Kajian Tekno Ekonomi Pabrik Konversi Biomassa menjadi Bahan Bakar Fischer-Tropsch melalui Proses Gasifikasi. Latar Belakang

Transkripsi

1 Kajian Tekno Ekonomi Pabrik Konversi Biomassa menjadi Bahan Bakar Fischer-Tropsch melalui Proses Gasifikasi TK 5091 Metodologi dan Usulan Penelitian Fitria Yulistiani Prof. Dr. Herri Susanto Dr. Tri Partono Adhi 1 Latar Belakang Ketersediaan bahan bakar fosil menipis Penggunaan bahan bakar fosil menyebabkan polusi udara dan emisi CO2 Kebijakan Pemerintah Indonesia 2 Sumber: ESDM,

2 Latar Belakang Mengapa biomassa? Jenis limbah biomassa yang dihasilkan Produksi limbah biomassa (ton/tahun) Potensi Bahan bakar cair (L/tahun) Potensi listrik (kwh) 1 Tandan kosong kelapa sawit 3,979, ,461,375 1,326,563,667 2 Tongkol jagung 4,001, ,215,500 1,333,908,000 3 Sekam Padi 21,114,074 2,639,259,250 7,038,024,667 Gasifikasi kg biomassa 1 L bahan bakar cair 1,2 3 kg biomassa 1 kwh listrik Latar Belakang Mengapa biomassa? Emisi CO2 dan penggunaan bahan bakar fosil berkurang 4 2

3 Latar Belakang Mengapa Fischer Tropsch? Menghasilkan ultra clean diesel (green diesel) Emisi CO 2 kecil Efisiensi proses konversi biomassa menjadi FT Fuel = 58,1% Efisiensi proses konversi biomassa menjadi Etanol = 35% Bahan Bakar Bahan Baku Kemampuan penyimpanan CO2 dalam bahan baku * CO2 yang dihasilkan dalam pemrosesan * Konversi dan Pembakaran * Emisi CO2 ke Distribusi * lingkungan Diesel Minyak Bumi Biodiesel Minyak Canola FT Diesel Kayu Etanol Gandum Etanol Kayu Sumber: Bary Judd, 2003 *) CO 2 dalam g/mj 5 Deskripsi Proses 6 3

4 Rumusan Masalah Ketersediaan nasional besar namun terkumpul dalam jumlah relatif kecil Biaya sistem BGFT mahal Bagaimana konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan pada biomassa di Indonesia? Bagaimana kelayakan teknoekonomi proses BGFT di Indonesia untuk saat ini dan jangka panjang? Kajian ekonomi produksi FT diesel menggunakan biomassa yang tersedia dan kemampuan pengumpulan biomassa tersebut di lokasi tertentu 7 Produksi Lokasi biomassa tongkol jagung (ton/tahun) Nasional 4 juta Jawa Barat 124 ribu Kab Cianjur 9871 Kab Purwakarta 4389 Sumber: Distamben Jabar, 2008 Kapasitas (galon/tahun) Investasi ($/galon) Investasi (juta $) Sumber: Brown, 2008 Biomassa menjadi: FT Fuel H2 Metanol 150 juta 150 juta 150 juta Tujuan Penelitian Mencari konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan di Indonesia. Menentukan kapasitas sistem BGFT yang cocok dengan ketersediaan biomassa di Indonesia. Mengkaji kelayakan teknoekonomi proses BGFT di Indonesia untuk saat ini dan jangka panjang. Mengidentifikasi permasalahan pengembangan dan komersialisasi teknologi BGFT. 8 4

