DUL Pengaruh penambahan Ca(OH) 2 pada Proses Pirolisis terhadap Hasil Gasifikasi Batubara Bituminus dengan medium Gas CO 2 Saripah Sobah
Jurusan Teknik Kimia, Sekolah Tinggi Teknologi Industri Bontang Jl Brigjend Katamso No. 40 Bontang sobahypk@yahoo.com

## Abstrak
Pemanfaatan  batubara  melalui  proses  gasifikasi  perlu  dikembangkan  lebih  lanjut  karena  proses  ini dapat dijadikan alternatif untuk menggantikan peranan  gas alam sebagai sumber gas sintesis. Di samping itu, proses ini dapat  mengurangi  pencemaran lingkungan  karena teknologi gasifikasi  merupakan teknologi  yang bersih  dan  dapat  mengurangi  jumlah  gas  CO 2 yang  dibuang  ke  lingkungan.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  pengaruh  penambahan  Ca(OH) 2 pada  proses  pirolisis  terhadap  hasil  gasifikasi  arang  batubara bituminus  dengan  medium  gas  CO 2 .  Reaksi  karbon  dari  arang  batubara  dengan  gas  CO 2 pada  proses gasifikasi merupakan reaksi endotermis dan berlangsung sangat lambat pada suhu di bawah 1000 o C sehingga digunakan Ca(OH) 2 sebagai katalisator. Proses gasifikasi batubara dijalankan dalam reaktor fixed bed. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gasifikasi arang batubara dengan penambahan Ca(OH) 2 pada proses pirolisis memberikan  pengaruh  terhadap  komposisi  gas  hasil  yaitu  berkurangnya  kadar  gas  CO 2 dan  menyebabkan berkurangnya kadar belerang pada arang hasil pirolisis dan gasifikasi. Proses ini juga dapat mengurangi kadar gas CO 2 sebesar 63,17% dan untuk  gasifikasi tanpa Ca(OH) 2 , CO 2 dapat dikurangi kadarnya sampai 35,2%.
Kata kunci: kalsium hidroksida, gasifikasi, batubara, karbon dioksida.

## Abstract
The utilization of coal through the gasification process needs to be developed further, because this process  is  an  alternative  method  to  subtitute  natural  gas  to  produce    the  synthesis    gas.  In  addition,  this process  can  reduce  environmental  pollution  as  gasification  technology  is  a  clean  technology  and  it  can reduce the amount of CO 2 discharged to the atmosphere. This research aims to find out the influence of the addition  of  Ca(OH) 2 on  pirolisis  process  against  the  result  of  gassifikasi  charcoal  bituminous  coal  with medium  CO 2 .  The  reaction  of  carbon  from  charcoal  coal  with  CO 2 to  the  process  of  gassifikasi  a  reaction endotermis and was a very slow at temperatures below 1000 o c so used Ca(OH) 2 as catalyst. The process of gassifikasi  coal  run  in  the  reactor  '  s  fixed  bed.  The  result  showed  that  gassifikasi  charcoal  coal  with additional ca ( oh ) 2 on pirolisis process give influence against composition the result gas is reduced levels co2 and causing a diminution levels sulphur on coals results pirolysis and gassifikasi.This process can also reduce co2 levels of 63,17 % and to gassifikasi without ca ( oh ) 2, co2 can be reduced the content until 35,2 %.
Keywords: calcium hydroxide, gassifikasi, coal, carbon dioxide.

