Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol.
11 No.
2 Tahun 2023
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
Kajian Teknologi Gasifikasi Biomassa/Sampah Untuk Produksi Syngas dan Listrik Berkelanjutan Muhammad Arief Saputro1.
Mochamad Syamsiro1.
Bayu Megaprastio1.
Feri Febriana Laksana2 Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Janabadra Jl.
Mataram No 55-57 Yogyakarta.
Telp/fax : 0274-561039.
Prodi Teknik Komputer Fakultas Teknologi Informasi Universitas Nahdlatul Ulama (UNU) Yogyakarta Jl.
Lowanu No.
47 Yogyakarta.
Telp/fax : 0274-419769 email: syamsiro@janabadra.
ABSTRAK
Pada zaman modern ini energi listrik merupakan energi yang paling dibutuhkan.
Karena banyak alat yang sumber tenaganya dari listrik.
Maka dari itu, harus diimbangi dengan ketersediaan listrik yang memadai.
Maka membutuhkan sebuah pembangkit listrik untuk menyediakan energi listrik yang cukup.
Salah satu teknologi yang menjanjikan ke depannya adalah teknologi gasifikasi tipe downdraft, dimana biomassa dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakarnya yang ketersediaannya di Indonesia sangat melimpah.
Beberapa biomassa yang dapat dimanfaatkan yaitu sekam padi, serabut kelapa, tempurung kelapa, limbah sawit, sampah perkotaan.
Berdasarkan hasil kajian literatur terkait komposisi dan nilai kalor syn-gas yang dihasilkan, maka biomassa yang paling mudah tergasifikasi yaitu gabungan antara daun kelapa sawit / oil palm frond (OPF) dan cangkang inti sawit / palm kernel shell (PKS) dengan perbandingan 20/80.
Dengan perbandingan komposisi tersebut dapat menghasilkan syn-gas dengan komposisi 21% CO, 3% CH4, dan 17% H2.
Dan untuk nilai kalornya sebesar 5850 kJ/m3.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa jenis feedstock biomassa sangat berpengaruh terhadap komposisi dan nilai kalor syn-gas yang dihasilkan.
Karena setiap jenis biomassa menghasilkan karakteristik syn-gas yang berbeda-beda.
Kata kunci: biomassa, downdraft, gasifikasi, komposisi gas, nilai kalor.
ABSTRACT
In this modern era, electrical energy is the most needed energy.
Because a lot of equipment is powered by As a result, it must be balanced in relation to the availability of electrical energy.
To provide enough electrical energy, a power plant is required.
One of the promising technologies in the future is the downdraft gasification technology, where biomass can be used as a very abundant fuel in Indonesia.
Rice husk, coconut fiber, coconut shell, palm oil waste, and urban waste are some of the biomass materials used.
Based on the results of a literature review regarding the composition and calorific value of the syn-gas produced, the easiest biomass to gasify is a combination of palm fronds/palm fronds (OPF) and palm kernel shells (PKS) with a ratio of 20/80.
With this composition ratio, it is possible to produce syn-gas with a composition of 21% CO, 3% CH4, and 17% H2 with a heating value of 5850 kJ/m3.
It can be concluded that the type of biomass feedstock greatly influences the composition and calorific value of the syn-gas produced.
Because each type of biomass produces different syn-gas characteristics.
Keywords: biomass, downdrafts, gasification, gas composition, heating value.
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol.
11 No.
2 Tahun 2023
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
PENDAHULUAN
Latar Belakang Energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan untuk saat ini.
Karena sangat banyak peralatan yang memanfaatkan energi listrik sebagai sumber tenaganya.
Baik itu peralatan rumah tangga sederhana hingga alat-alat yang digunakan di pabrik-pabrik besar.
Tidak terkecuali di Indonesia yang masyarakatnya sudah bergantung pada energi listrik untuk menjalankan kehidupan sehari-harinya.
Konsumsi listrik di Indonesia dapa dilihat pada Gambar 1.
Pada Gambar 1.
tersebut dapat dilihat bahwa mulai dari tahun 2015-2021 konsumsi listrik di Indonesia terus meningkat.
Bahkan di tahun 2021 konsumsi listrik di Indonesia mencapai 1.
109 kilowatt jam .
per Teknologi Gasifikasi Proses Gasifikasi Gasifikasi merupakan proses termokimia yang mengubah bahan organik atau bahan yang mengandung karbon menjadi gas yang dapat dimanfaatkan kembali yang kemudian disebut dengan synthesis gas .
yn-ga.
(Basu, 2.
Syngas tersebut biasanya terdiri dari CO.
H2.
