Pembentukan, Jenis, Analisa Kualitas Batubara

Batubara adalah substansi heterogen yang terbentuk dari dekomposisi tumpukan tanaman selama kira-kira 300 juta tahun, bersifat mudah terbakar karena memiliki komponen saling berbeda antara lain karbon, hidrogen, oksigen serta unsur tambahan berupa belerang dan nitrogen.

Dekomposisi batubara terjadi karena proses biologi dengan mikroba dimana banyak oksigen dalam selulosa diubah menjadi karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Perubahan disebabkan adanya tekanan, pemanasan yang kemudian membentuk lapisan tebal sebagai akibat pengaruh panas bumi dalam jangka waktu berjuta-juta tahun, sehingga lapisan tersebut akhirnya memadat dan mengeras (Yunita, 2000).

Batubara adalah barang tambang yang berasal dari sedimen bahan organik dari berbagai macam tumbuhan yang telah membusuk dalam waktu yang sangat lama dan di area dengan karakteristik kandungan air cukup tinggi. Pembentukan batu bara dimulai dengan proses pembusukan timbunan tanaman dalam tanah dan membentuk lapisan gambut dengan kadar karbon tinggi.

Terdapat dua teori yang menjelaskan mengenai pembentukan batubara yakni teori insitu dan teori drift. Teori insitu mengatakan bahwa bahan-bahan pembentukan lapisan batubara, terbentuknya di tempat dimana tumbuh-tumbuhan asal itu berada. Dengan demikian setelah tumbuhan tersebut mati, belum mengalami proses transportasi, tertutup oleh lapisan sedimen dan mengalami proses coalification. Sedangakan, teori drift menyebutkan bahwa bahan-bahan pembentuk lapisan batubara terjadi di tempat yang berbeda dengan tempat terbentuknya batubara. Dengan demikian tumbuhan yang telah mati diangkut oleh media air dan berakumulasi di suatu tempat, tertutup oleh batuan sedimen dan mengalami proses coalification.

Proses Pembentukan Batubara

Menurut Susilawati (1992), proses pembentukan batubara terdiri dari dua tahap, yaitu:

a. Tahap biokimia (penggambutan) 

Tahap penggambutan adalah tahap ketika sisa-sisa tumbuhan yang terakumulasi tersimpan dalam kondisi bebas oksigen (anaeorobik) di daerah rawa dengan sistem penisiran (drainage system) yang buruk dan selalu tergenang air beberapa inci dari permukaan air rawa. Material tumbuhan yang busuk tersebut melepaskan unsur H, N, O, dan C dalam bentuk senyawa CO2, H2O dan NH3 untuk menjadi humus. Selanjutnya oleh bakteri anaerobik danfungi, material tumbuhan itu diubah menjadi gambut.

b. Tahap pembatubaraan (coalification) 

Tahap ini merupakan proses diagenesis terhadap komponen organik dari gambut yang menimbulkan peningkatan temperatur dan tekanan sebagai gabungan proses biokimia, kimia dan fisika yang terjadi karena pengaruh pembebanan sedimen yang menutupinya dalam kurun waktu geologi. Pada tahap tersebut, persentase karbon akan meningkat, sedangkan persentase hidrogen dan oksigen akan berkurang sehingga menghasilkan batubara dalam berbagai tingkat maturitas material organiknya.

Terdapat dua teori yang menjelaskan proses terjadinya batubara yaitu:

1. Teori In-situ. Batubara terbentuk dari tumbuhan atau pohon yang berasal dari hutan di tempat dimana batubara tersebut. Batubara yang terbentuk biasanya terjadi di hutan basah dan berawa, sehingga pohon-pohon di hutan tersebut pada saat mati dan roboh, langsung tenggelam ke dalam rawa tersebut dan sisa tumbuhan tersebut tidak mengalami pembusukan secara sempurna dan akhirnya menjadi fosil tumbuhan yang membentuk sedimen organik. 
2. Teori Drift. Batubara terbentuk dari tumbuhan atau pohon yang berasal dari hutan yang bukan ditempat dimana batubara tersebut. Batubara yang terbentuk biasanya terjadi di delta mempunyai ciri-ciri lapisannya yaitu tipis, tidak menerus (splitting), banyak lapisannya (multiple seam), banyak pengotor (kandungan abu cenderung tinggi).

