Rizki Kurnia Dermawan Ari Susandy Sanjaya Rif’an Fathoni Anton Irawan Yazid Bindar

## PENGARUH KOMPOSISI MASSA BAHAN BAKU DAN TEMPERATUR PADA STEAM REFORMER TERHADAP

## JUMLAH PRODUKSI BIO-HYDROGEN

## THE EFFECT OF RAW MATERIALS COMPOSITION AND STEAM REFORMER TEMPERATURE ON BIO-HYDROGEN PRODUCTION
Rizki Kurnia Dermawan 1 , Ari Susandy Sanjaya 1 *, Rif’an Fathoni 1 , Anton Irawan 2 ,Yazid Bindar 3
1 Program Studi Teknik Kmia, Fakultas Teknik, Universitas Mulawarman Jl. Sambaliung No. 9, Samarinda, Indonesia
2 Program Studi Teknik Kmia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Cilegon, Indonesia
3 Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung, Bandung, Indonesia
*email : ari.susandy@ft.unmul.ac.id

## Abstrak
Proses pada pabrik bio hidrogen dari bio oil terbagi menjadi beberapa unit, yaitu unit dehidrooksigenasi, unit pemisahan, unit steam reforming , unit water gas shift , dan unit pemurnian. Penelitian ini menjelaskan tentang pengaruh  perbandingan  komposisi  massa  metana  (CH 4 )  dengan steam (H 2 O)  serta  pengaruh  perbedaan temperatur  pada  unit  steam methane  reforming untuk  melihat  pengaruh  pada  produksi  bio  hidrogen. Penelitian ini dikerjakan menggunakan software simulasi proses Aspen Hysys v.10.0. Dengan menggunakan variabel  temperatur  pada  steam  reformer  (800  °C,  850  °C,  900  °C,  950  °C,  1000  °C)  dan  variabel perbandingan  komposisi  massa steam dengan methane (CH 4 ),  yaitu  1:2,  1:1,25,  1:3,  1:3,5,  1:4.  Dari penelitian yang dilakukan didapatkan pengaruh komposisi steam dan metana berbanding lurus dengan jumlah bio hidrogen yang dihasilkan. Serta, pengaruh perbedaan temperatur pada reaktor steam reformer berbanding lurus  dengan  jumlah  produksi  hidrogen.  Dari  hasil  penelitian  didapatkan  jumlah  produksi  bio  hidrogen terbaik 1300 kg/jam.
Kata kunci : Aspen HYSYS, Bio Oil, Bio Hidrogen

