Metode Pengayaan Kandungan Hidrogen Dalam Producer Gas Sekam Padi Untuk Pembangkit Listrik Berefisiensi Tinggi.
Metode Pengayaan Kandungan Hidrogen Dalam Producer Gas Sekam Padi Untuk Pembangkit
Listrik Berefisiensi Tinggi
Suyitno, Atmanto Heru Wibowo, Muhammad Nizam, Bobie Suhendra, Arif Setyo Nugroho
Tujuan dari penelitian tahun pertama ini adalah untuk mendapatkan metode baru pada proses
pengayaan hidrogen pada producer gas sekam padi. Producer gas sekam padi yang kaya
hidrogen dapat diolah menjadi bahan bakar cair dan sebagiannya digunakan untuk pembangkit
listrik dengan menggunakan mesin pembakaran dalam. Pada tahun pertama juga diteliti dasardasar pembentukan material nano yang nantinya dapat digunakan untuk bahan termoelektrik
untuk meningkatkan efisiensi listrik dari prototype yang dikembangkan. Metode yang digunakan
dalam penelitian tahun pertama adalah dengan dengan mengembangkan metode pengayaan
hydrogen pada gasifikasi sekam padi dengan menggunakan uap air dan arang kayu. Reaktor
gasifikasi dilengkapi dengan reaktor pencucian gas yaitu plasm tar reduction. Gas dari reaktor
plasm tar reduction kemudian dialirkan ke dalam reaktor gasifikasi. Sedangkan padatan dari
reaktor pirolisis akan masuk ke dalam reaktor gasifikasi. Inilah konsep gasifikasi bertingkat yang
mempunyai banyak kelebihan diantaranya adalah kemudahannya dalam pengontrolan. Reaktor
gasifikasi ini berupa selongsong yang bagian luarnya diisolasi panas. Udara dimasukkan ke
dalam reaktor dari bagian bawah/samping dengan bantuan blower/fan. Abu dari hasil gasifikasi
dikeluarkan dari bagian bawah reaktor.
Metode untuk pengayaan hidrogen dalam producer gas adalah dengan mengalirkan uap air
temperatur tinggi ke dalam reaktor gasifikasi. Selain itu, tar hasil proses scrubber dimasukkan
kembali ke dalam reaktor untuk mengatasi masalah tar dan meningkatkan kandungan hidrogen
dalam producer gas. Strategi ini dilengkapi dengan penambahan panas dari pembakaran
producer gas atau biomasa sebagai tambahan energi proses. Reaksi yang diharapkan dari proses
ini adalah C + H2O CO + H2 dan CH×Oy
(1-y) H2O
H2O + CO. Gas yang kaya
hidrogen dari proses gasifikasi kemudian dialirkan ke dalam reaktor pencucian gas lain (WS atau
filter) untuk membersihkannya dari partikel dan tar yang masih tersisa sebelum akhirnya masuk
ke akumulator. Gas dari producer gas selanjutnya dibakar dalam ruang bakar motor bakar yang
dikopel dengan generator untuk menghasilkan listrik. Gas dari producer gas dilakukan uji
komposisi dengan menggunakan peralatan gas analyser. Unjuk kerja mesin dilakukan penelitian
khususnya pada torsi, sfc, dan efisiensi mesin untuk berbagai beban dari 2,5 kW, 5 kW, 7,5 kW,
dan 10 kW. Pada pengujian produksi nanopartikel dengan metode FASP, laju aliran gas pembawa
adalah 5, 7, dan 9 L/menit. Hasil nano partikel dilakukan uji SEM dan XRD.
Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa metode pengayaan hydrogen telah berhasil
ditemukan. Pada reaktor gasifikasi dengan pengayaan hydrogen dilengkapi reaktor pencucian
gas berupa reaktor plasma dan pada tegangan 220 V arus lebih dari 20 A diperoleh kadar tar di
bawah 0,175 g/m3. Kadar tar ini sudah memenuhi persyaratan kadar tar dalam producer gas
untuk mesin pembakaran dalam. Senyawa yang terkandung dalam tar setelah reaktor plasma
95%-nya adalah isopropanol yang diuji dengan menggunakan GC-MS.
