AQUABAT SEBAGAI BAHAN BAKAR BOILER Datin Fatia Umar Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara tekmira datinf@tekmira.esdm.go.id S A R I Aquabat adalah adalah campuran batubara halus, air,dan zat aditif membentuk suspensi kental yang homogen. Keuntungan utama aquabat adalah bersifat cairan, sama dengan sifat alir bahan bakar minyak, sehingga mudah ditangani dan dapat dialirkan melalui pipa. Batubara peringkat rendah sebagai bahan baku pembuatan aquabat, perlu untuk diproses terlebih dulu melalui proses upgraded brown coal (UBC) atau hot thermal drying (HTD). Hasil penelitian menunjukkan bahwa batubara hasil UBC dan HTD dapat menjadi bahan baku pembuatan aquabat yang cocok untuk digunakan sebagai bahan bakar boiler menggantikan minyak berat. Kata kunci : aquabat, bahan bakar boiler, bituminus, hidrofilik, hidrofobik, lignit, sub-bituminus 1. PENDAHULUAN Aquabat merupakan terjemahan dari Coal water mixture (CWM) atau Coal Water Fuel (CWF) atau Coal Water Slurry (CWS),adalah bahan bakar campuran batubara dan air yang dengan bantuan zat aditif membentuk suspensi kental yang homogen dan stabil selama penyimpanan, pengangkutan, dan pembakaran. Keuntungan penggunaan batubara dalam bentuk aquabat antara lain: Sifat alirnya yang tergolong bersifat cairan (fluida) sama dengan sifat alir bahan bakar minyak (BBM); Dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar cair menggantikan minyak berat (heavy oil) di kilang-kilang minyak atau industri lainnya yang biasa menggunakan minyak berat sebagai bahan bakar untuk pengolahan produknya; Penanganannya sama dengan minyak berat. Memungkinkan pengiriman/pengangkutan aquabat di antara berbagai lokasi di dalam/ luar instalasi/pabrik lewat pipa; Dapat menggunakan boiler yang sama dengan boiler yang biasa digunakan untuk minyak berat dengan sedikit modifikasi; Batubara dalam bentuk suspensi dapat ditangani secara lebih bersih sehingga menunjang program bersih lingkungan dan terhindar dari kemungkinan terjadinya pembakaran spontan, peledakan, dan masalah debu yang biasa ditimbulkan batubara dalam bentuk serbuk. Teknologi aquabat sudah berkembang pesat di negara-negara maju, seperti Jepang dan China. Aquabat digunakan untuk pemanasan pada pengolahan minyak di kilang-kilang dan industri yang biasa menggunakan boiler. Namun batubara yang digunakan sebagai bahan baku 4 M&E, Vol. 9, No. 3, September 2011
pembuatan aqubat pada umumnya adalah batubara bituminus dengan kadar air yang relatif rendah (<10%), karena batubara dengan kadar air tinggi (lignit dan sub-bituminus) umumnya bersifat hidrofilik, yaitu sifat menyukai air sehingga air yang diperlukan untuk pembuatan aquabat lebih besar. Dengan tingginya kadar air dalam aquabat, maka viskositas aquabat rendah sehingga kestabilan menurun. Selain itu, nilai kalor aquabat juga menjadi semakin rendah (Terada et al., 1985). Penelitian pembuatan aquabat dilakukan dalam rangka mendukung program pemerintah di bidang diversifikasi energi, yakni dengan memanfaatkan batubara sebagai energi pengganti bahan bakar minyak. Penelitian pemanfaatan batubara dalam bentuk aquabat telah dilakukan oleh Puslitbang tekmira sejak tahun 1993 dengan menggunakan batubara peringkat tinggi (nilai kalor > 6.000 kal/g dan kadar air < 10%), dengan hasil yang cukup baik (Umar, dkk 1993 dan Umar, dkk., 1997). Sementara potensi batubara Indonesia sebagian besar berupa batubara peringkat rendah dengan nilai kalor < 5000 kal/g dan kadar air >10%. Oleh sebab itu, jika batubara peringkat rendah akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan aquabat perlu dilakukan proses upgrading terlebih dulu, sehingga sifat permukaan yang hidrofilik diubah menjadi hidrofobik (Usui et al, 1999). Proses upgrading