Submitted : 4 December Revised : 8 December Accepted : 8 December

## UJI KUALITAS SYNGAS BAHAN BAKAR BONGGOL JAGUNG TERHADAP AIR FUEL RATIO (AFR) DAN KADAR AIR DENGAN GASIFIKASI DOWNDRAFT
Endang Suhendi 1* , Imron Rosyadi 2 , Tb. Ahmad Nasorudin 2
1 Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
2 Jurusan Teknik Mesin – Fakultas Teknik – Universitas Sultan Ageng Tirtayasa *Email : endangs.untirta@gmail.com

## Abstrak
Teknologi  gasifikasi  adalah  memanfaatkan  energi  biomassa  sebagai  bahan  bakar  melalui  proses  mengubah padatan  biomassa  menjadi syngas yaitu  CH 4 ,H 2, CO,  pada  temperatur  tinggi  di  reaktor gasifier dengan  suplai udara  terbatas.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  menciptakan  inovasi  energi  alternatif  terbarukan  dan  mengetahui pengaruh  AFR  dan  kadar  air  terhadap  kualitas  produk syngas yang  dihasilkan  pada  gasifikasi  tipe downdraft serta  membandingkan  komposisi syngas pada  penelitian  gasifikasi updraft sebelumnya.  Untuk  bonggol  jagung dikeringkan sampai didapatkan kadar air yang diinginkan. Penelitian ini menggunakan blower dengan laju alir udara  yang  dihembuskan  ke  reaktor gasifier di  atur  berdasarkan  beberapa  variasi  AFR.  Dalam  enam  kali pengujian dengan tiga variasi AFR dan dua variasi kadar air bahan bakar yang berbeda didapatkan hasil analisa syngas memiliki konsentrasi yang berbeda. Pada penelitian ini untuk AFR 1,048 dan kadar air  9 % menghasilkan kualitas syngas paling baik dengan konsentrasi CH₄ 2,020 vol%, H₂ 4,033 vol % dan CO 9,813 vol %.
Kata Kunci : AFR, Bonggol Jagung, ER,  Gasifikasi Downdraft, Kadar Air, Syngas

## Abstract
Gasification is a technology that uses biomass energy as fuel through biomass conversion to  CH 4 , H 2, CO, at high temperature in gasifier with limited air supply. The aim of this reseach was to create an innovation an renewable alternative energy and to determine the effect of  AFR and moisture content on syngas produced by downdraft type gasification and comparing the composition of the syngas in previous updraft gasification research. corncob was  dried  to  obtain  the  desired  moisture  content.  This  study  used  a  blower  with  a  flowrate  of  air  which  was blown into to the gasifier reactor arranged according to some variation of AFR. In six tests with three variations of AFR and two variations of the water content of different fuels obtained results of the analysis of  syngas having different  concentration.  In  this  study  AFR  1,048  and  moisture  content  9%  resulted  the  best  quality  of  syngas with CH₄ 2,020 %vol, H₂ 4,033  %vol and CO 9,813  %vol concentration
Keywords : AFR, Corncorb, ER, Downdraft Gasification, Moisture Content, Syngas

## 1. PENDAHULUAN
Semakin  berkembangnya  ilmu  pengetahuan  dan teknologi  maka  semakin  tingginya  akan  kebutuhan konsumsi  energi.  Saat  ini  konsumsi  energi  terbesar masih  menggunakan  bahan  bakar  fosil.  Indonesia merupakan  negara  agraris  yang  memiliki  lahan pertanian  yang  luas  dan  ditanami  produk-produk pertanian  yang  beragam.  Produk  pertanian  tersebut meninggalkan  limbah,  limbah  pertanian  dapat dimanfaatkan  sebagai  sumber  energi  diantaranya
adalah bonggol jagung. Data Badan Pusat Statistik No. 20/03/Th.  XVI, 1 Maret 2013  menyebutkan, produksi jagung  Indonesia  pada  tahun  2012  mencapai  19,38 juta  ton  pipilan  kering.  Untuk  memaksimalkan manfaat  kandungan  energi  dari  limbah  bonggol jagung,  maka  diperlukan  suatu  penelitian  dan percobaan untuk dapat mengkonversi menjadi sebuah energi yang lebih besar. Teknik memanfaatkan energi biomassa  dari  bonggol  jagung  adalah  dengan gasifikasi.

