BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Sumber daya alam terutama energi fosil, bukanlah kekayaan yang terus
tumbuh dan bertambah, tetapi ketersediannya sangat terbatas dan suatu saat akan habis (ESDM,2012). Kebutuhan akan energi semakin tahun semakin bertambah karena perkembangan industri yang semakin pesat (7% per tahun). Namun sampai sekarang, Sistem Penyediaan dan Pemanfaatan Energi Nasional (SISPENNAS) masih sangat tergantung pada bahan bakar fosil (95,9%), yang terdiri dari: minyak bumi (48,4%), gas bumi (28,6%) dan batubara (18,8%). Pengaruh lingkungan dan prinsip pembangunan berkelanjutan semakin mendorong pengembangan dan pemanfaatan energi alternatif dalam berbagai skala. Sebenarnya potensi energi terbarukan cukup besar dan potensi penghematan energi di setiap sektor relatif besar, berkisar antara 15%-30%. Namun masih ada kendala seperti terbatasnya insentif pengguna energi terbarukan dan teknologi hemat energi, kapasitas nasional terhadap penguasaan teknologi, rendahnya pemahaman masyarakat mengenai energi baru terbarukan dan budaya hemat energi. Untuk itu penerapan dan penyediaan energi terbarukan dan komitmen efisiensi pemanfaatan energi menjadi kunci utama dalam mencapai green energy. (ESDM,2010). Indonesia adalah negara yang dikaruniai potensi sumber energi yang sangat luar biasa. Dari sekian banyak potensi sumber energi terbarukan yang ada di Indonesia, salah satu yang cukup signifikan perkembangannya adalah energi biomassa. Dilihat dari Tabel 1.1 , biomassa di Indonesia memiliki potensi energi yang sangat besar, namun pada kenyataannya belum optimal dalam penerapannya. Hal ini disebabkan oleh ketersediannya yang tidak kontinu karena tergantung musim, ketidakekonomisan jika dilihat dari biaya transportasi pengangkutan biomassa karena energy density biomassa yang rendah, serta kandungan air pada biomassa yang bisa mencapai 40% dari berat totalnya. Oleh karena itu bahan bakar biomassa bisa dimanfaakan sebagai bahan bakar tambahan. Co-firing bahan bakar menjadi salah satu cara optimalisasi biomassa.
1
Tabel 1.1
Potensi energi nasional 2010 (KESDM,2010) Cadangan dan Potensi Energi (ESDM,2010)
Nitrogen oksida (NOx) menjadi salah satu polutan dengan jumlah besar yang dihasilkan oleh boiler. Emisi NOx dapat menyebabkan hujan asam, pembentukan ozon, gangguan penglihatan, serta gangguan kesehatan pada manusia. Atas dasar tersebut, pengendalian emisi NOx sangat diatur oleh regulasi pemerintah di berbagai negara. Di Indonesia sendiri, emisi gas buang dari boiler diatur batasannya oleh Peraturan Menteri Lingkungan Hidup. Penyusun utama polutan NOx adalah nitrogen oksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2). Proses pembakaran semua jenis bahan bakar fosil akan menghasilkan NOx sesuai dengan temperatur kerjanya serta ketersediaan oksigen dan nitrogen pada bahan bakar dan udara. Emisi NOx yang dihasilkan oleh boiler tersusun atas 90-95% NO dan sisanya adalah NO2. Namun setelah kombinasi NOx tersebut keluar dari cerobong asap boiler, NO akan teroksidasi lebih lanjut menjadi NO2. NO2 inilah yang biasanya tampak sebagai asap yang keluar dari cerobong asap boiler tersebut (Onny, 2014). Fluidized bed combustion adalah salah satu teknologi pembakaran yang sangat cocok digunakan untuk pembakaran bahan bakar padat. Keunggulan utama dari fluidized bed combustion ialah mampu mengurangi emisi NOx dikarenakan temperatur pembakaran yang rendah, 800oC - 900oC (Oregon Department of 2
Energy, 2004). Selain itu, penggunaan fluidized bed combustor memiliki beberapa kelebihan unik yang membuatnya lebih menarik dibandingkan teknologi pembakaran bahan bakar padat lainnya (Simeon, 2004). Teknologi fluidized bed banyak digunakan untuk co-firing batubara dan biomassa baik dalam Bubbling Fluidized Bed (BFB) Boiler maupun Circulating Fluidized Bed (CFB) Boiler. Penggunaan Bubbling Fluidized Bed (BFB) Boiler mungkin merupakan pengaplikasian terbesar dari fluidized bed combustion dengan lebih dari 10.000 BFB boiler yang digunakan di seluruh belahan dunia menggantikan sistem boiler tradisional, Stoker (Basu,2006). Penelitian mengenai fluidized bed combustor ini melanjutkan penelitian sebelumnya, dimana hanya dilakukan single-firing batubara saja dan melengkapi penelitian tentang singe-firing biomassa dan co-firing antara biomassa dan biomassa menggunakan conical fluidized bed combustor. Penggunaan metode cofiring batubara dan biomassa tentu akan memberikan hasil dan dampak yang berbeda terutama dari segi emisi. Untuk itu perlu dilakukan penelitian tentang cofiring batubara dan biomassa untuk menguji dan menambah referensi yang sudah ada.
