BAB I PENDAHULUAN I. 1. Latar Belakang Secara umum ketergantungan manusia akan kebutuhan bahan bakar yang berasal dari fosil dari tahun ke tahun semakin meningkat, sedangkan ketersediaannya semakin berkurang atau menipis. Hal ini disebabkan karena pertambahan penduduk, kemajuan teknologi, dan peningkatan konsumsi energi di dunia. Peningkatan kebutuhan konsumsi energi tersebut tidak diiringi dengan kestabilan harga dan pasokan energi yang mencukupi, oleh sebab itu dicari berbagai inovasi untuk mendapatkan sumber energi selain dari energi yang berasal dari fosil. Dengan berbagai macam pengembangan energi alternatif telah dilakukan diantaranya biodiesel, bioetanol, biogas, dan lainnya. Teknologi dengan memanfaatkan biomassa merupakan salah satu cara untuk mengatasi krisis energi tersebut. Biomassa merupakan salah satu bentuk energi terbarukan yang tersedia dalam jumlah besar. Sumber biomassa terbesar biasanya berasal dari limbah pertanian diantaranya tandan kosong kelapa sawit, sekam, tongkol jagung, dan limbah pengolahan hasil perkebunan. Secara kajian umum, teknologi konversi biomassa menjadi bahan bakar dapat dibedakan menjadi tiga yaitu pembakaran langsung, konversi 1
termokimiawi dan konversi biokimiawi. Pembakaran langsung merupakan teknologi yang paling sederhana karena pada umumnya biomassa telah dapat langsung dibakar. Beberapa biomassa perlu dikeringkan terlebih dahulu dan didensifikasi untuk kepraktisan dalam penggunaan. Konversi termokimiawi merupakan teknologi yang memerlukan perlakuan thermal untuk memacu terjadinya reaksi kimia dalam menghasilkan bahan bakar. Sedangkan konversi biokimiawi merupakan teknologi konversi yang mengunakan bantuan mikroba dalam menghasilkan bahan bakar (Susanto, 2008). Teknologi gasifikasi biomassa merupakan suatu bentuk konversi energi yang terkandung di dalam biomassa. Proses gasifikasi berlangsung di dalam suatu reaktor yang disebut gasifier. Pada alat ini bahan bakar biomassa diurai di dalam reaktor (ruang bakar) dengan udara terbatas. Dengan kata lain, proses gasifikasi biomassa merupakan proses pembakaran tidak sempurna bahan baku padat biomassa, melibatkan reaksi antara oksigen secara terbatas dengan bahan bakar padat berupa biomassa. Uap air dan karbon dioksida hasil pembakaran direduksi menjadi gas yang mudah terbakar, yaitu karbon monoksida (CO), hidrogen (H2) dan methan (CH4). Gas gas produksi ini disebut synthetic gas atau syngas. Adapun jenis gasifier yang sederhana dan banyak digunakan adalah jenis updraft gasifier. Dengan adanya pergerakan udara dan bahan bakar menyebabkan biomassa mengalami serangkaian proses yaitu proses pengeringan, pirolisis, gasifikasi dan pembakaran. Keuntungan penggunaan 2
reaktor gasifikasi dengan tipe updraft adalah memiliki desain reaktor yang sederhana, mudah untuk penggunaan bahan bakar dengan ukuran yang kecil, dan efisiensi thermal yang tinggi. Akan tetapi kekurangan reaktor gasifikasi dengan tipe updraft adalah sensitifitas reaktor yang tinggi terhadap tar dan kandungan air dalam bahan bakar dan waktu penyalaan awal reaktor yang lama (Setiadi, 2009). Penelitian oleh Pusat Penelitian Fisika (Research Centre for Physics) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) (2010) menjelaskan bahwa proses gasifikasi merupakan proses pirolisa atau dekomposisi termal dimana rantai karbon dari biomassa terpecah menjadi gas-gas CO, CO2, CH4 dan H2. Proses dekomposisi termal dari biomassa dapat digunakan sebagai