Submitted : 17 April 2019 Revised : 30 April 2019 Accepted : 28 Mei 2019

## MODEL GASIFIKASI BIOMASSA MENGGUNAKAN PENDEKATAN KESETIMBANGAN TERMODINAMIKA STOIKIOMETRIS DALAM MEMPREDIKSI GAS PRODUSER
Hafid Alwan 1*
1 Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jenderal Sudirman Km.03 Cilegon, Banten – Indonesia 42443
* Email: hafidalwan@untirta.ac.id

## Abstrak
Reaksi  dalam  sistem  gasifikasi  meliputi  reaksi  oksidasi,  bouduard,  WGR,  WGSR,  dan  metanasi.  Reaksi-reaksi tersebut  dapat  dimodelkan  melalui  kesetimbangan  reaksi  termodinamika  untuk  memprediksi  komposisi  gas produser. Biomassa digambarkan sebagai CHxOyNz dengan agen pengoksidasi berupa udara. Produk gasifikasi yang  disebut  dengan  gas  produser  terdiri  atas  gas  CO,  CO 2 ,  H 2 ,  CH 4 ,  dan  N 2 .  Model  yang  digunakan  untuk memperkirakan gas produser adalah model homogen atau model schlapfer. Dalam model ini, persamaan reaksi yang dijadikan model reaksi adalah reaksi  water gas shift (WGSR). Reaksi tersebut dapat memprediksi hampir seluruh komposisi gas produser di dalam sistem gasifikasi. Rasio udara terhadap bahan bakar yang digunakan (AFR)  sebesar  0,3.  Nilai  konstanta  kesetimbangan  termodinamik dari  model  ini  sebesar  K  =  0,262  pada  suhu kesetimbangan gasifikasi 1073 K. Komposisi gas produser yang dihasilkan dari model ini yaitu CO= 24,55 %-mol, H 2 = 12,81 %-mol, CO 2 = 6,89 %-mol, H 2 O= 13,74 %-mol, dan N 2 = 40 %-mol.
Kata Kunci: Biomassa, Gasifikasi, Kesetimbangan termodinamik, Stoikiometris

## Abstract
The reaction in the gasification system includes oxidation, bouduard, WGR, WGSR, and methanation reactions. These reactions can be modeled by the thermodynamic equilibrium reactions to predict the composition of the producer gas. The biomass is represented as ChxOyNz with air as the oxidizing agent. Gas producer consist of CO, CO 2 , H 2 , CH 4 and N 2 . The model used in estimating producer gas is a homogeneous model or schlapfer model. In this model the reaction equation used as a reaction model is a water gas shift reaction (WGSR). It can predict almost all of the gas composition of the output in the gasification system. The ratio of air to fuel used (AFR) is 0.3. The value of the thermodynamic equilibrium constant of this model is K = 0.262 at the gasification equilibrium temperature of 1073 K. The producer gas composition produced from this model is CO = 24.55 %-mole, H 2 = 12.81 %-mole, CO 2 = 6.89 %-mole, H 2 O = 13.74 %-mole and N 2 = 40 %-mole.
Keywords: Biomass, Gasification, Gibbs free energy, Thermodynamic equilibrium, Stoichiometric

## 1. PENDAHULUAN
Dalam kurun waktu beberapa dekade terakhir ini pengolahan  biomassa  sebagai  salah  satu  alternatif penghasil  energi  terbarukan  semakin  meningkat. Biomassa merupakan salah satu penghasil energi yang ramah  lingkungan  serta  ketersediaanya  yang melimpah, maka sudah selayaknya untuk dikembangkan  lebih  jauh  untuk  menggantikan  energi fosil yang ketersediaannya terbatas dan memiliki emisi CO 2 yang cukup tinggi. Hal ini juga senada dengan Kyoto Protocol  yang  dikeluarkan  pada  tahun  1980  dimana
emisi  CO 2 yang  dilepas  ke  udara  akibat  dari penggunaan energi fosil harus dibatasi. Sehingga untuk mencapai tujuan tersebut proporsi penggunaan bahan bakar  terbarukan  yang  ramah  lingkungan  terhadap bahan  bakar  fosil  harus  ditingkatkan.  Emisi  CO 2 yang dihasilkan  dari  bahan  bakar  yang  bersumber  dari biomassa  lebih  kecil,  yaitu  sebesar  17-49  g/MJ. dibandingkan  dengan  bahan  bakar  fosil  sebesar  86 g/MJ (Judd, 2003). Hal ini dapat dilihat pada tabel 1. di bawah ini.

