BAB I
BIOMASS POWERPLANT
I. Abstrak
Pada saat sekarang ini kebutuhan akan energi sangat besar
terutama dalam pembangkit daya, dan kebutuhan akan pembangkit
listrik dari sumber energi yang murah dan dapat diperbaharui
semakin meningkat. Oleh karena itu saat ini mulai banyak
dikembangkan unit pembangkit listrik tenaga uap air dengan
mengguanakan bahan bakar berupa biomassa sebagai energi alternative
pengganti bahan bakar fosil yang semakin menipis jumlahnya dalam
perut bumi.Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui
proses fotosintetik, baik berupa produk maupun buangan. Contoh
biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah
pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran ternak. Selain digunakan
untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan ternak, miyak
nabati, bahan bangunan dan sebagainya, biomassa juga digunakan
sebagai sumber energi (bahan bakar). Umumnya yang digunakan sebagai
bahan bakar adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau
merupakan limbah setelah diambil produk primernya, secara tidak
langsung dapat kita artikan sebagai bahan bakar yang berasal dari
sampah atau limbah rumah tangga, pertanian, maupun industri.Sumber
energi biomassa mempunyai beberapa kelebihan antara lain merupakan
sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable) sehingga dapat
menyediakan sumber energi secara berkesinambungan (suistainable).
Di Indonesia, biomassa merupakan sumber daya alam yang sangat
penting dengan berbagai produk primer sebagai serat, kayu, minyak,
bahan pangan dan lain-lain yang selain digunakan untuk memenuhi
kebutuhan domestik juga diekspor dan menjadi tulang punggung
penghasil devisa negara.
II. PendahuluanSaat ini banyak Negara yang mulai mencari sumber
energi baru yang dapat menggantikan keberadaan bahan bakar fosil
yang notabenene tidak dapat diperbaharui. Dengan perkembangan yang
sangat pesat, banyak masalah yang dihadapi dan harus diselesaikan
untuk memenuhi energi listrik yang digunakan masyarakat dan
industri. Selain daripada itu, perubahan-perubahan terjadi pula
dalam bidang penyediaan tenaga listrik, antara lain dalam bidang
teknologi pembangkitan, yang memberikan dampak yang besar pada
pengelolaan perusahaan listrik. Dalam uraian ini diusahakan untuk
mengemukakan konversi bahan bakar yang digunakan sebagai pembangkit
dari nahan bakar fosil menjadi bahan bakar alternative berupa
biomassa.Bahan bakar Biomassa digunakan untuk menghasilkan proses
uap air, uap air untuk menghasilkan listrik, uap air untuk
cogeneration dan juga dalam pengkombinasian panas dan aplikasi
daya. Bahan bakar Biomassa dapat dico-fired dengan bahan bakar
padat lain. Beberapa kegunaan [yang] dengan sukses co-fire kayu di
(dalam) berbagai jenis ketel uap coal-fired untuk menghasilkan uap
air.
III. Pembangkit Daya Tenaga UapA. UmumPada PLTU, energi sebagai
suatu panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar, energi
berupa panas tersebut digunakan untuk memanaskan boiler yang
menghasilkan uap dengan tekanan dan temperature tinggi. Enegi
berupa panas dikonversikan menjadi energi mekanikal yang
menggerakkan atau memutar sebuah generator, perubahan energi panas
menjadi energi mekanikal dan energi listrik ini melalui suatu
siklus konversi energi yang sangat bergantung pada jumlah panas,
pola suhu dan suhu lingkungan atau suhu penerima panas yang
tersedia. Suatu siklus panas menerima sejumlah energi panas pada
suatu suhu tertentu, dan merubah sebagian energi panas itu menjadi
kerja, membuang atau meneruskan selebihnya kepada lingkunganatau
penerima panas itu sebagai energi kerugian kepada suhu yang lebih
rendah atau kondensor.Pada sebuah PLTU. Agar efisiensi menjadi
setinggi mungkin, maka perbandingan T1/T2 harus sekecil mungkin.
