Gasifikasi Batubara dengan Unggun Terfluidakan

Apa yang terbayang di benak Anda ketika mendengar kata ‘gasifikasi’? Pembuatan gas kah? Tepat! Secara singkat, gasifikasi dapat diartikan sebagai pembuatan gas, sedangkan definisi gasifikasi yang sebenarnya adalah proses konversi bahan bakar yang mengandung karbon (baik padat maupun cair) menjadi gas yang memiliki nilai bakar dengan cara oksidasi parsial pada temperatur tinggi.
Di bidang teknik kimia, gasifikasi digunakan sebagai teknik untuk mengkonversi bahan bakar padat menjadi gas. Gas yang dihasilkan pada gasifikasi disebut gas produser yang kandungannya didominasi oleh gas CO, H₂, dan CH₄. Bahan bakar yang umum digunakan pada gasifikasi adalah bahan bakar padat, salah satunya adalah batubara. Jika ditinjau dari produk yang dihasilkan, pengolahan batubara dengan gasifikasi lebih menguntungkan dibandingkan pengolahan dengan pembakaran langsung. Dengan teknik gasifikasi, produk pengolahan batubara lebih bersifat fleksibel karena dapat diarahkan menjadi bahan bakar gas atau bahan baku industri kimia yang tentunya memiliki nilai jual yang lebih tinggi.
Untuk melangsungkan gasifikasi diperlukan suatu suatu reaktor. Reaktor tersebut dikenal dengan nama gasifier. Ketika gasifikasi dilangsungkan, terjadi kontak antara bahan bakar dengan medium penggasifikasi di dalam gasifier. Kontak antara bahan bakar dengan medium tersebut menentukan jenis gasifier yang digunakan. Secara umum pengontakan bahan bakar dengan medium penggasifikasinya pada gasifier dibagi menjadi tiga jenis, yaitu entrained bed, fluidized bed, dan fixed/moving bed. Perbandingan ketiga jenis gasifier tersebut ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan jenis-jenis gasifier

Parameter	Fixed/Moving Bed	Fluidized Bed	Entrained Bed
Ukuran umpan	< 51 mm	< 6 mm	< 0.15 mm
Toleransi kehalusan partikel	Terbatas	Baik	Sangat baik
Toleransi kekasaran partikel	Sangat baik	Baik	Buruk
Toleransi jenis umpan	Batubara kualitas rendah	Batubara kualitas rendah dan biomassa	Segala jenis batubara, tetapi tidak cocok untuk biomassa
Kebutuhan oksidan	Rendah	Menengah	Tinggi
Kebutuhan kukus	Tinggi	Menengah	Rendah
Temperatur reaksi	1090 °C	800 – 1000 °C	> 1990 °C
Temperatur gas keluaran	450 – 600 °C	800 – 1000 °C	> 1260 °C
Produksi abu	Kering	Kering	Terak
Efisiensi gas dingin	80%	89.2%	80%
Kapasitas penggunaan	Kecil	Menengah	Besar
Permasalahan	Produksi tar	Konversi karbon	Pendinginan gas produk

Pada pembahasan ini, teknik gasifikasi yang akan dibahas adalah gasifikasi unggun terfluidakan. Jika dibandingkan dengan jenis gasifikasi lainnya, gasifikasi unggun terfluidakan memiliki beberapa keunggulan, di antaranya adalah:

• mampu memproses bahan baku berkualitas rendah,
• kontak antara padatan dan gas bagus,
• luas permukaan reaksi besar sehingga reaksi dapat berlangsung dengan cepat,
• efisiensi tinggi, dan
• emisi rendah.

Reaksi pada Gasifikasi Unggun Terfluidakan

Gasifikasi umumnya terdiri dari empat proses, yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi. Pada gasifier jenis unggun terfluidakan, kontak yang terjadi saat pencampuran antara gas dan padatan sangat kuat sehingga perbedaan zona pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi tidak dapat dibedakan. Salah satu cara untuk mengetahui proses yang berlangsung pada gasifier jenis ini adalah dengan mengetahui rentang temperatur masing-masing proses, yaitu:

• Pengeringan: T > 150 °C
• Pirolisis/Devolatilisasi: 150 < T < 700 °C
• Oksidasi: 700 < T < 1500 °C
• Reduksi: 800 < T < 1000 °C

