CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

40
PT. WIJAYA KARYA DEPATEMENT EPC LAPORAN AKHIR PROGRAM PELATIHAN CALON PEGAWAI (PPCP) DEPARTEMENT EPC PT. WIJAYA KARYA \ Disusun oleh : TIYAS INDAH H, ST ( Dibuat sebagai syarat menjadi pegawai PT. Wijaya Karya ) Jakarta 2005 CLEAN COAL TECHNOLOGIES

Transcript of CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Page 1: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

PT. WIJAYA KARYA DEPATEMENT EPC

LAPORAN AKHIR

PROGRAM PELATIHAN CALON PEGAWAI (PPCP) DEPARTEMENT EPC PT. WIJAYA KARYA

\

Disusun oleh : TIYAS INDAH H, ST

( Dibuat sebagai syarat menjadi pegawai PT. Wijaya Karya )

Jakarta

2005

CLEAN COAL TECHNOLOGIES

Page 2: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

LEMBAR PENGESAHAN

Diberikan kepada : Tiyas Indah H, ST

Mentor : Ir. Tanti Sofia Rasyid

Jangka waktu penyelesaian : 4 Bulan

Judul : Clean Coal Technologies

Jakarta, Agustus 2005

Mentor,

( Ir.Tanti Sofia Rasyid )

Page 3: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

limpahan rahmat-Nya sehingga makalah yang berjudul “Clean Coal Technologies”dapat

diselesaikan tepat pada waktunya.

Dengan selesainya makalah study yang merupakan syarat dalam Program

Pelatihan Calon Pegawai Departemen EPC PT Wijaya Karya, ucapan terimakasih kami

tujukan kepada:

1. Bapak Ir. Bambang Pramujo, MT selaku Kepala Departemen EPC.

2. Ibu Tanti Sophia Rasyid yang telah membimbing dalam pembuatan laporan

3. Rekan-rekan yang telah memberikan dukungan serta bantuannya.

4. Pihak-pihak yang telah membantu dan tidak dapat kami sebutkan satu persatu.

Tiada gading yang tak retak. Kekurangan dan ketidaksempurnaan yang terdapat

dalam makalah ini merupakan suatu tantangan untuk diperbaiki dan disempurnakan.

Kami mengharapkan masukan-masukan positif dari semua pihak dan semoga tulisan ini

dapat memberikan manfaat. Amin.

Jakarta, Agustus 2005

Tiyas Indah H, S.T Penulis

Page 4: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

ii

DAFTAR ISI Kata Pengantar i Daftar Isi ii Daftar Tabel iii Daftar Gambar iv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Tujuan Penulisan 2 BAB II BATU BARA dan KAITANNYA dalam PROSES PEMBANGKITAN LISTRIK 2.1 Batubara dan Tingkatannya 3 2.2 Proses Pembentukkan Batubara 3 2.3 Kegunaan Batubara 6 2.4 Pembangkitan Listrik Menggunakan Batubara 8 2.5 Efek Bahaya yang Timbul Akibat Pembakaran Batubara 11 2.6 Tahap Persiapan Batubara sebagai awal Clean Coal Technologies 12 2.7 Pengangkutan dan Transportasi Batubara 14 2.8 Latar Belakang Timbulnya Clean Coal Technologies 15 2.9 Mengelola Limbah dari Batubara 15 2.10 Berbagai Pengembangan Clean Coal Technologies 17 2.10.1 Stack Gas Treatment – Diaplikasikan untuk Emisi Gas yang Berasal dari Pulverised Fuel (PF) Combustion 17 2.10.2 Advanced Pulverised Fuel (PF) Combustion 22 2.10.3 Fluidised Bed Combustion (FBC) 23 2.10.4 Gasification and Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC) 25 BAB III PEMBAHASAN 3.1 Jenis Batubara di Indonesia dan Pemanfaatannya 27 3.2 Karakteristik Pembakaran Low Grade Coal 27 3.3 Aplikasi Clean Coal Technology yang Cocok di Indonesia 29 BAB IV KESIMPULAN 33 DAFTAR PUSTAKA 34

Page 5: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Pembentukkan Batubara 4

Gambar 2.2 Jenis Batubara 4

Gambar 2.3 Klasifikasi Batubara dan Kegunaannya 6

Gambar 2.4 Kegunaan Batubara dan Persentasenya 7

Gambar 2.5 Diagaram Skematik: Penggunaan Batubara 8

Gambar 2.3 Proses Pembangkitan Listrik dalam Sebuah Coal Fired Power Plant 10

Gambar 2.4 Sistem Pulverized Coal Combustion 19

Gambar 2.5 Low NOx Burner 20

Gambar 2.6 Selective Catalytic NOx Reduction 21

Gambar 2.7 Flue Gas Desulfurization 22

Gambar 2.8 Sistem Fluidised Bed Combustion (FBC) 24

Gambar 2.9 Integrated Coal Gasification Combined Cycle Unit 25

Page 6: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Perbandingan Sifat dari Low Rank Coal dan High Rank Coal 5

Tabel 2 Perbandingan Pulverized Coal Combustion (PCC) dan 30

Fluidised Bed Combustion

Tabel 3. Komposisi Senyawa Oksida (%) dalam Berbagai Variasi Abu Hasil Pembakaran

Batubara (Coal Combustion Ashses) 31

Page 7: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sebagian energi listrik di Indonesia dan sekitar sepertiga tempat di seluruh dunia

dibangkitkan menggunakan bahan bakar batubara. Metode yang telah lama digunakan

untuk mengkonversi energi termal batu bara menjadi energi listrik adalah pulverized coal

combustion.

Mengingat semakin banyaknya kebutuhan listrik dunia dan masyarakat akhir-

akhir ini, otomatis dampak yang ditimbulkan adalah emisi dari hasil pembakaran batu

bara, umumnya berupa fly ash, CO2, NOx, SOx. Keseluruhan senyawa tersebut

merupakan zat yang membahayakan kesehatan manusia jika jumlahnya melewati ambang

batas serta dapat menggangu kelancaran dalam berlalu lintas karena memperpendek jarak

pandang dalam berkendaraan didarat atapun diudara.

Selain itu juga semua zat tersebut dapat menyebabkan efek rumah kaca, hujan

asam, korosi terhadap lingkungan. Emisi ini disebabkan karena komposisi senyawa

terbesar dalam batu bara adalah terdiri atas karbon dan sulfur.

Masalah yang biasanya timbul dan dihadapi keseharian dalam sebuah power plant

adalah emisi udara dan rendahnya efisiensi termal yang dihasilkan. Kenyataannya hanya

1/3 dari kandungan energi dalam batu bara yang dikonversi menjadi energi listrik dan

sisanya terbuang sebagai bentuk panas.

Saat ini telah dikembangkan teknologi yang dapat mengatasi masalah emisi dan

sekaligus dapat meningkatkan nilai efisiensi termal dalam power plant. Teknologi ini

dikenal sebagai clean coal technology yang mulai dikembangkan pada akhir 1980 an dan

diawal tahun 1990.

Berkembangnya clean coal technology juga dilatar belakangi dengan

disepakatinya deklarasi Kyoto tahun 1997, yang bertujuan untuk mengurangi jumlah

emisi udara yang disebabkan oleh adanya gas cerobong.

