Mechanical - Electrical Engineering

Jumat, 01 November 2013

Coal Water Mixture

Coal Water Mixture
Seiring dengan pesatnya perkembangan ekonomi, pencarian terhadap suatu sistem energi yang ramah lingkungan dan efisien mengharuskan kita untuk melihat sumber energi lain selain minyak dan gas bumi. Penggunaan batubara sebagai sumber energi utama juga semakin hari semakin meningkat di beberapa negara terutama sebagai bahan bakar pada pembangkit listrik, industri semen, dan industri-industri lainnya. Sesuai dengan kebijaksanaan pemerintah tentang penganekaragaman atau diversifikasi energi, batubara merupakan alternatif energi pengganti minyak bumi dan gas untuk masa kini maupun masa-masa mendatang.

Indonesia mempunyai sumber daya batubara yang cukup besar, yaitu mencapai 105,7 milyar ton. Sebagian besar sumber daya tersebut termasuk ke dalam batubara peringkat rendah berupa lignit dan sub-bituminus. Tingginya kadar air menyebabkan rendahnya nilai kalor, sehingga pemanfaatan batubara jenis ini menjadi terbatas dan sulit untuk dipasarkan, terutama menyangkut masalah transportasi. Harga jual batubara peringkat rendah sangat murah dan tidak ekonomis untuk diekspor. Dilain pihak, pemanfaatan batubara peringkat rendah perlu untuk terus ditingkatkan sebagai upaya pemenuhan energi di dalam negeri dan sebagai sumber devisa negara. Oleh karena itu,  teknologi pemanfaatan batubara peringkat rendah perlu untuk terus dikaji dan dikembangkan agar dapat segera diterapkan pada skala komersial.

Berbagai penelitian mengenai pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar, telah banyak dilakukan oleh para peneliti baik di Indonesia maupun di luar negeri.  Penelitian-penelitian tersebut pada umumnya dilakukan dengan maksud untuk mendapatkan bahan bakar berbasis batubara yang relatif bersih seperti halnya BBM. Sebagaimana diketahui, BBM merupakan bahan bakar cair yang relatif bebas abu dan belerang serta nyaman saat digunakan. Dari beberapa teknologi pemanfaatan batubara yang berkembang di dunia saat ini, teknologi coal water mixture (CWM) merupakan suatu hal yang sangat menarik, mengingat sifat fisiknya yang berupa cairan seperti halnya BBM. CWM merupakan salah satu dari ketentuan pengolahan dan pemurnian batubara sebagaimana tertuang dalam Peraturan Pemerintah Nomor 23 Tahun 2010 tersebut di atas, di samping penggerusan batubara (coal crushing), pencucian batubara (coal washing), pencampuran batubara (coal blending), peningkatan mutu batubara (coal upgrading), pembuatan briket batubara (coal briquetting), pencairan batubara (coal liquefaction), dan gasifikasi batubara (coal gasification).

Salah satu keuntungan pemanfaatan batubara dalam bentuk CWM adalah sifat alirnya yang tergolong bersifat cairan (fluida), sama dengan sifat alir bahan bakar minyak (BBM). Sifat fisik CWM berupa suspensi dan tidak dapat dibakar secara langsung. Cara pembakaran CWM adalah dengan cara injeksi ke dalam tungku yang sebelumnya telah dipanaskan, sehingga CWM lebih cocok untuk dimanfaatkan  pada pembangkit tenaga listrik dan pembangkit tenaga uap, serta industri semen dan industri lainnya yang biasa menggunakan boiler sebagai penghasil uap dengan sedikit modifikasi (Hashimoto, 1997). Saat ini kebutuhan minyak bakar (marine fuel oil=MFO) untuk industri di Indonesia mencapai 2,45 juta kiloliter/tahun. Jika industri tersebut beralih ke CWM, maka diperoleh penghematan sebesar Rp 1,225 triliun/tahun.

Batubara peringkat rendah Indonesia jika digunakan sebagai bahan baku, akan menghasilkan CWM dengan konsentrasi batubara yang rendah, sehingga nilai kalor menjadi rendah pula. Untuk mengatasi hal tersebut, maka batubara peringkat rendah perlu mengalami proses upgrading terlebih dahulu, baik dengan proses upgraded brown coal (UBC) maupun hot water drying (HWD).

Keuntungan penggunaan batu bara dalam bentuk CWM, yaitu :

  • Sifat alirnya yang tergolong bersifat cairan (fluida) sama dengan sifat alir bahan bakar minyak (BBM).
  • Dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar cair menggantikan minyak bakar di kilang kilang minyak atau industri lainnya yang biasa menggunakan minyak bakar berat (heavy fuel oil) sebagai bahan bakar untuk pengolahan produknya.
  • Penanganan sama dengan penanganan minyak berat. Memungkinkan pengiriman/pengangkutan CWM di antara berbagai lokasi di dalam/luar instalasi/pabrik lewat pipa.
  • Dapat menggunakan boiler yang sama dengan boiler yang biasa digunakan untuk minyak berat dengan melakukan sedikit modifikasi.
  • Batubara dalam bentuk suspensi dapat ditangani secara lebih bersih hingga menunjang program bersih lingkungan dan terhidar dari kemungkinan terjadinya pembakaran spontan, peledakan dan masalah debu yang biasa ditimbulkan batubara dalam bentuk serbuk.

