BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biomassa
2.1.6 Gasifikasi sebagai Konversi Termal Biomassa
Gasifikasi merupakan salah satu proses pengubahan bertahap dari bahan bakar padat dengan ketersediaan oksigen yang terbatas sehingga gas yang dihasilkan masih berpotensi untuk terbakar, dimana hampir semua bahan organik dari biomassa diubah menjadi gas bakar yang bersih dan netral (Faaij, 2006). Posisi gasifikasi di antara berbagai malam jalur konversi biomassa dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut ini.
Gambar 2. 4 Pilihan utama teknologi metode pengubahan biomassa (Faaij, 2006)
Gasifier biomassa adalah suatu sistem yang mengubah biomassa padat
menjadi gas dan membakarnya dengan cara yang dapat dikontrol melalui pengaturan suplai udara (Roth, 2011). Sistem tersebut memanfaatkan teknologi gasifikasi untuk mengubah biomassa secara termokimia menjadi gas yang dapat dibakar. Gasifikasi sebenarnya merupakan suatu bentuk pirolisis pada suhu tinggi untuk mengoptimasi gas yang dihasilkan. Gas pirolisis yang dihasilkan disebut dengan gas producer (merupakan campuran gas yang didominasi oleh gas CO, H2, dan CH4, bersama dengan CO2 dan N2) (Demirbas, 2004). Teknologi gasifikasi biomassa sendiri belum banyak dilakukan di Indonesia, namun
teknologi ini menawarkan kelebihan berupa efisiensi yang tinggi dan emisi yang bersih (Agung, et al., 2010). Hal ini disebabkan oleh gas pirolisis yang dihasilkan selanjutnya dibakar secara sempurna. Pada Gambar 2.5 berikut ini adalah skema proses yang terjadi dalam suatu gasifier.
Gambar 2. 5 Skema proses pembakaran gas producer (Roth, 2011)
2.1.6.2 Jenis Gasifier
Pada umumnya, ada dua jenis gasifier, yaitu fixed bed gasifier dan
fluidized bed gasifier. Adapun untuk kompor gas-biomassa yang dirancang dalam
penelitian, jenis fixed bed gasifier dianggap lebih sesuai untuk diterapkan dengan susunan bahan bakar padat yang tetap.
a. Fixed Bed Gasifier
Fixed bed gasifier merupakan jenis gasifier yang memiliki garangan
(grate) yang dikonstruksikan untuk menopang bahan bakar dan mempertahankan unggun bahan bakar dalam keadaan tetap atau tidak bergerak seperti fluida. Jenis gasifier ini relatif mudah untuk didesain dan dioperasikan, namun memiliki kapasitas yang terbatas. Oleh karena itu, fixed bed gasifier lebih banyak
digunakan untuk aplikasi skala kecil hingga sedang, dimana kalor yang diperlukan mencapai 1 MW (Akudo, 2008).
1) Up Draft Gasifier
Pada jenis gasifier ini, udara disuplai dari bagian bawah. Api juga dinyalakan dari bawah. Sedangkan, gas panas bergerak mengalir ke atas dan kemudian keluar menuju atmosfer, sementara bahan bakar terus-menerus bergerak ke bawah secara berkelanjutan sebagai akibat pirolisis volatile
matter. Karena gerakan yang berlawanan tersebut, jenis gasifier ini sering
disebut dengan Countercurrent Gasifier. Jenis gasifier ini memiliki kelebihan, yaitu sederhana, suhu keluaran gas relatif rendah, efisiensi termal tinggi, dan masih dapat melakukan pembakaran meskipun moisture content dari biomassa mencapai 60%. Akan tetapi, jenis gasifier ini tidak cocok untuk diaplikasikan pada kompor gas-biomassa yang dirancangan karena menghasilkan tar dan asap hidrokarbon dalam kadar yang tinggi (Akudo, 2008; Belonio, 2005). Skema Up Draft Gasifier dapat dilihat pada Gambar 2.6 sebagai berikut.
Gambar 2. 6 Skema Up Draft Gasifier (Belonio, 2005)
2) Down Draft Gasifier
Pada Down Draft Gasifier, udara disuplai dari atas secara kontinu dan bergerak mengalir ke bawah sehingga membawa gas yang keluar untuk ikut mengalir ke bawah menuju zona gasifikasi hot-char, menyalakan api, dan membakar tar. Dengan demikian, emisi yang dihasilkan sangat bersih.