Page 8: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

2

Clean coal technology merupakan penyempurnaan pembakaran batu bara secara

konvensional yaitu pulverized coal combustion. Tujuan utama pengembangan teknologi

adalah untuk mengurangi emisi dengan mengurangi pembentukkan polutan seperti NOx

dan/atau membersihkan gas hasil bakar setelah proses pembakaran

Ada beberapa metode yang tergolong sebagai clean coal technology yang telah

diakui dan banyak digunakan diseluruh dunia antara lain Advanced Pulverized Coal

Combustion, Fluidized Bed Combustion, Stack Gas Treatment, Gasification and

Integrated Coal Gasification Combustion Combined Cycle (IGGC)

1.2 Tujuan Penulisan

Makalah ini dibuat selain untuk memenuhi persyaratan pengangkatan pegawai

PT. Wijaya Karya Departemen EPC, juga bertujuan untuk menambah dan membuka

wawasan tentang pemanfaatan batubara yang lebih ramah lingkungan dan efisien,

mengingat batubara yang dimanfaatkan untuk kebutuhan domestik di Indonesia sebagian

besar tergolong sebagai low grade coal, yang lebih berpotensi untuk menimbulkan emisi

rumah kaca dibandingkan jenis lain. Selain itu, saat ini dinegara kita sedang banyak

dilakukan pembangunan proyek pembangkit tenaga listrik yang menggunakan batubara

sebagai bahan bakar, yang juga dikenal sebagai PLTGU.

Sebagai perusahaan yang baru terjun dibidang Engineering, Procurement and

Construction (EPC), maka pengetahuan tentang clean coal technology sangat dibutuhkan

untuk mengetahui jenis teknologi yang mana sekiranya cocok diterapkan untuk proyek-

proyek PLTGU yang digarap di Indonesia.

Page 9: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

3

BAB II

BATU BARA dan KAITANNYA dalam

PROSES PEMBANGKITAN LISTRIK

2.1 Batubara dan Tingkatannya

Batubara merupakan batuan sedimentasi organik, mudah dibakar, yang terbentuk

dari tumbuhan purbakala yang diduga tumbuh diekosistem rawa, telah bergabung antara

lapisan batu dan telah mengalami pengerasan, penekanan, perubahan struktur kimia serta

metamorfosis karena adanya panas dan tekanan selama kira-kira 280 atau 345 juta tahun

yang lalu. Selama proses ini berlangsung disebut sebagai masa coalification.

Batubara merupakan bahan bakar fosil yang diekstrak dari perut bumi melalui

pertambangan baik itu melalui underground mining, open-pit mining, ataupun melalui

strip mining. Batubara merupakan batuan sedimen keras berwarna hitam atau kecoklatan

yang mudah terbakar, tersusun atas karbon (50-98%), hidrogen (3-13%) and oksigen, dan

sejumlah kecil nitrogen, sulfur serta unsur lain. Batubara juga mengandung sedikit air

dan sejumlah kecil senyawa inorganik yang akan tersisa sebagai residu jika batubara

dibakar.

Derajat metamorfosis batubara ditandai dari proses pematangan tanah gambut

hingga menghasilkan batubara jenis anthracite, memiliki peranan penting terhadap sifat

kimia dan fisika dan menentukan tingkatan kualitas dari batubara.

2.2 Proses Pembentukkan Batubara

Pada kondisi awal tanah gambut, sebagai cikal bakal batubara, diubah menjadi

lignite atau batubara coklat, merupakan jenis batubara dengan kandungan organik rendah

yang telah mengalami pematangan (maturity). Selama beberapa juta tahun, dengan efek

tekanan dan temperatur yang kontinyu menyebabkan terjadinya perubahan lignite secara

bertahap menyebabkan meningkatnya kematangan dan berubah menjadi batubara jenis

sub-bituminous.

Sejalan dengan berlanjutnya proses, perubahan secara kimia dan fisika yang

muncul hingga batubara menjadi bertambah keras dan matang, menghasilkan batubara

jenis bituminous atau yang dikenal sebagai hard coals. Jika berada dalam kondisi yang

Page 10: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

4

sesuai, perkembangan meningkat dan terjadi hal pematangan organik yang berlanjut,

akhirnya menghasilkan batubara jenis anthracite.

Gambar 2.1 Proses Pembentukkan Batubara

Gambar 2.2 Jenis Batubara

Lignite dan Subbituminous tergolong sebagai batubara kualitas tingkat rendah

(Low Rank Coal), karena memiliki kandungan karbon rendah, kandungan air tinggi

sehingga mempunyai kandungan energi yang rendah.

Bituminous dan Anthracite tergolong sebagai batubara kualitas tingkat tinggi

(High Rank Coal). Dengan bertambahnya tingkatan batubara maka semakin

berkurangnya kandungan air serta meningkatnya kandungan karbon dan energi yang

terkandung didalam batubara tersebut. Anthracite merupakan jenis batubara dengan

tingkatan tertinggi, yang memiliki kandungan karbon dan energi tertinggi serta

kandungan air terendah.

Perbandingan sifat keempat jenis batubara tersebut disajikan berikut pada Tabel 1.

Perbandingan Sifat dari Low Rank Coal dan High Rank Coal.

Page 11: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

5

Tabel 1. Perbandingan Sifat dari Low Rank Coal dan High Rank Coal.

Lignite Subbituminous Bituminous Anthracite

Sifat Fisik

Komposisi

Kandungan

Energi

Kegunaan

Persentasi

Ketersediaan di

Dunia

Berwarna

coklat, lunak

>30% O2, 60-

75% C (dry

basis), 30-70%

H2O

9-17 x 106

Btu/ton (10-20

MJ/kg)

Umumnya

digunakan

sebagai bahan

bakar untuk

pembangkitan

listrik

20%

Berwarna

coklat kusam,

waxy

71-77% C,

>10% H2O

17- 24 x 106

Btu/ton (20-21

MJ/kg)

Bahan bakar

untuk

pembangkitan

listrik,

digunakan

dalam industri

semen

28%

Berwarna hitam

dan padat

78-91% C, 1.5-

7% H2O

21- 30 x 106

Btu/ton (24-35

MJ/kg)

Bahan bakar

untuk

pembangkitan

listrik,

digunakan

dalam industri

semen, industri

besi dan baja

51%

Berwarna hitam

brittle, keras

dan padat

> 91% C,

<1.5% H2O

22- 28 x 106

Btu/ton (26-33

MJ/kg)

Keperluan

domestik

industri

termasuk

sebagai

smokeless fuel

<1%

Page 12: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

6

2.3 Kegunaan Batubara

Lebih dari 58% penggunaan batubara diseluruh dunia dimanfaatkan untuk

membangkitkan listrik. Pada Gambar1. dapat dilihat pemanfaatan lain dari batubara,

yaitu:

Gambar 2.3 Klasifikasi Batubara dan Kegunaannya

Page 13: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

7

Kegunaan Batubara

Pembangkit Tenaga Listrik 58%

Industri Baja 16%

Industri Semen dan lain-lain 12%

Keperluan Rumah Tangga,Transportasi, Pertanian 14%

Gambar 2.4 Kegunaan Batubara dan Persentasenya

Terdapat dua pertimbangan utama dalam upaya pemanfaatan batubara dimasa

mendatang. Pertimbangan yang pertama yaitu mungkinkah dimasa mendatang batubara

dapat menggantikan gas alam untuk membangkitkan listrik, sedangkan yang kedua

adalah kebijakkan apa yang akan ditempuh oleh pemerintah untuk dapat memenuhi

perjanjian Kyoto 1997 mengenai greenhouse.

Dikebanyakan negara, batubara yang keras, umumnya ditambang untuk dapat

memenuhi permintaan pasar domestik. Hal ini terbukti untuk tiga negara produsen

batubara terbesar yaitu Cina, India dan Amerika Serikat. Kondisi yang berbeda dijumpai

pada negara Australia, Indonesia, Venezuela, Kolombia dan Kanada, sebagian besar dari

batubara yang berhasil ditambang diekspor.