CO2, dan CH4.
Kandungan tersebut dapat berubahubah tergantung dari unsur utama gasifikasi yaitu campuran udara .
ksigen, uap air, dan CO.
pada temperatur di atas 700AC.
Terdapat 4 langkah utama yang biasa terdapat dalam proses gasifikasi ini yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi (Pambudi dkk.
, 2.
(Guan dkk.
, 2.
Langkah yang pertama pemanasan/ pengeringan.
Pada langkah ini biomassa diuapkan untuk mengurangi kadar airnya.
Untuk beberapa tipe biomassa yang masih segar biasanya mengandung 30-60% kadar air di dalamnya.
Maka biomassa dikeringkan dengan cara memanaskan biomassa yang terkadang hingga mencapai temperatur 200AC sampai kadar airnya turun menjadi di bawah 15% yang merupakan kadar kelembaban yang optimal untuk dilakukan proses gasifikasi (Dhyani & Bhaskar, 2.
(Guan dkk.
, 2.
Langkah yang kedua yaitu dekomposisi atau Pada proses ini biomassa akan terurai menjadi senyawa volatil dan residu padat.
Senyawa volatil terdiri dari molekul gas kecil dan produk cair yang disebut dengan tar.
Dan komponen utamanya yaitu padatan yang mengandung karbon dan tidak dapat diuraikan lagi disebut arang .
Tahap pirolisis membutuhkan temperatur mulai dari 220AC (Sansaniwal dkk.
, 2.
(Nur dkk.
, 2.
Dengan adanya unsur utama gasifikasi .
maka akan terjadi oksidasi atau pembakaran parsial yang merupakan langkah ketiga dalam proses gasifikasi.
Langkah reduksi terjadi dengan adanya unsur utama gasifikasi lainnya seperti uap air dan CO2, dimana senyawa volatil dan arang akan bereaksi dengan unsur utama gasifikasi tersebut untuk menghasilkan CO,CH4, dan H2.
Ini adalah reaksi endotermik yang biasanya terjadi pada temperatur di atas Konsumsi Listrik Indonesia .
52021*) kWh/Kapita Gambar 1.
Konsumsi Listrik di Indonesia (Situmorang dkk.
, 2.
Mengingat hal tersebut, maka harus diimbangi dengan ketersediaan pasokan listrik yang dapat digunakan.
Untuk membangkitkan energi listrik dapat menggunakan generator Biasanya, generator listrik ini bergantung pada jenis bahan bakar tertentu, seperti bensin, solar, gas alami, batu bara, energi nuklir, dan lainlain.
Indonesia merupakan negara tropis sehingga terdapat banyak sumber yang dapat dijadikan sebagai biomassa.
Diantaranya yaitu tanaman pertanian dan residu, tanaman energi khusus, limbah dan residu industri, residu hewan, sampah perkotaan dll.
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol.
11 No.
2 Tahun 2023
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
800AC.
Kemudian residu terakhir yang tersisa di gasifier berupa abu (Ramos dkk.
, 2.
Jadi secara umum proses gasifikasi melibatkan banyak reaksi yang terjadi secara hampir bersamaan.
Beberapa reaksi merupakan reaksi endotermik dan yang lainnya reaksi Reaksi eksotermik juga dapat memasok panas untuk reaksi endotermik.
sampah bergerak ke arah yang sama.
Sebagian sampah terbakar dan jatuh melewati gasifier throat dan membentuk bed.
Downdraft gasifier dapat digunakan untuk feedstock berkadar air sebanyak 25%.
Temperatur tertinggi terjadi di bawah zona pembakaran.
Udara dan tar yang terbentuk melalui proses pirolisis kemudian mengalir ke bawah, memberikan pembakaran tambahan sehingga produk gas keluaran dapat mencapai suhu 1000 Ae 1400 AC (Sikarwar dkk.
Mesin Gasifier Pada proses gasifikasi membutuhkan sebuah mesin yang biasa disebut dengan gasifier.
Salah satu jenis gasifier yang digunakan pada penelitian ini yaitu Fixed bed gasifiers .
pdraft dan Pada reaktor ini sampah ditempatkan pada hampir seluruh reaktor dan oksigen gasifikasi di alirkan melalui sampah tersebut sehingga terdapat beberapa zona seperti pengeringan, pirolisis, reduksi, dan oksidasi.
Terdapat dua jenis fixed bed gasifiers, dimana perbedaan kedua jenis ini dapat terlihat dari arah aliran oksigen gasifikasi.
