Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

47
Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases (Bio-CMG) dari Biomassa sebagai Pengganti LPG dan BBG Prof. Ir. Arief Budiman, MS, D.Eng Pusat Studi Energi, UGM Disampaikan pada Seminar Nasional Pemanfaatan Gas Alam menuju Kedaulatan Energi Indonesia Yogyakarta, 25 Agustus 2014

Transcript of Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Page 1: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Potensi Pengembangan Bio-Compressed

Methane Gases (Bio-CMG) dari Biomassa

sebagai Pengganti LPG dan BBG

Prof. Ir. Arief Budiman, MS, D.Eng

Pusat Studi Energi, UGM

Disampaikan pada

Seminar Nasional Pemanfaatan Gas Alam menuju Kedaulatan Energi Indonesia

Yogyakarta, 25 Agustus 2014

Page 2: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Outline Presentasi

Pendahuluan

Proses Gasifikasi

Teknologi Gasifikasi

Proses Sabatier (sintesis metana)

Hasil Bio-metana dari Biomassa

Kegunaan Lain Syn-gas Hasil Gasifikasi Biomassa

Biomassa menjadi Bio-CMG

Page 3: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

PENDAHULUAN

Biomass menjadi Bio-CMG

Page 4: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Potensi Biomassa di Indonesia

Biomass waste

Solid waste from palm oil

production

20 million tons/year

Bagasse

12 million tons/year

Biomass waste from industrial

forest

54 million tons/year

Plantation field

12 miliion tons/year

Biomassa menjadi Bio-CMG

Page 5: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Kapasitas Terpasang dan Potensi PLT

Biomassa di Indonesia

Page 6: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Konsep Sintesis Metana dari Biomassa

Biomassa menjadi Bio-CMG

Page 7: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Perbandingan Proses Termokimia dan Biokimia

Termokimia Biokimia

1. Temperatur tinggi 1. Temperatur rendah

2. Tekanan tinggi 2. Tekanan rendah

3. Membutuhkan katalis logam 3. Membutuhkan katalis enzim

4. Tidak menggunakan organisme 4. Membutuhkan organisme dan

kontrol organisme relatif sulit

5. Reaksi relatif sedikit sensitif

terhadap kondisi reaksi

5. Reaksi sangat sensitif terhadap

kondisi reaksi

6. Waktu reaksi relatif cepat 6. Waktu reaksi relatif lama

7. Ukuran reaktor relatif lebih kecil 7. Ukuran reaktor relatif lebih besar

Biomassa menjadi Bio-CMG

Page 8: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis Metana dengan Termokimia

Biomassa Proses

Gasifikasi Syn-gas

Proses Sebatier

Metana

Sintesis metana dengan proses termokimia pada skala

besar akan lebih efisien dibandingkan denga proses biokimia. Hal

ini karena waktu reaksi relatif lebih singkat dan ukuran alat lebih

kecil.

Tetapi, kelemahan proses termokimia adalah membutuhkan

energi yang relatif tinggi untuk mencapai suhu dan tekanan

operasi yang tinggi.

Alur sintesis metana denga proses termokimia adalah sebagai

berikut :

Biomassa menjadi Bio-CMG

Page 9: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Kebijakan Energi Pemerintah Indonesia

Biomassa menjadi Bio-CMG

Page 10: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

PROSES GASIFIKASI

Gasifikasi Batubara

Page 11: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Konsep Proses Gasifikasi

Biomassa menjadi Bio-CMG

Page 12: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Proses Gasifikasi

Gasifikasi adalah sebuah proses kimia secara termal dari

material organik menjadi bahan bakar gas (syn-gas) pada suhu

yang tinggi dan keberadaan oksigen yang terbatas (Higman and

Burgt, 2003).

Proses gasifikasi membutuhkan medium, disebut gasifying

medium, yang mempunyai unsur oksigen. Gasifying medium

menyediakan unsur oksigen untuk bereaksi dengan batubara

membentuk karbon monoksida (CO). Gasifying medium yang

sering digunakan adalah udara, oksigen dan steam.