Page 14: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

8

Kegunaan Batubara

Penggunaan Lain PembakaranKonversi

Liquiefaction

Gasifikasi

Kimia

Tenaga/Daya

Domestik

Panas

Industri

Listrik

Pulvurerised FireCombustion

Atmospheric FluidizedBed Combustion

Pressurized FluidizedBed Combustion

IGGC

Kimia

Pelayanan Umum

Pertanian

Transportasi

Metalurgi

Besi

Baja

Gambar 2.5 Diagaram Skematik: Penggunaan Batubara

2.3 PEMBANGKITAN LISTRIK MENGGUNAKAN BATU BARA

Metode awal yang diigunakan secara konvensional adalah dengan membakar

bongkahan besar batubara dalam unit boiler yang kemudian digunakan untuk

membangkitkan kukus.

Coal power plant pertama kali dibangun di dunia pada awal tahun 1880-an dan

sejak saat itu menjadi pilihan popular untuk membangkitkan listrik. Awalnya power plant

ini menggunakan bongkahan kayu atau batubara sebagai bahan bakar untuk

menghasilkan kukus/steam yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin.

Tentu saja metode awal ini relatif tidak efisien karena lambatnya reaksi pembakaran dan

bongkahan batubara yang berukuran besar tidak akan terbakar sempurna.

Sejak dikembangkannya turbin uap berkecepatan tinggi, oleh seorang ilmuwan

Inggris bernama Charles A.Parson pada tahun 1884, maka efisiensi dan jumlah listrik

yang dihasilkan dari coal combustion power plant semakin meningkat, mampu

Page 15: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

9

menghasilkan listrik sebesar 5MW ditahun 1909 meningkat menjadi 60MW ditahun 1918

dan 208 MW ditahun 1929). Kemajuan lebih lanjut termasuk dalam pengembangan

pulverized coal combustion pada tahun 1920 dan penemuan awal cyclone furnace ditahun

1940.

Saat ini sistem pembakaran batubara memiliki efisiensi lebih tinggi karena

batubara sebelum dibakar mengalami penggerusan sehingga menjadi bentuk bubuk dalam

unit pulvuriser.

Kondisi ini menyebabkan semakin luasnya permukaan batubara dan juga

meningkatkan besarnya laju pembakaran. Bubuk batu bara tersebut ditiupkan menuju

ruang pembakaran didalam boiler pada temperatur sekitar 14000C. Gas panas dan radiasi

panas yang dihasilkan digunakan untuk merubah air yang terdapat dalam tube/pipa

menjadi kukus/steam.

Steam bertekanan tinggi tersebut dialirkan menuju turbin yang didalamnya terdiri

atas ratusan propeller-blade. Steam yang mengalami ekspansi menubruk propeller-blade,

menyebabkan shaft /sudu-sudu turbin dari turbin berputar pada kecepatan tinggi.

Generator diletakkan dibagian paling ujung shaft turbin, yang terdiri atas kumparan koil.

Listrik dibangkitkan ketika kumparan diputar dalam medan magnet yang kuat.

Setelah steam melewati ruang turbin, steam tersebut terkondensasi dan dialirkan

kembali menuju boiler untuk dipanaskan kembali. Untuk jenis lain pembangkit berbasis

batubara seperti unit fluidized bed, stoker atau cyclone boiler, memiliki konfigurasi

pengumpanan batubara dan tungku bakar/furnace yang berbeda, namun menggunkan

prinsip yang sama yaitu menggunakan panas pembakaran batubara untuk menghasilkan

steam dan kemudian berfungsi sebgai tenaga penggeerak dalam unit steam turbine

generator.

Page 16: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

10

Gambar 2.3 Proses Pembangkitan Listrik dalam Sebuah Coal Fired Power Plant

Power plant yang beroperasi saat ini pada dasarnya menggunakan metode yang

sama yang digunakan oleh power plant pada abad ke-19, hanya saja teknologinya lebih

dikembangkan sehingga memiliki nilai efisiensi lebih tinggi dan lebih ramah lingkungan.

Sepanjang sejarah panjang penggunaan batubara, sebagai sumber bahan bakar

dalam pembangkitan listrik menyebabkan batubara menjadi salah satu bahan bakar tertua

yang dimanfaatkan manusia dan jumlah cadangannya cukup banyak untuk dimanfaatkan

dalam membangkitkan listrik.

Berbeda dengan bahan bakar fosil lainnya, cadangan batubara yang tersedia

adalah cukup banyak dan tak akan habis untuk beberapa ratus tahun kedepan setidaknya.

Kekurangan utama batubara sebagai bahan bakar adalah menghasilkan polutan dalam

jumlah yang tidak sedikit termasuk SO2, NOx dan CO2 dalam jumlah ekstrim.

Page 17: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

11

Banyak metode baru sedang diaplikasikan untuk mengurangi emisi-emisi

tersebut. Burner jenis baru telah dirancang untuk dapat mengurangi terbentuknya NOx

dengan menyediakan oksigen dalam jumlah yang sesuai untuk membakar batubara, yang

dapat mengurangi emisi sebesar 20-50% .

2.5 Efek Bahaya yang Timbul Akibat Pembakaran Batubara

Pembakaran batubara adalah serupa dengan pembakaran senyawa lain yang

mengandung karbon, yaitu akan menghasilkan karbondioksida (CO2 ), seiring itu juga

akan menghasilkan sulfurdioksida (SO2) dengan kadar yang beragam tergantung pada

lokasi penambangan batubara tersebut. Jika senyawa sulfur dioksida bereaksi dengan air

maka akan membentuk asam sulfat, yang bila ter-expose ke atmosfir lemudian bereaksi

dengan uap air maka jatuh kembali ke bumi sebagai hujan asam.

Penggunaan batubara (karbon) untuk menghasilkan energi panas tidak dapat

mengelakkan terjadinya emisi CO2 serta emisi dari polutan lain. Diketahui bahwa 1 kg

karbon dapat menghasilkan 3.7 kg CO2 ( setara dengan 0.4 kg CO2 per KWh).

Permasalahan lingkungan yang belakangan ini menjadi perdebatan adalah

perubahan suhu global, yang diperkirakan disebabkan karena dihasilkannya CO2 dan gas

rumah kaca lainnya seperti N2O, ozon, dan metana, yang dihasilkan secara alami ataupun

karena diakibatkan adanya kegiatan industri.

Emisi yang disebabkan oleh coal-fired power plant sebagian besar berupa emisi

CO2, yang dituding menjadi penyebab timbulnya fenomena pemanasan global. Di

beberapa negara emisi yang dihasilkan dari power plant ini memberikan kontribusi

terbesar terjadinya hujan asam. Di dalam power plant yang modern memanfaatkan

berbagai variasi teknik untuk mengurangi bahaya dari emisi yang dihasilkan dan juga

untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Namun ternyata teknik-teknik tersebut tidak

luas diimplementasikan di beberapa negara. Hal ini disebabkan karena jika menerapkan

teknik tersebut maka akan menambah capital cost dari sebuah power plant.

Selain itu batubara juga mengandung sejumlah kecil unsur arsenic dan raksa,

yang jika lepas kelingkungan akan membahayakan manusia dan makhluk hidup lainnya.

Batubara ternyata juga mengandung uranium, thorium, dan isotop radioaktif yang jika

terbebaskan ke lingkungan akan menyebabkan terjadi kontaminasi radioaktif.

Page 18: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

12

Walaupun zat-zat tersebut terdapat dalam batubara sebagai pengotor yang kecil

konsentrasinya, namun jika jumlah batubara yang dibakar sangat banyak, maka jumlah

dari zat-zat tersebut tak dapat lagi diabaikan jika terbebas kelingkungan. Fenomena ini

sering kali luput dari pertimbangan ketika membangun sebuah power plant.

2.6 Tahap Persiapan Batubara sebagai awal Clean Coal Technologies

Tahap persiapan batubara dapat menjadi kunci teknologi untuk penggunaan

batubara yang lebih ramah lingkungan. Tahap persiapan batubara telah tercatat sejak

pertengahan abad ke-19, ketika itu metode awal yang digunakan untuk tahap persiapan

batubara hanya berupa penyaringan dan pemilihan batubara menggunakan tangan,

bertujuan untuk meningkatkan mutu batubara sehingga mampu memenuhi permintaan

pasar tertentu.