Yang pertama yaitu Sistem updraft fixed bed gasifiers, pada sistem updraft ini sampah dimasukkan dari bagian atas reaktor dan oksidan gasifikasi dialirkan dari arah bawah sehingga sampah bergerak relatif berlawan arah dengan Sampah dikeringkan pada bagian atas sehingga material dalam keadaan basah dapat Menurut Rivas (Rivas, 2.
, updraft gasifier dapat digunakan untuk feedstock berkadar air sebanyak 60%.
Sampah dapat dimasukkan ke dalam reaktor dari atas, kemudian media gasifikasi .
dimasukkan dari bawah reaktor.
Produk berbentuk gas dialirkan keluar melalui lubang di atas, sedangkan produk padatan terkumpul di bawah reaktor.
Temperatur tertinggi dihasilkan dekat dengan rangka bakar, dimana oksigen bertemu dengan feedstock.
Gas panas kemudian mengalir ke atas, memberikan energi panas untuk reaksi endotermik gasifikasi.
Dari semua jenis gasifier yang ada, reaktor tipe Updraft merupakan reaktor yang paling sederhana dan mudah diaplikasikan di masyarakat sebagai pengganti gas LPG untuk kebutuhan memasak sehari-hari (Widyawidura dkk.
, 2.
Yang kedua ada sistem downdraft fixed bed gasifier, yang pada sistem ini sampah dimasukkan dari bagian atas reaktor dan media gasifikasi dialirkan dari samping dan atas sehingga gas dan Gambar 2.
Perbedaan Updraft Gasifier .
dan Downdraft Gasifier .
(Nizar.
Biomassa Biomassa biasanya berasal dari tumbuhtumbhan dan hewan (Dhyani dan Bhaskar, 2.
Menurut Syamsiro (Syamsiro, 2.
, bahan bakar padat biomassa mempunyai densitas massa dan energi yang relatif rendah.
Beberapa contoh biomassa yang biasa digunakan untuk bahan bakar gasifier yaitu sekam padi, serabut kelapa, tempurung kelapa, dan lain-lain.
Dari beberapa material tersebut juga menghasilkan komposisi dan karakteristik gas yang berbeda beda juga.
Sebagai contoh dapat dilihat pada karakteristik minyak nabati yang tidak memungkinkan penggunaannya secara langsung karena terdapat asam lemak bebas, gum dan viskositasnya tinggi sehingga dapat mengganggu performa mesin diesel dan dapat mengakibatkan pengendapan pada mesin diesel.
Oleh karena itu sebagai bahan bakar sehingga diperlukan suatu proses untuk mengubah minyak nabati menjadi bahan bakar, salah satunya yaitu dengan proses pirolisis.
Berbeda dengan bioetanol perlu dimurnikan lagi hingga mencapai 99% yang lazim disebut fuel grade etanol (FGE).
Proses pemurnian dengan prinsip dehidrasi umumnya dilakukan Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol.
11 No.
2 Tahun 2023
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
dengan metode molecular sieve, untuk memisahkan air dari senyawa etanol (Herlambang , 2.
Selain pengaruh dari material itu sendiri, komposisi perbandingan udara dan bahan bakar pun juga mempengaruhi yang sering disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR).
Selain AFR, ukuran biomassa yang masuk ke dalam gasifier pun dapat mempengaruhi kualitas syn-gas yang dihasilkan (Hadi dan Darsopuspito.
Semakin kecil ukuran biomassa maka akan semakin mudah terbakar dan efisiensi gasifikasi lebih besar (Najib dan Darsopuspito, 2.
Maka dari itu perlu adanya pemrosesan awal biomassa sebelum dimasukkan ke dalam gasifier (Ruiz , 2.
Salah satunya yaitu dengan mencacah biomassa menjadi ukuran yang lebih kecil dan bervariasi untuk mengetahui ukuran terbaik sebagai bahan bakar gasifier.
dalam penelitian ini yaitu komposisi syn-gas dengan menggunakan chromatography gas.
Komposisi % CH4
CO2
nilai AFR Gambar 4.
Grafik Hubungan Variasi Nilai AFR Terhadap Komposisi Syn-gas (Diaz , 2.
Dari penelitian tersebut mendapat hasil bahwa kualitas syn-gas terbaik pada variasi AFR 1,35 dengan komposisi CH4 12,90%.
CO 12,50%.
H2 5,78%.
Semakin meningkat temperatur pirolisis, maka jumlah char yang dihasilkan akan semakin menurun.
Jumlah char yang dihasilkan pada pirolisis sangat berkaitan pada komposisi flammable gas.
Pada penelitian ini nilai AFR optimal sebesar 1,35 dengan nilai LHV tertinggi yaitu 5051.