## Abstract
The process of biohydrogen plant from bio oil is divided into several units, namely dehydroxegination unit, separation  unit,  steam  reforming  unit,  water  gas  shift  unit,  and  purification  unit.  This  study  describes  the effect of mass composition ratio of methane (CH 4 ) with steam (H 2 O) and the effect of temperature differences on  steam  metahane unit  reforming to  see  the  effect  on  bio hydrogen  production.  This  research  was  carried out  using  Aspen  Hysys  v.10.0  process  simulation  software.  Using  a  variable  steam  reformer  temperature (800 ° C,  850 ° C,  900 ° C,  950 ° C,  1000 ° C)  and  the  mass  composition  ratio  variable  steam  with  methane (CH 4 ), namely 1: 2, 1: 1,25, 1: 3, 1: 3,5, 1: 4. From the research carried out, the effect of steam and methane composition is directly proportional to the amount of bio hydrogen produced. Also, the effect of temperature differences on a steam reformer reactor is directly proportional to the amount of hydrogen production. From the results of the study obtained the best amount of bio-hydrogen production is 1300 kg/hour.
Keywords : Aspen HYSYS, Bio Oil, Bio Hidrogen
Rizki Kurnia Dermawan Ari Susandy Sanjaya Rif’an Fathoni Anton Irawan Yazid Bindar
1. PENDAHULUAN
Di Indonesia, penggunaan energi fosil seperti minyak  bumi,  gas  alam,  dan  batu  bara memunculkan  isu  pencemaran  lingkungan. Beberapa  diantaranya  berupa,  emisi  gas  CO 2 dan  pemanasan  global.  Gas  rumah  kaca seperti  karbondioksida  (CO 2 ),  metana  (CH 4 ), dan NO 2 membentuk lapisan di atmosfir yang dapat  menahan  panas  yang  akan  keluar  yang akan  menyebabkan  atmosfir  bumi  semakin panas (Kamal, 2014).
Di  Indonesia,  sangat  memungkinkan  untuk menggunakan energi terbarukan yang berkelanjutan  dengan  bahan  baku  dari tumbuhan  bahkan  limbah  sisa  olahan tumbuhan  (Sameh,  2016).  Salah  satu  yang digunakan  adalah bio  crude  oil yang  berasal dari  limbah  kelapa  sawit  dalam  hal  ini, tandan  kosong  kelapa  sawit. Bio  crude  oil sendiri  dihasilkan  melalui  2  jenis  proses, yakni slow  pyrolysis dan fast  pyrolysis .  Pada jenis  proses fast  pyrolysis yaitu,  bio  massa dipanaskan  di  dalam  reaktor  dengan  waktu yang  singkat  yakni  1-2  detik  dan  suhu  400- 650 °C (Wibowo dan Hendra, 2015).
Pada  proses  produksi bio  crude  oil dari limbah  kelapa  sawit,  menghasilkan  hasil utama  berupa bio  crude  oil dan  produk samping  berupa  arang  dan  gas  (Wibowo  dan Hendra,  2015).  Namun,  dalam bio  crude  oil yang  dihasilkan  mengandung  15-30  %  serta terdapat
pula
35-40 % kandungan oksigen (Chattanattan et al.,  2012).  Kandungan  oksigen  didalam bio crude  oil yang  cukup  tinggi  dapat  dikurangi dengan  melalui  proses  dehidrooksigenasi (Peters  et  al.,  2015).  Kandungan  oksigen yang  telah  dikurangi  tersebut  berikatan dengan  H 2 ,  dan  menjadi  H 2 O  (Wang  et  al.,
2007).  Kandungan  air  menjadi  kurang  lebih 60  %  (Pan  et  al.,  2006)  tersebut  selanjutnya diolah  menjadi  biohidrogen,  yang  memiliki kegunaan  untuk  dijadikan  bahan  bakar maupun kebutuhan pabrik petrokimia (Armaroli  dan  Balzani,  2011).  Sedangkan, bio  crude  oil yang  sudah  memiliki  sedikit kandungan oksigen dan air selanjutnya diolah menjadi  berbagai  macam  bahan  bakar (Wibowo dan Hendra, 2015).
Tabel 1. Nilai estimasi mol H 2 yang dihasilkan secara teoritikal, berdasarkan jenis bahan baku dan prosesnya Bahan Baku Jenis Proses Mol H 2 yang dihasilkan Referensi Bio Oil/Popular Wood Steam Reforming 2,2 Rennard et al., 2010 Bio Oil/Pine Wood Steam Reforming 1,73 Rennard et al., 2010 Bio Oil/hard Wood Steam Reforming 2,12 Rennard et al., 2010 Aqeous Fract. of Bio Oil Steam Reforming 1,92 Yan et al., 2010 Bio Oil/Sawdust Steam Reforming 2,2 Wang et al., 2007 Bio Oil/ Rice Husk Steam Reforming 2,15 Wang et al., 2007 Bio Oil/Cotton Stuck Steam Reforming 2,24 Wang et al., 2007 Bio Oil/Poplar Wood Steam Reforming 2,19 Marda et al., 2009 Bio Oil/Poplar Wood Partial Oxidation 1,66 Marda et al., 2009 Ethanol Steam Reforming 3 Haryanto et al., 2005 Ethyl Lactate Partial Oxidation 1 Glycerol Steam Reforming 2,33 Adhikari et al., 2009 Glycerol Supercritical Water Reforming 2,33
Rizki Kurnia Dermawan Ari Susandy Sanjaya Rif’an Fathoni Anton Irawan Yazid Bindar
Dengan  melalui  proses steam  reforming ,  air yang  dihasilkan  pada  proses  pengolahan bio crude  oil akan  diolah  menjadi  hidrogen (Navaro  et  al.,  2007).  Reaksi  yang  terjadi dalam  proses steam  reforming adalah endotermis  dengan  menggunakan  katalis, untuk  menghasilkan  CO,  CO 2 ,  dan  hidrogen (Adhikari  et  al.,  2009).  Reaksi  yang  terjadi dalam steam  reforming adalah  sebagai berikut (Basagiannis dan Verykios, 2007) :
C n H m O k + ( n – k ) H 2 O nCO + ( n + m/2 – k ) H 2 (1)
CO selanjutnya akan dikonversi menjadi CO 2 pada proses water-gas shift reaction (Rennard et al., 2008).
CO + H 2 O CO 2 + H 2 (2)
Secara keseluruhan reaksi yang dihasilkan menjadi (Babu, 2008) :
C n H m O k + ( 2n – k ) H 2 O nCO 2 + ( 2n + m/2 – k ) H 2 (3)
Maksud  dan  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah memberikan  gambaran  tentang  pengaruh produksi bio hidrogen  yang  dipengaruhi oleh faktor  komposisi  massa  bahan  baku  dengan perbedaan  temperatur  pada  proses steam reforming .  Dengan  diketahuinya  jumlah produksi  hidrogen  terbaik  maka  dapat dilakukan simulasi proses selanjutnya.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Metode  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini yaitu dengan menggunakan software simulasi
Apen  Hysys  V.10.0.  Dengan  menggunakan
data  bahan  baku  yang  diambil  secara real.
Dengan  basis  jumlah  bahan  baku  sebesar 6000 kg/jam.