5 Ruang Lingkup Penelitian Kajian pustaka mengenai ketersediaan teknologi proses yang terkait dengan BGFT; a. Teknologi gasifikasi biomassa b. Teknologi pembersihan dan pengkondisian gas hasil gasifikasi biomassa c. Teknologi sintesis Fischer Tropsch d. Teknologi Hydrocracking Studi ketersediaan bahan baku sistem BGFT Pemilihan lokasi dan pemilihan konfigurasi proses BGFT Penyusunan rancangan pabrik sistem BGFT sesuai hasil studi ketersediaan Kajian ekonomi penerapan sistem BGFT Analisis kemungkinan penerapan sistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitas yang sama 9 Biomassa No Komoditas Hasil Pertanian Biomassa Lokasi dengan Produksi Luas lahan Produksi produksi Jenis (juta ton) (juta ha) (ton/tahun) terbesar 1 Kelapa sawit Jagung 16,3 4 Tandan kosong kelapa sawit Tongkol jagung 3 Padi 60,3 12,3 Sekam Padi 21,1 Sumber: Departemen Pertanian, Riau, Sumut, Sumsel Jatim, Jateng, Lampung Jatim, Jabar, Jateng 5

6 Gasifikasi Gasifikasi: Reaksi konversi termal endotermik bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas. Contoh Komposisi produk Gas Komp. Perc. 1 Perc. 2 CO2 18,5% 13,8% H2 8,9% 14,6% N2 53% 48,1% CH4 3,3% 1,6% CO 16,4% 21,9% Total 100% 100% NHV, kj/nm 3 11 Pengaruh Jenis Agen Gasifikasi terhadap Komposisi Gas Sintesis Semakin kering umpan biomassa, efisiensi proses meningkat namun kandungan hidrogen dalam produk gas sintesis akan berkurang. Faaij dkk.[1998]: Kadar air optimum = 10-15%. Agen Gasifikasi Udara O 2 H 2 O H2 15% 40% 40% CO 20% 40% 25% CH4 2% - 8% CO2 15% 20% 25% N2 48% - 2% H2/CO Sumber: ZSW, 2005 Penggunaan O2 (+) Gas bersih bebas N2 (-) Air Separation Unit Mahal 12 6

7 Penyediaan Panas dan Konfigurasi Reaktor Autotermal : panas diperoleh dari pembakaran biomassa secara parsial Allotermal : panas diperoleh dari sumber lain di luar gasifier melalui heat exchanger 13 Kondisi Operasi Gasifikasi Pengaruh tekanan tinggi dalam gasifikasi: + Ukuran reaktor lebih kecil + Ukuran unit-unit proses selanjutnya lebih kecil + Tidak dibutuhkan kompresi tambahan untuk proses berikutnya - Pada tekanan tinggi, unit gasifier lebih mahal 14 Sumber: Ciferno dan Marano,

8 Pembersihan Gas Sintesis Gas sintesis hasil gasifikasi mengandung berbagai kontaminan: partikulat, tar yang mudah terkondensasi, senyawa alkali, H2S, HCl, NH3, dan HCN. Kontaminan-kontaminan tersebut dapat meracuni katalis Diperlukan proses pembersihan yang lebih mendalam 15 Pengkondisian Gas Sintesis Gasifier Sistem Pembersihan Gas Sistem PengkondisianGas FT Reactor Shift Reaction: Meningkatkan rasio H2/CO untuk reaksi dalam sintesis FT H2 adsorption (PSA): Mengambil H2 yang dihasilkan dari shift reaction untuk digunakan dalam hydrocracking CO2 Removal: Menghilangkan CO2 Selexol dan Rectisol: Menghilangkan gas asam (H 2S, CO2) 16 8

9 Sintesis Fischer Tropsch Dikeluarkan pada tahun 1923 oleh Franz Fischer dan Hans Tropsch 1940an: argumen strategi ekonomi proses FT (Jerman dan Afrika Selatan) 1970an: berkembang sebagai respon berkurangnya cadangan minyak dan boykot minyak Saat ini: kajian lingkungan, pengembangan teknologi, pergeseran penggunaan sumber energi, dll. Pembentukan rantai karbon dari CO dan H2 Katalis : Besi (Fe) dan Cobalt (Co) H2 Gas Sintesis Bersih Shift + PSA Umpan FT CO, H2, H2O Sintesis Fischer Tropsch FT Fuel Hydrocracking FT Diesel o C, 5-40 bar o C, bar 17 CO + 2 H2 -CH2- + H2O CO + H2O CO2 + H2 C 20 H 42 + H2 2C 10 H 22 C 25 H 52 + H2 C 10 H 22 + C 15 H 32 C 48 H H2 3C 10 H 22 + C 18 H 38 Reaksi Fischer Tropsch CO + 2 H 2 -CH H 2 O DH 0 FT = -165 kj/mol w n = na n-1 (1-a) 2 katalis Fe: a = 0,67 s.d. 0,71 katalis Co: a = 0,76 s.d

