PIROLISIS BIOMASSA DAN PENYULINGAN BIO-OIL

-

PIROLISIS BIOMASSA DAN PENYULINGAN BIO-OIL


1.      PENDAHULUAN
Penggunaan bahan-bahan dari sumber terbarukan (biomassa) untuk mengganti bahan bakar yang berbasis minyak bumi dengan menjadi hal yang penting untuk dikembangkan. Salah satu proses untuk pengolahan biomassa dalah pirolisis. Pirolisis biomassa menghasilkan pembentukan bio-oil, char, dan gas. Salah satu keuntungan utama dari memproduksi bio-oil adalah dapat diangkut dari unit pemrosesan ke pembangkit listrik yang jauh atau ke kilang bio-oil. Maka  dimungkinkan untuk membuat model baru ekonomi biomassa yang terdiri dari unit pirolisis terdistribusi yang terletak dekat dengan sumber daya biomassa dan pemurnian terpusat dimana bahan bakar dan bahan kimia bernilai tinggi dapat diproduksi, diambil keuntungan dari skala ekonomi. Keuntungan dari model baru ekonomi biomassa ini adalah dapat memanfaatkan infrastruktur yang ada yang dibuat oleh industri perminyakan.

2.      BIOMASSA
2.1  Komposisi Biomassa
Komposisi biomassa akan mempengaruhi hasil dan sifat dari bio-oil mentah, arang, dan gas-gas. Biomasa terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin, ekstraktif, dan bahan mineral (juga dikenal sebagai abu). Selulosa, hemiselulosa, dan lignin adalah bio-polimer yang membentuk struktur dinding sel biomassa. Ekstraktif memberi bau, warna, dan daya tahan kayu dan melindungi tanaman terhadap predator. Abu sebagai katalis untuk reaksi polikondensasi yang mengarah ke pembentukan arang.

2.2  Reaksi pirolisis biomassa
Reaksi dekomposisi termal primer (pirolisis) adalah reaksi yang berlangsung pada front reaksi silinder ke arah inti dari partikel dengan kecepatan dipengaruhi oleh ukuran partikel, konduktivitas termal biomassa, dan suhu lingkungan. Degradasi termal selulosa pada suhu 259-312 oC. Degradasi termal hemiselulosa dimulai pada suhu 200 °C. Degradasi termal dari lignin terjadi pada suhu (200-600 ° C), mengakibatkan pembentukan fenol monomer, guaiacol dan syringol, asam format, formaldehida, metanol, karbon dioksida, dan air

2.3  Model Single-Particle
Dalam merancang dan mengoperasikan reaktor pirolisis lebih efisien harus memahami degradasi termal partikel biomassa. Konversi partikel biomassa tunggal dikendalikan oleh sifat fisikokimia dan dimensi partikel biomassa serta oleh kondisi reaksi (suhu reaktor, lingkungan, dan koefisien perpindahan panas eksternal). Total waktu konversi dapat dihitung dengan model single-particle.  Ada tiga mekanisme pengendalian yaitu (1) pengendalian perpindahan panas eksternal, (2) Pengendalian secara kinetik, dan (3) pengendalian perpindahan panas internal. Mekanisme pengendalian selama degradasi termal dari partikel biomassa tunggal dapat diidentifikasi dengan tiga nomor berdimensi pada persamaan (i), (ii) dan (iii).
Nomor Biot: Bi = hR/ K ............................... (i)
Nomor pirolisis: Py = K/(k ρ cp R2) ............. (ii)
Nomor pirolisis: = Py' h /(k ρ cp R) .............. (iii)

dimana h = koefisien perpindahan panas eksternal (J/s.m2.K)
R = jari-jari partikel (m)
K = konduktivitas termal biomassa (J /s.m.K)
k = laju termal biomassa- reaksi degradasi (1/s )
ρ = bulk density biomassa (kg/m3)
cp = panas spesifik biomassa  (J/g K)

