Description
|
Biofuel dikembangkan di Indonesia dengan alasan, 1) penyediaan energi alternatif sebagai substitusi BBM; 2) kepedulian terhadap lingkungan dengan pemakaian energi yang dapat mengurangi emisi GRK; 3) peluang peningkatan ekonomi dan kesempatan kerja di masyarakat pedesaan melalui peningkatan kegiatan pengolahan pertanian. Biofuel merupakan sumber energi yang ramah lingkungan tetapi perlu dikaji proses yang melibatkannya, apakah neraca energi keseluruhan positif atau negatif. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan suatu aplikasi perangkat lunak berbasis open source untuk simulasi gasifikasi biomassa dalam reactor circulating fluidized bed (CFB) yang dapat dikembangkan sesuai kebutuhan. Life-cycle analysis (LCA), mengkaji jumlah energi yang diperlukan untuk mengolah bahan baku pertanian hingga menghasilkan syn-gas dan biodiesel. Selain itu, dikaji pemakaian energi langsung (petroleum, gas, listrik) dan tidak langsung (yang digunakan dalam memproduksi peralatan dan bahan baku lain, seperti pupuk). Pembuatan model dan simulasi merupakan bagian yang tidak terpisahkan dalam kegiatan rekayasa teknik. Hal ini dapat membantu dalam menentukan konfigurasi alat proses sebelum pembuatan hardware dilakukan. Salah satu pendekatan yang digunakan dalam pengembangan perangkat simulasi adalah komputasi dinamika fluida (CFD). Komputasi dinamika fluida mampu merefleksikan perubahan kondisi yang terjadi dalam suatu domain proses karena konsep yang digunakan adalah konsep finite element. Kondisi yang diamati dapat berupa perubahan kecepatan atau bentuk aliran, perubahan suhu, bahkan perubahan reaksi kimia. Dengan demikian, dampak dari perubahan parameter terhadap lingkungan sekitarnya dapat diamati secara visual. Prinsip dasar yang digunakan dalam pembuatan model gasifikasi biomassa adalah neraca massa dan energy, fenomena transportasi partikel, kinetika reaksi dekomposisi serta jumlah populasi partikel pada setiap finite element. Sebagai domain dipilih CFB karena efisiensinya yang tinggi dan bebas tar. Pembuatan program untuk simulasi proses gasifikasi menggunakan aplikasi open source yaitu OpenFOAM dan berhasil digunakan untuk konfigurasi reaktor dalam 2 dimensi. Adapun untuk reaksi kimia yang lebih kompleks, program dikembangkan sendiri. Pembuatan program dimulai dengan membangun model fisis dari reaktor, model aliran dan model reaksi kimia. Program mengambil input berupa karakter bahan bakar, yaitu data kandungan unsur-unsur elementer dari bahan bakar yang digunakan serta jumlah bahan bakar dan reaktan yang terdiri atas oksigen yang diambil dari udara. Model matematik dikembangkan untuk melihat hasil secara visualisasi, yaitu komposisi hasil reaksi, konfigurasi aliran di dalam tungku, visualisasi, reaksi yang terjadi serta profil suhu, tekanan dan kecepatan di dalam tungku. Hasil penelitian dibagi dalam tiga kelompok, yaitu karakter bahan dan reaktor yang digunakan, konfigurasi reaktor di dalam OpenFOAM, serta hasil simulasi. Model yang dibangun diperlihatkan dalam beberapa grafik statistik distribusi normal dari particle population balance yang memperlihatkan adanya pengaruh dari kecepatan udara. Analisis life cycle untuk dampak terhadap lingkungan memperlihatkan proses budi daya memerlukan energi sekitar 26,97540* 103MJ dan menghasilkan syn gas (SNG) dengan energi setara dengan 2,6462880*105 MJ. Nilai tersebut diperoleh berdasarkan perhitungan manual dengan asumsi budi daya kelapa sawit/ha/th dengan kapasitas produksi pengolahan kelapa sawit 30 ton/jam serta beberapa asumsi lain yang diperlukan. Adapun nilai energi yang dibutuhkan berdasarkan hasil analisis menggunakan software GEMIS 4,6 diperlukan energi sebesar 18,5356*103 MJ. Berdasarkan perhitungan LCA diketahui potensi efek rumah kaca yang dihasilkan adalah CO2 equivalent = 952,95474kg, CO2=916,25134kg, CH4=1,1323771kg, N2O =40,596*10-3kg, perfluoromethane=44,227*10-6kg, dan perfluoroethane = 5,5844*10- 6kg. Simpulan dan saran penelitian, aplikasi OpenFOAM dapat digunakan untuk simulasi proses aliran sederhana 2 dimensi dalam reaktor circulating fluidized bed (CFB). Simulasi reaksi yang lebih kompleks, seperti gasifikasi biomassa OpenFOAM tidak dapat digunakan karena memerlukan perangkat dan modul yang dapat memfasilitasi reaksi kimia. Simulasi yang dilakukan menggunakan program yang dibuat sendiri menggunakan rumus-rumus reaksi gasifikasi dari literatur. Hasilnya menunjukkan kesesuaian dengan hasil teori, baik untuk pereaksi dengan udara ataupun pereaksi campuran uap air dan udara. Simulasi neraca populasi partikel digunakan metoda statistik yaitu distribusi normal. Perhitungan neraca populasi partikel direpresentasikan dalam bentuk fluks kecepatan di dalam reaktor yang didistribusikan digambarkan dalam grafik distribusi normal. Untuk memperoleh verifikasi dari simulasi dan perhitungan teori ini diperlukan hasil percobaan dari pembakaran yang sesungguhnya. (2012)
|