244 kJ/m3 .
Ketika melebihi batas AFR gasifikasi maka nilai LHV syn-gas yang dihasilkan semakin menurun.
Penelitian yang lain tentang sekam padi juga dilakukan oleh M.
aAoarif.
Sari, dan Syamsiro (MaAoarif dkk.
, 2.
yang dimanfaatkan untuk merancang PLTD sistem dual fuel berkapasitas 50 kVA.
Dalam penelitian tersebut menjelaskan bahwa ketersediaan sekam padi cukup untuk bahan bakar gasifier yang dikombinasikan dengan solar.
Bahkan terdapat listrik yang tidak didistribusikan sebagai cadangan dan untuk penerangan jalan umum.
Dalam pemanfaatan kelapa sawit, tidak hanya buahnya yang dijadikan bahan bakar.
Dalam penelitian Moni.
Sulaiman, dan Baheta (Moni dkk.
, 2.
memanfaatkan daun kelapa sawit / oil palm frond (OPF) yang digabung dengan 3 jenis limbah sawit yang lain.
Diantaranya tandan buah kosong / empty fruit bunch (EFB), serat mesokarp sawit / palm mesocarp fiber (PMF) dan cangkang inti sawit / palm kernel shell (PKS).
Karena dalam Peforma Gasifikasi Untuk dapat mengetahui komposisi syn-gas yang mampu bakar dan mempunyai nilai kalor yang tinggi, maka perlu dilakukan uji performa Dengan meninjau beberapa penelitian tentang gasifikasi biomassa yang ada, maka kita dapat menentukan biomassa apa dan metode mana yang paling tepat yang dapat digunakan untuk memproduksi syn-gas dan listrik secara Bisa dilihat pada penelitian Diaz dkk .
menggunakan bahan sekam padi pada downdraft throatless gasifier yaitu gasifier dengan satu saluran udara masuk.
Gambar 3.
Alat Uji Gasifier Tipe Downdraft (Nizar, 2.
Kemudian memvariasikan AFR yang dimasukkan ke dalam reaktor dengan nilai 1,08.
1,35.
1,62, dan 1,90.
Parameter yang diukur Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol.
11 No.
2 Tahun 2023
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
praktiknya limbah sawit terbagi ke dalam persentase berikut.
PMF
bahan bakar gasifikasi alternatif.
Perbandingan campuran tidak berpengaruh secara signifikan terhadap kualitas syn-gas yang dihasilkan.
PKS
EFB
Komposisi % OPF
OPF-EFB
OPF-PMF
OPF-PKS
Jenis campuran Gambar 5.
Perbandingan Residu Biomassa dari Industri Kelapa Sawit di Malaysia (Moni dkk.
, 2.
CO2
CH4
Gambar 6.
Komposisi Syn-gas dari Campuran OPF-EFB.
OPF-PMF, dan OPF-PKS (Moni dkk.
, 2.
Untuk perbandingan campuran yang dimasukkan ke dalam reaktor yaitu setiap biomassa di campur dengan OPF karena OPF memiliki persentase terbesar di antara yang Yang pertama yaitu campuran antara OPF dan EFB dengan perbandingan 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80, 0/100.
Perbandingan yang sama juga di terapkan pada campuran OPF dengan PMF, begitu juga dengan campuran OPF dengan PKS.
Semua bahan bakar yang akan digunakan telah dikeringkan pada suhu 105 0,1 AC selama 24 jam.
Lalu digiling menggunakan granulator menjadi ukuran 1-5 mm.
Selanjutnya semua bahan bakar yang telah di campur di masukkan ke dalam reaktor gasifier tipe Kualitas syn-gas yang dihasilkan dapat dilihat dari komposisi syn-gas yang dihasilkan dan nilai kalor dari syn-gas tersebut.
Untuk nilai kalor pada penelitian kali ini menggunakan metode nilai kalor yang lebih tinggi / Higher Heating Value (HHV).
Komposisi syn-gas yang dihasilkan dari masing-masing campuran dapat dilihat pada beberapa gambar berikut ini.
Untuk HHV dari syn-gas yang dihasilkan masing-masing campuran dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Untuk memenuhi standar, maka nilai HHV yang dihasilkan minimal 4,5-5,5.
Ditinjau dari komposisi dan nilai HHV syngas masing-masing campuran maka dapat disimpulkan bahwa kualitas syn-gas memenuhi semua persyaratan dan dapat diterima sebagai MJ/NM3 OPF-EFB
OPF-PMF
OPF-PKS
Jenis Campuran Gambar 7.
HHV dari Syn-gas yang Dihasilkan Masing-Masing campuran (Moni , 2.
