Gasifikasi Biomas
Gasifikasi biomas merupakan proses konversi secara termo-kimia bahan biomas padat menjadi bahan gas. Rajvanshi (1986) mendefinisikan gasifikasi biomas sebagai pembakaran biomas tidak selesai yang menghasilkan gas bakar yang terdiri dari karbon monoxida (CO), Hidrogen (H2)and sedikit metana (CH4). Proses gasifikasi pada dasarnya merupakan proses pirolisa pada suhu sekitar 150 – 900°C, diikuti oleh proses oksidasi gas hasil pirolisa pada suhu 900 – 1400°C, serta proses reduksi pada suhu 600 – 900°C (Abdullah, et al 1998). Baik proses pirolisa maupun reduksi yang berlangsung dalam reaktor gasifikasi terjadi dengan menggunakan panas yang diperoleh dari proses oksidasi. Gasifikasi berlangsung dalam keadaan kekurangan oksigen. Dengan kata lain, gasifikasi biomas boleh dipahami sebagai reaksi oksidasi parsial biomas menghasilkan campuran gas yang masih dapat dioksidasi lebih lanjut (bersifat bahan bakar).Pada proses gasifikasi terjadi banyak reaksi yang terjadi secara bertingkat. Jika disederhanakan, secara netto reaksi gasifikasi dengan oksidator udara atau oksigen dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut
C6H12O5 + O2 --> CxHz + CnHmOk + CO + H2 + kalor…….. (2.1)1 (Simpson, 2001)
Hasil yang diperoleh dari gasifikasi biomas merupakan campuran beberapa macam gas. Komponen utama bahan bakar dalam gas biomas adalah H2 dan CO. Kandungan CO dalam gas biomas 15 – 30%, sedang H2 antara 10 – 20% (Turare, 1997). Komponen CnHmOk pada persamaan di atas berupa fraksi uap campuran dari berbagai macam senyawa organik yang disebut dengan nama umum tar.
Gas hasil proses gasifikasi biomas dinamakan producer gas atau gas biomas untuk membedakan dengan istilah biogas, yaitu gas hasil fermentasi anaerob (anaerobic digestion) biomas. Sedang alat atau ruang yang digunakan untuk menggasifikasi biomas dinamakan gasifier atau gas producer atau reaktor gasifikasi atau generator gas. Di Malaysia istilah yang digunakan adalah penggas, sedangkan proses gasifikasi disebut penggasan. Kedua istilah tersebut dapat juga diambil untuk dipakai dalam bahasa Indonesia. Dalam tulisan ini berbagai istilah tersebut digunakan secara berselingan.
Rancangan Reaktor Gasifikasi
Ada beberapa tipe reaktor gasifikasi, yang secara garis besar terbagi menjadi fixed-bed dan fluidized bed. Reaktor tipe fluidized bed biasanya berukuran besar dan menghasilkan daya dalam besaran MW. Sedang tipe fixed-bed digunakan untuk memperoleh daya kecil dengan kisaran kW sampai beberapa MW.Pada kebanyakan tipe reaktor fixed-bed (unggun tetap) sebenarnya terjadi aliran secara lambat biomas dalam reaktor secara gravitasi. Itulah sebabnya tipe ini juga disebut sebagai moving-bed (unggun merambat). Beberapa macam reaktor gasifikasi yang paling banyak digunakan saat ini diberikan pada Tabel 7 berikut.
Tabel 7. Tipe reaktor gasifikasi
| Moving beds | Fluid beds | Entrained beds | |||
| Co-current | Counter current | Dense | Circulating | ||
| Suhu °C | 700-1200 | 700-900 | < 900 | < 900 | ± 1500 |
| Tar | Rendah | Tinggi | Sedang | Sedang | Tidak ada |
| Kontrol | Mudah | Paling Mudah | Sedang | Sedang | Kompleks |
| Skala | <5 MW | < 20 MW | 10 – 100 MW | > 20 MW | > 100 MW |
Pada tipe moving-bed, biomas akan mengalir ke bawah secara lambat dalam reaktor berbentuk tabung, seiring dengan laju pembakaran yang terjadi pada bagian bawah tumpukan tersebut. Pada tipe tersebut selama proses gasifikasi, front nyala api terjadi di bagian bawah reaktor, sehingga nama lengkap untuk tipe ini adalah moving-bed fixed-flame. Reaktor moving bed cocok untuk biomas yang mudah bergerak ke bawah oleh gaya gravitasi misalnya serpih / cebis kayu (wood chips), kayu potong kecil, tongkol jagung, tempurung kelapa, dan sebagainya. Tipe reaktor moving bed yang saat ini beroperasi terdiri dari 2 macam yaitu down-draft (alir bawah) atau co-current dan up-draft (alir atas) atau counter-current. Penamaan alir bawah atau atas tersebut adalah berdasar aliran masuknya udara dan keluarnya gas di dalam reaktor.
