p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
Konversi Limbah Sekam Padi Menjadi Compressed Producer Gas
Anak Agung Putu Susastriawan 1 , Ani Purwanti 2 , Suparni Setyowati Rahayu 3
1 Jurusan Teknik Mesin, Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta
2 Jurusan Teknik Kimia, Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta
3 Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta * Koresponden email : agung589E@akprind.ac.id
Diterima: 8 Agustus 2022 Disetujui: 18 Agustus 2022

## Abstract
Producer gas from biomass gasification has been widely used as a fuel of an internal combustion engine as well as a fuel of a gas burner. However, it is only direct utilization in site of the  producer gas so far. No storage producer gas, such as compressed natural gas so far. Thus, the present work aims to investigate a potential of producing compressed producer gas (CPG) from rise husk gasification. The experimental work is started with production of the CPG and followed by testing of flammability of the CPG directly from the compressor (in 1 st stage work) and from the CPG tank (in 2 nd stage work). During the test, flame image, flame temperature, and flammability duration are investigated. The results show that CPG can be produced from rice husk gasification under compression pressure of 6 bar. To enhance energy content of the CPG, the producer gas should be purified and upgraded before compressing into the tank in the future work. Keywords: CPG, conversion, gasification, producer gas, rice husk

## Abstrak
Produser gas  dari  gasifikasi  biomassa  telah  banyak  digunakan  sebagai  bahan  bakar  mesin  pembakaran dalam serta bahan bakar kompor gas. Namun, selama ini produser gas baru dimanfaatkan secara langsung tanpa adanya penyimpanan, seperti gas alam terkompresi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi konversi sekam padi menjadi Compressed Producer Gas (CPG) melalui proses gasifikasi dengan tungku gasifikasi model aliran ke bawah. Riset dimulai dengan produksi CPG dan dilanjutkan dengan pengujian mampu nyala CPG langsung dari kompresor (tahap 1) dan dari tangki CPG 3 kg dan 12 kg (tahap 2). Selama pengujian, dilakukan pengambilan data berupa foto nyala api, temperatur nyala api, dan durasi nyala. Hasil penelitian menunjukkan bahwa CPG dapat dihasilkan dari gasifikasi sekam padi pada tekanan kompresi 6 bar. Untuk meningkatkan kandungan energi CPG, pada penelitian selanjutnya diperlukan optimasi proses purifikasi produser gas sebelum dilakukan kompresi ke dalam tabung. Kata Kunci: CPG, gasifikasi, konversi, produser gas, sekam padi

## 1. Pendahuluan
Upaya  mengatasi  masalah  keterbatasan  energi  konvensional  dan  pemanasan  global,  pencarian sumber energi alternatif dan terbarukan meningkat secara signifikan di seluruh dunia, termasuk Indonesia. Limbah biomassa, salah satu dari sekian banyak sumber energi alternatif dan terbarukan, semakin mendapat perhatian dalam satu dekade terakhir. Limbah biomassa dapat  dikonversi menjadi bahan bakar gas yang berguna yang dikenal sebagai produser gas melalui proses gasifikasi yang berlangsung di dalam reaktor yang  disebut gasifier .  Gasifikasi  merupakan  proses  termokimia  melalui  rangkaian  reaksi  pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi [1] [2]. Berbeda dengan pembakaran, proses gasifikasi membutuhkan jumlah oksidator yang lebih sedikit. Ref. [3] menemukan rasio ekuivalen yang efektif untuk gasifikasi biomassa adalah 0,25- 0,32. Pada umumnya, produser gas mengandung gas CO, H 2 , dan CH 4 yang mudah terbakar serta  gas  yang  tidak  dapat  terbakar  CO 2 dan  N 2 ketika  udara  digunakan  sebagai  oksidator.  Pembakaran produser gas lebih bersih daripada pembakaran langsung biomassa [4]. Gasifikasi merupakan metode yang paling menarik dalam konversi limbah biomassa menjadi bahan bakar gas [5].