yang telah diterapkan pada skala pilot adalah proses upgraded brown coal (UBC), yaitu memanaskan batubara pada suhu150 C dan tekanan 3,5 atm (Deguchi et al, 1999 dan Umar, dkk 2003). JGC Corp., Jepang saat ini tengah mengembangkan teknologi pembuatan aquabat yang berasal dari batubara peringkat rendah yang telah melalui proses upgrading dengan metode hot water drying (HWD), yaitu dengan cara memanaskan batubara pada temperatur > 300 C dan tekanan > 60 bar kemudian dibuat aquabat (Suyama, 2008). Penelitian pembuatan aquabat dari batubara peringkat rendah melalui proses upgrading, telah dilakukan Puslitbang tekmira sejak tahun 2006 termasuk penelitian/uji coba untuk penerapannya di industri, terutama industri yang menggunakan boiler (Umar., dkk 2006 dan Setiawan, dkk., 2010). 2. PEMBUATAN AQUABAT Teknologi pembuatan aquabat cukup sederhana, yaitu dengan mencampurkan batubara dan air dalam perbandingan tertentu. Namun karena adanya perbedaan berat jenis, batubara cenderung memisah membentuk suatu endapan dalam air. Untuk mencegah hal tersebut, maka perlu ditambahkan suatu bahan aditif yang biasanya berupa bahan kimia dalam jumlah relatif kecil (< 1%). Sebagai bahan bakar, ada beberapa karakteristik aquabat yang perlu diperhatikan, yaitu: stabil, baik selama penyimpanan, pengangkutan maupun pembakaran; mempunyai konsentrasi batubara yang tinggi; mudah dialirkan melalui pipa, baik saat pengangkutan maupun saat pembakaran; mudah dibakar dengan temperatur nyala yang tinggi. Untuk mendapatkan aquabat yang sesuai dengan sifat tersebut di atas, beberapa faktor yang berpengaruh di antaranya adalah jenis dan sifat permukaan batubara,distribusi ukuran partikel, jumlah batubara dalam aquabat, seerta jumlah dan jenis zat aditif. Penelitian pembuatan aquabat dari batubara peringkat rendah melalui proses upgrading, baik dengan UBC maupun HWD, pada umumnya stabil selama 9 minggu. Aquabat dengan menggunakan batubara hasil upgrading melalui proses UBC mempunyai kandungan batubara rata-rata 60,58%, sedangkan aquabat melalui proses HTD ratarata mencapai 61,2% masing-masing mempunyai viskositas < 1 Pa.s (Umar, 2007). Semakin tinggi kandungan batubara di dalam aquabat, semakin lama kestabilan yang dicapai dan semakin mudah aquabat tersebut untuk dibakar. Bagan alir proses pembuatan aquabat dapat dilihat pada Gambar 1. Aquabat Sebagai Bahan Bakar Boiler ; Datin Fatia Umar 5
Lignit/sub-bituminus aquabat Pencampuran: + air + aditif Upgrading:UBC/HTD Bituminus Gambar 1. Bagan alir pembuatan aquabat 3. PEMBAKARAN AQUABAT Pembakaran aquabat dilakukan dengan menyemprotkan aquabat menggunakan pompa ke tungku pembakaran yang telah dipanaskan terlebih dahulu (sistem injeksi). Komponen yang paling penting dalam proses pembakaran adalah burner, yaitu suatu alat untuk mengendalikan pencampuran udara dengan bahan bakar untuk menghasilkan nyala api yang stabil. Secara umum, proses pembakaran meliputi dua tahap, yaitu tahap penguapan air dan tahap penyalaan. Pada tahap penguapan, sesaat setelah aquabat disemprotkan ke tungku pembakar, batubara belum terbakar. Saat penguapan proses penyalaan tertunda dan dapat menurunkan suhu tungku. Oleh karena itu makin cepat waktu penguapan air, makin sempurna pembakaran aquabat. Untuk membantu mempercepat penguapan kandungan air dalam aquabat dapat digunakan udara pembakar yang telah dipanaskan terlebih dahulu. Dengan digunakannya udara panas sebagai udara pembakaran, maka peristiwa penguapan air menjadi lebih cepat. Penguapan air akan mengakibatkan jumlah uap air (H 2 O) naik dalam konsentrasi yang tinggi. Kehadiran uap air akan berfungsi sebagai katalis pada pembentukan radikal hidroksil (OH) yang bereaksi dengan gas CO dan partikel karbon yang terdapat