Tugas Hidrogen Fuel And Cell_(1).docx

MAKALAH BIOMASS GASIFICATION TUGAS TEKNOLOGI HIDROGEN FUEL AND CELL

Disusun Oleh : 1

Ameilia Ayu Safitri

NIM I0517009

2.

Hartika Rahma Putri

NIM I0517039

3.

Muhammad Hakim Muzzaky

NIM I0517058

4.

N. Fauziatul Husni

NIM I0517061

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2019

PENDAHULUAN Hidrogen merupakan sumber energi yang tidak mengandung karbon dan relatif bersih ditinjau dari polusi yang dihasilkannya. Hidrogen merupakan energi sekunder yang dihasilkan dari sumber energi primer. Kebanyakan hidrogen diperoleh melalui steam reforming gas alam. Sumber energi primer lainnya yang memiliki potensi untuk produksi hidrogen adalah batubara dan biomassa. Saat ini batubara lebih banyak digunakan sebagai komoditi ekspor atau digunakan secara langsung melalui proses pembakaran. Adapun, potensi biomassa sebagai sumber energi yang bersih belum banyak digali. Biomassa dapat dimanfaatkan untuk memproduksi energi salah satunya melalui proses termokimia contohnya pirolisis, gasifikasi, dan pembakaran. Gasifikasi adalah proses konversi energi dari bahan bakar yang mengandung karbon (padat ataupun cair) menjadi gas yang disebut producer gas dimana gas tersebut memiliki nilai bakar dengan cara oksidasi parsial pada temperatur tinggi. Produk luaran gasifikasi yang telah dimurnikan adalah komponen yang mudah terbakar yang terdiri dari campuran karbon monoksida (CO), hydrogen (H2) dan metan (CH4) yang disebut syngas dan pengotor inorganik seperti NH3, HCN, H2S, debu halus, serta pengotor organik yaitu tar. Komposisi gas ini sangat tergantung pada komposisi unsur dalam biomassa, bentuk dan partikel biomassa, serta kondisikondisi proses gasifikasi.

DIAGRAM ALIR PROSES

Pada proses gasifikasi biomassa ini terdiri dari empat tahap utama, yaitu persiapan bahan baku, gasifier, pemurnian gas, dan pemurnian gas lanjutan. Sebelum memasuki tahapan gasifier, bahan baku diolah terlebih dahulu. Pada tahapan persiapan bahan baku terdiri dari dua proses, yaitu bahan baku dikeringkan dan dihaluskan, kemudian bahan baku yang akan diteruskan ke gasifier diukur jumlahnya. Bahan baku masuk ketahap gasifier. Gasifier adalah reaktor berlangsungnya proses gasifikasi. Dari gasifier ini dihasilkan produk utama dan produk samping. Produk utama yang dihasilkan dari gasifier tadi dimurnikan pada tahap pemurnian gas, dilanjutkan ke tahap pemurnian gas lanjutan, dan dihasilkan produk utama yang telah dimurnikan.

BAHAN BAKU DAN KOMPOSISI 1. Bahan baku : Sekam padi

2. Katalis : Karbon

REAKTOR Jenis Reaktor : gasifier downdraft

Gasifier downdraft dirancang untuk mengurangi tar yang terkondensasi serta minyak yang diproduksi dari counterflow gasifier (updraft). Dalam mekanismenya, aliran biomassa dan udara gasifikasi bergerak ke bawah dalam arah yang sama (co-flow) menuju bed bahan bakar. Ketika bahan bakar di dalam reaktor bergerak ke bawah, uap akan terpirolisis dan char langsung masuk ke bagian pengecilan pada bagian bawah reaktor. Pada saat itu udara akan diinjeksikan ke bagian tersebut melalui di dinding reaktor. Kondisi temperatur yang tinggi pada bagian pengecilan akan membakar tar dan minyak pada producer gas. Kemudian producer gas akan keluar dari bagian bawah reaktor dengan dihisap melalui anulus pada dinding reaktor. Dikarenakan rendahnya kandungan tar dan minyak, gasifier tipe downdraft banyak diaplikasikan untuk mesin pembakaran internal.

1. Reaksi yang terjadi pada proses pembuatan hidrogen dengan gasifikasi biomassa : CHxOy (biomass) + O2 (21% of air) + H2O (steam)

CH4 + CO +

(1)

CO2 + H2 + H2O (unreacted steam) + C (char) + tar 2C + O2

2CO (partial oxidation reaction)

(2)

C + O2

CO2 (complete oxidation reaction)

(3)

C + 2H2

CH4 (hydrogasification reaction)

(4)

CO + H2O

CO2 + H2 (water gas shift reaction)

CH4 + H2O

CO + 3H2 (steam reforming reaction)

(5) (6)

C + H2O

CO + H2 (water gas reaction)

(7)

C + CO2

2CO (Boudourd reaction)

(8)

