PROSES GASIFIKASI PADA BATUBARAI. BatubaraBatu baraadalah salah satubahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melaluiproses pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya terdiri darikarbon,hidrogendanoksigen. Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk. Analisis unsur memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9NS untuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit.Pembentukan batu bara memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi pada era-era tertentu sepanjang sejarah geologi. Zaman Karbon, kira-kira 340juta tahun yang lalu(jtl), adalah masa pembentukan batu bara yang paling produktif dimana hampir seluruh deposit batu bara (black coal) yang ekonomis di belahan bumi bagian utara terbentuk. Pada Zaman Permian, kira-kira 270 jtl, juga terbentuk endapan-endapan batu bara yang ekonomis di belahan bumi bagian selatan, seperti Australia, dan berlangsung terus hingga ke Zaman Tersier (70 - 13 jtl) di berbagai belahan bumi lain.II. Gasifikasi BatubaraGasifikasi (gasification) adalah konversi bahan bakar karbon menjadi produk gas gas yang memiliki nilai kalor yang berguna. Pengertian ini tidak memasukkan istilah pembakaran (combustion) sebagai bagian daripadanya, karena gas buang (flue gas) yang dihasilkan dari pembakaran tidak memiliki nilai kalor yang signifikan untuk dimanfaatkan [Higman, van der Burgt, 2003]. Karena proses ini merupakan konversi material yang mengandung karbon, maka semua hidrokarbon seperti batubara, minyak,vacuum residue,petroleum cokeataupetcoke, Orimulsion, bahkan gas alam dapat digasifikasi untuk menghasilkan gas sintetik (syngas).Gasifikasi adalah proses konversi bahan bakar padat menjadi gas melalui reaki dengan satu atau campuran reaktan udara, oksigen, uap air, karbon diokasida. Proses gasifikasi bertujuan untuk menghasilkan produk gas yang sesuai dengan penggunaannya baik sebagai sumber energi atau sebagai bahan baku industri kimia. Gas gasifikasi biasa dikenal sebagai prosedur gas.Gasifikasi adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secaratermo kimia menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dariudara yang digunakan untuk proses pembakaran. Selama proses gasifikasireaksi kimia utama yang terjadi adalah endotermis (diperlukan panas dariluar selama proses berlangsung). Media yang paling umum digunakan pada proses gasifikasi ialahudaradanuap.Produkyangdihasilkandapatdikategorikan menjadi tiga bagian utama, yaitu padatan, cairan (termasukgas yang dapat dikondensasikan) dan gas permanen. Media yang palingumum digunakan dalam proses gasifikasi adalah udara dan uap. Gas yangdihasilkan dari gasifikasi dengan menggunakan udara mempunyai nilaikalor yang lebih rendah tetapi disisi lain proses operasi menjadi lebihsederhanaProses gasifikasi batubara merupakan proses konversi secara kimia dari batubara yang berbentuk partikel atau padatan menjadi gas yang bernilai bakr atau combustible. Pada dasarnya gasifikasi batubara adalah reaksi oksidasi parsial dari batubara dengan oksigen atau udara. Proses gasifikasi dilakukan dalam suatu reaktor yang disebut dengan gasifier. Proses gasifikasi batubara adalah proses yang mengubah batu bara dari bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas. Dengan mengubahbatubara menjadi gas, maka material yang tidak diinginkan yang terkandung dalambatubara sepertisenyawa sulfurdan abu,dapat dihilangkandarigas denganmenggunakan metode tertentu sehingga dapat dihasilkan gas bersih dandapat dialirkan sebagai sumber energi. Sebagaimana diketahui, ketika bahan bakar dibakar, energi kimia akan dilepaskan dalambentukpanas.Pembakaran terjadi saat Oksigen yang terkandung dalam udara bereaksidengan karbon dan hidrogen yang terkandung dalam batubara danmenghasilkan CO2 dan air serta energi panas. Dalam kondisi normal,dengan pasokan udara yang tepat akan mengkonversi