OPT Pellet untuk Biomass Power Plant dan BECCS di Jepang dan Eropa

Sebagai daerah tropis surga biomasa maka ada banyak sumber bisa dimanfaatkan untuk produksi biomass pellet khususnya OPT pellet atau pellet batang sawit. Dan tentunya potensi tersebut bisa sejalan dengan upaya dekarbonisasi global untuk penyelamatan bumi dari peruabahan ikim dan pemanasan global.  Indonesia adalah produsen minyak sawit terbesar di dunia saat ini dengan luas kebun sawit mencapai sekitar 17 juta hektar. Dari luasan tersebut, sebanyak 9 juta hektar dikelola oleh perusahaan swasta, 550 ribu  hektar dimiliki perusahaan negara (PTPN), 6,1 juta hektar dimiliki oleh perkebunan rakyat atau petani kecil dan sisanya belum terverifikasi. Terjadi stagnasi produktivitas minyak sawit atau CPO  5 tahun ini karena lambatnya replanting perkebunan sawit, yakni dikisaran 45 juta ton/tahun. Hal inilah sehingga replanting khususnya pada perkebunan rakyat atau petani kecil harus digalakkan. 

Sebagian besar perusahaan sawit yang tergabung di GAPKI telah melakukan replanting secara berkala atau setiap tahun sekali dengan luasan 4-5%. Perusahaan sawit yang menjadi anggota GAPKI adalah 731, sedangkan menurut BPS 2023 jumlah perusahaan kelapa sawit di Indonesia mencapai 2.446 perusahaan, yang tersebar di 26 provinsi. Sedangkan pada perkebunan sawit rakyat, replanting sangat kecil yakni pada tahun 2024 saja dengan target 180.000 hektar (sekitar 3% dari perkebunan sawit rakyat) tetapi yang terealisasi kurang dari 40.000 hektar (0,7% dari perkebunan sawit rakyat) dan bahkan karena saking jauhnya dari target yang dicanangkan pada tahun 2025 target pemerintah untuk replanting kebun sawit rakyat diturunkan menjadi 120.000 hektar saja (sekitar 2% dari perkebunan sawit rakyat). 

Dengan rata-rata setiap hektar kebun sawit terdiri 125 pohon dan setiap pohonnya memiliki rata-rata berat kering 0,4 ton, maka per hektar di dapat 50 ton berat kering biomasa. Untuk luasan 10 ribu hektar menjadi 0,5 juta ton berat kering dan untuk luasan 100 ribu hektar berarti mencapai 5 juta ton berat kering. Atau jika perkiraan optimis Indonesia bisa melakukan 5% replanting atau 820 ribu hektar berarti ada 41 juta ton berat kering biomasa per tahun dan juga Malaysia dengan 5% replanting atau 285 ribu hektar akan dihasilkan 14,25 juta ton berat kering per tahun.  

Untuk perhitungan yang lebih praktis, kita ambil rata-rata group perusahaan sawit di Indonesia dengan 5 pabrik sawit dan 50.000 hektar kebun sawit. Dengan replanting pertahun seluas 5% dari total kebunnya maka setiap tahun dilakukan replanting seluas 2.500 hektar. Dari replanting tersebut akan dihasilkan batang sawit kering sebanyak 125.000 ton. Selanjutnya dari jumlah tersebut akan dibuat pellet batang sawit atau OPT pellet dengan asumsi kehilangan bahan sewaktu proses produksi 3% sehingga dihasilkan OPT pellet sebanyak 121.250 ton/tahun. Apabila digunakan handymax vesssel yang berkapasitas 25.000 ton/shipment maka dibutuhkan 5 kali pengapalan atau dengan panamax vessel yang berkapasitas 50.000 ton/shipment dibutuhkan 2 kali pengapalan plus 1 kali dengan handymax vessel.  Atau bisa juga dengan vessel berkapasitas 10.000 ton/shipment berarti dibutuhkan sekitar 12 kali pengapalan per tahun.  Pengapalan dengan kapasitas besar handymax dan panamax vessel cocok untuk pasar Eropa sedangkan vessel lebih kecil yakni 10.000 ton/shipment cocok untuk pasar Jepang.

