BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biogas
Biogas merupakan gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahanorganik oleh mikroorganisme pada kondisi anaerob. (Awe, O. W.,et al. 2017). Untuk dapat menghasilkan biogas, limbah cair dari pabrik kelapa sawit (POME) yang dihasilkan dari proses milling kelapa sawit dapat diproses secara anerob baik melalui proses yang konvensional menggunakan kolam atau secara lebihmodern dengan menggunakan tangki digester terbuka. (Poh, P. E., dan Chong, M. F. 2009). Ataupun menggunakan digester tipecontinous stirred tank reactor (CSTR). Adapun prinsip pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerob untuk menghasilkan gas yang sebagian besar terdiri atas gas metana (CH4), selain itu juga terkandung gas karbondioksida (CO2), sejumlah kecil air dan gas hidrogen sulfida (H2S), Biogas lebih ringan daripada udara dan memiliki temperatur nyala pada rentang 650oC sampai 750oC. Biogas sedikit berbau karena mengandung hidrogen sulfat (H2S). (Bharathiraja, dkk. 2016). Proses produksi biogas terdiri atas beberapa tahap.
2.1.1 Sifat Biogas
Sifat fisik dan kimia dari biogas mempengaruhi pemilihan teknologi yang akan digunakan, dimana pengetahuan tentang sifat-sifat dari biogas bermanfaat untuk mengoptimalkan peralatan yang menggunakan gas ini. Karena kandungan utama biogas terdiri dari metana dan karbondioksida, maka sifat biogas difokuskan pada sifat-sifat dari masing-masing gas tersebut. Unsur – unsur lain seperti nitrogen (N2), hidrogen sulfida (H2S), relatif dalam jumlah sangat kecil, namun gas hidrogen sulfida mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap material yaitu dapat menyebabkan korosi jika bereaksi dengan air (H2O). (Ageng Tri Anggito,2014).
Tabel. 2.1 Komposisi Biogas (Su mbe r: nac hwa sche nde-rqhs toff. de) 2.1. 2 Tahap Penguraian Anaerobik
Penguraian anaerobik berlangsung dalam beberapa tahap dan beberapa kelompok mikroorganisme yang berbeda untuk menguraikan zat organik. (Patinvoh, R. J., et al. 2017). dengan menggunakan ketersediaan energi yang terbatas. Adapun tahapan yang terjadi yaitu hidrolisis (reaksi dengan air), acidification atau fermentation, pembentukan asam asetat, dan pembentukan gas metana yang terjadi dua (2) rute yaitu rute primer dan sekunder. (Trisakti, B., dkk 2015). Pada rute primer, fermentasi produk utama yang berasal dari tahap pembentukan asam yakni asam asetat diubah menjadi metana dan karbon dioksida.Reaksi keseluruhan adalah sebagai berikut.
CH3COOH → CH4 + CO2
Rute sekunder menggunakan hidrogen untuk mengurangi CO2 untuk menghasilkan CH4 dengan metanogen hidrogenofilik.
No Unsur Rumus Konsentrasi
(%Volume) 1 2 3 4 5 6 7 8 Metana Karbondioksida Uap air Oksigen Nitrogen Hydrogen sulfide Ammonia Hydrogen CH4 CO2 H2O O2 N2 H2S NH3 H2 50–75 25–45 2–7 < 2 < 2 < 2 < 1 < 1
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
2.1.3 Pretreatment Pome
Bahan baku biogas dari pabrik kelapa sawit berupa POME yang merupakan limbah cair pada suhu sekitar 70oC dengan komposisi COD, BOD, dan acidity tertentu yang umum dari proses pengolahan kelapa sawit. POME merupakan cairan berwarna kecoklatan, yang memiliki kandungan air 95–96%, padatan sekitar 4% hingga 5% termasuk suspended solid 2–4% dan 0,6–0,7% minyak. Selain itu, POME juga mengandung asam amino dan nutrient inorganik (Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Zn, Cu, Co, dan Cd). (Ahmed, Y., dkk 2015).
