Pabrik Sawit: Ganti Boiler Saja? Apa Sekaligus Mencari Solusi untuk Bebas Problem Tandan Kosong Sawit dan Keuntungan Tambahan ?

Seiring dengan bertambah luasnya perkebunan sawit di Indonesia yang saat ini sekitar 17 juta hektar, maka demikian juga pabrik sawit yang dibutuhkan juga semakin banyak. Sekitar 10 tahun pabrik sawit di Indonesia sekitar 1.000 unit tetapi informasi terbaru berdasarkan data Kementerian Pertanian Republik Indonesia, jumlah Pabrik Kelapa Sawit (PKS) yang aktif beroperasi di Indonesia tercatat mencapai sekitar 1.200 hingga 1.500 unit pabrik. Lokasi pabrik sawit tersebut terutama di dua pulau besar di Indonesia yakni di Sumatera (52,69%) dan Kalimantan (42,71%) sedangkan sisanya di Sulawesi, Papua dan beberapa pulau lain relatif sangat kecil (masing-masing dibawah 3%). Sedangkan ditinjau dari kepemilikannya yakni mayoritas pabrik sawit di Indonesia ternyata perusahaan swasta besar (93%) dan hanya sisanya milik perusahaan negara (7%). Sebuah perusahaan swasta besar bisa memiliki belasan bahkan puluhan pabrik sawit tersebut. 

Dan salah satu peralatan utama untuk operasional pabrik sawit yakni boiler. Bahkan boiler ini, dengan mekanisme proses produksi pabrik sawit saat ini hukumnya wajib bagi pabrik sawit, lebih detail alasannya bisa dibaca disini. Boiler juga bisa dikatakan “jantung” pabrik sawit yang menggunakan air menjadi uap air bertekanan tinggi (steam) untuk menjalankan proses produksi dan pembangkit listrik untuk pabrik sawit tersebut dan perumahan karyawannya. Sebagai mana lazimnya alat produksi, boiler juga memiliki masa pakai. Dan ketika masa pakai boiler tersebut terlampaui maka bukan hanya tidak ekonomis karena biaya perawatan dan operasional menjadi mahal tetapi juga berbahaya. 

Photo diambil dari sini

Rata-rata masa pakai (lifespan) yakni berupa umur teknis dan ekonomis boiler pabrik sawit adalah 20 tahun. Ketika masa pakai terlampaui investasi penggantian boiler baru menjadi lebih mengun-tungkan. Mayoritas PKS di Indonesia menggunakan jenis Water Tube Boiler (Boiler Pipa Air) (misalnya merek Takuma atau Vickers). Ketel uap jenis ini mengalirkan air di dalam ratusan pipa yang dipanaskan dari luar menggunakan bahan bakar limbah sawit berupa cangkang (shell) dan serabut (fiber). Karena pipa-pipa ini berinteraksi langsung dengan panas ekstrem dan kerak air, bagian internal inilah yang paling cepat aus. Tiga faktor utama yang mempengaruhi masa pakai boiler tersebut adalah kualitas air umpan (boiler feed water), karakteristik bahan bakar dan perawatan berkala. 

Ketika sampai masa penggantian boiler tersebut, sedangkan di sisi lain melihat banyaknya limbah tandan kosong sawit yang menggunung dan tidak dimanfaatkan, mungkin pihak pabrik sawit juga akan berpikir apakah bisa memanfaatkannya sebagai bahan bakar boiler. Tetapi dengan ukuran yang besar dan kadar air tinggi (>60%), bagaimana caranya ? Tentu ini sebuah pemikiran yang wajar dan inovatif ketika mendapati momentum penggantian boiler sekaligus menghadapi masalah limbah biomasa. Secara teknis sebagai limbah biomasa maka tentu bisa digunakan, tetapi secara ekonomis apakah treatment atau persiapan tandan kosong hingga siap digunakan sebagai bahan bakar bisa diterima ? Ini tantangannya.

Sebuah bukti yang teruji akan meyakinkan semua keraguan atau narasi yang cuma sebatas teori. Demikian juga dengan unit yang bisa mengolah tandan kosong tersebut sekaligus sebagai tambahan sumber energi bagi operasional boiler (cogeneration) pada pabrik sawit tersebut. Dengan penggunaan alat tersebut selain masalah limbah biomasa tandan kosong sawit bisa teratasi, juga cangkang sawit yang selama ini menjadi bahan bakar boiler bersama sabut bisa 100% langsung dijual dan menjadi sumber pendapatan. Tidak hanya itu, ternyata kandungan abu tandan kosong yang kaya kalium / potassium (30% up) juga potensial sebagai pupuk, termasuk untuk digunakan di perkebunan sawit tersebut, untuk lebih lengkap bisa dibaca disini. Mengunjungi dan melihat secara langsung unit tersebut beroperasi juga bisa dilakukan sebagai upaya pembuktian sehingga menambah keyakinan pabrik sawit yang tertarik dengan solusi tersebut. 