Jepang, dengan jumlah sekitar 290 pembangkit listrik biomasa (biomass power plant) maka secara teknis mestinya untuk menuju BECCS bisa lebih cepat, tinggal nanti bagaimana di sisi policy/regulation. Pemasangan unit CCS (Carbon Capture and Storage) di unit pembangkit listrik biomasa membuat operasional pembangkit tersebut carbon negative atau sebagai penghilangan karbon (carbon (dioxide) removal / CDR) atau Greenhouse Gas Removals (GGR). Selain itu di Eropa ada contoh sukses untuk penerapan BECCS ini yakni proyek Stockholm Exergi BECCS.  Proyek Stockholm ini berbasis bahan bakar biomassa dari sumber yang berkelanjutan, berhasil mendapatkan salah satu kesepakatan penyerapan karbon terbesar di dunia dengan Microsoft.   

Selain itu dari sisi kebijakan sejumlah dukungan untuk pembangkit listrik biomasa dengan CCS / BECCS atau yang mampu melakukan CDR / GGR juga meningkat seperti di Inggris/ UK, seperti misalnya perpanjangan dukungan kepada pempbangkit listrik biomasa tanpa batas untuk memberikan waktu bagi pembangkit untuk beralih ke BECCS. Termasuk modifikasi dan perbaikan (retrofitting) pembangkit yang ada akan menghilangkan jutaan ton CO2 per tahun dengan tetap menghasilkan produksi listrik dari sumber terbarukan. Dan potensi tersebut hanya bisa dimaksimalkan apabila ada dukungan pemerintah untuk bertransisi ke sektor BECCS tersebut.  

Alat Pirolisis Skala Laboratorium untuk Ujicoba Produksi dan Penelitian Biochar

Trend dekarbonisasi terus berkembang di semua sektor kehidupan sebagai bagian konsensus global untuk menyelamatkan bumi. Biomasa memiliki peran strategis melalui biotransition yakni biomasa sebagai bahan bakar carbon neutral sehingga tidak berkonstribusi pada penambahan emisi CO2 di atmosfer hingga program carbon negative dengan carbon sequestration. Secara subtantif dekarbonisasi dengan program carbon negative (CDR /carbon dioxide removal) akan efektif jika bahan bakar biomasa sebagai bahan bakar carbon neutral ataupun penggunaaan energi terbarukan lainnya juga ditingkatkan. Atau dengan kata lain upaya mengurangi konsentrasi CO2 di atmosfer ternyata tidak bisa serta merta menyerap CO2 dari atmosfer (carbon capture and storage) saja. Dan dalam konteks energi terbarukan berbasis biomasa, praktisnya produksi wood chip dan wood pellet sebagai bahan bakar terbarukan carbon neutral akan saling melengkapi dengan biochar (carbon negative), lebih detail baca disini.

Biochar produk pirolisis biomasa atau produk biocarbon sebagai media untuk mitigasi perubahan iklim dengan carbon sequestration / carbon sink, belum sepopuler pemanfaaran biomasa sebagai sumber energi terbarukan seperti wood chip, wood pellet ataupun cangkang sawit. Sebagai perbandingan pada tahun 2023 produksi biochar secara global sebanyak 350 ribu ton sedangkan produksi wood pellet 47 juta ton. Dengan konversi dari biomasa menjadi biochar sekitar 30% maka pada tahun 2023 jumlah biomasa kering yang diolah menjadi biochar 1,2 juta ton, sedangkan pada wood pellet pada tahun yang sama sebanyak 47 juta ton atau biomasa untuk wood pellet sekitar 2,6%-nya saja, artinya terpaut sangat jauh. Tetapi diprediksi biochar akan menemukan momentumnya dan akan diproduksi secara masif secara global. Aplikasi biochar tersebut sebagai bagian carbon capture dan storage (CCS) saat ini perkembangannya paling cepat dibandingkan upaya pengurangan CO2 (CDR / Carbon Dioxide Removal) lainnya. Biochar memimpin dalam CDR credits di voluntary carbon market (VCM), yakni dengan lebih dari 90% secara global pada tahun 2023 seperti tertera di database cdr.fyi   

Selain itu aplikasi carbon capture dan storage (CCS) dengan kolom absorber-stripper lalu karbon dioksida yang tertangkap disimpan dilapisan kerak bumi masih mahal. Sedangkan teknologi pirolisis untuk produksi biochar semakin berkembang sehingga selain mudah dioperasikan, efisien, emisi gas buang yang ramah lingkungan juga bisa menghasilkan berbagai produk samping yang memberi keuntungan tambahan. Bahkan unit pirolisis tersebut juga dimungkinkan untuk diintegrasikan dengan suatu industri pengolahan, misalnya pada pabrik sawit, untuk lebih detail baca disini. 

