Konversi Biomassa Menggunakan Updraft Gasifier

Tujuan Praktikum

1. Mahasiswa mampu mengidentifikasi komponen-komponen utama dan memahami prinsip kerja updraft gasifier.
2. Mahasiswa dapat melakukan proses gasifikasi biomassa (tempurung kemiri) dengan prosedur yang benar dan aman.
3. Mahasiswa mampu menganalisis perubahan suhu selama proses gasifikasi pada zona-zona berbeda di dalam reaktor.
4. Mahasiswa dapat menjelaskan produk-produk hasil proses gasifikasi dan pemanfaatannya.

Alat dan Bahan

• Alat yang digunakan dalam kegiatan praktikum ini adalah alat tulis menulis, unit updraft gasifier, kipas angin (blower), stopwatch, parang untuk preparasi biomassa, thermodigital, thermokopel, serta alat pengaman kebakaran berupa APAR dan karung goni basah.
• Bahan-bahan yang diperlukan adalah biomassa tempurung kemiri, air, arang sebagai penyala awal, dan minyak tanah sebagai bahan bakar penyala.

Teori Dasar

Gasifikasi adalah proses konversi bahan bakar padat (seperti biomassa) menjadi gas yang mudah terbakar (gas sintetis atau syngas) melalui serangkaian reaksi kimia pada suhu tinggi dengan pasokan oksigen yang terbatas. Syngas primarily terdiri dari Karbon Monoksida (CO), Hidrogen (H₂), Metana (CH₄), dan Nitrogen (N₂). Updraft Gasifier adalah tipe gasifier dimana umpan biomassa masuk dari atas, udara penggasifikasi (udara/oksigen) dihembuskan dari bawah, dan syngas keluar dari bagian atas reaktor. Tipe ini dikenal karena efisiensi termalnya yang tinggi dan kemampuannya mengolah biomassa dengan kadar air tinggi.

Langkah Kerja

1. Pembagian Kelompok: Mahasiswa dibagi dalam kelompok kecil (3-4 orang).
2. Pengenalan Komponen & Pemeriksaan Awal:
   • Identifikasi komponen utama: Hopper (penampung biomassa), Reaktor, Grate (tungku), Saluran Udara (dengan blower), dan Saluran Keluar Gas.
   • Periksa kebersihan reaktor dan pastikan semua sambungan rapat.
   • Pasang thermokopel pada titik-titik strategis (dekat grate, tengah reaktor, saluran gas keluar) dan hubungkan ke thermodigital.
3. Preparasi & Pengisian Biomassa:
   • Pastikan tempurung kemiri berukuran seragam. Isi hopper dengan biomassa.
   • Siapkan bahan penyala (arang dan sedikit minyak tanah) di atas grate di dasar reaktor.
4. Proses Penyalaan dan Gasifikasi:
   • Nyalakan bahan penyala melalui pintu penyala. HATI-HATI TERHADAP API.
   • Setelah api menyala stabil, tutup pintu penyala dan hidupkan blower dengan debit udara rendah.
   • Amati nyala api di lubang pengeluaran gas dan catat waktu mulai dengan stopwatch.
   • Secara bertahap, naikkan debit udara dari blower hingga proses gasifikasi berjalan stabil (ditandai dengan nyala api yang konstan di lubang keluaran gas).
5. Pengambilan Data:
   • Catat suhu dari setiap thermokopel setiap 5 menit hingga proses stabil dan kemudian setiap 10 menit hingga proses selesai.
   • Amati dan catat warna nyala api dan asap yang dihasilkan.
   • Amati karakteristik residu (char) yang dihasilkan setelah proses selesai.
6. Pengamatan dan Pencatatan:
   • Catat seluruh tahapan proses, data suhu, dan pengamatan visual.
   • Buat grafik hubungan antara waktu dan suhu pada berbagai zona reaktor.
7. Pendampingan: Dosen, PLP, dan Teknisi akan mendampingi secara ketat, terutama selama penyalaan dan operasi.
8. Diskusi: Bahas profil suhu, kualitas syngas berdasarkan nyala api, dan faktor yang mempengaruhi efisiensi gasifikasi.
9. Pembuatan Laporan: Buat laporan praktikum yang lengkap.

Evaluasi

Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut berdasarkan hasil pengamatan dan teori!

1. Jelaskan pengertian gasifikasi!
   • Gasifikasi adalah proses konversi termokimia bahan bakar padat (seperti batubara atau biomassa) menjadi gas yang dapat dibakar (gas sintetis atau syngas), dengan cara mereaksikan bahan bakar tersebut dengan agen penggasifikasi (udara, oksigen, atau uap air) pada suhu tinggi (>700°C) dalam kondisi pasokan oksigen yang terbatas.
2. Jelaskan sistem kerja gasifier tipe updraft gasifier!
   • Pada updraft gasifier, biomassa dimasukkan dari atas reaktor dan bergerak ke bawah secara gravitasi. Udara ditiupkan dari bagian bawah reaktor, melewati grate. Proses yang terjadi dari bawah ke atas adalah:
     • Zona Pembakaran (Combustion Zone): Di dekat grate, karbon yang ada bereaksi dengan oksigen dari udara membentuk CO₂ dan panas yang sangat tinggi.
     • Zona Reduksi (Reduction Zone): Gas CO₂ dan uap air dari udara naik ke zona ini dan tereduksi oleh karbon panas menjadi CO dan H₂ (syngas).
     • Zona Pirolisis (Pyrolysis Zone): Biomassa yang turun terkena panas dari bawah mengalami pirolisis (penguraian tanpa oksigen) menjadi char, tar, dan gas.
     • Zona Pengeringan (Drying Zone): Biomassa paling atas dikeringkan oleh panas yang naik.
   • Syngas yang dihasilkan keluar dari bagian atas reaktor, sementara abu/residu char terkumpul di dasar.
3. Sebutkan kelebihan dan kekurangan updraft gasifier!
   • Kelebihan:
     • Efisiensi termal tinggi karena panas dari gas panas digunakan untuk mengeringkan dan memanaskan biomassa umpan.
     • Dapat menerima biomassa dengan kadar air tinggi.
     • Konstruksi dan operasi relatif sederhana.
   • Kekurangan:
     • Syngas yang dihasilkan mengandung tar yang tinggi karena gas panas melewati zona pirolisis dan pengeringan, sehingga dapat menyumbat peralatan jika tidak dibersihkan.
     • Memerlukan pemurnian syngas lebih lanjut untuk banyak aplikasi.

Keselamatan Kerja

1. WAJIB menggunakan Alat Pelindung Diri (APD) lengkap: sarung tangan katun & kulit, kacamata keselamatan, jas lab, dan sepatu tertutup.
2. Lakukan praktikum di area yang terbuka dan berventilasi baik untuk menghindari akumulasi gas beracun (CO).
3. JAUHKAN bahan yang mudah terbakar dari unit gasifier.
4. HATI-HATI terhadap suhu tinggi. Jangan menyentuh bagian reaktor selama dan sesaat setelah operasi.
5. Pastikan alat pemadam kebakaran (APAR) dan air dalam kondisi siap pakai.
6. Seluruh prosedur operasi HARUS dilakukan di bawah pengawasan ketat dosen/teknisi.