Meningkatkan efisiensi akan sangat sulit karena suhu lingkungan
adalah fakta, sedang menaikkan suhu uap akan terbentur dengan daya
than materialnya. Dalam siklus energi maka sangat penting
diperhatikan faktor jenis sumber energi yang dipakai untuk proses
pembakaran.
B. Siklus PLTU
Pertama-tama air demin ini berada di sebuah tempat bernama
Hotwell. Dari Hotwell, air mengalir menuju Condensate Pump untuk
kemudian dipompakan menuju dearator. Di dearator air akan mengalami
proses pelepasan ion-ion mineral yang masih tersisa di air dan
tidak diperlukan seperti Oksigen dan lainnya. Agar proses pelepasan
ini berlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhu yang
disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan menuju Dearator,
air mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang
disebut LP (Low Pressure) Heater. Dari dearator, air turun kembali
ke Ground Floor. Sesampainya di Ground Floor, air langsung
dipompakan oleh Boiler Feed Pump / BFP (Pompa air pengisi) menuju
Boiler atau tempat memasak air. Bisa dibayangkan Boiler ini seperti
panic bertekanan, tetapi panci tersebut berukuran raksasa. Air yang
dipompakan ini adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat
agar uap yang dihasilkan juga bertekanan tinggi. Karena itulah
konstruksi PLTU membuat dearator berada di lantai atas dan BFP
berada di lantai dasar. Karena dengan meluncurnya air dari
ketinggian membuat air menjadi bertekanan tinggi. Sebelum masuk
boiler air mengalami beberapa proses pemanasan di HP (High
Pressure) Heater. Setelah itu barulah air masuk boiler yang
letaknya berada di lantai atas. Sampai disini air sudah masuk
boiler. Penjelasan siklus air berhenti untuk sementara. Di Boiler
inilah seperti yang dikatan tadi, terjadi proses memasak air agar
menjadi uap. Untuk memasak air diperlukan api. Dan untuk membuat
api diperlukan udara, panas dan bahan bakar. Bahan bakar dipompakan
kedalam boiler melalui Fuel oil Pump. Bahan bakar PLTU
bermacam-macam. Ada yang menggunakan minyak, minyak dan gas atau
istilahnya dual firing dan batubara. Sedangkan udara di produksi
oleh Force Draft Fan (FD Fan). FD Fan mengambil udara luar untuk
membantu proses pembakaran di boiler. Dalam perjalananya menuju
boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh air heater (pemanas
udara) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler. Sekarang
kembali ke siklus air. Setelah terjadi pembakaran, air mulai
berubah wujud menjadi uap. Namun uap hasil pembakaran ini belum
layak untuk memutar turbin, karena masih berupa uap jenuh atau uap
yang masih mengandung kadar air. Kadar air ini berbahaya bagi
turbin, karena dengan putaran hingga 3000 rpm, setitik air sanggup
untuk membuat sudu-sudu turbin menjadi terkikis. Untuk
menghilangkan kadar air itu, uap jenuh tersebut di keringkan di
super heater sehingga uap yang dihasilkan menjadi uap kering. Uap
kering ini yang digunakan untuk memutar turbin. Turbin berputar,
dengan demikian otomastis generator yang dikopel dengan turbin akan
berputar, karena berada pada satu poros. Generator inilah yang
menghasilkan energi listrik. Pada generator terdapat medan magnet
raksasa. Perputaran generator menghasilkan beda potensial pada
magnet tersebut. Beda potensial inilah yang menjadi energi listrik.
Energi listrik itu dikirimkan ke transformator step up untuk
dinaikkan tegangannya dan kemudian disalurkan melalui saluran
transmisi Jaringan listrik. Uap kering yang digunakan untuk memutar
turbin akan turun kembali ke lantai dasar. Uap tersebut mengalami
proses kondensasi didalam kondensor sehingga pada akhirnya berubah
wujud kembali menjadi air dan masuk kedalam hotwellC. BoilerSuatu
ketel uap atau steam generator adalah suatu alat yang digunakan
untuk menciptakan uap air dengan menyalurkan energi panas ke air.