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip
Tabel 1. Emisi CO 2 yang dihasilkan dalam produksi energi menggunakan berbagai bahan baku
Bahan Bakar Bahan Baku CO 2 (g/MJ) Disimpan dalam bahan baku Ditambahkan ke dalam proses Konversi dan Distribusi Pembakaran Emisi ke lingkungan Diesel Minyak bumi 0 13 6 67 86 Biodiesel Minyak Canola -64 14 7 92 49 FT Diesel Kayu -162 7 113 59 17 Etanol Gandum -138 3 89 81 35 Etanol Kayu -135 3 95 81 44
Biomassa  merupakan  sebutan  yang  diberikan untuk  material  yang  tersisa  dari  makhluk  hidup terutama  tanaman  atau  hewan.  Energi  yang terkandung di dalam biomassa berasal dari matahari melalui  proses  fotosintesis.  Sumber  biomassa  di Indonesia bervariatif mulai dari sampah kota, limbah hutan,  serta  limbah  pertanian  dan  perkebunan. Sumber yang potensial di Indonesia sebagai negara agraris  adalah  limbah  pertanian  dan  perkebunan. Salah  satu  contohnya  adalah  sekam  padi,  data  dari BPS pada tahun 2018 menunjukkan bahwa potensi sekam padi di Indonesia cukup besar yaitu sekitar 12 juta  ton  dengan lokasi  produksi  terbesar  berada  di Jawa Tengah, Jawa Barat, dan Jawa Timur.
Data  karakteristik  beberapa  biomassa  yang dinyatakan  dalam  bentuk  analisa  ultimat  dan proksimat  dapat  dilihat  pada  tabel  2  di  bawah  ini. Data  ini  berguna  untuk  perhitungan  neraca  massa dan  energi  dalam  konversi  termokimia,  sehingga
dapat  dimodelkan  secara  termodinamika  untuk menentukan  komposisi  gas  produser  pada  reaksi kesetimbangan.
Gas  produser  dari  biomassa  dapat  dihasilkan melalui dekomposisi termal. Secara umum terdapat tiga  jalur  konversi  termal  biomassa,  yaitu  melalui jalur  pembakaran,  gasifikasi  serta  pirolisis  dan hidrotermal.  Perbedaan  ketiga  proses  tersebut adalah pada kebutuhan udara.
Gas sintesis (syngas) dengan kandungan utama berupa    gas  CO  dan  H 2 dari  ketiga  cara  tersebut hanya  dihasilkan  melalui  proses  gasifikasi,  dimana konversi ini dilakukan menggunakan udara parsial. Kedua  jenis  gas  mudah  bakar  tersebut  dapat dikonversi  menjadi  turunan  bahan  kimia  lainnya ataupun digunakan sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan,  sebagai    contoh  untuk  bahan  bakar pembangkit kukus, dimana  kukus digunakan untuk membangkitkan energi listrik.
Gambar 1. Jalur konversi termal biomassa serta produk yang dihasilkan
Tabel 2. Data analisa ultimat dan proksimat biomassa pertanian dan perkebunan (%db) (Yin, 2011)
No Biomassa Analisa Proksimat (%wt) Analisa Ultimat (%wt) HHV VM FC Abu C H N O S Mj/kg 1 Sekam Padi 61,81 16,95  21,24    38,50  5,20  0,45 34,61  - 14,69 2 Baggas Tebu 83,66 13,15  3,20 45,48  5,96  45,21  0,15 - 18,73 3 Jerami 65,47 15,86  18,67    38,24  5,20  0,87 36,26  0,18  15,09 4 Cangkang Sawit 77,28 17,59  5,14 48,34  6,20  2,62 37,44  0,26  20,71 5 Cangkang Kelapa 77,19 22,10  0,71 50,22  5,70  43,37  0 - 20,50 6 Kayu Bambu 86,80 11,24  1,95 48,76  6,32  0,20 42,77  - 20,55
Gasifikasi biomassa
merupakan konversi termokimia dari bahan bakar biomassa padat menjadi bahan  bakar  yang  mudah  terbakar  dengan  adanya sejumlah oksigen kurang dari yang dibutuhkan untuk pembakaran  stoikiometri  (Sansaniwale  et  al.,  2017). Gasifikasi  dilakukan  dalam  reaktor  yang  disebut gasifier, dan melibatkan berbagai reaksi pembentukan gas yang mengubah material karbon menjadi gas yang mudah  terbakar  dan  bahan  bakar  cair.  Meskipun merupakan teknologi yang menjanjikan untuk aplikasi pembangkit  listrik  dan  panas,  gasifikasi  biomassa memiliki  beberapa  hambatan  teknologi  yang membatasi  komersialisasinya.  Dalam  operasi  mesin, gas produser bisa menjadi bahan bakar alternatif yang bisa  dikenali  untuk  transportasi  dan  pembangkit listrik.  Hal  tersebut  tidak  hanya  menghasilkan  listrik dengan biaya rendah namun juga mengurangi bahaya kesehatan  yang  diakibatkan  oleh  emisi  dan  menjaga kebersihan atmosfer.