dalam batubara, sehingga mempercepat proses penguapan dan pembakaran. Setelah proses penguapan air dalam aquabat, terjadi penyalaan/pembakaran batubara. Pada prinsipnya, pembakaran adalah reaksi antara karbon dan hidrogen yang ada dalam batubara, dengan oksigen dari udara yang menghasilkan karbondioksida dan uap air serta panas.jumlah oksigen yang diperlukan dalam pembakaran tersebut secara teoritis dapat dihitung dan disebut dengan kebutuhan stokhiometri. Pada kenyataannya karena proses pembakaran tidak mencapai keadaan ideal, diperlukan O 2 yang berlebih, yaitu udara yang dikonsumsi lebih besar dari kebutuhan teoritis. Oksigen yang berlebih ini disebut dengan excess air. Penelitian pembakaran aquabat telah dilakukan di Palimanan, Cirebon (Gambar 2). Hasilnya menunjukkan bahwa batubara hasil proses UBC maupun HTD dapat digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi aquabat dengan sifat alir dan sifat pembakaran yang baik. Aquabat dapat terbakar pada suhu awal tungku 600 C, dan mencapai kestabilan setelah 30 menit dengan suhu > 800ºC (Setiawan, dkk., 2008). Gambar 3 menunjukkan nyala api aquabat setelah mencapai kestabilannya. 6 M&E, Vol. 9, No. 3, September 2011
Gambar 2. Peralatan pembuatan dan pembakaran aquabat kapasitas 4 ton/hari Gambar 3. Nyala api aquabat 4. PENERAPAN TEKNOLOGI AQUABAT Pada masa yang akan datang pemakaian BBM pada industri diperkirakan akan tidak ekonomis lagi. Pada saat itu tungku-tungku uap dan fasilitasnya tidak akan berfungsi. Dilain pihak, tungku-tungku tersebut tidak dapat menerima bahan bakar batubara serbuk secara langsung, sehinggaaquabat merupakan pilihan yang tepat sebagai pengganti bahan bakar minyak karena karakteristik fisiknya tidak jauh berbeda. Selain itu, jika ada penggantian bahan bakar dari minyak ke batubara dalam bentuk aquabat, waktu start up lebih pendek karena dapat menggunakan fasilitas yang telah ada sebelumnya, yaitu fasilitas untuk bahan bakar dengan minyak berat. Aquabat sebagai bahan bakar berbasis batubara dengan sifat fisik berupa cairan/fluida dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti BBM, baik di industri maupun pembangkit listrik, terutama untuk industri yang menggunakan boiler dengan bahan bakar minyak berat (heavy oil), mengingat viskositas dan sifat alir (rheologi) CWM yang hampir sama dengan minyak berat. Penggunaan aquabat sebagai bahan bakar untuk boiler yang biasa menggunakan BBM, perlu adanya sedikit modifikasi yaitu dengan menambah tempat pembuangan abu sisa hasil pembakaran batubara. Begitu pula burner BBM diganti dengan burner aquabat. Penelitian penerapan aquabat sebagai bahan bakar telah dilakukan, diantaranya adalah untuk pembakaran bata merah sebagai bahan bakar langsung tanpa menggunakan boiler. Sedangkan uji coba aquabat sebagai bahan bakar boiler telah dilakukan untuk pengering bahan tekstil di Majalaya dan industri tahu di Bandung (Umar., dkk., 2002 dan Setiawan, dkk., 2010). Hasil menunjukkan bahwa secara teknis aquabat dapat digunakan sebagai bahan bakar boiler. Namun secara ekonomis, masih perlu dilakukan percobaan-percobaan lanjutan dalam skala yang lebih besar sehingga perhitungan keekonomiannya bisa lebih akurat. Aquabat Sebagai Bahan Bakar Boiler ; Datin Fatia Umar 7