## 2.1 Perlakuan awal bahan baku
Air yang dihasilkan pada proses
hidrodeoksigenasi
bio-oil , selanjutnya
dipanaskan hingga menjadi steam . Kemudian,
steam yang  dihasilkan  pada  perlakuan  awal dicampurkan  dengan  gas  alam  hingga  suhu 200-600 °C sebelum masuk ke dalam  reaktor.
Gambar 1. Simulasi proses pada perlakuan awal bahan baku
Rizki Kurnia Dermawan Ari Susandy Sanjaya Rif’an Fathoni Anton Irawan Yazid Bindar

## 2.2 Proses Utama
Setelah melewati perlakuan awal, bahan baku yang telah disiapkan masuk ke dalam reaktor steam reformer. Pada reaktor steam reformer , campuran steam dan  metana  direaksikan hingga terkonversi menjadi hidrogen, karbon
monoksida  dan  karbon  dioksida.  Proses selanjutnya  yaitu water  gas-shift  reaction , bertujuan untuk mengkonversi karbon monoksida  menjadi  hidrogen  dan  karbon dioksida.

## Gambar 2. Simulasi proses pada proses utama

## 2.3 Pemurnian produk
Setelah  melalui  proses  utama,  keluaran dari  reaktor  dimasukkan  ke  dalam  proses pemurnian  produk.  Pemurnian  produk sendiri bertujuan untuk memurnikan bahan  baku  dari  senyawa  senyawa  yang tidak  diinginkan  hingga  mendapatkan produk  dengan  kemurnian  produk  sesuai yang kita harapkan. 1300 1280 1260
1240 1220
1200 0 2 4 6

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  melakuakan  simulasi  proses  pada pengolahan  bio-oil  menjadi  bio  hidrogen. Selanjutnya,  dilakuakan  rekayasa  proses dengan  melihat  perbedaan  temperatur  dan perbedaan komposisi massa bahan baku.