2.1.4 Produksi Biogas
Limbah cair pabrik kelapa sawit (POME) mengandung protein, karbohidrat, dan glukosa yang memiliki senyawa karbon yang dapat diolah dengan bantuan bakteri untuk dapat menghasilkan biogas dengan kandungan utama gas metana dan gas karbon dioksida. Tahap awal adalah proses hidrolisis polimer dari limbah cair dengan menggunakan enzim lipase dan enzim protease yang digunakan untuk memecah masing-masing ikatan lemak dan protein. Hasil akhir dari proses ini adalah limbah dalam senyawa terlarut. Kemudian dengan bantuan bakteri metana, larutan tersebut siap untuk diolah menghasilkan gas metana dengan produk ikutan berupa gas karbon dioksida.
2.1.5 Sistem Pembersihan Biogas
Untuk dapat memanfaatkan biogas hasil metanisasi dari POME harus terlebih dahulu dilakukan perlakuan untuk menyesuaikan spesifikasi biogas sebagai bahan bakar gas dengan persyaratan mesin gas yang digunakan. Komponen-komponen di dalam biogas yang perlu dihilangkan ataupun dikurangi meliputi kandungan air, padatan, dan senyawa sulfur. Pengurangan masingmasing komponen ini besarannya ditentukan oleh jenis mesin konversi yang digunakan.
Sistem pemurnian biogas perlu dipertimbangkan secara cermat sesuai dengan penggunaannya.
2.2 Limbah Cair
Limbah cair kelapa sawit berasal dari proses produksi minyak mentah kelapa sawit atau biasanya disebut crude palm oil (CPO). Kandungan yang terdapat didalamnya ialah 95 – 96 % air dan 4 – 5 % padatan total. Karbohidrat, fat, dan protein di dalam limbah cair kelapa sawit sebesar 29.55 %, 10.21 %, dan 12.75 %. Total padatan campuran berkisar 2 – 4 %. Didalam limbah cair ini juga terdapat beberapa senyawa mineral makro dan mikro seperti potassium (K), sodium (Na), kalsium (Ca), iron (Fe), zinc (Zn), kromium (Cr), dan lainnya. Seiring dengan meningkatnya peran industri pengolahan kelapa sawit dalam perkembangan agroindustri di indonesia, meningkat pula masalah pencemaran yang ditimbulkannya (Anonymous, 1993). Pencemaran yang ditimbulkan oleh limbah pabrik minyak kelapa sawit dapat menurunkan kualitas lingkungan perairan yang secara tidak langsung akan berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia (Arjuna, 1990). Hal ini disebabkan air limbah pabrik minyak kelapa sawit mempunyai kandungan bahan organik yang tinggi dengan BOD (Biochemical Oxygen Demand) rata-rata 26.222mg/l, COD (Chemical Oxygen Demand) rata-rata 62.934 mg/l, sifatnya asam (pH 4,05 – 4,15), mengandung lemak/minyak, serta padatan tersuspensi dan terlarut lainnya (Chen, dkk, 1985). Bila padatan ini dibuang ke sungai, maka sebagian akan mengendap, terurai secara perlahan mengkonsumsi oksigen terlarut, mengeluarkan bau yang tajam, merusak daerah pembiakan ikan, mematikan biota air di sepanjang alirannya serta kemungkinan padatan tersebut mengapung seperti halnya minyak, sehingga menahan oksigen (aerasi) yang dapat mempengaruhi kehidupan biota di dalam air terutama akan kebutuhan oksigen. Dengan demikian terjadi perubahan kondisi dari suasana aerob menjadi anaerob. (Anonymous, 1997). Pabrik pengolahan kelapa sawit membutuhkan air rata-rata sebanyak 2,2 m3 /ton TBS (Tandan Buah Segar) sehingga
menghasilkan air limbah sebanyak 1,2 – 1,7 m3 /ton TBS atau kira-kira setara dengan 2-3 ton/ton minyak yang dihasilkan (Anonymous, 1993).
Adapun karakteristik air limbah pabrik pengolahan kelapa sawit yang berasal dari unit-unit pengolahan dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut ini.