Pengujian unjuk kerja mesin pembangkit listrik dari producer gas telah dilakukan dengan
menggunakan media gasifikasi udara atmosfer dan uap bertemperatur 400 oC dan 500oC.
Dengan meningkatnya perbandingan H2O/udara dalam proses gasifikasi menyebabkan jumlah
gas mampu bakar dalam producer gas (CO + H2) yang lebih rendah. Dengan penambahan uap
selama proses gasifikasi menyebabkan terjadinya peningkatan kadar hidrogen (2-6%) dalam
producer gas dan menurunnya kadar CO (13-5,8%). Semakin besar penambahan uap pada
kedua temperatur menyebabkan torsi mesin menurun untuk semua beban. Pada beban di atas
6 kW, penambahan uap selama proses gasifikasi mampu mempertahankan torsi agar tetap
tinggi. Dengan penambahan uap pada temperature 400 oC dan 500OC menyebabkan kebutuhan
bahan bakar untuk pembangkit listrik semakin besar. Semakin besar beban, semakin kecil
kebutuhan bakar bakar spesifik. Semakin besar penambahan uap air bertemperatur 400 oC dan
500oC menyebabkan sfc yang terjadi semakin besar untuk beban yang sama. Dengan
penambahan uap bertemperatur 500oC menyebabkan efisiensi mesin sedikit menurun
dibandingkan dengan penambahan uap bertemperatur 400 oC . Efisiensi mesin pada gasifikasi
sekam-udara-uap 400oC adalah 4,8-23,5%. Efisiensi mesin pada gasifikasi sekam-udara-uap
500oC adalah 7,7-18,9%.
Konsep pengayaan hydrogen yang ditemukan dari penelitian tahun pertama ini adalah dengan
menambah arang kayu pada reaktor gasifikasi sekam padi dimana reaktor gasifikasi dilengkapi
dengan pemanas dari luar berupa pemanas listrik yang dijaga constant pada temperature 650 oC.
Media gasifikasi yang digunakan adalah berupa uap pada temperatur 400 dan 500 oC dimana
lebih disukai uap bertemperatur 500oC untuk mendapatkan konsentrasi H2 yang tinggi. Pada
rasio uap/biomasa yang 0,25 mampu dihasilkan konsentrasi H 2 tertinggi. Semakin besar
penambahan arang dapat diperoleh penambahan kadar H 2 yang tinggi. Pada penambahan arang
kayu sebanyak 50%, rasio uap/biomasa 0,25 dan uap bertemperatur 400 oC dapat dihasilkan
kadar hydrogen 27,9% dan CO 9,2%. Pada penambahan arang kayu sebanyak 50%, rasio
uap/biomasa 0,25 dan uap bertemperatur 500oC dapat dihasilkan kadar hydrogen 54,58% dan
CO 0,79%. Pada pemodelan untuk proses gas to liquid, cairan terbanyak diperoleh pada
perbandingan mol H2 dengan CO sebesar 1 pada temperature lebih dari 320 oC. Semakin tinggi
perbandingan H2/CO justru menurunkan kembali hasil cairan.
Pada produksi material nano dengan metode FASP diperoleh bahwa semakin besar laju gas
pembawa menyebabkan ukuran partikel semakin besar. Material nano dapat diperoleh pada
laju gas pembawa 5 L/menit dengan ukuran sekitar 80 nm. Diameter Kristal rata-rata partikel
size ZnO untuk variasi 5L/m, 7L/m, dan 9L/m berturut-turut yaitu 32,52 nm, 35,57 nm, dan
38,16 nm.
Dari hasil penelitian ini diperoleh outcome dua paper dipublikasi pada seminar internasional,
satu draft paten, dan dua draft paper untuk jurnal internasional. Penelitian lanjutan perlu
dilakukan untuk pengembangan lebih jauh konsep pemurnian hydrogen, pengembangan fuel
cell, pengembangan gas to liquid, dan pengembangan termoelektrik.
