Kajian Tekno Ekonomi Pabrik Konversi Biomassa menjadi Bahan Bakar Fischer-Tropsch melalui Proses Gasifikasi. Latar Belakang

Kajian Tekno Ekonomi

Pabrik Konversi Biomassa

menjadi Bahan Bakar Fischer-Tropsch

melalui Proses Gasifikasi

Fitria Yulistiani 230 08 004

TK 5091

Metodologi dan Usulan Penelitian

12/3/2009

1

Prof. Dr. Herri Susanto Dr. Tri Partono Adhi

Latar Belakang

 Ketersediaan bahan bakar fosil menipis

 Penggunaan bahan bakar fosil menyebabkan polusi udara dan emisi CO2

 Kebijakan Pemerintah Indonesia

12/3/2009

Latar Belakang

 Mengapa biomassa? 12/3/2009 3 Jenis limbah biomassa yang dihasilkan Produksi limbah biomassa (ton/tahun) Potensi Bahan bakar cair (L/tahun) Potensi listrik (kWh) 1 Tandan kosong kelapa sawit 3,979,691 497,461,375 1,326,563,667 2 Tongkol jagung 4,001,724 500,215,500 1,333,908,000 3 Sekam Padi 21,114,074 2,639,259,250 7,038,024,667

4-8 kg biomassa1 L bahan bakar cair 1,2–3 kg biomassa1 kWh listrik Gasifikasi

Latar Belakang

 Mengapa biomassa? 12/3/2009 4

Emisi CO2 dan penggunaan bahan bakar fosil berkurang

Latar Belakang

Mengapa Fischer Tropsch?

 Menghasilkanultra clean diesel (green diesel)

 Emisi CO2kecil

 Efisiensi proses konversi biomassa menjadiFT Fuel= 58,1%

 Efisiensi proses konversi biomassa menjadi Etanol = 35%

12/3/2009

5

Bahan Bakar Bahan Baku

Kemampuan penyimpanan CO2 dalam bahan baku* CO2 yang dihasilkan dalam pemrosesan* Konversi dan Distribusi*

Pembakaran* Emisi CO2 ke

lingkungan

Diesel Minyak Bumi 0 13 6 67 86

Biodiesel Minyak Canola -64 14 7 92 49

FT Diesel Kayu -162 7 113 59 17

Etanol Gandum -138 3 89 81 35

Etanol Kayu -135 3 95 81 44

*) CO2 dalam g/MJ Sumber: Bary Judd, 2003

Deskripsi Proses

12/3/2009 6

Rumusan Masalah

 Ketersediaan nasional besar namun terkumpul dalam jumlah relatif kecil

 Biaya sistem BGFT mahal

 Bagaimana konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan pada biomassa di Indonesia?

 Bagaimana kelayakan teknoekonomi proses BGFT di Indonesia untuk saat ini dan jangka panjang?

 Kajian ekonomi produksi FT diesel menggunakan biomassa yang tersedia dan kemampuan pengumpulan biomassa tersebut di lokasi tertentu

12/3/2009 7 Lokasi Produksi biomassa tongkol jagung (ton/tahun) Nasional 4 juta

Jawa Barat 124 ribu

Kab Cianjur 9871 Kab Purwakarta 4389 Biomassa menjadi: FT Fuel H2 Metanol Kapasitas (galon/tahun) 150

juta 150 juta 150 juta

Investasi

($/galon) 6.23 4.28 4.78

Investasi

(juta $) 934.5 642 717

Sumber: Distamben Jabar, 2008

Sumber: Brown, 2008

Tujuan Penelitian



Mencari konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan di

Indonesia.



Menentukan kapasitas sistem BGFT yang cocok dengan

ketersediaan biomassa di Indonesia.



Mengkaji kelayakan teknoekonomi proses BGFT di Indonesia

untuk saat ini dan jangka panjang.



Mengidentifikasi permasalahan pengembangan dan

komersialisasi teknologi BGFT.

