Gasifikasi Biomasa

Biomasa gasifikasi 

  Slamet Sulaiman  2006‐2008. 

1

Pengantar.  Dengan  makin  mahal  dan  langkanya  minyak  bumi,  pemerintah  memutuskan  untuk  melakukan konversi Bahan bakar minyak rumah tangga  diganti dengan bahan bakar gas (LPG),  jutaan  tabung  gas  3  kg  berikut  kompornya  dibagikan  kepada  rakyat  Indonesia  yang  belum  memiliki  dan  belum  mampu  membeli  kompor  gas,  kedepan  bagaimanapun  bahan  bakar  fosil  makin  langka  (temasuk  LPG)  sehingga  secara  ekonomis  kedepan  tidak  mungkin  harga  bahan  bakar fosil bisa murah.   

 

 sekeliling kita di masarakat pertanian cukup banyak energy yang belum termanfaatkan secara  optimal    dari  sekam  padi,  jerami,  tongkol  jagung,  kulit  kacang  tanah,  batang  kedelai  dll  yang  merupakan residu hasil pertanian.  Salah  satu  methode  pemanfaatan  nya  yalah  dikenal  dengan  “  gasifikasi”    dimana  biomas  tersebut dengan dibakar dengan oxygen terbatas dan menghasilkan arang, tar dan gas dengan  istilah  teknik  “Producer  Gas  atau  Suyntetic  Gas/  Syngas”    yang  lebih  aman  dan  nyaman  digunakan sebagai energy panas (heating energy) maupun untuk power (diesel, turbine dll). 

  Untuk kedua orang tuaku  Alm H M Sulaiman dan Hj Muslimah  Yang telah membesarkan anak anaknya dari hasil pertanian.   Semoga kasih Nya terlimpah sebagaimana kasihmu waktu kami masih kecil. 

 

2

Pendahuluan.  I.Energy Biomass  dapat dimanfaatkan melalui tiga methode:  1.1.Pembakaran  langsung (burning)   Ini adalah teknologi biomass energy yang paling tua atau Teknologi generasi pertama , barang  kali setua peradaban manusia , dan dibanyak negara masih menggunakan kayu sebagai bahan  bakar  masak  memasak,  dimana  kayu  bakar  kering  dimasukkan  kedalam  tungku  tanah  dan  dinyalakan  untuk  kebutuhan  masak  memasak,  bahkan  sampai  saat  ini  di  Papua  masih  digunakan pembakaran kayu untuk memasak dan acara ritual yang dikenal sebagai bakar batu.   

  Pembakaran biomasa dikenal sebagai bakar batu di Papua 

  Kiri wanita Bangladesh kanan dapur masak ibu saya di desa.  1.2.Pengarangan dan pemadatan (carbonasi and briketing).  Teknologi  biomas  energy  generasi  kedua  adalah  pengarangan  dimana biomas  dibakar  dengan  oxygen  terbatas  untuk  dijadikan  arang  untuk  mengurangi  asap  pada  saat  pembakaran  dan  3

untuk kemudahan engemasan dan pengiriman arang arang tersebut dipadatkan dengan bentuk  dan ukuran yang dikehendaki (dibriketkan). 

  Wanita Myanmar membuat arang. 

  Untuk kemudahan pengiriman dll arang dipadatkan dlm bentuk briket. 

  Jagung bakar dan sate selalu membutuhkan arang.      1.3.Konversi gasifikasi atau konversi ethanol .  

4

Salah    satu  teknologi  biomas  energy  generasi  ke  tiga  adalah  teknologi  air  gasifikasi  ,  dimana  biomas dibakar dengan oxygen terbatas (30% dari kebutuhan pembakaran sempurna) sehingga  dihasilkan syngas H2 – CO – CH4 sebagai gas baker  dengan hasil sampingan berupa  arang dan  juga asap cair (liquid smoke).    II.Theori gasifikasi.  2.1. Materi biomasa.  Materi bimasa terbentuk sbb 

  Proses  foto  sintesa  oleh  sinar  matahari  pada  daun  hijau  akan  merubah  gugus  CO2  dan  H2O  menjadi CH1.4O0.6 dan 1.05O2, Jadi kandungan biomas adalah Carbon, Hydrogen dan Oxygen. 