## 3.1 Percobaan pertama
Percobaan pertama yaitu dengan menggunakan suhu 800 °C pada reaktor steam
reformer dan  perbedaan  komposisi  dengan rincian steam :  metana  (1:2;  1:2,5;  1:3;  1:3,5; 1:4).  Hasil  rekayasa  dapat  dilihat  pada  grafik dibawah ini.
Gambar 3. Grafik pada percobaan pertama.
Dari  grafik  diatas  dapat  diketahui  produk dengan hasil  terbesar  didapatkan  pada perbandingan  komposisi  massa steam :metana, 1:2, dengan total produksi 1296.
3.2 Percobaan kedua Percobaan pertama
yaitu dengan menggunakan  suhu  900  °C  pada  reaktor steam  reformer dan  perbedaan  komposisi dengan rincian steam : metana (1:2; 1:2,5; 1:3;
Rizki Kurnia Dermawan Ari Susandy Sanjaya Rif’an Fathoni Anton Irawan Yazid Bindar
1:3,5; 1:4). Hasil rekayasa dapat dilihat pada grafik dibawah ini. dengan rincian steam : metana (1:2; 1:2,5; 1:3;
1:3,5;  1:4).  Hasil  rekayasa  dapat  dilihat  pada grafik dibawah ini.
1320
1300 1280 1260 1240 1220 1200
0 2 4 6 1320
1300 1280 1260 1240 1220
1200 0 2 4 6
Gambar 4. Grafik pada percobaan kedua.
Dari  grafik  diatas  dapat  diketahui  produk dengan hasil  terbesar  didapatkan  pada perbandingan  komposisi  massa steam :metana, 1:2, dengan total produksi 1300.
3.3 Percobaan ketiga Percobaan pertama
yaitu dengan
menggunakan  suhu  1000  °C  pada  reaktor steam  reformer dan  perbedaan  komposisi dengan rincian steam : metana (1:2; 1:2,5; 1:3; 1:3,5;  1:4).  Hasil  rekayasa  dapat  dilihat  pada grafik dibawah ini.
1320 1300 1280 1260 1240 1220 1200 Gambar 6. Grafik pada percobaan keempat.
Dari  grafik  diatas  dapat  diketahui  produk dengan hasil  terbesar  didapatkan  pada perbandingan  komposisi  massa steam :metana, 1:2, dengan total produksi 1300.

## 3.5 Percobaan kelima
Percobaan pertama yaitu dengan
menggunakan  suhu  1100  °C  pada  reaktor steam  reformer dan  perbedaan  komposisi dengan rincian steam : metana (1:2; 1:2,5; 1:3;
1:3,5;  1:4).  Hasil  rekayasa  dapat  dilihat  pada grafik dibawah ini.
1320 1300 1280
1260 1240
0 2 4 6
Gambar 5. Grafik pada percobaan ketiga.
Dari  grafik  diatas  dapat  diketahui  produk dengan hasil  terbesar  didapatkan  pada perbandingan  komposisi  massa steam :metana, 1:2, dengan total produksi 1300.

## 3.4 Percobaan keempat
Percobaan pertama yaitu dengan
menggunakan  suhu  1100  °C  pada  reaktor steam reformer dan perbedaan  komposisi
1220 1200 0 2 4 6
Gambar 7. Grafik pada percobaan kelima.
Dari  grafik  diatas  dapat  diketahui  produk dengan hasil  terbesar  didapatkan  pada perbandingan  komposisi  massa steam :metana,
1:2, dengan total produksi 1300.
Dari hasil percobaan yang dilakukan didapatkan  hasil  terbaik  produksi  H 2 pada 1300 kg/jam. Dari hasil percobaan  yang
Rizki Kurnia Dermawan Ari Susandy Sanjaya Rif’an Fathoni
Anton Irawan
Yazid Bindar
dilakukan pula didapatkan pengaruh perbandingan  komposisi  massa steam dengan metana  yaitu  berbanding  lurus  dengan  jumlah produksi  hidrogen  yang  dihasilkan.  Semakin tinggi  jumlah  perbandingan  antara steam dengan  metana,  maka  semakin  tinggi  pula jumlah produksi hidorgen yang dihasilkan.
Dari hasil percobaan juga ditemukan pengaruh  perbedaan  temperatur  pada  reaktor steam  reformer dengan  jumlah  produksi hidrogen  yang  dihasilkan  adalah  berbanding lurus.  Semakin  tinggi  suhu  yang  digunakan pada  reaktor steam  reformer ,  maka  semakin tinggi  pula  jumlah  produksi  hidrogen  yang dihasilkan.

