Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-74

PENGARUH LAJU ALIRAN AGENT GAS PADA PROSES GASIFIKASIKOTORAN KUDA TERHADAP KARAKTERISTIK SYNGAS YANG

DIHASILKAN

Rudy Sutanto1,a*, Nurchayati2,b , Pandri Pandiatmi3,c, Arif Mulyanto4,d, Made Wirawan5,e

1,2,3,4,5Jurusan Teknik Mesin . F.T. Universitas Mataram, Jl. Majapahit No.62 Mataram,NTB, 83125

ar_sutanto10@yahoo.com, bnurchayati_jamil@yahoo.co.id, cpandiatmi.pandri@yahoo.com, dA_mulyanto70@yahoo.co.id, ewiralo@yahoo.com

ABSTRAKGasifikasi yang selama ini kita kenal adalah gasifikasi dengan umpan batubara dan limbahpertanian, akan tetapi gasifikasi dengan umpan limbah peternakan khususnya kotoran kuda (feses)belum pernah dicoba dan diteliti, padahal kotoran kuda memiliki potensi yang besar untukdikembangkan sebagai bahan umpan gasifikasi, dengan pertimbangan kandungan karbohidrat,lemak dan serat kasar pada kotoran kuda yang cukup tinggi sehingga dapat meningkatkan produksikarbon yang secara tidak langsung akan meningkatkan produksi gas metana dan carbon monoksida,akan tetapi kotoran kuda memiliki kadar air tinggi. Sebagai umpan gasifikasi, jika digunakan secaralangsung, maka kotoran kuda akan sulit diproses dan dapat mengganggu kinerja gasifikasi. Olehsebab itu, pengolahan awal terhadap kotoran kuda perlu dilakukan. Tujuan jangka panjang daripenelitian ini adalah mendapatkan syngas yang berkualitas gas alam terbarukan.Gasifier yang digunakan pada penelitian ini memiliki diameter reaktor 600 mm dan tinggi reaktor1500 mm. Penelitian dimulai dengan menentukan karakterisasi biomassa kotoran kuda secaraultimate analysis. Kemudian dilanjutkan dengan melakukan pengujian karakterisasi prosesgasifikasi pada updraft gasifier berbahan umpan kotoran kuda dengan menggunakan metodedekomposisi thermal dimana media agent gas yang digunakan berupa udara, denganmemperhitungkan variasi laju aliran agent gas (10, 15, 20 dan 30 lt/menit).Adapun hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa semakin besar laju aliran agentgas maka kadar gas CO semakin naik dengan rata-rata kenaikan sebesar 15%, akan tetapikenaikkan gas CO diikuti dengan penurunan kadar gas metan (CH4) yakni rata-rata penurunansebesar 13 %. Sedangkan nilai kalor terjadi kenaikkan seiring dengan semakin besar laju aliranagent gas yakni rata-rata terjadi kenaikkan sebesar 22,67 %.

Kata kunci : Gasifikasi, kotoran kuda, syngas, agent gas, nilai kalor

PENDAHULUAN

Salah satu energi alternatif yang sekarangsedang dikembangkan adalah energi yangberasal dari bahan – bahan organik, hal inidikarenakan senyawa organik tersebuttergolong energi yang dapat diperbarui.Keberadaaan bahan – bahan organik tersebutmudah didapat dan terjamin kontinuitasnya,selain itu yang terpenting bahan – bahanorganik tersebut ramah lingkungan. Hal iniyang menjadi faktor utama keberadaan bahan- bahan organik dipertimbangkan sebagaienergi masa depan dalam rangka mewujudkan

teknologi hijau (green technology). Syngasmerupakan salah satu produk dari teknologihijau yang sekarang sedang dikembangkan.Hal ini dikarenakan gas yang dihasilkan dariproses dekomposisi thermal dari biomassapadat melalui pemberian sejumlah panasdengan suplai oksigen terbatas untukmenghasilkan synthesis gases atau gas mampubakar yang terdiri dari CO, H2, CO2, CH4 danH2O (selanjutnya disebut dengan syngas)sebagai produk utama dan sejumlah kecilarang karbon dan abu sebagai produk ikutan.Dalam hal ini tentu saja yang dimanfaatkanadalah gas CO, H2, dan CH4 memiliki nilai

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-74

kalor/panas yang dapat digunakan sebagaibahan bakar. Secara umum, proses gasifikasimelibatkan 4 tahapan proses berupa drying,pyrolisis, oksidasi parsial dan reduksi.