12/3/2009

Ruang Lingkup Penelitian

 Kajian pustaka mengenai ketersediaan teknologi proses yang terkait dengan BGFT;

a. Teknologi gasifikasi biomassa

b. Teknologi pembersihan dan pengkondisian gas hasil gasifikasi biomassa

c. Teknologi sintesis Fischer Tropsch

d. TeknologiHydrocracking

 Studi ketersediaan bahan baku sistem BGFT

 Pemilihan lokasi dan pemilihan konfigurasi proses BGFT

 Penyusunan rancangan pabrik sistem BGFT sesuai hasil studi ketersediaan

 Kajian ekonomi penerapan sistem BGFT

 Analisis kemungkinan penerapan sistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitas yang sama 12/3/2009 9

Biomassa

12/3/2009 10 No Komoditas

Hasil Pertanian Biomassa _Lokasi

dengan produksi terbesar Produksi (juta ton) Luas lahan

(juta ha) Jenis

Produksi (ton/tahun) 1 Kelapa sawit 18 7 Tandan kosong kelapa sawit 4 Riau, Sumut, Sumsel 2 Jagung 16,3 4 Tongkol jagung 4 Jatim, Jateng, Lampung

3 Padi 60,3 12,3 Sekam Padi 21,1

Jatim, Jabar, Jateng

Gasifikasi

Gasifikasi: Reaksi konversi termal endotermik bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas.

12/3/2009

11

Komp. Perc. 1 Perc. 2

CO2 18,5% 13,8% H2 8,9% 14,6% N2 53% 48,1% CH4 3,3% 1,6% CO 16,4% 21,9% Total 100% 100% NHV, kJ/Nm3 4201 4910

Contoh Komposisi produk Gas

Pengaruh Jenis Agen Gasifikasi terhadap

Komposisi Gas Sintesis

12/3/2009

12 12/3/2009

12

Agen Gasifikasi Udara O2 H2O

H2 15% 40% 40% CO 20% 40% 25% CH4 2% - 8% CO2 15% 20% 25% N2 48% - 2% H2/CO 0.75 1 1.6 Sumber: ZSW, 2005 Penggunaan O2 (+) Gas bersih bebas N2 (-) Air Separation Unit Mahal

Semakin kering umpan biomassa, efisiensi proses meningkat namun kandungan hidrogen dalam produk gas sintesis akan berkurang.

Faaij dkk.[1998]:

Penyediaan Panas dan Konfigurasi Reaktor

12/3/2009

13

Autotermal: panas diperoleh dari pembakaran biomassa secara parsial

Allotermal: panas diperoleh dari sumber lain di luar gasifier melaluiheat exchanger

Kondisi Operasi Gasifikasi

Pengaruh tekanan tinggi dalam gasifikasi: + Ukuran reaktor lebih kecil + Ukuran unit-unit proses selanjutnya lebih kecil + Tidak dibutuhkan kompresi tambahan untuk proses berikutnya - Pada tekanan tinggi,

unit gasifier lebih mahal

12/3/2009

Pembersihan Gas Sintesis

 Gas sintesis hasil gasifikasi mengandung berbagai kontaminan: partikulat, tar yang mudah terkondensasi, senyawa alkali, H2S, HCl, NH3, dan HCN.

 Kontaminan-kontaminan tersebut dapat meracuni katalis

 Diperlukan proses pembersihan yang lebih mendalam

12/3/2009

15

Pengkondisian Gas Sintesis

Shift Reaction: Meningkatkan rasio H2/CO untuk reaksi dalam sintesis FT

H2 adsorption (PSA): Mengambil H2 yang dihasilkan darishift reactionuntuk digunakan dalam hydrocracking

CO2 Removal: Menghilangkan CO2

Selexol dan Rectisol: Menghilangkan gas asam (H2S, CO2) 12/3/2009 16 Gasifier Sistem Pembersihan Gas

Sintesis Fischer Tropsch

 Dikeluarkan pada tahun 1923 oleh Franz Fischer dan Hans Tropsch

 1940an: argumen strategi ekonomi proses FT (Jerman dan Afrika Selatan)

 1970an: berkembang sebagai respon berkurangnya cadangan minyak dan boykot minyak

 Saat ini: kajian lingkungan, pengembangan teknologi, pergeseran penggunaan sumber energi, dll.

