NUMERICAL ANALYSIS OF AMMONIA CO-FIRING IN A SPARK IGNITION NATURAL GAS ENGINE THESIS Submitted partial fulfillment of the requirements for the Master’s Degree By DWI BUDI SUYANTO NIM: 23122362 Master’s Program in Mechanical Engineering INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JANUARY 2025 ABSTRAK ANALISIS NUMERIK CO -FIRING AMMONIA PADA SPARK IGNITION NATURAL GAS ENGINE Oleh Dwi Budi Suyanto NIM: 23122362 Program Studi Magister Teknik Mesin Amonia (NH3) dianggap sebagai bahan bakar yang menjanjikan untuk produksi energi di masa depan karena kemampuannya menghasilkan energi tanpa menghasilkan CO2. Kapasitas terpasang Pembangkit Listrik Tenaga Mesin Gas (PLTMG) di Indonesia saat ini mencapai 1,73 GW, menunjukkan bahwa amonia (NH3) berpotensi dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar gabungan untuk membantu tujuan pemerintah mencapai Net Zero Emission pada tahun 2060. Namun, co-firing NH3 dan gas alam saat ini sedang dalam tahap penelitian dan belum diaplikasikan di Indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan penggunaan NH3 sebagai pengganti gas alam dalam aplikasi co-firing pada Pembangkit Listrik Tenaga Mesin Gas. Penelitian ini menggunakan parameter dari mesin Rolls Royce B35:40V20A2 di PLTMG Luwuk 40 MW, dengan memanfaatkan pendekatan studi numerik. Pendekatan Computational Fluid Dynamic (CFD) menggunakan ANSYS Forte digunakan untuk menyelidiki co- firing campuran gas alam dan amonia pada PLTMG. Hasil simulasi menunjukkan stabilitas yang konsisten baik dalam karakteristik pembakaran maupun kinerja mesin, dengan variasi perubahan yang terjadi kurang dari 3% dan 2% di semua campuran bahan bakar. Proses co-firing secara signifikan menurunkan kadar emisi karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2) menjadi nol pada campuran bahan bakar 100% NH3; namun, hasil pembakaran menunjukkan peningkatan emisi NOx sebesar 81%, yang membutuhkan metode untuk mengurangi emisi NOx untuk memenuhi standar kualitas lingkungan yang berlaku di Indonesia. Secara keseluruhan, total emisi CO2 ekuivalen menurun sebesar 25,05% pada fraksi 50% NH3 dan 90,10% pada fraksi 100% NH3. Hasil simulasi menunjukkan potensi NH3 sebagai bahan bakar co-firing yang optimal pada fraksi mol 10%-50% amonia, dengan mempertimbangkan hasil karakteristik pembakaran, kinerja mesin, dan emisi. Kata kunci: amonia, co-firing, performa motor, emisi, pembakaran ii ABSTRACT NUMERICAL ANALYSIS OF AMMONIA CO-FIRING IN A SPARK IGNITION NATURAL GAS ENGINE By Dwi Budi Suyanto NIM: 23122362 Master’s Program in Mechanical Engineering Ammonia (NH3) is considered a promising fuel for future energy production due to its ability to generate energy without emitting CO2. The current installed capacity of gas engine power plants in Indonesia stands at 1.73 GW, indicating that ammonia (NH3) has the potential to be utilized as a combined fuel source to assist the government's objective of achieving net zero emissions by 2060. However, the co- combustion of NH3 and natural gas is currently in the research phase and has not been put into application in Indonesia. This study aims to enhance the use of NH3 as a substitute for natural gas in co-firing applications within Gas Engine Power Plants. This research uses parameters from Rolls Royce B35:40V20A2 engine at the PLTMG Luwuk 40 MW, utilizing a numerical study approach. The computational fluid dynamics (CFD) approach using ANSYS Forte was employed to investigate the combined combustion of a natural gas and ammonia mixture in a gas engine. The simulation outcomes demonstrated consistent stability in both the combustion characteristics and engine performance, with variations occurring at rates of less than 3% and 2% across all fuel mixtures. The combined combustion process significantly lowered the levels of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2) emissions become zero on 100% NH3 mixture; however, the combustion results rise in NOx emissions by 81%, which requires a method to reduce NOx emissions to meet the environmental quality standards applicable in Indonesia. Overall, total equivalent CO2 emissions decreased by 25.05% in the 50% NH3 fraction and 90.10% in the 100% NH3 fraction. The simulation results demonstrate the potential of NH3 as an optimal co-firing fuel at a mole fraction of 10%-50% ammonia, considering combustion characteristics, engine performance, and emissions.