Sementara itu, bahan bakar juga bergerak ke bawah, seperti gas pirolisis, sehingga dikenal dengan Co-current Gasifier. Meskipun begitu, jenis gasifier ini memiliki efisiensi keseluruhan yang lebih rendah serta penanganan yang sulit untuk biomassa dengan moisture content dan kandungan abu yang tinggi daripada Up Draft Gasifier. Pada jenis gasifier ini juga amatlah penting untuk memperhatikan distribusi suhu tinggi yang merata di seluruh area dalam reaktor gasifikasi. Oleh karena itu, Down Draft Gasifier terbatas hanya untuk
range daya kurang dari 1 MW (Akudo, 2008; Belonio, 2005). Skema Down Draft Gasifier dapat dilihat pada Gambar 2.7 sebagai berikut.
Gambar 2. 7 Skema Down Draft Gasifier (Belonio, 2005)
3) Cross Draft Gasifier
Pada jenis gasifier ini, udara mengalir dari samping reaktor gasifikasi dan bergerak melewati bahan bakar bersama dengan gas pirolisis yang dihasilkan. Zona pembakaran menyilang dalam reaktor dan berada dalam arah menuju keluaran gas. Jenis gasifier ini dioperasikan secara kontinu dengan penyalaan awal bahan bakar dapat dimodifikasi untuk meminimasi asap yang dihasilkan (Belonio, 2005). Skema Cross Draft Gasifier dapat dilihat pada Gambar 2.8 sebagai berikut.
Gambar 2. 8 Skema Cross Draft Gasifier (Belonio, 2005)
4) Inverted Down Draft atau Top Lit Up Draft (TLUD) Gasifier
Jenis gasifier ini dioperasikan secara batch sehingga pengisian bahan bakar pada saat gasifier beroperasi tentunya dapat mengganggu proses gasifikasi. Pada jenis gasifier ini, bahan bakar dinyalakan dari bagian atas setelah reaktor gasifikasi diisi oleh bahan bakar tersebut. Bahan bakar tetap, sedangkan zona flaming pyrolisis (zona dimana biomassa terdekomposisi menjadi gas pirolisis dan char) yang bergerak menurun. Sedangkan, gas pirolisis yang dihasilkan mengalir ke atas. Baik desain penyalaan awal yang dilakukan di atas maupun gas pirolisis yang mengalir ke atas, tujuannya adalah kemudahan aktivitas memasak dan efektivitas perpindahan kalornya (Belonio, 2005; Roth, 2011). Skema Top-Lit Up Draft Gasifier dapat dilihat pada Gambar 2.9 sebagai berikut.
Gambar 2. 9 Skema Top-Lit Up Draft (T-LUD) Gasifier (Belonio, 2005)
b. Fluidized Bed Gasifier
Fluidized Bed Gasifier dikembangkan untuk mengatasi permasalahan
yang terjadi pada Fixed Bed Gasifier. Jenis gasifier ini cocok untuk kapasitas yang besar, seperti untuk keperluan institusi atau skala industri, dimana biaya yang diperlukan untuk peralatan ini sudah ditetapkan. Pada jenis gasifier ini, bahan bakar mengalami pergerakan di dalam reaktor. Oleh karena itu, diperlukan kipas (fan) bertekanan tinggi untuk mendorong pergerakan partikel bahan bakar tersebut. Bahan bakar dimasukkan ke dalam reaktor gasifikasi dan bercampur dengan cepat bersama material unggun dalam reaktor yang mengalir seperti fluida. Dengan karakterisai turbulensi yang tinggi, pirolisis terjadi dengan cepat dan menghasilkan gas pirolisis dalam jumlah banyak. Kekurangan dari jenis gasifier ini adalah menghasilkan kandungan tar yang tinggi, pembakaran karbon yang tidak sempurna, dan permasalahan dalam pengisian bahan bakar (Akudo, 2008; Belonio, 2005).
2.1.6.3 Reaksi Gasifikasi
Berikut ini merupakan reaksi yang terjadi pada suatu proses gasifikasi bahan bakar biomassa (Kythavone, n.d.):
a. Gasifikasi dengan oksigen
b. Pembakaran dengan oksigen
+ → (2.7)
c. Gasifikasi dengan karbon dioksida
+ → 2 (2.8)
d. Gasifikasi dengan uap air
+ → + (2.9)
e. Gasifikasi dengan hidrogen
+ 2 → (2.10) f. Water-gas shift + → + (2.11) g. Metanasi + 3 → + (2.12)