Sifat fisik CWM berupa suspensi dan tidak dapat dibakar secara langsung. Cara pembakaran CWM adalah dengan cara injeksi ke dalam tungku yang sebelumnya telah dipanaskan, sehingga CWM lebih cocok untuk dimanfaatkan  pada pembangkit tenaga listrik dan pembangkit tenaga uap, serta industri semen dan industri lainnya yang biasa menggunakan boiler sebagai penghasil uap dengan sedikit modifikasi. Di China, pemanfaatan batubara dalam bentuk CWM telah banyak diterapkan pada berbagai industri dengan total konsumsi mencapai 10 juta ton batubara/tahun.

Proses Pembuatan CWM  

Proses pembuatan CWM dilakukan tanpa melalui proses pemanasan dan penekanan. Hal ini berbeda dengan proses pembuatan CTL (Coal to Liquid) yang dilakukan pada temperatur dan tekanan relatif tinggi (400?C, 100 Bar), produk berupa sintetic crude oil (SCO) yang dengan proses fraksinasi dapat menghasilkan light oil, medium oil, heavy oil, LPG atau sebagai bahan baku  industri kimia. Peruntukan CWM dan CTL berbeda; CWM diperuntukkan bagi industri yang biasa menggunakan minyak bakar (heavy oil/marine fuel oil=MFO), sedangkan CTL lebih banyak dipakai pada sektor transportasi.

Teknologi pembuatan CWM sebenarnya cukup sederhana, yaitu dengan mencampurkan batubara (ukuran < 200 µm), aditif (< 0,5%) dan air dalam perbandingan tertentu. Dengan adanya pengungkungan/penjebakan batubara di dalam air, maka CWM mempunyai sifat yang sama dengan BBM (minyak berat) sehingga bisa dialirkan atau dipompa untuk transportasi maupun pembakaran. Dengan demikian CWM dapat digunakan untuk bahan bakar tanpa banyak mengubah boiler.

Sebagai bahan bakar, ada beberapa karakteristik CWM yang perlu diperhatikan, yaitu:

  1. Stabil, selama penyimpanan, pengangkutan dan pembakaran,
  2. Mempunyai konsentrasi batubara yang tinggi,
  3. Mudah dilairkan melalui pipa baik saat pengangkutan maupun saat pembakaran
  4. Mudah dibakar dengan temperatur nyala yang tinggi.

Batubara sebagai bahan baku pembuatan CWM sebaiknya batubara dengan kadar air yang relative rendah (<10%). Karena batubara dengan kadar air yang tinggi (lignit dan sub-bituminus) biasanya bersifat hidrofilik, yaitu sifat menyukai air sehingga air yang diperlukan untuk pembuatan CWM lebih besar. Dengan tingginya kadar air dalam CWM, maka viskositas CWM rendah sehingga kestabilan menurun. Selain itu, semakin tinggi kandungan batubara dalam CWM, semakin tinggi nilai kalor CWM tersebut sehingga akan semakin mudah terbakar.  Selain itu, CWM dengan kadar air yang tinggi akan memerlukan energi yang lebih besar untuk penguapannya. Saat penguapan, proses penyalaan tertunda dan dapat menurunkan suhu tungku saat pembakaran awal.  Namun, jumlah batubara dalam CWM akan mencapai suatu titik optimal karena CWM harus mempunyai sifat alir yang baik hingga dapat dialirkan melalui pipa.

Adapun CWM yang akan digunakan sebagai bahan bakar harus mempunyai sifat alir sebagai berikut:

  1. Mempunyai nilai yield stress yang tinggi hingga dihasilkan CWM dengan kestabilan yang baik, baik dalam keadaan statis maupun dinamis.
  2. Mempunyai viskositas yang tinggi saat penyimpanan, viskositas sedang pada saat pengangkutan dan viskositas rendah saat pembakaran.

Pembakaran dilakukan dengan menyemprotkan CWM menggunakan pompa ke tungku pembakaran yang telah dipanaskan terlebih dahulu (sistim injeksi). Pembakaran adalah reaksi eksotermik antara bahan bakar dengan oksigen. Komponen yang paling penting dalam proses pembakaran adalah burner, yaitu suatu alat untuk mengendalikan pencampuran udara dengan bahan bakar untuk menghasilkan nyala api yang stabil. Secara umum, proses pembakaran CWM meliputi 2 tahap, yaitu  tahap penguapan air dan tahap penyalaan.

Proses penguapan air dalam CWM ini dapat menunda proses penyalaan dan menurunkan temperatur tungku. Semakin banyak jumlah air dalam CWM, semakin banyak pula energi yang diperlukan.  Oleh karena itu, nilai kalor CWM harus dapat mencukupi energi yang diperlukan untuk proses penguapan air tersebut. Setelah proses penguapan air selesai, batubara dalam CWM mulai terbakar dan peristiwa pembakaran batubara yang terjadi sama dengan peristiwa pembakaran batubara pada pembakaran bahan bakar padat.