Termasuk aplikasi BECCS (Bioenergy with Carbon Capture and Storage) yang secara overall merupakan program carbon negative atau penghilangan CO2 dari atmofer (CDR / Carbon Dioxide Removal) tetapi membangun unit bioenergy seperti pembangkit listrik biomasa itu sendiri juga tidak murah apalagi dengan penambahan perangkat carbon capture dan storage (CCS). Sejumlah negara yang sudah memiliki banyak pembangkit listrik biomasa sebagai contoh Jepang dengan sekitar 300 unit pembangkit listrik biomasa maka untuk menjadi operasionalnya carbon negative atau bagian dari penghilangan CO2 dari atmofer (CDR / Carbon Dioxide Removal) akan lebih mudah dengan meng-upgradenya dengan pemasangan perangkat carbon capture dan storage (CCS). Tetapi secara umum untuk menyerap CO2 di atmosfer dan mencapai target iklim maka aplikasi biochar yang diproduksi dengan unit pirolisis lebih mudah, murah dan strategis. 

Untuk mengantisipasi sekaligus preparasi menghadapi era penghilangan CO2 dari atmofer (CDR / Carbon Dioxide Removal) yang semakin berkembang, maka riset biochar juga harus ditingkatkan. Peralatan pirolisis yang bisa meng-cover atau mampu melakukan berbagai ujicoba produksi biochar secara komprehensif dengan semua kondisi operasi proses produksi terukur sangat penting. Parameter kualitas produk biochar ditentukan oleh 3 faktor yakni bahan baku atau jenis biomasa, proses produksi dan pre-treatment biomasanya, untuk lebih detail baca disini. Variabel-variabel penting proses produksi biochar pada unit pirolisis seperti durasi / residence time, suhu dan kecepatan pemanasan (heating rate) juga harus bisa dilakukan dengan peralatan tersebut.

Selain itu masalah emisi gas buang juga sangat penting. Hal ini karena lembaga-lembaga karbon standar seperti Puro, Verra dan CSI mensyaratkan emisi gas buang dengan ambang batas tertentu. Selain itu excess heat dari pirolisis dan/atau produk cair dan gas harus digunakan. Hal tersebut berarti bahwa peralatan pirolisis skala laboratorium tersebut harus cukup canggih untuk mencapai syarat-syarat tersebut. Mengikuti metodologi yang dikembangkan lembaga-lembaga karbon standar tersebut penting dilakukan supaya bisa menghasilkan biochar bersertifikat untuk mendapatkan carbon credit. Dengan setiap ton CO2 ekuivalen yang bisa dihilangkan dari atmosfer atau CORC (CO2 Removal Certificates) nilainya bisa lebih dari $150 maka itu tentu sangat menarik. 

Penggunaan biochar yang beranekaragam seperti pertanian, peternakan, bahkan untuk pembuatan beton bahan bangunan maka semakin mendorong implementasi biochar pada masa depan. Bahkan jika ada pertanyaan misalnya penggunaan biochar pada sektor pertanian yakni biochar : prioritas untuk kesuburan tanah atau solusi iklim dulu ? Tentu ini bukan pertanyaan dikotomis tetapi lebih pada daya dorong aplikasinya yang sangat dipengaruhi oleh faktor yang menjadi masalah daerah atau kawasan tersebut, untuk lebih detail baca disini. Untuk mendapatkan performa terbaik sekaligus meminimalisir resiko dari produksi biochar maka peningkatan kapasitas produksi biochar perlu dilakukan yakni dari skala laboratorium, skala pilot, skala demo hingga pabrik komersialnya, Dengan memahami karakteristik proses produksi secara bertahap dan mendalam maka harapannya angka keberhasilan produksi kapasitas besar atau komersial nantinya juga tinggi.   

