Gasifikasi berbeda dengan pirolisis dan pembakaran. Ketiga dibedakan berdasarkan kebutuhan udara yang diperlukan selama proses. Jika jumlah udara/bahan bakar (AFR, air fuel ratio) sama dengan 0, maka proses disebut pirolisis. Jika AFR yang diperlukan selama proses kurang dari 1.5, maka proses disebut gasifikasi. Jika AFR yang perlukan selama proses lebih dari 1.5, maka proses disebut pembakaran (lihat gambar berikut).
Gambar. Perbedaan pirolisis, gasifikasi dan pembakaran.
Mesin gasifikasi dapat dibedakan berdasar:
Berdasar mode fluidisasi.
Berdasar arah aliran.
Berdasar gas yang perlukan untuk proses gasifikasi.
Berdasar mode fluidisasi, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi unggun tetap (fixed bed gasification), gasifikasi unggun bergerak (moving bed gasification), gasifikasi unggun terfluidisasi (fluidized bed gasification), dan entrained bed. Jenis gasifikasi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar. Perbedaan moving bed, fluid bed, dan entrained bed gasifier [*].
Berdasar arah aliran, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi aliran searah (downdraft gasification) dan gasifikasi aliran berlawanan (updraft gasification). Pada gasifikasi downdraft, arah aliran gas dan arah aliran padatan adalah sama-sama ke bawah. Pada gasifikasi updraft, arah aliran padatan ke bawah sedangkan arah aliran gas ke atas.
Berdasar gas yang perlukan untuk proses gasifikasi, terdapat gasifikasi udara dan gasifikasi uap. Gafisikasi udara, dimana gas yang digunakan untuk proses gasifikasi adalah udara. Gasifikasi uap, gas digunakan untuk proses adalah uap.
Gambar. Konvensional gasifikasi sistem updraft dan downdraft [1].
Secara skematik, gasifikasi downdraft dan updraft dapat dilihat pada Gambar di atas. Berikut beberapa sejarah keberhasilan perkembangan gasifikasi.
Di Finlandia, aktivitas riset dan pengembangan gasifikasi dimulai tahun 1970-an. Pada tahun 1980-an, aplikasi gasifikasi sederhana sistem udara pertama dilakukan dan utamanya dikombinasikan dengan pembangkit panas dan pembakaran kapur (lime kiln). Selanjutnya tahun 1986 berhasil dibangun gasifikasi sistem updraft yang menghasilkan panas 5 MWth. Pada tahun yang hampir bersamaan, gasifikasi sistem CFB (circulating fluidized bed) juga dibangun dengan daya keluaran 15-35 MWth untuk kebutuhan industri bubur-kertas (pulp). Pada tahun 1990-an, IGCC (integrated gasification combined cycle) juga diperkenalkan, tetapi karena kebutuhan daya yang sangat besar menjadi kendala pengembangan lebih lanjut [1]. Umumnya sistem gasifikasi biomass hanya layak untuk skala kecil menengah sampai daya 10 MWe.
Gambar . Gasifikasi Bioner di Finlandia [1]. Dengan sistem updraft, biomass dimasukkan dari atas reaktor. Adanya udara dan uap dari bawah reaktor yang bergerak ke atas menyebabkan biomass akan mengalami serangkaian proses. Selama perjalanan biomass dari atas reaktor sampai ke bawah, biomass akan mengalami pengeringan, pirolisis, gasifikasi dan pembakaran. Abu dikeluarkan dari bagian bawah reaktor. Gas hasil proses gasifikasi sistem updraft mengandung minyak dan tar dalam jumlah yang banyak. Temperatur gas yang dihasilkan adalah rendah (80-300oC untuk biomass atau 300-600oC untuk batubara). Abu bawah (bottom ash) umumnya terbakar sempurna dan menyisakan arang tidak terbakar dalam jumlah yang bisa diabaikan. Dust yang dihasilkan juga relatif rendah karena kecepatan gas yang digunakan juga rendah dan disebabkan juga oleh adanya “efek penyaringan” pada daerah pengeringan dan pirolisis [1].
