PEMBATUBARAAN SERTA SIFAT FISIK DAN

KIMIABATUBARA OLEH:TAUFIQ HADI RAMADHAN270110130053

PEMBATUBARAAN

• Secara umum telah diterima bahwa batubara berasal dari tumbuhan yang karena proses-proses geologi, maka terbentuklah endapan batubara yang kita lihat sekarang. Pembentukan tumbuhan mati menjadi gambut dan batubara melalui dua tahap, yaitu tahap diagenesa gambut (peatification) dan tahap pembatubaraan (coalification).

TAHAP BIOKIMIA/DIAGENESA GAMBUT (PEATIFICATION)• Tahap diagenesa gambut

merupakan tahap awal pembentukan batubara, yaitu mencakup perubahan oleh mikroba dan proses kimia. Dimulai dari pembusukan tumbuhan sampai terbentuk gambut (peat). Pada tahap ini dicirikan oleh aktivitas bakteri aerob (membutuhkan oksigen) dan anaerob (tidak membutuhkan oksigen).

• Jika tumbuhan tumbang di suatu rawa, maka dapat terjadi proses biokimia yang secara vertikal dapat dibagi menjadi dua zone, yaitu zone permukaan yang umumnya perubahan berlangsung dengan bantuan oksigen dan zone tengah sampai kedalaman 0,5 m yang disebut dengan peatigenic layer (Teichmuller, 1982). Pada zone peatigenic terdapat bakteri aerob, lumut, dan actinomyces yang aktif. Bakteri aerob akan menyebabkan oksidasi biologi pada komponen-komponen tumbuhan yang material utamanya adalah cellulose. Senyawa-senyawa protein dan gula cenderung terhidrolisa. Cellulose akan diubah menjadi glikose dengan cara hidrolisis:

C6H10O5 + H2O Þ C6H12O (cellulose) (glikose)• Jika suplai oksigen berlangsung terus, maka proses ini akan menuju pada penguraian

lengkap dari senyawa organik, yaitu: C6H10O5 + 6 O2 Þ 6 CO2 + 5 H2O Bagian-bagian dari material tumbuhan tersebut cenderung membentuk koloid dan

umumnya disebut dengan asam humus (humic acid). Lemak dan material resin umumnya hanya mengalami perubahan sedikit.

• Apabila kandungan oksigen air rawa sangat rendah dan dengan bertambahnya kedalaman, sehingga tidak memungkinkan bakteri-bakteri aerob hidup, maka sisa tumbuhan tersebut tidak mengalami proses pembusukan dan penghancuran yang sempurna, dengan kata lain tidak terjadi proses oksidasi yang sempurna. Pada kondisi tersebut hanya bakteri-bakteri anaerob saja yang berfungsi melakukan proses pembusukan yang kemudian membentuk gambut (peat).

• Prosesnya adalah dengan bertambahnya kedalaman, maka bakteri aerob akan berkurang (mati) dan diganti dengan bakteri anaerob sampai kedalaman 10 m, dimana kehidupan bakteri makin berkurang dan hanya terjadi perubahan kimia, terutama kondensasi primer, polymerisasi, dan reaksi reduksi. Pada bakteri anaerob akan mengkonsumsi oksigen dari substansi organik dan mengubahnya menjadi produk bituminous yang kaya hidrogen, selanjutnya dengan tidak tersedianya oksigen, maka hidrogen dan karbon akan menjadi H2O, CH4, CO, dan CO2.

• Apabila ditinjau secara vertikal, maka lapisan gambut paling atas mempunyai pertambahan kandungan karbon relatif cepat sesuai kedalamannya sampai peatigenic layer, yakni 45-50% sampai 55-60%. Lebih dalam lagi, pertambahan kandungan karbon mencapai 64%. Kandungan karbon yang tinggi pada peatigenic layer disebabkan karena pada lapisan tersebut kaya substansi yang mengandung oksigen, terutama cellulose dan humicellulose yang diubah secara mikrobiologi.

