Unsur Pembentuk Batubara

Unsur Pembentuk Batubara

Sebagian besar komposisi batubara adalah unsur-unsur C-H-O-N-S-P. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral dan mineral matter penyusunnya, serta oleh derajat coalification (rank). Meskipun komposisi unsur organik pembentuk batubara berbeda-beda sesuai dengan jenis batubaranya, tapi kurang lebih dapat dinyatakan sebagai C₁₀₀H_30~110O_3~40N_0.5~2S_0.1~3. Sedangkan untuk unsur inorganik, terdiri dari unsur inorganik utama dan unsur inorganik minor.

Unsur inorganik utama: Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na, Ti, K.

Unsur inorganik minor: Be, Se, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Hg, Pb, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Ce, Nd, Sm, dll.

v  Maceral Batubara

Batubara adalah tumbuhan purba yang mengendap di dalam tanah yang prosesnya berlangsung sejak periode karbon (carboniferous period) kurang lebih 350 juta tahun lalu sampai dengan periode neosin (Neocene period) kurang lebih jutaan tahun lalu, yang kemudian terurai oleh sejenis jamur (fungi), dan selanjutnya mengalami pembatubaraan (coalification) yang diakibatkan oleh tekanan seperti pergerakan lapisan kulit bumi. Tidak diragukan lagi bahwa batubara terbentuk dari material tumbuhan dari tetumbuhan purba yang pernah berkembang di masa tersebut. Menggunakan mikroskop optik, struktur batubara (coal maceral) dapat diamati dengan jelas.

Maceral dan mineral batubara

Struktur kimia dan fisika dari batubara adalah sebagai berikut: (Sudibandriyo, 2003) :

a. Lithotype region, tersusun atas hidrokarbon organik yang memiliki perbedaan dalam densitas, reflektivitas, kekuatan dan volatilitas.

b. Lithotype boundaries, tersusun atas komposisi non-hidrokarbon yang memiliki densitas 50% lebih besar dari komposisi yang terdapat pada lithotype.

c. Microscope organic region, merupakan bahan pembangun lithotype, dengan ukuran 10-6-10-4 m ; dikenal sebagai maceral. Maceral batubara dibagi menjadi tiga, yaitu:

·         Exinite (Liptinite)

Terbentuk dari daun, kulit pohon, serbuk sari, biji, dan resin pada pohon. Tingkat pantulannya sangat rendah.

·         Vitrinite

Terbentuk dari jaringan kayu. Tingkat pantulannya rendah , Semakin besar kandungan Vitrinite pada batubara, semakin besar pula volume Langmuir dan BET serta jumlah mikropori yang terdapat pada batubara. Selain itu, kandungan vitrinite juga berbanding lurus dengan kesetimbangan moisture content dari batubara (Clarckson & Bustin, 1996)

·         Inertinite

Terbentuk dari jaringan kayu yang mengalami oksidasi kuat. Memiliki tingkat pantulannya tinggi. Penelitian yang dilakukan Clarkson pada tahun 1996, menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan Inertinite pada batubara maka semakin kecil volume Langmuir dan BET.

B.  Mineral Dalam Batubara

Komposisi, model keberadaan, dan kondisi sebaran mineral dalam batubara merupakan karakteristik mendasar yang pokok untuk menjelaskan sifat serta mekanisme pembentukan abu batubara pada pembakaran suhu tinggi dan pada proses gasifikasi batubara.

Mineral–mineral utama dalam batubara:

a.       mineral lempung, misalnya kaolinite (Al₂O₃・SiO₂・xH₂O).

b.      karbonat, misalnya calcite (CaCO₃).

c.       sulfide, misalnya pyrite (FeS₂).

d.      oksida, misalnya quartz (SiO₂)

e.       Logam berikatan organik: ion exchangeable metal ( －COO^－Na⁺, dll).

C.  Struktur Molekul Batubara

Material organik batubara terbentuk dari makromolekul yang memiliki berat molekul ratusan sampai ribuan atau lebih, yang tersusun dari unit dasar berupa cincin benzena (benzene ring) dan cincin aromatik polinukleus (polynucleus aromatic ring) yang gugus fungsionalnya (misalnya gugus metil atau gugus hidroksil) saling berikatan. Unit – unit dasar tersebut terhubung dengan ikatan metilen, ikatan ether, dan ikatan lain. Adapun makromolekul itu sendiri terhubung dengan ikatan nonkovalen seperti ikatan π－π (ikatan Van der Walls bertipe aromatic flat space), ikatan hidrogen, ikatan ion, dan ikatan lainnya, membentuk struktur jaringan 3 dimensi yang kuat.

Dari hasil penelitian, interaksi di antara molekul – molekul tersebut ternyata diketahui sebagai faktor yang mempengaruhi perubahan sifat material dan karakteristik reaksi termokimia pada batubara saat mendapat perlakuan panas.

Gambar 2 Struktur molekul batubara

D.  Pirolisis Batubara

Bila batubara dipanaskan dalam lingkungan gas inert, ikatan – ikatan dalam batubara akan terlepas dan terurai membentuk radikal yang bermacam – macam, dimulai dari yang energi ikatannya paling lemah. Radikal – radikal tersebut akan segera bereaksi membentuk material stabil berupa gas, zat cair (tar), zat padat (char). Reaksi pirolisis ini berlangsung dalam hitungan mili detik sampai beberapa puluh mili detik.

Gambar 3 Pirolisis batubara

Pirolisis batubara merupakan metode yang efektif untuk menghasilkan material kimia yang bermanfaat seperti etana, metilen, benzena, dan toluen, karena di dalam prosesnya, cincin aromatik yang membentuk batubara langsung berubah dari rantai sisi (side chain) menjadi material – material tersebut. Untuk dapat menambah tingkat keterambilan material – material itu, diperlukan pengontrolan terhadap reaksi penguraian batubara yang berstruktur kompleks tersebut, yang prosesnya berlangsung sangat singkat.