Debarking Untuk Kualitas Wood Pellet Premium

Spesifikasi Wood Pellet

Apabila hendak memproduksi wood pellet kualitas premium dengan kadar abu kurang dari 1%, maka proses debarking (pengelupasan kulit) harus dilakukan terhadap bahan baku wood pellet. Batang-batang kayu sebagai bahan baku wood pellet dimasukkan ke dalam alat pengupasan kulit (debarker) hingga semua kulit kayu tersebut terkelupas. Kulit kayu mempunyai kandungan lignin tinggi dan juga kadar abunya tinggi. Batang-batang kayu yang telah terkelupas kulitnya tersebut kemudian akan dihancurkan atau dikecilkan ukurannya (size reduction) dengan alat wood chipper atau hammer mill. Kulit kayu selanjutnya juga bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengering serbuk kayu itu sendiri ataupun bisa juga dibuat pellet (bark pellet) yang kualitasnya dibawah wood pellet.

Kulit Kayu

Bark Pellet

Batang kayu setelah debarking

Wood pellet yang dihasilkan dengan melalui proses debarking akan berwarna lebih cerah dan mengkilap serta kadar abu rendah. Sedangkan pellet dari dibuat dari kulit kayu akan berwarna lebih gelap, tampak seperti diatas dan kadar abunya tinggi.Kayu umumnya memiliki kandungan kulit kayu sekitar 10 % dan kadar abu lignin bisa mencapai 3 %. Kayu trubusan seperti poplar dan willow memiliki kadar abu lebih dari 1 % sehingga tetap tidak bisa untuk dibuat wood pellet kualitas premium meskipun kulit kayunya dikupas. 

Peran Cooling Untuk Proses Pembriketan dan Pemelletan Biomasa

Skema proses pendinginan pada wood pellet

Sebelum dikemas dan dijual untuk digunakan oleh pemakai, baik pellet (wood pellet/biomass pellet) maupun briket (wood briquette/biomassbriquette) setelah dicetak dalam mesin press atau extruder perlu proses pendinginan (cooling) yang cukup. Pendinginan ini dilakukan secara bertahap dengan tujuan untuk mendapatkan briket atau pellet yang berkualitas dalam arti meningkatkan kekerasan (mechanical durability), permukaan tidak retak-retak, bentuknya simetris dan mengurangi kadar air hingga 2%. Untuk itu proses pendinginan yang memadai sebelum pengemasan dan penyimpanan sangat perlu dilakukan oleh produsen briket maupun pellet.

Tipikal Cooler untuk wood pellet

Cooling zone pada wood briquuete/biomass briquette

Debu-debu (fine/dust) yang tidak berhasil dipadatkan dalam produk briket atau pellet juga akan terpisahkan di seksi ini, karena hampir semua alat pendingin juga dilengkapi saringan (screen) untuk pemisahan debu (fine/dust) tersebut.   Semakin kecil kandungan debu dalam produk briket maupun pellet maka akan semakin baik kualitas produk-produk tersebut.Dalam perdagangan internasional prosentase debu (% fine) dalam produk terutama wood pellet harus dinyatakan sebagai salah satu parameter kualitas produk tersebut.

Produk Wood Pellet

Size Reduction dan Proses Konversi Biomasa

Ukuran Partikel Sawdust

Konversi biomasa thermal seperti pembakaran, gasifikasi dan pirolisis maupun pemadatan seperti pembriketan dan pemelletan mutlak membutuhkan size reduction atau pengecilan ukuran sampai ukuran partikel tertentu dari biomasa asalnya. Ukuran biomasa awal, ukuran partikel output dan kapasitas yang dikehendaki akan sangat berpengaruh terhadap jenis alat atau mesin yang digunakan. Unit konversi biomasa thermal maupun pemadatan akan membutuhkan ukuran partikel berbeda sebagai umpan atau inputnya. Secara mobilitas, saat ini telah ada berbagai unit size reduction yang stasioner maupun mobile,yang aplikasinya sesuai situasi dan kondisi yang mempengaruhinya.

