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.