semua energi kimiamenjadi energi panas. Combustible gas yang dapat dihasilkan dari proses gasifikasi adalah CO, H2, CH4, dan sebagainya. Gas produk gasifikasi ini dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar, bahan baku proses sintesa atau bahan kimia lainya.2.1. Teknologi GasifikasiTeknologi gasifikasi yang digunakan untuk konversi batubara menjadi bahan bahan bakar gas dikenal dengan nama gasifier. Beberapa teknik yang biasa digunakan untuk proses gasifikasi adalah :1) Fixed bed gasification atau gasifikasi batubara secara unggun tetap,2) Fluidized bed gasification atau gasifikasi batubara terfluidisasi,3) Entrained bed gasification atau gasifikasi batubara tersembur.Dari ketiga teknik tersebut, yang paling sederhana dan murah untuk aplikasi sebagai bahan bakar adalah proses gasifikasi dengan metod fixed bed gasification. Pada proses gasifikasi akan dihasilkan abu (ash removal) yang merupakan kotoran dari batubara. Abu ini dapat dikeluarkan secara langsung pada operasi temperatur rendah (non-slagging gasifier) sebagai dry ash atau dikeluarkan pada operasi slagging gasifier pada temperatur tinggi, sebagai liquid ash dengan viskositas rendah.2.2. Tahapan Proses GasifikasiTahapan gasifikasi batubara meliputi pengeringan, devolatilisasi, oksidasi, dan reduksi. Taha pengeringan bertujuan untuk mengeluarkan atau menghilangkan kandungan air yang terdapat pada batubara. Devolatilias merupakan proses pemanasan batubara sampai terjadi dekomposisi menjadi arang, tar, dan gas. Tahapan oksidasi merupakan proses pembakaran zat terbang hasi devolatilisasi untuk memanaskan arang. Pemanasan ini mengakibatkan sebagaian arang akan teroksidasi dan sisanya mengalami proses reduksi.Dalam gasifier, arang direduksi oleh steam atau kukus dan CO2 menghasilka gas H2 dan CO. Peningkatan jumlah atau laju steam atau kukus mengakibatkan penurunan gas CO pada gas produk, namun akan meningkatkan kandungan gas H2 dan CO2 melalui reaksi geser atau shift reaction. Komposisi gas yang dihasilkan ditentukan oleh temperatur dengan mengatur laju oksigen yang digunakan. Panas yang dihasilkan dari reaksi oksidasi digunakan untuk tahapan yang melibatkan proses atau reaksi endotermis seperti reaksi reduksi, proses devolatilisasi, dan tahapan pengeringan.Skema prinsip gasifikasi batubara dalam gasifier dan zona reaksi berdasar-kan temperatur dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.1. Zona Reaksi Batubara Gasifier Tipe Updraft2.3. Reaksi Utama pada Proses Gasifikasi BatubarSecara umum proses gasifikasi batubara dilakukan dalam suatu reaktor yang disebut gasifier dan prosesnya terdiri dari drying, pyrolysis, reduksi, dan oksidasi. Reaktan utama pada proses gasifikasi batubara adalah oksigen dalam udara dan uap air. Gas utama yang dihasilkan dari gasifikasi batubara adalah CO, H2, dan gas lainnya seperti CH4, CO2, dan nitrogen. Reaksi-reaksi utama yang terjadi selama proses gasifikasi batubara akan dijelaskan sebagai berikut.1) Reaksi Drying/Moisture ReleaseDrying merupakan proses pemanasan batubara pada temperatur antara 100 2500C. Pemanasan ini akan menghilangkan atau menguapkan air yang terkandung dalam batubara. Adapun mekanismenya mengikuti reaksi berikut :Batubara + panas batubara +air (H2O, uap air)Panas yang diperlukan untuk penghilangan kandungan air ini diperoleh dari panas hasil reaksi pembakaran char atau reaksi oksidasi karbon dalam char dengan oksigen. Air dalam fas auap ini dapat bereaksi dengan gas lain yang terjadi selama proses gasifikasi.2) Reaksi Decomposition / Pyrolysis / DevolatilizationSetelah mengalami proses penghilangan air, batubara akan mengalami prosespyrolysis yaitu penguraian batubara pada temperatur tinggi menjadi char, tar, dan volatile metter. Proses ini berlangsung pada tmperatur antara 200 5000C. Mekanisme reaksi pyrolysis dapat dijelaskan sebagai berikut.Batubara + panas char + tar + gasPyrolysis merupakan proses yang sifatnya endotermik. Panas yang diperlukan untuk terjadinya proses ini diperoleh dari reaksi oksidasi karnon dalam char dengan oksigen dari udara. Proses ini biasa juga disebut dengan devolatilisasi.3) Reaksi Reduction / GasificationProses reduksi merupakan tahap utama dari proses gasifikasi. Pada tahap ini gas mampu bakar akan dihasilkan. Gas hasil reaksi reduksi ini biasa disebut sebagai gas producer atau syntetic gas atau syngas. Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap inibersifat endotermik. Panas yang dibutuhkan dipasok dari panas hasil reaksi oksidasi. Reaksi reaksi reduksi pada tahap ini secara stoikiometrik adalah sebagai berikut.a) Reaksi uap air atau steam reaction yaitu rekasi reduksi antara karbon dalam char dengan uap air sesuai dengan reaksi berikut :C (char) + H2O + panas CO (gas) + H2 (gas)Reaksi ini menghasilkan produk gas yang mampu bakar (syngas). Secara stoikiometri karbon yang bereaksi dengan uap air akan menjadi gas karbon monoksida dan gas hidrogen. Kedua gas ini merupakan komponen utama dari hasil gasifikasi.b) Reaksi karbon dengan gas karbon dioksida pada tahap ini akan mengikuti reaksi berikut :C (char) + CO2 + panas 2 COReaksi ini menghasilkan produk gas yang mampu bakar yaitu gas karbon monoksida. Karbon dalam char yang bereaksi dengan gas karbon dioksida akan dikonversi menjadi gas mampu bakar karbon monoksida. Reaksi ini biasa disebut sebagai Bounourard reaction.c) Reaksi Geser atau Shift ReactionUap air yang ditambahkan akan bereaksi dengan gas CO2 membentuk gas CO sesuai dengan reaksi berikut :CO2(gas) + H2O (uap) + panas CO (gas) + H2 (gas)Kedua produk gas yang dihasilkan ini merupakan gas yang memiliki nilai mampu bakar.4) Reaksi Oxidation / CombustionProses oksidasi merupakan reaksi yang melibatkan reaktan oksigen sebagai oksidatornya. Karbon dalam char akan dioksidasi menjadi gas karbon dioksida atau karbon monoksida. Produk gas yang dihasilkan tergantung dengan jumlah oksigen yang ditambahkan. Reaksi oksidasi yang terjadi antara karbon dengan gas oksigen sesuai reaksi berikut.a) Pembakaran sempurnaPembakaran sempurna dari karbon dengan oksigen akan sesuai dengan reaksi berikut :C (char) + O2 (udara) CO2 (gas) + panasGas karbon dioaksida dihasilkan ketika reaksi oksidasi berjalan sesuai dengan stoikiometri pembakaran sempurna. Reaksi pembakaran sempurna berjalan ketika satu mol karbon dibakar dengan satu mol oksigen dan menghasilkan satu mol gas karbon dioksida. Gas hasil pembakaran sempurna tidak memiliki nilai bakar atau tidak mampu bakar, sehingga reaksi ini tidak diharapkan lagi.b) Pembakaran tidak sempurnaPembakaran tidak sempurna terjadi ketika jumlah oksigen kurang dari nilai stoikiometri pembakaran sempurna. Reaksi oksidasi karbon dalam batubara menjadi tidak sempurna jika satu mol karbon direaksikan dengan oksigen yang jumlahnya kurang dari satu mol. Reaksi pembakaran satu mol karbon dengan oksigen yang hanya memenuhi separuh dari kebutuhan stoikiometrinya akan menghasilkan produk berupa satu mol gas karbon monoksida sesuai dengan reaksi berikut :C (char) + 0,5 O2 (udara) CO (gas) + panasPersamaan reaksi di atas merupaka reaksi yang secara stoikiometrik merubah seluruh larbon yang bereaksi dengan oksigen menjadi produk yang hanya terdiri dari gas karbon monoksida. Setiap kelebihan oksigen dari 0,5 mol dapat merubah reaksi dan membentuk gas karbon diokasida. Sebaliknya, jika oksigenkurang dari 0,5 mol maka akan menyebabkan sebagian karbon tidak bereaksi. Ada sisa karbon char. Gas hasil dari pembakaran tidak sempurna menghasilkan gas yang memiliki nilai bakar atau mampu bakar. Reaksi oksidasi atau pembakaran adalah reaksi yang menghasilkan sumber panas yang dibutuhkan bagi proses gasifikasi secara keseluruhan. Reaksi-reaksi lainnya merupakan reaksi yang dapat diatur untuk mendapatkan gas sesuai dengan komposisi