📚 Eksplorasi & Komparasi Topik Dokumen
Pencarian topik
Hasil Dokumen
Ditemukan: 7 dokumenANALISIS TERMODINAMIKA SIKLUS BRAYTON YANG DIMODIFIKASI DAN PENERAPANNYA PADA REAKTOR CEPAT BERPENDINGIN GAS
Reaktor Cepat Berpendingin Gas (Gas-Cooled Fast Reactor/GFR) merupakan salah satu konsep reaktor nuklir Generasi IV yang dikembangkan untuk memenuhi tantangan kebutuhan energi masa depan yang berkelanjutan, aman, dan efisien. GFR beroperasi pada spektrum neutron cepat dan temperatur tinggi. Temperatur keluaran yang tinggi dari reaktor ini berpotensi untuk diintegrasikan secara langsung dengan sistem konversi energi berbasis siklus Brayton tertutup. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis performa sistem konversi energi pada GFR dengan menggunakan siklus Brayton tertutup yang dimodifikasi melalui penerapan IHX, bypass, reheat, dan regenerative. Pendekatan penelitian dilakukan secara analitik, numerik, dan integratif, dimulai dari analisis neutronik teras reaktor hingga evaluasi performa termal sistem konversi energi. Tahap awal penelitian melibatkan perancangan model neutronik reaktor cepat berpendingin gas menggunakan perangkat lunak OpenMC berbasis metode Monte Carlo kontinu-energi pada kondisi operasi tunak (steady-state). Model reaktor yang dikembangkan memiliki daya termal sebesar 75 MWth, dengan konfigurasi bahan bakar Uranium-Plutonium Carbide, pendingin helium, material kelongsong Silicon Carbide (SiC), reflektor timbal, serta material kendali berupa Boron Carbide (B?C). Parameter neutronik yang dianalisis meliputi faktor multiplikasi efektif, distribusi fluks neutron, distribusi densitas daya, power peaking factor, yang selanjutnya digunakan sebagai dasar dalam analisis termal dan konversi energi. Hasil analisis neutronik menunjukkan bahwa nilai faktor multiplikasi efektif (combined k-effective) sebesar 1,05218 ± 0,00207. Reaktor berada dalam kondisi excess reactivity pada teras awal (fresh core without control). Efektivitas penahanan neutron dalam teras yang baik dengan fraksi kebocoran kurang dari 1%. Distribusi densitas daya pada tingkat pin diperoleh rata-rata sebesar 148 W/cm³ dari total 7.917 pin bahan bakar, dan digunakan sebagai masukan perhitungan temperatur keluaran reaktor rata-rata sebesar 1153,367 K dengan koefisien variasi RSD sebesar 3,58%. Temperatur keluaran ini selanjutnya dikopel ke dalam analisis termodinamika yang mencakup evaluasi IHX dan siklus Brayton yang dimodifikasi berbasis helium. Analisis IHX menunjukkan effectiveness NTU sebesar 67% pada bagian mainheat dengan temperature approach di ujung panas sebesar 204,1 K, sementara segmen reheat menunjukkan effectiveness yang lebih rendah dengan temperature approach ~164,7,4 K. Efisiensi termal sistem pada model ini dengan menggunakan rasio kompresi kompresor A dan B sebesar 2.0 menghasilkan efisiensi 35%. Optimasi rasio kompresi menghasilkan efisiensi termal siklus sebesar 52% pada rasio kompresi kompresor A dan B berturut-turut 4,5 dan 4,3. Penambahan regenerator dan bypass dapat meningkatkan efisiensi, sedangkan penambahan reheat menurunkan efisiensi, namun meningkatkan kerja bersih spesifik siklus.