Saat ini tahap persiapan batubara yang digunakan oleh berbagai produsen

batubara diseluruh dunia berupa melakukan tahap pre-treatment batubara, pengukuran

diameter batubara, dewatering, pencampuran batubara, tailings treatment, water

clarification, dan pencampuran batubara/ coal blending.

Seperti yang telah dipaparkan di atas, selain mengandung karbon, batubara juga

mengandung sulfur. Kadar kandungan sulfur tergantung pada lokasi penambangan,

biasanya kadar sulfur <3% massa batubara. Walaupun demikian sangatlah penting untuk

memisahhkan sebagian besar sulfur tersebut dari batubara sebelum bergerak menuju

cerobong asap power plant.

Salah satu cara untuk menghilangkan sulfur adalah membersihkan batubara

sebelum tiba di lokasi power plant. Satu dari berbagai cara dapat ditempuh adalah dengan

menggerus batubara sehingga menjadi bongkahan kecil dan kemudian mencucinya.

Sejumlah sulfur yang hadir dalam bentuk bintik kecil (disebut sebagai pyritic

sulfur, merupakan kombinasi persenyawaan dengan besi membentuk senyawa iron

pyrite) dapat dicuci dan dikeluarkan dari batubara. Khususnya, dalam satu proses

pencucian, bongkahan batubara diumpankan menuju tangki besar berisi air. Bongkahan

batubara diapungkan kepermukaan sementara pengotornya berupa sulfur tenggelam

didasar tangki. Sebelum masuk kedalam sebuah power plant biasanya batubara

mengalami proses pencucian dalam sebuah fasilitas yang disebut coal preparation plant.

Page 19: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

13

Bagaimanapun tidak semua sulfur yang terkandung dalam batubara dapat

dipisahkan dengan cara seperti ini. Sejumlah sulfur yang terdapat dalam batubara ada

yang berikatan secara kimia dengan molekul karbon, disebut sebagai organic sulfur , jika

dilakukan proses pencucian maka tidak akan menghilangkan organic sulfur tersebut dari

batubara. Ada berbagai cara yang telah dicoba untuk menghilangkan organic sulfur

tersebut, yaitu dengan mencampurkan bahan kimia kedalam batubara untuk

menghancurkan ikatan kimia antara sulfur dengan karbon sehingga sulfur dapat

dikeluarkan dari batubara. Namun disayangkan kebanyakan dari proses tersebut terbukti

mahal dan tidak ekonomis.

Kebanyakan power plant yang terbilang modern, yang dibangun setelah tahun

1978, membutuhkan adanya penginstalan peralatan khusus yang dipasang untuk

membersihkan sulfur dari gas hasil pembakaran/gas cerobong sebelum gas bergerak

mencapai cerobong asap. Sebagian besar orang awam menyebut peralatan ini sebagai

scrubber.

Scrubber yang banyak dijumpai dialam adalah kapur/limestone. Cara kerja

limestone dalam menghilangkan sulfur dari batubara adalah sama dengan cara kerja spon

menyerap air.

Tahap persiapan batubara telah dikembangkan ini menjadi salah satu cara untuk

meningkatkan kualitas batubara sehingga dapat memenuhi kebutuhan pasar, salah satu

keuntungan yang didapat adalah mengurangi kandungan abu sehingga dapat

meningkatkan kualitas batubara. Bagaimanapun belakangan ini, tahap persiapan batubara

juga membawa nilai tambah bagi lingkungan.

Nilai tambah ini antara lain mengurangi emisi SO2 yang terjadi karena adanya

pemisahan sejumlah senyawa sulfur pyretic dari batubara, dan juga dapat mengurangi

emisi CO2, yang diperoleh dengan cara meningkatkan efisiensi dari proses hilir/down

stream.

Keuntungan lain yang dapat diperoleh adalah mengurangi kebutuhan transportasi

yang berhubungan dengan pengangkutan batubara berkualitas rendah serta memperkecil

jumlah residu abu yang harus dibuang.

Page 20: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

14

Dapat disimpulkan bahwa pembersihan batubara diawal melalui tahap persiapan

sebelum digunakan akan memperendah biaya operasi dan juga mengurangi emisi dari

penggunaan batubara tersebut.

Dengan semua keuntungan yang diperoleh ini, tahap persiapan batubara kini

muncul sebagai sebagai salah satu clean coal technology (CCT) yang penting, terutama

untuk negara berkembang penghasil batubara seperti Cina, India, yang masih

memanfaatkan batubara langsung tanpa adanya proses pengolahan terlebih dahulu. Di

dalam negara-negara tersebut, saat ini sudah mulai muncul kesadaran untuk

meningkatkan kualitas dan konsistensi terhadap suplai batubara dan salah satu hal yang

segera menjadi prioritas adalah meningkatkan level tahap persiapan batubara. Sejalan

dengan itu saat ini konsumsi batubara dunia diprediksikan akan terus meningkat,

sehingga untuk negara-negara berkembang tersebut sangat dibutuhkan teknologi

persiapan batubara/ coal preparation technology untuk dapat diaplikasikan beberapa

tahun kedepan.

2.7 Pengangkutan dan Transportasi Batubara

Setelah batubara berhasil diekstrak dari pertambangan, selanjutnya dilakukan

pengangkutan batubara tersebut menuju power plant atau lokasi-lokasi lain yang

mengkonsumsinya. Pengangkutan utama batubara menggunakan konveyor atau truk,

sedangkan jika jarak angkut jauh dapat menggunakan kereta api, kapal laut, atau jalur

pipa.

Semua metode pengangkutan batubara dapat dibilang aman jika dilakukan

pengukuran scara preventif ditiap tahap selama dilakukan pengangkutan dan

penyimpanan batubara untuk mengurangi dampak terhadap lingkungan. Dengan

menggunakan water sprays, dengan memadatkan batubara menggunakan stockpiles,

maka emisi debu dari batubara dapat dikontrol.

Sistem tertutup, baik menggunakan pneumatic atau konveyor, dapat digunakan

untuk memindahkan batubara dari stockpiles menuju lokasi ruang bakar atau lokasi

pabrik lainnya yang juga mengkonsumsi batubara. Kontaminan berupa air yang terdapat

dalam batubara dapat dibatasi jumlahnya dengan mendesain fasilitas penyimpanan

batubara yang sesuai.

Page 21: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

15

2.7 Latar Belakang Timbulnya Clean Coal Technologies

Batubara secara ekstrim dapat dikatakan sebagai bahan bakar terpenting dan

selanjutnya akan tetap menyandang predikat tersebut. Sekitar 23% sumber energi utama

dipenuhi oleh batubara dan 58% listrik dibangkitkan dengan menggunakan batubara.

Sekitar 70% kebutuhan industri baja tergantung pada suplai batubara. Batubara

merupakan sumber bahan bakar fosil yang tersedia luas hampir diseluruh dunia. Para ahli

memperkirakan bahwa akan terjadi peningkatan penggunaan batubara hingga 43% dalam

kurun waktu 2000 sampai 2020.

Bagaimanapun, kegiatan membakar batubara menghasilkan kira-kira 9 milyar ton

CO2 tiap tahun yang dilepaskan ke atmosfer, kira-kira 70% dari total jumlah tersebut

berasal dari pabrik pembangkit listrik. Estimasi lain memperkirakan jumlah emisi CO2

yang berasal dari pembangkitan listrik adalah 1/3 jumlah semisi total dunia yaitu sebesar

24 milyar ton.