Gasifikasi adalah suatu proses konversisenyawa yang mengandung karbon untukmengubah material baik cair maupun padatmenjadi bahan bakar gas mampu bakar (CO,H2, CO2, CH4 dan H2O) melalui prosespembakaran dengan suplai udara terbatasyaitu antara 20% hingga 40% udarastoikiometri. Reaktor tempat terjadinya prosesgasifikasi disebut gasifier. Selama prosesgasifikasi akan terbentuk daerah proses yangdinamakan menurut distribusi suhu dalamreaktor gasifier. Daerah–daerah tersebutadalah: Pengeringan, Pirolisa, Reduksi danPembakaran. Masing-masing daerah terjadipada rentang suhu antara 25oC hingga 150oC,150oC hingga 600oC, 600oC hingga 900oC,dan 800oC hingga 1400oC. Gas hasil dariproses gasifikasi disebut producer gas atausyngas.

Didalam ulasan hasil riset (review)terhadap teknologi kontemporer gasifikasitermal yang ditulis oleh [1], diperlihatkankelebihan dan kekurangan masing-masingreaktor serta jenis pereaksi yang biasadigunakan untuk proses gasifikasi. Disampingkeuntungan-keuntungan yang tersedia,ternyata proses gasifikasi termal biomassamasih mempunyai tantangan-tantangan dalamhal pembentukan tar dan char yang berlebihanserta nilai kalor syngas yang rendah jikakondisi operasi tidak sesuai dengankarakteristik biomassa yang diproses.

Dari [2] tentang simulasi numerikgasifikasi - uap biomassa (tandan kosongkelapa sawit) dengan menggunakan modelkeseimbangan termodinamika, terlihat bahwaproduksi hidrogen bertambah dengankenaikan suhu. Pada suhu-suhu rendah,produksi hidrogen rendah dan meningkatseiring dengan kenaikan suhu hinggamencapai suatu puncak dan kemudianproduksi hidrogen menurun lagi.

Komposisi syngas bervariasi tergantungdengan bahan baku biomassa, namun rata-ratadapat menghasilkan syngas dengan kadar H2

sebesar 18-20%, CO sebesar 18-20%, CH4

sebesar 2-3%, CO2 sebesar 12%, H2O sebesar

2.5% dan sisanya N2, dengan nilai kalor gassekitar 4.7 – 5 MJ/m3 [3].

Gasifikasi yang selama ini kita kenaladalah gasifikasi dengan umpan batubara danlimbah pertanian, akan tetapi gasifikasidengan umpan limbah peternakan khususnyafeses kotoran kuda (biomassa) belum pernahdilakukan, padahal kotoran kuda memilikipotensi yang besar untuk dikembangkansebagai bahan baku gasifikasi. Pada penelitianini akan dikembangkan penggunaan kotorankuda sebagai bahan umpan pada prosesgasifikasi dengan pertimbangan ukuranbutiran yang halus, kandungan karbohidrat,lemak dan serat kasar yang cukup tinggisehingga dapat meningkatkan produksi carbonyang secara tidak langsung akanmeningkatkan produksi gas metana dancarbon monoksida.

Kotoran kuda memiliki kadar karboncukup tinggi sehingga berpotensi untukdijadikan bahan bakar. Salah satu metodeyang dapat digunakan untuk mengolahkotoran kuda menjadi bahan bakar adalahgasifikasi. Dengan teknik gasifikasi, kotorankuda diharapkan dapat menjadi sumber bahanbakar yang potensial (syngas) untukmengatasi krisis energi, namun selama inipembuatan syngas melalui teknik gasifikasidari limbah peternakan (feses) belum dicobadan diteliti, oleh karena itu penelitian untukmemanfaatkan kotoran ternak kuda (feses)sebagai bahan alternatif sumber energi baruyang terbarukan dan ramah lingkungan perlusegera dilakukan secara menyeluruh hinggapenerapannya.

Kotoran kuda (feses) memiliki bentuk danukuran yang beragam serta ukuran butiranyang halus. Selain itu kotoran kuda jugamemiliki kadar air tinggi. Sebagai umpangasifikasi, jika digunakan secara langsung,maka kotoran kuda akan sulit diproses dandapat mengganggu kinerja gasifikasi. Olehsebab itu, pengolahan awal terhadap kotorankuda perlu dilakukan. Pengolahan awaltersebut berupa pengurangan kadar air padakotoran kuda (feses). Sedangkan rasioproduksi limbah kotoran kuda (feses)mencapai 5.5 ton/tahun/kepala dengankoefisien konversi energi 14.9 Gjoule/ton [4].