STUDI PRODUKSI LOGAM ZIRKONIUM DARI ZIRKONIA MELALUI KOMBINASI REDUKSI KARBOTERMIK DAN PLASMA HIDROGEN
Zirkonium merupakan logam transisi bernilai tinggi dengan kekuatan mekanik, ketahanan korosi, dan stabilitas kimia yang baik sehingga banyak digunakan pada industri berteknologi tinggi, terutama sektor nuklir karena penampang serapan neutron yang rendah. Kebutuhan globalnya terus meningkat seiring transisi menuju energi rendah karbon, namun proses produksi konvensional melalui Proses Kroll masih memiliki keterbatasan seperti tahapan kompleks, konsumsi energi tinggi, dan dampak lingkungan akibat penggunaan gas Cl2 sehingga mendorong pengembangan metode alternatif yang lebih efisien seperti Hydrogen Plasma Smelting Reduction (HPSR). Penelitian ini mengkaji reduksi serbuk zirkonia melalui kombinasi reduksi karbotermik dan plasma hidrogen, serta pengaruh durasi peleburan dan variasi stoikiometri grafit terhadap karakteristik briket ZrO2 hasil reduksi menggunakan SEM-EDS dan EPMA, untuk memberikan dasar pemahaman eksperimental dan termodinamika terhadap penerapan kombinasi reduksi karbotermik dan plasma hidrogen sebagai metode alternatif ekstraksi zirkonium. Serangkaian percobaan dilakukan bersamaan dengan simulasi termodinamika menggunakan perangkat lunak FactSage™ 8.4 untuk menganalisis kestabilan fasa serta kemungkinan jalur reaksi pada proses reduksi zirkonia dalam atmosfer hidrogen dengan penambahan karbon. Serbuk zirkonia dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untuk identifikasi fasa, kemudian dikompaksi menjadi briket bermassa 0,5 gram dengan penambahan binder pati sebesar 2 %brt serta variasi penambahan grafit berdasarkan stoikiometri reaksi. Briket selanjutnya direduksi dalam reaktor plasma hidrogen dengan variasi stoikiometri grafit dan durasi peleburan selama 4-12 menit. Setelah proses reduksi, dilakukan analisis komposisi kimia dan morfologi sampel menggunakan SEM-EDS dan EPMA untuk mengevaluasi hasil reduksi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan durasi peleburan dari 4 hingga 8 menit pada kondisi 1,5 stoikiometri karbon menghasilkan kondisi paling optimal pada bagian oksida yang lebih tereduksi, dengan kadar Zr tertinggi sebesar 94,87%, kadar O terendah sebesar 0,91%, dan kadar C sebesar 2,82% berdasarkan analisis EPMA. Sementara itu, peningkatan penambahan grafit dari 0 hingga 1,5 stoikiometri secara konsisten meningkatkan kadar Zr dari 86,08% menjadi 93,13%, disertai penurunan kadar O dari 8,24% menjadi 1,45%. Kadar C yang berada pada kisaran 3,72-4,17% menunjukkan bahwa karbon masih tersisa dalam hasil reduksi dan berperan sebagai reduktor, namun juga berpotensi membentuk fasa karbida. Kondisi paling optimal diperoleh pada 1,5 stoikiometri karbon dengan durasi peleburan 8 menit, yang menghasilkan kadar Zr tertinggi serta kadar O dan C yang relatif lebih rendah dibandingkan kondisi lainnya.
PERILAKU TERMAL BIOMASSA BERKAYU MELALUI ANALISIS TERMOGRAVIMETRI
Biomassa berkayu berpotensi dimanfaatkan secara termal untuk mendukung dekarbonisasi dan pencapaian Net Zero Emission. Penggunaannya dalam pembakaran bersama batubara dapat mengurangi emisi. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dan membandingkan perilaku degradasi termal dan kinetika pembakaran dari lima jenis biomassa berkayu, yaitu Kaliandra, Pinus, Pulai, Puspa, dan Akasia dengan tiga jenis batubara peringkat rendah (Banko Selatan, Banko Tengah, dan Peranap). Analisis termogravimetri (TGA) non-isotermal dilakukan pada tiga laju pemanasan (5, 10, dan 20 °C/menit) hingga temperatur 900°C. Parameter kinetika reaksi, seperti energi aktivasi (Ea ) dan faktor pra-eksponensial (A), dianalisis menggunakan metode model-fitting Coats- Redfern serta metode model-free Ozawa-Flynn-Wall (OFW) dan Kissinger-Akahira- Sunose (KAS). Hasil analisis proksimat dan ultimat menunjukkan biomassa memiliki kandungan volatile matter lebih tinggi (71,35–76,09%) dan kandungan sulfur lebih rendah (0,034–0,07%) dibandingkan batubara. Hasil analisis menunjukkan biomassa memiliki ignition temperature lebih rendah (253,7–289,6°C) dibandingkan batubara (308,3–466,9°C), sehingga reaktivitasnya lebih tinggi. Kurva DTG biomassa menunjukkan dua puncak degradasi (devolatilisasi dan pembakaran char), sementara batubara hanya menunjukkan satu puncak dominan yang berasal dari pembakaran char. Perhitungan kinetika metode Coats-Redfern menunjukkan bahwa tahap devolatilisasi biomassa dikendalikan oleh reaksi kimia (orde 2 atau 3), sedangkan tahap pembakaran char biomassa dikendalikan oleh mekanisme difusi. Pembakaran batubara didominasi oleh reaksi kimia. Metode OFW dan KAS menunjukkan energi aktivasi bervariasi seiring dengan tingkat konversi, mengonfirmasi kompleksitas mekanisme reaksi multi-tahap. Analisis termodinamika menunjukkan proses pembakaran kedua jenis bahan bakar bersifat non-spontan. Penelitian ini mengonfirmasi potensi biomassa kayu sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan reaktif dibandingkan dengan batubara peringkat rendah.