Teknologi "clean coal" ditujukan untuk mengatasi masalah emisi yang timbul ini

sehingga sumber batubara yang jumlahnya banyak diseluruh dunia dapat digunakan

untuk generasi mendatang tanpa memberikan kontribusi terhadap pemanasan global.

Terdapat beberapa tantangan yang dijumpai yaitu dalam memasarkan teknologi

sehingga penggunaan batubara tetap kompetitif dan ekonomis walaupun terdapat biaya

tambahan untuk meraih "zero emissions".

2.8 Mengelola Limbah dari Batubara

Membakar batubara, seperti yang dilakukan untuk membangkitkan listrik,

menyebabkan timbulnya berbagai limbah yang harus dikontrol atau setidaknya harus

diperhitungkan. Dengan demikian clean coal technologies merupakan berbagai variasi

teknik yang melibatkan kepedulian akan masalah lingkungan pada abad 20 belakangan

ini, termasuk mengenai pemanasan global yang disebabkan karena pelepasan gas CO2 ke

atmosfer.

Bagaimanapun, terdapat berbagai langkah yang secara nyata telah diaplikasikan

selama beberapa tahun, antara lain yang disebutkan sebagai berikut:

Page 22: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

16

• Coal cleaning atau membersihkan batubara yang secara standar telah

dipraktekkan disejumlah negara berkembang untuk beberapa waktu. Cara seperti

ini dapat mengurangi emisi abu dan SO2 ketika batubara dibakar.

• Electrostatic precipitators dan fabric filters dapat menghilangkan 99% jumlah

abu dari gas cerobong, teknologi ini banyak digunakan dengan luas diseluruh

dunia.

• Flue gas desulfurisation dapat mengurangi jumlah SO2 yang dilepaskan ke

atmosfer hingga mencapai 97%, fungsi alat ini tergantung pada jumlah sulfur

yang terkandung dalam batubara dan jumlah batubara yang dihasilkan sebagai

residu. Teknologi ini luas digunakan dinegara berkembang jika memang dirasa

dibutuhkan.

• Low-NOx burners menyebabkan coal-fired plants mampu mengurangi emisi

nitrogen oksida hingga 40%. Digandengkan dengan teknik re-burning, emisi NOx

dapat dikurangi hingga 70% sedangkan penggunaan selective catalytic reduction

dapat membersihkan emisi NOx hingga 90%.

• Meningkatkan efisiensi termal pabrik hingga 45% saat ini (dan 50% dimasa

mendatang) berarti bahwa pabrik terbaru menghasilkan emisi lebih sedikit per

KWh dibandingkan pabrik yang lama

• Teknologi-teknologi yang tengah dikembangkan seperti Integrated Gasification

Combined Cycle (IGCC) dan Pressurised Fluidised Bed Combustion (PFBC)

mampu meningkatkan efiesiensi termal lebih tinggi, efisiensi termal akan mampu

mencapai sampai 50% dimasa mendatang.

• Ultra-clean coal yang berasal dari teknologi proses baru dapat mengurangi abu

hingga dibawah 25% dan sulfur hingga memiliki kadar rendah. Hal ini berarti

bahwa batubara yang telah dibubukkan/pulverised coal mungkin saja dapat

diumpankan secara langsung menuju turbin gas yang menggunakan combined

cycle dan terbakar pada kondisi efisiensi termal yang tinggi.

• Gasifikasi, termasuk gasifikasi underground yang dilakukan in situ, menggunkan

kukus/steam dan oksigen untuk mengubah batubara menjadi karbon monoksida

dan hidrogen.

Page 23: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

17

Produk yang dikategorikan sebagai limbah dalam power plant ini ternyata dapat

digunakan secara produktif. Pada tahun 1999 negara-negara di Eropa menggunakan

setengah dari jumlah fly ash yang terkandung dalam batubara dan juga bottom ash

sebagai material bangunan.(fly ash dapat menggantikan fungsi semen), dan 87% dari

gipsum diperoleh dari proses flue gas desulfurisation.

2.9 Berbagai Pengembangan Clean Coal Technologies

Clean coal technologies merupakan inovasi teknologi yang unggul dari segi mutu

lingkungan dibandingkan dengan teknologi lain, yang umum digunakan pada saat ini.

Clean coal technologies dapat berupa metode baru dalam proses pembakaran, seperti

fluidized bed combustion dan low-NOx burners yang dapat memindahkan polutan atau

mencegah terbentuknya polutaan ketika terjadi reaksi pembakaran

Clean coal technologies dapat berperan sebagai alat pengontrol polusi, seperti

advance scrubber, yang mampu membersihkan polutan dari gas buang sebelum mengalir

keluar dari cerobong asap pabrik.

Ada jenis Clean coal technologies yang mampu mengubah batubara menjadi bentuk

behan bakar lain yang dapat dibersihkan sebelum dibakar, sebagai contoh sebuah unit

Clean coal technologies tergolong sebagai teknologi yang dapat mengubah wujud

batubara menjadi gas dengan memiliki karakteristik lingkungan yang sama dengan

pembakaran bersih gas alam.

Contoh-contoh berbagai teknologi Clean coal technologies yang sudah beroperasi

atau masih dalam tahap pengembangan diseluruh dunia meliputi:

• Advanced Pulverised Fuel (PF) Combustion

• Fluidised Bed Combustion (FBC)

• Gasification and Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC)

2.9.1 Stack Gas Treatment – Diaplikasikan untuk Emisi Gas yang Berasal dari

Pulverised Fuel (PF) Combustion

Pulverised Fuel (PF) combustion merupakan metode yang paling luas

diaplikasikan diseluruh dunia untuk membangkitkan listrik.Dalam metode PF ini,

bongkahan batubara digerus hingga menjadi butiran halus berbentuk seperti

bubuk/powder

Page 24: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

18

Dengan adanya batubara yang berbentuk seperti bubuk, maka memiliki luas

permukaan panas yang lebih luas sehingga akan lebih mudah terbakar dalam burner. Hal

ini menyebabkan batubara lebih mudah terbakar dan efisien, identik dengan mudah

terbakarnya gas.

Saat batubara tiba dilokasi power plant, biasanya berukuran yang sesuai untuk

mekanisme pulverized coal yaitu berdiameter lebih kecil dari 3.5 cm. Unit pulverizer

yang umum digunakan saat ini adalah jenis medium speed ball-and race pulverizer dan

jenis roll-and race pulverizer.

Mekanisme dari pulverized coal combustion adalah udara dipanaskan dalam unit

boiler sampai dengan temperatur 6500F. Udara panas tersebut akan digunakan untuk

mengeringkan kandungan air dalam bubuk batubara dan juga untuk meniupkan bubuk

tersebut keluar dari pulverizer. Selanjutnya bubuk tersebut dijadikan bahan bakar dalam

membangkitkan kukus/steam. Kukus/steam yang dihasilkan digunakan untuk

menggerakkan turbin dan selanjutnya dapat membangkitkan energi listrik.

Burner harus memiliki panas yang cukup untuk dapat membakar seluruh batubara

yang masuk kedalamnya, sehingga sebelum batubara ditiupkan masuk kedalam burner

biasanya burner dipanaskan terlebih dahulu dengan menggunakan media membakar

minyak bakar ataupun gas. Karena tingginya temperatur reaksi dan laju peniupan bubuk

batubara masuk kedalam burner, maka elemen-elemen penyusun burner harus diganti

tiap tahunnya. Metode ini merupakan metode paling mengotori lingkungan karena

menghasilkan abu sejumlah 80% disamping juga menghasilkan gas cerobong.