CH1.4O0.6   +  0.2O2      +  0.8N2     Æ   CO  +  0.7H2  +  0.8N2   

Udara

  Pada  pembakaran  biomasa  dengan  Oxygen  terbatas  akan  dihasilkan  gas  CO  dan  Hydrogen  (sebagai  producer  gas/  synthetic  gas)  ,selain  itu  juga  karena  kandungan  air  dari  biomas  maka  pada  proses  pemanasan  atau  pembakaran  akan  dihasilkan    H2O  dalam  bentuk  gas/uap,  dihasilkan juga gas metan CH4 dan  Nitrogen yang berasal dari udara serta tar dan partikel debu.  Tahapan gasifikasi Zone Pengeringan

5

Kadar air dari biomass akibat adanya rambat panas dikeringkan dihasilkan uap air yang juga merupakan bagian dari produser gas. Zone Pyrolisis Dengan temperature yang lebih tinggi biomass terdekomposisi mmenghasilkan tar dan CH4 (pyrolisis gas)dan juga arang. Zone pembakaran. Substansi dari dari bahan bakar padat termasuk biomas biasanya adalah elemen karbon, hydrogen dan oxygen, pada pembakaran sempurna carbon akan dibakar menjadi karbondioksida, hydrogen akan terbakar menjadi uap air, reaksi pembakaran exothermic dan pada temperature pembakaran 1450 celsius. C

+

O2

Æ

CO2

+

393 MJ/ kg mole > Pembakaran

2H2

+

O2

Æ

2H2O

-

242 MJ/ kg mole

Zone reduksi. Pada zona reduksi beberapa reaksi terjadi menghasilkan carbon monoxide dan hydrogen sebagai constituent utama dari produser gas C

+CO2

Æ2 CO

C

+H2O

ÆCO

+

CO

+H2O

ÆCO2 +

C

+2H2

ÆCH4

CO2

+H2

ÆCO

- 164.9 MJ/ kg mole.

>Boudouard reaksi

H2

- 122.6

> water gas reaksi

H2

+ 42

MJ/ kg mole

MJ/ kg mole

+ 75 MJ/ kg mole +

H2O

> water shift reaksi > Methane reaksi

- 42,3 MJ/ kg mole.

Type type gasifikasi Secara global gasifikasi diklasifikasikan sbb dengan beberapa modifikasinya.

Up draft (counter current ) gasifikasi Type yang paling sederhana dari gasifikasi adalah up draft, biomas dimasukkan dari bagian atas reactor dan bergerak kebawah menghasilkan gas dan arang, pemasukan udara untuk pembakaran dari bawah dan

6

produser gas keluar dari atas, biomass sebagai bahan baker bergerak berlawanan arah dengan dengan aliran produser gas (counter current flow) melewati zona pengeringan, zona distilasi, zona reduksi dan zona oxidasi/pembakaran.

Up draft gasifikasi Down draft ( co current) gasifikasi

Pada type down draft biomas dimasukkan dari atas begitu pula udara untuk pembakaran, produser gas akan mengalir dari bawah reakror , jadi aliran biomas dan udara searah (co current flow) , zona pengeringan zona pirolisis zona reduksi seperti up draft diatas, kelebihan utama dari type down draft adalah menghasilkan producer gas dengan kandungan tar rendah.

7

Cross draft gasifikasi

Fluidized bed gasifikasi

Didesign untuk mengatasi problem dari fixed bed dengan biomasa berkadar abu tinggi, type ini sesuai untuk gasifikasi dengan kapasitas besar , dibanding dua type diatas temperature gasifikasi relative lebih rendah ( 750 – 900 celsius) sementara pada fixed bed diatas 1200 celsius.

2.2. Gas biomasa untuk energy pemanasan. 

8

Gas  biomasa  dimanfaatkan  sebagai  energy  pemanasan  (heating  energy),  dimana  tuntutan  kwalitas  gas  yang  dihasilkan  tidak  terlalu  dipentingkan,  kecuali  untuk  tujuan  tujuan  tertentu,  selama periode 2007 2008 telah kami coba terapkan gas biomasa sebagai energy panas seperti  gambar gambar dibawah. 