Handling Sawdust di Industri

Pada konversi thermal, ukuran partikel output umumnya lebih besar daripada untuk proses pemadatan. Sedangkan pada proses pemadatan biomasa umumnya dibutuhkan ukuran partikel lebih kecil berkisar 4 mm sebagai inputnya, misalnya ketika hendak memproduksi wood pellet dengan diameter 6 mm, maka dibutuhkan ukuran partikel  4 mm, sedangkan bila wood pellet dengan diameter lebih besar ingin diproduksi maka ukuran partikel yang diperlukan juga lebih besar.  Apabila bahan bakunya memiliki ukuran besar seperti balok kayu umumnya akan digunakan 2 tahap size reduction untuk mencapai ukuran partikel yang dikehendaki, yakni chipper dan hammer mill, tetapi bisa juga dengan alat seperti wood crusher yang menepungkan batang kayu dengan sekali proses.  Batang kayu berukuran kecil dengan diameter kurang dari 10 cm bisa menjadi serbuk kayu dengan ukuran partikel rata-rata 4 mm dengan sekali proses, dengan alat kombinasi chipper dan hammer mill.Pertimbangannya tergantung antara lain kefektifan, cost produksi , perawatan & perbaikan serta harga unit itu sendiri.

Small Scale Size Reduction Unit

Large Scale Size Reduction Unit

Moblie chipper

Ada berbagai alat chipper tersedia saat ini, yakni drum chipper, disc chipper, screw chipper dan wheel chipper. Big drum chipper mampu bekerja dengan ukuran batang kayu hingga diameter 1 m, sedangkan disc chipper akn efektif untuk ukuran diameter batang kayu lebih kecil. Studi kasus pada industri wood pellet ada beberapa industri yang menggunakan 2 tahap size reduction, yakni chipper dan diikuti hammer mill dan sejumlah industri wood pellet hanya membutuhkan 1 tahap proses size reduction. Menepungkan bahan baku basah lebih sulit dengan hammer mill karena material bahan baku tersebut cenderung menutup lubang screen untuk keluaran output produk, tetapi resiko kebakaran dan ledakan lebih kecil ketika memroses bahan baku basah di hammer mill. Logam rotor untuk hammer mill umumnya dilapisi carbide metal untuk meningkatkan kekerasannya. Pengeringan juga akan lebih cepat ketika ukuran partikelnya lebih kecil. Beberapa pabrik wood pellet juga melakukan proses size reduction dengan ukuran partikel cukup besar yakni 1-2 cm kemudian dikeringkan dan dilakukan size reduction sekali lagi begitu keluar dari pengering dengan hammer mill hingga ukuran partikel yang dikehendaki. Hammer mill adalah alat yang biasa digunakan sebagai final size reduction sebelum masuk ke unit proses selanjutnya.    

Hammer Mill

Pengeringan Biomasa Proses Vital Kunci Sukses Pengolahan Biomasa

Konversi biomasa secara thermal seperti pembakaran, gasifikasi dan pirolisis maupun pemadatan seperti briket dan pellet hampir semua akan mensyaratkan pengeringan sebelum masuk ke unit proses tersebut. Teknologi pengeringan biomasa telah berkembang pesat untuk mencapai target kuantitas dan kualitas pengolahannya secara standard dan stabil. Dalam proses pengolahan biomasa tersebut biaya untuk pengeringan umumnya termasuk salah satu komponen biaya tertinggi terutama untuk pengeringan yang membutuhkan bahan bakar sebagai sumber energi pemanasnya.