Proses pengeringan, pirolisis, dan reduksi bersifat menyerap panas (endotermik), sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik). Pada pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas yang diserap dari proses oksidasi. Pada pirolisis, pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak terkondensasi) dari arang atau padatan karbon bahan bakar juga menggunakan panas yang diserap dari proses oksidasi. Pembakaran mengoksidasi kandungan karbon dan hidrogen yang terdapat pada bahan bakar dengan reaksi eksotermik, sedangkan gasifikasi mereduksi hasil pembakaran menjadi gas bakar dengan reaksi endotermik. Penjelasan lebih lanjut mengenai proses-proses tersebut disampaikan pada uraian berikut ini.
Pirolisis
Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai secara lambat pada T < 350 °C dan terjadi secara cepat pada T > 700 °C. Komposisi produk yang tersusun merupakan fungsi temperatur, tekanan, dan komposisi gas selama pirolisis berlangsung. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 °C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, seperti lignin pada biomassa dan volatile matters pada batubara, pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap mengandung tar dan PAH (polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H₂, CO, CO₂, H₂O, dan CH₄), tar, dan arang. Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis beserta produknya adalah:
Oksidasi (Pembakaran)
Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi di dalam gasifier. Proses ini menyediakan seluruh energi panas yang dibutuhkan pada reaksi endotermik. Oksigen yang dipasok ke dalam gasifier bereaksi dengan substansi yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO2 dan H2O yang secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi pada pirolisis. Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran adalah:
C + O₂ -> CO₂ + 393.77 kJ/mol karbonReaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah oksidasi hidrogen yang terkandung dalam bahan bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi adalah:
H₂ + ½ O₂ -> H₂O + 742 kJ/mol H₂Reduksi (Gasifikasi)
Reduksi atau gasifikasi melibatkan suatu rangkaian reaksi endotermik yang disokong oleh panas yang diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini merupakan empat reaksi yang umum telibat pada gasifikasi.

• Water-gas reaction
  Water-gas reaction merupakan reaksi oksidasi parsial karbon oleh kukus yang dapat berasal dari bahan bakar padat itu sendiri (hasil pirolisis) maupun dari sumber yang berbeda, seperti uap air yang dicampur dengan udara dan uap yang diproduksi dari penguapan air. Reaksi yang terjadi pada water-gas reaction adalah: C + H₂O -> H₂ + CO – 131.38 kJ/kg mol karbonPada beberapa gasifier, kukus dipasok sebagai medium penggasifikasi dengan atau tanpa udara/oksigen.
• Boudouard reaction
  Boudouard reaction merupakan reaksi antara karbondioksida yang terdapat di dalam gasifier dengan arang untuk menghasilkan CO. Reaksi yang terjadi pada Boudouard reaction adalah: CO₂ + C -> 2CO – 172.58 kJ/mol karbon
• Shift conversion
  Shift conversion merupakan reaksi reduksi karbonmonoksida oleh kukus untuk memproduksi hidrogen. Reaksi ini dikenal sebagai water-gas shift yang menghasilkan peningkatan perbandingan hidrogen terhadap karbonmonoksida pada gas produser. Reaksi ini digunakan pada pembuatan gas sintetik. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: CO + H₂O -> CO₂ + H₂ – 41.98 kJ/mol
• Methanation
  Methanation merupakan reaksi pembentukan gas metan. Reaksi yang terjadi pada methanation adalah: C + 2H₂ -> CH₄ + 74.90 kJ/mol karbonPembentukan metan dipilih terutama ketika produk gasifikasi akan digunakan sebagai bahan baku indsutri kimia. Reaksi ini juga dipilih pada aplikasi IGCC (Integrated Gasification Combined-Cycle) yang mengacu pada nilai kalor metan yang tinggi.

Salah satu reaktor gasifikasi unggun terfluidakan di sebuah pembangkit listrik dari batubara.

Gasifikasi Unggun Terfluidakan

Gasifikasi unggun terfluidakan dioperasikan dengan cara memfluidisasi partikel bahan bakar dengan gas pendorong yang berupa udara/oksigen, baik dicampur dengan kukus maupun tidak dicampur. Gas pendorong tersebut memiliki dua fungsi, yaitu sebagai reaktan dan sebagai medium fluidisasi. Pada gasifikasi unggun terfluidakan, gas pendorong yang umum digunakan adalah udara. Pada gasifier jenis ini, udara dan bahan bakar tercampur pada unggun yang terdiri dari padatan inert berupa pasir. Keberadaan padatan inert tersebut sangat penting karena berfungsi sebagai medium penyimpan panas.
Gasifikasi unggun terfluidakan dioperasikan pada temperatur relatif rendah, yaitu 800 – 1000 °C. Temperatur operasi tersebut berada di bawah temperatur leleh abu sehingga penghilangan abu yang dihasilkan pada gasifikasi jenis ini lebih mudah. Hal inilah yang menyebabkan gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan pada pengolahan bahan bakar dengan kandungan abu tinggi sehingga rentang penerapan gasifikasi unggun terfluidakan lebih luas daripada gasifikasi jenis lainnya. Gasifier unggun terfluidakan memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan gasifier jenis lainnya, yaitu:

• Rentang penanganan jenis bahan bakar lebar
• Tingkat perpindahan panas dan massa bahan bakar tinggi
• Nilai pemanasan tinggi
• Kadar arang rendah