Tabel 2.2 Karakteristik Air Limbah PKS Dari Unit-Unit Pengolahan
(Sumber: Anonimuos, 1993)
Tabel 2.3 Komposisi Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit
Parameter Satuan Rentang Rata-Rata
pH Alkalinitas Asam Volatil BOD5 COD TS TVS TSS TVSS - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg//l 4,05 – 4,15 980 – 1.240 1.440 – 1.600 25.130 – 27.210 61.140 – 64.950 47.380 – 50.530 38.550 – 40.100 26.150 – 27.450 21.740 – 22.790 4,1 1.094 1.503 26.222 62.934 48.431 39.339 26.456 22.149 Karakteristik Sterilisasi (Kisaran) Ekstraksi (Kisaran) Klarifikasi (Rata-Rata) Hydrocyclone (Kisaran) pH Suhu,0C Minyak,mg/l Totalsolids,mg/l Suspendedsolids,mg/l Dissolvedsolidsmg/l BOD,mg/l COD,mg/l Total–P,mg/l Total –N, mg/l 4,0 – 4,6 35 – 88 1100 – 6100 6000 – 30500 - - 5500 – 20000 10300-52500 42 – 320 60 - 500 3,9 – 4,5 36 – 77 6800 – 8500 31000 – 47500 - - 18800 – 35000 45000 – 64000 230 – 330 450 - 720 4,4 - 8000 60000 35000 25000 35000 60000 1000 - 4,5 – 6,2 37 – 70 800 – 1600 1300 – 260 - - 1100 – 1750 1800 – 3600 20 – 25 20 - 30
(Sumber: Chin, 1984)
Limbah cair pabrik minyak kelapa sawit berwarna kecoklat-coklatan dengan pH 3,5 – 5 dan mengandung sekitar 95 % air, 4 – 5 % bahan terlarut dan tersuspensi. Serta 0,5 – 1,0% sisa minyak dan lemak yang sering terdapat dalam bentuk emulsi (Cornelius, J.A 1983). Secara keseluruhan, komposisi limbah cair pabrik minyak kelapa sawit dapat dilihat pada tabel 2.3. Sedangkan Standar Baku Air Limbah untuk industri kelapa sawit dapat dilihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4 Standar Baku Air Limbah Untuk Industri Kelapa Sawit
No Parameter Kadar Maksimum
(Mg/L) Beban Pencemaran Maksimum (Kg/Ton) 1 2 3 4 5 6 BOD5 COD
Padatan Tersuspensi Total Minyak dan Lemak NH3 – N(Ammonia) pH 250 500 300 30 20 6 - 9 1,5 3,0 1,8 0,18 0,12 -
2.3 Kolam Tertutup
Gamabar .2.1 Kolam tertutup ( Sumber : Winrock Internasional 2015)
Di Indonesia hampir semua pabrik pengolahan kelapa sawit untuk mengambil biogas dari POME menggunakan sistem Covered Lagoon. Teknologi ini dilakukan dengan menutup kolam limbah konvensional dengan bahan reinforced polypropylene sehingga berfungsi sebagai anaerobic digester. Biogas akan tertangkap dan terkumpul di dalam cover. Pengolahan limbah cair dengan cara ini banyak dilakukan oleh pabrik karena teknik tersebut cukup sederhana dan biayanya lebih murah. Namun pengolahan dengan cara tersebut membutuhkan lahan yang luas untuk pengolahan limbah. Dengan kapasitas 30 ton TBS/jam, maka dibutuhkan sekitar 7 hektar lahan untuk pengolahan limbah. Selain itu efisiensi perombakan limbah cair PMKS hanya 60-70 % metode ini memerlukan waktu retensi hidrolik antara 20-90 hari. Operator harus mengeluarkan padatan berserat sebelum proses penguraian dapat dilakukan. Pada umumnya pengolahan LCPKS dilakukan menggunakan serangkaian kolam-kolam terbuka yang diikuti dengan aplikasi di lahan (land application) atau kolam aerob. (Hasanudin et al., 2015). Pengolahan anaerobik konvensional memiliki waktu tinggal yang panjang yaitu 20-200 hari (Bala et al., 2014).
(Poh and Chong, 2009), lahan yang luas serta pengumpulan dan pemanfaatan gas CH4 sulit untuk dilakukan. Dari kolam anerobik gas metana (CH4) akan lepas. Gas
CH4 memiliki dua sisi yang berbeda yaitu sebagai sumber energi terbarukan serta sebagai salah satu senyawa gas rumah kaca (GRK). Potensi GRK gas CH4 adalah 21 kali dari potensi GRK gas CO2 . Gas ini dapat ditangkap dengan cara melakukan penutupan kolam. Pemanfaatan biogas pada pabrik minyak kelapa sawit kasar berdampak berkurangnya emisi GRK secara signifikan (Vijaya, 2010).
