Perpustakaan Digital ITB

Tar merupakan masalah yang menjadi salah satu perhatian utama pada proses gasifikasi biomassa karena tar dapat mengakibatkan penyumbatan aliran dingin serta meracuni katalis jika syngas digunakan sebagai sintesis senyawa kimia. Penyisihan tar dengan menggunakan katalis dapat mengurangi limbah tar dan dapat meningkatkan nilai kalor dari syngas/gas produser. Pada studi ini, zeolit alam termodifikasi digunakan sebagai katalis perengkah tar, dimana tar dihasilkan dari proses pirolisis dan gasifikasi biomassa. Batas pemanfaatan syngas untuk sintesis senyawa kimia adalah tar yang terkandung kurang dari 0,1 g/Nm3. Kajian awal dilakukan dengan percobaan pirolisis biomassa dan simulasi termodinamika. Biomassa yang digunakan adalah batok kelapa dan cangkang sawit. Pirolisis batok kelapa dilakukan dalam updraft pyrolyzer, sedangkan pirolisis cangkang sawit dilakukan pada turbular reactor. Kebutuhan panas updraft pyrolyzer dipasok dari pembakaran arang batok kelapa dengan sedikit udara, sedangkan kebutuhan panas untuk pirolisis dengan turbular reaktor dipasok melalui pemanas furnace elektrik. Tar hasil pirolisis memiliki komposisi utama toluen, fenol, naftalen, asam asetat dan furfural. Simulasi termodinamika digunakan untuk memperkirakan konsentrasi tar hasil gasifikasi serta rasio steam/tar keluar gasifier. Dari hasil simulasi, konsentrasi keluar updraft gasifier diperkirakan sebanyak 50 g/Nm3 dan rasio mol steam/tar sebesar 30. Modifikasi zeolit alam dilakukan dengan cara pertukaran ion dengan NH4NO3 dan pencucian asam dengan menggunakan variasi konsentrasi larutan HNO3 1 M, 3 M, dan 6 M pada temperatur 90oC dan waktu pencucian asam 6 jam. Zeolit hasil modifikasi dikarakterisasi morfologi kristalinitas dan visual menggunakan XRD dan SEM, komponen elemental dan rasio Si/Al menggunakan XRF dan EDX, serta luas permukaan, volume pori dan ukuran pori menggunakan physisorbtion nitrogen. Zeolit alam Wonosari didominasi oleh kristal fasa mordenit dan klinoptilolit. Pertukaran ion dan pencucian asam pada zeolit alam dapat menghilangkan pengotor Na dan K, masing-masing sebesar 69% dan 100%. Pengujian aktivitas katalis zeolit dilakukan melalui proses steam reforming dengan toluen sebagai model tar pada temperatur 750oC, tekanan 1 bar, rasio steam/toluen 10, serta GHSV 5040/jam. Proses pencucian asam menggunakan asam HNO3 berpengaruh terhadap aktivitas katalis. Konsentrasi asam yang semakin besar menyebabkan berkurangnya pengotor yang berdampak pada semakin meningkatnya luas permukaan dan volume pori sehingga konversi perengkahan tar akan mengalami peningkatan. Pencucian asam pada zeolit menggunakan 6M HNO3 menghasilkan konversi perengkahan tar sebesar 57,5%. Hasil uji analisa TGA menunjukkan tidak terbentuk deposit karbon yang signifikan pada penggunaan zeolit mordenit termodifikasi. Penambahan Nikel pada zeolit termodifikasi, dapat meningkatkan aktivitas katalis steam reforming, dengan konversi tar sebesar 76,7% dan 95,6% untuk 5% Ni dan 10% Ni. Parameter kinetika, energi aktivasi untuk katalis Zeolit dengan impregnasi nikel 5% adalah 113,92 kJ/mol dengan faktor tumbukan 3,99 x 106 m3/kg.jam. Reaksi dikendalikan oleh reaksi permukaan katalis, yang ditunjukkan dari hasil modulus thiele, kriteria Weisz-Prater dan kriteria Mears. Pengujian katalis juga dilakukan secara in situ pada proses pirolisis dan gasifikasi. Gasifikasi cangkang sawit menggunakan steam sebagai agen gasifikasi. Tujuan studi ini adalah untuk mengetahui distribusi produk pirolisdan gasifikasi cangkang sawit, serta aktivitas zeolit alam termodifikasi pada degradasi tar. Pirolisis dilakukan pada reaktor unggun tetap dengan diameter 1,5 cm, laju alir N2 200 mL/menit dengan heating rate 75°C/menit hingga suhu pirolisis yang diinginkan. Variasi temperatur pirolisis yang digunakan adalah 400, 500, 600 dan 750°C. Variasi gasifikasi yang digunakan adalah rasio steam/biomassa 0; 0,75; 1,5 dan 2,25 serta temperatur 750, 800, 850°C. Pada pirolisis cangkang sawit dengan rentang temperatur 400-750°C diperoleh rata-rata tar sebesar 36 kg/kg biomassa. Penggunaan katalis zeolit alam (ZA66) pada pirolisis dapat merengkahkan tar hingga 27%. Sedangkan pada gasifikasi biomassa, penggunaan katalis dapat menurunkan kandungan tar dari 4,6 g/Nm3 (tanpa katalis) menjadi 1,9 g/Nm3 (dengan katalis ZA66, S/B=1,5 dan 750°C), atau terengkah sebesar 57%. Pada pengaruh rasio steam/biomassa, semakin meningkat rasio steam/biomassa, massa tar yang dapat terengkah semakin besar, begitu pula perolehan H2 yang semakin meningkat. Pada S/B 2,25 dihasilkan kandungan tar sebesar 0,72 g/Nm3 dan yield H2 sebesar 42,6 mol/kg biomassa. Temperatur reaksi berpengaruh pada konsentrasi tar keluar gasifier serta konsentrasi dan perolehan/ yield daei gas produk seperti H2, CO dan CO2. Semakin tinggi temperatur reaksi megakibatkan turunnya konsentrasi tar dan CO2 serta menaikkan konsentrasi H2 dan CO. Hal ini dikarenakan secara termodinamika semakin tinggi temperatur pembentukan CO lebih besar dibandingkan pembentukan CO2. Hasil gasifikasi dengan katalis menunjukkan konsentrasi H2 pada syngas tinggi dan rasio H2/CO mendekati 2, maka syngas akan cocok jika digunakan sebagai bahan sintesis metanol dan DME.