Syn-gas secara umum terdiri dari gas hidrogen (H2), karbon

monoksida (CO), metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2)

(Bridgwater, 1995). Selain bahan bakar gas, proses gasifikasi juga

menghasilkan produk padat (char) dan produk cair (bio-oil),

seperti diilustrasikan pada Gambar 1.

Gasifikasi Batubara

Page 13: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Proses Gasifikasi

Gambar 1. Alur skematik proses gasifikasi batubara

Gasifikasi Batubara

Page 14: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Proses Gasifikasi

Empat proses utama di dalam gasifikasi adalah sebagai berikut.

Gasifikasi Batubara

Page 15: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Proses Gasifikasi

Reaksi-reaksi utama pada gasifikasi adalah sebagai berikut.

Pyrolysis

Biomass + heat Char + Tar (bio-oil) + Gas (CO,

CO2, H2, CH4)

Combustion (Oxidation)

C(s) + ½ O2(g) 2CO(g)

CO(g) + ½ O2(g) CO2(g)

C(s) + O2(g) CO2(g)

H2(g) + ½ O2(g) H2O(g)

Gasifikasi Batubara

Page 16: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Proses Gasifikasi

Reaksi-reaksi utama pada gasifikasi adalah sebagai berikut.

Reduction

C(s) + CO2(g) 2CO(g) (Boudouard reaction)

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) (Water-gas reaction)

C(s) + H2(g) 2CH4(g) (Methanation)

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (Water-gas shift)

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) (Steam-methane

reforming)

Gasifikasi Batubara

Page 17: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Komposisi Syn-gas

Komposisi syn-gas hasil gasifikasi secara umum dapat

digambarkan sebagai berikut :

Gasifikasi Batubara

Page 18: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

TEKNOLOGI GASIFIKASI

Gasifikasi Batubara

Page 19: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Teknologi Gasifikasi

Teknologi gasifikasi dibedakan berdasarkan jenis gasifier yang

digunakan. Menurut Basu (2013), ada tiga jenis gasifier kontinyu

yang digunakan untuk gasifikasi batubara.

1. Moving-bed Gasifier

2. Fluidized-bed Gasifier

3. Entrained-flow Gasifier

Gasifikasi Batubara

Page 20: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

1. Moving-bed Gasifier

Moving-bed gasifier merupakan gasifier dengan tumpukan

batubara yang bergerak dari atas ke bawah tanpa terfluidisasi.

Setiap batubara akan melewati semua zona proses gasifikasi di

dalam gasifier secara teratur.

Ada dua tipe moving-bed gasifier :

Updraft gasifier

Downdraft gasifier

Gasifikasi Batubara

Page 21: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

1. Moving-bed Gasifier (Updraft gasifier)

Updraft gasifier merupakan moving-bed gasifier dengan produk gas

keluar pada bagian atas gasifier. Gasifying medium dipanaskan dan

diumpankan ke dalam gasifier melalui lubang pada bagian bawah

gasifier.

Gasifikasi Batubara

Page 22: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

1. Moving-bed Gasifier (Downdraft gasifier)

Downdraft gasifier merupakan moving-bed gasifier dengan produk

gas keluar pada bagian bawah gasifier. Gasifying medium dipanaskan

dan diumpankan ke dalam gasifier melalui lubang pada bagian

tengah gasifier atau tepat di bawah zona pirolisis.

Gasifikasi Batubara

Page 23: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

2. Fluidized-bed Gasifier

Fluidized-bed gasifier merupakan gasifier dengan batubara yang

terfluidisasi di dalam gasifier. Batubara diumpankan pada bagian atas

atau samping gasifier. Gasifying medium diumpankan pada bagian

bawah gasifier dan sekaligus digunakan sebagai gas yang

memfluidisasi batubara. Sedangkan, produk gas keluar pada bagian

atas gasifier.

Gasifikasi Batubara

Page 24: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

3. Entrained-flow Gasifier

Entrained-flow gasifier merupakan gasifier dengan batubara

diumpankan bersama dengan gasifying medium ke dalam gasifier.

