DAFTAR ISI Halaman JUDUL ABSTRAK LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR PERSETUJUAN KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... ii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 LatarBelakang... 1 1.2 RumusanMasalah... 3 1.3 BatasanMasalah... 3 1.4 Tujuan... 3 1.5 ManfaatPenelitian... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 4 2.1 Gasifikasi... 4 2.2 Faktor Yang Mempengaruhi Proses Gasifikasi... 6 2.3 Parameter-parameter Penting Dalam Proses Gasifikasi...7 2.3.1 Jumlah Udara Dibutuhkan Untuk Gasifikasi....8 2.3.2 Efisiensi Proses Gasifikasi.....9 2.3.3 Reduksi(Gasifikasi)... 10 2.4 Jenis-Jenis Reaktor Co-Gasifikasi... 12 2.5 Biomassa... 15 2.5.1 Biomassa RPH... 15 2.6 Fluidisasi... 16 2.6.1 Jenis-JenisFluidisasi... 16 2.6.2 Rumus-RumusUmumFluidisasi... 17 ii
2.7 Analisa Komposisi Bahan Bakar... 20 2.7.1 Analisa Proksimat... 21 2.7.2 Analisa Ultimat... 21 2.8 Pasir Silika... 23 2.9 Pembakaran Bahan Bakar... 24 2.9.1 Kebutuhan Bahan Bakar... 24 2.9.2 Waktu Konsumsi Bahan Bakar... 25 2.9.3 Kecepatan Udara... 25 BAB III METODE PENELITIAN... 27 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian... 27 3.2 Variabel Penelitian... 27 3.2.1 Variabel Bebas... 27 3.2.2 Variabel Terikat... 27 3.3 Pengujian Sample Bahan Bakar Limbah RPH... 27 3.3.1 Pengujian Analis Proksimat Dan UltimatLimbah RPH... 28 3.3.2 Pengujian Nilai Kalor Dengan Bom Kalorimeter... 31 3.4 Analisis Pengujian Sampel Bahan Bakar... 32 3.4.1 Hasil Analisis Ultimat RPH... 32 3.4.2 Hasil Analisis Proximat RPH... 32 3.4.3 Pengujian Nilai Kalor RPH... 33 3.5 Kebutuhan Udara Gasifikasi Limbah RPH... 34 3.5.1 Kebutuhan Udara Limbah RPH... 34 3.6 Bahan Penelitian... 35 3.7 Peralatan yang Digunakan... 36 3.8 Instalasi Penelitian... 40 3.9 Langkah-langkah Penelitian... 41 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 43 4.1 Data Hasil Penelitian... 43 4.2 Data Pengujian Gas Hasil Gasifikasi... 43 iii
4.3 Pengolahan Data Hasil Penelitian... 44 4.3.1 Menghitung Fuel Consumtion Rate Actual... 44 4.4 Distribusi Temperatur Reaktor... 46 4.5 Perhitungan Kandungan Gas Hasil Gasifikasi... 47 4.6 Analisis Perbandingan Variasi Komposisi Gas Terhadap FCR a... 52 4.7 Efisiensi Gas Mampu Bakar Hasil Gasifikasi... 53 BAB V KESIMPULAN... 57 5.1 Kesimpulan... 57 5.2 Saran... 57 DAFTAR PUSTAKA... 58 LAMPIRAN... 59 iv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Tahapan-tahapan Proses Gasifikasi... 4 Gambar 2.2 Skema Reaktor Bubbling Fluidized Bed... 13 Gambar 2.3 Skema Reaktor Circulating Fluidized Bed... 14 Gambar 2.4 Skema Reaktor Entrained Flow... 15 Gambar 2.5 Limbah RPH... 16 Gambar 2.6 Bom Kalorimeter... 23 Gambar 2.7 Pasir Silika... 24 Gambar 3.1 CHN 628... 28 Gambar 3.2 628 O... 29 Gambar 3.3 628 S... 29 Gambar 3.4 TGA 701... 30 Gambar 3.5 BomKalorimeter... 32 Gambar 3.6 Limbah RPH... 36 Gambar 3.7 Fuel Feed... 36 Gambar 3.8 Filter... 37 Gambar 3.9 Cooling Box... 37 Gambar 3.10 Heater,Thermo Start,Thermo Sensor, dan Box Panel... 38 Gambar 3.11 Flow Meter... 38 Gambar 3.12 Gas Analyzer IMR 1400 IR... 39 Gambar 3.13 Thermo Couple... 39 Gambar 3.14 Skematik Peralatan Eksperimen Fluidized Bed Gasifier... 40 Gambar 3.15 Alat Uji Fluidized Bed Gasifier... 40 Gambar 3.16 Langkah-langkah Penelitian... 42 v
Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur Gasifikasi... 46 Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi Gas Terhadap Persentase Kandungan Gas... 52 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Variasi Komposisi BB Terhadap FCR a... 52 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Variasi Bahan Bakar Terhadap Efisiensi Gas Mampu Bakar... 56 vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai HHV dan LHV Gas Mampu Bakar... 11 Tabel 2.2 Keunggulan dan Kekurangan & Jenis-jenis Fixed Bed Gasifier... 11 Tabel 2.3 Analisa Ultimat Berbagai Biomassa... 22 Tabel 3.1 Hasil Analisa Untimat Prosentase Kandungan N,C,H,S,O... 32 Tabel 3.2 Hasil Analisa Proximat Bahan Bakar... 33 Tabel 3.3 Hasil Pengujian Nilai Kalor Limbah RPH... 33 Tabel 4.1 Data Penelitian Berat Arang... 43 Tabel 4.2 Data Hasil Laboratorium Forensik Poltabes Denpasar... 43 Tabel 4.3 FCR actual Dari Masing-masing Komposisi Campuran Bahan Bakar... 45 Tabel 4.4 Persentase Kandungan Gas Hasil Gasifikasi... 50 Tabel 4.5 Kandungan Gas yang dihasilkan... 50 Tabel 4.6 Perbandingan Persentase Kandungan Gas Mampu Bakar... 51 Tabel 4.7 AFR dari masing-masing variasi kamposisi campuran gas... 53 Tabel 4.8 Total Energi Gas Output Pada Masing-masing variasi komposisi gas... 55 Tabel 4.9 Total Energi Input Pada Masing-masing variasi komposisi gas... 55 Tabel 4.10 Efisiensi Gas Hasil Gasifikasi Dari Masing-masing Campuran Gas... 56 vii
SISTEM GASIFIKASI FLUIDIZED BED BERBAHAN BAKAR LIMBAH RUMAH POTONG HEWAN (RPH) DENGAN MEDIA UAP AIR Oleh : I Wayan Sumartana Pembimbing : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT ABSTRAK Teknologi Gasifikasi Fluidized Bed merupakan salah satu teknologi alternative terbaik untuk mengkonversi bahan bakar padat (biomassa) menjadi gas mampu bakar secara termokimia dalam sebuah reaktor. Limbah yang di pakai dalam penilitian ini limbah sisa hasil pemotongan hewan (RPH) biomassa ini banyak ditemukan di sektor peternakan. Limbah ini sangat berbahaya jika dibuang di TPA. Reaktor Gasifikasi Fluidized Bed yang digunakan dalam penelitian berdiameter 5cm dan tinggi 60cm. Variasi campuran gas Uap Air (H 2 O) dan gas Nitrogen (N 2 ) yang diterapkan dalam penelitian ini adalah 30%:70%, 40%:60%, dan 60%:40%. Temperatur dalam penelitian ini adalah 400% C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase komposisi gas yang paling besar pada campuran gas (Variasi III) menghasilkan performansi yang terbaik. Dimana hasil yang diperoleh pada variasi III yaitu FCR a = 0,012 kg/jam, gas mampu bakar CO = 61,20%, H 2 = 21,79% dan distribusi temperatur pada adalah T 2 410 C, sedangkan T 1 adalah 370 C, dan T 3 adalah 256 C. Kata Kunci : Gasifikasi Fluidized bed, Limbah RPH, Gas H 2 O, Distribusi temperatur.
FLUIDIZED BED GASIFICATION SYSTEM BASED FUEL WASTE RPH WITH CUT H 2 O INERT GAS Author Guidence : I Wayan Sumartana : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.,Masc.,Ph.D. I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST.,MT. ABSTRACT Fluidized Bed Gasification technology is one of the best alternative technology for converting solid fuels (biomass) into a gas capable of thermochemical fuel in a reactor. Waste in use in this research waste (RPH) biomass which is commonly found in the livestock sector. This waste is very dangerous if disposed of landfills. Fluidized Bed Gasification reactor used for research diameter of 5cm with a height 60cm with a stainless steel material. Variations in H 2 O gas and Nitrogen gas is applied in research was 30%: 70%, 40%: 60% and 60%: 40%. Operating temperature in this study was 400 C. The results showed that the percentage composition of the gas is greatest in the gas mixture (Variation III) to produce the best performance. There the results in variation III, FCRA = 0.15 kg / hour, capable of fuel gas CO = 61.20%, H2 = 21.79% and the temperature distribution in T2 is 410 C, while the T1 is 370 C, and T3 is 256 C. Keywords: Fluidized Bed Gasification, waste RPH, H 2 O gas, temperature distribution.