Generator uap lama biasanya digolongkan dalam ketel uap yang
bekerja dengan baik pada tekanan rendah hingga tekanan menengah (
1-300 psi), tetapi pada tekanan di atas itu lebih umum dikatakan
sebagai steam generator.Generator uap atau ketel uap adalah suatu
komponen dari mesin uap ketika digunakan sebagai suatu penggerak.
Ketal digunalam sebagai bagian yang terpisah, berbagai jenis
generator dapat dikombinasikan dengan berbagai unit mesin/motor.
Suatu ketel uap dilengkapi dengan suatu tungku perapian atau tungku
dalam pembakaran bahan bakar dan menghasilkan panas, panas pada
awalnya ditransfer ke air untuk membuat uap air, uap jenuh hasil
ini pada temperature cukup tinggi. Temperature furnace yang paling
tinggi, akan menghasilkan uap air yang lebih cepat. Uap jenuh
begitu diproduksi dapat dimanfaatkan secara langsung untuk
menghasilkan daya atau diteruskan ke superheated untuk mendapatkan
temperature yang lebih tinggi.
1. Jenis- jenis BoilerBoiler memiliki berberapa macam jenis, ini
didasarkan atas penggunaannya, bentuk, dan fungsinya, antara
lain:1. Haycock and wagon top boilers2. Multi-tube boilers3.
Firetube boiler4. Solid fuel firing5. Superheater6. Water tube
boiler7. Supercritical steam generator
IV. Proses Pembuatan dan Penggunaan BiomassaA. Proses Pembuatan
BiomassaAgar biomassa bisa digunakan sebagai bahan bakar maka
diperlukan teknologi untuk mengkonversinya. Terdapat beberapa
teknologi untuk konversi biomassa, Teknologi konversi biomassa
tentu saja membutuhkan perbedaan pada alat yang digunakan untuk
mengkonversi biomassa dan menghasilkan perbedaan bahan bakar yang
dihasilkan.Secara umum teknologi konversi biomassa menjadi bahan
bakar dapat dibedakan menjadi tiga yaitu pembakaran langsung,
konversi termokimiawi dan konversi biokimiawi. Pembakaran langsung
merupakan teknologi yang paling sederhana karena pada umumnya
biomassa telah dapat langsung dibakar. Beberapa biomassa perlu
dikeringkan terlebih dahulu dan didensifikasi untuk kepraktisan
dalam penggunaan. Konversi termokimiawi merupakan teknologi yang
memerlukan perlakuan termal untuk memicu terjadinya reaksi kimia
dalam menghasilkan bahan bakar. Sedangkan konversi biokimiawi
merupakan teknologi konversi yang menggunakan bantuan mikroba dalam
menghasilkan bahan bakar.
1. Biobriket:Briket adalah salah satu cara yang digunakan untuk
mengkonversi sumber energi biomassa ke bentuk biomassa lain dengan
cara dimampatkan sehingga bentuknya menjadi lebih teratur. Briket
yang terkenal adalah briket batubara namun tidak hanya batubara
saja yang bisa di bikin briket. Biomassa lain seperti sekam, arang
sekam, serbuk gergaji, serbuk kayu, dan limbah-limbah biomassa yang
lainnya. Pembuatan briket tidak terlalu sulit, alat yang digunakan
juga tidak terlalu rumit. Di IPB terdapat banyak jenis-jenis mesin
pengempa briket mulai dari yang manual, semi mekanis, dan yang
memakai mesin.
2. GasifikasiSecara sederhana, gasifikasi biomassa dapat
didefinisikan sebagai proses konversi bahan selulosa dalam suatu
reaktor gasifikasi (gasifier) menjadi bahan bakar. Gas tersebut
dipergunakan sebagai bahan bakar motor untuk menggerakan generator
pembangkit listrik. Gasifikasi merupakan salah satu alternatif
dalam rangka program penghematan dan diversifikasi energi. Selain
itu gasifikasi akan membantu mengatasi masalah penanganan dan
pemanfaatan limbah pertanian, perkebunan dan kehutanan. Ada tiga
bagian utama perangkat gasifikasi, yaitu : (a) unit pengkonversi
bahan baku (umpan) menjadi gas, disebut reaktor gasifikasi atau
gasifier, (b) unit pemurnian gas, (c) unit pemanfaatan gas.