Penguraian anaerobik merupakan proses yang kompleks dan sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan selama berlangsungnya penguraian. Salah satu faktor yang memicu kegagalan operasional pengolahan limbah cair secara anaerobik adalah tingginya beban organik yang diumpankan. Tingginya konsentrasi substrat mengakibatkan penumpukan asam-asam volatil yang berdampak menurunkan pH sistem. Penurunan pH sistem mengakibatkan bakteri metanogenik yang bekerja pada pH 6,5-7,8, tidak dapat bekerja secara optimal untuk mengkonversi asam asetat menjadi gas metana. Penurunan pH hingga 6,5 dapat mengakibatkan kegagalan proses secara keseluruhan. Sebaliknya, pengumpanan substrat dalam jumlah sedikit membutuhkan waktu yang lama untuk mengkonversi senyawa organik serta volume bioreaktor yang besar (Abdurahman dan Azhari, 2013), meskipun efisiensi degradasi senyawa organik menjadi tinggi. Peningkatan laju volume LCPKS yang diumpankan ke bioreaktor juga dapat mengakibatkan jumlah mikroba keluar bioreaktor melebihi pertumbuhan mikroba dalam bioreaktor (wash out). Kejadian wash out akan menurunkan intensitas kontak antara substrat dan mikroba sehingga dapat mengganggu stabilitas degradasi anaerob. Dibandingkan metode batch, pengumpanan substrat secara semikontinu dapat mengolah substrat dengan konsentrasi tinggi dimana substrat diumpankan secara bertahap. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik pengolahan limbah cair pabrik minyak kelapa sawit dalam bioreaktor tertutup dengan pengumpanan semi-kontinyu. (Yejian et al., 2008).
Gambar 2.2 Continously Stirred Tank Reactor (Sumber : Winrock Internasional 2015)
Continuous stirred tank reactor (CSTR), juga dikenal sebagai reaktor kontak, biasanya berbentuk silinder yang terbuat dari beton atau logam dengan rasio diameter dan tinggi silinder yang kecil. Sistem ini dilengkapi dengan thickener, clarifier, atau dissolved air floatation (DAF) untuk memekatkan biomasa. CSTR dapat beroperasi pada suhu mesofilik maupun termofilik. Tangki digester berfungsi menggantikan kolam anaerobik yang dibantu dengan pemakaian bakteri mesophilic dan thermophilic (Naibaho, 1996). Kedua bakteri ini termasuk bakteri methanogen yang merubah substrat dan menghasilkan gas methan. Teknologi ini lebih efektif baik dalam pengolahan limbah POME sehingga akan dihasilkan biogas dalam jumlah yang lebih besar. Pengolahan POME dilakukan dengan membuat instalasi anaerobic digester, dengan komponen utama teknologi ini adalah sebuah reaktor yang senantiasa terkontrol. Dengan demikian proses penguraian senyawa organik secara anaerobic dapat diatur, baik komposisi, mikrobia maupun termperaturnya untuk mendapatkan hasil yang maksimal dengan tingkat BOD yang lebih rendah dari 100 mg/l. Biogas yang dihasilkan ±28 m3/ton TBS.
Salah satu cara pengolahan limbah cair pabrik minyak kelapa sawit yang lebih ramah lingkungan adalah pengolahan anaerobik dalam tangki bioreaktor tertutup. Pengolahan limbah secara anaerobik peka terhadap kondisi sekitar seperti temperatur,
pH dan seringkali mengalami kegagalan. Jenis bioreaktor dan metode operasional pengolahan anaerobik juga menentukan keberhasilan dan keberlangsungan proses pengolahan. Hingga tahun 1998 di Amerika Serikat kegagalan sistem pengolahan anaerobik untuk reaktor CSTR (completely stirred tank reactor) dan reaktor plug-flow masing-masing mencapai 70 dan 63% (Labatut, 2016).