Karena jumlah tar yang dihasilkan cukup banyak, maka gas-gas dari hasil gasifikasi ini tidak bisa langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam (IC, internal combustion). Karena tar jugalah, sehingga sistem pemipaan perlu dibersihkan per 2-6 minggu sekali tergantung jenis bahan bakar yang digunakan. Pada tahun 1980, daya thermal dari gasifikasi Bionerr Finland adalah 1.5 MWth. Bahan bakar yang digunakan adalah serpihan kayu, sampah hutan, gambut, jerami, pelet, batubara dan campuran. Dengan kadar air kayu yang digunakan sebesar 41%, gas-gas yang dikeluarkan dari proses gasifikasi adalah 30% CO, 11% H2, 3% CH4, 7% CO2, dan 49% N2 dengan HHV setara 6,2 MJ/m3n. Tar yang dihasilkan antara 50-100 g/m3n. Pada tahun 1986, kapasitas dari 8 unit Bioneer Finland adalah 4-5 MWth.
Tahun 1999-2001 dikembangkan gasifikasi jenis updraft yang dikombinasi dengan downdraft dengan kapasitas 500 kWth. Seperti diketahui, gasifikasi jenis downdraft menghasilkan tar yang lebih rendah dibandingkan jenis updraft. Hal ini karena tar hasil pirolisis terbawa bersama gas dan kemudian masuk ke daerah gasifikasi dan pembakaran yang temperaturnya tinggi. Pada daerah gasifikasi dan pembakaran inilah, tar kemudian akan terurai. Hasil gas-gas dari gasifikasi sistem downdraft ini setelah disaring dan didinginkan dapat langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam. Namun begitu, pada tahun2 tersebut komersialisasi belum dapat dilakukan, karena untuk menjamin tar yang rendah diperlukan jenis biomas dengan kualitas tinggi.
Pengembangan selanjutnya terjadi pada tahun 1997-an dengan masih menggunakan sistem gasifikasi sistem downdraft dan updraft. Dua jenis gas dipisahkan dan gas-gas yang bersih dapat lansung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam, sedangkan gas-gas yang lebih kotor (dengan tar yang lebih banyak) digunakan untuk boiler. Kapasitas yang direncanakan pada tahun 2001 adalah 2 MW (1.1 MWth dan 450 kWe). Gasifikasi ini dibangun di Tervola, Finland.
Gambar. Gasifikasi Entimos Oy, di Tervola, Finland [1]. [1] ____, 2002, Review of Finnish Biomass Gasification Technologies, technical report, VTT, Finland.
Di Finlandia, aktivitas riset dan pengembangan gasifikasi dimulai tahun 1970-an. Pada tahun 1980-an, aplikasi gasifikasi sederhana sistem udara pertama dilakukan dan utamanya dikombinasikan dengan pembangkit panas dan pembakaran kapur (lime kiln). Selanjutnya tahun 1986 berhasil dibangun gasifikasi sistem updraft yang menghasilkan panas 5 MWth. Pada tahun yang hampir bersamaan, gasifikasi sistem CFB (circulating fluidized bed) juga dibangun dengan daya keluaran 15-35 MWth untuk kebutuhan industri bubur-kertas (pulp). Pada tahun 1990-an, IGCC (integrated gasification combined cycle) juga diperkenalkan, tetapi karena kebutuhan daya yang sangat besar menjadi kendala pengembangan lebih lanjut [1]. Umumnya sistem gasifikasi biomass hanya layak untuk skala kecil menengah sampai daya 10 MWe.
Gambar . Gasifikasi Bioner di Finlandia [1]. Dengan sistem updraft, biomass dimasukkan dari atas reaktor. Adanya udara dan uap dari bawah reaktor yang bergerak ke atas menyebabkan biomass akan mengalami serangkaian proses. Selama perjalanan biomass dari atas reaktor sampai ke bawah, biomass akan mengalami pengeringan, pirolisis, gasifikasi dan pembakaran. Abu dikeluarkan dari bagian bawah reaktor. Gas hasil proses gasifikasi sistem updraft mengandung minyak dan tar dalam jumlah yang banyak. Temperatur gas yang dihasilkan adalah rendah (80-300oC untuk biomass atau 300-600oC untuk batubara). Abu bawah (bottom ash) umumnya terbakar sempurna dan menyisakan arang tidak terbakar dalam jumlah yang bisa diabaikan. Dust yang dihasilkan juga relatif rendah karena kecepatan gas yang digunakan juga rendah dan disebabkan juga oleh adanya “efek penyaringan” pada daerah pengeringan dan pirolisis [1].