Kata Kunci: gasifikasi, sekam, arang, uap, reduksi tar dengan plasma, pengayaan hydrogen, gas
to liquid, nano partikel ZnO.
Listrik Berefisiensi Tinggi
Suyitno, Atmanto Heru Wibowo, Muhammad Nizam, Bobie Suhendra, Arif Setyo Nugroho
Tujuan dari penelitian tahun pertama ini adalah untuk mendapatkan metode baru pada proses
pengayaan hidrogen pada producer gas sekam padi. Producer gas sekam padi yang kaya
hidrogen dapat diolah menjadi bahan bakar cair dan sebagiannya digunakan untuk pembangkit
listrik dengan menggunakan mesin pembakaran dalam. Pada tahun pertama juga diteliti dasardasar pembentukan material nano yang nantinya dapat digunakan untuk bahan termoelektrik
untuk meningkatkan efisiensi listrik dari prototype yang dikembangkan. Metode yang digunakan
dalam penelitian tahun pertama adalah dengan dengan mengembangkan metode pengayaan
hydrogen pada gasifikasi sekam padi dengan menggunakan uap air dan arang kayu. Reaktor
gasifikasi dilengkapi dengan reaktor pencucian gas yaitu plasm tar reduction. Gas dari reaktor
plasm tar reduction kemudian dialirkan ke dalam reaktor gasifikasi. Sedangkan padatan dari
reaktor pirolisis akan masuk ke dalam reaktor gasifikasi. Inilah konsep gasifikasi bertingkat yang
mempunyai banyak kelebihan diantaranya adalah kemudahannya dalam pengontrolan. Reaktor
gasifikasi ini berupa selongsong yang bagian luarnya diisolasi panas. Udara dimasukkan ke
dalam reaktor dari bagian bawah/samping dengan bantuan blower/fan. Abu dari hasil gasifikasi
dikeluarkan dari bagian bawah reaktor.
Metode untuk pengayaan hidrogen dalam producer gas adalah dengan mengalirkan uap air
temperatur tinggi ke dalam reaktor gasifikasi. Selain itu, tar hasil proses scrubber dimasukkan
kembali ke dalam reaktor untuk mengatasi masalah tar dan meningkatkan kandungan hidrogen
dalam producer gas. Strategi ini dilengkapi dengan penambahan panas dari pembakaran
producer gas atau biomasa sebagai tambahan energi proses. Reaksi yang diharapkan dari proses
ini adalah C + H2O CO + H2 dan CH×Oy
(1-y) H2O
H2O + CO. Gas yang kaya
hidrogen dari proses gasifikasi kemudian dialirkan ke dalam reaktor pencucian gas lain (WS atau
filter) untuk membersihkannya dari partikel dan tar yang masih tersisa sebelum akhirnya masuk
ke akumulator. Gas dari producer gas selanjutnya dibakar dalam ruang bakar motor bakar yang
dikopel dengan generator untuk menghasilkan listrik. Gas dari producer gas dilakukan uji
komposisi dengan menggunakan peralatan gas analyser. Unjuk kerja mesin dilakukan penelitian
khususnya pada torsi, sfc, dan efisiensi mesin untuk berbagai beban dari 2,5 kW, 5 kW, 7,5 kW,
dan 10 kW. Pada pengujian produksi nanopartikel dengan metode FASP, laju aliran gas pembawa
adalah 5, 7, dan 9 L/menit. Hasil nano partikel dilakukan uji SEM dan XRD.
Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa metode pengayaan hydrogen telah berhasil
ditemukan. Pada reaktor gasifikasi dengan pengayaan hydrogen dilengkapi reaktor pencucian
gas berupa reaktor plasma dan pada tegangan 220 V arus lebih dari 20 A diperoleh kadar tar di
bawah 0,175 g/m3. Kadar tar ini sudah memenuhi persyaratan kadar tar dalam producer gas
untuk mesin pembakaran dalam. Senyawa yang terkandung dalam tar setelah reaktor plasma
95%-nya adalah isopropanol yang diuji dengan menggunakan GC-MS.