## 4. KESIMPULAN
Hasil  penelitian  dan  rekayasa  proses  pada pengolahan  bio  oil  menjadi  bio  hidrogen dengan  melihat  pengaruh  pada  perbedaan komposisi  massa  dan  temperatur  pada reaktor steam reformer . Didapatkan pengaruh perbedaan  komposisi  massa  bahan  baku berbanding  lurus  dengan  jumlah  produksi hidrogen. Pada pengaruh perbedaan temperatur  pada  reaktor steam  reformer , didapatkan  hasil  berbanding  lurus  dengan kenaikan  temperatur  pada  reaktor steam reformer .

## REFERENSI
Adhikari  S,  Fernando  S,  Haryanto  A. 2009. Energy Converse Manage. USA Armaroli   N,   Balzani   V.   2011.  Chem  Sus Chem. El Sevier.
Babu B. 2008. Biofuels. Bioprod Biorefin 2 :
393-414.
Basagiannis A, Verykios X. 2007. Catal Today. 127:256-64.
Chattanattan SA, Adhikari S,
Abdoulmoumine  N.  2012.  Renewable and    Suistanable    Energy    Reviews. USA  :  Department  of  Biosystem Engineering.
Haryanto  A,  Fernando  S,  Murali  N,  Adhikari S. 2005. Energy Fuels. 19 : 1133-42.
Kamal, Netty. 2014. Karakteristik dan Potensi Pemanfaatan  Limbah  Sawit.  Jurnal ITENAS..
Marda  J,  DiBenedetto  J,  McKibben  S,  Evans R, Czernik S, French R, dkk. 2009. Int J Hydrogen Energy. 34 : 8519-34.
Navaro R, Pena M, Piero J. 2007. Chem Rev.
El Sevier
Pan Y, Wang Z, Kan T, Zhu X, Li Q. 2006.
Chin J Chem Phys. USA
Peters  JF,  Petrakopoulou  F,  Dufour  J.  2015. Exergy  Analysis  of  Synthetic  Biofuel Production  via  Fast  Pyrolysis  and Hydroupgrading.  Spanyol  :  Rey  Juan Carlos University.
Rennard D, Dauenhauer P, Tupy S, Schmidt L.
2008.  Energy  Fuels.  22  :  1318-27 Rennard D, French R, Czernik S, Josephson  T, Schmidit  L.  2010.  Int  J  Hydrogen Energy. 35 : 4048-59.
Tawfek  Sameh,  dkk.  2016.  Optimazation  of Preassure Swing Adsorber (PSA) Geometry  to  Achive  Highest  Methane Purity  from  the  Egyptian  Biogas  Using Aspen HYSYS Simulation. International  Journal  of  Innovative Research and Development. Wang Z, Dong T, Yuan L, Kan T, Zhu  X,dkk.
2007. Energy Fuels (2421-32). USA Wibowo  S,  Hendra  D.  2015 . Teknik Pengolahan Bio Oil dari Biomassa.
Bogor : PPPHBP.
Yan C, Cheng F, Hu R, Fu P. 2010. Int J
Hydrogen Energy. 2010 . 35 : 2612-6