• Dari keseluruhan proses, maka pembentukan substansi humus merupakan proses penting yang tidak tergantung pada fasies dan tidak semata-mata pada kedalaman. Oleh karena itu, faktor yang mempengaruhi proses humifikasi dimana bakteri dapat beraktivitas dengan baik adalah kondisi lingkungan berikut ini:

1. Keasaman air, yaitu pada pH 7,0-7,5.2. Kedalaman, yaitu pada kedalaman sekitar 0,5 m untuk bakteri aerob,

sedangkan untuk bakteri anaerob bisa sampai kedalaman 10 m.3. Suplai oksigen, akan menurun mengikuti kedalaman.4. Temperatur lingkungan, pada suhu yang hangat akan mendukung

kehidupan bakteri

• Potonie (1920 dalam Teichmuller, 1982 dan Diessel, 1984) menyebutkan bahwa pada rumpun tumbuhan yang sama, iklim dan kondisi lingkungan yang sama, maka potensial redox (Eh) memegang peranan penting untuk aktifitas bakteri dan penggambutan. Ketersediaan oksigen menentukan apakah proses penggambutan berjalan atau tidak. Berikut ini transformasi organik dalam kaitannya dengan ketersediaan oksigen, dimana salah satu dari empat proses biokimia di bawah ini akan terjadi pada tumbuhan yang telah mati, yaitu:

1. Bahan tumbuhan bereaksi dengan oksigen dan merapuh (desintegration), menghasilkan zat terbang, terutama CO2, metan, dan air. Umumnya menghasilkan sisa yang tidak padat. Beberapa unsur utama tumbuhan akan lebih tahan pada tipe ubahan ini, misal resin dan lilin.

2. Proses humifikasi atau pembusukan, yaitu bahan tumbuhan akan berubah menjadi humus akibat oleh terbatasnya oksigen dari atmosfir dan tingginya kandungan air lembab. Batubara yang dihasilkan berupa humic coal.

3. Proses penggambutan (peatification), yaitu keadaan muka air tinggi di atas lapisan yang terakmulasi dapat mencegah terjadinya oksidasi, akibatnya pada lingkungan yang reduksi dan adanya bakteri anaerob, jaringan-jaringan tumbuhan menjadi hancur, kemudian terakumulasi dan menjadi gambut, selanjutnya akan menghasilkan humic coal.

4. Putrefaction (permentasi) yaitu peruraian hancuran tanaman akuatik (terutama algae), bahan hanyutan, dan plankton dalam lingkungan reduksi pada kondisi air diam (stagnant), hasilnya membentuk sapropel, sedangkan batubara yang dihasilkan adalah batubara sapropelik.

Secara umum tahapan biokimia dapat dikelompokan menjadi dua jenis (Diessel, 1992), yaitu: 1. Vitrinisasi (vitrinisation path)

Hasil humifikasi pada dekomposisi hidrolik terhadap tumbuhan yang telah mati akan mengalami suatu deret kestabilan dari kandungan sel-sel yang lunak menjadi celulose, hemicelulose, dan beberapa komponen yang lebih tahan seperti lignin (Waksman dan Stevens, 1929). Fluida humik akan berubah sepanjang tahapan humifikasi. Kompaksi dan dehidrasi gambut akibat penambahan beban oleh lapisan penutup mengakibatkan fluida humik mengental. Dalam batubara muda fluida humik muncul sebagai humocollinit (jika berupa koloid) dan humodetrinit (jika bercampur dengan fragmen-fragmen sisa sel). Koloid humik dapat mengisi ruang-ruang sel jaringan tumbuhan dan setelah pembatubaraan pada tingkat batubara bitumen akan muncul sebagai gelocollinit. Setelah presipitasi, koloid humik dapat berupa granular (sebagai porigelinit) dan kemudian lumer (gelify) berbentuk larutan atau zat yang jernih (sebagai eugellinit).

2. Fusinitisasi (fusinitisation path)a. Pada lapisan batubara juga ditemukan maseral-maseral inertinit yang mempunyai kandungan karbon tinggi, artinya

menunjukan bahwa bahan-bahan tumbuhan ini sebelum sedimentasi berakhir telah mengalami dehidrasi pada suatu periode kering dan oksidasi yang intensif (fusinitisasi). Ada tiga model proses fusinitisasi, yaitu:

b. Pengawetan akibat pengeringan dinding sel dan dehidrasi pada koloid koloid humik yang kemudian terubah sehingga tidak dapat mengalami rehidrasi dan melanjutkan hidrolisa. Hasilnya disebut oxi-semifusinite yang memperlihatkan efek humifikasi akibat mikroba dengan baik.

c. Pembentukan semifusinit sebagai akibat dekomposisi selektif oleh organisme terhadap jaringan kayu, terutama jaringan yang lunak (degrado semifusinit).

d. Akibat pembakaran pada gambut (pyrofusinite) yang tidak sempurna, maka akan menyebabkan perbedaan reflektansi dari jaringan-jaringan sel tumbuhan dengan berbedanya kedalaman.