  Gas biomasa untuk keperluan memasak rumah tangga dan  pondok pesantren.  (pondok pesantren Tebuireng – Jombang) 

 

 

Gas biomasa untuk mesin pengering padi menggantikan energy minyak tanah.  (terpasang pada mesin pengering padi di Madiun)   

9

 

  Gas biomasa atau batubara  untuk industry kecil (ketel dll) terpasang di Kediri 

  Gas biomasa atau batubara untuk industry pengecoran logam non ferro di Jombang  Gas biomasa juga sangat mungkin diterapkan untuk beberapa pemanfaatan berikut, untuk lebih  meningkatkan daya saing dan pertimbangan pertimbangan lainnya. 

  Gas biomasa dapat menggantikan broeder DOC layer maupun broiler.  10

  2.3.Pemanfaatan Biomass Energy di Negara tetangga.  Sekilas  bisa  kita  lihat  bahwa  beberapa  Negara  tetangga  ternyata  sangat  intent  dan  concern  dengan pengembangan aplikasi biomass energy. 

  200 Kw diesel gasifikasi pada penggilingan padi di Camboja. 

  Biomass Gasification untuk Crematorium di Srilanka 

11

  !00 Kw wood chip gasification Angkur Srilanka. 

  Diesel gasifikasi dengan feedstock batok kelapa Filipina 2001. 

12

  Biomass Gasifikasi untuk pengering tembakau Mianmar. 

  Biomass gasifikasi untuk crematorium India. 

13

     

 

14

  Filipina memanfaatkan sekam untuk heating energy (reactor gasifikasi untuk indistri bakery) 

  Kompor gas sekam utnuk rumah tangga (Alexis Belonio Filipna).   

15

Dari  ilustrasi  diatas  harus  diakui  bahwa  dalam  hal  pemanfaatan  biomas  energy  kita  jauh  ketinggalan dari Negara Negara tetangga, sementara hampir seluruh bahan / feedstock  untuk  biomass  gasifikasi    cukup  banyak  di  Indonesia,  yang  keberadaannya  merupakan  byproduk  pertanian yang mudah dan murah untuk didapat, hanya mengeluarkan biaya untuk collecting,  transport dan atau resizing apabila diperlukan.  III. Biomass material.  3.1.Feedstock yang tersedia cukup banyak di Negara kita. 

  Sekam padi energy terabaikan. 

 

16

 

  Dari data diatas dari sekam padi saja dengan jumlah lebih dari 11.000 ton pertahun merupakan  potensi  energy  yang  luar  biasa,  belum  dari  togkol  jagung,  batok  kelapa,  limbah  sawit,  limbah  tanaman  kacang  kacangan,  kotoran  ayam  (poultry  manure)  dll.  Dari  table  diatas  dapat  dilihat  betapa  ekonomisnya  penggunaan  sekam  padi  untuk  heating  energy  dibanding  dengan  fosil  energy, meskipun dibanding dengan harga yang disubsidi.     

17

  3.2. Gas biomasa untuk penggerak diesel.   

    Diagram diatas menjelaskan lebih rinci tahap demi tahap biomass gasifikasi.  Dari ilustrasi diatas terlihat bahwa synthetic gas atau producer gas mengandung  air (H2O)dalam  bentuk uap, tar, gas CO, gas metan CH4 , gas CO2 dan H2  dan juga tidak bisa dihindari adanya  partikel partikel debu.  Kandungan uap air sangat tergantung dari kandungan air yang terdapat  dari  bahan  biomasa,  makin  tinggi  kandungan  air  biomasa  akan  didapat  producer  gas  dengan  kandungan  uap  air  makin  tinggi,  begitu  juga  kandungan  tar  sangat  tergantung  dari  karakter   bahan biomasa, untuk heating energy kandungan air dan tar diatas tidak begitu menimbulkan  masalah,  tetapi  untuk  diesel  gasifikasi  akan  mempengaruhi  baik  performance  maupun  kemungkinan terjadinya percepatan keausan dari mesin.  Gas Clean Up.  Adalah  upaya  upaya  mengeliminasi  kandungan  kandungan  yang  tidak  diinginkan  diatas  dan  sekaligus  mendinginkan  producer  gas,  untuk  mengeliminasi  partikel  padat  terikut  umumnya  digunakan  cyclone,  penelitian  menunjukkan  bahwa  cyclone  dengan  design  yang  baik  cukup  effektif mengeliminasi partikel padat sd 70%. 