Page 25: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

19

Gambar 2.4 Sistem Pulverized Coal Combustion

Emisi yang dihasilkan dari sistem PF combustion dapat dikurangi dengan

mengaplikasikan post combustion Clean Coal Technologies (CCTs). Post combustion

Clean Coal Technologies berupa Electrostatic Precipitators dan/atau fabric filters, dapat

menghilangkan lebih dari 99% fly ash dari gas cerobong. Metoda Flue Gas

Desulphurisation (FGD) dapat menghilangkan 90-97% senyawa sulfur oksida (SOx) dari

gas cerobong dan mampu mengubah senyawa tersebut menjadi gipsum yang dapat dijual

sebagai komoditi bahan bangunan.

Teknologi kunci CCTs untuk PF combustion yang dapat mengurangi emisi

nitrogen oksida (NOx) adalah low-NOx burners, yang memodifikasikan emisi hingga

mencapai 40%, dan teknik reburning. Kedua teknik ini secara bersamaan

memodifikasikan proses pembakaran dengan tujuan untuk mengurangi emisi NOx hingga

mencapai 70% dan juga dapat diaplikasikan dan dipasang pada pabrik yang telah ada

sebelumnya/existing plant.

Page 26: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

20

Gambar 2.5 Low NOx Burner

Selective catalytic NOx reduction, merupakan teknik post-combustion, dapat

mereduksi pembentukkan SOx hingga 80-90%. Dalam system Selective catalytic NOx

reduction, uap ammonia digunakan sebagai reducing agent dan diinjeksikan kedalam

aliran gas cerobong, melalui katalis. Temperatur optimum berada antara 300-400 0C.

Biasanya gas cerobong yang berada pada outlet economiser berada dalam temperatur ini.

Temperatur gas buang yang berada dalam reactor katalitik ini dijaga dengan cara

mencampur aliran gas buang yang ada di unit economizer dengan gas buang yang

terdapat dalam aliran bypass economizer

Page 27: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

21

Lokasi penginjeksian amonia berada pada saluran yang terhubung dengan katalis

SCR, dengan jarak yang cukup jauh dari upstream, bertujuan untuk menjaga kondisi gas

optimum dan distribusi reagen merata sepanjang catalyst cross-section.

Gambar 2.6 Selective Catalytic NOx Reduction

Komposisi katalis dapat bermacam-macam, biasanya terdiri atas titanium, zeolit,

oksida besi, atau activated carbon. Katalis yang umum digunakan pada sebuah power

plant biasanya terdiri atas campuran vanadium(sebagai bagian katalis yang aktif) dan

titanium( sebagi pendispersi dan penyangga dari vanadium)

Teknologi SCR ini telah digunakan secara komersil di Jepang sejak tahun 1980

dan di Jerman tahun 1986 pada power station yang menggunakan batubara berkadar

sulfur rendah.

Flue Gas Desulfurization (FGD) merupakan teknologi post-combustion control

technology yang menghilangkan SO2 dari gas buang dengan cara mereaksikan campuran

Page 28: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

22

gas buang dan SO2 dengan menggunakan sorbent yang bersifat basa, seperti lime atau

limestone. Untuk jenis“wet” FGD, tekhnologi yang umum, sorbent terdiri atas lumpur

basah/water slurry, yang disemburkan menuju absorber vessel, melalui lokasi dimana gas

buang tersebut mengalir. Proses Wet FGD umumnya mampu memisahkan sekitar 90-

97% SOx dari gas buang. Proses Wet FGD dapat dirancang untuk menghasilkan gypsum

(kalsium sulfat) berkualitas tinggi untuk keperluan konstruksi.

Gambar 2.7 Flue Gas Desulfurization

2.9.2 Advanced Pulverised Fuel (PF) Combustion

Selama ini para ahli telah berusaha keras secara berkelanjutan untuk meningkatkan

efisiensi pabrik konvensional, sebagai contoh, nilai efisiensi termal pembangkit listrik di

Amerika Serikat telah meningkat dari 5% pada tahun 1900 menjadi sekitar 35%.

Page 29: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

23

Dinegara Cina, kebanyakkan power plants memiliki nilai efisiensi rata-rata relatif kecil,

yaitu sekitar 28%. PF power plants yang baru dibangun dapat memperoleh efisiensi

diatas 40%.

Power plant moderen menggunakan material khusus yang dikembangkan, yaitu

high strength alloy steels, bersifat tahan terhadap kondisi operasi supercritical dan ultra-

supercritical steam (tekanan operasi >248 bar dan temperatur>566°C) dan dapat

mencapai efisiensi mendekati 45%, tergantung pada lokasi pabrik.

Aplikasi material baru yang canggih untuk PF power plant harus mampu meraih

efisiensi hingga 55% dimasa mendatang. Hal ini menyebabkan pengurangan emisi CO2

seiring meningkatnya efisiensi maka semakin sedikit bahanbakar yang digunakan per unit

listrik yang dihasikan.

2.9.3 Fluidised Bed Combustion (FBC)

Fluidised bed combustion adalah metoda pembakaran batubara dalam unggun

terdiri atas partikel yang dipanasi tersuspensi oleh adanya aliran gas. Pada laju gas,

unggun berlaku seperti fluida menghasilkan pergerakkan partikel yang cepat. Batubara

ditambahkan kedalam unggun dan secara kontinyu dilakukan pencampuran untuk

menciptakan kondisi pembakaran yang sempurna dan pada temperatur reaksi yang lebih

rendah dari PF combustion.

Page 30: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

24

Gambar 2.8 Sistem Fluidised Bed Combustion (FBC)

Keunggulan utama dari fluidised beds adalah system ini menghasilkan NOx

dengan kadar lebih rendah dialiran keluaran gas, karena rendahnya temperatur

pembakaran, dan juga menghasilkan SOx lebih sedikit saat dilakukan penambahan

limestone secara kontinyu . Fluidised beds dapat juga menggunakan bahan bakar dengan

range yang lebih luas dibandingkan PF combustion.

Atmospheric-pressure fluidised beds merupakan tipe yang secara komersil

tersedia terdiri atas dua tipe, yaitu bubbling-bed (disebut sebagai Atmospheric Fluidised

Bed Combustion - AFBC) dan circulating-bed (CFBC). Efisiensi dari kebanyakan

fluidised beds yang digunakan untuk membangkitkan listrik adalah serupa dengan sistem

pembakaran konvensional. Bagaimanapun, kegunaan teknologi ini telah teruji memiliki

kinerja yang ramah lingkungan saat digunakan untuk membakar bahan bakar berkualitas

rendah.

Pressurised fluidised beds, dapat mencapai efisiensi termal hingga 45%, saat ini

telah beroperasi secara komersil. Serupa dengan PF plants, teknologi ini menggunakan

kukus bertekanan dan bertemperatur tinggi selanjutnya dapat meningkatkan efisiensi.

Page 31: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

25

2.9.4 Gasification and Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC)

Alternatif lain untuk membakar batubara adalah dengan melakukan gasifikasi

batubara. Ketika batubara dikontakkan dengan udara dan oksigen, terjadi reaksi

termokimia menghasilkan gas bakar, yang sebagian besar terdiri atas karbon monoksida

dan hidrogen, yang ketika dibakar dapat digunakan untuk menggerakkan turbin gas.

Gambar 2.9. Integrated Coal Gasification Combined Cycle Unit

Sistem pembangkitan listrik menggunakan Integrated Coal Gasification

Combined Cycle (IGCC) saat ini telah dikembangkan dan dioperasikan di Eropa dan

Amerika Serikat. Sistem ini mampu meningkatkan efisiensi dengan memanfaatkan panas

buang/waste heat yang dihasilkan dari gas produk, yang digunakan untuk

membangkitkan steam untuk menggerakkan turbin uap/steam turbine, sebagai unit

tambahan selain gas turbine.

Sistem komersil yang telah ada dapat meraih efisiensi mendekati 45%. fluidised

beds Dengan keunggulan baru teknologi turbin gas, sistem ini sekarang mampu meraih

Page 32: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

26

efisiensi diatas 50%. Keunggulan tambahan yang dimiliki sistem IGCC adalah

menghasilkan limbah padat lebih sedikit dan emisi SOx, NOx dan CO2 lebih rendah.