Jenis Gasifikasi Unggun Terfluidakan

Berdasarkan proses kontak antara gas dengan partikel bahan bakar, gasifier unggun terfluidakan dibagi menjadi dua jenis, yaitu Bubbling Fluidized Bed Gasifier (BFBG) dan Circulating Fluidized Bed Gasifier (CFBG). Pada penggunaannya, CFBG lebih unggul daripada BFBG. Hal ini disebabkan oleh:

• Adanya saluran sirkulasi yang memungkinkan pengolahan kembali bahan bakar yang belum terkonversi. Dengan adanya saluran sirkulasi tersebut, waktu tinggal bahan bakar di dalam gasifier lebih lama sehingga memungkinkan bahan bakar terkonversi sempurna.
• Laju alir udara yang digunakan pada CFBG lebih besar. Kecepatan yang digunakan pada CFBG (4 – 7 m/s), sedangkan kecepatan yang digunakan pada BFB (1 – 1.5 m/s). Hal ini menyebabkan kecepatan kontak antara gas dengan padatan yang terjadi pada CFBG tinggi sehingga pencampuran massa dan perpindahan panas yang terjadi lebih baik daripada BFBG.

Penggunaan Gasifikasi Unggun Terfluidakan

Gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan untuk mengolah bahan bakar dengan rentang yang lebar khususnya bahan bakar kualitas rendah dengan kandungan abu tinggi sehingga cocok digunakan untuk meningkatkan kualitas bahan bakar bernilai rendah. Pada umumnya, gas hasil gasifikasi unggun terfluidakan dibakar untuk menggerakkan mesin atau untuk membangkitkan kukus. Gas tersebut juga dapat dibakar bersamaan dengan bahan bakar lainnya. Selain itu, gas hasil gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan pada pembangkit listrik melalui sebuah sistem kombinasi siklus yang disebut integrated gasification combined-cycle (IGCC).
Jika ditinjau dari potensi penerapannya di Indonesia, teknologi gasifikasi unggun terfluidakan (fluidisasi) memiliki potensi yang cukup besar karena sebagian besar cadangan batubara Indonesia tergolong dalam batubara kualitas rendah. Oleh sebab itu, pengolahan batubara dengan cara gasifikasi unggun terfluidakan merupakan salah satu alternatif yang dapat digunakan untuk memaksimalkan hasil pengolahan batubara Indonesia.
sumber : Klik sini

Pembakaran Batubara dengan O2/CO2

Saat ini, konsumsi energi dunia, terutama dari bahan bakar fosil (minyak bumi, gas alam, dan batubara), meningkat secara besar-besaran dan tak terhindarkan. Teknologi pemanfaatan dan eksplorasi bahan bakar fosil yang sudah mapan menyebabkan energi dapat dihasilkan dengan proses yang terjamin dengan harga yang relatif murah. Hal inilah yang menyebabkan bahan bakar fosil banyak disukai walaupun dewasa ini penelitian mengenai bahan bakar terbarukan terus digalakkan dan pemanfaatannya mulai mendapatkan perhatian publik. Bahan bakar fosil tetap dipercaya sebagai sumber energi dunia setidaknya untuk 50 tahun ke depan. Untuk itu, peningkatan efisiensi utilisasi bahan bakar fosil harus terus dilakukan dengan terus memperhatikan faktor lingkungan.
Salah satu jenis bahan bakar fosil ialah batubara. Dibandingkan bahan bakar fosil lainnya, batubara mempunyai beberapa keunggulan, di antaranya:

1. Batubara yang siap diekploitasi secara ekonomis terdapat dalam jumlah banyak.
2. Batubara terdistribusi secara merata di seluruh dunia.
3. Jumlah yang melimpah membuat batubara menjadi bahan bakar fosil yang paling lama dapat menyokong kebutuhan energi dunia.

Namun, batubara juga memiliki kelemahan yaitu:

1. Identik sebagai bahan bakar yang kotor dan tidak ramah lingkungan karena komposisinya yang terdiri dari C, H, O, N, S, dan abu.
2. Kandungan C per mol batubara jauh lebih besar dibandingkan bahan bakar fosil lainnya sehingga pengeluaran CO₂ dari batubara jauh lebih banyak. Selain itu, kandungan S dan N batubara bisa terlepas sebagai SO_x dan NO_x dan menyebabkan terjadinya hujan asam.

Oleh karena itu, perlu dikembangkan metode baru dalam pemanfaatan batubara agar dapat meredam isu-isu lingkungan yang mungkin terjadi.
Salah satu metode yang dapat menjadi alternatif ialah pembakaran batubara menggunakan campuran O₂/CO₂. Keunggulan utama dari metode ini yaitu adanya daur ulang aliran gas keluaran sehingga kandungan CO₂ pada aliran tersebut sangat tinggi, mencapai 95%. Dengan kandungan CO₂ yang tinggi, proses pemisahan karbondioksida menjadi lebih mudah dan ekonomis dibandingkan pada pembakaran batubara konvensional (menggunakan udara) yang hanya menghasilkan CO₂ sekitar 13% pada gas keluaran. Gas keluaran dengan kandungan CO₂ sampai 95% bahkan dapat langsung digunakan untuk proses oil enhanced recovery (EOR) ^[2]. Pembakaran batubara menggunakan campuran O₂/CO₂ ditampilkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Diagram alir proses pembakaran batubara dengan menggunakan campuran gas O₂/CO₂

Batubara (fuel) dibakar dalam sebuah combustion chamber dengan menggunakan campuran gas oksigen dan karbondioksida. Oksigen didapatkan dari proses pemisahan nitrogen dan oksigen dari udara dalam sebuah Air Separation Unit. Karbondioksida sendiri merupakan gas hasil pembakaran batubara yang kembali dialirkan ke dalam combustion chamber. Aliran recycle karbondioksida ini menyebabkan peningkatan konsentrasi gas karbondioksida yang sangat signifikan di aliran keluaran sehingga memudahkan proses pemisahan karbondioksida itu sendiri. Pemisahan karbondioksida dapat diselenggarakan menggunakan metode konvensional seperti menggunakan CO₂ absorber maupun metoda terkini seperti pemisahan dengan membran. Tingginya konsentrasi CO₂ di aliran umpan absorber atau membran akan memudahkan proses pemisahan sehingga spesifikasi alat pemisah tidak terlalu memakan biaya besar.
Selain kandungan CO₂ gas keluaran yang tinggi, metode ini juga mempunyai efisiensi pembakaran karbon yang tinggi. Hasil penelitian Liu (2005) menunjukkan bahwa pembakaran batubara menggunakan media O₂/CO₂ menghasilkan efisiensi pembakaran karbon yang lebih tinggi dibandingkan pembakaran batubara konvensional. Hal itu dibuktikan dari kandungan karbon baik pada fly ash maupun bottom ash yang jauh lebih sedikit.
sumber Klik sini

Abu Terbang Batubara Sebagai Adsorben

Penggunaan abu terbang batubara sebagai campuran beton untuk bangunan California Academy of Science.click photo to enlarge

Produksi abu terbang batubara (fly ash) didunia pada tahun 2000 diperkirakan berjumlah 349 milyar ton^[1]. Penyumbang produksi abu terbang batubara terbesar adalah sektor pembangkit listrik. Produksi abu terbang dari pembangkit listrik di Indonesia terus meningkat, pada tahun 2000 jumlahnya mencapai 1,66 milyar ton dan diperkirakan mencapai 2 milyar ton pada tahun 2006^[2].
Abu terbang batubara umumnya dibuang di landfill atau ditumpuk begitu saja di dalam area industri. Penumpukkan abu terbang batubara ini menimbulkan masalah bagi lingkungan. Berbagai penelitian mengenai pemanfaatan abu terbang batubara sedang dilakukan untuk meningkatkan nilai ekonomisnya serta mengurangi dampak buruknya terhadap lingkungan. Saat ini umumnya abu terbang batubara digunakan dalam pabrik semen sebagai salah satu bahan campuran pembuat beton. Selain itu, sebenarnya abu terbang batubara memiliki berbagai kegunaan yang amat beragam:

1. Penyusun beton untuk jalan dan bendungan
2. Penimbun lahan bekas pertambangan
3. Recovery magnetit, cenosphere, dan karbon
4. Bahan baku keramik, gelas, batu bata, dan refraktori
5. Bahan penggosok (polisher)
6. Filler aspal, plastik, dan kertas
7. Pengganti dan bahan baku semen
8. Aditif dalam pengolahan limbah (waste stabilization)
9. Konversi menjadi zeolit dan adsorben

Konversi abu terbang batubara menjadi zeolit dan adsorben merupakan contoh pemanfaatan efektif dari abu terbang batubara. Keuntungan adsorben berbahan baku abu terbang batubara adalah biayanya murah. Selain itu, adsorben ini dapat digunakan baik untuk pengolahan limbah gas maupun limbah cair. Adsorben ini dapat digunakan dalam penyisihan logam berat dan senyawa organik pada pengolahan limbah. Abu terbang batubara dapat dipakai secara langsung sebagai adsorben atau dapat juga melalui perlakuan kimia dan fisik tertentu sebelum menjadi adsorben. Zeolit yang disintesis dari abu terbang batubara banyak digunakan untuk keperluan pertanian. Zeolit banyak dikonsumsi dalam pemurnian air, pengolahan tanah, dll. Zeolit dibuat dengan cara mengkonversi aluminosilikat yang terdapat pada abu terbang batubara menjadi kristal zeolit melalui reaksi hidrotermal.

Sifat Fisika dan Kimia Abu Terbang

Komponen utama dari abu terbang batubara yang berasal dari pembangkit listrik adalah silika (SiO₂), alumina, (Al₂O₃), dan besi oksida (Fe₂O₃), sisanya adalah karbon, kalsium, magnesium, dan belerang. Rumus empiris abu terbang batubara ialah: Si_1.0Al_0.45Ca_0.51Na_0.047Fe_0.039Mg_0.020K_0.013Ti_0.011

Tabel 1. Komposisi kimia abu terbang batubara

Komponen	Bituminous	Sub- bituminous	Lignite
SiO2	20-60%	40-60%	15-45%
Al2O3	5-35%	20-30%	10-25%
Fe2O3	10-40%	4-10%	4-15%
CaO	1-12%	5-30%	15-40%
MgO	0-5%	1-6%	3-10%
SO3	0-4%	0-2%	0-10%
Na2O	0-4%	0-2%	0-6%
K2O	0-3%	0-4%	0-4%
LOI	0-15%	0-3%	0-5%

Sifat kimia dari abu terbang batubara dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar dan teknik penyimpanan serta penanganannya. Pembakaran batubara lignit dan sub-bituminous menghasilkan abu terbang dengan kalsium dan magnesium oksida lebih banyak daripada bituminus. Namun, memiliki kandungan silika, alumina, dan karbon yang lebih sedikit daripada bituminous. Kandungan karbon dalam abu terbang diukur dengan menggunakan Loss On Ignition Method (LOI).
Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus yang umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075mm^[4]. Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100 sampai 3000 kg/m³ dan luas area spesifiknya (diukur berdasarkan metode permeabilitas udara Blaine) antara 170 sampai 1000 m²/kg^[4].

Adsorben untuk Penyisihan Polutan pada Gas Buang

Abu terbang dapat dimanfaatkan sebagai adsorben untuk penyisihan polutan pada gas buang prose pembakaran yang berpotensi untuk merusak lingkungan seperti gas sulfur oksida yang menyebabkan hujam asam, gas nitrogen oksida yang menyebabkan pemanasan global, dan merkuri (Hg) yang berbahaya bagi makhluk hidup.

1. Penyisihan SO_x
   Industri-industri berusaha untuk mengurangi emisi SO_x dengan cara memasang unit flue gas desulphurization (FGD) dan unit scrubber. Dua unit tersebut banyak digunakan karena memiliki efisiensi yang tinggi terhadap proses de-SO_x. Namun, dua unit tersebut membutuhkan air dalam jumlah yang besar dan akibatnya menghasilkan limbah cair yang banyak. FGD tipe kering tidak membutuhkan pengolahan limbah cair tetapi tipe ini membutuhkan adsorben dalam jumlah besar untuk mencapai efisiensi de-SO_xyang tinggi. Abu terbang batubara lebih dipilih untuk digunakan sebagai adsorben pada FGD tipe kering dalam skala besar dibandingkan karbon aktif karena biayanya lebih murah. Dua tipe abu terbang batubara yang berasal dari fluidized bed combustion (FBC) dan pulverized coal combustion (PCC) telah diuji coba untuk menyisihkan SO₂ dengan bantuan kalsium hidroksida (CaOH₂)^[2]. Hasil uji coba tersebut adalah konversi CaO menjadi CaSO4 mencapai 92-100% dalam pereaksian selama 1 jam.
2. Penyisihan NOx
   Abu terbang batubara juga memiliki potensi sebagai adsorben untuk menyisihkan NO_x dari aliran gas buang. Emisi NO_x diserap oleh karbon tidak terbakar yang terdapat di dalam abu terbang batubara. Partikel karbon tersebut dapat juga diaktivasi untuk meningkatkan kinerja penyerapan NO_x. Penelitian yang dilakukan oleh Rubel et al menunjukkan bahwa perbandingan kapasitas penyerapan NO_x karbon dari abu terbang batubara yang diaktivasi dengan karbon aktif komersial adalah 1/3^[1].
3. Penyisihan merkuri (Hg)
   Emisi merkuri yang dihasilkan dari pembakaran batubara pada unit boiler mendapat perhatian yang besar dari pemerhati lingkungan karena berpotensi merusak lingkungan dan menjadi ancaman bagi kesehatan makhluk hidup. Abu terbang batubara dapat dijadikan salah satu adsorben untuk mengontrol emisi merkuri dengan bantuan filter dari bahan kain misalnya dengan memakai baghouse filter. Peneliti Serre dan Silcox menyatakan bahwa karbon yang tidak terbakar di dalam abu terbang batubara dapat digunakan sebagai substitusi karbon aktif yang murah dan efektif. Abu terbang batubara dapat diinjeksikan secara berkala di dalam baghouse filter yang digunakan untuk menyisihkan merkuri. Luas permukaan dan struktur abu terbang batubara yang berpori merupakan dua hal yang menyebabkan abu terbang batubara berpotensi untuk menyerap emisi merkuri.
4. Penyisihan gas-gas organik
   Selain dapat digunakan untuk menyisihkan tiga polutan diatas, abu terbang batubara juga dapat digunakan untuk menyisihkan gas organik. Penelitian yang dilakukan oleh Peloso, menunjukkan bahwa abu terbang batubara yang telah melewati proses aktivasi secara termal dapat menyisihkan uap toluene.

