12/3/2009
Kajian Tekno Ekonomi Pabrik Konversi Biomassa menjadi Bahan Bakar Fischer-Tropsch melalui Proses Gasifikasi TK 5091 Metodologi dan Usulan Penelitian Fitria Yulistiani 230 08 004
Prof. Dr. Herri Susanto Dr. Tri Partono Adhi
12/3/2009
1
Latar Belakang
Ketersediaan bahan bakar fosil menipis Penggunaan bahan bakar fosil menyebabkan polusi udara dan emisi CO2 Kebijakan Pemerintah Indonesia
2
Sumber: ESDM, 2007
12/3/2009
1
12/3/2009
Latar Belakang
Mengapa biomassa?
Produksi Jenis limbah Potensi Bahan limbah Potensi listrik biomassa yang bakar cair biomassa (kWh) dihasilkan (L/tahun) (ton/tahun) 1
Tandan kosong kelapa sawit
3,979,691
497,461,375
1,326,563,667
2
Tongkol jagung 4,001,724
500,215,500
1,333,908,000
3
Sekam Padi
21,114,074
Gasifikasi
2,639,259,250 7,038,024,667
4-8 kg biomassa 1 L bahan bakar cair 1,2–3 kg biomassa 1 kWh listrik 12/3/2009
3
Latar Belakang
Mengapa biomassa?
Emisi CO2 dan penggunaan bahan bakar fosil berkurang
4
12/3/2009
2
12/3/2009
Latar Belakang Mengapa Fischer Tropsch? Menghasilkan ultra clean diesel (green diesel) Emisi CO2 kecil Efisiensi proses konversi biomassa menjadi FT Fuel = 58,1% Efisiensi proses konversi biomassa menjadi Etanol = 35%
Bahan Bakar
Bahan Baku
Diesel Biodiesel FT Diesel Etanol Etanol
Minyak Bumi Minyak Canola Kayu Gandum Kayu
Kemampuan CO2 yang Konversi penyimpanan dihasilkan dan Pembakaran * CO2 dalam dalam * * * Distribusi bahan baku pemrosesan
0 -64 -162 -138 -135
13 14 7 3 3
6 7 113 89 95
67 92 59 81 81
Emisi CO2 ke lingkungan
86 49 17 35 44
Sumber: Bary Judd, 2003 *) CO2 dalam g/MJ 12/3/2009
5
Deskripsi Proses
6
12/3/2009
3
12/3/2009
Rumusan Masalah
Ketersediaan nasional besar namun terkumpul dalam jumlah relatif kecil
Biaya sistem BGFT mahal Bagaimana konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan pada biomassa di Indonesia? Bagaimana kelayakan teknoekonomi proses BGFT di Indonesia untuk saat ini dan jangka panjang? Kajian ekonomi produksi FT diesel menggunakan biomassa yang tersedia dan kemampuan pengumpulan biomassa tersebut di lokasi tertentu 7
Produksi biomassa Lokasi tongkol jagung (ton/tahun) Nasional 4 juta Jawa Barat 124 ribu Kab Cianjur 9871 Kab Purwakarta 4389 Sumber: Distamben Jabar, 2008
Biomassa menjadi: FT Fuel H2 Metanol Kapasitas 150 150 juta 150 juta (galon/tahun) juta Investasi 6.23 4.28 4.78 ($/galon) Investasi 934.5 642 717 (juta $) Sumber: Brown, 2008
12/3/2009
Tujuan Penelitian Mencari konfigurasi sistem BGFT yang cocok untuk diterapkan di Indonesia. Menentukan kapasitas sistem BGFT yang cocok dengan ketersediaan biomassa di Indonesia. Mengkaji kelayakan teknoekonomi proses BGFT di Indonesia untuk saat ini dan jangka panjang. Mengidentifikasi permasalahan pengembangan dan komersialisasi teknologi BGFT.