3. PirolisaPirolisa adalah penguraian biomassa (lysis) karena
panas (pyro) pada suhu yang lebih dari 150oC. Pada proses pirolisa
terdapat beberapa tingkatan proses, yaitu pirolisa primer dan
pirolisa sekunder. Pirolisa primer adalah pirolisa yang terjadi
pada bahan baku (umpan), sedangkan pirolisa sekunder adalah
pirolisa yang terjadi atas partikel dan gas/uap hasil pirolisa
primer. Penting diingat bahwa pirolisa adalah penguraian karena
panas, sehingga keberadaan O2 dihindari pada proses tersebut karena
akan memicu reaksi pembakaran.
4. LiquificationLiquification merupakan proses perubahan wujud
dari gas ke cairan dengan proses kondensasi, biasanya melalui
pendinginan, atau perubahan dari padat ke cairan dengan peleburan,
bisa juga dengan pemanasan atau penggilingan dan pencampuran dengan
cairan lain untuk memutuskan ikatan. Pada bidang energi
liquification tejadi pada batubara dan gas biomassa menjadi bentuk
cairan untuk menghemat transportasi dan memudahkan dalam
pemanfaatan.Biomassa dalam bentuk cair dapat digunakan seprti pada
bahan bakar fosil cair yang dimana digunakan langsung untuk
pembakaran dengan injeksi.
5. BiokimiaPemanfaatan energi biomassa yang lain adalah dengan
cara proses biokimia. Contoh proses yang termasuk ke dalam proses
biokimia adalah hidrolisis, fermentasi dan an-aerobic digestion.
An-aerobic digestion adalah penguraian bahan organik atau selulosa
menjadi CH4 dan gas lain melalui proses biokimia. Adapun tahapan
proses anaerobik digestion adalah diperlihatkan pada Gambar . hasil
dari proses ini biasa disebut dengan biogas yang sering dipakai
dalam banyak biomassa powerplant Yng dibangun karena lebih simple
dan fleksible dalam penerapan dan pemanfaatannya.
Selain anaerobic digestion, proses pembuatan etanol dari
biomassa tergolong dalam konversi biokimiawi. Biomassa yang kaya
dengan karbohidrat atau glukosa dapat difermentasi sehingga terurai
menjadi etanol dan CO2. Akan tetapi, karbohidrat harus mengalami
penguraian (hidrolisa) terlebih dahulu menjadi glukosa. Etanol
hasil fermentasi pada umumnya mempunyai kadar air yang tinggi dan
tidak sesuai untuk pemanfaatannya sebagai bahan bakar pengganti
bensin. Etanol ini harus didistilasi sedemikian rupa mencapai kadar
etanol di atas 99.5%. etanol sering berasal dari tumbuhan yang
ditanam untuk dimanfaatkan menjadi etanol, dengan kata lain bukan
dari sisa produksi atau limbah contohnya jagung, gandum, jarak,
dll.
B.Penggunaan Biomassa Untuk Bahan Bakar Pada PowerplantBiomass
Powerplant mengacu pada steam power plant yang dimana bahan
bakarnya berasal dari Biomass product, contohnya briket serbuk
gergaji, bahan bakar cair hasil liquifikasi limbah padat, biogas
serta etanol. Briket batu bara sering digunakan untuk menggantikan
bahan bakar batu bara dimana flue gas yang dihasilkan oleh briket
serbuk kayu memiliki kandungan polus yang lebih rendah serta harga
yang lebih terjangkau. Biogas sendiri dapat digunakan pada
powerplant yang menggunakan gas turbine sebagai penggerak
generator, biogas digunakan sebagai campuran gas alam bahkan
digunakan sluruhnya untuk bahan bakar gas turbine. Prinsip
pembakaran bahan bakar menggunakan biomass hampir sama dengan
pembakaran bahan bakar pada bahan bakar fosil. Prinsip pembakaran
bahan bakar sejatinya adalah reaksi kimia bahan bakar dengan
oksigen (O). Kebanyakan bahan bakar mengandung unsur Karbon (C),
Hidrogen (H) dan Belerang (S). Akan tetapi yang memiliki kontribusi
yang penting terhadap energi yang dilepaskan adalah C dan H.