salah satu cara dalam menghasilkan gas bakar atau producer gas atau synthesis gas (syngas). Selama ini proses gasifikasi agak sulit dikontrol parameter operasinya karena banyaknya jumlah tar yang terbentuk yang menjadi masalah ketika dibuang kelingkungan. Untuk mengatasi hal tersebut, salah satu cara yang akhir-akhir ini mulai mendapat perhatian adalah penggunaan reaktor circulating fluidized bed (CFB). CFB mempunyai efisiensi yang tinggi dan dapat menghilangkan pembentukan tar karena adanya proses pembakaran tar yang terbentuk. Dapat dilihat permasalahan yang sering mempengaruhi kinerja gasifier adalah banyaknya jumlah tar yang dihasilkan.sehingga perlu adanya penelitian untuk mengurangi produksi tar untuk proses gasifikasi yang lebih efisien. 3
Penelitian oleh Shifany (2013), menggunakan updraft gasifier dengan menggunakan udara yang dipanaskan (pre-heating) sebagai suplai oksigen dalam proses pembakaran yang dengan menggunakan udara yang dipanaskan dan hasil penelitian menunjukkan bahwa input udara panas menaikkan suhu reaksi pada reaktor dan suhu output gas, serta menaikkan efektivitas proses gasifikasi, tetapi tidak mempengaruhi massa tar yang dapat dipisahkan. Variasi bukaan blower memiliki pengaruh yang nyata terhadap kinerja suhu reaktor dan suhu kompor pada updraft gasifier. Efektivitas terbaik ditunjukkan pada perlakuan non pre-heating dengan kecepatan udara 2,6 m/s yaitu sebesar 91 %. Pada penelitian sebelumnya terdapat tambahan atau input berupa udara panas pada updraft gasifier. Sedangkan penggunaan gas pirolisa yang telah dipanaskan oleh dinding reaktor guna peningkatan kinerja updraft gasifier belum pernah diuji. Karena itu akan dilakukan pengujian kinerja updraft gasifier yang dipengaruhi oleh re-sirkulasi dari gas pirolisa. Kinerja proses gasifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor yakni suhu, lama waktu, tekanan dan jumlah oksigen. Untuk mengetahui kinerja updraft gasifier tersebut dengan sekam padi sebagai bahan bakarnya serta mendapatkan input gas pirolisa dibutuhkan beberapa parameter pendukung sebagai barometer pengukuran kinerja alat. Hal ini bertujuan agar proses gasifikasi mampu bekerja secara optimal dan menghasilkan jumlah gas yang lebih banyak dan emisi yang lebih sedikit. 4
Pirolisis adalah proses dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Komponen utama biomassa adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin. Komponen ini akan terdekomposisi seiring dengan kenaikan suhu. Sehingga semakin tinggi laju pemanasan pada proses pirolisis akan mempercepat pembentukan produk yang mudah menguap, meningkatkan tekanan, dan waktu tinggal pendek dari produk yang menguap. Hasil ini akan mampu meningkatkan optimalisasi bahan dan pengurangan limbah dalam proses gasifikasi dengan proses resirgulasi gas hasil pirolisa yang diproses kembali serta dihembuskan kembali menuju zona reduksi dan pembakaran (Yokoyama, 2007). Gasifikasi adalah proses terjadinya perubahan bahan bakar padat berupa biomassa menjadi gas secara termokimia. Proses ini memanfaatkan panas dari reaksi pembakaran, pada reaksi yang terjadi diantaranya reaksi reduksi, pirolisis, drying (pengeringan) dan pembakaran yang akan menghasilkan gas CO, H2, CH4, CO2 dan N2 sebagai sumber energi. Sesuai hasil penelitian Kurniawan (2012), terdapat faktor yang mempengaruhi efisiensi dan kinerja gasifier. Faktor peningkatan suhu pada setiap zona gasifikasi akan meningkatkan gas bakar, CO dan H2 juga akan meningkat. Karena itu perlu adanya peningkatan suhu pada setiap zona gasifikasi. (karena 5