Untuk memudahkan dalam pengumpanan ke dalam gasifier,

terutama jika bertekanan, umpan batubara dapat dicampur dengan

air membentuk slurry. Gasifying medium dijaga pada kecepatan tinggi

untuk meng-entrain batubara.

Ada dua tipe Entrained-flow gasifier :

A. Batubara dan gasifying medium diumpankan melalui samping-

bawah gasifier.

B. Batubara dan gasifying medium diumpankan melalui atas gasifier.

Gasifikasi Batubara

Page 25: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

3. Entrained-flow Gasifier

Gasifikasi Batubara

Page 26: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Rangkuman Teknologi Gasifier

Rangkuman perbedaan pola aliran beberapa tipe gasifier :

Gasifikasi Batubara

Page 27: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Rangkuman Teknologi Gasifier

Rangkuman perbedaan jenis gasifier :

Gasifikasi Batubara

Page 28: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Proses Sabatier

(Sintesis Metana)

Gasifikasi Batubara

Page 29: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Proses Sabatier (sintesis metana)

Proses Sabatier adalah proses kimia secara termal yang

mereaksikan karbon dioksida dengan hidrogen menjadi metana

dengan bantuan katalis.

Proses Sabatier berlangsung pada temperatur optimal antara 250

– 300oC.

Proses Sabatier membutuhkan katalis nikel atau ruthenium yang

diembankan pada alumina untuk mempercepat reaksi dan

meningkatkan selektivitas reaksi.

Reaksi pada Proses Sabatier :

Gasifikasi Batubara

𝐶𝑂2 + 4 𝐻2 ↔ 𝐶𝐻4 + 2 𝐻2O + 165 kJ/mol

Page 30: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Konsep Proses Sabatier (sintesis metana)

Palm Empty Fruit Bunches

to Engine Fuel

Page 31: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Hasil Bio-metana dari Biomassa

Gasifikasi Batubara

Page 32: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Hasil Bio-metana dari Biomassa

Potensi limbah biomassa di Indonesia yang dapat dikonversi

menjadi energi adalah 98 juta ton per tahun.

Apabila biomassa tersebut dikonversi menjadi metana dengan

proses gasifikasi dan proses Sabatier, maka perkiraan metana

yang dihasilkan adalah sebesar 2,22 TSCF/tahun atau setara

dengan kalor 5,65 x 1014 kkal/tahun.

Konsumsi LPG di Indonesia pada tahun 2014 diprediksi

mencapai 6,1 juta ton atau setara dengan kalor sebesar 6,84 x

1013 kkal.

Konsumsi Premium di Indonesia pada tahun 2014 diprediksi

mencapai 40 juta kL atau setara dengan kalor sebesar 4,05 x

1014 kkal.

Gasifikasi Batubara

Page 33: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Diagram hasil bio-metana dari biomassa

Gasifikasi Batubara

Biomassa

(98 juta ton/th)

Proses Gasifikasi dan Sabatier

Bio-metana

(2,22 TSCF/th)

Subtitusi LPG

(0,28 TSCF/th)

Subtitusi Premium

(1,60 TSCF/th)

Subtitusi BBM lain

(0,34 TSCF/th)

Page 34: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Hasil Bio-metana dari Biomassa

Bio-metana digunakan sebagai pengganti LPG dalam bentuk Bio-

Compressed Methane Gases (Bio-CMG). Bio-metana ditekan

hingga 11 bar untuk disalurkan ke industri atau rumah tangga

melalui jaringan pipa gas.

Sedangkan bio-metana juga digunakan sebagai pengganti

Premium dalam bentuk Bio-CMG dengan memodifikasi sistem

pengumpanan bahan bakar pada mesin kendaraan.

Bio-metana ditekan hingga 11 bar untuk disalurkan ke stasiun

pengisian bahan bakar gas (SPBG) melalui jaringan pipa gas.

Kemudian Bio-CMG diisikan ke tangki bahan bakar kendaraan

dengan tekanan 200 bar.

Kekurangan dari teknologi bahan bakar gas adalah tekanan

penyimpanan pada kendaraan yang sangat tinggi sehingga

memiliki resiko yang sangat tinggi pula.