Mengeksplorasi Pasar Produk-Produk Bioenergy dan Biocarbon di era Dekarbonisasi Global

Tuntutan untuk menurunkan suhu bumi dengan mengurangi konsentrasi gas rumah kaca melalui berbagai kesepakatan global seperti kesepakatan Paris dan Net Zero Emission (NZE) 2050 dengan ditindaklanjuti secara teknis melalui dekarbonisasi untuk berbagai sektor dan industri terus berlangsung. Hal inilah menjadi daya dorong untuk peningkatan bahan bakar terbarukan khususnya yang berbasis biomasa atau produk bioenergy yang memang selama ini telah dilakukan tetapi terjadi dinamika berupa fluktuasi permintaan dan harga. Bioenergy dengan sejumlah kelebihan dan keunikannya sebagai energi terbarukan tidak bisa tergantikan di era dekarbonisasi global ini dan walaupun dalam beberapa waktu mendatang sejumlah subsidi untuk bahan bakar biomasa atau bioenergy akan dihapuskan. 

Hal tersebut sangat terkait dengan prioritas suatu pemerintah dalam dekarbonisasi tersebut dari sejumlah opsi-opsi yang muncul. Produk-produk bioenergy bisa beranekaragam termasuk kualitasnya, tetapi semua memiliki segmen pasar tersendiri pada industri-industri tertentu. Selain itu aspek keberlanjutan (sustainibilty) dari sumber biomasa tersebut juga menjadi aspek penting dalam bisnis dan penggunaan bioenergy tersebut dan diberlakukan secara ketat seperti GGL, FSC, SBP, RED III, dan SURE. Kelompok-kelompok industri seperti semen, besi dan baja, kimia, bahkan sektor penerbangan, yang sebelumnya masih 100% menggunakan bahan bakar atau sumber energi berbasis fossil secara bertahap mulai beralih ke sumber energi terbarukan. 

Produk bioenergy seperti industrial wood pellet dan industrial wood briquette memiliki segmen terutama di industri pembangkit listrik dan pemakaian untuk bahan bakar boiler industri. Industrial wood pellet sangat populer dan diproduksi dalam kapasitas besar dibandingkan dengan industrial wood briquette. Terkait penghapusan subsidi dan pemberlakuan sertifikat keberlanjutan maka produsen bahan bakar biomasa dituntut untuk menghasilkan kualitas produk yang lebih baik dengan bahan baku yang tidak merusak lingkungan atau bisa dipertanggungjawabkan. Hal ini juga berlaku untuk bioenergy yang berasal dari limbah-limbah pertanian, yang umumnya belum ada sertifikat keberlanjutan pada kapasitas besar.

Pembangkit-pembangkit listrik biomasa yang beroperasi mendekati carbon neutral, selanjutnya bisa ditingkatkan lagi sehingga beroperasi carbon negative atau atmosphere carbondioxide removal (CDR) yakni menambah perangkat penangkap dan penyimpan karbondioksida (CCS / carbon capture and storage). Pembangkit listrik biomasa yang dilengkapi perangkat CCS tersebut populer disebut BECCS (Bio-Energy Carbon Capture and Storage). Diprediksi era BECCS tidak lama lagi dan negara-negara yang memiliki unit pembangkit listrik biomasa bisa dengan mudah meng-upgrade-nya menjadi BECCS. Perangkat CCS yang mahal dan pendapatan carbon credit yang rendah dari CDR masih menjadi kendala saat ini. Jepang yang memiliki sekitar 300 unit pembangkit listrik biomasa sangat berpotensi untuk meng-upgrade-nya menjadi BECCS. Dan sebagai pembangkit listrik biomasa maka kebutuhan bahan bakar akan selalu dibutuhkan seperti wood pellet dan PKS / cangkang sawit, dan untuk lebih detail baca disini. 