Selain faktor   teknis tentu faktor ekonomis akan menadi pertimbangan penting untuk implementasi peralatan tersebut. Dengan memperhatikan sejumlah faktor khususnya yang berjalan selama ini pada operasional usaha industri sawit tersebut maka analisa keekonomian yang lengkap dan akurat bisa dilakukan untuk mencapai keputusan penggunaaan alat tersebut. Dan di era ketika bahan bakar terbarukan, efisiensi, zero waste, dan peningkatan profit usaha, maka bagi pabrik sawit yang saat ini sedang dalam masa menjelang penggantian boilernya, peralatan ini, yang bekera sebagai sumber energi tambahan (cogeneration) bagi boiler pabrik sawit layak dipertimbangkan. 

Biostimulan (Pupuk Daun) Berbasis Liquid Smoke untuk Aplikasi ke Kebun Sawit Menggunakan Drone

Pada perkebunan sawit khususnya, pupuk adalah komponen biaya tertinggi operasional perkebunan tersebut. Hal itu sehingga berbagai upaya dilakukan untuk mengoptimalkan pemupukan tersebut, sehingga benar-benar pemakaian pupuk itu seefesien mungkin termasuk penggunaan slow release fertilizer untuk mencapai maksud tersebut dan untuk lebih detail baca disini. Terkait upaya memaksimalkan pemupukan tersebut sehingga hasil TBS maksimal, penggunaan pupuk daun juga perlu dipertimbangkan. Asap cair (liquid smoke / pyroligneous acid) adalah salah satu jenis pupuk daun tersebut walaupun istilah yang lebih tepat adalah biostimulan (booster). 

Hal ini karena asap cair tersebut tidak menyediakan unsur hara seperti nitrogen (N), fosfor (P) dan kalium (K). Tetapi asap cair tersebut bertindak sebagai biostimulan, zat pengatur tumbuh (ZPT), sekaligus pelindung alami yang membuat daun tumbuh jauh lebih optimal. Ketika daun tumbuh optimal meningkatkan pertumbuhan seluruh organ tanaman secara eksponensial, termasuk batang, akar, bunga, buah dan sebagainya. Daun adalah "dapur" utama tanaman, sehingga kesehatan daun menentukan kesehatan seluruh sistem tanaman. Pertumbuhan daun yang optimal juga meningkatkan efisiensi penyerapan pupuk (efek "mesin pompa") di tanah. 

Lebih lanjut, asap cair tidak hanya sebagai “pupuk daun”, ternyata asap cair juga berfungsi sebagai pestisida organik (fungisida/insektisida). Hal tersebut sehingga mengusir hama (seperti kutu dan lalat), serta mencegah penyakit daun. Kandungan fenol dan asam asetat bersifat toksik bagi serangga (kutu daun, thrips, ulat) serta ampuh menekan jamur penyebab penyakit tanaman. Dan aroma asap yang khas membuat serangga enggan mendekat dan bertelur di permukaan daun. Selain itu, sifat mengikatnya membuat spora jamur patogen kesulitan menempel dan berkembang di permukaan daun. 

Terkait dengan fungsi ganda tersebut, pemakaian asap cair untuk aplikasi ke daun (foliar) bisa sesuai prioritas, apakah lebih dikhususkan sebagai “pupuk daun” atau sebagai biopestisida. Hal memerlukan sejumlah penyesuaian seperti dosis, formulasi tambahan dan waktu aplikasi. Untuk memaksimalkan fungsi asap cair sebagai pupuk daun, Anda harus mencampurnya dengan unsur hara tambahan (seperti pupuk organik cair/POC) dan mengaplikasikannya pada waktu stomata daun membuka sempurna. Asap cair mampu memperkecil molekul air. Saat diencerkan atau dicampurkan dengan Pupuk Organik Cair (POC), kandungan nutrisi pupuk tersebut menjadi lebih mudah masuk dan diserap melalui stomata (mulut daun). Sedangkan untuk memaksimalkan fungsinya sebagai biopestisida asap cair perlu dikombinasikan dengan pestisida nabati lain. Untuk frekuensi penyemprotan untuk pencegahan yakni 1 kali seminggu, sedangkan serangan hama tinggi yakni 2-3 kali seminggu hingga populasi hama terkendali. 