Reaksi  gasifikasi  merupakan  reaksi  endotermis, dengan  oksidator  berupa  udara,  kukus,  dan  oksigen dalam jumlah yang terbatas. Gas yang dihasilkan dari proses  gasifikasi  berupa  karbon  monoksida  (CO), hidrogen  (H 2 ),  karbon  dioksida  (CO 2 ),  metana  (CH 4 ), sedikit hidrokarbon berantai tinggi (etena dan etana), air (H 2 O), nitrogen (N 2 ), dan berbagai partikulat kecil seperti arang, abu, tar, alkali, dan senyawa sejenisnya. Dalam  beberapa  penelitian  yang  dipublikasikan menjelaskan bahwa komposisi gas produser (CO, CO 2 , H 2 ,  CH 4 )  lebih  besar  jika  menggunakan  agen  oksidasi berupa kukus dibandingkan dengan udara (Aydin et al, 2018; Balat  et  al.,  2009;  Cempa-Balewicz  et  al.,  2013; Shayan et al., 2018).
Tar  yang  terbentuk  dari  hasil  samping  gasifikasi dalam  skala  kecil  tidak  terlalu  berpengaruh  terhadap gas produser, tetapi jika dalam jumlah yang besar perlu dilakukan perlakuan khusus untuk menghilangkannya sebelum  gas  produser  memasuki  proses  selanjutnya. Untuk  mengatasi  pembentukan  tar  yang  berlebihan berbagai upaya telah dilakukan. Salah satunya adalah dengan  cara  catalytic  reforming,  untuk  mengkonversi tar menjadi senyawa hidrokarbon ringan  (J. Huang et al. 2011; Wang et al., 2008). Adnan et al. (2017) dalam hasil  penelitiannya  mengungkapkan  bahwa  produksi tar  di  dalam  gas  sintesis  dapat  ditekan  hingga seminimal  mungkin  dengan  cara  mengkombinasikan penggunaan  agen  pengoksidasi  (udara,  kukus,  dan oksigen).
Untuk  menghasilkan  gas  sintesis  dari  biomassa yang efisien dan bersih dari polutan bergantung pada jenis  reaktor  yang  digunakan,  jenis  biomassa,  agen oksidasi, dan kondisi operasi. Wang et al. (2008) dalam hasil  penelitiannya  memaparkan  bahwa  teknologi gasifikasi memiliki kelebihan dan kekurangan masing- masing  serta  agen  oksidasi  yang  umum  digunakan. Pembentukan tar dan arang yang berlebihan, serta nilai kalor  gas  produser  yang  rendah  dapat  terjadi,  jika pemilihan  reaktor,  agen  oksidasi,  dan  kondisi operasinya tidak tepat.
Miccio  et  al.  (2008)  dalam  penelitiannya mengungkapkan  bahwa  reaktor  unggun  terfluidakan (fluidized  bed)  pada  tekanan  atmosferik  merupakan
reaktor  gasifikasi  dengan  teknologi  yang  fleksibel untuk  menangani  biomassa  dan  sampah  kota  hingga skala  yang  besar  sekalipun.  Reaktor  unggun terfluidakan  dapat  meminimalisir  tar  serta  partikulat kecil lainnya di dalam gas produser, dan memiliki nilai kalor  (heating  value)  gas  sintesis  yang  tinggi  serta komposisi gas H 2 yang besar, sehingga memungkinkan gas sintesis untuk dikonversi menjadi bahan kimia.
Perolehan  produk  hasil  gasifikasi  sangat bergantung  terhadap  beberapa  reaksi  yang  komplek, seperti  fast  pyrolysis,  partial  oxidation  pyrolysis, gasifikasi  arang,  konversi  tar  dan  hidrokarbon  rantai pendek, dan water gas shift reaction. Selain proses yang kompleks tersebut, distribusi produk juga dipengaruhi laju  perpindahan  panas  dan  waktu  tinggal di  reaktor. Karena  kompleksnya  fenomena  yang  terjadi  di  dalam gasifier,  maka  diperlukan  suatu  model  matematika yang  bisa  digunakan  untuk  membantu  memprediksi komposisi  keluaran  gasifier  serta  efisiensi  kerja gasifier. Model yang bisa digunakan adalah model laju reaksi kinetika, model kesetimbangan termodinamika, serta Computational Fluid Dynamic (CFD) dan Artificial Neural Network (ANN) model (Baruah & Baruah, 2014).
Sejumlah  penelitian  telah  dilakukan  untuk memodelkan  proses  gasifikasi  menggunakan  model kesetimbangan  termodinamika.  Minimalisasi  energi bebas Gibbs merupakan pendekatan model kesetimbangan termodinamika non-stoikiometri yang telah  banyak  digunakan  untuk  memprediksi  gas sintesis dari proses gasifikasi (Adnan et al., 2017; Aydin et  al.,  2018;  Cempa-Balewicz  et  al.,  2013;  Huang  & Ramaswamy,  2009;  Jarungthammachote  &  Dutta, 2008; Miccio et al., 2008; Shayan et al., 2018). Beberapa peneliti mengembangkan model dengan mempertimbangkan pembentukan tar di dalam proses gasifikasi (Adnan et al., 2017).