Salah satu contoh sukses BECCS adalah proyek Stockholm Exergi BECCS menggambarkan bagaimana infrastruktur pembangkit listrik biomassa yang ada dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan penyerapan karbon dioksida yang berkelanjutan. Proyek Stockholm ini berbasis bahan bakar biomassa dari sumber yang berkelanjutan, berhasil mendapatkan salah satu kesepakatan penyerapan karbon terbesar di dunia dengan Microsoft, serta kontrak signifikan senilai 500 juta SEK (~89 milyar rupiah).Model mereka mengintegrasikan penangkapan karbon dengan sistem pemanas distrik (District Heating), memaksimalkan efisiensi energi sekaligus mencapai penyerapan karbon dioksida yang permanen.

Demikian juga sejumlah industri besar lain seperti semen, alumunium dan kimia yang juga secara bertahap melakukan dekarbonisasi. Bahan bakar biomasa seperti wood pellet, dan limbah-limbah pertanian / perkebunan seperti PKS / cangkang sawit menjadi preferensi di sektor ini. Selain kandungan energi cukup tinggi, harga bahan bakar biomasa tersebut lebih terjangkau dibanding turunannya seperti torrefied biomass dan charcoal / biochar.  Dengan adanya transisi atau dekarbonisasi bertahap pada industri-industri tersebut maka kebutuhan bahan bakar biomasa juga terus meningkat. 

Sedangkan pada produk biocarbon seperti torrified biomass (biocoal) dan carbonized biomass (biochar / charcoal) mulai menjadi perhatian dan diperkirakan akan mencapai level produksi lebih massal dalam waktu tidak lama lagi. Pembangkit listrik biasanya menyukai biocoal karena kandungan energi lebih tinggi, hidrophobic sehingga bisa ditaruh ditempat terbuka seperti batubara dan lebih mudah dihancurkan (grindability index tinggi). Sedangkan biochar / charcoal terutama pada industri besi dan baja akan sangat cocok untuk menghasilkan low carbon steel bahkan green steel. Reduktor untuk blast furnace yang sebelumnya kokas dari batubara bisa digantikan oleh charcoal atau biochar tersebut. Charcoal atau biochar dengan kemurnian tinggi (fixed carbon >85%) dan impurities rendah dibutuhkan untuk reduktor blast furnace tersebut, dan untuk lebih detail tentang ini bisa baca disini dan disini.  

 

Sedangkan penggunaan biomasa untuk bahan bakar penerbangan berkelanjutan atau SAF (Sustainable Aviation Fuel) juga sangat dimungkinkan. Hal ini karena saat ini ada 3 proses produksi terkemuka untuk produksi SAF yakni HEFA (Hydro-processed Esters and Fatty Acids), FT (Fischer-Tropsch) dan ATJ (Alcohol to Jet Fuel). Biomasa melalui proses termokimia yakni pada FT (Fischer-Tropsch) dan biokimia yakni pada ATJ (Alcohol to Jet Fuel) bisa digunakan sebagai bahan baku atau feedstock.   Sedangkan bahan baku atau feedstock untuk proses HEFA bukan solid biomass tetapi vegetable oil, used cooking oil/minyak jelantah, lemak binatang dan sebagainya. Jadi aplikasi yang luas dari biomasa menjadi berbagai sumber energi penting di era dekarboniasi global maka hal itu menjadi daya dorong untuk produksi biomasa tersebut baik melalui sektor kehutanan maupun pertanian / perkebunan yang berkelanjutan.   

If We Don’t Cut Emissions, Creating Carbon Sinks is Irrelevant

Konsentrasi CO2 di atmosfer sudah tinggi sehingga harus dikurangi untuk menyelamatkan bumi. Upaya mengurangi konsentrasi CO2 di atmosfer ternyata tidak bisa serta merta menyerap CO2 dari atmosfer (carbon capture and storage) saja. Memaksimalkan penyerapan CO2 atmosfer tetapi di lain sisi juga emisi CO2 terus ditambah maka akan sangat berat sekali (baca : mustahil) untuk menurunkan konsentrasi CO2 di atmosfer apalagi sampai target tertentu yang disepakati oleh masyarakat global. Jadi hal yang masuk akal adalah emisi CO2 tidak ditambah lagi sehingga konsentrasi tidak semakin meningkat dan existing CO2 dikurangi hingga level tertentu sesuai yang ditargetkan.

Praktisnya produksi wood chip dan wood pellet sebagai bahan bakar terbarukan carbon neutral akan saling melengkapi dengan biochar. Wood chip dan wood pellet tidak menambah emisi CO2 dan biochar yang menyerap CO2 tersebut sebagai carbon sink (carbon sequestration) atau carbo negative. Aplikasi biochar tersebut sebagai bagian carbon capture dan storage (CCS) saat ini perkembangannya paling cepat dibandingkan upaya pengurangan CO2 (CDR / Carbon Dioxide Removal) lainnya. Biochar memimpin dalam CDR credits di voluntary carbon market (VCM), yakni dengan lebih dari 90% secara global pada tahun 2023 seperti tertera di database cdr.fyi . Dari data tersebut diperkirakan minimal 350 ribu ton biochar telah dihasilkan secara global pada tahun 2023 dengan estimasi 600.000 unit atau lebih CDR credit (Carbon Credit). 

Dan seperti di Eropa yakni pada tahun 2023 total ada 48 pabrik biochar baru, terpasang dan beroperasi, walaupun 7 pabrik tutup, tetapi total ada pertambahan 41 pabrik biochar atau total diperkirakan ada 171 pabrik biochar beroperasi. Dan pada tahun 2024 diperkirakan ada 51 pabrik biochar baru di Eropa atau pada tahun 2024 jumlah total pabrik biochar diperkirakan tumbuh menjadi lebih dari 220 unit. Secara volume biochar terjadi perkiraan pertambahan dari 75.000 ton pada tahun 2023 dan pada 2024 pertambahan produksi menjadi  115.000 ton. Produksi listrik dengan 100% bahan bakar biomasa dan dilengkapi perangkat carbon capture and storage (CCS) juga akan menyerap CO2 atau carbon negative, tetapi cara ini mahal dan lambat berkembang. Sedangkan cofiring biomasa dan batubara karena ratio cofiring kecil upaya pengurangan emisi CO2 tidak terlalu signifikan tetapi memang cofiring adalah pintu masuk penggunaan energi terbarukan yang paling mudah khususnya pada sektor energi atau pembangkit listrik. Dan pada akhirnya membuat carbon sink, tetapi sumber emisinya tidak dikurangi (dipotong) maka itu sama saja bohong atau upaya yang tidak relevant.    

Green Economy Pada Industri Semen Bagian 6 : Subtitusi Clinker Pada Pabrik Semen

Subtitusi clinker dengan bahan aditif atau SCM (Supplementary Cementious Material) berperan besar pada upaya pengurangan emisi CO2 pada pabrik semen. Subtitusi clinker ini menempati peringkat kedua setelah penangkapan karbon atau CCS (Carbon Capture and Storage) dalam upaya pengurangan emisi CO2 atau dekarbonisasi di industri semen tersebut. Hal tersebut karena emisi CO2 terbesar pada pabrik  semen bukan pada pembakaran atau terkait bahan bakar tetapi pada proses kalsinasinya. Teknologi CCS masih mahal sehingga implementasinya masih banyak terkendala, tetapi subtitusi clinker lebih mudah dilakukan, sehingga banyak pabrik semen yang sudah melakukannya.

Pada industri semen semua penggunaan bahan bakar dan sekitar 60% penggunaan listrik digunakan untuk produksi clinker mulai dari menghaluskan bahan baku, persiapan bahan bakar dan kiln semen. Semakin tinggi rasio clinker terhadap semen (C/S) maka semakin tinggi juga penggunaan listrik dan bahan bakar untuk setiap ton semen yang diproduksi. Rasio clinker terhadap semen (C/S) bisa diperkecil apabila semakin sedikit clinker yang digunakan pada produksi semen atau semakin banyak bahan tambahan atau SCM yang ditambahkan ke dalam clinker tersebut. Hal itu juga berarti bahwa subtitusi clinker dengan SCM dapat mengurangi secara signifikan penggunaan energi (listrik dan bahan bakar) untuk setiap ton semen yang dihasilkan. 