Produser  gas  dapat  digunakan  sebagai  bahan  bakar  kompor  atau  bahan  bakar  mesin  pembakaran dalam. Kompor dengan bahan bakar produser gas telah dilaporkan oleh beberapa peneliti sejauh ini [6-8]. Ref. [6] mengembangkan kompor berbasis gasifier tipe updraft skala kecil dengan kapasitas nominal 2,5 kW. Kompor memiliki  efisiensi  maksimum  hampir  mencapai  80%.  Ref.  [7]  melaporkan  bahwa  kompor produser  gas tipe Top  Lit  Updraft  (TLUD) memiliki  kinerja  yang  lebih  baik  dibandingkan  kompor konvensional. Emisi dan efisiensi bervariasi secara substansial dengan jenis bahan bakar, dan peningkatan emisi CO berkorelasi dengan laju bahan bakar. Efisiensi termal tertinggi sebesar 42% dengan emisi CO dan
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
PM  terendah  sebesar  0,6  g/MJd  dan  48  g/MJd  [8].  Sementara  itu,  beberapa  penelitian  tentang  aplikasi produser gas sebagai bahan bakar mesin pembakaran dalam juga telah dilaporkan oleh peneliti sebelumnya. Disebutkan bahwa efisiensi keseluruhan Genset 75 kWe berbahan bakar produser gas adalah sebesar 21% pada beban 85% [9]. Sedangkan efisiensi termal mesin diesel penggerak genset 62,5 kW menurun sekitar 8% ketika produser gas sebanyak 30% ditambahkan sebagai sebagai bahan bakar sekunder [10]. Meskipun performa  mesin  berkurang  saat  menggunakan produser  gas ,  tetapi  banyak  sistem gasifier -  mesin pembakaran dalam telah berhasil dikembangkan di seluruh dunia. Ref. [11] dan Ref. [12] mengembangkan sistem gasifier -  mesin  pembakaran  dalam  dengan feedstock limbah  furnitur  dan  kayu Eucalyptus . Sementara  itu,  sistem gasifier -  mesin  pembakaran  dalam  dengan feedstock sekam  padi  skala  kecil  juga telah berhasil dikembangkan oleh Ref. [13].
Selama ini, aplikasi produser gas langsung digunakan di lokasi ( on site ). Dengan demikian, gas tidak dapat  digunakan  di  lokasi  lain.  Untuk  mengatasi  masalah  tersebut,  produser gas harus  disimpan  dalam sebuah  tangki,  yaitu  produser  terkompresi  terkompresi  (CPG).  Namun,  belum  ada  penelitian  terdahulu tentang  CPG  yang  bisa  dijadikan  acuan  dalam  pengembangan  CPG.  Konsep  serupa  dari  gas  biomassa terkompresi dapat ditemukan pada biogas terkompresi [14]. Untuk mengompresi produser gas , diperlukan pembersihan dan penghilangan tar produser gas sebelum dikompresi ke tangki penyimpanan. Penghilangan tar  pada produser  gas dapat  dilakukan  dengan  berbagai  metode,  seperti  metode wet  scrubbing [15-17] maupun metode dry scrubbing [18]. Sejauh ini belum ada penelitian akan potensi produksi CPG dari limbah biomassa  yang  telah  dilaporkan.  Dengan  demikian,  penelitian  ini  sangat  baru  dan  menantang  dalam pemanfaatan limbah biomassa menjadi energi yang bermanfaat.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  dimulai  dengan  produksi  CPG  dan  dilanjutkan  dengan  pengujian  mudah  mampu  nyala CPG  langsung  dari  kompresor  (tahap  1)  dan  dari  tangki  CPG  3  kg  dan  12  kg  (tahap  2)  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 1 . Pada tahap I, percobaan dilakukan variasi tekanan tangki kompresor 2, 3, dan 4 bar. Sedangkan pada tahap 2, produser gas yang telah bersih dari tar dikompresi ke dalam tangki CPG 3 kg dan tangki CPG 12 kg, sehingga tekanan tangki mencapai 6 bar. Kemudian CPG diuji  mampu nyala menggunakan  kompor  gas.  Selama  pengujian,  dilakukan  pengambilan  data  berupa  foto  nyala  api,  suhu nyala api, dan durasi nyala.
