1 Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar meningkat seiring peningkatan kebutuhan listrik di Indonesia. Kebijakan diverisifikasi energi Pemerintah Indonesia untuk mengurangi konsumsi bahan bakar minyak serta mengoptimalkan pemakaian batubara dan gas alam, menyebabkan kontribusi batubara sebagai bahan bakar pembangkittenaga listrik meningkat dari 46% di tahun 2010 menjadi sekitar 60% padatahun 2014. Batubara memikul beban dasar karena disamping cadangannya yang relatif besar di Indonesia, harga batubara juga jauh lebih murah dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya. Penggunaan bahan bakar batubara diperkirakan akan terus mengalami peningkatan di masa yang akan datang. Sejalan dengan semakin besarnya pemanfaatan batubara, emisi CO 2serta polutan lain yang dihasilkan melalui proses pembakaran akan mengalami peningkatan dan menyebabkan sejumlah permasalahan lingkungan seperti efek gas rumah kaca yang mengakibatkan pemanasan global, penipisan lapis ozon, hujan asam dan lain-lain. Sejumlah penelitian menyebutkan bahwa permasalahan lingkungan yang disebabkan oleh pembakaran batubara dapat diatasi dengan melakukan substitusi sebagian batubara dengan biomasa. Penggunaan biomasa yang merupakan karbon netral, diperkirakan dapat mengurangi jumlah emisi CO 2, SO x, NOxdan lain-lain karena karbon dioksida yang dilepaskan saat pembakaran diserap kembali oleh tanaman untuk proses fotosintesis, selain itu umumnya biomasa memiliki kadar sulfur dan nitrogen yang rendah. Mekanisme co-firingbatubara dengan biomasa dapat menjadi salah satu solusi yang menunjang komitmen Pemerintah untuk menurunkan 26% emisi gas rumah kaca. Hal ini juga sejalan dengan kebijakan pemerintah Indonesia yang ingin mewujudkan kemandirian dan ketahanan energi melalui optimalisasi pengelolaan energi (Perpres No.5/2006 tentang Energi Bauran, PP No.79/2014 tentang kebijakan energi nasional). 2 Dalam penelitian ini, co-firingcampuran batubara/biomasa dilakukan untuk mempelajari informasi terkait karakteristik pembakaran campuran. Adapun cangkang sawit dipilih sebagai bahan campuran batubara karena potensi bahan bakar biomasa ini terdapat dalam jumlah yang relatif besar di Indonesia. Dibandingkan batubara, biomasa ini memiliki kandungan volatile matterlebih besar, namun nilai kalori lebih rendah. Strukturnya yang fibrous menyebabkan cangkang sawit sukar untuk digerus sehingga akan menjadi permasalahan saat digunakan sebagai bahan bakar bersama batubara pada pembangkit listrik. Sehingga, diperlukan pre treatmentterhadap cangkang sawit sebelum proses pembakaran dilakukan. Pre treatmentberupa proses torefaksi, dipercaya dapat mengatasi sejumlah keterbatasan dan kelemahan dari karakteristik biomasa untuk keperluan co- firingdengan batubara. Secara umum hasil penelitian tentang torefaksi menunjukkan bahwa rawbiomasa mengalami peningkatan heating value, penurunan HGI dan hygroscopic natureserta peningkatan densitas energi, sehingga dapat mengurangi permasalahan yang timbul saat dipergunakan bersama batubara sebagai bahan bakar. Karakteristik pembakaran sampel komponen batubara, biomasa dan campurannya dilakukan dengan menggunakan analisis thermogravimetric. Data TG/DTG dipergunakan untuk menentukan parameter pembakaran seperti ignition temperature, burn out temperature, reaktifitas maksimum dan temperatur maksimum. Interaksi antar komponen di dalam campuran selama proses pembakaran juga dipelajari dengan membandingkan DTG hasil eksperimen dan DTG hasil perhitungan. Selain itu, data TG hasil analisis thermogravimetric dipergunakan untuk menghitung parameter kinetika (energi aktivasi dan faktor pre eksponensial A) serta menentukan reaksi-reaksi yang mengendalikan tahapan proses pembakaran sampel dengan menggunakan basic model fungsi konversi solid state. 