itu ditambahkan input gas pirolisa yang mengandung gas bakar dengan suhu tinggi utk meningkatkan suhu pembakaran reaktor). Pirolisis merupakan salah satu teknologi alternatif yang digunakan untuk mendapatkan sumber energi hidrokarbon. Proses pirolisis ini menghasilkan produk berupa asap cair, tar, arang dan minyak atsiri (Indah, 2010). Tar merupakan zat resin yang termodifikasi dan berbentuk cairan yang sangat kental dan berwarna hitam. Tar dalam gas produser akan mengembun pada suhu tertentu dan akan menempel pada dinding pada gasifier. Jumlah tar yang melebihi tingkat tertentu akan mengurangi kinerja gasifier dan mempengaruhi suhu serta gas hasil pada proses gasifikasi. Penambahan gas pirolisa sebagai input pada zona reduksi ini bertujuan untuk meningkatkan suhu pada zona pembakaran yang pada akhirnya akan menghasilkan fraksi updraft gas yang besar, maka diiringi kenaikan suhu zone reduksi. Pengambilan gas pada zone pyrolysis updraft gasifier akan mengakibatkan sebagian hasil tar terbawa oleh aliran blower. Sehingga akan menurunkan pembentukan tar dengan turunnya temperature zone pyrolysis dan terjadi dua kali proses penguraian tar terjadi pada saat tar yang terbawa resirkulasi gas pirolisa. Sehingga hasil syngas (H2+CO) yang dihasilkan seharusnya lebih besar. 6
I. 2. Batasan Masalah Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja updraft gasifier dengan biomassa sekam menggunakan penambahan gas pirolisa sebagai inputnya. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan proses oksidasi yang baik pada reaktor gasifikasi agar material dari bahan bakar yang mengandung karbon tertentu dapat menghasilkan gas bakar efesien serta ekonomis dan higienis dengan bahan bakar biomassa sekam padi. Untuk pengujian kinerja updraft gasifier dengan menggunakan gas pirolisa sebagai inputnya, Uji kinerja ini dipengaruhi oleh bukaan lubang input udara dan gas pirolisa yang ditambahkan pada updraft gasifier. Dalam hal ini, batasan masalah dibatasi terhadap variasi bukaan udara dan bukaan pirolisa. Bahan bakar biomassa telah ditetapkan pada jumlah tertentu dan tidak menjadi parameter kinerja. Perlakuan bahan dijemur sebelum digunakan dalam pengujian dan tidak dilakukan pengujian kadar air. Parameter kinerja updraft gasifier yang diukur antara lain : suhu pada kompor, suhu reaktor, suhu gas, waktu efektif, waktu operasi proses gasifikasi, massa tar, massa sisa bahan dan frekuensi pengadukan sebagai indikator kinerja gasifier. Dalam pengambilan tar hanya diambil pada bagian cyclone. Tidak dilakukan perhitungan energi output proses gasifikasi. 7
I. 3. Tujuan I.3.1. Tujuan Umum Memperbaiki kinerja gasifikasi biomassa menggunakan updraft gasifier melalui proses resirkulasi gas pirolisa. I.3.2. Tujuan Khusus Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh resirkulasi gas pirolisa terhadap kinerja updraft gasifier dengan variabel berupa suhu pembakaran pada reaktor, suhu gas, suhu kompor, waktu efektif, waktu operasional, sisa tar dan sisa bahan. 2. Mengetahui pengaruh interaksi variasi bukaan udara dan bukaan gas pirolisa terhadap suhu pembakaran pada reaktor, suhu gas, suhu kompor, waktu efektif, waktu operasional, sisa tar dan sisa bahan sebagai indikator kinerja updraft gasifier. I. 4. Manfaat Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai perbaikan operasional updraft gasifier. 8