Jenis-jenis Batubara 

Berdasarkan tingkat proses pembentukan, derajat dan kualitasnya, batubara dibagi menjadi lima jenis, yaitu:

a. Gambut (Peat) 

Golongan ini sebenarnya termasuk jenis batubara, tapi merupakan bahan bakar. Hal ini disebabkan karena masih merupakan fase awal dari proses pembentukan batubara. Endapan ini masih memperlihatkan sifat awal dari bahan dasarnya (tumbuh-tumbuhan). Gambut merupakan jenis batubara peringkat rendah dan memiliki pori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

b. Lignite/Batubara Muda (Brown Coal) 

Golongan ini sudah memperlihatkan proses selanjutnya berupa struktur kekar dan gejala pelapisan. Apabila dikeringkan, maka gas dan airnya akan keluar. Endapan ini bisa dimanfaatkan secara terbatas untuk kepentingan yang bersifat sederhana, karena panas yang dikeluarkan sangat rendah. Batubara muda memiliki kandungan karbon dan energi yang rendah, kadar air, zat volatile dan mineral anorganik yang tinggi. Sehingga pemanfaatannya sebagai sumber energi menjadi tidak menguntungkan sebagian energi yang dihasilkan dipakai menguapkan air dan mengurangi energi bersih diperoleh.

c. Sub Bituminus (Sub-Bituminous) 

Golongan ini memperlihatkan ciri-ciri tertentu yaitu warna yang kehitam-hitaman dan sudah mengandung lilin. Endapan ini dapat digunakan untuk pemanfaatan pembakaran yang cukup dengan temperatur yang tidak terlalu tinggi. Mengandung sedikit karbon dan banyak mengandung air dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien.

d. Bituminus (Bituminous) 

Golongan ini dicirikan dengan sifat-sifat yang padat, hitam, rapuh (brittle) dengan membentuk bongkah-bongkah prismatik. Berlapis dan tidak mengeluarkan gas dan air bila dikeringkan. Endapan ini dapat digunakan antara lain untuk kepentingan transportasi dan industri. Bituminus mengandung 68-86% unsut karbon (C) dan berkadar air 8- 10% dari beratnya, dan memiliki kandungan abu dan sulfur yang sedikit.

e. Antrasit (Anthracite) 

Merupakan kelas batubara tertinggi dengan warna hitam berkilauan metalik, mengandung antara 86-98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%. Golongan ini berwarna hitam, keras, kilap tinggi, dan pecahannya memperlihatkan pecahan chocoidal. Pada proses pembakaran memperlihatkan warna biru dengan derajat pemanasan yang tinggi. Digunakan untuk berbagai macam industri besar yang memerlukan temperatur tinggi.

Analisa dan Pengujian Batubara 

Terdapat tiga jenis analisa dan pengujian batubara, yaitu sebagai berikut:

• Analisa Proksimat (Analisa pendekatan). Analisis proksimat batubara bertujuan untuk menentukan kadar moisture (air dalam batubara) kadar moisture ini mencakup pula nilai free moisture serta total moisture, ash(abu), volatile matters (zat terbang), dan fixed carbon (karbon tertambat). 
• Analisa Ultimat (Analisa Elementer). Analisa Ultimat batubara dilakukan untuk menentukan kadar karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), dan sulfur (S) dalam batubara. Analisa ultimat saat ini sepenuhnya dilakukan oleh alat yang sudah terhubung dengan komputer. Prosedur analisis ultimat ini cukup ringkas, cukup dengan memasukkan sampel batubara ke dalam alat dan hasil analisis akan muncul kemudian pada layar komputer.
• Analisa Lain-Lain. Analisa lain-lain adalah analisa untuk menentukan calorfic value (nilai kalor), total sulfur, ash (susunan kandungan abu), ash fusion temperature (AFT) (titik leleh abu), hardgrove grindability index (HGI) dan lain-lain.