2.4 Scrubber Hidrogen Sulfida
Gambar 2.3 Scrubber H2S
(Sumber: PT Austindo Aufwind New Energy)
Sebelum biogas dapat menghasilkan daya listrik, scrubber hidrogen sulfida digunakan untuk menurunkan konsentrasi H2S ke tingkat yang disyaratkan oleh gas engine, biasanya di bawah 200 ppm. Hal ini untuk mencegah korosi, mengoptimalkan operasi, dan memperpanjang umur gas engine. H2S dalam biogas berasal dari 4 komponen sulfat (SO2) dan sulfur lainnya dalam air limbah. Dalam digester anaerobik pada kondisi tidak ada oksigen, sulfat berubah menjadi H2S. Ada tiga jenis scrubber yang digunakan dalam proses desulfurisasi untuk menurunkan kandungan H2S dalam biogas, yaitu scrubber biologis, kimia, atau air. Scrubber biologis menggunakan bakteri sulfur oksidasi untuk mengubah H2S menjadi SO4, sementara scrubber kimia menggunakan bahan kimia sperti NaOH untuk mengubah H2S menjadi SO4. Scrubber air berkerja berdasarkan penyerapan fisik dari gas-gas terlarut dalam air dan menggunakan air bertekanan tinggi. Scrubber biologis biasa digunakan
untuk aplikasi POME menjadi energi karena biaya operasionalnya rendah. (Deublein, D. dan Steinhauster, A.,2008).
Peningkatan kualitas biogas dengan beberapa perlakuan yaitu dengan cara mereduksi kadar hidrogen sulfur (H2S) dan karbon dioksida (CO2). Hal ini didasarkan pada beberapa hal, antara lain hidrogen sulfur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi. Jika biogas mengandung senyawa ini, maka akan menimbulkan gas yang berbahaya, kandungan hidrogen sulfur lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama oksigen berupa sulfur dioksida (SO2) atau sulfur trioksida (SO3). Kedua senyawa itu lebih berbahaya daripada H2S. Apabila biogas yang masih mengandung H2S digunakan sebagai proses pembakaran maka akan terbentuk senyawa asam sulfur (H2SO4) yang bersifat lebih korosif dari H2S. Sedangkan karbon dioksida (CO2) memiliki sifat yang dapat menghambat proses pembakaran. Jadi apabila biogas masih mengandung CO2 dalam jumlah yang besar maka akan menjadikan pembakarannya tidak sempurna Selain karena bersifat korosif, H2S merupakan unsur kecil penyusun biogas yangdapat berdampak buruk bagi kesehatan manusia. Sehingga unsur H2S merupakan unsur yang tidak diinginkan dalam pemanfaatan biogas. (F. Osorio and J. C. Torres., 2009).
Bioscrubber dapat digunakan untuk mengurangi kandungan H2S dalam biogas dengan efisiensi pemisahan mencapai 98% (Potivichayanon. dkk. 2006). Sedangkan dari riset yang telah dilakukan oleh (Tosati dan Jinsiriwanit, 2013), Bioscrubber mampu mengurangi kandungan H2S dalam umpan biogas hingga 80%. Kelebihan utama penggunaan bioscrubber dalam proses pemurnian biogas adalah mampu menangani konsentrasi H2S yang cukup tinggi dan berfluktuasi. Efisiensi pemisahan umumnya diperngaruhi oleh beberapa parameter dan dapat meningkat seiring dengan kenaikan tinggi packing, jenis packing, jenis mikroorganisme, laju alir gas umpan, dan liquid . (Koe, L. C. C., dan Yang, F. A. 2000).
Dengan cara konsep adsorpsi ferat hidrat (Fe(OH)3), dalam proses ini gas H2S akan diserap oleh senyawa ferat hidrat dan mengalami reaksi redoks ferat tereduksi menjadi ferit, sulfida teroksidasi menjadi belerang. Belerang lebih tidak berbau
dibanding dengan sulfida sehingga cara ini dianggap cukup efektif. Karena karakteristik dari tanah tropis mempunyai komposisi besi(III) yang tinggi, maka dapat digunakan tanah sebagai adsorben. Hal inilah yang menyebabkan cara ini jauh lebih disukai dari pada cara lainnya (Zicari 2003).