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  salah  satu negara  yang  memiliki  potensi  batubara  yang cukup  besar.  Jumlah  sumber  batubara  di Indonesia  pada  tahun  2010  tercatat  105,187 miliar ton dengan cadangan 21,131 miliar ton (Ariyono,  2011).    Penggunaan  batubara  di Indonesia  masih  terbatas.  Produksi  batubara mencapai  275    juta  ton  pada  tahun  2010  dan tahun  2011  diproyeksikan  sekitar  327   juta ton.    Jumlah  batubara  yang  terserap  pasar dalam negeri pada tahun 2010 hanya  24,36% dari  total  produksi  nasional  (Ariyono,  2011). Pemerintah Indonesia menargetkan
peningkatan  penggunaan  batubara  dari  23% menjadi  33%  sesuai  dengan  diversifikasi energi  atau  eneri mix yang  telah  dicanangkan sehingga  sudah  selayaknya  ekspor  batubara dikurangi
Gasifikasi  batubara  adalah  proses konversi  batubara  yang  berwujud  padat menjadi  campuran  gas.  Proses  gasifikasi batubara terdiri dari beberapa tahap dan tidak ada  batasan  yang  pasti  antara  tahap  satu dengan  tahap  lainnya.  Gasifikasi  batubara diawali  dengan  proses  pirolisis  kemudian diikuti  dengan  proses  gasifikasi.  Reaksi gasifikasi  adalah  reaksi  heterogen  gas-padat yang  mengakibatkan  perubahan  struktur  pori.
Laju gasifikasi arang sangat lambat dibandingkan  dengan  laju  evaporasi  dan devolatilisasi atau pirolisis sehingga laju yang menentukan  proses  dalam  gasifikasi  batubara adalah  laju  gasifikasi  arangnya  (Kim  dkk, 2011)
Proses  pirolisis  mulai  terjadi  pada suhu 400 o C (Ismail, 1995). Pirolisis dibedakan menjadi  pirolisis  cepat  dan  pirolisis  lambat. Laju  pemanasan  yang  lambat  pada  saat pirolisis  akan  menghasilkan  produk  berupa arang,  sebaliknya  pirolisis  dengan  laju pemanasan  cepat  akan  menghasilkan  produk berupa senyawa-senyawa dengan berat molekul  ringan  atau  gas-gas  (Cortés  dkk., 2009).
Gasifikasi  batubara  dapat  dilakukan dengan  medium  udara, steam ,  H 2 ,  CO 2 ,  atau campuran  dari  medium-medium  tersebut. Gasifikasi dengan medium gas CO 2 menghasilkan  gas  sintesis  terutama  gas  CO yang  dapat  digunakan  sebagai  bahan  baku industri petrokimia. Gasifikasi batubara dengan  gas  CO 2 menghasilkan  produk  utama berupa  gas  CO.    Reaksi  utama  yang  terjadi adalah reaksi Boudouard.
Reaksi Boudouard :
C (s) + CO 2 (g) 2CO (g) ∆H o R =+172 kJ/mol
Reaksi Boudouard  adalah reaksi yang sangat  endotermis  sehingga  tanpa  katalisator reaksi  ini  berlangsung  sangat  lambat  pada suhu  di  bawah  1000  K  (Cortés  dkk.,  2009). Reaksi  tersebut  dapat  berlangsung  cepat  pada suhu  rendah  jika  digunakan  katalisator. Katalisator  yang  dapat  digunakan  untuk proses  batubara  adalah  unsur-unsur  dari golongan alkali dan alkali tanah dalam bentuk oksida atau karbonatnya dan golongan transisi dalam  bentuk  oksidanya.  Kalsium  hidroksida merupakan  salah  satu  senyawa  yang  dapat digunakan sebagai katalisator reaksi gasifikasi batubara dengan gas CO 2 .
Gasifikasi
batubara
merupakan teknologi yang bersih karena tidak menghasilkan gas SOx dan NOx. Keuntungan yang  diperoleh  dari  proses  gasifikasi  tersebut adalah  mengurangi  jumlah  gas  CO 2 yang dibuang  ke  atmosfer,  meningkatkan  nilai ekonomis  dari  CO 2 dan  batubara,    dan menjadi alternatif untuk memenuhi
kebutuhan  gas  sintesis  sebagai  bahan  baku industri petrokimia.