Lebih dari 99% kandungan sulfur yang hadir dalam batubara dapat di-recovered untuk

dijual sebagai bahan kimia sulfur murni.

Dibandingkan dengan membakar batubara secara langsung, Coal Gasification

(gasifikasi batubara) mereaksikan batubara dengan kukus atau steam dan campuran

udara dengan oksigen secara teliti dikontrol dalam temperatur dan tekanan yang tinggi.

Tekanan dan panas memutus ikatan kimia yang terkandung dalam batubara, keadaan ini

menyebabkan terjadinya reaksi kimia yang membentuk atau menghasilkan campuran gas,

seperti H2 dan CO.

Gas bertemperatur tinggi ini digunakan untuk memberikan daya pada turbin gas.

Gas cerobong yang berasal dari turbin gas selanjutnya digunakan untuk menghasilkan

steam atau kukus, yang diumpankan menuju unit turbin uap konvensional, menghasilkan

sumber energi kedua.

Mekanisme ini disebut dengan Combine Cycle, pengaturan turbin-sebuah

konfigurasi tidak mungkin menggunakan konvensional coal combustion-hal ini terutama

menawarkan adanya peningkatan efisiensi dalam sebuah power plant dibandingkan

dengan traditional pulverized coal.

Sebagai informasi tambahan pembentukan polutan, pengotor dan gas-gas rumah

kaca dapat dipisahkan dari aliran gas-gas sebelum diumpankan menuju turbin. Sebanyak

99% sulfur dan polutan-polutan lain dapat dipisahkan dan diproses menjadi produk-

produk komersil, seperti produk-produk kimia dan pupuk. Polutan padat yang belum

diproses lebih lanjut dapat dikumpulkan dan dijual sebagai produk sampingan, seperti

slag (contohnya digunakan sebagai bahan dalam pembangunan jalan). Karbon yang

terkandung dalam gas dapat juga dipisahkan dandapat di timbun kembali ke dalam tanah,

hal ini dapat mengurangi terbentuknya gas rumah kaca yang dikeluarkan oleh tumbuhan.

Proses gasifikasi saat ini digunakan dalam kilang minyak, pabrik kimia dan untuk

menghasilkan energi listrik. Ongkos produksi power plant yang menggunakan gasifikasi

mencapai $1200/KW, dibandingkan dengan Pulverized Coal Power Plant yang mencapai

$900/KW.

Page 33: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

27

BAB III PEMBAHASAN

3.1 Jenis Batubara di Indonesia dan Pemanfaatannya

Cadangan batubara yang terdapat di Indonesia sebagian besar tergolong sebagai

jenis batubara muda, terdiri atas lignit (59%), subbituminous (27%), dan bituminous

(14%). Jenis Anthracite berjumlah kurang dari 0.5% dari keseluruhan cadangan batubara

yang ada di Indonesia.

Lignit, jika dilihat dari sifat yang dimiliki, maka lignit dikategorikan sebagai

batubara yang tidak menguntungkan untuk dijadikan komoditas eksport. Hal ini

disebabkan tingginya kandungan air yang dimiliki, hingga mencapai 30%, nilai kalornya

kurang dari 5000 kcal/kg. Oleh karena lignit dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk

pembangkitan energi listrik dan juga digunakan sebagai briket batubara.

PLN sebagai perusahaan negara yang memproduksi listrik, cendrung memilih

menggunakan batubara ketimbang menggunakan gas alam atau bahan baker lain yang

lebih mahal harganya ketimbang batubara. Ongkos produksi pembangkit listrik

menggunakan coal steam adalah sebesar USD1.4

sen/kWh, sedangkan jika menggunakan oil steam power plant adalah sebesar USD1.9

sen/kWh, dan jika menggunakan natural gas combined cycle power plant adalah sebesar

USD2.5 sen/kWh.

3.2 Karakteristik Pembakaran Low Grade Coal

Saat ini batubara bituminous telah dapat dibakar dengan baik karena memiliki

nilai kalor berkisar antara 6500 sampai 7000 kCal/kg dan nilai rasio bahan bakar (rasio

fixed carbon terhadap volatile matter) sebesar 1-2.5 digunakan pada sebagian besar

pulverized coal fired power plant.

Seiring meningkatnya kebutuhan dunia akan batubara, terutama di negara

berkembang, sangat diharapkan bahwa batubara dengan kualitas rendah dapat juga

dimanfaatkan untuk pembangkitan energi listrik sehingga dapat memangkas biaya yang

dikeluarkan untuk bahan bakar.

Page 34: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

28

Untuk mengetahui karakteristik pembakaran batubara berkualitas rendah yaitu

batubara yang memiliki kandungan karbon dan energi rendah sekitar 3000-5000 kcal/kg

dan memiliki kandungan air atau kandungan abu yang tinggi serta memiliki rasio bahan

bakar yang tinggi yaitu 5 atau lebih besar, maka sejumlah peneliti telah melakukan

berbagai percobaan menggunakan unit pulverized coal combustion test furnace dengan

kapasitas sebesat 0.1 ton/jam.

Untuk batubara berkualitas rendah memiliki beberapa karakteristik ketika terjadi

reaksi pembakaran yaitu antara lain:

Rasio konversi terbentuknya NOx pada batubara jenis lignit sedikit jauh lebih

rendah dibandingkan batubara yang memiliki kandungan air yang rendah sementara itu

konversi terbentuknya NOx, sedangkan batubara jenis sub bituminous mempunyai nilai

konversi NOx. Batubara jenis lignit yang mepunyai kandungan air tinggi karena memiliki

panas laten penguapan tinggi. Hal ini menyebabkan berkurangya flame temperature,

menyebabkan laju konsumsi oksigen disekitar burner rendah dan menghambat

pembentukkan NOx. Batubara jenis sub bituminous, laju konsumsi oksigen lebih cepat

disekitar burner dan mengkatalis terbentuknya NOx. Reaktivitas kedua jenis batubara

semakin tinggi setelah terjadinya penguapan air.

Semakin besarnya kandungan abu di dalam batubara akan menyebabkan semakin

besar jumlah fraksi batubara yang tidak terbakar dan tingginya rasio terbentuknya NOx

Batubara dengan kandungan air lebih tinggi memiliki kereaktifan lebih tinggi

dibandingkan batubara dengan kandungan batubara dengan kandungan abu lebih tinggi

karena jumlah fraksi batubara yang tidak terbakar lebih sedikit. Telah lazim diakui bahwa

penggunaan batubara dengan kandungan air tinggi untuk membangkitkan listrik adalah

lebih mudah. Sayangnya, batubara jenis sub-bituminous memiliki kecendrungan untuk

menghasilkan NOx dalam jumlah besar

3.3 Aplikasi Clean Coal Technology yang Cocok di Indonesia Seperti yang telah dipaparkan diatas, jenis batubara terbanyak di Indonesia adalah

jenis lignit, yang tergolong sebagai batubara berkualitas rendah. Lignit mengandung

karbon dengan kadar rendah sehingga nilai kalori juga rendah, dan mengandung banyak

air dan sulfur.

Page 35: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

29

Metode yang paling mudah untuk diaplikasikan untuk membangkitkan listrik

menggunakan batubara adalah pulverized coal combustion (PCC), namun ternyata

berpotensi menimbulkan emisi NOx lebih besar, karena temperatur operasi yang tinggi

yaitu 14000C menyebabkan ikatan molekul udara (79% N2 dan 21% O2) putus, atom

oksigen kemudian membentuk ikatan dengan nitrogen membentuk senyawa NOx.