Karena kandungan tarnya tinggi, reaktor tipe up-draft hanya cocok untuk memasok gas untuk tungku dan tidak cocok untuk memasok bahan bakar untuk motor bakar dalam. Untuk memperoleh bahan bakar bagi motor bakar dalam, reaktor yang cocok adalah tipe down-draft, karena kandungan tarnya rendah sehingga lebih mudah dan murah untuk membersihkannya. Pada Gambar 5 ditunjukkan skema reaktor gasifikasi up-draft dan down-draft.
 A. Up-draft[/caption] |  |
Gambar 5. Dua sub-tipe reaktor gasifikasi moving bed (Turare, 1997).
Tipe reaktor downdraft ada 2 macam yaitu tipe yang menggunakan leher, disebut juga dengan tipe “imbert”, serta tipe tanpa leher. Tipe tanpa leher ini antara lain dikembangkan oleh University of California Davis (Baozhao dan Yicheng, 1994). Tipe ini cocok untuk biomas yang sulit mengalir jika terhalang bentuk leher. Salah satu umpan yang sangat cocok dengan tipe ini adalah sekam.
Selain itu, ditinjau dari aliran bahan dalam reaktor, di samping tipe unggun merambat juga terdapat tipe reaktor yang biomas di dalamnya tidak mengalir. Pada tipe ini selama proses, nyala api bergerak sepanjang tabung reaktor. Untuk tipe alir bawah, nyala api merambat dari bagian bawah reaktor menuju bagian atas (penyulutan di bawah), sedang untuk alir atas, nyala api bergerak dari atas ke bawah (disulutnya dari permukaan atas). Dalam bahasa Inggris, nama yang lengkap untuk tipe ini adalah fixed-bed moving-flame. Karena tidak bisa dilakukan penambahan bahan bakar selama proses, tipe ini disebut sebagai tipe batch. Tipe ini cukup sederhana sehingga banyak digunakan untuk gasifikasi skala mikro untuk kebutuhan energi rumah tangga. Tipe reaktor yang digunakan pada sistem batch tersebut adalah reaktor tanpa leher (throatless gasifier).
Pemanfaatan Teknologi Gasifikasi Biomas
Gas biomas dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Sebagai bahan bakar, gas biomas mempunyai pemanfaatan yang cukup luas, antara lain untuk memasak, menggerakkan turbin gas, menggerakkan motor bakar dalam, sebagai bahan bakar pada ketel uap, serta untuk penerangan. Pada jaman perang dunia kedua, diperkirakan sekitar satu juta kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar gas biomas (Anonim, 1986). Pada saat ini, pemanfaatan utama gas biomas adalah untuk menjalankan motor stasioner pembangkit listrik.Jika gasnya dibakar untuk menghasilkan panas, misalnya pada pembakaran di kompor, sistem gasifikasi memiliki kelebihan dibanding pembakaran biomas secara langsung. Karena berbentuk gas, pembakaran gas biomas jauh lebih mudah dikontrol dibanding pembakaran biomas secara langsung, sehingga hal tersebut menguntungkan dari segi konservasi energi serta penekanan polusi udara.
Keuntungan gasifikasi antara lain: lebih bersih, karena pembakaran lebih sempurna sehingga emisi polutan lebih rendah. Selain itu lebih mudah pengaturan laju pembakarannya. Sedangkan kekurangan sistem gasifikasi dibanding pembakaran langsung yaitu peralatan lebih rumit dan lebih mahal serta memerlukan ketrampilan yang lebih tinggi.
Semula, penggunaan gas biomas untuk memasak, baik di tingkat rumah tangga maupun industri kecil tidak banyak dikembangkan, karena di negara maju dan di perkotaan, masyarakat lebih memilih kompor gas LPG yang cara penggunaannya lebih mudah. Sedangkan untuk pedesaan, masyarakat lebih memilih cara pembakaran biomas secara langsung, karena peralatan yang dibutuhkan pada teknologi gasifikasi masih dianggap terlalu rumit dibanding dengan teknologi tungku pembakaran biasa. Baru pada beberapa tahun terakhir ini, orang mulai tertarik untuk mengembangkan penggunaan gas biomas untuk keperluan memasak. Hal tersebut terpicu oleh adanya krisis energi serta makin mahalnya harga bahan bakar fosil. Di samping itu juga terbantu oleh adanya kampanye cara hidup yang lebih sehat dan lebih ramah lingkungan. Penggunaan teknologi gasifikasi biomas dalam hal ini dianggap sebagai teknologi yang lebih ramah bagi pengguna dan lingkungannya.