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Pengertian Biomassa
Biomassa  adalah  bahan  organik  yang  dihasilkan melalui  proses  fotosintesis,  baik  berupa  produk maupun  buangan.  Contoh  biomassa  antara  lain tanaman, pepohonan, rumput, umbi limbah pertanian, dan  limbah  hutan.  Selain  digunakan  untuk  tujuan primer  seperti  serat,  bahan  pangan,  pakan  ternak, minyak  nabati,  bahan  bangunan  dan  sebagainya, biomassa juga digunakan sebagai bahan energi (bahan bakar).
Salah  satu  biomassa  yang  dapat  dimanfaatkan dalam proses gasifikasi adalah limbah bonggol jagung. Pada proses gasifikasi limbah bonggol jagung  dibakar didalam gasifier dan menghasilkan produk syngas dan gas  panas  dengan  nilai  kalori  4000-4500  Kcal/kg. Produk syngas tersebut  adalah  H₂,  CO,  dan  CH₄,  yang dapat  dimanfaatkan  menjadi  gas  bakar.  Proses pembentukan  gas  pada  sistem  ini  merupakan kelanjutan  dari  proses  pirolisa  dimana  reaksi  yang terjadi adalah (Higman and Burgt, 2003):
C + CO₂  → 2CO C + H₂O → H₂ + CO C + 2H₂  → CH₄
Pada fase gas beberapa reaksi tambahan dapat terjadi
: CO + H₂O → CO₂ + H₂ CO + 3H₂ → CH₄+H₂O

## 2.2 Konsep Dasar Gasifikasi
Dalam  proses  gasifikasi  udara  yang  diperlukan lebih  rendah  dari  udara  yang  digunakan  pada  proses pembakaran,  untuk  AFR  dibatasi  yaitu  1  sampai  1,5. Selama  proses  gasifikasi  terdapat  beberapa  tahapan proses yaitu :
1. Tahapan pemanasan.
2. Tahap pengeringan.
3. Tahap pemanasan lanjut.
4. Tahap devolitasi.
5. Tahap  pembakaran  arang  (terjadi  jika  masih terdapat udara yang tersisa).

## 2.3 Zona Proses Gasifikasi
Terdapat  empat  bagian  tempat  pada  proses  gasifikasi dalam pembuatan gas bahan bakar, yaitu (Rinovianto, 2012):
1. Proses  Pengeringan  Bahan  Bakar  (Driying  of Fuel  Process),  Pada  reaksi  ini,  bahan  bakar yang  mengandung  air  akan  dihilangkan dengan cara diuapkan dan  dibutuhkan  energi yang  besar  untuk  melakukan  proses  tersebut sehingga cukup menyita waktu operasi
2. Proses  Pirolisis  (Pyrolisis  Process),Pada Pirolisis, pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak terkondensasi)  dari  padatan  karbon  bahan bakar  menggunakan  panas  yang  diserap  dari proses oksidasi sehingga pirolisis disebut juga gasifikasi parsial.
3. Proses  Pembakaran  (Combustion  Process), Proses  Pembakaran  adalah  mengoksidasi kandungan  karbon  dan  hidrogen  yang terdapat  dalam  bahan  bakar  dengan  reaksi endotermik,  sedangkan  gasifikasi  mereduksi hasil  pembakaran  menjadi  gas  bakar  dengan reaksi endotermik.
4. Proses  Reduksi  (Reduction  Process),  Reaksi reduksi  suatu  rangkaian  reaksi  endotermik yang  panasnya  diproduksi  dari  proses pembakaran.  Pada  reaksi  ini,  arang  yang dihasilkan  melalui  reaksi  pirolisis  tidak sepenuhnya  karbon  tetapi  juga  mengandung hidrokarbon  yang  terdiri  dari  hidrogen  dan oksigen.  Untuk  itu,  agar  dihasilkan  gas mampu  bakar  seperti  hidrogen  dan  karbon monoksida,  maka  arang  tersebut  harus direaksikan dengan air dan karbon dioksida.

## 2.4 Parameter Gasifikasi
Agar  proses  gasifikasi  dapat  berfungsi  dengan baik  ada  beberapa  parameter  yang  dibutuhkan  untuk dijaga pada batasan tertentu ( Kaup and Gross, 1981 ) :
1. Ukuran Partikel Bahan Bakar
2. Kadar air Air ( Moisture )
3. Kandungan Abu ( Ash )
4. Volatile Matter
5. Nilai Panas

## 2.5 Perhitungan Dasar Gasifikasi
Laju  udara  dihitung  dengan  menggunakan persamaan Bernoulli berikut :
Menentukan Air Fuel Ratio (AFR) :
AFR = ṁ udara ṁ bahan bakar
Atau  untuk  perhitungan  AFR  dalam  satu  kali percobaan  1,2  kg  bahan  bakar  selama  30  menit digunakan persamaaan berikut ini :

