Proses Kimia Pembakaran Batubara
Batubara adalah bahan bakar utama pembangkit listrik tenaga uap yang terkandung energi secara kimia melalui ikatan-ikatan kimia antara karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur. Batubara tidak memiliki struktur kimia yang baku karena merupakan campuran dari beberapa ikatan hidrokarbon yang kompleks, dan apabila ikatan tersebut terputus melalui proses pembakaran maka akan menghasilkan energi panas.
Nilai kalor batubara yang merupakan indikator dari kualitas batubara dibagi menjadi dua jenis, yaitu High Heating Value (HHV) dan Low Heating Value (LHV). High Heating Value (HHV) atau nilai kalori atas didapat dengan cara membakar batubara sebanyak satu kilogram dan mengukur kalori yang didapat dengan menggunakan kalorimeter pada suhu 15 ᵒC sehingga uap air yang dihasilkan dari pembakaran ini mengembun dan melepaskan kalori pengembunannya. Sedangkan Low Heating Value (LHV) atau nilai kalori rendah didapat dengan cara mengurangi nilai kalori atas dengan kalori pengembunan air yang dikandungnya.
Tabel 1. Klasifikasi serta data batubara.
Proses pembakaran batubara yang umumnya terjadi di dalam boiler pada pembangkit listrik tenaga uap, dan merupakan reaksi kimia yang dilakukan dengan menambah oksigen O2 dari udara pembakaran dengan reaksi kimia sebagai berikut.
Proses pembakaran batubara yang umumnya terjadi di dalam boiler pada pembangkit listrik tenaga uap, dan merupakan reaksi kimia yang dilakukan dengan menambah oksigen O2 dari udara pembakaran dengan reaksi kimia sebagai berikut.
C + O2 –> CO2 + energi panas
Karena di dalam batubara terdapat ikatan-ikatan kimia antara karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur maka pada proses pembakaran batubara juga akan timbul reaksi kimia antara ikatan-ikatan kimia tersebut dengan oksigen yang terdapat di udara yang ditunjukkan pada reaksi kimia beikut.
2H2 + O2 –> 2H2O
N2 + O2 –> NOX
Kemudian dengan udara H2O yang terdapat di udara, maka reaksi kimia di atas dapat bereaksi menjadi bermacam-macam asam nitrat HNOX, dengan rantai kimia sebegai berikut.
S + O2 –> SO2
Selanjutnya SO2 bersamaan dengan H2O dan O2 yang berada di dalam boiler bereaksi dan membentuk rantai kimia sebagai berikut.
2SO2 + 2H2O + O2 –> 2H2SO4
Timbulnya asam nitrat HNOX dan asam sulfat sebagai hasil pembakaran unsur Nitrogen (N) dan Sulfur (S) yang terbawa oleh batubara dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan dan jumlahnya harus dibatasi. Unsur-unsur tersebut di atas dapat terbakar dan bereaksi dengan O2 sehingga menghasilkan energi panas, kecuali beberapa unsur seperti air dan abu. Kandungan air yang berada batubara lignite secara umum lebih dari 60%, sedangkan pada batu bara antrachite kandungan airnya lebih rendah sebanyak 2-5%, sedangkan kandungan abu batubara bervariasi antara 0,8-20,8%.
Apabila batubara lignite dengan nilai kalori yang relatif rendah dan kandungan air serta abu yang relatif tinggi digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkitan listrik tenaga uap, maka secara umum akan lebih ekonomis apabila unit pembangkitan listrik dibangun dekat dengan tambang batubara atau biasa disebut sebagai PLTU Mulut Tambang. Hal disebabkan karena mengangkut energi dalam bentuk batubara yang banyak mengandung air dan abu serta nilai kalori yang rendah menuju ke unit pembangkitan listrik yang jaraknya jauh, akan lebih mahal dibandingkan dengan pembangkitan listrik yang berada di dekat tambang tertentu.
Selain hal tersebut di atas, penggunaan batubara dengan nilai kalori yang relatif rendah memerlukan boiler yang lebih besar dibandingkan dengan penggunaan batubara dengan nilai kalor yang relatif tinggi karena jumlah kilogram batubara yang harus dibakar persatuan waktu menjadi lebih banyak untuk mencapai daya pembangkitan yangg sama.
Penyediaan batubara untuk pembangkitan listrik tenaga uap juga harus memperhatikan ada tidaknya unsur yang dapat merusak boiler, seperti halnya silika yang dapat menyebabkan korosi suhu tinggi. Disamping itu, kandungan unsur Sulfur (S) juga dapat menimbulkan asam sulfat 2H2SO4 seperti pada reaksi di atas. Pada unit pembangkitan listrik yang suhunya relatif dingin (dibawah 180oC) yaitu pada sistem pemanasan udara (air preheater) asam sulfat dapat mengembun dan menimbulkan korosi suhu rendah.