Negara yang cukup maju dalam hal pemanfaatan teknologi gasifikasi biomas adalah India dan China. Terdapat cukup banyak laporan tentang penerapan teknologi gasifikasi biomas di kedua negara tersebut. Palit dan Mande (2007) melaporkan bahwa TERI (The Energy and Resources Institute), sebuah lembaga yang mengembangkan teknologi gasifikasi biomas di India, sampai tahun 2007 telah berhasil memasang lebih dari 350 sistem gasifikasi biomas di berbagai wilayah di India dengan total kapasitas lebih dari 13 MW termal. Beberapa pemanfaatan teknologi gasifikasi disebutkan dalam laporan tersebut antara lain untuk memasak, pengolahan kapulaga, dan pengolahan biji aren. Sedangkan Mande dan Kishore (2007) menyebutkan penggunaan teknologi gasifikasi biomas untuk pembuatan benang sutera, pengolahan kapulaga, pembuatan garam, pengeringan bata, memasak untuk upacara keagamaan, pemanasan air hotel, memasak untuk sekolahan, pembakaran mayat, dan untuk pengolahan karet alam. Sementara itu IISc (Indian Institute of Science) telah membuat sistem gasifikasi biomas untuk berbagai keperluan antara lain pelistrikan pedesaan, pengeringan, pengolahan logam, dan pembangkit tenaga di beberapa industri di India (Dassapa et al, 2003).
Penerapan teknologi gasifikasi biomas untuk pembangkit tenaga listrik di China antara lain dilaporkan oleh Wu et al (2009) dengan bahan bakar sekam. Sementara itu, Chen (2011) melaporkan bahwa di China, salah satu di antara penerapan teknologi gasifikasi biomas yang jumlahnya cukup banyak ialah untuk catu gas bakar yang disalurkan ke perumahan. Jumlah stasiun produksi gas dimaksud, sampai tahun 2007 adalah tercatat sebanyak 600 buah, sedangkan jumlah pembangkit tenaga listrik sesuai data tahun 2008 adalah sebanyak 40 buah. Salah satu skema sebuah stasiun produksi gas bakar untuk komunitas ditunjukkan pada gambar 6 yang diambil dari makalah Chen (2011).
Gambar 6. Bai Chuan Tong Chuang fuel gas station (Chen, 2011)
| Keterangan : 1. Feeder 2. Gasifier 3. Water scrubber 4. Filter 5. Separator 6. Venturi scrubber | 7. Blower 8. Tar collection tank 9. Water sealing tank 10. Gas tank 11. Flame arrester 12. Pipe net |
Penerapan Termal
Pada penerapan teknologi gasifikasi biomas untuk pembangkit listrik melalui teknologi turbin gas maupun dengan motor bakar dalam, gas dari reaktor harus dibersihkan dahulu agar dapat digunakan dengan baik tanpa merusak atau mengurangi kinerja peralatan. Pada penggunaan gas biomas untuk pemanas, misalnya pada pembakaran di kompor atau pembakaran gas biomas untuk pemanas ketel uap, gas dari reaktor tidak memerlukan pembersihan terlebih dahulu, dengan demikian akan menyederhanakan rancangan serta mengurangi biaya. Penerapan termal gas biomas adalah suatu alternatif yang cukup menarik dibanding teknologi pembakaran langsung, karena tingkat efisiensinya lebih bagus dan polusi yang dihasilkan lebih rendah meskipun biaya investasi yang diperlukan umumnya lebih tinggi. Berkembangnya teknologi kompor gas biomas pada beberapa tahun terakhir ini cukup menunjukkan keunggulan teknologi gasifikasi dibanding metode pembakaran langsung. Penerapan teknologi gasifikasi biomas untuk pemanas dapat dikelompokkan menurut ukurannya menjadi skala besar dan skala kecil. Pada skala besar penerapan utamanya ialah pembakaran gas untuk ketel uap untuk catu energi mekanik melalui turbin uap yang kemudian dapat digunakan untuk pembangkit listrik maupun untuk pemakaian tenaga mekanik secara langsung dalam proses industri. Pemanfaatan gas biomas untuk pemanas pada skala kecil antara lain adalah untuk bahan bakar kompor masak dan untuk beberapa macam industri pengolahan yang menggunakan panas. Penerapan gas biomas untuk pemanas antara lain dikembangkan oleh IRRI pada tahun 1986 (Belonio, 2005) dengan menggunakan bahan bakar sekam. Namun rancangan tersebut belum bisa digunakan secara operasional karena masih menyisakan beberapa kendala teknis. Gambar 7 dan 8 memperlihatkan rancangan sistem kompor gas yang dikembangkan IRRI tersebut.
Gambar 7. Foto sistem kompor gas sekam buatan IRRI memperlihatkan komponen pendingin dan kompor pembakar gas (Belonio, 2005).
Gambar 8. Skema sistem kompor gas sekam buatan IRRI (Belonio, 2005).