Sumber energi untuk pengeringan tersebut dibagi menjadi dua, yakni sumber energi alami (natural drying) dengan panas matahari  dan sumber energi buatan (forced drying)dengan bahan bakar yang umumnya juga limbah biomasa itu sendiri. Pada pengeringan biomasa dengan energi matahari maka pengeringan akan berjalan lebih lama dan target kadar air yang dicapai  juga kurang akurat. Kelebihannya biaya untuk pengeringan murah tetapi ketergantungan dengan cuaca atau panas matahari sangat tinggi. Sedangkan pengeringan dengan menggunakan energi dari bahan bakar maka pengeringan akan berjalan lebih cepat dan pengontrolan kadar air target juga lebih akurat. Pengeringan energi matahari umumnya berjalan menggunakan proses batch, sedangkan pengeringan dengan bahan bakar menggunakan proses kontinyu.

Tahapan pengeringan yang terjadi pada kayu

Pengeringan kayu tradisional dengan panas matahari

Prinsip pengeringan dengan matahari dan contoh pengering matahari modern skala besar

Industri umumnya menggunakan proses pengeringan kontinyu dengan bahan bakar limbah biomasa itu sendiri untuk mencapai target produksi.  Berbagai jenis pengering yang umum digunakan di industri yakni rotary/drum dryer, belt dryer,  tuble dryer, low temperature dryer dan Superheated steam dryer. Khusus pada pemelletan kayu ketika proses steam conditioning dilakukan sebelum pemelletan, kadar air biomasa dari alat pengering  harus dibawah kondisi optimum kadar air atau berarti dibuat lebih kering karena conditioning akan meningkatkan kadar air sampai kadar tertentu. Proses pengeringan terjadi ketika bahan yang dikeringkan berkontak dengan media pemanas baik secara langsung maupun tidak langsung.   Semakin besar luas kontak antara biomasa dan media pemanas serta semakin lama waktu kontak akan membuat kecepatan pengeringan semakin tinggi.  

Rotary/Drum Dryer

Pada drum dryer, baik pemanasan langsung (direct heating) maupun pemanasan tidak langsung (indirect heating) dapat diaplikasikan. Pada direct heating, media pemanas misalnya flue gas akan berkontak langsung dengan bahan baku yang dikeringkan. Sedangkan pada indirect heating maka media pemanas tidak berkontak langsung dengan bahan yang dikeringkan karena media pemanas misalnya udara panas dihasilkan oleh alat penukar panas (heat exchanger).

Rotary / drum dryer yang diinstall outdoor

Skema rotary/drum dryer dengan sistem co-current 3 ducts

Inlet temperature dari drum dryer berkisar antara 300-600 C tergantung konstruksinya. Pada kondisi tersebut VOC (Volatile Organic Compound) akan diemisikan dari proses pengeringan tersebut. Karena alas an tersebut maka  complex exhaust air treatment (de-dusting and afterburning) dibutuhkan. Sedangkan pada indirect heating dryer maka fly ash akan terakumulasi pada bahan yang dikeringkan, sehingga pada kasus produksi wood pellet akan menambah kadar abu dari wood pellet yang dihasilkan.

Drum dryer adalah jenis pengering biomasa yang paling banyak diaplikasikan saat ini. Panas yang dibutuhkan untuk drum dryer sekitar 1000 kwh untuk setiap ton air yang diuapkan. Drum dryer dapat dipasang outdoor tanpa masalah. Biaya investasinya lebih rendah dari Tube Bundle Dryer. Dryer jenis inilah yang paling banyak digunakan di industri berbasis biomasa.

Tube Bundle Dryer

Tube bundle dryer adalah alat pengering tipe indirect heating. Pengeringan yang dilakukan menggunakan suhu relatif rendah yakni 90 C, sehingga akan meminimalisasi emisi senyawa organic (VOC) dan senyawa yang berbau. Steam, thermal oil dan air panas adalah media pemanas yang umum digunakan. Tube bundle dryer juga bekerja secara counter current. Kebutuhan panas diperkirakan sekitar 1000 kwh untuk tiap ton air yang diuapkan.