Biomassa yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar gasifier yaitu biomassa sampah Seperti penelitian yang dilakukan oleh Yuda Pratama.
Winaya.
Suryawan (Yuda Pratama dkk.
, 2.
yang memanfaatkan sampah perkotaan sebagai bahan bakar gasifikasi.
Gasifier yang digunakan adalah tipe downdraft.
Variasi dari sampah kota yang dimanfaatkan yaitu dengan 3 jenis perlakuan sampah.
Yang pertama yaitu menggunakan sampah kota yang telah dikeringkan, kedua yaitu sampah kota yang sudah dibentuk pelet, dan yang terakhir sampah kota yang telah dibentuk menjadi briket.
Kemudian dari beberapa variasi tersebut untuk diketahui komposisi syn-gas yang Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol.
11 No.
2 Tahun 2023
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
dihasilkan dari masing-masing variasi dan nilai kalor (LHV) dari syn-gas masing-masing variasi.
Sedangkan untuk nilai kalor (LHV) yang diketahui hanya pada variasi pertama saja yaitu pada sampah kota kering yaitu sebesar 592,87 kkal/m3 atau sama dengan 2.
480,568 kJ/m3.
Tabel 1.
Komposisi Syn-gas Masing-Masing Variasi (Yuda Pratama dkk.
, 2.
Variasi
Bahan Bakar
Sampah
Pelet
Briket
CO (%)
CH4
(%)
H2 (%)
TOTAL
5,36
1,04
15,39
21,79
2,75
2,54
15,41
20,70
6,38
1,31
14,88
22,57
telah digunakan dalam penelitian ini dengan penempatan 25 tong sampah yang akan selalu dimonitor level sampahnya.
Namun demikian, metode ini membutuhkan biaya yang mahal dan menyedot anggaran pemerintah yang tidak KESIMPULAN Gasifikasi merupakan teknologi untuk mengonversikan bahan bakar padat atau biomassa padat secara thermokimia dengan temperatur menjadi bahan bakar gas mampu bakar.
Sehingga yang dicari yaitu syn-gas yang memiliki komposisi gas mampu bakar yang tinggi dan memiliki nilai kalor yang tinggi juga.
Dari beberapa penelitian biomassa yang di gasifikasi menggunakan tipe downdraft tersebut maka di dapat biomassa yang paling mudah tergasifikasi yaitu gabungan antara daun kelapa sawit / oil palm frond (OPF) dan cangkang inti sawit / palm kernel shell (PKS) dengan perbandingan 20/80.
Dengan perbandingan komposisi tersebut dapat menghasilkan syn-gas dengan komposisi 21% CO, 3% CH4, 17% H2.
Untuk nilai kalornya sebesar 5850 kJ/m3.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa jenis feedstock biomassa sangat berpengaruh terhadap komposisi dan nilai kalor syn-gas yang dihasilkan.
Karena setiap jenis biomassa menghasilkan karakteristik syn-gas yang berbeda-beda.
Untuk pengelolaan feedstock biomassa dan sampah, penggunaan IoT menjadi sangat krusial untuk ketersediaan feedstock di lokasi dan pilihan transportasi yang tepat.
IOT UNTUK PENGELOLAAN
BIOMASSA DAN SAMPAH
Karakteristik dari biomassa dan sampah adalah densitasnya yang rendah dan sumbernya tersebar di area yang luas.
Oleh karena itu, perlu adanya strategi pengumpulan biomassa dan sampah yang tepat dan penentuan lokasi pembangunan pembangkit listrik berbasis teknologi gasifikasi yang dapat meminimalkan biaya transportasi.
Untuk itulah, penggunaan internet of things (IoT) menjadi sangat berguna untuk pengelolaan biomassa dan sampah ini (Roy , 2.
Telah melakukan kajian penggunaan IoT untuk mengintegrasikan pengumpulan sampah dengan pengukuran level tong sampah dengan penentuan rute transportasi truk sampahnya (Roy dkk.
, 2.
Dengan sistem ini, maka sensor akan mengirimkan sinyal ketika tong sampah telah terisi penuh.
Sinyal ini akan dikirimkan ke central monitoring system (CMS) dan kemudian CMS akan mengirimkan truk pengangkut yang tepat untuk kemudian mengambil sampah-sampah yang telah penuh.
Metode yang hampir sama juga telah dilakukan oleh Abuga dan Raghava (Abuga dan Raghava, 2.
yang telah mengembangkan tong sampah cerdas dan dapat dimonitor secara real time (Abuga dan Raghava, 2.
Logika fuzzy DAFTAR PUSTAKA