TAHAP GEOKIMIA/PEMBATUBARAAN (COALIFICATION)• Menurut Stach (1972) tahap geokimia

atau tahap pembatubaraan disebut sebagai tahap fisika-kimia (physicochemical stage), yaitu tahap perubahan dari gambut menjadi batubara secara bertingkat (brown coal, sub-bituminous coal, bituminous coal, semi anthracite, anthracite, meta-anthracite) yang disebabkan oleh peningkatan temperatur dan tekanan.

• Prosesnya, jika lapisan gambut yang terbentuk kemudian ditutupi oleh lapisan sedimen, maka akan mengalami tekanan dari lapisan sedimen tersebut, tekanan akan meningkat dengan bertambahnya ketebalan lapisan sedimen. Tekanan yang bertambah akan mengakibatkan peningkatan temperatur. Di samping itu, temperatur juga akan meningkat dengan bertambahnya kedalaman yang disebut gradien geotermal. Kenaikan temperatur dan tekanan juga disebabkan oleh aktivitas magma dan aktivitas tektonik lainnya. Peningkatan tekanan dan temperatur pada lapisan gambut akan mengkonversi gambut menjadi batubara dimana terjadi proses pengurangan kandungan air, pelepasan gas-gas (H2O, CH4, CO, dan CO2), peningkatan kepadatan dan kekerasan, serta peningkatan kalor. Faktor tekanan dan temperatur serta waktu merupakan faktor-faktor yang menentukan “kualitas” batubara.

• Pada tahap ini terjadi perubahan rombakan tumbuhan dari kondisi reduksi ke suatu seri menerus dengan prosentase karbon makin meningkat dan prosentase oksigen serta hidrogen makin berkurang. Juga sifat fisik maseral mulai terbentuk, seperti kenaikan reflektansi maseral batubara seiring dengan naiknya derajat proses kimia-fisika.

Perubahan-perubahan fisika-kimia berlangsung secara bertahap, yaitu:1. Tahap pertama adalah pembentukan peat, proses berlangsung terus sampai membentuk

endapan, di bawah kondisi asam menguapnya H2O, CH4, dan sedikit CO2 membentuk C65H4O30 yang dalam kondisi dry basis besarnya analisa pada ultimate adalah karbon 61,7%, hidrogen 0,3%, dan oksigen 38,0%.

2. Tahap kedua adalah tahap lignit kemudian meningkat ke bituminous tingkat rendah dengan susunan C79H55O141 yang pada kondisi dry basis adalah karbon 80,4%, hidrogen 0,3%, dan oksigen 19,1%.

3. Tahap ketiga adalah peningkatan dari batubara bituminous tingkat rendah sampai tingkat medium dan kemudian sampai batubara bituminous tingkat tinggi. Pada tahap ini kandungan hidrogen tetap dan oksigen berkurang sampai satu atom oksigen tertinggal di molekul.

4. Tahap keempat, kandungan hidrogen berkurang, sedangkan kandungan oksigen menurun lebih lambat dari tahapan sebelumnya. Hasil sampingan tahap tiga dan empat adalah CH4, CO2, dan sedikit H2O.

5. Tahap kelima adalah proses pembentukan antrasit dimana kandungan oksigen tetap dan kandungan hidrogen menurun lebih cepat dari tahap-tahap sebelumnya.

• Meningkatnya tekanan dapat disebabkan oleh penambahan ketebalan lapisan penutup (lapisan sedimen di atasnya) atau penurunan post-depositional. Akibat tekanan yang tinggi, maka porositas pada gambut akan menurun dan sejalan dengan terdekomposisinya senyawa OH grup akan mengakibatkan menurunnya kandungan air. Di samping itu, grup senyawa yang lain (COOH, CH3, CO) akan terpecah, sehingga terbentuk karbondioksida dan makin meningkatnya oksigen yang hilang, maka kandungan karbon akan meningkat.