1.2
Rumusan Masalah Penelitan ini merupakan penelitian lanjutan dari penelitian sebelumnya
yang dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada yang meneliti karakteristik single-firing batubara dalam fluidized bed combustor. Proyek fluidized bed combustor ini dikerjakan oleh tim yang terdiri dari satu orang dosen dan tiga orang mahasiswa. Karena ini merupakan penelitian lanjutan, maka untuk desain, prosedur penyalaan, kondisi penyalaan dari fluidized bed combustor menggunakan desain, prosedur, dan kondisi penyalaan dari penelitian sebelumnya dengan penambahan screw feeder untuk memasukkan biomassa, serta beberapa modifikasi untuk memudahkan dalam pengambilan data. Manufaktur dan perakitan akan dilakukan bersama dengan tim fluidized bed combustor. Penelitian fluidized bed combustor ini menggunakan bahan bakar batubara dan sekam padi sebagai biomassanya.
3
Penelitian ini akan mempelajari tentang karakteristik pembakaran co-firing batubara dan biomassa dalam BFBC untuk melengkapi penelitian-penelitian sebelumnya mengenai pembakaran biomassa dengan conical fluidized bed combustor, dimana karakteristik pembakaran dipengaruhi banyak faktor antara lain excess air, jenis bahan bakar, komposisi bahan bakar, laju bahan bakar, material bed, tinggi bed, dan lain–lain, namun penelitian akan difokuskan untuk mengetahui tentang pengaruh komposisi bahan bakar terhadap karakteristik pembakaran dengan cara memvariasikan laju massa udara dan variasi komposisi bahan bakar (batubara dan sekam padi) dengan laju kalor input tetap.
1.3
Batasan Masalah Penelitian ini akan meneliti karakteristik pembakaran dalam fluidized bed
combustor. Beberapa batasan masalah dalam penelitian ini adalah: a. Bahan bakar yang dipakai adalah batubara jenis subbutiminous A dari Kalimantan Selatan dan sekam padi dengan kondisi as-received dari daerah Bantul, Yogyakarta. b. Laju kalor input dari variasi komposisi bahan bakar dibuat sama. c. Material bed yang digunakan adalah pasir kuarsa. d. Karakteristik pembakaran hanya dilihat dari distribusi temperatur radial, profil temperatur aksial, dan karakteristik emisi CO dan NO.
1.4
Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh komposisi
bahan bakar terhadap distribusi temperatur radial, profil temperatur aksial dan karakteristik emisi CO dan NO dengan memvariasikan laju massa udara dan komposisi laju massa bahan bakar (batubara dan sekam padi) dengan laju kalor input tetap.
4
1.5
Manfaat Hasil penelitian lanjutan mengenai fluidized bed combustor dengan
menggunakan sekam padi sebagai biomassa ini diharapkan menjadi salah satu dasar untuk penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh komposi bahan bakar dalam co–firing batubara dan biomassa dengan menggunakan fludized bed combustor. Sehingga selanjutnya, co-firing batubara dan biomassa dalam fluidized bed combustor menjadi salah satu bentuk optimalisasi pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi yang dapat diterapkan untuk industri skala kecil sampai menengah.
5