2.5 Dehumidifier Biogas
Gambar 2.4 Dehumidifier Biogas (Sumber: PT Austindo Aufwind New Energy)
Dehumidifier gas dalam bentuk dryer, chiller, atau cyclone; berfungsi untuk mengurangi kadar air dalam biogas yang akan dialirkan ke dalam gas engine. Dehumidifier mengambil air yang terkandung dalam biogas. Kadar air adalah persentase kandungan air suatu bahan yang dapat dinyatakan berdasarkan berat basah (wet basis) atau berdasarkan berat kering (dry basis). Halini membantu mengoptimalkan proses pembakaran pada mesin, mencegah pengembunan, dan melindungi mesin dari pembentukan asam. Asam terbentuk saat air bereaksi dengan H2S dan oksigen. Biogas yang berkualitas tinggi dengan kelembaban relatif di bawah 80% meningkatkan efisiensi mesin dan mengurangi konsumsi bahan bakar gas. Kadar air berat basah mempunyai batas maksimum teoritis sebesar 100%, sedangkan kadar air berdasarkan berat kering dapat lebih dari 100% (Syarif dan Halid, 1993). Kadar air merupakan pemegang peranan penting, kecuali temperatur maka aktivitas air mempunyai tempat tersendiri dalam proses pembusukan dan ketengikan.
Kerusakan bahan makanan pada umumnya merupakan proses mikrobiologis, kimiawi, enzimatik atau kombinasi antara ketiganya. Berlangsungnya ketiga proses tersebut memerlukan air dimana kini telah diketahui bahwa hanya air bebas yang dapat membantu berlangsungnya proses tersebut (Tabrani,1997).
Kadar air merupakan banyaknya air yang terkandung dalam bahan yang dinyatakan dalam persen. Kadar air juga salah satu karakteristik yang sangat tekstur, dan cita rasa pada bahan pangan. Kadar air dalam bahan pangan ikut menentukan kesegaran dan daya awet bahan pangan tersebut, kadar air yang tinggi mengakibatkan mudahnya bakteri, kapang, dan khamir untuk berkembang biak, sehingga akan terjadi perubahan pada bahan pangan (Winarno, 1997).
Pengeringan merupakan suatu cara untuk menurunkan kandungan air yang terdapat didalam suatu bahan (Trayball 1981). Sedangkan menurut Hall (1957) proses pengeringan adalah proses pengambilan atau penurunan kadar air sampai batas tertentu sahingga dapat memperlambat laju kerusakan biji-bijian akibat biologis dan kimia sebelum bahan diolah (digunakan). Menurut Brooker, Bakker dan Hall (1974) Kadar air keseimbangan dipengaruhi oleh kecepatan aliran udara dalam ruang pengering, suhu dan kelembaban udara, jenis bahan yang dikeringkan dan tingkat kematangan.
Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air. Cara ini dilakukan dengan menurunkan kelembaban udara dengan mengalirkan udara panas di sekeliling bahan, sehingga tekanan uap air bahan lebih besar daripada tekanan uap air di udara. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap dari bahan ke udara. Menurut Earle (1969), faktor-faktor yang mempengaruhi penguapan adalah :
a. laju pemanasan waktu energi (panas) dipindahkan pada bahan.
b. Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan tiap puond (lb) air. c. Suhu maksimum pada bahan.
d. Tekanan pada saat terjadinya penguapan.
e. Perubahan lain yang mungkin terjadi di dalam bahan selama proses penguapan berlangsung.
Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah panas dan pindah massa yang terjadi secara bersamaan. Pertama panas harus di transfer dari medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi penguapan air, uap air yang terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan ke medium sekitarnya. Proses ini akan menyangkut aliran fluida di mana cairan harus di transfer melalui struktur bahan selama proses pengeringan berlangsung. Jadi panas harus di sediakan untuk menguapkan air dan air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar supaya dapat lepas dari bahan dan berbentuk uap air yang bebas. Lama proses pengeringan tergantung pada bahan yang di keringkan dan cara pemanasan yang digunakan (Rahmawan, 2001).
Makin besar energi panas yang di bawa udara sehingga makin banyak jumlah massa cairan yang di uapkan dari permukaan bahan yang dikeringkan. Jika kecepatan aliran udara pengering makin tinggi maka makin cepat massa uap air yang dipindahkan dari bahan ke atmosfer. Kelembaban udara berpengaruh terhadap proses pemindahan uap air. Pada kelembaban udara tinggi, perbedaan tekanan uap air didalam dan diluar bahan kecil, sehingga pemindahan uap air dari dalam bahan keluar menjadi terhambat (Rahmawan, 2001).
