1 BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Sampai saat ini, Indonesia masih menghadapi persoalan dalam mencapai target pembangunan bidang energi. Ketergantungan terhadap energi fosil terutama minyak bumi dalam pemenuhan konsumsi di dalam negeri masih tinggi yaitu sebesar 96% (minyak bumi 48%, gas 18% dan batubara 30%) dari total konsumsi dan upaya untuk memaksimalkan pemanfaatan energi terbarukan belum dapat berjalan sebagaimana yang direncanakan. Tingginya konsumsi energi fosil tersebut diakibatkan oleh subsidi sehingga harga energi menjadi murah dan masyarakat cenderung boros dalam menggunakan energi. Di sisi lain, Indonesia menghadapi penurunan cadangan energi fosil yang terus terjadi dan belum dapat diimbangi dengan penemuan cadangan baru. sedangkan keterbatasan infrastruktur energi yang tersedia juga membatasi akses masyarakat terhadap energi. Akibatnya, pemerintah telah menerbitkan kebijakan untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil guna mengurangi ketegantungan terhadap bahan bakar fosil. Ketersediaan energi yang berkesinambungan, handal, terjangkau dan ramah lingkungan merupakan hal yang fundamental dalam membangun industri energi yang bisa mendukung perkembangan ekonomi dan sosial suatu negara. Beranjak dari hal tersebut, beberapa negara termasuk Indonesia telah mulai memanfaatkan energi baru terbarukan (EBT) sebagai pengganti energi fosil yang cadangannya mulai menipis. Tidak seperti negara-negara maju, pengembangan EBT di indonesia hingga saat ini masih belum begitu menggembirakan. Pengembangan energi alternatif yang lebih murah dan dapat diperbarui sangat dibutuhkan untuk menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi utama. Salah satu jenis yang saat ini sedang marak dikembangkan adalah biomass energy, yang merupakan hasil pemanfaatan bahan biologis telah mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar. 1
2 Berbagai macam teknologi pemanfaatan limbah biomassa telah banyak dikembangkan, seperti gasifikasi, pembakaran, pirolisis, thermochemical, fermentasi, biochemical dll. Masing-masing memiliki cara tersendiri dalam memanfaatkan biomassa. Tabel 1.1 memperlihatkan potensi biomassa di wilayah Indonesia. Tabel 1. 1 Potensi Sumber Daya Energi di Indonesia (Sumber: Kementerian ESDM, diolah kembali DEN, 2013) Potensi biomassa mencapai 32.654 Mw, dengan kapasitas terpasang 1.716 Mw. Limbah yang berasal dari hewan maupun tumbuhan memiliki potensial untuk dikembangkan. Potensi lainnya adalah tanaman pangan dan perkebunan yang menghasilkan limbah cukup besar dan dapat dipergunakan untuk keperluan lain seperti bahan bakar nabati. Potensi biomassa mencapai 32.654 Mw, dengan kapasitas terpasang 1.716 Mw. Melihat dari potensi biomassa yang dimiliki Indonesia maka perlu dimanfaatkan dengan baik melalui teknologi konversi energi dari biomassa menjadi biofuel. Gasifikasi merupakan salah satu jenis teknologi yang cukup menjanjikan diantara berbagai teknologi yang diusulkan untuk mengkonversi biomassa menjadi energi. Proses gasifikasi adalah proses pengkonversian biomassa padat yang mengandung karbon menjadi gas yang combustible yang bisa dimanfaatkan langsung sebagai bahan bakar mesin. Pada dasarnya proses gasifikasi biomassa terdiri atas 4 tahapan utama, yaitu drying (pengeringan), pirolisis, oksidasi parsial dan reduksi dimana masing-masing memiliki karakteristik tersendiri.
3 Gasifikasi menjadi sebuah metode yang paling tepat untuk mengkonversi bahan baku biomassa menjadi bahan bakar gas. Namun untuk bahan baku biomassa yang mengandung kadar air tinggi dan tingkat kompleksitas dari matriks selulosa seperti empty fruit bunch kelapa sawit yang tumbuh pesat di daerah iklim tropis, gasifikasi harus dilakukan dengan proses hidrolisis di dalam air superkritis (supercritical water) atau disebut sebagai proses supercritical water gasification. Penelitian pada skala laboratorium, salah satu pengembangannya dilakukan oleh tim riset Program Universitas Gadjah Mada yang dikoordinatori oleh Dr. Adhika Widyaparaga, S.T, M. Biomed.Sc. di Laboratorium Konversi Energi Program Studi Teknik Mesin. Penelitian ini dirancang dengan reaktor mini berkapasitas 280 ml dan diisi dengan biomassa berupa empty fruit bunch kelapa sawit. Selanjutnya reaktor tersebut dipanasi dengan sebuah heater berdaya 3000 Watt yang diharapkan mampu memanaskan spesimen di dalam reaktor di atas kondisi superkritis suhu 400 o C dan tekanan 25 MPa. Dalam studi ini, biomassa yang di proses gasifikasi dalam kondisi air superkritis dapat memperoleh gas yang terdiri dari hidrogen, karbon dioksida, metana, karbon monoksida dan sejumlah kecil etana dan etilen. Keuntungan yang didapat dari kondisi superkritis ini adalah produksi hidrogen yang banyak dan metana dan karbon monoksida yang sedikit. Dengan demikian, SCWG (Supercritical Water Gasification) adalah metode yang sangat efisien untuk produksi hidrogen terbarukan. Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar gas dan beberapa manfaat lain yang dihasilkan adalah untuk hidrogenasi biodiesel untuk meningkatkan stabilitas biodiesel agar tidak mudah teroksidasi. Konversi biomassa oleh proses gasifikasi dalam air superkritis adalah teknologi dengan potensi besar, penelitian harus mengevaluasi pengaruh parameter operasional utama, seperti tekanan, temperatur, waktu tinggal, desain reaktor dan tingkat pemanasan, untuk biomasa dengan hasil produksi biohidrogen tinggi demi mendukung energi yang lebih bersih.