Gambar 1. Setup pengujian Sumber : Data peneliti (2022)

## 3. Hasil dan Pembahasan
Gambar  2 menampilkan  foto  nyala  CPG  dari  kompor  gas  yang  diambil  dengan  menggunakan kamera digital. Berdasarkan visualisasi nyala tersebut, dapat dinyatakan bahwa nyala CPG yang stabil dapat diperoleh dengan menggunakan kompor gas komersial yang diindikasikan oleh nyala api biru CPG selama pengujian. Hal ini menunjukkan bahwa produser gas dari gasifikasi sekam padi berpotensi sebagai bahan bakar kompor gas.
Gambar 2. Foto nyala api CPG Sumber : Data peneliti (2022)
Temperatur nyala api selama pengujian dan temperatur rata-ratanya untuk variasi tekanan kompresor 2,  3,  dan  4  bar  masing-masing  ditampilkan  dalam Gambar  3 dan Gambar  4 .  Tren  profil  temperatur terhadap waktu penyalaan hampir serupa tekanan kompresor 2, 3, dan 4 bar seperti tampak dalam Gambar 3 . Temperatur nyala CPG meningkat seiring bertambahnya waktu nyala, dan mencapai maksimum pada menit ke-10. Nyala api yang lebih stabil diperoleh pada waktu nyala yang lebih lama dan  menyebabkan temperatur nyala api lebih tinggi pada menit ke-10 dibandingkan dengan temperatur nyala api pada menit ke-5. Namun, temperatur nyala api menurun setelah menit ke-10. Hal ini disebabkan terjadinya penurunan laju aliran massa CPG ke burner . Penurunan laju aliran massa CPG mengindikasikan bahwa CPG di tangki kompresor mulai berkurang.
Pada  waktu  tertentu,  temperatur  nyala  api  CPG  meningkat  dengan  penambahan  tekanan  tangki kompresor. Temperatur rata-rata nyala api untuk tekanan kompresi 2, 3, dan 4 bar adalah 512 ºC, 546 ºC, 567 ºC. Massa produser gas yang tersimpan di dalam  tangki adalah lebih besar untuk tekanan kompresi yang lebih tinggi. Dengan bukaan katup gas yang sama, laju aliran massa CPG ke burner akan lebih besar untuk tekanan kompresi yang lebih tinggi. Laju aliran massa CPG yang lebih besar ke burner menyebabkan lebih  banyak  bahan  bakar  yang  terbakar  sehingga  kalor  yang  dihasilkan  lebih  besar.  Dengan  demikian, temperatur nyala api meningkat dengan kenaikan tekanan kompresi. Tren kenaikan temperatur nyala api yang serupa juga ditemukan pada menit ke-10 dan ke-15.
Gambar 3 . Temperatur nyala api CPG terhadap waktu Sumber : Data peneliti (2022)
Sementara itu, Gambar 4 menunjukkan temperatur rata-rata nyala CPG pada tekanan tangki 2, 3, dan 4 bar.  Temperatur  rata-rata  nyala  api  CPG  meningkat  seiring  dengan  meningkatnya  tekanan  tangki. Temperatur rata-rata nyala api CPG adalah 513 ºC, 546 ºC, dan 571,67 ºC untuk tekanan tangki 2, 3, dan 4
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
bar. Hal ini menunjukkan bahwa laju aliran massa meningkat dengan meningkatnya tekanan. Peningkatan laju aliran massa CPG menyebabkan rasio bahan bakar dalam campuran bahan bakar-udara meningkat dan terjadi  pembakaran  kaya  bahan bakar  ( fuel  rich  combustion )  dimana  menyebabkan  terjadinya  pelepasan kalor yang lebih besar sehingga temperatur nyala api naik.