Atmospheric Fluidized Bed (AFBC) merupakan metode yang dapat diterapkan

untuk membakar batubara yang memiliki kualitas yang rendah, yang memiliki nilai kalori

yang rendah seperti lignite, petroleum coke, coal cleaning waste, dan senyawa limbah

lainnya.

Atmospheric Fluidized Bed memiliki beberapa karakteristik sebagai berikut :

Zat kapur diinjeksikan ke dalam tungku untuk mengikat sulfur dan

memindahkannya menjadi produk samping berwujud padat

Temperatur gas dalam tungku mencapai 820-8400C (1500-15500F), yang

kemudian mempengaruhi keseluruhan desain sistem dan penyusunan permukaan

pemanas.

Dalam prosesnya AFBC ditambahkan zat kapur, sehingga jika membakar batubara

menggunakan teknik ini tentu saja akan menghasilkan lebih banyak limbah padat

dibandingkan dengan pulverized coal combustion.Pada Tabel 2. dapat dilihat perbedaan

antara Pulverized Coal Combustion (PCC) dan Fluidized Bed Combustion (FBC).

Page 36: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

30

Tabel 2 Perbandingan Pulverized Coal Combustion (PCC) dan

Fluidized Bed Combustion (FBC)

Parameter PCC FBC

Kadar CaO dalam Boiler Tidak ada Ada

Ukuran Partikel Batubara <75µm 1-3 mm

Waktu tinggal Batubara detik menit

Temperatur Pembakaran Tinggi

1300-1700 0C

Rendah

800-900 0C

Porositas Debu/Ash Rendah Tinggi

pH Ash Netral-Asam Alkalin

Net Thermal Efficiency,% 33-35 36-40

*Emisi SO2 1.2 lbs/mmBTU 0.1 lbs/mmBTU

*Emisi NOx 0.6 lbs/mmBTU 0.15 lbs/mmBTU

Asal NOx Panas/Thermal, Bahan

bakar

Bahan bakar

Ongkos Produksi Listrik 100 900

Karakteristik dari bahan bakar dan sorbent secara langsung memberikan

kontribusi terhadap sifat kimia dari residu yang dihasilkan. Debu yang dihasilkan

dibagian bawah unit AFBC merupakan campuran dari sisa karbon yang belum terbakar

dan partikel lime lime yang tertutup dengan lapisan sulfat. Residu yang terbentuk

merupakan senyawa mineral asal yang terkandung dalam batubara, sebagian besar tidak

meleleh pada temperature pembakaran yang digunakan.

Ketika sorbent ditambahkan untuk memisahkan SO2, akan terbentuk senyawa

CaO/MgO, CaSO4 dan CaSO3. Secara umum abu yang dihasilkan dari unit FBC ini

berbeda dengan abu yang dihasilkan unit PCC, karena reaksi pembakaran berlangsung

pada temperatur yang tidak terlalu tinggi, namun dilain sisi abu yang dihasilkan unit

FBC ini banyak mengandung senyawa kalsium sulfat lebih tinggi dan lebih banyak

Page 37: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

31

mineral yang terkandung dalam batubara yang tidak mengalami metamorfosis (seperti

feldspars, lempung, micas).

Abu yang dihasilkan oleh unit FBC terdiri atas gypsum [CaSO4], lime [CaO],

quartz [SiO2] dan senyawa oksida besi, magnesium yang tekandung dalam batubara.

Mengacu pada tingginya kandungan lime, maka abu dalam unit FBC bersifat basa kuat.

Karbon yang terkandung dalam abu unit FBC adalah lebih tinggi ketimbang abu dalam

unit PCC. Pada Tabel 3 disajikan perbedaan komposisi abu yang dihasilakan dalam

AFBC dan PCC.

Tabel 3. Komposisi Senyawa Oksida (%) dalam Berbagai Variasi Abu Hasil Pembakaran

Batubara (Coal Combustion Ashses)

Analisis Oksida Senyawa Unggun FBC FBC Ash C-Ash

Si 45 40 36

Al 6 14 15

Fe 3 8 7

Si+Al+Fe 54 62 57

Ca 26 15 22

SO3 16 8 12

Abu yang dihasilkan dari hasil pembakaran batubara dalam unit FBC ternyata

dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi sebagai berikut:

• Aplikasi dibidang konstruksi: bahan pengganti semen, produksi concrete block,

soil stabilizer, structure fill material,

• Aplikasi Pertanian: liming and soil amandement

• Waste stabilization: sebagai stabilizer untuk limbah padat dan Lumpur/sludge

Teknologi AFBC sangat cocok untuk plant baru, retrofit, dan untuk aplikasi

boiler conversion ( mengganti bagian boiler dengan AFBC). Selain itu AFBC dapat juga

dikombinasikan dengan teknologi post-combustion control technology sehingga emisi

yang dihasilkan dapat memenuhi regulasi baku mutu lingkungan tertentu yang berlaku

dari tiap lokasi dimana plant tersebut berada.

Page 38: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

32

Batubara yang terdapat di Indonesia mengandung sulfur yang masih memenuhi

standar emisi, sehingga tidak perlu adanya menerapkan post-combustion control

technology sperti Flue Gas Desulfurization untuk mengontrol emisi SO2.

Page 39: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

33

BAB IV

KESIMPULAN

Hingga saat ini telah banyak usaha yang telah ditempuh untuk menjadikan

pembakaran batubara menjadi zero emission, melalui clean coal technology, berupa Stack

Gas Treatment, Fluidized Bed Combustion, Integrated Coal Gasification Combined

Cycle. Tidak dapat dipungkiri bahwa penerapan clean coal technology ini akan

menimbulkan biaya kapital lebih mahal ketimbang jika menggunakan sistem pulverixed

combustion.

Batubara yang terdapat di Indonesia tergolong sebagi batubara muda, sebagian

besar terdiri dari jenis lignite yang tergolong sebagai batubara berkualitas rendah. Untuk

dapat membakar batubara menghasilkan emisi rendah, sebaiknya dipilih clean coal

technology jenis Circulating Fluidized Bed Combustion.

Sulit untuk mengusahakan agar batubara menjadi sumber energi yang bersih

secara sempurna. Namun karena bersifat ekonomis dari segi biaya dan ketersediaannya di

alam menyebabkan batubara pilihan popular yang tak tergantikan. Oleh karena usaha

untuk membersihkan batubara adalah langkah awal yang dapat ditempuh, berupa

pencucian batubara, menggunakan peralatan tambahan untuk post combustion treatment,

seperti Electroctatic Presipitator, yang pemilihan peralatan tersebut tergantung pada

karakteristik batubara yang digunakan.

Sementara itu walaupun terdapat banyak bentuk metode baru dalam

pembangkitan energi yang bersifat ramah lingkungan, namun hanya beberapa yang

terbukti murah atau dapat konsisten (dari segi ketersediaanya) seperti pembangkitan

listrik dengan batubara. Oleh karena itu pembangkitan listrik menggunakan batubara

akan menjadi pilihan utama untuk beberapa tahun mendatang.

Page 40: CLEAN COAL TECHNOLOGIES.pdf

Laporan Akhir Program Pelatihan Calon Pegawai PT. Wijaya Karya

“Clean Coal Technologies”

Life is a process of learning every time Tiyas Indah H, S.T

34

DAFTAR PUSTAKA

www.coaleducation.org

<www.worldbank.org> “Atmospheric Fluidized Bed”

<www.aseanenergy.org>"Coal Report Indonesia 2000”

<www.australiancoal.com>" “Current Page: Clean Coal > Clean Coal Technologies - Examples <www.CirculatingFluidizedBed.com> “Circulating Fluidized Bed”

<www.coal.org/pdfs/jointroadmap.pdf>

<www.nma.org/pdf/clean-coal-a-pdf>

< www.iea.doe.gov> IEA Clean Coal Centre Clean coal technologies –

pulverised coal combustion (PCC).htm