## 2. DESKRIPSI MODEL
Konversi  termal  biomassa  pada  sistem  gasifikasi dapat  dibagi  menjadi  tiga  proses  utama,  yaitu pengeringan,  pirolisis  dan  gasifikasi.  Pirolisis merupakan konversi termal tanpa adanya oksigen pada rentang  temperatur  400–500 ° C  (Bridgwater,  2012). Produk  dari  pirolisis  berupa  arang,  bio-oil  dan  gas pirolisis.  Agen  oksidasi  gasifikasi  berupa  udara  akan bereaksi  dengan  arang  menghasilkan  gas  produser. Untuk  mencapai  konversi  maksimal,  temperatur gasifikasi berada pada rentang 800 o C atau lebih tinggi. Model matematis yang dibangun sedapat mungkin menggambarkan  proses  gasifikasi  biomassa  secara keseluruhan. Sehingga, model ini dibangun berdasarkan  pendekatan-pendekatan tertentu, supaya persamaan-persamaan yang terbentuk dapat diselesaikan. Beberapa asumsi yang digunakan dalam penyelesaian model matematis ini diantaranya:
a. Biomassa  direpresentasikan  dalam  bentuk CHxOyNz
b. Produk gasifikasi terdiri atas gas CO 2 , CO, H 2 , H 2 O, CH 4 , dan N 2 c. Reaksi berjalan pada kesetimbangan termodinamika
d. Reaksi  dijalankan  pada  kondisi  non-adiabatik, artinya reaksi ini membutuhkan panas.
e. Gas produser yang terbentuk mengikuti sifat gas ideal sehingga berlaku persamaan-persamaan gas ideal
Berdasarkan  pendekatan  di  atas,  reaksi  umum gasifikasi  biomassa  dengan  udara  dapat  dituliskan sebagai berikut; CHxOyNz + m(pO 2 +(1-p)N 2 )  aCO 2 + bCO + cH 2 + dCH 4 + eN 2 + fH 2 O (1)
x menunjukkan rasio hidrogen dengan karbon (H/C), y menunjukkan rasio oksigen dengan karbon (O/C) dan z menunjukkan  rasio  antara  nitrogen  dengan  karbon (N/C). Kandungan air di dalam biomassa diabaikan dan kualitas produk bergantung dari harga y dan x.
Kebutuhan  udara  dari  reaksi  di  atas  dihitung berdasarkan  kebutuhan  udara  untuk  pembakaran. Kebutuhan  udara  untuk  gasifikasi  (AFR)  memiliki rentang  dari  0,25–0,50  dari  kebutuhan  udara pembakaran  (Prins,  2005).  Reaksi  yang  berlangsung dalam sistem gasifikasi adalah sebagai berikut:
a. Reaksi oksidasi
      g g s CO O C
2 2   (2)
b. Reaksi heterogeneous water gas shift
    g g g s H CO O H C 2 ) ( ) ( 2    (3)
c. Reaksi bouduard   ) ( ) ( 2 2 g g s CO CO C   (4) d. Reaksi metanasi   ) ( 4 ) ( 2 2 g g s CH H C   (5)
e. Reaksi homogeneous water gas shift         g g g g H CO O H CO 2 2 2    (6)
Empat  reaksi  pertama  (Pers.  (2)  s/d.  (5)) merupakan  reaksi  independen,  sedangkan  reaksi terakhir  atau  reaksi  homogeneous  WGS  merupakan penjumlahan dari reaksi heterogeneous water gas shift dan  reaksi  bouduard.  Reaksi  oksidasi  umumnya berlangsung  dengan  sangat  cepat  dan  sempurna, sedangkan  reaksi  bouduard,  heterogeneous  water  gas shift  dan  metanasi  berlangsung  pada  reaksi kesetimbangan.