Hasil Penelitian
Hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa CWM dengan menggunakan batubara hasil proses upgrading, baik dengan upgraded brown coal (UBC) maupun hot water drying (HWD) mempunyai kandungan batubara tertinggi, yaitu ± 62% dibandingkan dengan lignit, sub-bituminus dan bituminus, masing-masing ± 50 %, ± 55 % dan ± 60 % dengan menggunakan jenis dan jumlah aditif yang sama, yaitu poly styren sulfonat (PSS) dan carboxy methyl cellulose (CMC) masing-masing 0,5 dan 0,01 % berat.  Ukuran partikel batubara ± 80% lolos saringan 200 mesh atau ukuran 75 µm dengan viskositas <1.000 cP.

Hasil percobaan pembakaran CWM menunjukan bahwa pada suhu diatas 600 °C, CWM dapat terbakar dan stabil pada suhu 800-900 °C dengan nyala api yang sempurna yang dapat digunakan sebagai bahan bakar boiler penghasil uap. Semakin tinggi kandungan batubara dalam CWM, semakin mudah CWM tersebut untuk dibakar dan semakin tinggi suhu yang dihasilkan.

Penggunaan dan Keekonomian CWM

CWM sebagai bahan bakar berbasis batubara dengan sifat fisik berupa cairan/fluida dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti BBM, baik di industri maupun pembangkit listrik, terutama untuk industri yang menggunakan boiler dengan bahan bakar minyak berat (heavy oil), mengingat viskositas dan sifat alir (rheologi) CWM yang hampir sama dengan minyak berat.

Biaya produksi CWM, pembiayaan untuk bahan aditif merupakan suatu hal yang penting, karena harganya yang relatif mahal. Sebagai ilustrasi, untuk menghasilkan 1 ton CWM dengan bahan aditif sekitar 0,3%, sekitar 32,3% dari total biaya produksi adalah biaya untuk bahan aditif.  Oleh karena itu penelitian pembuatan CWM perlu untuk terus dilakukan, terutama untuk mendapatkan jenis aditif produk lokal yang tentunya akan jauh lebih murah dibandingkan dengan aditif impor.

Untuk menghitung keekonomian CWM, perhitungan didasarkan kepada biaya produksinya. Sebagai bahan bakar alternatif pengganti BBM, harga CWM tergantung pada beberapa faktor yang cukup kompleks. Formula yang sederhana adalah:

Harga CWM = (Harga batubara di area tambang) + (biaya proses termasuk biaya pengolahan dan upgrading) + (biaya transportasi, penyimpanan, penanganan dan lain-lain)

Ini berarti bahwa, CWM akan kompetitif dibandingkan dengan batubara dalam bentuk serbuk/bongkah, jika biaya transportasi, penyimpanan dan penanganan lebih murah dibandingkan dengan batubara dalam bentuk serbuk/bongkah. Namun, kenyataan bahwa CWM adalah bahan bakar cair yang mudah dalam penanganannya, dapat dialirkan melalui pipa, bebas dari masalah debu maupun dari pembakaran spontan, perlu untuk dipertimbangkan penggunaannya.

Saat ini kebutuhan minyak berat untuk industri yang berada di sekitar Jabodetabek dan Lampung yang berpotensi untuk beralih ke CWM mencapai 2,45 juta kiloliter/tahun dengan biaya sebesar Rp 8,575 triliun (harga minyak berat = Rp. 3,5 juta/kiloliter). Jika industri tersebut beralih ke CWM, maka kebutuhan CWM adalah 4,9 juta kiloliter/tahun (untuk menghasilkan energi yang sama, 1 kiloliter minyak berat setara dengan sekitar 2 kiloliter CWM) dengan biaya sebesar Rp. 7,350 triliun (harga CWM = Rp. 1,5 juta/kiloliter). Dari pengalihan minyak berat ke CWM ini akan diperoleh penghematan sebesar Rp 1,225 triliun/tahun. Apabila industri-industri yang berada di luar Jabodetabek dan Lampung juga beralih ke CWM, maka tentunya penghematan negara akan lebih besar lagi diperkirakan akan mencapai nilai lebih dari Rp. 2 triliun/tahun.

Sebagai bahan bakar baru, CWM perlu diperkenalkan dan disosialisasikan secara luas dan terbuka terutama kepada industri-industri yang biasa menggunakan boiler dengan bahan bakar minyak berat. Pabrik CWM dengan menggunakan batubara hasil proses HWD, yaitu HWTCS skala percontohan dengan kapasitas 10.000 ton/tahun yang sedang dibangun di Karawang, Jawa Barat diharapkan dapat menjadi sarana untuk mempercepat penerapan CWM di Indonesia selain juga untuk meningkatkan kemampuan para peneliti dan perekayasa khususnya di lingkungan Puslitbang tekMIRA dalam melakukan penelitian dan pengembangan pada skala yang lebih besar. 


Referensi : Kemen ESDM

0 komentar:

Posting Komentar