Adsorben untuk Penyisihan Ion Logam Berat pada Limbah Cair

Logam berat adalah polutan yang memberikan dampak signifikan bagi kesehatan makhluk hidup. Proses penghilangan logam berat dari limbah cair sudah dilakukan dengan beberapa cara seperti, presipitasi menggunakan bahan kimia, ekstraksi menggunakan pelarut tertentu, pertukaran ion, reverse osmosis, atau adsorpsi. Proses adsorpsi dengan pilihan jenis adsorben yang tepat jika dibandingkan dengan proses lainnya merupakan proses yang sederhana tapi efektif dalam penghilangan logam berat dari limbah cair.

Scanning Electron Microscopy
abu terbang batubara.

Logam berat utama yang diteliti untuk diserap oleh abu terbang batubara adalah Pb, Ni, Cr, Cu, Cd, dan Hg. Penghilangan logam berat dari limbah cair melibatkan dua proses yaitu presipitasi dan adsorpsi. Proses presipitasi melibatkan kalsium hidroksida sedangkan proses adsorpsi melibatkan silika alumina. Kedua senyawa tersebut terkandung di dalam abu terbang batubara.
Peneliti bernama Bayat meneliti penghilangan logam Zn²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, dan Cr⁶⁺ menggunakan abu terbang batubara yang berasal dari batubara jenis lignit. Selain itu, Bayat juga membandingkannya hasil penghilangan logam berat tersebut dengan karbon aktif komersial. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa abu terbang batubara dapat menghilangkan logam berat seefektif karbon aktif pada kondisi tertentu. Proses adsorpsi maksimum terjadi pada kondisi pH 7-7.5^[5].
Abu terbang batubara juga merupakan adsorben yang baik untuk menghilangkan Cs. Abu terbang batubara juga dikonversi menjadi zeolit melalui proses hidrotermal dan digunakan untuk menghilangkan logam Cs, timbal, dan kadmium. Kapasitas adsorpsi zeolit abu terbang batubara untuk timbal sebesar 70.58 mg/g dan 95.6 mg/g untuk kadmium dengan konsentrasi awal kedua logam sebesar 100 mg/L.

Konversi Abu Terbang Batubara Menjadi Zeolit

Zeolit pada dasarnya merupakan padatan aluminium-silikat yang memiliki struktur yang berpori. Zeolit alam biasanya terbentuk dari batu dan abu gunung berapi yang beraksi dengan logam alkali tanah pada air tanah. Zeolit murni hampir tidak dapat ditemukan di alam. Biasanya terdapat pengotor seperti logam natrium dan kalsium. Abu terbang batubara memiliki potensi dikonversi menjadi zeolit jika memiliki kandungan alumina-silika yang cukup tinggi dan kandungan karbon yang rendah. Zeolit memiliki beberapa aplikasi industrial yaitu^[6]:

• Pertukaran ion : Penukar ion Na⁺/K⁺/Ca²⁺
• Adsorpsi pengotor gas : Adsorpsi selektif berdasarkan molekul gas spesifik
• Adsorpsi pengotor air : Adsorpsi reversibel air tanpa ada perubahan sifat fisik dan kimia dari zeolit itu sendiri

Jenis zeolit yang dihasilkan dari abu terbang bergantung pada komposisi awal dan metode konversinya. Metode yang umum digunakan adalah hydrothermal alkali treatment yaitu memanaskan campuran abu terbang dengan larutan alkali (KOH, NaOH, dsb.) dalam variasi waktu reaksi, suhu, dan tekanan tertentu^[6].

Tantangan Masa Depan

Abu terbang pada masa kini dipandang sebagai limbah pembakaran batubara. Penanganan abu terbang masih terbatas pada penimbunan di lahan kosong. Hal ini berpotensi bahaya bagi lingkungan dan masyarakat sekitar seperti, logam-logam dalam abu terbang terekstrak dan terbawa ke perairan, abu terbang tertiup angin sehingga mengganggu pernafasan. Sudut pandang terhadap abu terbang harus dirubah, abu terbang adalah bahan baku potensial yang dapat digunakan sebagai adsorben murah. Beberapa investigasi menyimpulkan bahwa abu terbang memiliki kapasitas adsorpsi yang baik untuk menyerap gas organik, ion logam berat, gas polutan. Modifikasi sifat fisik dan kimia perlu dilakukan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi.

