, mikrohido,
nuklir, tenaga surya, tenaga angin dan biomassa.
Potensi sumber energi biomassa di Indonesia
berjumlah 49,81 GW dimana kapasitas yang sudah
terpasang sebesar 0,3 GW [4].
Salah satu bahan bakar biomassa yang banyak
terdapat hampir di seluruh wilayah di Indonesia
adalah sekam padi. Jumlah sekam padi kira-kira 30%
dari total produksi gabah [3]. Sekam padi merupakan
limbah hasil pertanian yang melimpah di daerahdaerah penghasil padi di Indonesia. Limbah ini dapat
ditemukan di seluruh tempat penggilingan padi, dan
belum termanfaatkan dengan maksimal. Menurut
Badan Pusat Statistik tahun 2010 Indonesia
menghasilkan sekitar 19 juta ton limbah sekam padi,
dan limbah ini akan terus meningkat seiring dengan
program pemerintah dalam meningkatkan produksi
bahan pangan dan pakan nasional. Jika saja limbah
ini bisa dimanfaatkan dengan baik, yaitu
dikonversikan menjadi bahan bakar alternative.Untuk
mengatasi hal tersebut, metode pembakaran tak
langsung atau gasifikasi bisa digunakan. Gasifikasi
adalah suatu proses mengubah bahan padatan
menjadi syngas (CO, CO2, H2, CH4, C2H4, C3H8, C4H10,
O2, N2) melalui proses pembakaran pada temperatur
tinggi didalam reaktor gasifier dengan suplai udara
terbatas.
Metode
gasifikasi
dinilai
lebih
menguntungkan seperti menghemat biaya sekitar 8%
dan juga menghemat bahan bakar sekitar 12%
dibandingkan dibakar langsung [1]. Selain lebih
mudah mengontrol laju dan suhu pembakaran, juga
hasil pembakaran lebih bersih dan cenderung tidak
menimbulkan efek merusak pada lingkungan. Gas
CO2 hasil pembakaran biomassa mudah terurai
melalui proses fotositesis pada tumbuhan. Bahan
bakar biomassa juga sedikit mengandung unsur S dan
N sehingga gas pembakaran mengandung sedikit
emisi gas SO2 dan NOx [2].
Landasan Teori
Gasifikasi umumnya terdiri dari empat proses,
yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi.
Proses yang berlangsung pada gasifier dapat diamati
dari rentang temperatur masing-masing proses, yaitu :
a. Pengeringan: T > 150 °C
b. Pirolisis/Devolatilisasi: 150 °C < T < 800
°C
c. Oksidasi/pembakaran: 800 °C < T < 1400
°C
d. Reduksi: 600 °C < T < 900 °C
Penjelasan lebih lanjut mengenai prosesproses tersebut disampaikan pada uraian berikut ini :
1. Zona Pengeringan
Pengeringan terjadi pada temperatur sekitar 25150 oC. Proses ini akan menguapkan sebagian
besar kandungan air dalam bahan baku. Pada zona
ini tidak terjadi perubahan kimia selain penguapan
air.
2. Zona Pirolisis
Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai
gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan
kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai
secara lambat pada T < 350 oC dan terjadi secara
cepat pada T > 800 oC. komposisi produk yang
tersusun merupakan fungsi temperatur, tekanan,
dan komposisi gas selama pirolisis berlangsung.
Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar
230 oC, ketika komponen yang tidak stabil secara
termal, seperti lignin pada biomassa dan volatile
matters pada batubara, pecah dan menguap
bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair
yang menguap mengandung tar dan PAH
(polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis
umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan
(H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang.
Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis
beserta produknya adalah :
Biomassa→arang+uap
(1)
air+
gas
+
tar
3. Zona Oksidasi atau pembakaran (Combustion)
Arang (C), tar, minyak, gas hasil tahap pirolisis
kemudian akan teroksidasi oleh oksigen dari
udara. Panas yang dihasilkan dari reaksi ini
digunakan untuk proses pengeringan dan reaksi
endoterm lainnya. Reaksi yang terjadi pada proses
pembakaran adalah sebagai berikut :
karbon
C + O 2 → CO
(4)
+ 393,77 kj/mol
Reaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah
oksidasi hidrogen yang terkandung dalam bahan
bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi
adalah :
H2+½O2→H2O
+
742
kj/mol
H2
(2)
4. Zona Reduksi
Reduksi melibatkan suatu rangkaian reaksi
endotermik yang menggunakan panas yang
diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang
dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar,
seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini
merupakan empat reaksi yang umum terlibat pada
gasifikasi.
C + CO2 ↔ 2 CO
+172,58kj/mol
(Boudouard reaction)
(3)
CO2 + H2 ↔ CO + H2O+41 kj/mol
(Reverse water shift)
(4)
C + H2O ↔ CO + H2O
+131,4
kj/mol
(Steam gasification)
(5)
C + 2H2 ↔ CH4
-74,9
kj/mol
(Hydrogenation)
(6)
Metodologi
a. Preparasi Bahan Baku
Pada proses ini sekam padi yang sudah
dikeringkan dengan menggunakan sinar matahari
selama 3 hari untuk mengurangi kandungan air
sampai kandungan air kurang lebih 15%,
kemudian sekam padi tersebut dimasukkan ke
dalam crusher. Setelah itu discreening untuk
mendapatkan ukuran bahan yang diinginkan.
b. Proses Gasifikasi
Percobaan dilakukan setelah seluruh peralatan
gasifikasi dan alat ukur yang digunakan telah
dipastikan berfungsi dengan baik. Agar
percobaan dapat berlangsung secara baik dan
berkelanjutan, maka dibuat suatu prosedur
percobaan yaitu :
1. Persiapan
a) Memeriksa
kebocoran
perangkat
gasifikasi, terutama pada bagian
sambungan
b) Mempersiapkan alat ukur
c) Mengisi gasifier dengan umpan arang
2. Penyalaan gasifier
a)
3.
Menjalankan
blower
untuk
menyediakan udara pembakaran
b) Menyalakan arang dengan memberikan
kerosin
c) Setelah arang terbakar cukup merata
dan temperatur meningkat, limbah
batang daun tembakau dimasukkan
hingga gasifier terisi lebih dari ¾
kapasitas gasifier
d) Mengatur laju alir udara masuk yang
diinginkan dengan cara mengatur katup
pemasukkan udara hingga diperoleh
laju alir tertentu
Selama percobaan berlangsung
a) Mengamati distribusi temperatur setiap
15 menit pada setiap lokasi termokopel
b) Mengambil sampel gas untuk dianalisa
4.
Setelah percobaan
a) Menutup saluran udara masuk
b) Mematikan blower
Daftar Pustaka
[1]Jayah,T,H.Aye,l.,Fuller,RJ dan Stewart D,F. 2003.
Computer Simulation of Downdraft Wood Gasifier
for Tea Drying, Journal of Biomassa & Bioenergi vol
25 , hal 459-469.
[2]Mathieu,P. Dan Dubvission R. 2002. Performance
Analysys of Biomass Gasifier, Journal of Energy
Confersion and Management, vol 43, hal 1291-1299.
[3]Susanto,Herri. 2004. Penerapan Teknologi
Gasifikasi, Poster.
[4]Anonim.2008(www.DESDM.go.id)