Model  yang  digunakan  pada  makalah  ini  adalah model homogen atau biasa disebut juga dengan model schlapfer,  dimana  hanya  satu  persamaan  reaksi  yang digunakan  sebagai  model  kesetimbangan  reaksi gasifikasi  (Susanto  &  Beenackers,  1996).  Reaksi  yang digunakan  untuk  memodelkan  sistem  gasifikasi  ini harus  mencakup  gas  produser  yang  dihasilkan. Sehingga  komposisi  gas  keluaran  dapat  diketahui, meskipun hanya menggunakan satu persamaan reaksi. Persamaan  reaksi  yang  digunakan  dalam  makalah  ini adalah  reaksi  homogeneous  water  gas  shift  (WGSR), dimana  reaksi  ini  merupakan  reaksi  simultan  antara reaksi  bouduard  dan  reaksi  heterogeneous  water  gas shift  (Susanto  &  Beenackers,  1996). Konstanta kesetimbangan reaksi berdasarkan neraca massa dapat dituliskan sebagai berikut:
        g g g g H CO O H CO 2 2 2       
            O H CO CO H K K K CO H K r O H CO K r f r y r r f f 2 2 2 2 2 2           (7) 1 2 4 2 2 2       N CH CO H O H CO y y y y y y
(8)
Komposisi CH 4 di dalam gas produser ditetapkan dengan mengacu dari beberapa jurnal penelitian yang telah dipublikasikan, harga y CH4 di dalam gas produser berada  pada  rentang  2-3  %-mol  (Aydin  et  al.,  2018; Shayan et al., 2018; Susanto & Beenackers, 1996). Model  neraca  massa  dapat  dibangun  melalui  neraca massa  atom  karbon,  hidrogen,  oksigen,  dan  nitrogen, sehingga  didapat  persamaan  neraca  massa  sebagai berikut:
Neraca massa masuk (n i ) = Neraca massa keluar (n o )   G y y y B y C CH CO CO C      4 2 : (9)   G y y y B y H CH O H H C       4 2 2 2 : (10)   G y y y U y B y O O H CO CO O O           2 2 2 2 2 : (11) G y U y B y N N N N        2 2 : (12)
Hubungan  antara  konstanta  kesetimbangan  reaksi berdasarkan  neraca  massa  dan  termodinamika  pada fase gas dinyatakan sebagai berikut  et al., 2005);
                           P P K y P P K K T i i i T y i ˆ (13)
Dimana   i i   dan  P o adalah  tekanan standar/referensi  (umumnya  1  bar  atau  1  atm). i  ˆ merupakan  nilai  fugasitas  masing-masing  komponen. Jika gas produser diperlakukan sebagai gas ideal, dan kondisi  operasi  reaktor  berada  pada  tekanan  rendah (atmosferik)  dan  temperatur  tinggi,  maka  nilai fugasitas komponen, i  ˆ = 1 (Smith et al., 2005). Nilai K T pada  persamaan  tersebut  dapat  dicari  melalui persamaan berikut:
2 1 0 K K K K T    (14)
Dimana  harga  K 0 ,  K 1 dan  K 2 dapat  dicari  dengan persamaan berikut ini:
         
0 0 0 exp T R G K o (15)
                T T T R H K o 0 0 0 1 1 exp ( 16)

##  
          
                                                 2 2 2 0 2 2 0 2 0 2 1 2 1 1 1 6 1 1 2 1 1 ln           T D T B T B A K (17)
Dengan o
G 0  menyatakan energi bebas Gibbs standar (J/mol) dan T 0 menyatakan temperatur awal (K) dan R menyatakan konstanta gas universal (8.314 J/mol.K).
o H 0  merupakan perubahan entalpi standar (J/mol), A,  B,  C,  dan  D  merupakan  nilai  kapasitas  campuran reaktan dan produk.
Neraca energi dari sistem gasifikasi ini dapat dituliskan sebagai berikut:
         n i T T pi i R R R R dT c n T H H 1 (18)
Panas reaksi (ΔH R ) pada temperatur referensi dihitung menggunakan  panas  pembakaran  masing-masing komponen. n i menunjukkan  jumlah  setiap  omponen  i dan  C Pi menunjukkan  kapasitas  panas  komponen  i. Keenam  pesamaan  aljabar  non-linier  di  atas  (8-13) dapat diselesaikan secara simultan untuk memperoleh nilai  fraksi  setiap  komponen,  dimana  nilai  ini menunjukkan komposisi gas produk.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Validasi Model
Pada bagian ini, hasil yang didapatkan dari model dibandingkan dengan hasil dari eksperimen beberapa peneliti.    Kesalahan  dalam  perbandingan  antara  nilai dari  model  yang  dikembangkan  dengan  hasil eksperimen  diestimasi  dengan  nilai  root-mean-square error (RMSE) untuk setiap set data (tabel 3).
 
n el eksperimen
RMSE n i i i    2 mod (19)
Dimana n adalah jumlah data.
Akurasi  model  yang  dikembangkan  dibandingkan dengan  data  eksperimen  yang  telah  dilakukan  oleh beberapa peneliti ilmiah disajikan pada tabel 3. Model berbasiskan  laju  reaksi  homogen,  yaitu  reaksi  water gas  shift  menunjukkan  nilai  RMSE  yang  cukup  kecil. Nilai  RMSE  yang  kecil  memiliki  arti,  penyimpangan model dengan data eksperimen sangat kecil. Model ini valid  pada  kondisi  operasi  tekanan  yang  rendah  dan komponen  gas  diperlakukan  sebagai  gas  ideal.  Model homogen  memiliki  kelemahan,  yaitu  parameter  input salah satu gas produser (gas CH 4 ) harus didefinisikan. Dari beberapa literatur telah disebutkan bahwa fraksi mol  gas  CH 4 berkisar  antara  2–3%-mol  (Aydin  et  al., 2018; Shayan et al., 2018; Susanto & Beenackers, 1996).