Karena jumlah tar yang dihasilkan cukup banyak, maka gas-gas dari hasil gasifikasi ini tidak bisa langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam (IC, internal combustion). Karena tar jugalah, sehingga sistem pemipaan perlu dibersihkan per 2-6 minggu sekali tergantung jenis bahan bakar yang digunakan. Pada tahun 1980, daya thermal dari gasifikasi Bionerr Finland adalah 1.5 MWth. Bahan bakar yang digunakan adalah serpihan kayu, sampah hutan, gambut, jerami, pelet, batubara dan campuran. Dengan kadar air kayu yang digunakan sebesar 41%, gas-gas yang dikeluarkan dari proses gasifikasi adalah 30% CO, 11% H2, 3% CH4, 7% CO2, dan 49% N2 dengan HHV setara 6,2 MJ/m3n. Tar yang dihasilkan antara 50-100 g/m3n. Pada tahun 1986, kapasitas dari 8 unit Bioneer Finland adalah 4-5 MWth.
Tahun 1999-2001 dikembangkan gasifikasi jenis updraft yang dikombinasi dengan downdraft dengan kapasitas 500 kWth. Seperti diketahui, gasifikasi jenis downdraft menghasilkan tar yang lebih rendah dibandingkan jenis updraft. Hal ini karena tar hasil pirolisis terbawa bersama gas dan kemudian masuk ke daerah gasifikasi dan pembakaran yang temperaturnya tinggi. Pada daerah gasifikasi dan pembakaran inilah, tar kemudian akan terurai. Hasil gas-gas dari gasifikasi sistem downdraft ini setelah disaring dan didinginkan dapat langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam. Namun begitu, pada tahun2 tersebut komersialisasi belum dapat dilakukan, karena untuk menjamin tar yang rendah diperlukan jenis biomas dengan kualitas tinggi.
Pengembangan selanjutnya terjadi pada tahun 1997-an dengan masih menggunakan sistem gasifikasi sistem downdraft dan updraft. Dua jenis gas dipisahkan dan gas-gas yang bersih dapat lansung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam, sedangkan gas-gas yang lebih kotor (dengan tar yang lebih banyak) digunakan untuk boiler. Kapasitas yang direncanakan pada tahun 2001 adalah 2 MW (1.1 MWth dan 450 kWe). Gasifikasi ini dibangun di Tervola, Finland.
Gambar. Gasifikasi Entimos Oy, di Tervola, Finland [1]. [1] ____, 2002, Review of Finnish Biomass Gasification Technologies, technical report, VTT, Finland.
Graz, 05.07.07 13:21
Gambar. Konsep gasifikasi CFB di Finland [1].
Fakta di lapangan menunjukkan bahwa penggunaan bahan bakar biomass berjenis jerami-jeramian dan MSW (municipal solid waste) sering mengandung klor, logam alkali, dan aluminium dalam jumlah banyak. Kandungannya yang tinggi dapat menyebabkan korosi dan masalah fouling dalam boiler. Untuk itulah pencucian gas (gas cleaning) perlu dilakukan sebelum gas-gas dari gasifikasi dimasukkan ke dalam boiler.
Di Finland, metode pembersihan gas panas dikembangkan sejak tahun 1997 khususnya oleh VTT. Gas dari gasifier disaring pada temperatur 400oC dan dengan menggunakan sorben suntuk mengikat klor. Penurunan temperatur 400oC dapat dilakukan untuk pemanasan awal udara gasifikasi dan air umpan ke boiler. Gas yang sudah didinginkan kemudian dibersihkan dalam bag filter. Calcilum hydroxide diinjeksikan ke dalam gas sebelum masuk bag filter untuk mengikat HCl. Gas yang sudah bersih kemudian dimasukkan ke dalam burner.