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-74

METODOLOGI

Metode penelitian yang digunakan untukmencapai tujuan penelitian yaitu melakukandua tahap percobaan : tahap pertama adalahmenganalisa karakterisasi biomassa kotorankuda (feses), sedangkan tahap kedua adalahmelakukan pengujian terhadap potensikotoran kuda sebagai bahan umpan padareaktor gasifikasi dengan metode dekomposisithermal dengan media agent gas berupa udara,a. Variabel Penelitian

Pada penelitian ini, variabel – variabelyang dipilih antara lain :Variabel tetap Komposisi syngas yang terdiri dari

campuran gas – gas CO, CO2, CH4

Temperatur operasi: 30oC Reaktor gasifikasi jenis updraft agent gas : udara

Variabel Berubah laju aliran agent gas : 10 lt/menit; 15

lt/menit; 20 lt/menit; 30 lt/menitb. Alat dan bahan

1. Peralatan yang digunakan dalampenelitian:Rangkaian alat gasifierGas Analyser

2. Bahan kotoran kuda

3. Alat pengujianGasifier yang digunakan pada penelitianini memiliki diameter reaktor 600 mm,dan tinggi reaktor 1500 mm.

c. Prosedur PengujianBahan utama yang dibutuhkan dalam

penelitian ini adalah kotoran ternak (kuda),kotoran kuda memiliki kadar air tinggi.Sebagai umpan gasifikasi, jika digunakansecara langsung, maka kotoran kuda akan sulitdiproses dan dapat mengganggu kinerjagasifikasi. Oleh sebab itu, pengolahan awalterhadap kotoran kuda perlu dilakukan.Pengolahan awal tersebut berupa pengurangankadar air pada kotoran kuda (feses) melaluiproses pengeringan terlebih dahulu.Tahap I, Analisa karakterisasi (komposisi

kimia) biomassa kotoran kuda(feses) Sebelum dilakukan prosesgasifikasi, terlebih dahulu

dilakukan analisa komposisi kimiakotoran kuda.

Tahap II, Proses gasifikasi kotoran kudaPenelitian dilanjutkan dengan proses

pembuatan syngas dengan bahan umpankotoran kuda, dalam hal ini digunakan reaktorgasifikasi jenis updraft dan menggunakanmetode dekomposisi thermal dengan mediaagent gas berupa udara serta dialirkanmenggunakan sebuah kompresor. Laju aliragent gas divariasikan masing–masing 10, 15,20 dan 30 lt/menit. Komposisi gas selanjutnyadideteksi menggunakan gas analyser,pengujian dilakukan di Laboratorium energibaru dan terbarukan Universitas mataram,yang selanjutnya akan diteliti pengaruh lajualiran udara terhadap komposisi gas, dan nilaikalor gas yang keluar dari gasifier.d. Analisis Data

Analisis data ini dilakukan setelah danmengacu pada data hasil percobaan, dengancara membandingkan kandungan gas CO,CO2, CH4 yang dihasilkan pada prosesgasifikasi dengan umpan kotoran kuda denganberbagai variasi laju aliran agent gas,mengetahui hubungan laju aliran agent gasterhadap komposisi gas, dan nilai kalor gasyang keluar dari gasifier.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Komposisi Kimia Kotoran KudaPengujian komposisi senyawa kimia

dilakukan dengan bahan baku kotoran kudayang telah dikeringkan terlebih dahulu,adapun pengujiannya dilakukan di UnitPelaksana Teknis – UPT MIPA seksi KimiaAnalitik. Pengujian dilakukan dengan tiga kalipengulangan dengan maksud agar didapatdata yang benar-benar valid. Adapunkomposisi senyawa kimia dari kotoran kuda(feses) yang akan digunakan sebagai bahanumpan gasifikasi adalah sebagai berikut,Tabel 1. Komposisi Senyawa Kimia Kotoran

Kuda

NO PARAMETER KOMPOSISI1 Bahan kering (%) 89.9472 Kadar Abu (%) 24.133 Kadar Lemak (%) 1.2834 Kadar N Total (%) 1.235 Kadar Protein (%) 7.69

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-74

6 Kadar P (%) 0.687 Serat kasar (%) 11.5078 Kadar Ca (ppm) 577.609 Kadar Air (%) 10.053

Pada tabel 1. menunjukan bahwa kadar lemakdan serat kasar mempunyai komposisi yangcukup besar, sehingga jika kotoran kudadigunakan sebagai umpan gasifikasi sangatlahmemungkinkan dengan pertimbangandilakukan pengolahan awal terlebih dahulusehingga kadar air yang terkandung didalamkotoran kuda dapat diturunkanb. Gasifikasi Kotoran Kuda

