MAKALAH TKKE

BATUBARA

Makalah TKKE 1

BATUBARAI. DEFINISI

  Batubara adalah batuan sedimen organik, yang dapat terbakar sehingga

dapat digunakan sebagai sumber energi. Batubara terbentuk dari hasil

pengawetan sisa - sisa tanaman purba dan menjadi padat setelah tertimbun oleh

lapisan di atasnya. Batubara merupakan bahan galian strategis dan salah satu

sumber energi yang mempunyai peran besar dalam pembangunan nasional.

 Secara umum batubara dapat dikenal dari kenampakan sifat fisiknya yaitu

berwarna coklat sampai hitam, berlapis, padat, mudah terbakar, kedap cahaya, non

kristalin, berkilap kusam sampai cemerlang, bersifat getas, pecahan kasar sampai

konkoidal. Unsur kimia utama pembentuk batubara adalah karbon (C), hidrogen

(H), nitrogen (N) dan sulfur (S).

Gambar 1. Contoh batubara

Pada dasarnya terdapat dua jenis material yang membentuk batubara, yaitu:

Combustible Material, yaitu bahan atau material yang dapat dibakar/

dioksidasi oleh oksigen. Material tersebut umumnya terdiri dari karbon padat

(Fixed Carbon), senyawa hidrokarbon, total Sulfur, senyawa Hidrogen, dan

beberapa senyawa lainnya dalam jumlah kecil.

Non Combustible Material, yaitu hahan atau material yang tidak dapat

dibakar/dioksidasi oleh oksigen. Material tersebut umurnnya terdiri dan

senyawa anorganik (Si02, A1203, Fe203, Ti02, Mn304, CaO, MgO, Na20, K20

dan senyawa logam lainnya dalam jumlah kecil) yang akan membentuk abu

Makalah TKKE 2

dalam batubara. Kandungan non combustible material ini umumnya tidak

diingini karena akan mengurangi nilai bakarnya. 

II. PROSES PEMBENTUKAN BATUBARA

Proses pembentukan batubara diawali oleh adanya pertumbuhan tanaman

pembentuk batubara di lingkungan rawa-rawa. Tumbuhan tersebut kemudian

mati dan terbenam di rawa. Tumbuhan baru hidup dan mati. Pada akhirnya sisa-

sisa tumbuhan yang mati membentuk suatu lapisan, yang kemudian menghilang

di bawah permukaan air. Dan terawetkan melalui proses biokimia. Ketebalan

lapisan tumbuhan tersebut tergantung dari lamanya tumbuhan hidup. Lapisan

tumbuhan yang telah mati dapat ditemukan dalam ketebalan yang bervariasi

mulai dari beberapa meter hingga lebih dari 60 meter.

Jika diakibatkan oleh adanya penurunan muka tanah (subsidence) yang

disebabkan oleh proses tektonik, hutan berakhir dibawah muka air, kehidupan

tumbuhan pun berakhir. Selanjutnya material klastik yang dibawa oleh sungai

diendapkan diatas sisa-sisa tumbuhan yang telah mati tersebut. Material klastik

tersebut dapat berupa lapisan batupasir, batulempung atau batulanau yang

kemudian menjadi tebal jika pengendapan terjadi dalam kurun waktu yang lama.

Lapisan-lapisan tersebut dikenal sebagai lapisan pembawa batubara yang

ketebalannya bisa mencapai ratusan meter. Jika penurunan tanah (subsidence)

berkurang atau adanya proses pengangkatan tanah, daratan dapat muncul

kembali diatas muka air sehingga tumbuhan dapat hidup kembali. Daurpun

berulang kembali. Dengan cara seperti ini akan terbentuk beberapa lapisan sisa-

sisa tanaman dengan kehadiran batupasir, batulanau atau batulempung

berselingan mengendap diatasnya.

Dalam proses biokimia, adanya aktifitas bakteri mengubah bahan sisa-sisa

tumbuhan menjadi gambut (peat). Gambut yang telah terbentuk lambat laun

tertimbun oleh endapan-endapan lainnya seperti batulempung, batulanau dan

batupasir. Dengan perjalanan waktu yang mungkin berpuluh juta tahun, gambut

ini akan mengalami perubahan sifat fisik dan kimia akibat pengaruh tekanan (P)

dan temperatur (T), sehingga berubah menjadi batubara. Proses perubahan dari

gambut menjadi batubara dikenal dengan nama proses pembatubaraan

(coalification). Sebagai gambaran untuk batubara dengan tebal +2m, dibutuhkan

Makalah TKKE 3

lapisan sisa-sisa tumbuhan dengan ketebalan + 60m. Pada tahap ini proses

pembentukan batubara lebih didominasi oleh proses fisika dan geokimia. Pada

proses pembatubaraan, gambut berubah menjadi batubara lignit, batubara

bituminous sampai batubara antrasit.