Gasifikasi Batubara

Page 35: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Kegunaan Lain Syn-gas Hasil Gasifikasi Biomassa

Gasifikasi Batubara

Page 36: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Kegunaan Syn-gas

Syn-gas merupakan produk utama dalam proses gasifikasi biomassa.

Berbagai macam kegunaan syn-gas adalah sebagai berikut.

Gasifikasi Batubara

Page 37: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Kegunaan Syn-gas

Penggunaan syn-gas secara langsung adalah untuk :

1. bahan bakar boiler

2. power generation

3. hydrogen treatment

4. fuel cells

Penggunaan syn-gas secara tidak langsung adalah untuk :

1. pupuk urea

2. metanol

3. etanol

4. bahan bakar sintetis

5. bahan kimia

Gasifikasi Batubara

Page 38: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis pupuk urea

Sintesis ammonia dari syn-gas hasil gasifikasi batubara sesuai dengan reaksi berikut.

Sintesis ammonia

Reaksi sintesis ammonia membutuhkan kondisi operasi reaktor pada suhu 350-550oC dan tekanan 100-250 bar. Katalis yang digunakan dalam sintesis ammonia adalah besi.

Sintesis pupuk urea

Reaksi sintesis urea dijalankan pada reaktor dengan suhu 180-190oC dan tekanan 140-150 bar.

Gasifikasi Batubara

𝑁2 + 3 𝐻2 ↔ 2𝑁𝐻3

2 𝑁𝐻3 + 𝐶𝑂2 ↔ 𝐶𝑂(𝑁𝐻2)2

Page 39: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis ammonia

Diagram proses sintesis ammonia dari syn-gas hasil gasifikasi

batubara adalah :

Gasifikasi Batubara

Page 40: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis pupuk urea

Diagram proses sintesis urea dari ammonia dan karbondioksida

adalah :

Gasifikasi Batubara

Page 41: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis metanol

Sintesis metanol dari syn-gas hasil gasifikasi batubara dapat

dilakukan dengan beberapa teknologi proses dan reaksi.

Gasifikasi Batubara

Page 42: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis metanol

Gasifikasi Batubara

Page 43: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis etanol

Sintesis etanol dari syn-gas hasil gasifikasi batubara dapat dilakukan

dengan dua cara:

Prosess Fischer-Tropsch (FT)

Reaksi FT dijalankan pada reaktor dengan suhu 150-300oC dan

tekanan hingga 50 bar. Katalis yang digunakan adalah besi dan

cobalt.

Proses fermentasi

Reaksi fermentasi dijalankan pada reaktor dengan suhu 37-40oC

dan tekanan atmosferis. Bakteri yang digunakan adalah

Butyribacterium methylotrophicum dan Clostridium sp.

Gasifikasi Batubara

6 𝐶𝑂 + 3 𝐻2O → 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 4 𝐶𝑂2

6 𝐻2 + 2 𝐶𝑂2 → 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 3 𝐻2O

2 𝐶𝑂 + 4 𝐻2 ↔ 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 𝐻2O

Page 44: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis etanol

Diagram proses sintesis ethanol dari syn-gas hasil gasifikasi

batubara adalah :

Gasifikasi Batubara

Page 45: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis bahan bakar sintetik

Sintesis bahan bakar sintetik dari syn-gas hasil gasifikasi batubara

dilakukan dengan cara:

Prosess Fischer-Tropsch (FT)

Reaksi FT dijalankan pada reaktor dengan suhu 150-300oC dan

tekanan hingga 50 bar. Katalis yang digunakan adalah besi dan

cobalt.

Gasifikasi Batubara

𝑛 𝐶𝑂 + (2𝑛 + 1) 𝐻2↔ 𝐶𝑛𝐻(2𝑛+2) + 𝑛 𝐻2O

Page 46: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

Sintesis bahan bakar sintetik

Diagram proses sintesis ethanol dari syn-gas hasil gasifikasi

batubara adalah :

Gasifikasi Batubara

Page 47: Potensi Pengembangan Bio-Compressed Methane Gases

THANK YOU

Gasifikasi Batubara