## AFR = ρ. A₁. v₁

## m/t
Berat  udara  pembakaran  stokiometri,pada  data dry basis ultimate ( Sharma, and Mohan, 1984) :
1 23 ( 8C 3 + 8H₂ + S − O₂ )
Air  Fuel  Ratio stokiometri  (AFRs)  dapat  dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
AFRs = berat udara stokiometri berat bahan bakar
                   1 ' 2 2 2 1 1 A A gh v   
Ekivalensi  Rasio  dapat  ditentukan  dengan  persamaan berikut ( Zainal, dkk. 2003):
ER = AFR AFR s dimana : g = percepatan grafitasi (m/s²) h = tinggi permukaan air pada manometer (m) ρ = massa jenis fluida dalam pipa / udara (kg/m³) ρ’ = massa jenis fluida dalam manometer/ air (kg/m³) A₁ = luas penampang pipa masuk (m²) A₂ = luas Penampang orifis (m²) v₁ = laju udara (m/s) m = massa bonggol jagung (kg) t = waktu operasi gasifier (detik)

## 3. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  di  Laboratorium Konversi  energi  Fakultas  Teknik  Universitas  Sultan Ageng  Tirtayasa  dengan  bahan  baku  yaitu  bonggol jagung  yang  berasal  dari  serang.  Pada  penelitian  ini hasil gas dari proses gasifikasi akan di analisis dengan menggunakan  gas  cromatografi  pada  laboratorium analisis  PT.  Amoco  Mitsui  indonesia. Adapun  Tahapan penelitian dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini :
Gambar 1. Tahapan Penelitian
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Waktu Terhadap Temperatur
Terlihat  pada  gambar  2  pada  salah  satu percobaan yang  dilakukan dengan AFR 1,087, terlihat bahwa  grafik  distribusi  temperatur  mengalami fluktuasi. Hal ini dapat disebabkan oleh:
a. Ketidakseragaman  ukuran  bahan  bakar sehingga  mempengaruhi  laju  turunnya  bahan bakar ke daerah oksidasi.
b. Ketidakseragaman  kadar  air  dalam  bahan bakar  sehingga  terjadi  perbedaan  kecepatan pembakaran di oksidasi.
c. Dalam  tipe downdraft udara  panas  atau  zona oksidasi  berada  pada  T3  sedangkan outlet syngas terletak  di  bagian  bawah  dari  T4, dengan  demikian  gas  panas  tidak  mudah untuk  keluar  namun  alirannya  melewati  di daerah  atasnya  baru  kemudian  kebawah sehingga  mengalami  penurunan  temperatur gas karena melewati bahan bakar yang belum terbakar.
d. Pengaruh  kebocoran  gas  pada flange  gasifier , dan pengaruh insulasi gasifier yang tidak baik.
Gambar 2. Grafik Hubungan antara Waktu Terhadap Temperatur Pada Proses Gasifikasi

## 4.2 Ekivalensi Rasio
Dalam  gasifikasi  jumlah  udara  pembakaran dibatasi  antara  20%  -  40%  udara  stokiometri  atau dengan  ekivalensi  rasio  (ER)  0,2  –  0,4.  Berikut  ini adalah grafik hubungan antara AFR dengan Ekivalensi Rasio (ER).
Gambar 3. Grafik Hubungan Antara AFR dan Ekivalensi Rasio (ER)
Pada gambar 3 terlihat bahwa semakin kecil nilai AFR maka akan semakin kecil pula nilai ER. Menurut Prabir Basu  bahwa  standar  untuk  ER  kurang  dari  0,2  maka, akan  menghasilkan  beberapa  masalah  diantaranya adalah  gasifikasi  tidak  sempurna,  formasi  arang  yang berlebih,  dan  produksi  gas  dengan  nilai  panas  yang
0 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 T em pera tur (o C) Waktu (menit) T1 T2 T3
T4 T5 T6
rendah.  Sedangkan  untuk  ER  lebih  dari  0,25  namun kurang dari 0,4  maka, akan menghasilkan gas produk yang  telah  terbakar  sehingga  dapat  menaikkan temperatur gasifikasi (Basu, 2010).

## 4.3  Pengaruh  Kadar  Air  Terhadap  Komposisi Syngas
Berikut  ini  adalah  salah  satu  grafik  percobaan pada AFR 1,048
Gambar 4. Grafik Perbandingan Kualitas Syngas Terhadap Kadar Air
Pada  gambar  4  memperlihatkan  grafik  perbandingan kualitas syngas terhadap  kadar  air  bahan  bakar. Konsentrasi syngas lebih  tinggi  yaitu  pada  bahan bakar  dengan  kadar  air  9%  dibandingkan  dengan kadar air 10,70%. Hal ini didasarkan bahwa, kadar air bahan bakar mempengaruhi temperatur reduksi. Pada kadar air 9% temperatur reduksi lebih tinggi. Dengan temperatur  reduksi  tinggi  maka  laju  pengkonversian CO₂  menjadi  CO  pada  daerah  reduksi  meningkat. Temperatur reduksi yang tinggi juga akan meningkatkan  jumlah  H₂O  pada  daerah  reduksi sehingga  meningkatkan  reaksi  pembentukan  H₂  dan CH₄.