2.4  Teknologi Pirolisis
Reaktor yang digunakan untuk biomassa pirolisis dapat diklasifikasikan ke dalam pirolisis lambat dan pirolisis cepat.
a)      Pirolisis lambat
pirolisis lambat terjadi ketika laju pemanasan kurang dari 10 oC/s, suhu pirolisis di bawah 500 oC, serta gas dan padatan tinggal di dalam reaktor untuk waktu yang lama. Hasil dari produk untuk teknologi ini adalah cairan 30%; arang, 35%  dan gas, 35%. pirolisis lambat biasanya mencapai efisiensi energi antara 20 dan 30 %.
b)      Pirolisis cepat
Reaksi ini terjadi ketika laju pemanasan laju antara 10 dan 10.000 oC/s. Dengan demikian, reaktor ini mampu mengkonversi hingga 80% massa biomassa menjadi fase berminyak tunggal. Beberapa eaktor  reaktor pirolisis cepatyang telah dikembangkan yaitu (1) fluidized bed, (2) circulating fluid bed, (3) pirolisis ablatif, dan (4) pirolisis vakum.

3.      BIO-OIL
3.1  Bio-oil Mentah
Pirolisis cepat dapat mengkonversi hingga 70% massa dari biomassa menjadi bio-oil mentah. Komposisi kimia dari bio-oil tergantung pada komposisi bahan baku, kondisi pirolisis, dan peningkatan teknologi yang digunakan dalam produksinya. Komposisi unsur bio-oil secara anhidrat tidak terlalu berbeda dibandingkan dengan bahan baku: kandungan karbon 44-47%, kandungan hidrogen 6 sampai 7%, kandungan oksigen  46-48 %, dan kandungan nitrogen 0 sampai 0,2%. Kandungan air biasanya antara 10 dan 30%. Beberapa sifat fisikokimianya yaitu kadar air bio-oil bervariasi antara 5 dan 30% sedangkan densitas bio-oil  1,2 kali lebih tinggi dari air suling. Struktur multifase minyak mentah bio-minyak dapat dikaitkan dengan adanya (1) partikel char, (2) bahan lilin, (3) tetesan air, (4) tetesan ekstraktif dari senyawa, (5) nanopartikel dari oligomer dalam matriks senyawa holocellose yang diturunkan, dan air.

Karakteristik campuran minyak dan bio-oil mentah yang membuat bahan bakar sulit untuk digunakan adalah tingkat pemanasan rendah, kandungan air yang tinggi, sulit tercampur dengan bahan bakar yang berasal dari petroleum, suhu pengapian tinggi, pemisahan fasa, tingginya kandungan padatan, viskositas relatif tinggi, volatilitas yang rendah, ketidakstabilan kimia, konten alkali tinggi (tingginya kandungan K dan Na). Beberapa teknologi yang digunakan untuk meningkatkan sifat bio-oil mentah antara lain filtrasi gas panas, pembentukan mikroemulsi diesel/bio-oil, pencampuran dengan pelarut polar dan hidrogenasi atau uap catalytic cracking. Dari biomassa dapat juga menghasilkan produk berupa bahan kimia. Ada 28% dari biomassa yang dapat dikonversi menjadi bahan bakar transportasi. Selain itu dengan proses leih lanjut, 30 % sampai 60 %  dari bio-oil dapat dikonversi menjadi nafta. Produk lain adalah senyawa-seyawa kimia seperti levoglukosan 30%, hidroksiasetaldehid 15%, asam asetat 10%, asam format 9% dan lain-lain.

3.2  Penyulingan Bio-oil
Tujuan utama dari penyulingan bio-oil (biorefinery) adalah untuk menghasilkan produk bernilai tinggi volume rendah (High Volume Low Value) dan nilai rendah volume tinggi (Low Value High Volume) produk berharga dengan biaya yang kompetitif menggunakan serangkaian unit operasi. strategi pemisahan baru harus dikembangkan untuk mengatasi sifat unik dari bio-oil. Misalnya, kesulitan dis- mengolah bahan reaktif dengan kecenderungan untuk polimerisasi, serta kurangnya produk yang layak dari biopitches, telah sering dikutip sebagai hambatan terhadap distilasi.

