K.2. MATERI KONVERSI ENERGI I

K.2. BAHAN BAKAR UTAMA KONVERSI ENERGI

Ketiga kelas bahan bakar fossil yang umum adalah apa yang disebut dengan batubara, minyak dan gas alam.

Bahan bakar lain seperti nafta, minyak pasir-ter, dan turunan turunan bahan bakar fossil, adalah sedikit berbeda, tetapi tetap juga dianggap sebagai bahan bakar fossil dan umumnya digabungkan ke dalam salah satu dari ketiga kategori bahan bakar fossil utama tersebut.

Semua bahan bakar fossil dihasilkan dari pemfossilan senyawa karbohidrat. Senyawa ini, dengan rumus kimia Cx(H2O)y. dihasilkan oleh tanaman-tanaman hidup melalui proses fotosintesis ketika ia merubah secara langsung energi surya menjadi energi kimia.

Kebanyakan bahan bakar fossil diproduksi di masa abad Carboniferous dalam era Paleozoic bumi, kira-kira 325 juta tahun yang lalu. Setelah tanaman mati, karbohidrat diubah menjadi senyawa hidrokarbon dengan rumus kimia umum CxHy, oleh tekanan dan panas, karena ketiadaan oksigen.

Ada tiga kelompok utama dari senyawa hidrokarbon-hidrokarbon alifatik, hidrokarbon alisiklik, dan hidrokarbon aromatik. Hidrokarbon alifatik adalah senyawa rantai dan kebanyakan senyawa bahan bakar fossil termasuk ke dalam kelompok utama ini.

Dua kelompok utama lain adalah jenis hidrokarbon cincin. Istilah 'Jenuh dan "tak-jenuh" kadang-kadang juga dipakai terhadap senyawa:-hidrokarbon. Hidrokarbon'jenuh adalah senyawa yang' hanya mempunyai ikatan tunggal antara setiap atom karbon. Hidrokarbon tak jenuh mempunyai paling tidak dua atom karbon yang berbagi ikatan rangkap.

Bahan Bakar Standar: Ada sejumlah senyawa hidrokarbon dasar yang digunakan sebagai bahan bakar standar bagi motor bakar. Bahan bakar untuk motor bakar bensin digolongkan berdasarkan bilangan oktananya. Sedangkan bahan bakar standar bagi motor bakar diesel digolongkan berdasarkan bilangan cetananya.

Bahan bakar standar oktana 100 adalah 2.2.4-trimetilpentana, sementara bahan bakar standar oktana 0 adalah n-heptana.

Besar bilangan oktana bahan bakar gasoline yang paling banyak dipakai berkisar antara 85 hingga 95.

Beberapa jenis gasoline premium mempunyai bilangan oktana yang lebih besar dari 100. Bilangan oktana yang lebih dari 100 itu dapat diperoleh dengan menggunakan hidrokarbon yang lebih ringan dan/atau menambahkan bahan tambahan (additif), seperti tetra etil lead (TEL), ke dalam bahan bakar dasar. Bahan bakar jenis ini kadang- kadang digolongkan berdasarkan "angka perfomans"-nya, bukan bilangan oktananya. Suatu bahan bakar dgn angka performans 5 mempunyai karakteristik pembakaran yang sama dengan campuran 1 galon oktana 100 dan 5 cm3 tetra etil lead. Cetana 100 untuk bahan bakar diesel standar adalah n-heksadekana (C16H34), kadang-kadang dipebut n-cetana. Standar cetana 0 adalah alfa-metilnaftalena (C11H10),

Batubara Batubara, bahan bakar fossil yang terbanyak, diperkirakan adalah tumbuh-bumbuhan yang memfossil. Ditaksir bahwa paling tidak diperlukan 20 kaki tumbuh-tumbuhan yang dipadatkan untuk memperoleh lapisan batubara setebal 1 kaki. Tumbuhan yang dipadatkan ini, tanpa adanya udara dan dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan yang tinggi, selanjutnya akan berubah menjadi turf (tumbuhan lapuk), suatu bahan bakar yang mempunyai grade sangat rendah, kemudian menjadi batubara coklat, lalu menjadi lignite, kemudian menjadi batubara subbitumin, lalu menjadi bitumin, dan akhirnya menjadi batubara antrasitik.

Dengan berlangsungnya proses "aging", batubara menjadi semakin keras, kandungan hidrogen dan oksigen berkurang, kandungan kebasahan biasanya menurun, dan kandungan karbon meningkat.

Gambar. Rumus bangun batubara (USGS, 2012)

JENIS BATUBARA:

a) 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 Batubara Jenis Antrasit

8b) Bituminous mengandung 68 - 86% unsur Karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Indonesia, tersebar di pulau sumatera, kalimantan dan sulawesi.

Gambar. Batubara Jenis Bituminous

c) Sub-bituminus mengandung sedikit Karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

Gambar. Batubara Jenis Sub-bituminous

d) Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.

Gambar. Batubara Jenis Lignit

e) Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

Gambar. Batubara Jenis Gambut

Analisis ultimasi batubara adalah suatu analisis laboratorium yang memuat fraksi massa karbon (C), hidrogen (H2), oksigen (O2), sulfur (S), dan nitrogen (N2) di dalam batubara sekaligus dengan nilai pembakaran tinggi (HHV)-nya. Kebanyakan analisis ultimasi memberikan kebasahan M dan abu A, secara terpisah, tetapi beberapa analisis memasukkan kebasahan sebagai bagian dari fraksi massa hidrogen dan oksigen.

Sekali kadar abu dan kebasahan dapat dihitung, fraksi massa yang lain dan nilai pembakaran tinggi batubara dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Fraksi massa begitu terbakar = (fraksi massa bebas abu, kering)(1 - M - A)

Nilai pembakaran tinggi begitu terbakar = (HHV bebas abu, kering)(1 - M - A)

Perbedaan antara nilaipembakaran tinggi dan rendah dihitung dengan cara pendekatan berdasarkan rumus berikut ini yang dapat terpakai untuk sebarang bahan bakar dalam basis massa:

Bila nilai eksperimental dari nilai pembakaran tinggi tidak tersedia, maka untuk batubara dengan grade yang lebih baik, nilai pembakaran tingginya dapat ditaksir dengan menggunakan analisis ultimasi dan memakai rumus Dulong:

Gambar . Jenis Paket Boiler (Spirax Sarco)