gas yang diinginkan.2.4. Operasi Utama Gasifikasi BatubaraGasifikasi dilakukan di dalam sebuah tungku atau reaktor yang disebut gasifier. Gasifier terdiri dari tipe updraft dan downdraft. Secara skematik gasifier untuk batubara tipe updraft dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.2. Tipe Gasifier pada BatubaraUnit gasifier ini dilengkapi dengan steam drum yang dapat menghasilkan uap air.Batubara dimasukkan dari bagian atas dan bergerak ke bawah secara gravitasi. Reaktan oksigen dalam udara dan uap air ditiup dari bagian bawah reaktor. Reaktan beserta gas hasil reaksi lainnya akan bergerak ke bagian atas gasifier. 1) Batubara secara gravitasi masuk ke dalam tungku / gasifier dari bagian atas, pengumpanan menggunakan feeder otomatis.2) Udara dan steam dimasukkan dari bagian bawah tungku yang dilengkapi dengan pengatur laju pengumpanan.3) Steam dan udara panas bergerak dari bagian bawah tungku melewati tumpukan batubara yang bergerak di bagian atas.4) Terjadi reaksi antara batubara yang bergerak ke bawah dengan udara dan steam yang bergerak ke atas sesuai dengan lokasi dan temperaturnya.Proses gasifikasi umumnya menggunakan 20 sampai 40 persen oksigen da-ri nilai stoikiometri proses pembakaran sempurna. Jadi proses pembakarannya akan mengikuti reaksi berikut :C(arang)+(0,2 - 0,4)O2(udara) (0,4-0,8)CO(gas)+(0,2-0,6)C(arang)Reaksi ini menghasilkan karbon tersisa. Sisa karbon ini dapat direaksikan dengan uap air. Secara stoikiometrik prosesnya akan memenuhi reaksi berikut :C ( arang) + H2O (uap air) CO (gas) + H2 (gas)Reaksi sisa karbon dengan uap air ini dapat menghasilkan gas karbon monoksida dan gas hidrogen. Gas hidrogen merupakan gas yang memiliki nilai pembakaran.Namun demikian, uap air yang ditambahkan dapat pula bereaksi dengan gas hasil proses sebelumnya. Uap air dapat bereaksi dengan gas karbon dioksida menghasilkan gas karbon monoksida dan gas hidrogen sesuai dengan reaksi stoikiometrik berikut :CO2 + H2O CO + H2Reaksi ini biasa disebut dengan shift reaction atau reaksi geser. Reaksi yang dapat menggeser karbon dioksida dan uap air menjadi gas karbon monoksida dan hidrogen. Selain dengan uap air, karbon sisa juga dapat berealsi dengan gas karbon dioksida sesuai dengan reaksi stoikiometri berikut :C (arang) + CO2 2COPada reaksi ini, karbon dikonversi oleh gas CO2 menjadi gas yang memiliki nilai mampu bakar yaitu gas CO.III. Aplikasi Gasifikasi Batubara1. Bahan bakar sintetik (Coal to Liquid, CTL)Pada pembuatan BBM sintetik, batubara digasifikasi terlebih dulu untuk menghasilkan gas sintetik yang komposisi utamanya terdiri dari hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO), kemudian dilanjutkan dengan proses Fischer-Tropsch (FT) untuk menghasilkan hidrokarbon ringan (paraffin). Hidrokarbon tersebut kemudian diproses lebih lanjut untuk menghasilkan bensin dan minyak diesel. Karena nilai oktan pada produk bensin yang dihasilkan rendah, maka dilakukan upaya untuk menghasilkan bensin bernilai oktan tinggi dari gas sintetik ini. Proses tersebut dilakukan dengan memproduksi metanol dari gas sintetik terlebih dulu, kemudian metanol diproses untuk menghasilkan bensin bernilai oktan tinggi. Metode ini disebut MTG (Methanol to Gasoline),yang dikembangkan oleh Mobil pada tahun 1970an.2. Pembangkit listrik (Coal to Power)Pembangkit listrik yang memanfaatkan gas sintetik hasil gasifikasi batubara disebut dengan IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle). Pada IGCC, pembangkitan listrik dihasilkan dari mekanisme kombinasi antara turbin gas, HRSG (Heat Recovery Steam Generator), dan turbin uap. Tipikal penggas yang digunakan pada IGCC adalah bertipeentrained flow, seperti E-Gas (Conoco Phillips), Chevron-Texaco (GE Energy), SFG (Siemens), Mitsubishi, dan Shell.Secara garis besar, gas sintetik yang dihasilkan oleh penggas akan diproses di pendingin gas (gas cooler) dan fasilitas