• Derajat batubara tergantung pada temperatur, yaitu dapat akibat terobosan batuan beku, gradien geotermal, dan konduktifitas panas batuan. Contoh pada sedimen Tersier di Upper Rhein Graben dengan gradien hidrotermal 7-80C/100 m, menghasilkan batubara bituminous pada kedalaman 1500 m, sedangkan di daerah dingin yang gradien hidrotermalnya 40C/100m dapat mencapai derajat yang sama pada kedalaman 2600m.

• Pengaruh waktu akan berarti bila diikuti temperatur yang tinggi, seperti contoh berikut ini. Di Gulf Coast of Louisiana yang mengandung batubara Miosen Akhir, terbenam pada kedalaman 5440 m selama 17 juta tahun dengan temperatur 1400C menghasilkan high volatile bituminous (35-40% VM), sedangkan pada batubara Karbon dengan kedalaman yang sama selama 270 juta tahun hanya mencapai low volatile bituminous (14-16% VM). Contoh lain yang terkenal adalah lignit di Moscow Basin yang berumur Karbon Bawah, tetapi sampai sekarang tidak pernah menjadi batubara, karena temperaturnya tidak tercapai.

Berdasarkan penjelasan di atas, maka pada prinsipnya derajat batubara ditentukan oleh faktor temperatur, tekanan, dan waktu, sehingga bisa disimpulkan bahwa faktor-faktor yang mengendalikan adalah:1. Derajat batubara sebelum terganggu kegiatan intrusi atau struktur

geologi.2. Ukuran dan bentuk kegiatan intrusi atau struktur geologi.3. Jumlah dan asal tekanan.4. Jarak batubara dari gangguan.5. Suhu batubara dari gangguan6. Lama gangguan berlangsung.

KARAKTERISTIK BATUBARA

• Karakteristik batubara dapat dinyatakan berdasarkan sifat fisika dan sifat kimia yang dimilikinya. Karakteristik batubara yang menunjukkan sifat fisikanya diantaranya nilai density, kekerasan, ketergerusan (grindability), warna, dan pecahan. Sedangkan sifat kimia batubara merupakan kandungan senyawa yang terkandung dalam batubara tersebut diantaranya kandungan Karbon, Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, dan Sulfur.

SIFAT FISIK BATUBARAa. Berat Jenis (Specific Gravity)

Specific gravity batubara berkisar dari 1.25 g/cm3 hingga 1.70 g/cm3, pertambahannya sesuai dengan peningkatan derajat batubara. Specific gravity batubara turun sedikit pada lignit yaitu 1.5 g/cm3 hingga bituminous yaitu 1.25 g/cm3. Kemudian akan naik lagi menjadi 1.5 g/cm3 untuk antrasit hingga 2.2 g/cm3 untuk grafit.Berat jenis batubara sangat bergantung pada jumlah dan jenis mineral yang dikandung abu dan juga kekompakan porositasnya. Kandungan karbon juga akan mempengaruhi kualitas batubara dalam penggunaan. Batubara jenis yang rendah menyebabkan sifat pembaka-ran yang tidak baik.

b. KekerasanKekerasan batubara berkaitan dengan struktur batubara yang ada. Keras atau lemahnya batubara juga terkandung pada komposisi dan jenis batubaranya. Uji kekerasan batubara dapat dilakukan dengan mesin Hardgrove Grindibility Index (HGI). Nilai HGI menunjukan nilai kekersan batubara. Nilai HGI berbanding terbalik dengan kekerasan batubara. Semakin tinggi nilai HGI , maka batubara tersebut semakin lunak. Sebaliknya, jika nilai HGI batubara tersebut semakin rendah maka batubara tersebut semakin keras.

c. WarnaWarna batubara bervariasi mulai dari berwarna coklat pada lignit hingga warna hitam legam pada antrasit. Warna variasi litotipe (batubara yang kaya akan vitrain) umumnya berwarna cerah.

d. GoresanGoresan batubara warnanya berkisar antara terang sampai coklat tua. Lignit mempunyai goresan hitam keabu-abuan, batubara berbitumin mempunyai warna goresan hitam, batubara cannel mempunyai warna goresan dari coklat hingga hitam legam.

e. PecahanPecahan dari batubara memperlihatkan bentuk dari potongan batubara dalam sifat memecahnya. Ini dapat pula memeperlihatkan sifat dan mutu dari suatu batubara. Antrasit dan batubara cannel mempunyai pecahan konkoidal. Batubara dengan zat terbang tinggi, cenderung memecah dalam bentuk persegi, balok atau kubus.