4 Rumusan Masalah Dari latar belakang yang diangkat, dapat diuraikan masalah yang ada yaitu bagaimana cara meningkatkan produksi gas hidrogen. Muncul hipotesis apakah suhu, volume air, dan jumlah katalis NiO/Al2O3-CaO yang diberikan berpengaruh pada hasil percobaan, berikut detail rumusan masalahnya: 1. Bagaimana cara cangkang dan empty fruit bunch kelapa sawit direaksikan dengan air (H2O) di dalam reaktor pada kondisi superkritis? 2. Bagaimana distribusi kenaikan suhu reaktor terhadap presentase hasil gas? 3. Bagaimana pengaruh jumlah biomassa TKKS pada saat gasifikasi terhadap persentase hasil gas? 4. Bagaimana pengaruh jumlah katalis NiO/Al2O3-CaO yang berfungsi untuk mempercepat reaksi terhadap presentase hasil gas? 5. Bagaimana nilai kalor tiap sampel gas pengujian, heat rate dan efisiensi proses Super Critical Water Gasification pada alat penelitian ini? Batasan Masalah Hal ini diperlukan untuk mendapatkan hasil penelitian yang tepat sasaran sehingga perlu adanya pembatasan masalah. Adapun batasan masalah yang digunakan adalah sebagi berikut: 1. Proses Super Critical Water Gasification (SCWG) yang diamati adalah proses dengan alat SCWG dengan temperature dan tekanan kritis dan ada di Laboratorium Konversi Energi Departemen Teknik Mesin dan Industri UGM. 2. Analisis yang dilakukan berdasarkan data suhu, tekanan dan konsentrasi hasil gas dari percobaan alat Super Critical Water Gasification (SCWG) yang ada di Laboratorium Konversi Energi Departemen Teknik Mesin dan Industri UGM. 3. Spesimen yang digunakan dalam proses Super Critical Water Gasification (SCWG) adalah empty fruit bunch kelapa sawit. 4. Katalis yang digunakan adalah NiO/Al2O3-CaO yang dibuat di laboratorium Departemen Teknik Kimia UGM.
5 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengetahui apa saja yang dihasilkan jika empty fruit bunch kelapa sawit direaksikan dengan air (H2O) dan katalis NiO/Al2O3-CaO di dalam reaktor pada kondisi superkritis. 2. Mendapatkan hubungan antara jumlah biomassa TKKS dengan persentase gas yang dihasilkan. 3. Mendapatkan hubungan antara jumlah katalis dengan persentase gas yang dihasilkan. 4. Mengetahui nilai kalor masing-masing gas hasil pengujian gasifikasi biomassa tanpa katalis maupun dengan katalis. 5. Mengetahui heat rate Super Critical Water Gasification (SCWG) pada alat yang digunakan dalam penelitian 6. Mengetahui efisiensi Super Critical Water Gasification (SCWG) pada alat yang digunakan dalam penelitian. Manfaat Penelitian Pada penelitian ini, manfaat yang akan diperoleh adalah sebagai berikut : 1. Memberikan gambaran dan pemahaman tentang proses Super Critical Water Gasification (SCWG). 2. Mengetahui reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam proses Super Critical Water Gasification (SCWG). 3. Menjadi acuan untuk mengatur suhu, biomassa, volume air, dan jumlah katalis dalam proses Super Critical Water Gasification (SCWG). 4. Mengetahui pengaruh penambahan volume air dan jumlah katalis terhadap presentase gas yang dihasilkan. 5. Mengetahui perhitungan nilai kalor gas, heat rate, dan efisiensi Super Critical Water Gasification (SCWG).
6 Sistematika Penulisan Tahapan-tahapan penulisan yang dilakukan dalam penulisan penelitian ini dibahas dalam beberapa bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I Berisikan tentang pendahuluan yang mencakup latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan. BAB II Berisikan tinjauan pustaka berupa hasil penelitian terdahulu tentang gasifikasi air superkritis biomassa tanpa katalis dan menggunakan katalis. BAB III Berisikan teori-teori dasar tentang proses terjadinya gasifikasi air superkritis biomassa dan persamaan-persamaan yang digunakan. BAB IV Membahas metodologi yaitu bagaimana cara yang dilakukan untuk melakukan penelitian. BAB V Membahas dan menganalisis hasil penelitian secara detail berdasarkan tujuan dan batasan masalah yang sudah ditetapkan. BAB VI Berisikan penutup yang terdiri dari kesimpulan dan saran.