pembersih gas (gas clean up) terlebih dulu sebelum mengalir ke turbin gas. Setelah melewati siklus Brayton, gas buang dari turbin gas kemudian mengalir ke HRSG, dimana panas dari gas tersebut kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan uap air. Selain dari turbin gas, panas buangan yang dihasilkan dari proses pendinginan gas juga dialirkan ke HRSG pula. Uap air dari HRSG inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin uap melalui mekanisme siklus Rankine. Dengan kombinasi 2 siklus ini, tidaklah mengherankan apabila efisiensi netto pembangkitan pada IGCC lebih unggul dibandingkan dengan efisiensi pada sistem pembangkitan konvensional (pulverized coal) yang saat ini mendominasi.3. Industri kimia (Coal to Chemical)Gas sintetik hasil gasifikasi batubara juga dapat digunakan sebagai bahan baku industri kimia, diantaranya untuk pembuatan ammonia, pupuk, metanol, DME (Dimethyl Ether), olefin, paraffin, dan lain lain. Eastman Chemical di Kingsport, Tennessee, AS, memanfaatkan gasifikasi batubara untuk memproduksi bahan baku industri kimia yaitu asam asetat. Fasilitas ini beroperasi sejak tahun 1983, menggunakan penggas Texaco. Pada awalnya, kapasitasnya hanya mampu memenuhi separoh dari kebutuhan asam asetat yang diperlukan, tapi sejak tahun 1991 kapasitasnya ditingkatkan hingga mampu memenuhi seluruh kebutuhan asam asetat untuk produksi hilir. Perusahaan ini mengkonsumsi batubara sebanyak 1300 ton per hari untuk gasifikasi, dan memproduksi lebih dari 400 jenis bahan kimia, serat sintetis, serta plastik, dengan omzet sekitar US$5 miliar per tahun.[Trapp, 2001].

Di Cina yang memiliki cadangan batubara melimpah, Shell melalui kerjasamajoint venturedengan Sinopec membangun pabrik pupuk menggunakan mekanisme gasifikasi batubara berkapasitas 2000 ton per hari di Yueyang, propinsi Hunan. Pembangunannya sendiri dimulai tahun 2003 dan direncanakan beroperasi pada akhir 2006. Selain itu, Shell juga menangani sekitar 12 proyek gasifikasi batubara lainnya di Cina, dimana hampir 70%nya untuk keperluan industri pupuk dan sisanya untuk produksi metanol, serta hidrogen untuk keperluan pencairan batubara secara langsung. [Chhoa, 2005]. Selain Shell, GE Energy juga menyediakan teknologi gasifikasi batubara di Cina. Sampai dengan Oktober 2006, dari 7 proyek yang direncanakan, 3 unit telah telah beroperasi untuk memproduksi metanol dan ammonia.[Lowe, 2006].Dengan harga yang relatif murah dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya, kemudian ketersediaannya yang melimpah, serta penyebaran cadangan yang relatif merata di seluruh dunia, batubara merupakan sumber energi primer yang menjanjikan. Apabila selama ini pemanfaatan batubara terkesan terbatas untuk pembangkitan listrik saja, maka gasifikasi batubara memberikan harapan yang besar untuk pemanfaatan batubara secara optimal di masa mendatang. Gasifikasi batubara tidak semata hanya dapat digunakan untuk satu tujuan saja, misalnya untuk pembangkitan listrik, tapi dapat pula dirancang untuk tujuan yang lain secara bersamaan. Sebagai contoh, fasilitas gasifikasi dapat didesain untuk menghasilkan listrik, memproduksi bahan baku industri kimia, maupun membuat bahan bakar sintetis sekaligus. Mekanisme ini disebut denganpolygeneration(polygen) atauco-generation(co-gen).DAFTAR PUSTAKAAdra.2013.Proses Gasifikasi-Konversi pada Batubara.http://ardra.biz/sain-teknologi/ilmu-dan-teknologi-terapan/proses-gasifikasikonversi-batubara-menjadi-gas/(Diakses pada tanggal 4 Maret 2014 pukul 19.05 WIB)No name.2011.Gasifikasi Batubara. http://www.litbang.esdm.go.id/index.php? option=com_content&view=article&id=86:gasifikasi-batu-bara&catid=82: batubara&Itemid=96 (Diakses pada tanggal 6 Maret 2014 pukul 08.35 WIB)Roy, Stanly.2011.Proses Gasifikasi Batubara. http://stenlyroy.blogspot. com/p/proses-gasifikasi-batubara.html (Diakse pada 5 Maret 2014 pukul 08.40 WIB)