Pada tahun 1989, Central Philippines University (CPU) juga mengembangkan rancangan reaktor gas sekam untuk bahan bakar kompor (Belonio, 2005). Skema rancangan tersebut diperlihatkan pada gambar 9.
Gambar 9. Skema sistem kompor gas sekam buatan CPU (Belonio, 2005).
Pada saat ini di Cina sudah cukup banyak dikembangkan sistem reaktor dan kompor gas biomas yang sebagian sudah tersedia di perdagangan, bahkan sudah ada distributor di Indonesia yang menawarkan teknologi tersebut melalui internet. Gambar 10 – 11 memperlihatkan rancangan reaktor-kompor gas biomas dari Cina yang ditawarkan di Indonesia melalui internet.
Gambar 10. Kompor gas Cina yang ditawarkan di internet.
Gambar 11. Kompor gas Cina yang ditawarkan di internet.
Salah satu penerapan termal teknologi gasifikasi adalah untuk pengopenan roti (Panwar et al 2009), untuk sterilisasi media tumbuh jamur (Tippayawong et al 2011). Gambar 12 dan 13 memperlihatkan reaktor pada sistem teknologi gasifikasi biomas untuk pengopenan roti, sedang gambar 14 memperlihatkan sistem teknologi gasifikasi biomas untuk sterilisasi media tumbuh jamur.
Gambar 12. Skema sistem teknologi gasifikasi biomas untuk pengopenan roti (Panwar et al 2009).
Gambar 13. Reaktor pada sistem teknologi gasifikasi biomas untuk pengopenan roti (Panwar et al 2009).
Gambar 14. Sistem teknologi gasifikasi biomas untuk sterilisasi media tumbuh jamur (Tippayawong et al, 2011).
Daftar Pustaka
Abdullah, K, AK Irwanto, N Siregar, E Agustina, AH Tambunan, M Yamin, E Hartulistyoso, YA Purwanto, D Wulandari, LO Nelwan; 1998; Energi dan Listrik Pertanian; JICA–DGHE / IPB Project / ADAET.
Anonim; 1986; Wood Gas as Engine Fuel; Food and Agriculture Organization of the United Nations; Rome.
Baozhao, Z., and X. Yicheng; 1994; Study on Performance of Biomass Gasifier-Engine Systems And Their Environmental Aspects; dalam Nan et al (eds.); Integrated Energy Systems In China - The Cold Northeastern Region Experience; Food and Agriculture Organization of the United Nations; Rome.
Basu, P., J. Butler, M.A. Leon; 2011; Biomass Co-Firing Options on the Emission Reduction and Electricity Generation Costs in Coal-Fired Power Plant; Renewable Energy; 36 (2011) 282 – 288.
Belonio, A.T.; 2005; Rice Husk Gas Stove Handbook; Appropriate Technology Center, Department of Agricultural Engineering and Environmental Management, College of Agriculture, Central Philippine University, Iloilo City, Philippines.
Chen, L.; 2011; Insight: State‐of‐The‐Art of Biomass Gasification in China; 5th International Conference on Application of Biomass Gasification; Nantes, France – 11/02/2011.
Dasappa, S., H.S. Mukunda, P.J. Paul, N.K.S. Rajan; 2003; Biomass to Energy; Indian Institute of Science.
Knoef, H.A.M; 2005; Biomass Gasification; BTG Biomass Technology Group; http://www.btgworld.com/2005/html/technologies/gasification.html.
Mande, S., and V.V.N. Kishore (eds); 2007; Towards Cleaner Technologies: A Process Story on Biomass Gasifiers for Heat Applications in Small and Micro Enterprises; TERI Press, The Energy and Resources Institute; New Delhi.
Palit, D., and S. Mande; 2007; Biomass Gasifier Systems for Thermal Applications in Rural Areas; Boiling Point; No 53 2007.
Panwar, N.L., N.S. Rathore, A.K. Kurchania; 2009; Experimental Investigation Of Open Core Downdraft Biomass Gasifier For Food Processing Industry; Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change; Volume 14, Number 6, 547 – 556.
Rajvanshi, A.K., and M.S. Joshi; 1989; Development and Operational Experience with Topless Wood Gasifier Running a 3.75 kW Diesel Engine Pumpset; Biomass 19 (1989) 47 – 56.
Simpson, D.H.; 2001; Biomass Gasification for Sustainable Development; http://www.safariseeds.com/botanical/biodigestion/ Biodigestion.htm
Tippayawong, N., C. Chaichana, A. Promwungkwa, P. Rerkkriangkrai; 2011; Clean Energy from Gasification of Biomass for Sterilization of Mushroom Growing Substrates; International Journal Of Energy; Issue 4, Vol. 5, 2011. Turare, C.; 1997; Biomass Gasification Technology and Utilisation; http://members.tripod.com/~cturare/bio.htm.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar