## Pengujian fixed bed gasifier dengan bahan bakar biomassa
Mohammad Azis M 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, ITENAS, Bandung Email korespondensi: m.azis.mahardika@gmail.com

## Abstrak
Saat ini, kebutuhan manusia akan energi semakin besar dan terus bertambah, dikarenakan jumlah penduduk yang  semakin  meningkat.  Ketergantungan  akan  bahan  bakar  fossil  dapat  dilihat  dari  pemakaian  energi  di Indonesia, saat ini pemakaian energi didominasi oleh minyak bumi 46,9%,  gas alam 21,9%, batubara 26,4%, dan biofuel, panas bumi, EBT lainya 4.8%. Oleh karena itu untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil  ini  dapat  digunakan  energi  alternatif  lain  yang  merupakan  energi  terbarukan  seperti  biomass.  Selain  itu diperlukan  teknologi  untuk  meningkatkan  efisiensi  pembakaran  maka  diperlukan  proses  untuk  mengkonversi bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas yaitu proses gasifikasi. Pada penelitian ini, dilakukan pengujian reaktor gasifikasi tipe downdraft. Pada hasil pengujian ini didapatkan CGE (Cold Gas Efficency) sebesar 41,1 % dan kandungan gas hasil gasifikasi CO2 (2,98%) , H2 (2,66%), N2 (66,99%), CO (15,71%), CH4 (2,98%), H2S (0,15%) dengan AFR sebesar 2,47.
Kata kunci : EBT,CGE, Gasifikasi, AFR,

## Abstract
Currently, the human need for energy is growing larger, due to the increasing population. The dependence on fossil fuels can be seen from Indonesia’s energy usage. Nowadays, energy consumption is dominated by petroleum (46.9%), natural gas (21.9%), coal (26.4%), and other (4.8%). Therefore, to reduce dependence on fossil fuels, biomass can be used as alternative energy which is renewable. In addition, technology required to improve the combustion efficiency is necessary. To convert solid fuel into gas fuel is gasification process. In this research, the downdraft gasification type reactor was tested. In this test, results obtained are CGE (Cold Gas Efficiency)  by 41.1% and the gas content of CO2 (2.98%), H2 (2.66%), N2 (66.99%), CO (15.71 %), CH4 (2.98%), H2S (0.15%) with an AFR of 2.47
Keywords: EBT,CGE, Gasifikasi, AFR

## 1. Pendahuluan
Saat  ini,  kebutuhan  manusia  akan  energi  semakin besar  dan  terus  bertambah,  dikarenakan  jumlah penduduk yang semakin meningkat Energi dibutuhkan  manusia  untuk  berbagai  aspek  dalam kehidupan  seperti  listrik,  transportasi,  perindustrian, dan  berbagai  kebutuhan  rumah  tangga.  Untuk menghasilkan  energi  dibutuhkan  sumber  energi. Bahan bakar fosil seperti batubara, minyak, gas alam merupakan  sumber  energi  tak  terbarukan,  Karena proses  terbentuknya  yang  lama  dan  ketersediaanya yang semakin menipis maka bahan bakar fosil disebut sumber  energi  tak  terbarukan.  sedangkan  biomassa, angin,  panas  matahari,  panas  bumi,  dan  lain-lain merupakan  sumber  energi  terbarukan.  Dikarenakan proses terbentuknya yang relatif cepat dan ketersediaanya yang sangat banyak. [1]
Ketergantungan akan bahan bakar fossil dapat dilihat dari  pemakaian  energi  di  Indonesia,  saat  ini pemakaian  energi  didominasi  oleh  minyak  bumi 46,9%,  gas alam 21,9%, batubara 26,4%, dan biofuel, panas bumi, EBT lainya 4.8% [2]. Penggunaan bahan bakar  fossil  dapat  menyebabkan  masalah  ekonomi, sosial,  dan  lingkungan.  Masalah  utama  pemakaian bahan bakar fosil adalah persediaan bahan bakar fossil
yang  semakin  menipis  menyebabkan  harganya  yang semakin  mahal.  Oleh  karena  itu  untuk  mengurangi ketergantungan  pada  bahan  bakar  fosil  ini  dapat digunakan  energi  alternatif  lain  yang  merupakan energi  terbarukan  seperti  biomass  Biomass  berasal dari  hasil  pertanian,  perkebunan,  dan  limbah  hutan. Indonesia merupakan penghasil biomass yang cukup besar sehingga sayang jika tidak digunakan salah satu contohnya  adalah  kayu.  Tetapi  walaupun    biomass mempunyai  biomass  yang  melimpah  tetapi  terdapat masalah pada penggunaan biomassa yaitu polusi yang dihasilkan. Oleh karena itu untuk mengurangi polusi dapat menggunakan teknologi gasifikasi.
Gasifikasi  merupakan  proses  konversi  bahan  bakar padat  menjadi  bahan  bakar  gas,  dalam  kata  lain mengkonversi  untuk  bahan  bakar  biomass  dapat dikonversi  menjadi  bahan  bakar  gas  yang  biasa disebut synthetic  gas atau  syngas [3]. Karena proses pembakarn  gas  yang  lebih  baik  maka  gas  yang dihasilkan  setelah  pembakaran  menjadi  lebih  bersih jika  dibandingkan  dengan  pembakaran  bahan  bakar padat.  Teknologi  gasifikasi  ini  sudah  diaplikasikan dalam  pembangkit  listrik  yang  dinamakan  IGCC  ( Integrated Gasification Combined Cycle )
Selain  itu,  Bahan  bakar  gas  memiliki  keunggulan yaitu proses distribusi yang lebih mudah dibandingkan  dengan  mendistribusikan  bahan  bakar padat  (khusus  igcc  ),  selain  itu  bahan  bakar  hasil gasifikasi ini juga ramah lingkungan, jika dibandingkan dengan pembakaran langsung biomass.
Selain itu, teknologi gasifikasi ini dapat diaplikasikan untuk energi alternatif di daerah yang tidak terjangkau transmisi listrik PLN, untuk kapasitas kecil teknologi ini dapat menghasilkan daya sebesar 100 KW.

## 2. Metode

## Diagram Alir
Gambar 1. Diagram alir proses pengujian
Diagram  alir  pada  gambar  2.1  menunjukan  diagram alir  proses  pengujian  gasifikasi.  Proses  dalam penelitian  ini  diawali  dengan  memperoleh  data-data hasil  perancangan  gasifikasi  seperti  dimensi  reaktor, jenis  reaktor  gasifikasi,  dan  bahan  bakar  yang digunakan.  Proses  perancangan  tidak  akan  dibahas pada  penelitian  ini.  Berikut  gambar  3  dimensi  hasil perancangan reaktor gasifikasi yang ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Hasil perancangan reaktor gasifikasi [4]
Proses  gasifikasi  dibagi  menjadi  3.  Proses  pirolisis terjadi  pada  zona  pirolisis.  Proses  oksidasi  terjadi pada zona oksidasi. Proses reduksi terjadi pada zona reduksi.  Berikut  dimensi  yang  diperoleh  dari  hasil perancangan

## Tabel 1. Dimensi Reaktor Gasifikasi
Selanjutnya, untuk menghasilkan gas gasifikasi yang bersih  maka  diperlukan  komponen  pembersih  gas hasil  gasifikasi.  Siklon  dan  filter  ditambahkan  pada sistem yang ditujukan untuk mengurangi zat pengotor syngas  seperi  tar  dan  abu.  Pengujian  dilakukan
dengan skema sebagai yang ditunjukkan pada gambar 3.
Proses pengujian dilakukan seperti yang ditunjukkan pada skema. Udara dan bahan bakar bercampur pada reaktor  dalam  keadaan  pembakaran  miskin.  Laju massa udara diukur dengan menggunakan venturimeter  yang  dipasang  pada  sisi  masuk  udara. Laju  massa  bahan  bakar  dilakukan  dengan  cara menghitung  jumlah  bahan  bakar  yang  dimasukkan pada  reaktor  dengan  waktu  yang  diperlukan  untuk membakar  seluruh  bahan  bakar  pada  reaktor. Selanjutnya,  sampel  gas  hasil  gasifikasi  diambil sebelum gas memasuki siklon, sampel diambil setelah gas hasil gasifikasi terbentuk dan sudah terbakar stabil pada burner.
Gambar 3 . Skema pengujian reaktor gasifikasi.
Hasil gas gasifikasi selanjutnya akan memasuki siklon yang  berguna  untuk  memisahkan  partikel-partikel pengotor pada gas dengan menggunakan prinsip gaya sentrifugal.  Selanjutnya,  gas  hasil  gasifikasi  akan memasuki filter yang berisi dengan sekam jagung, hal ini  bertujuan  agar  pengotor  seperti  tar  atau  uap  air terserap  sehingga  hasil  gas  gasifikasi  telah  memiliki kualitas  yang  bagus.  Blower  digunakan  untuk mengalirkan  udara  dan  burner  digunakan  untuk mengetahui  apakah  gas  hasil  gasifikasi  sudah terbentuk  atau  belum.  Gambar  4  menunjukan  alat pengujian gasifikasi yang sudah jadi.
Gambar  4 .  Reaktor  gasifikasi  dan  komponen pengujian
Selain itu, Pemodelan dilakukan untuk membandingkan  hasil  pengujian  dan  hasil  dari
pemodelan,  pemodelan  dilakukan  dengan  cycle tempo  5.0.  berikut  adalah  pemodelan  gasifikasi. pemodelan  dilakukan  dengan  menggunakan  1  buah gasifier  (4.3)  43  dan  5  buah  apparatus  (berbentuk lingkaran) seperti pada Gambar 5. Apparatus 1 adalah gasifier  dengan  temperatur  reaksi  sebesar  750 o C, apparatus  2  adalah  input  biomassa  yang  memiliki temperatur 25 dengan tekanan 1 bar dan apparatus 3 sebagai  input  oksidan  yang  memiliki  temperatur  25 dengan  tekanan  1  bar.  Apparatus  4  dan  5  berfungsi sebagai pendingin.
Gambar 5 . Model gasifikasi