Proses pengeringan dilakukan melalui dua periode yaitu periode kecepatan konstan dan periode kecepatan penurunan. Periode kecepatan konstan sering kali disebut sebagai periode awal, dimana kecepatannya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan perpindahan massa dan panas (Rao et al,2005). Udara yang terdapat dalam proses pengeringan mempunyai fungsi sebagai pemberi panas pada bahan, sehingga menyebabkan terjadinya penguapan air. Fungsi lain dari udara adalah untuk mengangkut uap air yang dikeluarkan oleh bahan yang dikeringkan. Kecepatan pengeringan akan naik apabila kecepatan udara ditingkatkan. Kadar air akhir apabila mulai mencapai kesetimbangannya, maka akan membuat waktu pengeringan juga ikut naik atau dengan kata lain lebih capat (Desrosier,1988).
1. Sifat fisik dan kimia dari bahan, meliputi bentuk, komposisi, ukuran, dan kadar air yang terkandung didalamnya.
2. Pengaturan geometris bahan. Hal ini berhubungan dengan alat atau media yang digunakan sebagai perantara pemindah panas.
3. Sifat fisik dari lingkungan sekitar alat pengering, meliputi suhu, kecepatan sirkulasi udara, dan kelembaban.
4. Karakteristik dan efisiensi pemindahan panas alat pengering.
Proses pengeringan juga harus memperhatikan suhu udara dan kelembaban. Suhu udara yang tinggi dan kelembaban udara yang relatif rendah dapat mengakibatkan air pada bagian permukaan bahan yang akan dikeringkan menjadi lebih cepat menguap.
Hal ini dapat berakibat pada terbentuknya suatu lapisan yang tidak dapat ditembus dan menghambat difusi air secara bebas. Kondisi ini lebih dikenal dengan case hardening (Desrosier,1988).
2.6 Gas Engine
Gambar 2.5 Gas Engine
(Sumber: PT Austindo Aufwind New Energy)
Gas engine termasuk mesin pembakaran dalam yang bekerja dengan bahan bakar gas seperti gas alam atau biogas. Setelah kandungan pengotor pada biogas diturunkan hingga kadar tertentu, biogas kemudian dialirkan ke gas engine untuk menghasilkan listrik. Bergantung pada spesifikasi gas engine yang digunakan, gas engine yang
berbahan bakar biogas umumnya memerlukan biogas dengan kadar air dibawah 80% dan konsentrasi H2S kurang dari 200 ppm. Gas engine mengubah energi yang terkandung dalam biogas menjadi energi mekanik untuk menggerakkan generator yang menghasilkan listrik. Biasanya gas engine memiliki efisiensi listrik antara 36−42%.
2.6.1 Pengertian Gas Engine
Gas engine di buat dan di rancang dengan sistem kerja sederhana dimana energi panas di hasilkan dari pembakaran bahan bakar, di ubah menjadi energi mekanis dan selanjut nya menjadi energi sesuai kebutuhan seperti energi listrik dan lain nya.terdapat kekurangan dari pusat listrik ini seperti adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif dan sifat korosif dari material yang di gunakan untuk komponen gas engine karena bekerja pada temperatur tinggi.
2.6.2 Prinsip Kerja Dari Gas Engine
• Udara dengan tekanan atmosfer ditarik masuk kedalam kompresor.
• Kemudian udara ditekan ke dalam ruang bahan bakar dan bercampur dengan bahan bakar.
• Gas yang merupakan hasil pembakaran berupa energi thermal akan menimbulkan panas.
• Hasil dari energi panas inilah akan dimanfaatkan gas engine ,sedangkan energi panas sudah turun pada temperatur dan di tekanannya.
• Kemudian gas engine akan menghasilkan energi mekanis sehinggga menghasilkan energi listrik.
Sebagai pendukung gas engine maka digunakan alat bantu untuk menangani proses siklus turbin berjalan dengan baik. Gunanya adalah untuk menjaga pelumas bahan bakar, tekanan udara mengontrol udara, dll. Sehingga mesin dapat terjaga dan bekerja dalam kondisi normal dan stabil. Energi listrik akan di peroleh dengan daya tertentu sesuai penerapan pada turbin.
2.7 Burner dan Boiler
Gambar 2.6 Burner Biogas
(Sumber: PT Austindo Aufwind New Energy)
Biogas yang dihasilkan dari proses penguraian anaerobik dapat menjadi bahan bakar boiler. Burner gas biasanya dipasang pada dinding boiler. Biogas merupakan bahan bakar alternatif bagi boiler untuk menghasilkan panas atau listrik menggantikan bahan bakar biomassa, seperti cangkang dan serat, yang biasa digunakan di pabrik kelapa sawit.