8
12/3/2009
4
12/3/2009
Ruang Lingkup Penelitian
Kajian pustaka mengenai ketersediaan teknologi proses yang terkait dengan BGFT; a. Teknologi gasifikasi biomassa b. Teknologi pembersihan dan pengkondisian gas hasil gasifikasi biomassa c. Teknologi sintesis Fischer Tropsch d. Teknologi Hydrocracking
Studi ketersediaan bahan baku sistem BGFT
Pemilihan lokasi dan pemilihan konfigurasi proses BGFT
Penyusunan rancangan pabrik sistem BGFT sesuai hasil studi ketersediaan
Kajian ekonomi penerapan sistem BGFT
Analisis kemungkinan penerapan sistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitas yang sama
12/3/2009
9
Biomassa Hasil Pertanian No Komoditas
Biomassa
Produksi (juta ton)
Luas lahan (juta ha)
Jenis
Produksi (ton/tahun)
1
Kelapa sawit
18
7
Tandan kosong kelapa sawit
4
2
Jagung
16,3
4
Tongkol jagung
4
3
Padi
60,3
12,3
Sekam Padi
21,1
Sumber: Departemen Pertanian, 2008
10
Lokasi dengan produksi terbesar
Riau, Sumut, Sumsel Jatim, Jateng, Lampung Jatim, Jabar, Jateng 12/3/2009
5
12/3/2009
Gasifikasi Gasifikasi: Reaksi konversi termal endotermik bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas. Contoh Komposisi produk Gas Komp.
Perc. 1
Perc. 2
CO2
18,5%
13,8%
H2
8,9%
14,6%
N2
53%
48,1%
CH4
3,3%
1,6%
CO
16,4%
21,9%
Total
100%
100%
NHV, kJ/Nm3
4201
4910
12/3/2009
11
Pengaruh Jenis Agen Gasifikasi terhadap Komposisi Gas Sintesis Semakin kering umpan biomassa, efisiensi proses meningkat namun kandungan hidrogen dalam produk gas sintesis akan berkurang. Faaij dkk.[1998]: Kadar air optimum = 10-15%.
Agen Gasifikasi
Udara
O2
H2O
H2
15%
40%
40%
CO
20%
40%
25%
CH4
2%
-
8%
CO2
15%
20%
25%
N2
48%
-
2%
H2/CO
0.75
1
1.6
Sumber: ZSW, 2005
Penggunaan O2 (+) Gas bersih bebas N2 (-) Air Separation Unit Mahal 12
12/3/2009
6
12/3/2009
Penyediaan Panas dan Konfigurasi Reaktor Autotermal : panas diperoleh dari pembakaran biomassa secara parsial Allotermal : panas diperoleh dari sumber lain di luar gasifier melalui heat exchanger
12/3/2009
13
Kondisi Operasi Gasifikasi Pengaruh tekanan tinggi dalam gasifikasi: + Ukuran reaktor lebih kecil + Ukuran unit-unit proses selanjutnya lebih kecil + Tidak dibutuhkan kompresi tambahan untuk proses berikutnya
-
Pada tekanan tinggi, unit gasifier lebih mahal
14
Sumber: Ciferno dan Marano, 2002
12/3/2009
7
12/3/2009
Pembersihan Gas Sintesis
Gas sintesis hasil gasifikasi mengandung berbagai kontaminan: partikulat, tar yang mudah terkondensasi, senyawa alkali, H2S, HCl, NH3, dan HCN. Kontaminan-kontaminan tersebut dapat meracuni katalis Diperlukan proses pembersihan yang lebih mendalam
12/3/2009
15
Pengkondisian Gas Sintesis Gasifier
Sistem Pembersihan Gas
Sistem Pengkondisian Gas
FT Reactor
Shift Reaction: Meningkatkan rasio H2/CO untuk reaksi dalam sintesis FT H2 adsorption (PSA): Mengambil H2 yang dihasilkan dari shift reaction untuk digunakan dalam hydrocracking CO2 Removal: Menghilangkan CO2 Selexol dan Rectisol: Menghilangkan gas asam (H2S, CO2) 16
12/3/2009
8
12/3/2009
Sintesis Fischer Tropsch
Dikeluarkan pada tahun 1923 oleh Franz Fischer dan Hans Tropsch 1940an: argumen strategi ekonomi proses FT (Jerman dan Afrika Selatan) 1970an: berkembang sebagai respon berkurangnya cadangan minyak dan boykot minyak Saat ini: kajian lingkungan, pengembangan teknologi, pergeseran penggunaan sumber energi, dll. Pembentukan rantai karbon dari CO dan H2 Katalis : Besi (Fe) dan Cobalt (Co) H2
Gas Sintesis Bersih
Umpan FT Shift + PSA
CO, H2, H2O
Sintesis Fischer Tropsch
Hydrocracking
FT Diesel
FT Fuel
225-365 oC, 5-40 bar CO + 2 H2 -CH2- + H2O CO + H2O ↔ CO2 + H2
400-1000 oC, 20-70 bar C20H42 + H2 2C10H22 C25H52 + H2 C10H22 + C15H32 C48H98 + 3H2 3C10H22 + C18H38 12/3/2009
17
Reaksi Fischer Tropsch
CO + 2 H2 -CH2- + H2O
DH0FT = -165 kJ/mol
wn = nan-1(1-a)2
• •
katalis Fe: a = 0,67 s.d. 0,71 katalis Co: a = 0,76 s.d. 0.83.