3.2  Analisa  Sensitivitas  Temperatur  Gasifikasi terhadap Perolehan Gas Produser Sistem gasifikasi yang dimodelkan dalam artikel ini tidak mengikutsertakan kadar air di dalam reaksinya, artinya  proses  pengeringan  dilakukan  di  alat  yang terpisah dengan proses pirolisa dan gasifikasi. Reaksi yang  digunakan  sebagai  model  kesetimbangan termodinamika  adalah  reaksi  water  gas shift  (WGSR). Reaksi ini digunakan  karena reaksi ini sudah mewakili hampir semua komponen gas produser (kecuali CH 4 ). Reaksi  gasifikasi  berlangsung  pada  tekanan atmosferis  dengan  temperatur  gasifikasi  800 o C.  Pada gambar 2 ditunjukkan bahwa pada temperatur 800 o C komponen CO dan H 2 didalam gas sintesis cukup besar dibandingkan temperatur yang lebih tinggi. Hal ini juga terlihat pada gambar 3, yaitu rasio antara gas hidrogen (H 2 )terhadap  gas  karbon  monoksida  (CO)  memiliki harga yang terus menurun jika temperatur dinaikkan. Pada  beberapa  literatur  menyebutkan  bahwa  proses gasifikasi  dapat  berlangsung  pada  temperatur  diatas 800 o C  (Miccio  et  al., 2008).  Konstanta  kesetimbangan reaksi  (K)  dari  model  perhitungan  neraca  massa  dan energi  sama  dengan  harga  K  dari  model  perhitungan termodinamik, yaitu K=0,2618.
Tabel 3. Perbandingan nilai gas produser antara model yang dikembangkan (model homogen) dengan hasil
eksperimen. Komponen Model yang dikembangkan Wei et al. (2011) Son et al. (2011) Olgun et al. (2011) Simone et al., (2012) Mendiburu et al. (2014) Fortunato et al. (2017) CO 21,98 21,62 15,90 24,00 21,60 25,43 22,63 H 2 17,90 19,19 16,50 13,50 17,60 19,15 18,43 CO 2 12,10 11,58 15,30 12,00 12,00 10,44 9,07 CH 4 2,46 2,41 2,10 3,00 2,30 2,48 3,03 N 2 45,57 45,20 50,20 47,50 46,00 42,49 46,23 Suhu ( o C) 862 850 850 900 900 843 850 RMSE - 0,60 3,43 2,14 0,28 2,07 1,33

## Gambar 2. Analisa sensitivitas temperatur gasifikasi terhadap komposisi gas produser
Agen  oksidasi  yang  digunakan  pada  sistem gasifikasi  biomassa  berupa  udara  yang  memiliki komposisi  (%-mol)  21%  oksigen  dan  79%  nitrogen. Penggunaan  udara  sebagai  agen  oksidasi  memang memiliki  banyak  kelemahan  akan  tetapi  dari  segi ekonomi  jauh  lebih  murah  dibandingkan  dengan oksigen  ataupun  kukus.  Penggunaan  udara  juga  akan memberikan efek terhadap peralatan di sisi hilir, yaitu pada  saat  pemisahan.  Tentunya  hal  ini  tidak  menjadi masalah jika gas produser yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar seperti untuk gas engine ataupun diesel  engine.  Pada  gambar  2  diperlihatkan  bahwa harga gas nitorgen (N 2 ) semakin tinggi seiring dengan naiknya temperatur gasifikasi. Pembentukan gas N 2 di dalam  gas  produser  perlu  dihindari  karena  akan mempengaruhi entalpi di aliran gas produser, dan juga mempengaruhi  beban  panas  yang  harus  disuplai  ke dalam  sistem  gasifikasi.  Pada  sistem  ini  panas  yang disuplai  agar  reaksi  dapat  berlangsung  yaitu  sebesar 211,4  MW.  Semakin  banyak  N 2 yang  terlibat  semakin besar panas yang harus dimasukkan ke dalam sistem.