III. PENGELOMPOKKAN BATUBARA

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas

dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas : antrasit, bituminus,

sub-bituminus, lignit dan gambut.

Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan

(luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan

kadar air kurang dari 8%.

Gambar 2. Batubara jenis antrasit

Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10%

dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia.

Gambar 3. Batubara jenis bituminous

Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh

karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan

bituminus.

Makalah TKKE 4

Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang

mengandung air 35-75% dari beratnya

Gambar 4. Batubara jenis lignite

Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang

paling rendah

Gambar 5. Batubara jenis gambut

Standar Nasional Indonesia menetapkan jenis batubara berdasarkan nilai

kalorinya, yaitu :

Batubara Kalori Rendah : < 5100 (gambut dan lignite)

Batubara Kalori Sedang : 5100 – 6100 (batubara sub bituminous)

Batubara Kalori Tinggi : 6100 - 7100 (batubara bituminus)

Batubara Kalori Sangat Tinggi : > 7100 (batubara bituminus dan antrasit)

IV. KARAKTERISTIK BATUBARA

Karakteristik batubara, dapat dinyatakan berdasarkan sifat fisika dan sifat kimia

yang dimilikinya. Karakteristik batubara yang menunjukkan sifat fisikanya,

antara lain diwakili oleh nilai kerapatan/densitas, kekerasan, ketergerusan

(grindability), kalor jenis (specific heat), fluiditas, caking property, dan

sebagainya. Di lain pihak, sifat kimia batubara ditunjukkan dengan hasil analisis

proksimat, analisis ultimat, nilai kalori, komposisi abu, dan sebagainya. Pada

Makalah TKKE 5

analisis proksimat, biasanya dilakukan pengukuran untuk mendapatkan nilai-

nilai:

1. Kandungan air (moisture) dalam batubara.

2. Zat terbang (volatile matter) yang dilepas dalam bentuk gas saat batubara

mendapat perlakuan panas.

3. Kandungan karbon tetap (fixed carbon) dari suatu padatan dapat terbakar yang

memiliki kandungan unsur utama berupa karbon (=batubara).

4. Abu (zat oksida mineral yang terkandung dalam batubara) yang tertinggal saat

batubara dibakar.

V. PARAMETER KUALITAS BATUBARA

Untuk mencari nilai kandungan unsur-unsur utama seperti karbon, hidrogen, oksigen,

nitrogen, dan belerang, dilakukan analisis ultimat. Selain unsur-unsur tersebut,

batubara juga mengandung unsur-unsur lain seperti klor, fluor, dan lain-lain golongan

halogen, serta aneka unsur logam seperti aluminium besi, dan juga silika yang

kesemuanya terkandung di dalam abu.

Bagus tidaknya suatu batubara dapat ditinjau dari beberapa hal :

► Total Moisture

Moisture batubara ialah air yang menguap dari batubara apabila dipanaskan sampai

pada suhu 105 – 110 derajat celcius. Total Moisture ialah seluruh jumlah air yang

terdapat pada batubara dalam bentuk inherent dan adherent pada kondisi saat

batubara tersebut diambil contohnya (as sampled) atau pada pada kondisi saat

batubara tersebut diterima (as received).

      Nilai total moisture diperoleh dari hasil perhitungan niali free moisture dengan

nilai residual moisture dengan rumus.

      % TM = % FM + % RM x (1 – % FM/100)

Nilai-nilai free moisture dan residual moisture diperoleh dari hasil analisis

penetapan total moisture metode dua tahap (two state determination).

► Proximate

Analisis proksimat batubara bertujuan untuk menentukan kadar Moisture (air dalam

batubara) kadar moisture ini mencakup pula nilai free moisture serta total moisture,

ash (debu), volatile matters (zat terbang), dan fixed carbon (karbon tertambat) ).