Gambar 4 . Temperatur rata rata nyala api CPG Sumber : Data peneliti (2022)
Potensi penyimpanan producer gas dalam tangki dianalisa dengan mengisikan produser gas ke dalam tangki CPG 3 kg dan 12 kg dengan tekanan injeksi 6 bar. Hasil pengujian durasi nyala api CPG 3 kg dan 12 kg ditampilkan dalam Gambar 5. Dari pengujian didapatkan bahwa durasi nyala tangki CPG 3 kg dan 12 kg masing-masing adalah 4,17 menit dan 13,03 menit. Dibandingkan dengan LPG, durasi nyala CPG untuk kapasitas tangki yang sama adalah jauh lebih rendah.
Hal  ini  disebabkan  karena  kandungan  energi  per  satuan  volume  tangki  CPG  jauh  lebih  rendah dibandingkan dengan kandungan energi per satuan volume tangki LPG. Namun demikian, dapat dikatakan bahwa produser  gas dapat  disimpan  di  dalam  tangki  sebagai  bahan  bakar  CPG  karena  telah  berhasil digunakan  sebagai  bahan  bakar  kompor  gas  pada  saat  pengujian.  Untuk  mengatasi  masalah  kandungan energi CPG yang rendah, diperlukan optimalisasi proses purifikasi di scrubber serta optimalisasi tekanan injeksi ke tangki.
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934

## 4. Kesimpulan
Compressed  Producer  Gas (CPG)  3  kg  dan  12  kg  telah  berhasil  diproduksi  dari  hasil  gasifikasi limbah sekam padi dengan tungku gasifikasi model aliran ke bawah. CPG. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa produser gas hasil gasifikasi sekam padi dapat dimanfaatkan dalam bentuk CPG. Diperlukan penelitian lanjutan untuk optimalisasi proses purifikasi dan optimalisasi tekanan injeksi untuk meningkatkan kandungan energi per satuan volume tangki CPG.

## 5. Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  yang  sebesar-besarnya  kepada  LPDP  Kementerian  Keuangan Republik Indonesia atas dukungan dana melalui skema Riset Keilmuan-Penelitian Mandiri Dosen 2021- 2022 dengan Nomor Referensi 133/E4.1/AK.04.RA/2021. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Tim  MBKM  mahasiswa  Jurusan  Teknik  Mesin,  Teknik  Kimia,  dan  Teknik  Lingkungan  yang  telah membantu riset ini.

## 6. Daftar Pustaka
[1] A.A.P.  Susastriawan,  H.  Saptoadi,  Purnomo,  “Small-scale  downdraft  gasifiers  for  biomass gasification: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews , Vol. 76, 2017
[2] C. Dejtrakulwong dan S. Patumsawad, “our Zones Modeling of the Downdraft Biomass Gasification Process: Effects of moisture content and air to fuel ratio,” Energy Procedia, Vol. 52, pp. 142 – 149, 2014
[3] F. Guo, Y. Dong, L. Dong, C. Guo, ” Effect of design and operating parameters on the gasiﬁcation process  of  biomass  in  a  downdraft  ﬁxed  bed:  An  experimental  study,” Int.  Journal  of  Hydrogen Energy , Vol. 39, pp. 5625-5633, 2014
[4] J.J. Hernández, G. Aranda-Almansa, A. Bula, “Gasification of Biomass Wastes in an Entrained Flow Gasifier : Effect of the Particle Size and the Residence Time,” Fuel Processing Technology , Vol. 91, No. 6, pp. 681–92, 2010.