Terdapat beberapa dasar dan basis data dalam menampilkan hasil analisa batubara, yaitu sebagai berikut:

1. As Received (ar), adalah suatu analisis yang didasarkan pada kondisi dimana batubara diasumsikan seperti dalam keadaan diterima.
2. Air Dried Base (adb), adalah suatu analisis yang dinyatakan pada basis contoh batubara dengan kandungan air dalam kesetimbangan dengan atmosfir laboratorium.
3. Dry Based (db), adalah suatu analisis yang didasarkan pada kondisi dimana batubara diasumsikan bebas air total. 
4. Dry Ash Free (daf), adalah suatu analisis yang dinyatakan pada kondisi dimana batubara diasumsikan bebas air total dan kadar abu.
5. Dry Mineral Matter Free (dmmf), adalah suatu analisis yang dinyatakan pada kondisi dimana batubara diasumsikan bebas air total dan bahan mineral.

Parameter Kualitas Batubara 

Kualitas batubara dapat dinyatakan dengan parameter yang ditunjukkan pada saat memberikan perlakuan panas terhadap batubara, cara ini biasa disebut analisa proksimat dan analisa ultimat. Parameter-parameter yang terukur pada analisa proksimat adalah kandungan abu (ash), lengas tertambat (inherent moisture), kadar karbon, hidrogen, sulfur, nitrogen dan oksigen.

Pengujian sifat fisik batubara yang juga sering dilakukan yaitu pengujian nilai kalor (calorific value), indeks kegerusan hirdgrove (hirdgrove gridability index), analisis titik leleh abu (ash fusion temperature), pengujian nilai muai bebas (free swelling index) dan lain-lain.

Berikut ini beberapa parameter dalam pengukuran kualitas batubara, yaitu:

1. Kadar Air Lembab (IM). Kadar Air Lembab (IM) yaitu kandungan air bawaan setelah contoh dikondisikan diruang pengujian laboratorium. 
2. Kadar Abu (Ash). Kadar Abu (Ash) adalah zat organik yang dihasilkan setelah batubara dibakar. Kadar abu dapat dihasilkan dari pengotoran bawaan dalam proses pembentukan batubara maupun pengotoran yang berasal dari proses penambangan. 
3. Zat Terbang (VM). Kadar Zat Terbang (VM) adalah zat aktif yang menghasilkan energi panas apabila batubara tersebut dibakar. Umumnya terdiri dari gas-gas yang mudah terbakar seperti Hidrogen, Karbon Monoksida (CO) dan Metan (CH4). Volatile Matter sangat erat kaitannya dengan rank batubara, makin tinggi kandungan VM makin rendah kelasnya. Dalam pembakaran batubara dengan VM tinggi akan mempercepat pembakaran karbon tetap (Fixed Carbon/FC). Sebaliknya bila VM rendah mempersulit proses pembakaran.
4. Karbon Tetap (FC). Kadar Karbon Tetap (FC) adalah karbon yang terdapat dalam batubara yang berupa zat padat / karbon yang tertinggal sesudah penentuan nilai zat terbang (VM). Melalui pengeluaran zat terbang dan kadar air, maka karbon tertambat secara otomatis sehingga akan naik. Dengan begitu makin tinggi nilai karbonnya, maka peringkat batubara meningkat. 
5. Nilai Kalor (CV). Nilai Kalor (CV) adalah penjumlahan dari harga-harga panas pembakaran unsur-unsur pembentuk batubara.

Daftar Pustaka

• Yunita, P. 2000. Pembuatan Briket Dari Batubara Kualitas Rendah Dengan Proses Non Karbonisasi Dengan Menambahkan MgO dan MgCl2. Surabaya: UPN Press.
• Susilawati. 1992. Proses Pembentukan Batubara - Analisa Penelitian dan Pengembangan Geologi. Bandung: ITB.
• Mutasim Billah. 2010. Peningkatan Nilai Kalor Batubara Peringkat Rendah dengan Menggunakan Minyak Tanah dan Minyak Residu. Surabaya: UPN Press.