18

  Partikel debu dalam producer gas.   Particle size of dust m.10‐6 Percentage in the gas %  over 1000 

1.7 

1000 ‐ 250 

24.7 

250 ‐ 102 

23.7 

102 ‐ 75 

7.1 

75 ‐ 60 

8.3 

under 60 

30.3 

losses 

4.2 

Sedangkan untuk pendinginan producer gas biasanya dilakukan dengan pendinginan langsung  dengan semburan air (water scruber) atau pendinginan tidak langsung (dengan penukar panas  atau  condenser),  semburan  air  merupakan  method  yang  paling  mudah  dan  sederhana  tetapi  mengakibatkan  naiknya  moisture  content  producer  gas  dan  menghasilkan  air  yang  tercemar  dengan  tar  yang  biasanya  mengandung  phenol.  Pendinginan  dengan  penukar  panas  sedikit  complicated  tetapi  akan  dihasilkan  producer  gas  yang  lebih  bersih  karena  selain  berfungsi  mendinginkan  gas  juga  akan  terjadi  pengkondesasian  uap  air  sekaligus  tar  yang  terkandung  dalam producer gas, sehingga dihasilkan by produk berupa asap cair (liquid smoke) yang juga  mampunyai nilai ekonomis.  Beberapa diesel gasifikasi.  Universitas California di Davis telah mengembangkan diesel gasifikasi, dengan reactor gasifikasi  berdiameter 25 cm dilengkapi dengan gas clean up dikopel dengan mesin diesel silinder tunggal  buatan  China  Type  S‐195,  dihasilkan  output  5.59  kW  atau  63,37%  dari  tenaga  rata  rata  .  diuji  coba untuk pompa air selama 60 jam dengan hasil memuaskan. Composisi gas yang dihasilkan  (Vol%) : CO 13,4%, H2 11,1%, CH4 22%,N2 58,9%, H2O 4,13%, specific gas output 2,39 Nm3/kg  sekam. 

 

19

Diagram diatas terlihat producer gas yang masih panas (diatas 250 celsius) didinginkan dengan  scruber  air  sekaligus  mengurangi  partikel  partikel  padat  yang  terikut  selanjutnya  dilewatkan  melalui filter yang akan mengurangi sisa partikel halus dan mengurangi moisture/ kelembaban  dari producer gas, sehingga dihasilkan producer gas yang lebih bersih. Karena tar dll terikut di  water scruber maka perlu kajian pengaruh dampak lingkungannya.  Angkur diesel gasifikasi (Srilangka) memberikan diagram gas clean up sbb:   

  Producer gas dengan venture scruber disembur air sebagai pendingin gas sekaligus mengurangi  partikel  padat  yang  terikut,  selanjutnya  dilewatkan  dalam  system  saringan  untuk  mengurangi  tar dan kelembaban sebelum dialirkan ke diesel engine. Angkur gasifikasi juga menghasilkan air  scruber  yang  tercemar  tar.  Aplikasi  biomas  gasifikasi  sudah  dikembangkan  dan  diaplikasikan  sejak  1996  baik  untuk  thermal  energy  (energy  panas)  maupun  untuk  power  energy  (diesel  gasifikasi). 

     

20

India. 

  Scema  diatas  adalah    reactor  gasifikasi  dengan  gas  clean  up  yang  dikembangkan  di  India,  producer gas dilairkan melalui box untuk mengeliminasi partikel padat selanjutnya dilewatkan  melalui  double  cyclone,  saringan  gravel  kasar  dan  didinginkan  dengan  heat  exchanger   kemudian  dilewatkan  saringan  arang  untuk  mengurangi  tar.  Tidak  digunakan  pendingin  semburan  air  (water  scruber)  sehingga  tidak  ada  air  buangan  yang  tercemar  phenol  dan  tar,  dengan  pendingingan  menggunakan  heat  exchanger  seperti  diagram  diatas  akan  dihasilkan  producer gas yang dingin tetapi masih tercampur dengan tar dan asap cair yang terkondensasi,  model  ini  juga  sudah  sangat  banyak  di  implementasikan  dengan  berbagai  kapasitas  untuk  berbagai kebutuhan.     