## METODE PENELITIAN

## Bahan Penelitian
Bahan  penelitian  yang  digunakan dalam  penelitian  adalah  batubara  Bituminus yang berasal dari Bontang, Kalimantan Timur, Ca(OH) 2 pro analysis diperoleh dari Bratachem,  gas  CO 2 99%,  dan  Gas  Nitrogen teknis  95%.  Hasil  Analis  Ultimat  batubara disajikan pada Tabel 1
Tabel 1. Hasil Analisis Ultimat Batubara
Bahan Abu %, adb Karbo n %, adb Hidr ogen %, adb Nitr ogen %, adb Bele rang Tota l %, adb Oks igen %, adb Batubara bahan baku 5,76 63,63  5,52 1,50 1,06 22,5 3 Metod e ASTM D.537 3 ASTM D.537 3 ASTM D.53 73 ASTM D.537 3 ASTM D.423 9 ASTM D. 3176
Ket:  Adb = air dried  basis (Sobah, 2012)

## Alat Penelitian
Alat  gasifikasi  terdiri  dari  reaktor fixed  bed yang  terbuat  dari  bahan  kuarsa dengan  ukuran:  panjang  41,5  cm,  diameter dalam  3,81  cm,  diameter  luar  3,97  cm, Pendingin (condenser) dengan ukuran panjang 34  cm,  penampung  gas  dengan  ukuran  19  L, ember  penampung  air    dengan  ukuran  10  L, tabung  gas  CO 2, termocouple ,  manometer, regulator,  dan  pengatur  suhu  yang  dirangkai seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian Alat Gasifikasi (Sobah, 2012)

## Prosedur Penelitian
Batubara  dengan  ukuran  4  -  5,6  mm sebanyak 100 gram dicampur dengan 10 gram serbuk  Ca(OH) 2 kemudian  dipirolisis  pada suhu  700 o C  selama  90  menit  dengan  laju pemanasan  kurang  lebih  20 o C/menit.  Proses pirolisis dilakukan untuk meningkatkan kadar karbon  dan  menghilangkan volatile  matter sehingga gas yang dihasilkan selama gasifikasi  dapat  diasumsikan  hanya  berasal dari reaksi C dan CO 2 . Proses pirolisis diawali dengan pembilasan menggunakan gas nitrogen  selama  30  menit.  Arang  batubara hasil  dipirolisis  seberat  10  gram  digasifikasi selama  120  menit  dengan  laju  pemanasan 20 o C/menit.  Proses  ini  dimulai  dengan pembilasan menggunakan gas Nitrogen selama  20  menit.  Setelah  suhu  yang diinginkan tercapai, gas CO 2 dialirkan dengan kecepatan 544 ml/menit. Pengambilan sampel gas dilakukan setiap menit ke  20, 40, 60, 80, 100, dan 120. Gas yang dihasilkan ditampung di  dalam  penampung  gas  dan  volumenya dicatat.  Volume  gas  yang  dihasikan  dihitung dengan  cara  menghitung  volume  air  yang keluar dari penampung gas.
Pengambilan sampel gas keluar reaktor  dilakukan  untuk  menganalisis  kadar CO,  CO 2 ,  H 2 ,  dan  CH 4 dengan  menggunakan alat  Kromatografi  Gas.  Analisis  terhadap arang  sisa  juga  dilakukan  untuk  mengetahui berapa  besar  pengurangan  berat  batubara setelah digasifikasi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh  penambahan  Ca(OH) 2 terhadap komposisi gas Pengaruh penambahan Ca(OH) 2 terhadap  komposisi  gas  disajikan  pada Gambar  2.  Secara  keseluruhan  penambahan