Tube bundle dryer

Biaya investasi untuk tube bundle dryer dengan penguapan air berkisar 2,5 hingga 3,5 ton/jam berkisar 420.000 hingga 550.000 Euro (basis harga tahun 2009), tergantung pembuat alat pengering tersebut dan rancangannya. Biaya perawatan relatif murah karena hanya sedikit komponen yang berpotensi aus.

Belt Dryer

Tergantung dari tipe dryer, inlet temperature dari media pemanas berkisar antara 90 hingga 110 C dan outlet temperature berkisar 60 hingga 70 C. Suhu operasi yang relatif rendah juga akan menghindari terjadinya emisi bahan yang berbau.  Dan juga, jika unit dedusting juga bisa dihilangkan karena lapisan produk pada belt juga berfungsi sebagai filter. Belt dryer bisa dijalankan dengan direct heating maupun indirect heating.

Kebutuhan panas sekitar 1200 kwh per ton air yang diuapkan, yang berarti sedikit lebih tinggi dari tube bundle, drum maupun superheated steam dryer. Selain ukuran lebih besar dan panjang, biaya investasi untuk alat ini juga lebih mahal daripada tube bundle dan drum dryer untuk kapasitas yang sama. 

Belt dryer

Skema belt dryer

Low temperature dryer

Dryer ini bekerja dengan mode batch serta counter current. Suhu inlet dari media pemanas bisa sekitar 50 C, tetapi sampai 100 C dimungkinkan. Suhu operasi yang sangat rendah memungkinkan tidak terjadinya substansi berbau teremisi dari unit ini. Pemanasannya secara indirect heating dengan selalu udara panas sebagai media pemanasnya. Udara tersebut dipanasi via heat exchanger dengan sumber panas yang berbeda.

Low temperature dryer

Skema low temperature dryer

Dryer ini biasanya dipasang secara indoor. Tetapi pemasangan secara outdoor juga dimungkinkan, hanya membutuhkan isolasi yang cukup sulit karena kompleksitasnya.  Kebutuhan panas berkisar 1000 kwh untuk tiap ton air yang diuapkan. Area yang dibutuhkan dari dryer ini lebih kecil bila dibandingkan belt dryer tetapi harga investasinya lebih tinggi.    

 

Superheated Steam Dryer

Superheated steam diproduksi dari heat exchanger (HE) yang biasanya dioperasikan dengan saturated steam pada tekanan 8 hingga 15 bar. Thermal oil maupun air panas juga bisa digunakan selain dari saturated steam. Superheated steam disirkulasikan dalam dryer dengan tekanan dua hingga lima bar dan berfungsi sebagai media pembawa dari material yang dikeringkan. Dryer diumpankan dari rotary valve. Dalam dryer material mencapai suhu 115 hingga 140 C kemudian material kering tersebut dipisahkan dari steam dalam cyclone dan dikeluarkan dengan rotary valve. Steam tetap masih berada dalam system tersebut. 

Fluidised bed dryer dengan superheated steam circuit

superheated steam circuit

Waktu tinggal dalam dryer umumnya berkisar 5 hingga 10 detik tergantung input material. Sedangkan untuk pengeringan sawdust biasanya 10 hingga 20 detik. Kapasitas tersedia untuk unit ini mulai dari penguapan air 50 kg/jam hingga kapasitas besar mencapai 30 ton/jam. Kebutuhan panas dryer tipe ini berkisar 750 kwh/ton, tetapi sekitar 40 hingga 60 kwh energi listrik dibutuhkan untuk penguapan air tiap tonnya yakni untuk conveyor system, rotary valve dan fan. Biaya investasi dari dryer dengan penguapan air 3 ton/jam sekitar  1,7 juta Euro (tergantung media pemanas dan material yang dikeringkan). Tingginya biaya investasi tersebut akibat unit sistem bertekanan tersebut.