Penggunaan drone untuk penyemprotan pestisida dan pupuk cair sudah banyak digunakan diberbagai tanaman pertanian seperti padi, jagung, tebu hingga sawit. Lebih khusus di perkebunan sawit, aplikasi drone adalah solusi modern penyemprotan pupuk dan pestisida. Dan di Indonesia lebih dari 80% aplikasi drone untuk sektor kehutanan dan pertanian. Faktor efisiensi (waktu, tenaga, biaya operasional, pupuk, pestisida) dan presisi menjadi daya dorong utama aplikasi drone ini. Hal ini sehingga teknologi drone diharapkan sebagai solusi efektif dalam pengendalian hama penyakit, pemupukan dan budidaya tanaman sawit. Drone efektif untuk meningkatkan efisiensi perkebunan terutama di area yang dan sulit dijangkau. Sebagai sebuah teknologi berbagai penyempurnaan telah dilakukan untuk menyempurnakan fungsinya seperti kapasitas angkut, kecepatan semprot, fitur keselamatan, dan efisiensi kerja. Penggunaan drone mendukung pertanian presisi dan ketahanan pangan global dengan pendekatan teknologi ramah lingkungan.  

Penyemprotan pupuk cair ke bagian bawah daun (underside spraying) menggunakan drone memerlukan teknik khusus. Hal ini karena baling-baling drone secara alami menghasilkan hembusan angin ke bawah (downwash) yang kencang. Efek downwash inilah yang dimanfaatkan untuk menggerakkan dan membalikkan daun secara lembut, sehingga butiran semprotan (droplets) bisa mengenai bagian bawah daun. Hal ini karena di bagian bawah daun, di mana letak stomata paling banyak berkumpul sekitar 80%. Tekstur Semprotan juga dibuat mode mist (embun paling halus) agar cairan menempel rata dan tidak menetes terbuang ke tanah. Selanjutnya faktor ketinggian drone, kecepatannya, dan sudut nozel perlu diatur sedemikian rupa untuk mencapai maksud tersebut. Faktor lingkungan berupa angin kencang perlu dihindari sehingga perlu menyesuaikan waktu dan kondisi yang tepat.  

Seiring dengan berkembangnya penggunaan biochar sebagai solusi kesehatan dan kesuburan tanah serta solusi iklim maka semestinya demikian juga dengan aplikasi asap cair ini. Asap cair sebagai produk samping berupa produk cair dari produksi biochar akan meningkat seiring dengan peningkatan produksi biochar. Asap cair sebagai produk yang dihasilkan dari bahan baku biomasa melalui proses pirolisis juga mendorong penggunaan bahan alami berbasis sumber terbarukan (renewable resource) sehingga ramah lingkungan dan berkelanjutan.   

Produksi Listrik dari Pirolisis, Menggunakan Gas Engine atau ORC Generator ?

Semakin efisien suatu peralatan maka semakin besar manfaat atau keuntungan yang bisa didapat. Hal ini termasuk peralatan untuk produksi biochar yakni pirolisis. Semakin efisien peralatan pirolisis tersebut maka akan semakin murah produksi biochar tetapi juga sekaligus menghasilkan produk-produk pengembangan. Sebagai contoh adalah pemanfaatan byproduct dari proses pirolisis tersebut seperti syngas, biooil, pyroligneous acid hingga excess heat. Memanen atau memanfaatkan energi dari sumber panas buangan yang biasanya terbuang percuma adalah juga bagian dari efisiensi juga. Sejumlah produk yang bisa digunakan untuk produksi energi bisa dimanfaatkan untuk produksi listrik yakni syngas, biooil dan excess heat. Tetapi ada sejumlah teknologi untuk produksi listrik tersebut, jadi pilihannya menggunakan yang mana ?

A. Gas Engine

Gas Engine seperti GE Jenbacher biasa digunakan untuk produksi listrik dari biogas. Biogas yang merupakan produk dari bioprocess memiliki kandungan gas metana yang sangat dominan sedangkan syngas dari pirolisis yang merupakan thermal process hanya sedikit kandungan metana dan lebih banyak gas hidrogen (H2) dan karbonmonoksida (CO), hal ini sehingga gas engine tidak cocok untuk produksi listrik dari syngas pyrolysis. Selain cocok untuk biogas, gas engine seperti GE Jenbacher tersebut juga cocok dengan gas alam yang juga kandungan utamanya gas metana.  

B. ORC (Organic Rankine Cycle)

Perbedaan utama antara Organic Rankine Cycle (ORC) dan siklus Rankine biasa terletak pada fluida kerja dan suhu sumber panas yang digunakan. ORC dirancang khusus sebagai modifikasi dari siklus Rankine konvensional. Perbedaan dengan Rankine Cycle biasa yang menggunakan steam dari boiler sebagai fluida kerja yang banyak digunakan pada PLTU kapasitas besar, pada ORC (organic rankine cycle) ini menggunakan fluida kerja berupa fluida organik yang memiliki titik didih rendah seperti hidrokarbon atau refrigeran. Titik didih rendah ini sehingga bisa memanfaatkan sumber panas yang suhunya tidak terlalu tinggi seperti panas limbah (waste heat) atau panas buangan (residual heat) dan sebagainya. 