SIFAT-SIFAT KIMIA BATUBARA• Sifat kimia dari batubara sangat berhubungan langsung dengan senyawa penyusun dari

batubara tersebut. Baik senyawa organik ataupun senyawa anorganik. Sifat kimia dari batubara dapat digambarkan dari unsur yang terkandung di dalam batubara,antara lain sebagai berikut:

a. KarbonJumlah karbon yang terdapat dalam batubara bertambah sesuai dengan peningkatan derajat batubaranya. Kenaikan derajatnya dari 60% hingga 100%. Persentase akan lebih kecil daripada lignit dan menjadi besar pada antrasit dan hamper 100% dalam grafit. Unsur karbon dalam batubara sangat penting peranannya sebagai sumber panas. Karbon dalam batubara tidak berada dalam unsurnya tetapi dalam bentuk senyawa. Hal ini ditunjukkan dengan jumlah karbon yang besar yang dipisahkan dalam bentuk zat terbang.

b. HidrogenHidrogen yang terdapat dalam batubara berangsur-angsur habis akibat evolusi metan. Kandungan hidrogen dalam liginit berkisar antara 5%, 6% dan 4.5% dalam batubara berbitumin sekitar 3% hingga 3,5% dalam antrasit. 

c. OksigenOksigen yang terdapat dalam batubara merupakan oksigen yang tidak reaktif. Sebagaimana dengan hidrogen kandungan oksigen akan berkurang selam evolusi atau pembentukan air dan karbondioksida. Kandungan oksigen dalam lignit sekitar 20% atau lebih. Sedangkan dalam batubara berbitumin sekitar 4% hingga 10% dan sekitar 1,5% hingga 2% dalam batubara antrasit.

d. NitrogenNitrogen yang terdapat dalam batubara berupa senyawa organik yang terbentuk sepenuhnya dari protein bahan tanaman asalnya dan jumlahnya sekitar 0,55% hingga 3%. Batubara berbitumin biasanya mengandung lebih banyak nitrogen daripada lignit dan antrasit.

e. SulfurSulfur dalam batubara biasanya dalam jumlah yang sangat kecil dan kemungkinan berasal dari pembentuk dan diperkaya oleh bakteri sulfur. Sulfur dalam batubara biasanya kurang dari 4%, tetapi dalam beberapa hal sulfurnya bisa mempunyai konsentrasi yang tinggi. Sulfur terdapat dalam tiga bentuk, yaitu :• Sulfur Piritik (Piritic Sulfur),Sulfur Piritik biasanya berjumlah sekitar 20% hingga 80% dari total sulfur yang

terdapat dalam makrodeposit (lensa, urat, kekar, dan bola) dan mikrodeposit (partikel halus yang menyebar).

• Sulfur Organik,Sulfur Organik biasanya berjumlah sekitar 20% hingga 80% dari total sulfur, biasanya berasosiasi dengan konsentrasi sulfat selama pertumbuhan endapan.

• Sulfat Sulfur, Sulfat terutama berupa kalsium dan besi, jumlahnya relatif kecil dari seluruh jumlah sulfurnya.

JENIS-JENIS BATUBARA• Antrasit (C94OH3O3), adalah kelas batubara tertinggi dengan warna hitam

berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% – 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%. Antarsit memiliki kandungan kalori yang paling tinggi yaitu diatas 7777 kcal/kg.

• Bituminus (C80OH5O15), merupakan kelas batubara yang memiliki kandungan kalori antara 5833 kcal/kg – 7777 kcal/kg, dengan unsur karbon (C) 68% – 86% dan kadar air 8% – 10% dari beratnya. Bituminous paling banyak ditambang di Australia.

• Sub-bituminus (C75OH5O20), merupakan kelas batubara yang mengandung sedikit karbon dan banyak air serta dengan kandungan kalori yang lebih rendah rendah yaitu antara 4611 kcal/kg – 5833 kcal/kg, oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminous.

• Lignit atau batubara coklat (C70OH5O25 ), adalah batubara yang sangat lunak dengan nilai kalori yang lebih rendah dibandingkan dengan sub-bituminus sekitar 3500 kcal/kg – 4611 kcal/kg dan mengandung air 35% - 75% dari beratnya.

• Gambut (C60H6O34), adalah kelas batubara yang paling rendah nilai kalorinya dibawah 3500 kcal/kg dengan kandungan kadar air diatas 75% dari beratnya.