4.      KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan  diatas dapat disimpulkan bahwa penerapan jalur termokimia (pirolisis cepat–penyulingan  bio-oil) sangat menjanjikan untuk mengkonversi biomassa menjadi bahan bakar dan bahan kimia. Potensi penggunaan minyak bio-oil sebagai sumber bahan bakar dan bahan kimia tergantung pada kerjasama antara pusat-pusat penelitian dan universitas, produsen bio-oil, turbin gas/produsen mesin diesel, sektor energi dan kimia, dan investor

Sumber : 
Ahindra Nag. 2010. Biosystems Engineering. Mc Graw Hill.


Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Pemanfaatan Lahan Marginal, Naungan dan Pasang Surut

-
Pemanfaatan Lahan Marginal, Naungan dan Pasang Surut   Lahan Marginal Lahan marginal dapat diartikan sebagai lahan yang memiliki mutu rendah karena memiliki beberapa faktor pembatas jika digunakan untuk suatu keperluan tertentu. Sebenarnya faktor pembatas tersebut dapat diatasi dengan masukan, atau biaya yang harus dibelanjakan. Tanpa masukan yang berarti budidaya pertanian di lahan marginal tidak akan memberikan keuntungan.   Ciri-ciri utama lahan marginal adalah:   1) tingkat kesuburannya rendah,   2) erositas tinggi,   3) sering mengalami kekeringan atau kebanjiran,   4) tingkat kemasaman tanah tinggi dan   5) tingkat keracunan tinggi pada kondisi tertentu.   Persoalan utama dalam berusahatani di lahan kering (marginal) adalah bagaimana mengelola air yang menjadi faktor pembatas dalam berusahatani, sehingga produktivitas lahan dapat ditingkatkan. Selain itu lahan marginal mempunyai keterbatasan seperti sifat fisik, kimia, dan biologi tanah yang tidak baik, serta t
Baca selengkapnya

Rotasi dan Penyusunan Pola Tanam

-
Rotasi dan Penyusunan Pola Tanam   Rotasi tanaman adalah sistem penanaman berbagai tanaman secara bergilir dalam urutan waktu tertentu pada suatu bidang tanah.   Rotasi tanaman memberikan keuntungan-keuntungan seperti pemberantasan hama dan penyakit, pemberantasan tumbuhan pengganggu, dan yang paling penting adalahmempertahankan/memperbaiki sifat-sifat fisik dan kimia tanah dalam menunjang kesuburan.   Beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam penyusunan pola tanam (usaha tani) adalah sebagai berikut: o    Ketersediaan air yang menyangkup waktu dan lamanya ketersediaan yang tergantung pada kinerja air irigasi serta pola distribusi dan jumlah hujan. o    Keadaan tanah yang meliputi sifat fisik, kimia dan bentuk permukaan tanah. o    Tinggi tempat dari permukaan laut, terutama sehubungan dengan suhu udara, tanah dan ketersediaan air. o    Eksistensi hama dan penyakit tanaman yang bersifat kronis dan potensial. o    Ketersediaan dan aksesibilitas bahan tanaman y
Baca selengkapnya

POLA TANAM (monokultur dan tumpang sari)

-
POLA TANAM Pola tanam adalah upaya p engatur an susunan tata letak dari tanaman dan tata urutan tanaman dengan melaksanakan penanaman pada sebidang lahan selama periode waktu tertentu . T anam adalah menempatkan bahan tanam berupa benih atau bibit pada media tanam baik media tanah maupun media bukan tanah dalam suatu bentuk pola tanam.   MONOKULTUR Monokultur adalah cara budidaya di lahan pertanian dengan menanam satu jenis tanaman pada satu areal. Kelebihan m onokultur yaitu menjadikan penggunaan lahan efisien karena memungkinkan perawatan dan pemanenan secara cepat dengan bantuan mesin pertanian dan menekan biaya tenaga kerja karena wajah lahan menjadi seragam. Sedangkan k elemahan m onokultur adalah keseragaman kultivar mempercepat penyebaran organisme pengganggu tanaman (OPT ) seperti hama dan penyakit tanaman. Pertanaman satu lahan tanpa variasi apa pun berakibat hama atau penyakit dapat ber kembang dan menyerang tanaman pada periode penanaman berikutnya.
Baca selengkapnya