Pemanfaatan Sekam Padi Sebagai Bahan Baku Utama untuk Gasifikasi
dengan Katalis Alam Bayah dan Menggunakan Reaktor Tipe Down-draft
Billy Arokhman1, Ilya Arina Rusyda2, dan Endang Suhendi3 Jurusan Teknik Kimia UNTIRTA
billyarokhman@gmail.com 1
ilyaarina13@gmail.com2
Abstrak
Semakin menipisnya cadangan sumber energi berupa bahan bakar disertai dengan meningkatnya pemakaian dari tahun ke tahun dan banyaknya permasalahan dalam pembuangan limbah hasil industri dan pertanian jumlahnya sangat besar tidak termanfaatkan dengan baik maka limbah tersebut hanya akan menjadi sampah yang mengganggu lingkungan maka teknologi pengolahan yang efektif, efisien dan ramah lingkungan sangat diperlukan. Upaya penanganan tersebut adalah dengan menggunakan metode teknologi gasifikasi. Gasifikasi merupakan metode mengkonversi secara termokimia bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas (syngas) dalam wadah gasifier dengan menyuplai agen gasifikasi seperti uap panas, udara dan lainnya. Tujuan Penelitian ini memanfaatkan sekam padi menjadi sumber energi terbaru untuk menghasilkan syngas pada proses gasifikasi serta mengetahui pengaruh air fuel ratio (AFR) dan media proses gasifikasi sekam padi terhadap komposisi dan komponen syngas yang dihasilkan dengan menggunakan katalis alam bayah. Percobaan dilakukan pada sebuah gasifier downdraft dengan kapasitas ± 5 kg. Adapun prosedur percobaan yang dilakukan adalah pengeringan, crushing, screening, proses gasifikasi dan analisa komposisi gas. Beberapa hal yang dikaji dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh air fuel ratio dan media proses gasifikasi sekam padi berdasarkan kualitas dan kuantitas syngas yang dihasilkan.
Kata kunci : Sekam Padi, Gasifikasi, Gasifier downdraft
Pendahuluan
Penggunaan energi terbarukan sebagai energi alternatif sudah merupakan suatu keharusan karena cadangan minyak bumi di Indonesia semakin menipis. Bila melihat profil produksi minyak nasional ke belakang, pada tahun 1973-2008 produksi minyak nasional tidak pernah mengalami peningkatan masih berada pada angka 1,2 -1,3 juta barel per hari (bph), padahal jumlah penduduk meningkat terus sehingga konsumsi bahan bakar minyak pun turut meningkat. Jika kondisi ini tidak segera teratasi, Indonesia akan mengalami krisis energi berkepanjangan, akibatnya sangat fatal akan terjadi kebangkrutan ekonomi nasional sehingga perlu dilakukan mencari dan memanfaatkan sumber energi alternatif baru dan terbarukan yang berpotensi besar antara lain tenaga air, panas bumi, mikrohido, nuklir, tenaga surya, tenaga angin dan biomassa. Potensi sumber energi biomassa di Indonesia berjumlah 49,81 GW dimana kapasitas yang sudah terpasang sebesar 0,3 GW [4].
Salah satu bahan bakar biomassa yang banyak terdapat hampir di seluruh wilayah di Indonesia adalah sekam padi. Jumlah sekam padi kira-kira 30% dari total produksi gabah [3]. Sekam padi merupakan
limbah hasil pertanian yang melimpah di daerah-daerah penghasil padi di Indonesia. Limbah ini dapat ditemukan di seluruh tempat penggilingan padi, dan belum termanfaatkan dengan maksimal. Menurut Badan Pusat Statistik tahun 2010 Indonesia menghasilkan sekitar 19 juta ton limbah sekam padi, dan limbah ini akan terus meningkat seiring dengan program pemerintah dalam meningkatkan produksi bahan pangan dan pakan nasional. Jika saja limbah ini bisa dimanfaatkan dengan baik, yaitu dikonversikan menjadi bahan bakar alternative.Untuk mengatasi hal tersebut, metode pembakaran tak langsung atau gasifikasi bisa digunakan. Gasifikasi adalah suatu proses mengubah bahan padatan menjadi syngas (CO, CO2, H2, CH4, C2H4, C3H8, C4H10,
O2, N2) melalui proses pembakaran pada temperatur
CO2 hasil pembakaran biomassa mudah terurai
melalui proses fotositesis pada tumbuhan. Bahan bakar biomassa juga sedikit mengandung unsur S dan N sehingga gas pembakaran mengandung sedikit emisi gas SO2 dan NOx [2].