18
12/3/2009
9
12/3/2009
Reaktor Fischer Tropsch Konstruksi Perpindahan Panas Katalis
Unggun Tetap Multi Kolom Gelembung Slurry tubular Sederhana, namun scale up Sederhana mahal karena banyak tube Profil temperatur tidak Perpindahan panas sangat baik merata, konversi rendah akibat kondisi isotermal Sulit diganti karena struktur Mudah diganti tube
12/3/2009
19
Hydrocracking
Apabila produk akhir yang diinginkan adalah diesel, diperlukan proses hydrocracking terhadap produk FT.
Leckel dan Ehumbu (2006): Temperatur merupakan komponen yang paling berpengaruh terhadap konversi C20+, konversi dan perolehan produk diesel akan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur Temperatur (oC) Konversi C20+ 350 360 365
17 69 86
Selektivitas (%b/b) Perolehan (%b/b) C1-C4 C5-C9 C10-C19 C1-C4 C5-C9 C10-C19 2,1 9,9 88 0,3 1,6 15 1,1 22 77 0,8 15 53 2,1 25 73 1,8 21 63
Tekanan 3,5 MPa, H2/wax = 1200:1 Nm3/m3
20
12/3/2009
10
12/3/2009
Hasil Samping Sistem BGFT
Hasil samping sistem BGFT merupakan gas buang yang apabila dimanfaatkan menggunakan turbin gas dapat menghasilkan listrik
Neraca Energi (dalam %) Proses Pemanfaatan Gas Buang Sintesis FT untuk menghasilkan Listrik Sumber: Boerrigter, 2002 12/3/2009 21
Evaluasi Ekonomi Sistem BGFT
Total Investasi untuk sistem BGFT dengan umpan 72,4 ton/jam Sumber: Hamelinck, 2003 22
12/3/2009
11
12/3/2009
Metodologi penelitian
12/3/2009
23
Perkiraan Biaya Investasi Base cost: biaya peralatan dengan kapasitas tertentu Biaya peralatan: Cn R s dengan Cn = Harga alat R = Perbandingan kapasitas s = faktor skala
Indeks Biaya:
Indeks Biaya tahun 2009 x Cn Indeks Biaya tahun 2002
Jumlah harga setiap unit = Total Equipment Cost Biaya lain: instrumentasi, perpipaan, mekanik dan elektrik, dll. dinyatakan sebagai persentase dari Total Equipment Cost Total Equipment Cost + Biaya lain = Total kebutuhan investasi 24
12/3/2009
12
12/3/2009
Penentuan Kelayakan Ekonomi Cash Flow Pabrik BGFT: Pengeluaran: Biaya investasi, modal kerja, bahan baku, biaya tetap dan biaya variabel, dll. Pendapatan: Penjualan bahan bakar FT dan listrik Analisis kelayakan melalui: NPV (Net Present Value): layak secara ekonomi apabila NPV ≥ 0 IRR (Internal Rate of Return): layak secara ekonomi apabila irr ≥ bunga bank Analisis dilakukan menggunakan fitur-fitur dalam excel 12/3/2009
25
Jadwal Penelitian No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Kegiatan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Kajian Terhadap Berbagai Teknologi Proses dalam Sistem BGFT Penentuan Konfigurasi Proses Studi Ketersediaan Bahan Baku Biomassa Pemilihan Lokasi Perencanaan Aplikasi Sistem BGFT Penyusunan Rancangan Pabrik Sistem BGFT berdasarkan hasil studi ketersediaan Kajian ekonomi (analisis sensitivitas) Pertimbangan kemungkinan penerapan sistem BGFT di lokasi lain dengan kapasitas yang sama Penyusunan Laporan Seminar Perbaikan Laporan 26
12/3/2009
13
12/3/2009
TERIMA KASIH 27
12/3/2009
14