Pada  gambar  2  terlihat  bahwa  komposisi  gas  CO semakin  besar  seiring  dengan  naiknya  temperatur. Komposisi  CO  jelas  dipengaruhi  oleh  komposisi  CO 2 , dimana  CO  sebagian  besar  dihasilkan  dari  reaksi bouduard  dengan  reaktan  karbon  dan  CO 2 .  Pada gambar  2  komposisi  gas  CO 2 terus  mengalami penurunan seiring dengan naiknya temperatur hal itu berbanding  terbalik dengan  komposisi  CO  yang  terus meningkat.  Komposisi  gas  H 2 di  dalam  gas  produser mengalami penurunan terhadap kenaikan temperatur, Schuster et al. (2001) menjelaskan bahwa seharusnya komposisi  gas  H 2 di  dalam  gas  produser  berbanding lurus  dengan  komposisi  gas  CO.  Jika  diperhatikan komposisi H 2 O di dalam gas produser terus mengalami kenaikan,  padahal  jika  dilihat  dari  reaksi  yang membatasi  sistem  gasifikasi  ini  yaitu  WGSR,  H 2 O
merupakan  reaktan  yang  mempengaruhi  perolehan (yield) gas H 2 di dalam gas produser. Bisa disimpulkan jika WGSR di dalam sistem gasifikasi ini tidak berjalan sebagai mestinya, hal itu diindikasikan dari komposisi gas  H 2 yang  terus  menurun  dan  komposisi  H 2 O  yang terus  meningkat.  Schuster  et  al.  (2001)  juga menyimpulkan dalam penelitiannya jika komposisi gas H 2 dapat  diperbesar  dengan  menambahkan  kukus  ke dalam  sistem  gasifikasi  sehingga  reaksi  WGSR  dapat bergeser ke arah kanan yaitu ke arah produk.
3.3  Analisa  Sensitivitas  Temperatur  Gasifikasi terhadap Rasio  Gas H 2 /CO Pada gambar 3 diperlihatkan juga rasio antara gas H 2 /CO yang terus mengalami penurunan. Hal ini tentu perlu  diantisipasi dan dicarikan solusinya, karena gas produser  yang  dihasilkan  dan  kemudian  akan dikonversi  menjadi  bahan  kimia  lainnya  seperti  FT- fuel, methanol, dan sebagainya perlu diperhatikan rasio antara H 2 /CO yang akan masuk ke dalam reaktor. Naiknya  temperatur  gasifier  memberikan  efek terhadap  perolehan  gas  H 2 .  Tingginya  temperatur menyebabkan  H 2 terkonversi  menjadi  H 2 O.  Sebagai hasilnya hal ini juga memberikan dampak menurunnya rasio molar H 2 /CO di gas produser.
Komposisi  yang  dihasilkan  di  gas  produser  ini merupakan  hasil  simulasi  dengan  satu  model  reaksi. Jika  ditinjau  secara  keseluruhan  sistem  gasifikasi  ini memiliki  lima  persamaan  reaksi  yang  mencakup seluruh komponen gas produser. Penurunan komposisi H 2 pada  gambar  2  dan  rasio  H 2 /CO  pada  gambar  3, dapat  diminimalisir  dengan  memodelkan  lebih  dari satu  persamaan  reaksi.  Selain  itu  gas  produser  yang dihasilkan, dimodelkan dengan mengikuti persamaan- persamaan  gas  nyata,  sehingga  penyimpangan  yang terjadi di komposisi gas produser dapat diminimalisir.
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 y i (% -m o l) Suhu (K) CO H2 CO2
H2O N2
Gambar 3. Rasio H 2 /CO pada berbagai temperatur gasifikasi
4. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1  Kesimpulan Simulasi sistem gasifikasi ini dibangun berdasarkan  model  kesetimbangan  termodinamik stoikiometri  dengan  satu  model  reaksi  (model homogen). Komposisi gas produser serta rasio H 2 /CO memiliki  nilai  yang  terbalik  terhadap  temperatur. Penyimpangan yang terjadi didalam simulasi ini dapat dikenali  dari  komposisi  H 2 didalam  gas  produser. Reaksi  yang  dijadikan  model  kesetimbangan memperlihatkan  bahwa  reaksi  bergeser  ke  arah  kiri, sehingga komposisi CO dan H 2 O di dalam gas produser semakin besar.

## 4.2  Saran
Kedepan,  reaksi  yang  akan  dijadikan  model kesetimbangan  termodinamik  bisa  lebih  dari  satu model reaksi (model heterogen) untuk meminimalisir penyimpangan yang terjadi. Dan metode penyelesaian persamaan-persamaan  non-linier  yang  terbentuk dapat menggunakan metode komputasi yang memiliki kemampuan  penyelesaian  numerik  yang  jauh  lebih baik, sehingga nilai yang dihasilkan lebih akurat.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Adnan  M.A.  et  al.,  Enhancement  of  hydrogen production  in  a  modified  moving  bed  downdraft gasifier – A thermodynamic study by including tar, Int. J. Hydrogen Energy. Elsevier Ltd, 2017. Vol. 42, № 16. P. 10971–10985.
Aydin  E.S.,  Yucel  O.,  Sadikoglu  H.  Numerical  and experimental  investigation  of  hydrogen-rich  syngas production  via  biomass  gasification,  Int.  J.  Hydrogen Energy. Elsevier Ltd, 2018. Vol. 43, № 2. P. 1105–1115.