Ca(OH) 2 pada suhu 700 o C-900 o C menyebabkan penurunan kadar gas CO 2 lebih banyak dibandingkan dengan tanpa penambahan  Ca(OH) 2 .  Hal  ini  disebabkan oleh peranan gas CO 2 yang dapat meningkatkan  konversi  melalui  beberapa mekanisme  yaitu  menonaktifkan  lempung asam  yang  mengganggu  proses  gasifikasi (Wang  dkk.,  2010),  meningkatkan  aktifitas mineral-mineral  pada  proses  perengkahan (Franklin  dkk.,1981),  dekarbonilasi  gugus fenol  (Wood  dan  Sancier,  1980),  dan
meningkatkan jumlah CO 2 chemisorbed (Solano dkk.,1989)
A : tanpa Ca(OH) 2, B : dengan Ca(OH) 2 Gambar 2. Grafik Pengaruh Pengaruh Penambahan Ca(OH) 2 terhadap Komposisi Gas (Sobah, 2012)
Penurunan kadar gas CO 2 tidak linear dengan  kenaikan  suhu.  Kadar  CO 2 yang paling  rendah  diperoleh  pada  kondisi  suhu 800 o C baik pada gasifikasi tanpa penambahan Ca(OH) 2 atau  dengan  penambahan  Ca(OH) 2 . Peningkatan  kadar  CO 2 pada  suhu  900 o C dapat terjadi karena ada sebagian gas CO atau karbon  dari  arang  batubara  yang  bereaksi dengan  oksigen  membentuk  gas  CO 2 yang ditandai  dengan  berkurangnya  kadar  gas  O 2 . Pada gasifikasi dengan penambahan Ca(OH) 2 , hal  ini  disebabkan  karena  pada  suhu  750 o C mulai  terjadi  reaksi  antara  CaO  yang  berasal dari Ca(OH) 2 dengan CO 2 membentuk CaCO 3 sehingga menurunkan kadar CO 2 . Meningkatnya  kembali  kadar  CO 2 pada  suhu 900 o C  terjadi  karena  CaCO 3 mengalami dekomposisi  menjadi  CaO  dan  CO 2 ,  menurut Halikia  dkk  (2001),  laju  reaksi  dekomposisi CaCO 3 berlangsung  sangat  cepat  pada  suhu 850 o C sampai 870 o C.
Pengaruh  penambahan  Ca(OH) 2 terhadap arang hasil pirolisis dan gasifikasi
Data yang diperoleh dari hasil analisis ultimat  menunjukkan  pengaruh  penambahan Ca(OH) 2 terhadap  kandungan  komponen- komponen  penyusun  batubara  seperti  karbon, oksigen,  sulfur  dan  abu  yang  dihasilkan  dari proses pirolisis dan hasil gasifikasi sebagaimana yang disajikan pada Tabel 2 dan Tabel 3.
700A A A 700B 800AA
A 800BA A 900AA A 900B A A 900B
Hasil analisis ini menunjukkan bahwa penambahan Ca(OH) 2 menyebabkan
kandungan  abu  lebih  besar  dan  kandungan karbon  lebih  rendah.  Hal  ini  karena  kalsium (Ca)  yang  berasal  dari  Ca(OH) 2 merupakan komponen  yang  meningkatkan  kadar  abu. Selain  kadar  abu,  kadar  oksigen  pada  hasil pirolisis  yang  ditambahkan  Ca(OH) 2 juga lebih  besar  jika  dibandingkan  dengan  tanpa penambahan Ca(OH) 2 , hal ini juga disebabkan karena  penambahan  Ca(OH) 2 pada  proses pirolisis  menyebabkan  pembentukan  gas  CO lebih  besar  dibandingkan  pembentukan  gas CO 2 .  Kandungan  sulfur  pada  pirolisis  yang ditambahkan  Ca(OH) 2 lebih  rendah.  Hal tersebut  disebabkan  karena  ada  sebagaian sulfur yang  bereaksi dengan Ca.