 Pembentukan rantai karbon dari CO dan H2

 Katalis : Besi (Fe) dan Cobalt (Co)

12/3/2009 17 Sintesis Fischer Tropsch Hydrocracking Umpan FT FT Diesel CO + 2 H2 -CH2- + H2O CO + H2O ↔ CO2 + H2 225-365 o_{C, 5-40 bar} C20H42+ H2 2C10H22 C25H52+ H2 C10H22+ C15H32 C48H98+ 3H2 3C10H22+ C18H38 400-1000 o_{C, 20-70 bar}

CO, H2, H2O FT Fuel

Shift + PSA

H2

Gas Sintesis Bersih

Reaksi Fischer Tropsch

 CO + 2 H2-CH2- + H2O DH0FT= -165 kJ/mol 12/3/2009 18 wn= nan-1(1-a)2 • katalis Fe: a= 0,67 s.d. 0,71 • katalis Co: a= 0,76 s.d. 0.83.

Reaktor Fischer Tropsch

12/3/2009

19

Unggun Tetap Multi

tubular Kolom Gelembung Slurry

Konstruksi Sederhana, namunscale up

mahal karena banyak tube Sederhana Perpindahan Panas Profil temperatur tidak

merata, konversi rendah

Perpindahan panas sangat baik akibat kondisi isotermal Katalis Sulit diganti karena struktur

tube Mudah diganti

Hydrocracking

 Apabila produk akhir yang diinginkan adalah diesel, diperlukan proses hydrocracking terhadap produk FT.

Leckel dan Ehumbu (2006):

 Temperatur merupakan komponen yang paling berpengaruh terhadap konversi C20+, konversi dan perolehan produk diesel akan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur

12/3/2009

20

Temperatur (oC) Konversi C20+ Selektivitas (%b/b) Perolehan (%b/b)

C1-C4 C5-C9 C10-C19 C1-C4 C5-C9 C10-C19

350 17 2,1 9,9 88 0,3 1,6 15

360 69 1,1 22 77 0,8 15 53

365 86 2,1 25 73 1,8 21 63

Hasil Samping Sistem BGFT

 Hasil samping sistem BGFT merupakan gas buang yang apabila dimanfaatkan menggunakan turbin gas dapat menghasilkan listrik

12/3/2009

21

Neraca Energi (dalam %) Proses Pemanfaatan Gas Buang Sintesis FT untuk menghasilkan Listrik Sumber: Boerrigter, 2002

Evaluasi Ekonomi Sistem BGFT

12/3/2009

22

Total Investasi untuk sistem BGFT dengan umpan 72,4 ton/jam Sumber: Hamelinck, 2003

Metodologi penelitian

12/3/2009

23

Perkiraan Biaya Investasi



Base cost: biaya peralatan dengan kapasitas tertentu



Biaya peralatan:

dengan Cn = Harga alat

R = Perbandingan kapasitas s = faktor skala



Indeks Biaya:



Jumlah harga setiap unit =

Total Equipment Cost



Biaya lain: instrumentasi, perpipaan, mekanik dan elektrik, dll.

dinyatakan sebagai persentase dari

Total Equipment Cost



Total Equipment Cost

+ Biaya lain = Total kebutuhan investasi

12/3/2009 24 s n

R

C



n

C

x

tahun

Biaya

Indeks

tahun

Biaya

Indeks

2002

2009

Penentuan Kelayakan Ekonomi



Cash Flow

Pabrik BGFT:



Pengeluaran: Biaya investasi, modal kerja, bahan baku, biaya

tetap dan biaya variabel, dll.



Pendapatan: Penjualan bahan bakar FT dan listrik



Analisis kelayakan melalui:



NPV (Net Present Value): layak secara ekonomi apabila NPV

≥ 0



IRR (Internal Rate of Return): layak secara ekonomi apabila

irr

≥ bunga bank



Analisis dilakukan menggunakan fitur-fitur dalam excel

12/3/2009 25

Jadwal Penelitian

12/3/2009 26 No Kegiatan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Kajian Terhadap Berbagai Teknologi Proses dalam Sistem BGFT

2 Penentuan Konfigurasi Proses

3 Studi Ketersediaan Bahan Baku Biomassa 4 Pemilihan Lokasi Perencanaan Aplikasi Sistem

BGFT

5 Penyusunan Rancangan Pabrik Sistem BGFT berdasarkan hasil studi ketersediaan 6 Kajian ekonomi (analisis sensitivitas) 7

Pertimbangan kemungkinan penerapan sistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitas yang sama

8 Penyusunan Laporan 9 Seminar

TERIMA KASIH

12/3/2009