Baruah  D.,  Baruah  D.C.  Modeling  of  biomass gasification:  A  review,  Renew.  Sustain.  Energy  Rev. 2014. Vol. 39. P. 806–815.
Bridgwater  A.  V.  Review  of  fast  pyrolysis  of biomass  and  product  upgrading,  Biomass  and Bioenergy. Elsevier Ltd, 2012. Vol. 38. P. 68–94.
Cempa-Balewicz  M.  et  al.,  Equilibrium  Model  of Steam Gasification of Coal, x, J. Sustain. Min. 2013. Vol. 12, № 2. P. 21–28.
Fortunato  B.  et  al.,  Thermodynamic  model  of  a downdraft  gasifier,  Energy  Convers.  Manag.  Elsevier Ltd, 2017. Vol. 140. P. 281–294.
Huang  H.-J.,  Ramaswamy  S.  Modeling  biomass gasification using thermodynamic equilibrium approach.,  Appl.  Biochem.  Biotechnol.  2009.  Vol.  154, № 1–3. P. 14–25.
Huang  J.,  Schmidt  K.G.,  Bian  Z.  Removal  and conversion  of  tar  in  Syngas  from  woody  biomass gasification  for  power  utilization  using  catalytic Hydrocracking,  Energies.  2011.  Vol.  4,  №  8.  P.  1163– 1177.
Jarungthammachote  S.,  Dutta  A.  Equilibrium modeling  of  gasification:  Gibbs  free  energy minimization approach and its application to spouted bed  and  spout-fluid  bed  gasifiers,  Energy  Convers. Manag. 2008. Vol. 49, № 6. P. 1345–1356.
Judd B. Feasibility of Producing Diesel Fuels From Biomass in New Zealand, Biomass. 2003. № June. P. 1– 46.
Mendiburu A.Z. et al. Thermochemical equilibrium modeling of a biomass downdraft gasifier: Constrained and unconstrained non-stoichiometric models, Energy. 2014. Vol. 71. P. 624–637.
Miccio  F.  et  al.  Biomass  gasification  in  internal circulating fluidized beds: A thermodynamic predictive tool, Korean J. Chem. Eng. 2008. Vol. 25, № 4. P. 721– 726.
Olgun  H.,  Ozdogan  S.,  Yinesor  G.  Results  with  a bench scale downdraft biomass gasifier for agricultural and forestry residues, Biomass and Bioenergy. Elsevier Ltd, 2011. Vol. 35, № 1. P. 572–580.
Prins  M.J.  Thermodynamic  analysis  of  biomass gasification and torrefaction, Library. 2005. 156 p.
Sansaniwal  S.K.,  Rosen  M.A.,  Tyagi  S.K.  Global challenges in the sustainable development of biomass gasification: An overview, Renew. Sustain. Energy Rev. Elsevier Ltd, 2017. Vol. 80, № March 2016. P. 23–43.
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 R asio H 2 /C O Suhu (K)
Schuster  G.  et  al.  Biomass  steam  gasification  -  An extensive  parametric  modeling  study,  Bioresour. Technol. 2001. Vol. 77, № 1. P. 71–79 Shayan E., Zare V., Mirzaee I. Hydrogen production from biomass gasification; a theoretical comparison of using  different  gasification  agents,  Energy  Convers. Manag. 2018. Vol. 159, № August 2017. P. 30–41.
Simone M. et al. Gasification of pelletized biomass in a pilot scale downdraft gasifier, Bioresour. Technol. Elsevier Ltd, 2012. Vol. 116. P. 403–412.
Smith J.M., Ness H. Van, Abbott M.M. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. 2005. 817 p.
Son  Y.  Il  et  al.  Gasification  and  power  generation characteristics of woody biomass utilizing a downdraft gasifier,  Biomass  and  Bioenergy.  Elsevier  Ltd,  2011. Vol. 35, № 10. P. 4215–4220.
Susanto  H.,  Beenackers  A.A.C.M.  A  moving-bed gasifier  with  internal  recycle  of  pyrolysis  gas,  Fuel. 1996. Vol. 75, № 11. P. 1339–1347.
Wang  L.  et  al.  Contemporary  issues  in  thermal gasification of biomass and its application to electricity and fuel production, Biomass and Bioenergy. 2008. Vol. 32, № 7. P. 573–581.
Wei L. et al. Co-gasification of hardwood chips and crude  glycerol  in  a  pilot  scale  downdraft  gasifier, Bioresour. Technol. Elsevier Ltd, 2011. Vol. 102, № 10. P. 6266–6272.
Yin  C.-Y.  Prediction  of  higher  heating  values  of biomass  from  proximate  and  ultimate  analyses,  Fuel, 2011, Vol. 90, № 3. P. 1128–1132.