## Tabel  2. Hasil Ultimat Arang Batubara Bituminus Hasil Pirolisis
N o Paramete r Baha n Baku (% massa) Tanpa Ca(OH) 2 (% massa) Dengan Ca(OH) 2 (% massa) 1 Karbon 63,63 80,93 75,01 2 Hidrogen 5,52 1,73 1,54 3 Nitrogen 1,5 1,70 1,47 4 Sulfur 1,6 1,16 0,8 5 Oksigen 22,53 1,45 3,29 6 Abu 5,76 13,03 17,89 (T= 700 o C , t= 90 menit, q= 20 o C/menit) (Sobah, 2012)
Tabel 3. Hasil Ultimat Arang Batubara Bituminus Hasil Gasifikasi
N o Paramete r Bahan Baku (% massa ) Tanpa Ca(OH) 2 (% massa) Dengan Ca(OH) 2 (% massa) 1 Karbon 63,63 77,28 61,6 2 Hidrogen 5,52 1,38 1,54 3 Nitrogen 1,5 1,62 1,29 4 Sulfur 1,6 1,2 0,83 5 Oksigen 22,53 5,93 16,69 6 Abu 5,76 12,59 18,05
(T= 800 o C , t=120 menit, q= 20 o C/menit) (Sobah, 2012)
Pengurangan kadar gas CO 2 Pengurangan  kadar  gas  CO 2 pada berbagai suhu pada kondisi tanpa menggunakan  Ca(OH) 2 dan  menggunakan Ca(OH) 2 disajikan pada Tabel 4 dan 5
Tabel 4. Hubungan suhu dan pengurangan CO 2 (Tanpa Ca(OH) 2 )
Suhu
( o C) Input Output Pengurangan CO 2 CO hasil
CO 2 (mol/ menit) CO 2 (mol/ menit)
CO (mol/
menit) (gram
CO 2 / gram arang batubara awal) % mol (gram CO/ gram arang batubara awal) 700 0,0217 0,0158  0,0267  3,0756  26,89 0,8983 800 0,0217  0,0140  0,0412  4,0257  35,20 1,3851 900 0,0217  0,0172  0,0750  2,3334  20,40 2,5199
(m ao =10 gram, d p =3,5-5 mesh, Q CO2 =544 ml/L, q= 20 o C/menit) (Sobah, 2012)
Tabel 5. Hubungan suhu dan pengurangan CO 2 (dengan Ca(OH) 2 )
Suhu (oC) Input Output Pengurangan CO 2 CO hasil CO 2 (mol/
menit) CO 2 (mol/ menit) CO (mol/ menit) (gram CO 2 / gram arang batubara awal) % mol (gram CO/ gram arang batubar a awal) 600 0,0217  0,0199 0,0007  0.8993  7.86 0.2213 700 0,0217  0,0083  0,0083  7.0443  61.59 4.3922 800 0,0217  0,0080  0,0029  7.2244  63.17 1.5232 900 0,0217  0,0147  0,0048  3.6732 32.12  2.5318 1000 0,0217  0,0182  0,0048  1.8028  15.76 2.5488
(m ao =10 gram, d p =3,5-5 mesh, Q CO2 =544 ml/L, q= 20 o C/menit) (Sobah, 2012)
Hasil  penelitian  ini  menunjukan bahwa  pengurangan  gas  CO 2 terbesar  terjadi pada  suhu  800 o C  yaitu  sebesar  4,2057  gram CO 2 /gram arang batubara dengan pengurangan  kadar  gas  CO 2 sebesar    35,2%.
Pengurangan  gas  CO 2 pada  gasifikasi  dengan menambahkan  Ca(OH) 2 pada  rentang  suhu 600 o C  sampai  1000 o C  mencapai  puncaknya pada  suhu  gasifikasi  800 o C  yaitu  sebesar 7,2244  g  CO 2 /g  batubara  atau  sebesar  63,17
%.  Pada  suhu  700 o C  pengurangan  kadar  CO 2
tidak  jauh  berbeda  dengan  suhu  800 o C  akan tetapi konversi CO yang dicapai paling  besar.
Penerapan proses ini akan memberikan beberapa dampak positif baik bagi lingkungan hidup  maupun  perekonomian.  Dampak  bagi lingkungan hidup adalah berkurangnya jumlah gas  CO 2 yang  dibuang  ke  atmosfir  sehingga akan  mengurangi  pemanasan  global  dan dampak  turunannya.  Pemanfaatan  batubara melalui gasifikasi lebih ramah lingkungan jika dibandingkan  dengan  pembakaran  batubara yang  mengemisikan  banyak  debu  dan  gas pencemar  seperti  SOx  dan  NOx.  Penerapan proses  ini  akan  memberikan  keuntungan  lain selain lebih ramah lingkungan yaitu menciptakan lapangan pekerjaan baru sehingga  dapat  meningkatan  pendapatan masyarakat  di  sekitarnya. Selain  menciptakan lapangan  pekerjaan  baru,  perusahaan  juga mendapatkan keuntungan dari emission trading dan  telah  menerapkan  mekanisme pembangunan  bersih  (CDM).  Proses  ini  juga akan  meningkatkan  nilai  ekonomis  batubara yang    sebagian  besar  hanya  diekspor  atau digunakan sebagai bahan bakar saja.

## KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  dapat    diambil  dari penelitian ini adalah:
1. Penambahan Ca(OH) 2 pada proses pirolisis  memberikan  pengaruh  terhadap komposisi  gas  dan  arang  hasil  gasifikasi batubara  bituminus  dengan  medium  gas CO 2.
2. Penambahan Ca(OH) 2 pada proses pirolisis  menyebabkan  kadar  gas  CO 2 dalam  hasil  gasifikasi  lebih  rendah  jika dibandingkan dengan proses tanpa penambahan Ca(OH) 2.
3. Penambahan Ca(OH) 2 pada proses
pirolisis  menyebabkan  kadar  belerang pada  arang  hasil  pirolisis  maupun  hasil gasifikasi lebih rendah jika dibandingkan dengan proses tanpa penambahan
Ca(OH) 2.
4. Gasifikasi arang batubara bituminus yang berasal  dari  Kalimantan  Timur  dengan medium gas CO 2 menghasilkan pengurangan  jumlah  gas  CO 2 sebesar 63,17%    pada  kondisi  suhu  800 o C    dan laju  gas  CO 2 544  ml/menit  dengan
penambahan Ca(OH) 2 pada proses pirolisis  dan  sebesar  35,2%  untuk gasifikasi  tanpa  penambahan  Ca(OH) 2 dengan kondisi operasi yang sama.
5. Gasifikasi  arang  batubara  bituminus dengan medium gas CO 2 dengan menambahkan  Ca(OH)2  pada  proses pirolisis dapat mengurangi kadar gas CO 2 yang dibuang ke atmosfer dan memberikan dampak positif bagi lingkungan hidup dan perekonomian

## DAFTAR PUSTAKA
1. Ariyono,  B.G.,  2011, Indonesian  Coal Mining Up Date , International Symposium Clean Coal Day in Japan 2011, Japan Coal Energy Centre, Japan
2. Cortés,  C.  G.,  Tzimas,  E.,  and  Peteves,  S. D.  ,2009, Technologies  for  Coal  Based Hydrogen  and  Electricity  Co-production Power Plants with CO 2 Capture , 10.2790/23969 3. Franklin, H.D., Peter, W.A., and Howard,J.B., 1981, Mineral Matter Effects on  The  Rapid  Pyrolysis  Hydropyrolysis  of Bituminous Coal , American Society National Meeting, fuel Chemistry Division Preprints, 26 No.23, 35-42. 4. Halikia, I., Zoumpoulakis, L.,
Christodoulou,  E.,  &  Prattis,  D,  2001, Kinetic study of the thermal decomposition of  calcium  carbonate  by  isothermal methods  of  analysis , The  European Journal  of  Mineral  Processing  and Environmental  Protection Vol.1,  No. 2,1303-0868, 2001, pp. 89-102.
5. Ismail,  S.,  1995, Batubara  Indonesia: Potensi  dan  Harapan ,  Pidato  Pengukuhan Guru  Besar  Tetap  dalm  Ilmu  Teknik Kimia, Universitas Sriwijaya, Palembang.
6. Kim,  Y.  T.,  Seo,  D.  K.,  and  Hwang,  J., 2011, Study of the Effect of Coal Type and Particle  Size  on  Char  -CO 2 Gasification via Gas Analysis , Energy , ACS Publications.
7. Sobah,S., 2012, Gasifikasi Arang Batubara Bituminus dengan Gas CO 2 menggunakan Ca(OH) 2 pada  Proses  Pirolisis ,    Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
8. Solano,  L.A.,    Alarcon  .,  M.A,  De  Lecea, S.M., dan Amoros, D.C., Calcium
Deactivation in CO 2 and Steam
Gasification  Reaction ,  Department    of
Inorganic Chemistry in the Science Faculty of  the University of Alicante, 136–143.
9. Wang, J.,  Yao,  Y.,  Cao, J.,  and Jiang,  M., 2010, Enhanced  catalysis  of  K 2 CO 3 for steam  gasification  of  coal  char  by  using Ca(OH) 2 in char preparation , Fuel , 89 (2), 310-317.