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Krisis energi merupakan masalah yang sangat fundamental, khususnya bahan bakar minyak (BBM). Seiring dengan perkembangan teknologi, maka energi akan menipis bahkan terkuras habis ketahun-tahun mendatang. Membuat energi terbarukan merupakan salah satu cara untuk menangani masalah tersebut. Beberapa alternatif energi mulai dikembangkan, salah satunya adalah energi biomassa. Biomassa merupakan bahan organik yang bisa diperoleh dari alam yang berasal dari bahan yang hidup maupun yang sudah mati untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Biomassa dapat dimanfaatkan baik secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung, biomassa dapat digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan secara tidak langsung digunakan dengan cara diolah terlebih dahulu sehingga dapat memproduksi bahan bakar secara optimal. Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber energi, salah satunya adalah energi dari sektor peternakan. Sumber energi tersebut antara lain, limbah pemotongan hewan, limbah kotoran sapi, limbah sisa pakan ternak dan yang lainnya. Pemerintah Provinsi Bali mengembangkan bisnis pemotongan hewan, bisnis ini berkembang sangat pesat. Sehingga Rumah Pemotongan Hewan (RPH) ini menghasilkan limbah yang cukup banyak. Terbukti dalam sehari rata-rata 400 ekor sapi yang dipotong di RPH. Bali Tribune (2015). Limbah pemotongan hewan sangat berpotensi sebagai sumber energi, hal ini karena limbah ini sangat efektif dikonversikan dari biomassa menjadi gas yang mampu bakar sehingga limbah hasil dari pemotongan hewan ini termanfaatkan menjadi bahan bakar. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah metode gasifikasi. Gasifikasi adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termokimia menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang diperlukan untuk proses pembakaran dan dalam sebuah gasifikasi perlu adanya suatu media seperti udara, oksigen dan uap air. Salah satu metode gasifikasi yang paling
2 populer digunakan adalah metode fluidized bed (FB). Fluidized bed (FB) mengkonversikan secara termokimia bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas (syngas) diataranya CO, CH 4, H 2. Metode ini merupakan teknologi alternatif terbaik yang digunakan untuk mengkonversikan bahan bakar biomassa menjadi gas yang sifatnya mudah terbakar. Penelitian serupa dan beberapa pengaplikasian pembakaran gasifikasi fliudized bed (FB) diantaranya : Sujana, (2010) telah melakukan penelitian mengenai formasi gas buang pada pembakaran fludized bed sekam padi, dan Adiana, (2014) telah melakukan penelitian mengenai co-gasifikasi fliudized bed (FB) berbahan bakar bonggol jagung dan batubara. Penelitian yang dilakukan di atas menggunakan oksigen sebagai media gasifikasi. Pengembangan untuk penggunaan bahan bakar terbarukan seharusnya bisa terus berkembang seiring dengan dilakukan banyaknya penelitian jenis-jenis biomassa yang terdapat dan belum terpakai. Dalam penelitian ini akan dianalisis pengaruh sistem gasifikasi fluidized bed (FB) berbahan bakar limbah potong hewan dengan inert gas H 2 O, dan dalam penelitian ini media yang digunakan adalah uap air dan gas nitrogen dimana gas nitrogen ini hanya bersifat membilas dan membersihkan reaktor gasifikasi dari udara sekitar. Gas H 2 O dijadikan media gasifikasi yang mengacu pada water-gas reaction (C + H 2 O C O + H 2 ) dimana water-gas reaction adalah reaksi oksidasi parsial karbon oleh kukus yang dapat berasal dari bahan bakar padat itu sendiri (hasil pirolisis) maupun dari sumber yang berbeda, seperti uap air yang bercampur dengan udara dan uap yang diproduksi dari penguapan air dan mempercepat memperoleh produksi gas. Dari penelitian ini diharapkan dapat membantu mengurangi limbah sisa dari pemotongan hewan dengan memanfaatkannya sebagai sumber energi alternatif yang bersih dan ramah lingkungan. Dengan teknik gasifikasi pada sistem fluidized bed (FB) akan menghasilkan bahan bakar gas yang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin gas dimana turbin gas tersebut yang akan menghasilkan energi listrik.
3 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan pemaparan latar belakang di atas maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana performansi sistem gasifikasi fluidized bed (FB) berbahan bakar limbah potong hewan dengan variasi media uap air (H 2 O), performansi komposisi gas yang dihasilkan. 1.3 Batasan Masalah Agar pengujian yang dilakukan tidak terlalu melebar dari tujuan yang hendak dicapai, maka perlu ditentukan batasan masalah dari penelitian : 1. Temperatur lingkungan disekitar reaktor gasifikasi dianggap konstan. 2. Pengukuran yang dilakukan dalam keadaan steady state. 3. H 2 O yang diperoleh dari hasil penguapan alat Autoclave. 1.4 Tujuan Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui performansi dari sistem gasifikasi fluidized bed (FB) berbahan bakar limbah potong hewan dengan media uap air (H 2 O), performansi tersebut meliputi komposisi gas yang dihasilkan. 1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Mengolah sisa limbah pemotongan hewan sebagai pengganti bahan bakar fosil sebagai sumber energi. 2. Memotivasi penduduk sekitar untuk memanfaatkan limbah yang ada di lingkungan sekitar, untuk dijadikan sumber energi. 3. Hasil penelitian diharapkan dapat digunakan sebagai acuan untuk penelitian selanjutnya. 4. Mendukung program pemerintah dalam usaha mengurangi penggunaan bahan bakar fosil sebagai sumber energi utama.