10 Reaktor Fischer Tropsch Konstruksi Perpindahan Panas Katalis Unggun Tetap Multi Kolom Gelembung Slurry tubular Sederhana, namun scale up mahal karena banyak tube Sederhana Profil temperatur tidak Perpindahan panas sangat baik merata, konversi rendah akibat kondisi isotermal Sulit diganti karena struktur Mudah diganti tube 19 Hydrocracking Apabila produk akhir yang diinginkan adalah diesel, diperlukan proses hydrocracking terhadap produk FT. Leckel dan Ehumbu (2006): Temperatur merupakan komponen yang paling berpengaruh terhadap konversi C20+, konversi dan perolehan produk diesel akan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur Temperatur (oc) Konversi C 20+ Selektivitas (%b/b) Perolehan (%b/b) C 1 -C 4 C 5 -C 9 C 10 -C 19 C 1 -C 4 C 5 -C 9 C 10 -C ,1 9,9 88 0,3 1, , , , , Tekanan 3,5 MPa, H2/wax = 1200:1 Nm 3 /m

11 Hasil Samping Sistem BGFT Hasil samping sistem BGFT merupakan gas buang yang apabila dimanfaatkan menggunakan turbin gas dapat menghasilkan listrik Neraca Energi (dalam %) Proses Pemanfaatan Gas Buang Sintesis FT untuk menghasilkan Listrik Sumber: Boerrigter, Evaluasi Ekonomi Sistem BGFT Total Investasi untuk sistem BGFT dengan umpan 72,4 ton/jam Sumber: Hamelinck,

12 Metodologi penelitian 23 Perkiraan Biaya Investasi Base cost: biaya peralatan dengan kapasitas tertentu s Biaya peralatan: dengan Cn = Harga alat C R n R = Perbandingan kapasitas s = faktor skala Indeks Biaya: IndeksBiaya tahun 2009 xc n IndeksBiaya tahun 2002 Jumlah harga setiap unit = Total Equipment Cost Biaya lain: instrumentasi, perpipaan, mekanik dan elektrik, dll. dinyatakan sebagai persentase dari Total Equipment Cost Total Equipment Cost + Biaya lain = Total kebutuhan investasi 24 12

13 Penentuan Kelayakan Ekonomi Cash Flow Pabrik BGFT: Pengeluaran: Biaya investasi, modal kerja, bahan baku, biaya tetap dan biaya variabel, dll. Pendapatan: Penjualan bahan bakar FT dan listrik Analisis kelayakan melalui: NPV (Net Present Value): layak secara ekonomi apabila NPV 0 IRR (Internal Rate of Return): layak secara ekonomi apabila irr bunga bank Analisis dilakukan menggunakan fitur-fitur dalam excel 25 Jadwal Penelitian No Kegiatan KajianTerhadap Berbagai Teknologi Proses dalam Sistem BGFT 2 Penentuan Konfigurasi Proses 3 Studi Ketersediaan Bahan Baku Biomassa 4 Pemilihan Lokasi Perencanaan Aplikasi Sistem BGFT 5 Penyusunan Rancangan Pabrik Sistem BGFT berdasarkan hasil studi ketersediaan 6 Kajian ekonomi (analisis sensitivitas) 7 Pertimbangan kemungkinan penerapan sistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitas yang sama 8 Penyusunan Laporan 9 Seminar 10 Perbaikan Laporan 26 13

14 TERIMA KASIH 27 14