[5] A. Erkiaga, G. Lopez, M. Amutio, J. Bilbao, M. Olazar, “Inﬂuence of operating conditions on the steam gasiﬁcation of biomass in a conical spouted bed reactor,” Chemical Engineering Journal , Vol. 237, pp. 259–267, 2014.
[6] K.B. Sutar, S. Kohli, M.R. Ravi, “Design, development and testing of small downdraft gasiﬁers for domestic cookstoves,” Energy , Vol. 124, pp. 447-460, 2017.
[7] O.F. Obi, S.L. Ezeoha, I.C. Okorie, “Energetic performance of a top-lit updraft (TLUD) cookstove,” Renewable Energy , Vol. 99, pp. 730-737, 2016.
[8] J. Tryner, B.D. Willson, A.J. Marchese, “The Effects of Fuel Type and Stove Design on Emissions and  Efﬁciency  of  Natural-Draft  Semi-Gasiﬁer  Biomass  Cookstoves,” Energy  for  Sustainable Development, Vol. 23, pp. 99–109, 2014.
[9] P.  Raman dan  N.K.  Ram,”  Performance  Analysis  of  an  Internal  Combustion Engine  Operated  on Produser Gas in Comparison with the Performance of the Natural Gas and Diesel Engines,” Energy Vol. 63, pp. 317-333, 2013.
[10] A.E. Dhole, R.B. Yarasu, D. B. Lata, A. Priyam, ”Effect on performance and emissions of a dual fuel diesel engine using hydrogen and produser gas as secondary fuels,” Int. J. Hydrogen Energy , Vol. 39, pp. 8087-8097, 2014.
[11] P.C.  Roy.  A.  Datta,  N.  Chakraborty,”  An  Assessment  of  Different  Biomass  Feedstocks  in  a Downdraft Gasiﬁer for Engine Application,” Fuel , Vol. 106, pp. 864–868, 2013.
[12] A.L. Galindo, E.S. Lora, R.V. Andrade, S.Y. Giraldo, R.L. Jaen, V.M. Cobas, “Biomass gasification in a downdraft gasifier with a two-stage air supply: Effect of operating conditions on gas quality,” Biomass and Bioenergy , Vol. 61, pp.236–244, 2014
[13] S.J. Yoon, Y.I. Son, Y.K. Kim, J.G. Lee, “Gasification and power generation characteristics of rice husk and rice husk pellet using a downdraft fixed-bed gasifier ,” Renew. Energy , Vol. 42, pp. 163– 167, 2012.
[14] R.B. Nallamothu, A. Teferra, B.V.A. Rao, “Biogas purification, compression and bottling,” Global Journal of Engineering, Design, & Technology , Vol. 2, No. 6, pp. 34-38, 2013
[15] T. Phuphuakrat, T. Namioka, K. Yoshikawa, “Absorptive Removal of Biomass Tar Using Water and Oily Materials,” Bioresource Technology , vol. 102, pp. 543–549, 2011.
[16] N. A. Ahmad dan Z. A. Zainal, “Performance and Chemical Composition of Waste Palm Cooking Oil as Scrubbing Medium for Tar Removal from Biomass  Producer Gas,” Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 32, pp. 256–261, 2016.
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
[17] A.A.P.  Susastriawan,  Y.  Purwanto,  Purnomo,  K.  Vindo,  A.  Hariyanto,  “An  effect  of  spray configuration and adsorbent material on performance of the spray scrubber in the downdraft gasifier - engine system,” Journal Teknologi (Sciences & Engineering) , Vol. 83, No. 6, pp. 167–174, 2021.
[18] Sudarsono,  A.  A.  P.  Susastriawan,  Y.  Purwanto,  La  Astamu,  “An  Effect  of  Zeolite  Size  on Performance of Dry Scrubber in Tar Removal of Biomass Derived Syngas,” International Journal of Heat and Technology , Vol. 40, No. 2, pp. 599-603, April, 2022.