3 I.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dipaparkan pada sub bab sebelumnya, berikut adalah beberapa masalah yang akan dibahas oleh penulis dalam penelitian ini, yaitu : a. Bagaimana karakteristik pembakaran batubara dibandingkan dengan produk torefaksi biomasa (torrefied biomass) maupun campuran keduanya b. Bagaimana kinetika pembakaran batubara dibandingkan dengan produk torefaksi biomasa (torrefied biomass) maupun campuran keduanya c. Bagaimana interaksi antara batubara dan produk torefaksi biomasa di dalam campurannya selama proses pembakaran. I.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan tujuan sbb: a. Mempelajari karakteristik pembakaran batubara, torrefied biomassserta campuran keduanya dengan parameter pembakaran menggunakan analisis TG/DTA. b. Mempelajari interaksi antara batubara dan produk torefaksi biomasa di dalam campurannya selama proses pembakaran. c. Mempelajari kinetika pembakaran batubara, torrefied biomassserta campuran keduanya dengan parameter kinetika. I.4 Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang dibuat dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Batubara yang digunakan berupa batubara peringkat rendah Eco-Coal PT.Arutmin. b. Biomassa yang digunakan untuk campuran berupa produk torefaksi cangkang sawit (torrefiedcangkang sawit). c. Torefaksi hanya dilakukan pada cangkang sawit. 4 d. Analisis sampel proksimat dan analisis ultimat hanya dilakukan pada batubara, rawcangkang sawit dan torrefiedcangkang sawit. e. Analisis TG/DTA dan analisis higroskopis hanya dilakukan pada batubara, torrefiedcangkang sawit dan campuran keduanya. f. Parameter pembakaran yang dianalisis berupa ignition temperature, burn out temperature, maximum temperature, maximum reactivity. g. Parameter kinetika berupa energi aktivasi dan faktor pre eksponensial A h. Parameter pembakaran dan parameter kinetika dianalisis menggunakan data TG/DTG. i. Perbandingan parameter pembakaran dan parameter kinetika dilakukan terhadap sampel batubara, sampeltorrefiedcangkang sawit serta campuran batubara/torr.cangkang. I.5 Metodologi Penelitian Berdasarkan fakta-fakta bahwa peningkatan konsumsi batubara sebagai bahan bakar pembangkit listrik berdampak pada peningkatan emisi CO 2dan substitusi sebagian batubara dengan biomasa dapat menjadi solusi alternatif penurunan emisi CO 2dan menjadi bagian dari usaha meningkatkan ketahanan energi nasional, maka dalam penelitian ini dilakukan pembakaran campuran batubara dengan biomasa berupa cangkang sawit yang ditorefaksi pada suhu 250, 280, 300°C. Torefaksi merupakan pemanasan pada kondisi inert, dengan heating ratekurang dari 50°C/menit, pada suhu 200-300°C yang bertujuan untuk mengatasi permasalah-permasalahan yang sering muncul saat pembakaran batubara dengan biomasa, diantaranya rendahnya heating value, densitas energi yang rendah, HGI yang rendah, kadar moisture yang tinggi dan lain-lain. Dalam penelitian ini, karakteristik dan kinetika pembakaran dipelajari melalui parameter pembakaran berupa ignition temperature, burn out temperature, temperatur dan reaktivitas maksimum, sementara parameter kinetika yang dianalisis berupa energi aktivasi dan faktor pre eksponensial A. Parameter pembakaran sampel batubara, torrefiedcangkang sawit dan campuran dianalisa dengan menggunakan analisis TG/DTG dan DTA. Sedangkan perhitungan parameter kinetika dilakukan dengan menggunakan data TG dan 5 model fungsi konversi solid statepada persamaan Arrhenius yang diintegrasi dengan metode Coats Redfern. Data-data parameter pembakaran dan kinetika pembakaran dapat berguna untuk desain dan operasi pembangkit listrik dengan bahan bakar campuran batubara/torr.cangkang sawit. I.6 Sistematika Penulisan Penulisan