STRATEGI PENINGKATAN RASIO BAURAN ENERGI BARU DAN TERBARUKAN (EBT) MELALUI IMPLEMENTASI SISTEM CO-FIRING BIOMASS: STUDI PERSPEKTIF DARI ANALISIS TERMOGRAVIMETRI
Salah satu strategi berkelanjutan yang dapat diterapkan dalam masa transisi energi pada PLTU berbahan bakar batu bara adalah penerapan teknologi co-firing dengan biomassa. Pendekatan ini bertujuan untuk mengurangi ketergantungan pada batu bara sekaligus meningkatkan proporsi biomassa dalam bauran energi baru dan terbarukan, sehingga dapat mengatasi tantangan lingkungan yang sedang dihadapi. Studi ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari variasi campuran bahan bakar antara batu bara, sawdust, dan rice husk. Dengan beberapa variasi yang dilakukan, studi ini berusaha untuk mengetahui bagaimana karakteristik bahan bakar dari tiap campuran yang dilakukan, serta bagaimana potensi penerapan variasi campuran berdasarkan evaluasi potensi Gas Rumah Kaca (GRK) pada kondisi proyeksi target produksi di 2025. Studi ini berawal dari identifikasi karakteristik bahan bakar melalui analisis termogravimetri (TGA), dari hasi pengamatan terlihat penurunan nilai burnout temperature dan ignition temperature pada campuran antara batu bara dan sawdust serta batu bara dan rice husk. Penurunan ini cenderung terjadi seiring dengan peningkatan kontribusi bauran biomassa. Lalu, penghitungan energi aktivasi (Ea) dan pre-eksponensial faktor (A) untuk mengetahui bagaiman laju reaksi yang terjadi pada beberapa tahapan pada proses pembakaran. Setelahnya dilakukan penghitungan indeks pembakaran melalui nilai ignition index (DI), flammability index (FI), serta comprehensive combustion index (SI), ketiga indeks ini menjadi suatu gambara terkait karakteristik dari setiap variasi pada proses pembakaran dari hasil TGA. Dalam meninjau aspek emisi, studi ini merujuk pada pedoman perhitungan emisi gas rumah kaca (GRK) yang diterbitkan oleh Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM). Berdasarkan evaluasi kondisi tahun 2023 dan proyeksi menuju tahun 2025, skenario pencampuran bahan bakar C50SD50 diidentifikasi sebagai opsi yang paling potensial untuk diterapkan dalam skema operasi beban rendah pada tahun 2025. Potensi ini ditunjang oleh proyeksi keuntungan finansial yang signifikan serta nilai faktor emisi yang relatif rendah, yaitu sebesar 0,56 ton CO2eq/MWh. Diperlukan perencanaan yang komprehensif untuk mendukung implementasi skala besar di PLTU, termasuk memastikan keberlanjutan dan konsistensi dalam pasokan biomassa ke depannya. Hal ini penting guna meminimalkan potensi kerugian yang belum sepenuhnya dapat diantisipasi, khususnya saat menghadapi kondisi pembebanan tinggi, serta untuk memastikan kesesuaian dengan kebijakan dan regulasi yang berlaku di kemudian hari.