## 4.4 Pengaruh AFR Terhadap Komposisi Syngas
Dibawah  ini  adalah  grafik  hasil  pengaruh  AFR terhadap komposisi syngas.
Gambar 5. Grafik Pengaruh AFR Terhadap Komposisi Syngas
Gambar  5  memperlihatkan  perbandingan  komposisi gas CO₂, CO, H₂, dan CH₄ pada AFR yang berbeda. Pada grafik tersebut menunjukan konsentrasi syngas paling tinggi  denganAFR  1,048,Perbandingan  udara  bahan bakar  sangat  berpengaruh  besar  pada  komposisi
syngas karena  udara  berperan  dalam  proses pembakaran didalam gasifier .

## 4.5  Penelitian  Gasifikasi  Updraft  Terhadap Komposisi Syngas
Dibawah  ini  adalah  grafik  hasil  kualitas syngas yang dihasilkan pada penelitian gasifikasi updraft yang dilakukan pada penelitian sebelumnya.
Gambar 6. Grafik Pengaruh AFR Terhadap Komposisi Syngas  pada kadar air 10,89%
Berdasarkan gambar 6  didapatkan pada AFR 1,2 nilai komposisi Syngas H₂,  CO,  dan  CH₄  adalah  tertinggi dibandingkan  dengan    AFR  1,4  dan  AFR  1,6.  Untuk nilai  komposisi Syngas pada  AFR  1,2  adalah  H₂  1,08 %vol, CO 8,13 %vol, dan CH₄ 4,32 %vol.

## 5.  KESIMPULAN
Kesimpulan  dari  hasil  pengujian  gasifikasi bonggol  jagung  dengan  menggunakan  gasifikasi downdraft adalah sebagai berikut :
1. AFR  yang  paling  efektif  pada  pengujian gasifikasi  downdraft  adalah  1,048  dengan kadar  air  bahan  bakar  bonggol  jagung  9% karena  dapat  menghasilkan  konsentrasi syngas  H₂  lebih  tinggi  yaitu  4,033  %vol,  CO 9,813 %vol, dan CH₄ 2,02 %vol.
2. Perbandingan  hasil  gasifikasi  updraft  pada penelitian  sebelumnya  dengan  gasifikasi downdraft  didapat  bahwa  untuk  gasifikasi downdraft  lebih  baik  dalam  menghasilkan konsentrasi  syngas  H₂  dan  CO  yaitu  4,033 %vol  dan  9,813  %vol  pada  AFR  1,048  dan kadar  air  9%  sedangkan  gasifikasi  updraft mampu  menghasilkan  konsentasi  CH₄  lebih tinggi yaitu 6,59 %vol pada AFR 1,6 dan kadar air 10,89% dibandingkan gasifikasi downdraft yang  hanya  menghasilkan  konsentrasi  CH₄ 2,02 %vol pada AFR 1,048.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Bassu, P., Biomass Gasification and pyrolisis  : Practical Design. UK : Elsevier, 2010.
Higman,  C.;  Burgt,  M.,  Gasification.  Publishing:  Gulf Profesional., 2003.
Kaup, A.; Gross, J.R., State of The Art Report  for Small Scale  (to  50  KW)  Gas  Producer  Engine  System.
Department of Agricultural Engineering University of California, 1981.
0 2 4 6 8 10 1.2 1.4 1.6 K o n sen tr asi g as (% vo l) AFR H₂ CO CH₄
Rinovianto,  G.,  Karakteristik  Gasifikasi  Pada  Updraft Double  Gas  Outlet  Gasifier  menggunakan  Bahan Bakar Kayu Karet. Skripsi. UI. Juli 2012. Sharma,  S.P.,  Mohan,  C.,  Fuel  and  Combustion.  New
Delhi:  Tata  Mc  Graw-Hill  Publishing  Company
Limited, 1984.
Zainal,  Z.A.;  Rifau,  A.;  Quadir,  G.A.;  Seetharamu,  K.N., Determination of   Reactor  Scalling  Factor  for Throatless Risk Husk Gasifier.Paper,  Biomass  & Bioenergy Jounal, 2003.