Abu terbang (fly ash) batubara.

Berdasarkan paparan diatas sudah terbukti bahwa abu terbang batubara memiliki potensi yang besar sebagai adsorben yang ramah lingkungan. Abu terbang batubara dapat menjadi alternatif pengganti karbon aktif dan zeolit. Tetapi, kapasitas adsorpsi abu terbang sangat bergantung pada asal dan perlakuan pasca pembakaran batubara. Sampai sekarang, pemanfaatan abu terbang masih dilakukan dalam skala kecil karena umumnya kapasitas adsorpsinya masih rendah. Modifikasi sifat fisik dan kimia dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi abu terbang. Peningkatan kapasitas adsorpsi dapat membuat adsorben dari abu terbang batubara kompetitif bila dibandingkan dengan karbon aktif dan zeolit^[1].
Konversi abu terbang menjadi zeolit adalah salah satu alternatif yang sangat potensial meningkatkan nilai ekonomis abu terbang. Karbon sisa pembakaran dalam abu terbang memiliki kualitas setara karbon aktif sehingga investigasi mengenai pemisahan karbon sisa berpotensi meningkatkan nilai ekonomis dari abu terbang. Zeolit memiliki kegunaan yang banyak seperti adsorben, resin penukar ion, molecular sieves, dll. Zeolit memilki kapasitas adsorpsi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan abu terbang sehingga konversi abu terbang menjadi zeolit menjadi alternatif yang menjanjikan dimasa depan (Queroll, 2006). Penelitian di masa depan diharapkan dapat membuat konversi abu terbang menjadi zeolit komersil pada skala industri.

Referensi:
^[1] S.Wang, H. Wu , H, Journal of Hazardous Materials (2006).
^[2] Indonesia Power, PLTU Suralaya, (2002).
^[3] Putu Astari Merati, Utilization of fly ash from power plant for removal of dyes, (2006).
^[4] Yoga Pratama, Heri T. Putranto, Coal fly ash conversion to zeolite for removal of chromium and nickel from wastewaters, (2007).
^[5] B. Bayat, Journal of Hazardous Materials, Vol. 95(3)275-290,(2002).
^[6] X.Querol, et al, Int. J. Coal Geol. 50, 413-423, (2002).
^[7] D. Mohan, et al, Ind. Eng. Chem. Res. 41, 3688-3695, (2002).

sumber klik sini

Membuat minyak dari Batu Bara.

Harga minyak bumi kotor, hitam 70 USD per barrel, menyadarkan kita bahwa sumber bahan bakar ini akan segera habis, kira-kira setelah tahun 2030. Kenaikan bahan bakar ini bertambah besar dengan adanya badai Katrina di USA yang telah menghentikan pasokan minyak dari teluk Meksiko, maka orang berspekulasi menghadapi musim dingin yang tinggal beberapa bulan lagi. Kenaikan harga minyak bukan tidak pernah diperhitungkan, pertumbuhan ekonomi di Cina 10% akan mendorong pertumbuhan kebutuhan enerji 30%, terus minyak dari mana lagi?. Pada kenyataannya tentara Amerika telah ada di Irak yang dapat menghasilkan minyak bumi kurang dari 5 USD per barel. Merupakan biaya produksi termurah untuk memperoleh minyak bumi.

Tingginya harga bahan minyak bumi ini membuat orang menegok kebelakang, bagaimana Afrika Selatan membuat minyak ketiak di embargo, bahkan sedikit lebih jauh ketika Jerman menghadapi perang dunia ke II. Mempergunakan katalis Fischer & Tropsch (FT) membuat minyak dari gas sintetis yang kemudian dikembangkan di Afrika selatan dilakukan oleh sebuah perusahaan SASOL (south african synthetic oil limited). Kelebihan lain dari minyak ini adalah lebih bersih, tidak perlu dimurnaikan lagi.

Perkembangan terbaru dari proses FT, Cina menandatangani persetujuan dengan SASOL untuk mendirikan 2 pabrik minyak sintetis dengan kapasitas total per tahun 440 juta barel. Biaya untuk investasi ini 3 milyar USD untuk sebuah pabrik yang mempunyai kapasitas 4 kali lebih besar dari yang ada di Afrika selatan. Pada saat ini SASOL dapat memproduksi 150.000 barel per hari dari batu bara. Diharapkan produk minyak sintetis dari Cina ini mempunyai harga kurang dari 20 USD per barrel.

Batu bara juga dapat langsung dicairkan untuk memperoleh minyak bumi. Cara ini dikembangkan di Jepang mirip dengan perengkahan hidrogen yang ada di Dumai. Dimana batu bara dicampur dengan minyak berat dan katalis dalam betuk suspensi, ditambahkan hidrogen dan panas. Akan diperoleh bahan bakar mempunyai nilai oktan tinggi, namun haya dapat ditambahkan dalam bensin sebanyak 10%. Penambahan berlebihan akan dikawatirkan terjadinya sumbatan pada saluran dalam otomotif.