Dan karena banyak fluida organik yang tersedia maka pemilihan bahan organik sebagai fluida kerja yang cocok pada ORC juga tidak kalah penting. Bahkan pemilihan fluida kerja untuk pembangkit ORC tersebut sangat krusial karena memengaruhi efisiensi termodinamika, biaya operasional, serta aspek keselamatan. Faktor utama yang dipertimbangkan adalah sifat termofisika fluida, kompatibilitas dengan sumber panas, dampak lingkungan, dan ketersediaan komersial (aspek ekonomi). Sehingga pemilihan fluida ORC tersebut harus menyeimbangkan efisiensi energi, keselamatan, dampak lingkungan, dan biaya.

Waste heat dari pirolisis bisa di-recovery dan dimanfaatkan untuk produksi listrik dengan ORC ini. Demikian juga byproduct pyrolysis yang bisa sebagai sumber energi yakni excess syngas dan bio-oil.  Excess syngas dan bio-oil tersebut digunakan sebagai bahan bakar dan panasnya digunakan sumber energi pembangkit ORC tersebut. Pada dasarnya memang pemilihan pembangkit listrik ORC ini berdasarkan kebutuhan listrik dan sumber energi tersedia. Untuk kebutuhan lisrik kecil yakni berkisar 0,5 MW - 10 MW dan sumber energi nya bersuhu rendah yakni yang suhunya dibawah 350 C (kisaran suhu rendah hingga menengah (80 C - 350 C)) maka pilihan terhadap ORC adalah cocok. Sebagai perbandingan yakni pada steam turbine membutuhkan suhu jauh di atas 400 C dan output daya 10 MW hingga di atas 1.000 MW (seperti pada PLTU batu bara atau PLTN). Tetapi mengapa hampir semua pabrik sawit (pabrik CPO / crude palm oil) walaupun produksi daya listriknya  kecil atau rata-rata kurang dai 5 MW tetap memakai steam turbine ? Untuk penjelasannya baca disini.

Penerapan pembangkit Organic Rankine Cycle (ORC) sebagai waste heat to power (WHP) dari proses pirolisis adalah kombinasi yang sangat efektif untuk meningkatkan efisiensi energi total sistem (co-generation). Dan unit pirolisis modern yang banyak digunakan pada pirolisis biomasa sistem kontinyu yakni untuk produksi biochar, yang bekerja secara autothermal atau self-sustain maka dimungkinkan unit pirolisis tersebut juga bisa beroperasi mandiri dari pembangkit lisrik dari ORC tersebut. Hal tersebut berarti akan menurunkan biaya operasional, karena listrik untuk menjalankan motor listrik, pompa dan sebagainya dari produksi sendiri. Dengan kata lain unit pirolisis tersebut beroperasi mandiri tanpa tergantung dari jaringan listrik atau PLN. Dari sudut pandang iklim maka kondisi tersebut ideal, karena sumber energi berasal dari sumber terbarukan (carbon neutral) dan apabila biochar digunakan untuk carbon sequestration berarti carbon negative. Optimasi sistem sehingga menghasilkan konfigurasi yang optimal dan menguntungkan menjadi tugas para engineer.  

Sebuah perusahaan di Amerika yakni Quonset Soil Solutions, LLC di Rhode Island baru-baru ini telah sukses memasang unit ORC untuk memanen panas limbah (waste heat) dari unit pirolisis mereka berkapasitas 1,8 MW. Selain itu beberapa unit pirolisis di Eropa dikabarkan juga telah menggunakan ORC dengan kapasitas lebih kecil. Kesuksesan-kesuksesan ini akan menginspirasi dan pemasangan unit ORC sebagai bagian produksi biochar dengan (slow) pyrolysis akan semakin berkembang. 

Kesimpulannya : 
-Sistem ORC sangat direkomendasikan untuk pabrik pirolisis berskala kontinu (bukan tipe batch kecil) karena mampu mengubah polusi panas (waste heat) menjadi aset energi listrik yang berharga secara konstan. Operasional ORC ramah lingkungan dan mendukung target dekarbonisasi.  

-Pembangkit ORC dari waste heat pirolisis adalah solusi efisien, aman, dan berkelanjutan untuk menghasilkan listrik dari energi panas buangan (residual heat). Teknologi ini juga ideal untuk berbagai industri yang menghasilkan panas menengah, sehingga energi tidak terbuang percuma.