STUDI KARAKTERISTIK PEMBAKARAN CAMPURAN SEKAM PADI DAN BATU BARA PERINGKAT RENDAH MENGGUNAKAN PENDEKATAN ANALISIS TERMOGRAVIMETRI
Pemanfaatan biomassa sebagai bahan bakar campuran pada boiler pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengurangi emisi dari batu bara. Sekam padi merupakan salah satu jenis biomassa yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar campuran pada pembangkit listrik dengan jumlah produksi 13 juta ton per tahun. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi komposisi, kualitas, dan karakteristik pembakaran bahan bakar campuran sekam padi dan batu bara sebelum dimanfaatkan pada PLTU. Analisis proksimat, analisis ultimat, dan uji nilai kalor menunjukkan bahwa porsi sekam padi 20 wt% pada campuran memenuhi spesifikasi bahan bakar pada PLTU Suralaya sehingga pengujian pada thermogravimetric analyzer (TGA) dan tungku bubbling fluidized bed (BFB) dibatasi hingga porsi sekam 20 wt%. Penambahan porsi sekam padi pada bahan bakar campuran mengakibatkan pembakaran pada TGA terjadi lebih awal dengan laju pembakaran yang lebih tinggi karena kandungan zat terbang sekam padi yang terdekomposisi pada temperatur lebih rendah. Berdasarkan analisis termogravimetri diketahui bahwa porsi campuran sekam 5, 10, dan 15 wt% menghasilkan temperatur pembakaran akhir yang hampir sama yaitu 30 °C dari batu bara sehingga dapat dimanfaatkan. Temperatur rata-rata pembakaran campuran 5, 10, dan 15 wt% pada BFB lebih rendah 48, 86, dan 88 °C dibanding batu bara. Sementara itu, pembakaran campuran 20 wt% sekam padi mengalami aglomerasi yang menghambat proses pembakaran pada tungku BFB sehingga tidak direkomendasikan. Dengan menggabungkan analisis komposisi, kualitas, dan karakteristik pembakarannya porsi campuran sekam padi 15 wt% merupakan campuran maksimum yang direkomendasikan untuk skala yang lebih besar.
ANALISIS TERMODINAMIKA PERALIHAN BATU BARA DENGAN METODE PENCAMPURAN PADA PLTU OMBILIN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK GATECYCLE
Dalam pemenuhan kebutuhan Listrik Nasional, PLTU Batu bara masih memiliki peran yang sangat penting dan krusial di tengah era transisi energi. Hal ini dikarenakan 36,85% supply energy Listrik nasional masih menggunakan PLTU Batu Bara. Tahun 2022, harga batu bara meningkat signifikan hingga tahun 2024, sehingga mengakibatkan operasional PLTU Batu Bara terganggu dan mengharuskan untuk menggunakan batu bara LRC. Salah satu contohnya adalah PLTU Ombilin yang harus mengalami derating akibat penggunaan LRC dengan komposisi blending yang belum optimal. Untuk mempermudah mendapatkan komposisi blending yang optimal, simulasi heat balance dapat digunakan melalui salah satu aplikasi yaitu GateCycle. Dalam menentukan komposisi blending yang optimum, harus mempertimbangkan beberapa constraint dari sisi kapasitas mill udara pembakaran dan gas buang. Terdapat 2 skenario dalam penentuan komposisi blending, yaitu skenario 1 dengan mode auto pada primary air fan dan skenario 2 dengan mode manual pada primary air fan. Pada skenario 1, optimasi blending supaya PLTU Ombilin dapat beroperasi 100 MW dibatasi oleh parameter tempering air temperature dan pada skenario 2, optimasi blending dibatasi oleh parameter secondary air ratio. Penggunaan methode blending batu bara akan mengakibatkan perubahan pada parameter operasi khususnya di sisi peralatan boiler. Terdapat peningkatan kebutuhan udara pembakaran akibat naiknya kebutuhan laju batu bara. Penggunaan batu bara LRC, dilain sisi akan meningkatkan nilai NPHR hingga 60,12 kkal/kwh, namun dengan harga batu bara LRC yang cenderung lebih murah dibandingkan HRC, akan berdampak pada penurunan fuel cost sebesar Rp 15,02 juta / hari.
ANALISIS EKSPERIMENTAL DAN TERMODINAMIKA PADA KARBONASI MINERAL UNTUK PENANGKAPAN KARBON DARI GAS BUANG
Carbon emissions and global warming have raised concerns for humanity in recent decades, leading to development of carbon reduction technologies. One carbon reduction technology is the carbon capture process, namely post-combustion capture via chemical absorption with potassium hydroxide (KOH) and integrated mineral carbonation. There is potential in this process as it utilizes waste from coal fired power plants in the form of fly ash to store CO2 in a secure solid form while feasible at atmospheric conditions. A lab-scale experiment is conducted to evaluate the mineral carbonation process and its feasibility. Simulation is also conducted for a more applicative aspect of the integrated CCUS plant. In this research, carbon capture plants utilizing monoethanolamine (MEA) as a base model and KOH are modelled and compared based on energy requirements and techno-economic aspects. The experiments conducted found the possibility of calcium hydroxide (Ca(OH)2) as a mineral source through dry carbonation assisted by plasma catalysis. The research found that the mineral carbonation integrated plant using KOH has an energy penalty of 1.45%, only requiring 0.0007 kWh/gmol CO2 to operate. In comparison, research found that the MEA plant has an energy penalty of 35.5% requiring 0.0175 kWh/gmol CO2 to operate. The estimated cost of the mineral carbonation integrated plant is $19.46 USD, indicating it to also be viable economically with very little energy penalty.