Bagaimana membuat minyak bumi sintetis dari batu bara muda dengan proses FT dapat terjadi?. Pertama dibuat gas sintetis yaitu gas H₂ atau hidrogen dan gas CO atau karbon monoksida. Gas H₂ mudah terbakar dan gas CO sangat beracun, tidak perlu kawatir semuanya dibawah kontrol dalam bejana tertutup. Pembuatan gas diawali dengan membakar batubara dengan gas oksigen bukan udara supaya lebih efisien. Batu bara akan membara berwarna merah terus dimasukkan uap air, jika mulai padam dialirkan lagi oksigen dan seterusnya. Maka akan dihasilkan campuran gas yang kemudian dimurnikan seperti terjadi di banyak industri kimia. Diperoleh syngas yaitu H₂ dan CO yang siap direaksikan menjadi molekul yang lebih tinggi dan banyak dibutuhkan.

Dimulai dari Saintis Jerman pada awal tahun 1920-an berhasil mereaksikan gas tersebut menjadi metanol dengan katalis ZnCrO. Selanjutnya katalis ini dikenal dengan Fischer Tropsch (FT). Pada perkembangannya  katalis ini dapat dipergunakan untuk memproduksi berbagai bahan kimia  mulai dari gas metan, alkana, alkena, metanol dan alkohol tinggi. Modifikasi katalis tanpa mempergunakan bahan promotor menghasilkan bahan tanpa mengandung oksigen seperti alkana, alkena yang berguna sebagai bahan bakar otomotif. Jika katalis mempunyai promotor anak menghasilkan bahan kimia mengandung oksigen seperti metanol, alkohol. Tekanan dan suhu tinggi akan memperoleh rantai molekul panjang seperti lilin yang kemudian dapat direngkah menjadi lebih kecil sebagai bahan bakar otomotif, bahan plastik, bahan petrokimia.

Proses pembuatan syngas sudah banyak dipergunakan di pabrik-pabrik pupuk di Indonesia. Proses pemurnian gas banyak dilakukan di kilang Pertamina. Proses mempergunakan katalis Fischer-Tropsch juga telah dipergunakan untuk produksi metanol di pulau Bunyu. Maka dengan merubah macam katalis, suhu, dan tekanan, secara teori akan dapat memproduksi bahan bakar yang lebih bersih dibanding bahan bakar alam seperti bensin, solar, minyak tanah seperti yang kita pergunakan sekarang.

Namun demikian praktek dilapangan sering menjumpai banyak masalah yang timbul, dan diperlukan perusahaan yang berpengalaman untuk mengoperasikan seperti SASOL, CHEVRON. Sehingga Cina yang telah mempunyai teknologi masih memerlukan kerjasama dengan SASOL dan tidak lama lagi kemampuan tersebut akan segera dikuasianya.

Batubara muda merupakan alternatif yang baik terutama batubara muda yang mempunya kandungan air hingga 35%, yang tidak ekonomis untuk diangkut dan diperdagangkan. Batubara keberadaannya hampir merata dibanding dengan sumber minyak bumi.

Gas metan memang lebih mudah untuk dipergunakan pada proses FT, namun gas ini telah mempunyai harga mahal. Bahkan gas ini dapat pula diproduksi dari batu bara dengan proses FT memerlukan  biaya  3-3,5 USD per MMBtu, bandingkan dengan harga gas alam jenis yang sama mempunyai harga bisa dua kali lipat.

Hingga kemarin minyak adalah sumber enerji yang paling murah, mudah diperroleh. Selama ini kita terlena dengan tersedianya bahan minyak yang mudah dan banyak, namun tidak untuk kemudian hari. Bahan minyak bumi segera habis dan bakar pengganti minyak harus tersedia dalam waktu dekat. Pertumbuhan ekonomi tidak boleh dihentikan, jika kita ingin menghapuskan kemiskinan dari muka bumi. Teknologi dan riset harus dikembangkan agar dapat pemanfaatan minyak bumi lebih efisien dan bila mana perlu menghentikan ketergantungan minyak bumi untuk sumber enerji. Bahan enerji lain dapat diperoleh dari  dari batu bara, nuklir, gas alam, angin, matahari, ombak, air, minyak berat, ‘shale’, ‘tar’, bio-enerji, bio-massa, ‘fuel cell’, harus dipelajari dan dikembangkan. Pada akhirnya nanti penggunaan minyak bumi akan lebih banyak untuk bahan petrokimia, farmasi, pupuk, kimia organik, polimer yang akan mempercepat dalam usaha mensejahterakan umat manusia.