## 3. Hasil dan Pembahasan
Data-data  hasil  pengujian  didapat  dari  pengambilan data  sebelum  dan  sesudah  pengujian  berlangsung. Berikut adalah data hasil pengujian reaktor gasifikasi yang ditunjukkan pada Tabel 2. Pengujian dilakukan dengan  menggunakan  bahan  bakar  yang  mudah didapatkan,  yaitu  kayu.  Jumlah  bahan  bakar  yang digunakan untuk pengujian sebesar 2 kg, bahan bakar juga  memiliki  nilai  LHV  sebesar  26.400  kJ/kg. Pengujian berlangsung selama 1 jam 11 menit. Untuk proses start-up gasifikasi dibutuhkan waktu sekitar 15 – 20 menit dari proses pemasukan bahan bakar sampai burner  menyala. Untuk  mendapatkan api  yang stabil maka perlu diatur laju massa syngas dengan mengatur inverter pada blower.
Tabel 2 . Data pengujian reaktor gasifikasi Bahan Bakar Kayu Massa Bahan Bakar 2 kg LHV Bahan Bakar 26.400 kJ/kg Waktu Pembakaran 1 jam 11 menit Temperatur Udara 24 o C Laju massa syngas 0.00154 kg/s AFR 2,47 Kapasitas 4,037 kW
Pada saat pengujian, setelah gas hasil gasifikasi sudah terbentuk,  sampel  gas  diambil  dan  diuji  kandungan gas  dengan  menggunakan  gas  kromatografi.  Hasil dari uji gas yang dilakukan ditunjukkan pada Tabel 3
. Gas hasil gasifikasi yang terbentuk adalah CH4, CO, H2,  dan  H2S.  Nilai  LHV  dapat  dihitung  dari komposisi gas yang terbentuk, maka didapatkan nilai LHV dari syngas sebesar 2622.7 kJ/kg.
Tabel 3. Fraksi volume kandungan syngas No Gas Fraksi Volume 1 CO2 2.98% 2 H2 2.66% 3 N2 66.99% 4 CO 15.71% 5 CH4 2.98% 6 H2S 0.15%
Pada  hasil  pemodelan  gasifikasi  komposisi  hasil syngas  gasifikasi.  syngas  yang  diperoleh  adalah  gas CO  sebesar  15,84%,  H2  15,36%,  dan  CH4  0.72% dengan LHV 3444.1 kJ/kg dapat dilihat pada tabel 4
Tabel 4 .  Hasil pengujian dan pemodelan
Perbedaan yang cukup jauh terdapat pada kandungan CH4  dan  H2,  pada  hasil  pengujian  menghasilkan jumlah  yang  lebih  sedikit  daripada  hasil  pemodelan, hal  ini  mungkin  dikarenakan  tidak  tercapainya temperatur  reaksi  dari  gasifikasi,  dari  hasil permodelan  pengaruh  temperatur  reaksi  pada  proses gasifikasi  sangat  berpengaruh  dalam  pembentukan syngas,  semakin  kecil  temperatur  reaksi  maka semakin  kecil  pula  hasil  gas  yang  dihasilkan.  Tidak sampainya  temperatur  reaksi  dikarenakan  banyak panas yang terbuang keluar dari dalam reaktor. Selain itu  juga  tidak  terjadi  steam  methane  reforming reaction yang mengubah CH4 menjadi H2 dan CO.
Parameter  prestasi  gasifikasi  dapat  dihitung  melalui Cold Gas Efficiency dengan rumus sebagai berikut
(1)
Diperoleh  CGE  ( Cold  Gas  Efficiency )  untuk pengujian  hasil  gasifikasi  sebesar  41,1%.  Nilai  ini merepresentasikan  seberapa  besar  efisiensi  nilai energi  syngas  jika  dibandingkan  dengan  nilai  energi bahan  bakar  asalnya,  atau  seberapa  besar  energi syngas  yang  didapat  dari  energi  bahan  bakar  mula. Nilai  CGE  masih  dapat  ditingkatkan  dengan menggunakan  isolator  panas  pada  dinding-dinding reaktor.
Serbuk  kayu  yang  berada  di  dalam  filter  setelah pengujian  menghitam  seperti  yang  terlihat  pada Gambar 5 menghitam, hal ini dikarenakan terdapat tar pada  filter  yang  seharusnya  tar  terkondensasi  dan terpisah pada siklon, tetapi siklon hanya mengkondensasi  dan  memisah  sebagian  tar.  Dalam hal  ini  siklon  yang  dibuat  kurang  optimal.  Pada Gambar 5 terlihat tar yang terbentuk pada siklon. Tar yang terbentuk pada reaktor gasifikasi dapat  menjadi masalah, tar dapat menyumbat pipa dan juga blower, selain  itu  jika  digunakan  pada  genset,  tar  dapat menempel  pada  dinding  ruang  bakar  dan  dapat merusak piston.
Gambar 5 . Kondisi siklon dan filter setelah pengujian

## 4. Kesimpulan
Kapasitas reaktor yang diperoleh dari hasil pengujian sebesar 4,037 kW. Terdapat perbedaan kandungan gas hasil  pengujian  dan  pemodelan,  yang  mungkin dikarenakan tidak tercapainya temperatur reaksi pada saat pengujian akibat banyaknya panas yang terbuang. Dengan LHV gas hasil pengujian sebesar 2622.7 kj/kg dan  LHV  gas  hasil  pemodelan  sebesar  2840  kj/kg. Perbedaan  kandungan  gas  hasil  pengujian  dan pemodelan  paling  besar  terjadi  pada  komposisi  gas CO dan H2. Reaktor gasifikasi memiliki CGE sebesar 41.1% dengan AFR sebesar 2.47.

## Daftar Pustaka
[1] T.B.  Reed  dan  A.  Das,  Handbook  of  Biomass Downdraft  Gasifier  Engine  Systems,  SERI, Washington DC, 1988.
[2] Peraturan  Presiden  Nomor  5  Tahun  2006 Tentang Kebijakan Energi Nasional.
[3] C. Higman dan M. van der Burgt, Gasification , Gulf Professional Publishing, Oxford, 2008.
[4] A. Paramaputra, Perancangan Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft dengan Bahan Bakar Batubara,
Teknik Mesin FTMD ITB, 2013.