Berbeda dengan CFB yang lebih ekonomis untuk ukuran besar (40-100 MW), untuk ukuran medium (15-40 MW) dapat digunakan gasifikasi sistem BFB (bubbling fluidized bed). Di Finland, gasifikasi sistem BFB kapasitas 40 MW telah dioperasikan tahun 2001. Gambar di bawah menunjukkan konsep BFB di Finland. Sistem pembersihan gas di CFB dapat digunakan juga pada sistem BFB.
Gambar. Gasifikasi sistem BFB di Finland [1].
Gasifikasi serpihan kayu sistem updraft dikembangkan di Denmark tahun 1996. Gasifikasi tersebut kemudian dikombinasikan dengan mesin gas kapasitas 650 kW dan telah beroperasi selama 16.000 jam [2].
Pada kapasitas yang lebih besar yaitu 42.000 MWe/tahun dan 70.000 MWth/tahun mulai beroperasi tahun 2006 dengan anggaran konstruksi sebesar 20 jt €. Temperatur operasi dari gasifikasi FB adalah 850oC. Gas dari gasifier didinginkan dan dibersihkan dalam saringan dan scrubber. Tar diolah dalam catalytic tar reformer sebelum gas dimasukkan dalam 3 mesin gas yang masing-masingnya berkapasitas 2MWe.
Di negara lain, pengembangan gasifier dapat dilihat pada beberapa Tabel di bawah.
Tabel. Beberapa negara yang mengembangkan gasifikasi cofiring [3].
Tabel . IGCC plants di beberapa negara [3].
Tabel . Gasifikasi CFB dengan mesin gas di beberapa negara [3].
Tabel. Gasifikasi sistem unggun tetap untuk produksi daya di beberapa negara [3].
Dari penjelesan di atas dapat diambil beberapa kesimpulan penting:
- Gasifikasi sistem downdraft mempunyai ciri-ciri: cocok untuk kapasitas sampai 15 MWth.
- Gasifikasi sistem updraft mempunyai ciri-ciri: cocok untuk kapasitas sampai 25 MWth.
- Gasifikasi sistem unggung terfluidisasai: CFB cocok untuk kapasitas medium (15-40 MWth) dan BFB cocok untuk kapasitas besar (40 – 100 MWth).
- Gasifikasi sistem updraft lebih fleksibel terhadap kualitas bahan bakar biomas yang digunakan tetapi kadar tarnya tinggi.
- Gasifikasi sistem downdraft umumnya spesifik untuk kualitas bahan bakar biomass tertentu, memerlukan kadar air yang rendah, dan kadar abu yang rendah pula. Gas yang dihasilkan lebih panas dibandingkan pada sistem updraft dan hanya membutuhkan teknik pembersihan gas yang lebih sederhana.
- Sampai saat ini masih banyak kegiatan penelitian dan pengembangan dipusatkan pada sistem pemurnian gas dari gasifikasi. Walaupun demikian, beberapa institusi telah mengklaim berhasil melakukan pemurnian gas sesuai dengan yang distandarkan.
- Sistem gasifikasi dengan bahan bakar bersama (cofiring) mempunyai sisi keunggulan karena kefleksibelan bahan bakar dan emisinya dapat diatur sesuai dengan komposisinya.
- Pada skala yang kecil, gasifikasi sistem unggun tetap mempunyai kunggulan tersendiri khususnya pada efisiensi listriknya yang tinggi sampai 36%.
- Komersialisasi sistem masih terkendala pada aspek keekonomian. Dari aspek teknis kendala utama terletak pada penanganan abu dan air buangannya.
[1] ____, 2002, Review of Finnish Biomass Gasification Technologies, technical report, VTT, Finland. Available in: http://www.gastechnology.org/webroot/downloads/en/IEA/OPETReport4gasification.pdf. Accessed: 05.07.2007 16:45.
[2] Jakobsen, H.J. and Helge, T., 2005, Gasification breakthrough in biomass, Denmark. Available at: http://www.dbdh.dk/pdf/ren-energy-pdf/side14-17.pdf accesed: 05.07.2007 17:06.
[3] Kwant, K.W., 2004, Status of Gasification in Countries Participating in the IEA and GasNet Activity August 2004, IEA Bioenergy Gasification and EU Gasification Network. Avalilable at: http://energytech.at/pdf/status_of_gasification_08_2004.pdf. Accessed: 05.07.2007 17:49.
ambil dari sini
Posting Komentar