Makalah TKKE 6

Moisture ialah kandungan air yang terdapat dalam batubara sedangkan abu (ash)

merupakan kandungan residu non-combustible yang umumnya terdiri dari

senyawa-senyawa silika oksida (SiO2), kalsium oksida (CaO), karbonat, dan

mineral-mineral lainnya Volatile matters adalah kandungan batubara yang

terbebaskan pada temperatur tinggi tanpa keberadaan oksigen. Fixed carbon ialah

kadar karbon tetap yang terdapat dalam batubara setelah volatile matters dipisahkan

dari batubara.

► Total Sulfur

Salah satu cara untuk menentukan kadar sulfur yaitu melalui pembakaran pada

suhu tinggi. Batubara dioksidasi dalam tube furnace dengan suhu mencapai

1350°C.

► Calorific Value

Salah satu parameter penentu kualitas batubara ialah nilai kalornya, yaitu seberapa

banyak energi yang dihasilkan per satuan massanya. Nilai kalor batubara diukur

menggunakan alat yang disebut bomb kalorimeter.

► HGI

adalah salah satu sifat fisik dari batubara yang menyatakan kemudahan batubara

untuk di pulverise sampai ukuran 200 mesh atau 75 micron. Nilai HGI dari

suatubatubara, ditentukan oleh organik batubara seperti jenis maceral dan lain-lain.

Secara umum semakin tinggi peringkat batubara, maka semakin rendah HGI nya.

Namun hal ini tidak terjadi pada bituminous yang memiliki sifat cooking. Dimana

untuk jenis batubara ini HGInya tinggi sekali, bahkan bisa mencapai lebih dari 100.

► Ultimate Analysis

Ultimate digunakan sebagai parameter penentu peringkat dan evaluasi-evaluasi

lainnya.

► Ash Fusion Temperature

Ash Fusion Temperature adalah titik leleh abu batubara yang dinyatakan dalam

temperature dalam berbagai kondisi pelelehan yaitu: Deformasi, Spherical,

hemispherical, dan flow.

Makalah TKKE 7

► Ash Analysis

Ash Analysis didalam batubara bersifat tidak typical dan bervariasi dari satu seam

ke seam lainnya atau didalam seam itu sendiri.

Kandungan komposisi abu tergantung pada unsur pembentuk batubara, dan juga

dipengaruhi oleh abu yang berasal dari luar seperti dilusi atau material yang

terbawa selama penambangan.

Beberapa parameter kualitas yang akan sangat mempengaruhi pemanfaatannya

terutama sebagai bahan bakar adalah :

a. Kandungan air

Kandungan air ini dapat dibedakan atas kandungan air bebas (free moisture),

kandungan air bawaan (inherent moisture) dan kandungan air total (total

moisture). Kandungan air ini akan banyak pengaruhnya pada pengangkutan,

penanganan, penggerusan maupun pada pembakarannya.

b. Kandungan abu

Selain kualitas yang akan mempengaruhi penanganannya, baik sebagai fly ash

maupun bottom ash tetapi juga komposisinya yang akan mempengaruhi

pemanfaatannya dan juga titik leleh yang dapat menimbulkan fouling pada

pipa-pipa. Dalam hal ini kandungan Na2O dalam abu akan sangat

mempengaruhi titik leleh abu. Abu ini dapat dihasilkan dari pengotor bawaan

(inherent impurities) maupun pengotor sebagai hasil penambangannya.

Komposisi abu seyogyanya diketahui dengan baik untuk kemungkinan

pemanfaatannya sebagai bahan bangunan atau keramik dan

penanggulangannya terhadap masalah lingkungan yang dapat ditimbulkannya.

c. Zat terbang (Volatile Matter)

Kandungan zat terbang sangat erat kaitannya dengan kelas batubara tersebut,

makin tinggi kandungan zat terbang makin rendah kelasnya. Pada

pembakaran batubara, maka kandungan zat terbang yang tinggi akan lebih

mempercepat pembakaran karbon padatnya dan sebaliknya zat terbang yang

rendah lebih mempersukar proses pembakaran. Nisbah kandungan carbon

tertambat terhadap kandungan zat terbang disebut fuel ratio.