Gas burner pada boiler, spray dryer, dan calciner merupakan komponen fungsional yang menyediakan input berupa panas dari hasil pembakaran antara bahan bakar gas (natural gas/gas alam) dengan udara. Peran penting dari gas burner yaitu :
1. Menyediakan udara panas (hot air) untuk boiler, spray dryer dan calciner 2. Sebagai kontrol suhu outlet
3. Membakar bahan bakar secara efisien untuk menjaga konsumsi bahan bakar rendah Gas alam terutama terdiri dari gas methane (CH4) bila dicampur dengan udara pada jumlah yang tepat selanjutnya dipanaskan hingga suhu pembakaran, maka akan terbakar dengan sempurna. Berikut ini reaksi antara gas methane denganudara. gas methane dapat bereaksi sempurna dengan udara jika memenuhi rasio yang tepat. Untuk itu diperlukan pengaturan rasio antara udara dan bahan bakar (fuel) dalam memenuhi persamaan reaksi kimia dari persamaan tersebut, atau dapat disebut stoichiometric.
Combustion control system pada gas burner ini memiliki peranan yang sangat penting dalam meningkatkan efisiensi dari boiler serta berfungsi menjaga komposisi udara dan bahan bakar yang tepat sehingga terjadi proses pembakaran sempurna. Jika jumlah udara yang digunakan terlalu sedikit, maka akan menyebabkan :
1. Tidak terbakarnya bahan bakar di ruang bakar 2. Rendahnya efisiensi pembakaran
3. Tingginya emisi gas karbon dioksida.
Sebaliknya, jika jumlah udara yang digunakan berlebih, maka akan menyebabkan: 1. Menurunnya temperatur produk
2. Berkurangnya emisi pembakaran
Dalam kenyataannya, jarang sekali proses pembakaran sempurna sebagai akibat tidak tepatnya rasio kontrol udara dan bahan bakar yang direaksikan, sehingga timbul Excess Air (EA). Kondisi hasil pembakaran dapat ditinjau dari hasil pengukuran emisi gas buang. Dengan mengamati sisa kadar oksigen (O2), dapat diketahui indicator sempurna atau tidaknya proses pembakaran tersebut. Prosentase oksigen pada gas sisa untuk pembakaran yang optimal untuk bahan bakar gas alam berada di rentang 1.5% - 3%. (Gunterus, Frans. 1997). Sedangkan untuk kalor yang dihasilkan oleh burner dapat ditunjukkan pada persamaan berikut:
Q = 𝑚𝑓𝑢𝑒𝑙 𝑥 𝐻𝐻𝑉𝑓𝑢𝑒l Keterangan :
Q = Kalor yang dihasilkan oleh burner (kJ/hr) 𝑚𝑓𝑢𝑒𝑙 = Laju massa bahan bakar gas (kg/hr)
HHVfuel = Nilai HHV dari bahan bakar gas (kJ/kg) 2.8 Flare Biogas
Gambar 2.7 Flare
(Sumber: PT Austindo Aufwind New Energy)
Flare digunakan di industri proses atau pabrik untuk membakar kelebihan gas. Dengan alasan keamanan, pembangkit listrik tenaga biogas harus memasang flare untuk membakar kelebihan biogas, terutama pada saat biogas tidak bisa diumpankan ke gas engine atau peralatan pembakaran lainnya. Umumnya hal ini terjadi saat puncak panen tandan buah segar, yang menyebabkan kelebihan produksi biogas. Kelebihan produksi meningkatkan laju alir biogas melebihi batas maksimum biogas yang dapat masuk ke gas engine. Flare juga digunakan saat gas engine sedang tidak beroperasi dalam masa pemeliharaan. Instalasi biogas tanpa gas engine atau boiler harus menggunakan flare secara terus-menerus untuk membakar biogas. Operator tidak boleh melepaskan kelebihan biogas secara langsung ke atmosfer karena sifatnya yang mudah terbakar pada konsentrasi tinggi. Selain itu, pelepasan biogas secara langsung juga berarti pelepasan gas rumah kaca ke atmosfer seperti layaknya di penggunaan kolam limbah terbuka.