laporan tesis ini ditulis dalam lima bab, dengan penjelasan seperti berikut: 1. BAB I Pendahuluan. Bab ini berisi hal umum berisi paparan masalah yang melatarbelakangi, kondisi faktual, serta gagasan penulis untuk mengatasi permasalahan tersebut. Pada bab ini juga disampaikan tujuan penelitian, ruang lingkup, metodologi, serta sistematika penulisan laporan penelitian tesis ini. 2. BAB II Tinjauan Pustaka. Pada bab ini disampaikan penjelasan mengenai teori-teori yang digunakan dalam penelitian, uraian alur berpikir dan perkembangan keilmuan topik kajian, serta elaborasi hasil penelitian terdahulu yg berkaitan dengan masalah yg dikaji. 3. BAB III Prosedur dan Hasil Percobaan. Isi dari bab ini adalah pemaparan mengenai alat dan bahan yang digunakan pada percobaan, prosedur percobaan yang dilakukan, serta hasil dari percobaan tersebut. 4. BAB IV Pembahasan. Bab ini berisi pengolahan data dan analisis dari hasil yang didapatkan dengan mengacu pada literatur yang ada untuk menjawab tujuan penelitian. 5. BAB V Penutup. Bagian ini akan memuat kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan dengan menjawab tujuan-tujuan yang hendak dicapai dan tercantum pada BAB I. Bab ini juga berisikan saran-saran yang dapat dicoba atau dikembangkan pada penelitian lanjutan. 6 Gambar I. 1 Metodologi Penelitian Fakta : xPemanfaatan batubara di Indonesia semakin meningkat akibat kebijakan diversifikasi energi dan potensinya di Indonesia xPerlu pengendalian emisi CO 2untuk mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat pembakaran batubara xSalah satu caranya yaitu dengan co-firingbatubara dengan torrefiedcangkang sawit yang merupakan karbon netral xPemanfaatan cangkang sawit untuk co-firingdapat dilakukan karena potensi cangkang sawit yang relatif besar di Indonesia. Problem Statement: Pembakaran batubara bersama torrefied biomassdapat menjadi solusi alternatif bahan bakar pembangkit listrik yang ramah lingkungan serta dapat menunjang kemandirian dan ketahanan energi nasional Literatur: xPengaruh karakteristik bahan bakar terhadap proses pembakaran xParameter pembakaran dan cara penentuannya dengan analisis kurva TG/DTG xPerhitungan parameter kinetika pembakaran melalui model-model fungsi konversi dari data TG xFaktor-faktor yang mempengaruhi parameter pembakaran dan parameter kinetika Data: Sampel batubara (REC), produk torefaksi pada suhu 250°C (TC1), 280°C (TC2), 300°C (TC3) dan campuran ketiga produk torefaksi dengan batubara (ECTC1, ECTC2, ECTC3) xNilai Kalori, EMC, xIM, VM, Abu, FC (%db), C, H, N, O, S (%daf) xFuel ratio, H/C, O/C (daf) xTG, DTG, DTA, Ti, Tb, Rm, Tm, Ea, A, Analisis : Analisis dilakukan untuk mengetahui karakteristik sampel bahan bakar, karakteristik pembakaran berupa ignition temperature, burn out temperature,temperatur dan reaktivitas maksimum, serta mempelajari kinetika pembakaran melalui perhitungan energi aktivasi dan pre eksponensial A Kesimpulan: Batubara dapat dibakar bersama torrefiedcangkang sawit untuk menghasilkan sejumlah energi listrik guna mewujudkan kemandirian dan ketahanan energi nasional yang ramah lingkungan Rangkuman: 1. Tahap pembakaran pelepasan volatile matter(tahap 1) dan pembakaran char(tahap 2) batubara maupun campuran ECTC3 berlangsung simultan. 2. Pada sampel lainnya terjadi secara bertahap ditunjukkan dengan terbentuknya dua peak pada kurva DTG 3.Ignition temperaturedan burn out temperaturecampuran batubara/torr.cangkang sawit meningkat dengan semakin tinggi suhu torefaksi torr.Cangkang sawit dalam campurannya dengan batubara. 4. Energi aktivasi campuran tahap 1 lebih tinggi dibandingkan tahap 2 yang merepresentasikan reaktivitas dari sampel pada tiap tahapan pembakaran, Ea campuran lebih kecil dibandingkan Ea batubara dan torr.cangkan sawit..