Makalah TKKE 8

Fuel Ratio Berbagai Jenis Batubara :

Jenis

Batubara

Fuel

Ratio

1. Coke 92

2. Antrasit 24

3. Semi antrasit 8.6

4. Bitumen

*) Low volatile 2.8

*) Medium

volatile 1.9

*) High volatile 1.3

5. Lignit 0.9

d. Nilai Kalor (Fuel Ratio)

Harga nilai kalor merupakan penjumlahan dari harga-harga panas

pembakaran dari unsur-unsur pembentuk batubara. Harga nilai kalor yang

dapat dilaporkan adalah harga gross calorific value dan biasanya dengan besar

air dried, sedang nilai kalor yang benar-benar dimanfaatkan pada pembakaran

batubara adalah net calorific value yang dapat dihitung dengan harga panas

latent dan sensible yang dipengaruhi oleh kandungan total dari air dan abu.

e. Hardgrove Grindability Index (HGI)

Hardgrove Grindability Index merupakan petunjuk mengenai mudah sukarnya

batubara untuk digerus. Harga Hardgrove Grindability Index diperoleh dengan

rumus:

HGI = 13,6 + 6,93 W

W adalah berat dalam gram dari batubara lembut berukuran 200 mesh. Makin

tinggi harga HGI makin lunak batubara tersebut. Suatu PLTU biasanya

disiapkan untuk menggunakan kapasitas penggerusan terhadap suatu jenis

batubara dengan HGI tertentu.

f. Sifat Caking dan Coking

Makalah TKKE 9

Kedua sifat tersebut ditunjukan oleh nilai muai bebas (free swelling index) dan

harga dilatasi, yang terutama memberikan gambaran sifat fisik pelunakan

batubara pada pemanasannya.

Harga-harga yang ditunjukan oleh hasil analisis dan pengujian tersebut

diperoleh dari sejumlah sample dengan menggunakan tata cara tertentu dan

terkendali. Sedangkan pada kenyataannya pemanfaatannya sangat berbeda.

Oleh karenanya perlu dilakukan pemantauan oleh pemakai batubara terhadap

hasil pembakaran sebenarnya. Dengan demikian akan diperoleh angka-angka

yang dapat dikorelasi terhadap hasil analisis dan pengujian dari sampel

batubara.

VI. Pengujian Batubara

Calorific Calorific Value adalah nilai energi yang dapat dihasilkan dari pembakaran Value adalah nilai energi yang dapat dihasilkan dari pembakaran

batubara. Nilai kalori batubara dapat dinyatakan dalam satuan: MJ/Kg , Kcal/kg, batubara. Nilai kalori batubara dapat dinyatakan dalam satuan: MJ/Kg , Kcal/kg,

BTU/lb. Nilai kalori tersebut dapat dinyatakan dalam Gross dan Net.BTU/lb. Nilai kalori tersebut dapat dinyatakan dalam Gross dan Net.

Nilai Kalori dapat dinyatakan dalam satuan yang berbeda :Nilai Kalori dapat dinyatakan dalam satuan yang berbeda :

Calorific Value (CV)……(kcal/kg)Calorific Value (CV)……(kcal/kg)

Specific Energy (SE) ….(Mj/kg)Specific Energy (SE) ….(Mj/kg)

Higher Heating Value (HHV) = Gross CVHigher Heating Value (HHV) = Gross CV

Lower Heating Value (LHV)= Net CVLower Heating Value (LHV)= Net CV

British Thermal Unit = Btu/lbBritish Thermal Unit = Btu/lb

Sifat-sifat nilai kalori batubara :Sifat-sifat nilai kalori batubara :

Nilai Kalori batubara bergantung pada peringkat batubara. Semakin tinggi Nilai Kalori batubara bergantung pada peringkat batubara. Semakin tinggi

peringkat batubara, semakin tinggi nilai kalorinya.peringkat batubara, semakin tinggi nilai kalorinya.

Pada batubara yang sama Nilai kalori dapat dipengaruhi oleh moisture dan Pada batubara yang sama Nilai kalori dapat dipengaruhi oleh moisture dan

juga Abu. Semakin tinggi moisture atau abu, semakin kecil nilai kalorinyajuga Abu. Semakin tinggi moisture atau abu, semakin kecil nilai kalorinya

Pengujian Nilai kalori Batubara :Pengujian Nilai kalori Batubara :

Makalah TKKE 10

DAFTAR PUSTAKA

Batubara & Gambut, Ir. Sukandarrumidi, MSc. Ph.D

Makalah TKKE 11

Makalah TKKE 12