Kimia/PLTU Batubara

PLTU

PLTU membakar 10⁵ ton batubara per tahun. Batubara yang digunakan mengandung 83% (w/w) karbon dan 2.5% belerang.

Massa gas CO₂?

Jika pembakaran batubara berlangsung sempurna, massa gas CO₂ per tahun yang dihasilkan oleh PLTU tersebut adalah?

10⁵ ton batubara mengandung 83% karbon (weight/weight, persentase berat). Pertama, tentukan berat karbon.
${\begin{aligned}10^{5}ton\times 83\%&=8.3\times 10^{4}ton&=83000\ ton\end{aligned}}$

Lalu, cari mol karbon.
${\begin{aligned}8.3\times 10^{4}ton\times {\frac {1000kg}{1ton}}\times {\frac {1000gr}{1kg}}\times {\frac {1mol}{12.01gram}}&=6.91\times 10^{9}mol\end{aligned}}$

Seluruh mol karbon ini digunakan menjadi C dalam CO₂. Berarti, jumlah mol oksigen dalam CO₂ ya dua kalinya jumlah mol karbon. Sudah dapat mol oksigennya, ubah jadi ton. ${\begin{aligned}6.91\times 10^{9}mol\times 2\times {\frac {16gram}{1mol}}\times {\frac {1kg}{1000gram}}\times {\frac {1ton}{1000kg}}=221.120\ ton\end{aligned}}$

Maka, berat CO₂ adalah
${\begin{aligned}83.000\ ton\ karbon+221.120\ ton\ oksigen=304.120\ ton\ karbondioksida\end{aligned}}$

Menurut UU Harmonisasi Peraturan Perpajakan, efektif pada 1 April 2022, pajak karbon di Indonesia dikenakan tarif Rp 30 per kilogram karbondioksida ekuivalen. Maka, pajak karbon yang harus dibayar PLTU ini adalah.
${\begin{aligned}304.120\ ton\ \times {\frac {1000kg}{1ton}}\times {\frac {Rp30}{1kg}}&=Rp\ 9.123.600.000\end{aligned}}$

Sekitar 9,1 milyar.

Kalsium Sulfit

Kalsium oksida

Kalsium sulfit

Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan melalui serbuk CaO (kalsium oksida) untuk mengubah gas SO₂ menjadi padatan CaSO₃ (kalsium sulfit). Jika selama satu tahun diperoleh 5.16 x 10³ ton CaSO₃, maka persen hasil konversi SO₂ menjadi CaSO₃ adalah.

10⁵ ton batubara mengandung 2.5% belerang (weight/weight, persentase berat). Pertama, tentukan berat belerang.
${\begin{aligned}10^{5}ton\times 2.5\%&=2500\ ton\end{aligned}}$

Lalu, cari mol belerang.
${\begin{aligned}2500ton\times {\frac {1000kg}{1ton}}\times {\frac {1000gr}{1kg}}\times {\frac {1mol}{32.06gram}}&=77.978.789,76\ mol\end{aligned}}$

Cari MR CaSO₃
${\begin{aligned}MR\ CaSO_{3}&=AR\ Ca+AR\ S+(3\times AR\ O)\\&=40,078+32,06+(3\times 16)\\&=120,138\ gr/mol\end{aligned}}$

Cari mol CaSO₃
${\begin{aligned}5.16\times 10^{3}ton\times {\frac {1000kg}{1ton}}\times {\frac {1000gr}{1kg}}\times {\frac {1mol}{120,138gram}}&=42.950.606,8\ mol\end{aligned}}$

Untuk setiap mol CaSO₃ mengandung satu mol S. Berarti, jumlah mol belerang yang berubah jadi CaSO₃ juga 42.950.606,8 mol. Maka persen hasil konversinya adalah. ${\begin{aligned}{\frac {42.950.606,8\ mol}{77.978.789,76\ mol}}\times 100\%&=55.07\%\end{aligned}}$

Menguapkan Air

Entalpi pembakaran batubara adalah 2.5x10⁴ kJ/kg. Seluruh kalor hasil pembakaran batubara digunakan untuk mendidihkan air.
Diketahui suhu awal air 25 C, kalor jenis air 4.2 J/gC , entalpi penguapan air 40.6 kJ/mol. Tentukan massa air yang dapat diuapkan oleh PLTU tersebut (dalam satuan ton/tahun).

Pertama, tentukan energi yang dihasilkan dari pembakaran 10⁵ ton batubara.
${\begin{aligned}10^{5}ton\times {\frac {1000kg}{1ton}}\times {\frac {2.5\times 10^{4}kJ}{kg}}&=2,5\times 10^{12}\ kJ\end{aligned}}$

Lalu, tentukan energi yang diperlukan untuk menguapkan satu ton air.
${\begin{aligned}Energi&=MemanaskanDari25C+Menguapkan\\&=\left({\frac {4.2J}{g\times C}}\times {\frac {1000g}{1kg}}\times {\frac {1000kg}{1ton}}\times 75C\times {\frac {1kJ}{1000J}}\right)+\left({\frac {40.6kJ}{mol}}\times {\frac {1mol}{18g}}\times {\frac {1000g}{kg}}\times {\frac {1000kg}{1ton}}\right)\\&=315.000\ kJ/ton+2.255.555,55\ kJ/ton\\&=2.570.555,55\ kJ/ton\end{aligned}}$

Yang terakhir...
${\begin{aligned}{\frac {2,5\times 10^{12}\ kJ}{2.570.555,55\ kJ/ton}}&=972.552,411ton\end{aligned}}$