Landasan Teori
Gasifikasi umumnya terdiri dari empat proses, yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi. Proses yang berlangsung pada gasifier dapat diamati dari rentang temperatur masing-masing proses, yaitu :
a. Pengeringan: T > 150 °C
b. Pirolisis/Devolatilisasi: 150 °C < T < 800 °C
c. Oksidasi/pembakaran: 800 °C < T < 1400 °C
d. Reduksi: 600 °C < T < 900 °C
Penjelasan lebih lanjut mengenai proses-proses tersebut disampaikan pada uraian berikut ini : 1. Zona Pengeringan
Pengeringan terjadi pada temperatur sekitar 25-150 oC. Proses ini akan menguapkan sebagian
besar kandungan air dalam bahan baku. Pada zona ini tidak terjadi perubahan kimia selain penguapan air.
2. Zona Pirolisis
Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai secara lambat pada T < 350 oC dan terjadi secara
cepat pada T > 800 oC. komposisi produk yang
tersusun merupakan fungsi temperatur, tekanan, dan komposisi gas selama pirolisis berlangsung. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 oC, ketika komponen yang tidak stabil secara
termal, seperti lignin pada biomassa dan volatile matters pada batubara, pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap mengandung tar dan PAH (polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang.
Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis beserta produknya adalah :
Biomassa→arang+uap air+ gas + tar (1)
3. Zona Oksidasi atau pembakaran (Combustion) Arang (C), tar, minyak, gas hasil tahap pirolisis kemudian akan teroksidasi oleh oksigen dari udara. Panas yang dihasilkan dari reaksi ini digunakan untuk proses pengeringan dan reaksi endoterm lainnya. Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran adalah sebagai berikut :
C + O2 → CO + 393,77 kj/mol
karbon (4)
Reaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah oksidasi hidrogen yang terkandung dalam bahan bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini
merupakan empat reaksi yang umum terlibat pada gasifikasi. selama 3 hari untuk mengurangi kandungan air sampai kandungan air kurang lebih 15%, kemudian sekam padi tersebut dimasukkan ke dalam crusher. Setelah itu discreening untuk mendapatkan ukuran bahan yang diinginkan. b. Proses Gasifikasi
Percobaan dilakukan setelah seluruh peralatan gasifikasi dan alat ukur yang digunakan telah
a) Memeriksa kebocoran perangkat gasifikasi, terutama pada bagian sambungan
b) Mempersiapkan alat ukur
a) Menjalankan blower untuk menyediakan udara pembakaran b) Menyalakan arang dengan memberikan
kerosin
c) Setelah arang terbakar cukup merata dan temperatur meningkat, limbah batang daun tembakau dimasukkan hingga gasifier terisi lebih dari ¾ kapasitas gasifier
d) Mengatur laju alir udara masuk yang diinginkan dengan cara mengatur katup pemasukkan udara hingga diperoleh laju alir tertentu
3. Selama percobaan berlangsung
a) Mengamati distribusi temperatur setiap 15 menit pada setiap lokasi termokopel
b) Mengambil sampel gas untuk dianalisa
4. Setelah percobaan
a) Menutup saluran udara masuk b) Mematikan blower
Daftar Pustaka
[1]Jayah,T,H.Aye,l.,Fuller,RJ dan Stewart D,F. 2003. Computer Simulation of Downdraft Wood Gasifier for Tea Drying, Journal of Biomassa & Bioenergi vol 25 , hal 459-469.
[2]Mathieu,P. Dan Dubvission R. 2002. Performance Analysys of Biomass Gasifier, Journal of Energy Confersion and Management, vol 43, hal 1291-1299. [3]Susanto,Herri. 2004. Penerapan Teknologi Gasifikasi, Poster.