Pengujian unjuk kerja mesin pembangkit listrik dari producer gas telah dilakukan dengan
menggunakan media gasifikasi udara atmosfer dan uap bertemperatur 400 oC dan 500oC.
Dengan meningkatnya perbandingan H2O/udara dalam proses gasifikasi menyebabkan jumlah
gas mampu bakar dalam producer gas (CO + H2) yang lebih rendah. Dengan penambahan uap
selama proses gasifikasi menyebabkan terjadinya peningkatan kadar hidrogen (2-6%) dalam
producer gas dan menurunnya kadar CO (13-5,8%). Semakin besar penambahan uap pada
kedua temperatur menyebabkan torsi mesin menurun untuk semua beban. Pada beban di atas
6 kW, penambahan uap selama proses gasifikasi mampu mempertahankan torsi agar tetap
tinggi. Dengan penambahan uap pada temperature 400 oC dan 500OC menyebabkan kebutuhan
bahan bakar untuk pembangkit listrik semakin besar. Semakin besar beban, semakin kecil
kebutuhan bakar bakar spesifik. Semakin besar penambahan uap air bertemperatur 400 oC dan
500oC menyebabkan sfc yang terjadi semakin besar untuk beban yang sama. Dengan
penambahan uap bertemperatur 500oC menyebabkan efisiensi mesin sedikit menurun
dibandingkan dengan penambahan uap bertemperatur 400 oC . Efisiensi mesin pada gasifikasi
sekam-udara-uap 400oC adalah 4,8-23,5%. Efisiensi mesin pada gasifikasi sekam-udara-uap
500oC adalah 7,7-18,9%.
Konsep pengayaan hydrogen yang ditemukan dari penelitian tahun pertama ini adalah dengan
menambah arang kayu pada reaktor gasifikasi sekam padi dimana reaktor gasifikasi dilengkapi
dengan pemanas dari luar berupa pemanas listrik yang dijaga constant pada temperature 650 oC.
Media gasifikasi yang digunakan adalah berupa uap pada temperatur 400 dan 500 oC dimana
lebih disukai uap bertemperatur 500oC untuk mendapatkan konsentrasi H2 yang tinggi. Pada
rasio uap/biomasa yang 0,25 mampu dihasilkan konsentrasi H 2 tertinggi. Semakin besar
penambahan arang dapat diperoleh penambahan kadar H 2 yang tinggi. Pada penambahan arang
kayu sebanyak 50%, rasio uap/biomasa 0,25 dan uap bertemperatur 400 oC dapat dihasilkan
kadar hydrogen 27,9% dan CO 9,2%. Pada penambahan arang kayu sebanyak 50%, rasio
uap/biomasa 0,25 dan uap bertemperatur 500oC dapat dihasilkan kadar hydrogen 54,58% dan
CO 0,79%. Pada pemodelan untuk proses gas to liquid, cairan terbanyak diperoleh pada
perbandingan mol H2 dengan CO sebesar 1 pada temperature lebih dari 320 oC. Semakin tinggi
perbandingan H2/CO justru menurunkan kembali hasil cairan.
Pada produksi material nano dengan metode FASP diperoleh bahwa semakin besar laju gas
pembawa menyebabkan ukuran partikel semakin besar. Material nano dapat diperoleh pada
laju gas pembawa 5 L/menit dengan ukuran sekitar 80 nm. Diameter Kristal rata-rata partikel
size ZnO untuk variasi 5L/m, 7L/m, dan 9L/m berturut-turut yaitu 32,52 nm, 35,57 nm, dan
38,16 nm.
Dari hasil penelitian ini diperoleh outcome dua paper dipublikasi pada seminar internasional,
satu draft paten, dan dua draft paper untuk jurnal internasional. Penelitian lanjutan perlu
dilakukan untuk pengembangan lebih jauh konsep pemurnian hydrogen, pengembangan fuel
cell, pengembangan gas to liquid, dan pengembangan termoelektrik.
Kata Kunci: gasifikasi, sekam, arang, uap, reduksi tar dengan plasma, pengayaan hydrogen, gas
to liquid, nano partikel ZnO.