Masing-masing bahan bakar mempunyai kandungan unsur C dan H yang
berbeda-beda. Proses pembakaran terdiri dari dua jenis yaitu
pembakaran lengkap (complete combustion) dan pembakaran tidak
lengkap (incomplete combustion). Pembakaran sempurna terjadi
apabila seluruh unsur C yang bereaksi dengan oksigen hanya akan
menghasilkan CO2, seluruh unsur H menghasilkan H2O dan seluruh S
menghasilkan SO2. Sedangkan pembakaran tak sempurna terjadi apabila
seluruh unsur C yang dikandung dalam bahan bakar bereaksi dengan
oksigen dan gas yang dihasilkan tidak seluruhnya CO2. Keberadaan CO
pada hasil pembakaran menunjukkan bahwa pembakaran berlangsung
secara tidak lengkap.Jumlah energi yang dilepaskan pada proses
pembakaran dinyatakan sebagai entalpi pembakaran yang merupakan
beda entalpi antara produk dan reaktan dari proses pembakaran
sempurna. Entalpi pembakaran ini dapat dinyatakan sebagai Higher
Heating Value (HHV) atau Lower Heating Value (LHV). HHV diperoleh
ketika seluruh air hasil pembakaran dalam wujud cair sedangkan LHV
diperoleh ketika seluruh air hasil pembakaran dalam bentuk uap.
Pada umumnya pembakaran tidak menggunakan oksigen murni melainkan
memanfaatkan oksigen yang ada di udara. Jumlah udara minimum yang
diperlukan untuk menghasilkan pembakaran lengkap disebut sebagai
jumlah udara teoritis (atau stoikiometrik). Akan tetapi pada
kenyataannya untuk pembakaran lengkap udara yang dibutuhkan
melebihi jumlah udara teoritis. Kelebihan udara dari jumlah udara
teoritis disebut sebagai excess air yang umumnya dinyatakan dalam
persen. Parameter yang sering digunakan untuk mengkuantifikasi
jumlah udara dan bahan bakar pada proses pembakaran tertentu adalah
rasio udara-bahan bakar. Apabila pembakaran lengkap terjadi ketika
jumlah udara sama dengan jumlah udara teoritis maka pembakaran
disebut sebagai pembakaran sempurna.
PenutupDengan Melihat system serta konstruksi pembuatan biomassa
saat ini, penggunaan Biomasa sebagai bahan bakar pembangkitan
energi listrik akan meningkat dengan pesat di mana-mana. Karena
system yang ditawarkan tidak jauh berbeda dengan system pada bahan
bakar fosil oleh karena itu pemanfaatan minyak dan batu baraakan
banyak menurun. Minat akan energi terbarukan akan meningkat juga,
sekalipun secara relatif memiliki peran yang masih kecil. Sedangkan
permintaan akan energi nuklir secara global tidak akan seberapa
meningkat.Efisiensi pembangkitan tenaga listrik akan meningkat,
bukan saja karena teknologi pembangkitannya menjadi lebih baik,
akan tetapi juga karena pengusahaan tenaga listrik makin lama makin
banyak mempergunakan terbarukan. Dan juga dengan menggunakan
biomassa sebagai bahan bakar akan mengurangi polusi pada udara.
Layanan pelanggan juga akan meningkat disebabkan faktor ekonomis
dan ramah lingkungan. Dan juga perlu disebut masalah lingkungan
akan menjadi lebih kecil karena perkembangan teknologi yang lebih
bersahabat lingkungan.
7