2. Proses Pembentukan Hidrogen dari Gasifikasi Biomasa Ada 4 tahap penting dalam pembentukan hidrogen dari biomasa melalui proses gasifikasi, yaitu proses hulu (persiapan bahan baku), gasifikasi, pemurnian gas, dan pemurnian gas lanjutan. a. Proses Hulu (Persiapan Bahan Baku) Proses ini merupakan bentuk pengondisian terhadap biomasa yang digunakan. Pertama biomasa melalui proses pengecilan ukuran, ukuran partikel yang semakin kecil membuat luas permukaan per unit masa dan ukuran pori-pori menjadi lebih besar, ini akan mempercepat perpindahan panas dan gasifikasi. Ukuran partikel yang kecil juga akan menghasilkan lebih banyak CH4, CO, C2H4, dan sedikit CO2 yang berarti akan menghasilkan lebih banyak yield gas. Biomasa yang didapat dari peternakan ataupun hutan memiliki kandungan air yang tinggi, maka dari itu pengeringan diperlukan untuk mengontrol jumlah air yang terkandung sebelum memasuki proses gasifikasi. Pengeringan bahan baku sebelum memasuki gasifier dapat menekan energi yang digunakan pada saat terjadi gasifikasi. Untuk itu kandungan air pada biomasa haruslah sedikit untuk meningkatkan efisiensi

dan mengurangi biaya listrik. Meski begitu kandungan air yang sangat rendah (<10%) tidak memerlukan proses pengeringan. b. Gasifikasi Gasifikasi dilakukan pada temperature tinggi dengan adanya agen pengoksidasi (agen gasifikasi). Panas dapat disuplai secara langsung atau tidak langsung pada temperatur 600-1000oC. Agen pengoksidasi biasanya dapat berupa udara, uap air, nitrogen, karbon dioksida, oksigen, atau kombinasi dari beberapa senyawa ini. Adanya agen pengoksidasi pada temperature tinggi dapat mendekomposisi polimer biomasa kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana atau bahkan menjadi gas permanen (CO, H2, CH4, dan hidrokarbon sederhana), abu, tar, dan kontaminankontaminan minor. Di dalam gasifier, terjadi empat proses, diantaranya adala a) Pengeringan Prosesnya yaitu kandungan air yang ada dalam biomassa diekstrak dalam bentuk uap tanpa adanya dekomposisi kimia dari biomasa. b) Pirolisis Setelah pengeringan dilakukan, bahan bakar akan turun dan menerima panas sebesar 250-500oC dalam kondisi tanpa udara. Pirolisis dimulai dari dekomposisi hemiselulosa pada 200-250oC, dekomposisi selulosa sampai 350oC, dan pirolisis berakhir pada 500oC. Selanjutnya pengarangan berlangsung pada 500-900oC, yang terjadi pada batas zona pirolisis dan oksidasi. Produk dari proses ini terbagi menjadi produk cair (Tar dan PAH), produk gas (H2, CO, CO2, H2O, CH4), tar dan arang. c) Pembakaran Proses ini bertujuan untuk menghasilkan panas yang memanaskan lapisan karbon dibawah. Arang yang terbentuk dari ujung zona pirolisis masuk ke oksidasi, selanjutnya dibakar pada temperatur operasi yang cukup tinggi 900-1400oC. Pada gasifier downdraft temperatur setinggi ini, akan menghancurkan substansi tar sehingga

kandungan tar menjadi lebih rendah. Distribusi oksigen yang merata akan

menyempurnakan

proses

oksidasi

sehingga

dihasilkan

temperatur maksimal dalam keseluruhan proses gasifikasi. Sekitar 20% arang beserta volatil teroksidasi dengan memanfaatkan O2 yang terbatas, sisa 80% arang turun kebawah menuju bagian reduksi yang hampir semuanya akan dipakai, menyisakan abu yang jatuh ke tempat pembuangan. d) Reduksi Proses ini bersifat mengambil panas yang berlangsung pada suhu 400900oC. Pada proses ini terjadi beberapa reaksi kimia yang merupakan proses penting terbentuknya beberapa senyawa yang berguna untuk menghasilkan combustible gas seperti H2, CO, CH4 atau yang dikenal dengan producer gas.

KOMPOSISI HASIL REAKTOR 1. Produk utama : CO, H2, CH4, dan hidrokarbon sederhana 2. Produk samping : abu dan tar

DAFTAR PUSTAKA Anonim. Biomass Gasification. (https://biomasspower.gov.in_document diaksess pada 14 Maret 2019). Cahaya Putra, Rachmat. 2012. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung, Lampung. Panjaitan, M. 2011. Pabrik Hidrogen dari Biomassa. Universitas Indonesia, Depok. (http://www.academia.edu/8496374/Pabrik_Hidrogen _dari_ Biomassa_Kelompok_5_ diakses pada 14 Maret 2019). Pratoto, Adjar dan Raharjo, Slamet. 2008. Gasifikasi-uap Biomassa untuk Menghasilkan Hidrogen – Simulasi dengan Model Keseimbangan. Jurnal Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin VII. Universitas Andalas, Padang. Sudarmanta, Bambang, dkk. 2009. Karakterisasi Gasifikasi Biomassa Sekam

Padi Menggunakan Reaktor Downdraft dengan Dua Tingkat Laluan Udara. Jurnal Seminar Tahunan Teknik Mesin (STTM) ke-8. Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. Malang.