Adapun hasil penelitian yang telahdilakukan menunjukkan bahwa semakin besarlaju aliran agent gas maka kadar gas COsemakin naik dengan rata-rata kenaikansebesar 15%, seperti ditunjukkan pada grafik2, akan tetapi kenaikkan gas CO tidak diikutikenaikkan kadar gas metan, melainkan terjadipenurunan kadar gas metan (CH4) yakni rata-rata penurunan sebesar 13 % seiring dengansemakin besar laju aliran agent gas sepertiditunjukkan pada grafik 1. Hal inidikarenakan dalam proses pembakaran bahanumpan (kotoran kuda) pada reaktor gasifikasiberjalan semakin sempurna sehingga gas CO2

yang dihasilkan semakin banyak dan panasyang terbentuk semakin tinggi suhunya. Jikapanas yang dihasilkan pada proses oksidasisemakin tinggi akan memberi pengaruh padaproses pirolisis akan berjalan dengan baiksehingga karbon yang terbentuk semakinbesar. Sedangkan pada proses reduksi gasCO2 dan karbon akan diuraikan menjadi gascarbon monoksida. Dengan demikian semakinbesar laju aliran agent gas (udara) maka gasCO yang tebentuk akan semakin besar (grafik2). Karena sebagian besar gas CO2 yangdihasilkan pada proses oksidasi sudahdiuraikan menjadi gas CO pada prosesreduksi, maka hanya sebagian kecil gas CO2

yang ikut keluar bersamaan dengan syntesisgas (syngas) yang dihasilkan pada prosesgasifikasi seiring dengan bertambahnya lajualiran agen gas (grafik 3).

Grafik 1. Hubungan antara variasi laju aliragent gas terhadap gas CH4

Grafik 2. Hubungan antara variasi laju aliragent gas terhadap gas CO

Grafik 3. Hubungan antara variasi laju aliragent gas terhadap gas CO2

Grafik 4. Hubungan antara variasi laju aliragent gas terhadap Nilai kalor

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-74

Sedangkan pada grafik 4 menunjukkanbahwa nilai kalor mengalami kenaikkanseiring dengan semakin besar laju aliran agentgas yakni rata-rata terjadi kenaikkan sebesar22 %, hal ini diakibatkan oleh kadar gas COyang dihasilkan semakin besar seiringbertambahnya laju aliran agent gas, dimananilai kalor gas CO sangat tinggi yakni berkisar12696 KJ/m3 jauh diatas nilai kalor gas metanyang hanya berkisar 10768 KJ/m3.

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat diambildari hasil penelitian ini adalah bahwasanyaproses gasifikasi tidak hanya dapat dilakukandengan bahan umpan limbah pertanian danbatubara saja melainkan untuk limbah padatpeternakan bisa juga dilakukan dengan hasilyang sungguh luar biasa.

Pengaruh laju aliran agent gas membawadampak pada produksi gas CO yang semakinbesar seiring dengan bertambahnya laju aliranagent gas, demikian halnya dengan nilai kaloryang dihasilkan akan semakin tinggi.

DAFTAR REFERENSI

[1] Wang, L., Weller, C.L., Jones, D.D. andHanna, M.A., (2008), Contemporaryissues in thermal gasification of biomassand its application to electricity and fuelproduction, Biomass and Bioenergy 32,573-581.

[2] Adjar Pratoto dan Slamet Raharjo, 2008,“Gasifikasi-uap Biomassa untukMenghasilkan Hidrogen – Simulasidengan Model Keseimbangan”, SeminarNasional Tahunan Teknik Mesin(SNTTM) VII, Manado, 4 – 6 November2008

[3] Dr. Haifa Wahyu, Ir. Imam Djunaedi, Ir.M. Affendi, Drs. Sugiyatno, MT., Drs.Yusuf Suryo Utomo MT, 2011,“Perancangan dan Pengembangan ModelReaktor Circulating Fluidized Bed UntukGasifikasi Biomassa”, Pusat PenelitianFisika (Research Centre fo Physics) LIPI

[4] Hall, D. O. et al (1993), “Biomass forEnergy : Supply Prospects”, in:Renewable Energi, Johansson, T. B. eds.,pp.594, Washington, Island Press.