5. PENUTUP Teknologi aquabat dari batubara peringkat rendah hasil proses upgrading merupakan karya pertama kali di Indonesia. Dengan menggunakan batubara peringkat rendah sebagai bahan baku, maka pemanfaatan batubara peringkat rendah dapat ditingkatkan. Aquabat dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler pada industri yang telah ada dan biasa menggunakan minyak berat sebagai bahan bakarnya, dengan tetap menggunakan fasilitas yang telah ada dan sedikit modifikasi pada ruang bakar dan burner. Sebagai bahan bakar baru, aquabat perlu diperkenalkan dan disosialisasikan secara luas dan terbuka terutama kepada industri-industri yang biasa menggunakan boiler dengan bahan bakar minyak berat. Pabrik aquabat dengan menggunakan batubara hasil proses HWD skala percontohan dengan kapasitas 10.000 ton/tahun sedang dibangun di Karawang, Jawa Barat yang merupakan kerja sama antara Pemerintah Indonesia cq Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral dan Pemerintah Jepang cq NEDO (The New Energy and Industrial Technology Development Organization) dengan pelaksananya Puslitbang tekmira dan PT JCF (JGC Coal Fuel). Pabrik tersebut dapat menjadi sarana untuk mempercepat penerapan aquabat di Indonesia dan juga untuk meningkatkan kemampuan para peneliti dan perekayasa khususnya di lingkungan Puslitbang tekmira dalam melakukan penelitian dan pengembangan pada skala yang lebih besar. Apabila pabrik aquabat akan ditingkatkan ke skala komersial, pemerintah melalui Direktorat Jenderal Mineral dan Batubara serta Direktorat Jenderal Minyak dan Gas Bumi, Kementerian ESDM perlu segera merancang/membuat peraturan tentang pengusahaannya. Selain itu, penggunaan aquabat sebagai bahan bakar boiler pengganti BBM, perlu adanya peraturan tentang sistem pendistribusian dan jaminan keberlangsungan pasokannya. DAFTAR PUSTAKA Deguchi, T., Shigehisa, T. and Shimasaki, K., 1999. Study on Upgraded Brown Coal Process for Indonesian Low Rank Coals, Proc. International Conference on Clean and Efficient Coal Technology In Power Generation, Indonesia. Setiawan, L., Umar, D.F., Kunrat T.S., Hudaya, K.H., Koswara, T., Widiastiti, M. dan Aat., 2010. Penerapan Teknologi Coal Water Fuel Pada Industri Pengguna Boiler, Laporan Intern Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara. Setiawan, L., Umar, D.F., Kunrat, T.S., Hanafiah, N., Atmini, S., Somadi, E. dan Gandamanah, I., 2008. Teknologi Pembuatan Dan Pembakaran Coal Water Fuel Skala Pilot 4 Ton/Hari Dari Batubara Hasil Proses Upgrading Brown Coal, Laporan Intern Puslitbang Teknologi Mineral Dan Batubara. Suyama. C., 2008. HWT-CS technology for Substitute for Fuel Oil. Proceedings of 7th Coaltech 2008. Technical and Policy Seminar. Terada, H., Koda, F. and Hishinuma, T., 1985. Overview: Status of Coal Liquid Fuel Technology In Asia, Proc. of The Second European Conference on Coal Liquid Mixture. Umar D.F., Komaruddin A.S., Atmini S., Mahfud A dan Mansyur R., 1993. Pengkajian Pembuatan Coal Water Fuel (CWM) dari Batubara Banko Sumatera Selatan, Laporan Teknik Penelitian No. 142, proyek pengembangan Teknologi Pengolahan Bahan Galian, Puslitbang Teknologi Mineral. Umar, D.F., 1997. The Effect of Coal Rank on Coal Water Fuel Stability, Indonesian Mining Journal, Vol. 3 No 2. Umar, D.F., Basyuni, Y. and Suganal, 2002. Application of Coal Water Technology for Textile Drying, Indonesian Mining Journal, Vol 8 No 4-5. 8 M&E, Vol. 9, No. 3, September 2011
Umar, D,F. dan Daulay, B., 2003. Uji Coba Peningkatan Kualitas Batubara Peringkat Rendah Dengan Proses UBC (Upgraded Brown Coal) Palimanan, Cirebon. Prosiding Kolokium Energi dan Sumber Daya Mineral. Umar, D.F., Usui, H. and Daulay, B., 2006. Preparation of Carbonized Biomass Water Mixture and Upgraded Brown Coal Water Mixture, Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 39, No. 11. Umar, D.F., Daulay, B., Usui, H., Suzuki, H. and Komoda, Y., 2007. Effect of Coal Upgrading on Rheology of Coal Water Mixture, Indonesian Mining Journal, Volume 10, No. 09. Usui. T., Tatsukawa T. and Usui H., 1999. Preparation Techniques of Coal Water Mixtures with Upgraded Low Rank Coals. Coal Preparation. 21. 161-176. Aquabat Sebagai Bahan Bakar Boiler ; Datin Fatia Umar 9