 

21

    Beberapa diagram engine gasifikasi lainnya. 

 

22

  Myanmar ( Kwin Kauk Village – Ingapu Township) 

    Camboja (200 Kw – di Rice Mill Batambang). 

 

23

Indonesia. 

  Diagram diatas adalah model reactor gasifikai dengan system gas clean up yang dikembangkan  di  Indonesia,  disbanding  dengan  beberapa  diagram  diatas  adalah  yang  paling  complicated  tetapi tidak berhasil mencapai sasaran. Indonesia tahun1996  dengan dana international grant  juga  mengembangkan  biomasa  gasifikasi,  sekitar  50  unit  telah  dikembangkan  ,  sebagian  diantaranya oleh PT Boma Bisma Indra dikenal sebagai Bioner 1 adalah down draft  gasifikasi  berbahan sekam padi, dikopel dengan diesel 18 KWe, dengan claim mampu menggantikan 67  sd  87%  bahan  bakar  solar,  dengan  dana  dari  grant  international  agencies  for  development  country  ,problems  yang  dihadapi  adalah  tidak  mampu  meremove  kandungan  tar,  sehingga  selanjutnya project ini di abaikan (currently abandoned), begitu juga di Hargeulis 2003 dipasang  100 Kva dioperasikan PLN dengan dana DGEEU  currently shutdown.    Apa yang mungkin diterapkan di Indonesia.  Dari ilustrasi diatas dapat disimpulkan bahwa berbagai metode gasifier reactor dan gas clean up  telah  dikembangkan  dan  diterapkan  oleh  berbagai  Negara  berkembang,  sedangkan  Indonesia  dengan hambatan adanya kandungan tar kajian dan terapan selanjutnya dibatalkan (currently  abandoned and shutdown).  Beberapa  metode  pendinginan  dan  pembersihan  producer  gas  dengan  water  scruber  (semburan partikel air)  sehingga didapat producer gas dingin dengan sebagian besar tar terikut  di water scruber tetapi juga memberikan effect producer gas akan mengandung tambahan uap  air,  dan  air  buangan  water  scruber  yang  dibuang  akan  mengandung  tar  yang  didalamnya  ada  phenol  yang berdampak negative pada lingkungan.  Terapan  lain  yang  sangat  memungkinkan  dan  masih  dalam  criteria  sederhana  adalah  dengan  mengkombinasi cyclone untuk mengurangi partikel padat yang terikut bersama aliran producer  gas yang masih panas yang selanjutnya dialirkan dalam penukar panas dengan media pendingin 

24

air,  sehingga  akan  didapat    producer  gas  dingin  yang  bersih  dan  kering  ,  tar  akan  dikondensasikan bersama  kandungan uap air dari hasil pengeringan dan pembakaran biomasa  dan  akan  dihasilkan  produk  sampingan  asap  cair  (liquid  smoke),  sehingga  air  buangan  bebas  dari tar maupun phenol. Gas yang telah didinginkan dan dibersihkan dapat dimanfaatkan untuk  diesel  engine  yang  lebih  dikenal  dengan  dual  fuel  engine,  yaitu  mesin  diesel  dengan  bahan  bakar  solar  dan  gas  dengan  perbandingan  30%  solar  dan  70%  menggunakan  gas  hasil  dari  biomas gasifikasi. 

  Continu gasifikasi dengan gas clean up (model dikembangkan di Jombang) 

  Model Gasifikasi continu bhn sekam padi dengan gas clean up  (dihasilkan producer gas dingin dan bersih, arang dan asap cair)   

25

Reaktor dengan dust cyclone dan condenser.      By produk gasifikasi:  Asap cair dengan berbagai kegunaannya dan arang sekam sebagai fertilizer.           

    Terapan gasifikasi sekam terinci pada seri terapan energy sekam padi.   

26