China memiliki rasio clinker terhadap semen (C/S) terendah di dunia saat ini yakni 0,58 sedangkan sejumlah area di negara lain ada yang memiliki porsi rasio C/S tertinggi hingga 0,9. Hal tersebut juga bisa dipahami bahwa China menggunakan SCM dengan porsi tertinggi dibandingkan negara-negara di dunia.  SCM paling umum digunakan saat ini adalah fly ash, ground granulated blast-furnace slag  (GGBFS) dan batu kapur halus (ground limestone). Sedangkan SCM lain seperti pozzolan dan calcined clay berpotensi untuk digunakan pada masa mendatang. 

Fly ash berasal dari produk samping atau limbah dari PLTU batubara. Dekarbonisasi PLTU batubara juga terus dilakukan yakni dengan cofiring batubara dengan biomasa tetapi hal tersebut dilakukan secara bertahap sehingga produksi fly ash masih banyak sampai sementara waktu. Fly ash dari limbah PLTU batubara tersebut sangat bermanfaat pada produksi semen karena memperkecil rasio clinker terhadap semen (C/S) sehingga mengurangi kebutuhan energi untuk produksi semen atau dengan kata lain mengurangi jejak karbon pada produk semennya. Sedangkan GGBFS berasal dari limbah pabrik besi dan baja. Tidak semua pabrik besi dan baja menghasilkan limbah GGBFS ini, hal tersebut karena tergantung jenis tungku / furnace yang digunakan. Hanya pabrik yang menggunakan blas furnace – basic oxygen furnace (BF – BOF) saja yang bisa menghasilkan GGBFS, sedang yang menggunakan electric arc furnace (EAF) tidak. Sekitar 70% pabrik besi dan baja di dunia saat ini menggunakan proses BF – BOF sehingga menghasilkan cukup banyak GGBFS, bahkan di China lebih dari 90% menggunakan proses BF – BOF ini. Dekarbonisasi pada industri besi dan baja ditandai dengan beralihnya BF – BOF ke EAF yang berakibat pada ketersediaan GGBFS. Tetapi proses berjalan pelan dan bertahap, sehingga untuk sementara waktu jumlah GGBFS akan tersedia dan bisa mengurangi jejak karbon pada produksi semen. 

Penggunaan fly ash pada produksi semen biasanya dibatasi 25-35% untuk alasan performa teknis. Sedangkan GGBFS dapat digunakan pada porsi lebih besar dibandingkan fly ash ataupun SCM lainnya. Bahkan standard Eropa membolehkan penggunaan GGBFS hingga 95% tetapi prakteknya lebih rendah. SCM yang lain yang biasa digunakan adalah pozzolan dan calcined clay.   Pozzolan berasal dari pertambangan yakni dari deposit di alam. Pozzolan membutuhkan pengeringan dan penghancuran (grinding) sebelum digunakan pada produksi semen. Listrik yang digunakan untuk menghancurkan (grinding) pozzolan juga hampir sama dengan penghancuran clinker. Lempung kalsinasi (calcined clay) juga bisa digunakan untuk subtitusi clinker ini. Pada penggunaan awal lempung kasinasi (calcined clay) dengan porsi lebih tinggi menyebabkan penurunan kekuatan tekan (compressive strength) pada produk semen yang dihasilkan. Tetapi perkembangan selanjutnya dengan dengan kombinasi atau campuran lempung kalsinasi dengan bubuk batu kapur, berpotensi untuk subtitusi hingga 50% subtitusi clinker tanpa berpengaruh pada kualitas semen. Lempung kalsinasi diproduksi dari proses kalsinasi lempung yang membutuhkan energi, tetapi energi yand dibutuhkan tersebut jauh lebih sedikit dibandingkan energi untuk produksi clinker. Diprediksi pada tahun 2050 oleh IEA (International Energy Agency) / WBCSD (World Business Council for Sustainable Development) produksi semen dengan bahan kombinasi di atas mencapai lebih dari 25% di seluruh dunia.  

Penggunaan SCM ternyata tidak hanya sebagai subtitusi clinker pada produksi semen tetapi juga pada produksi beton / concrete. Penggunaan SCM pada produksi concrete ini juga tidak kalah dengan subtitusi clinker bahkan di Amerika Serikat SCM sebagian besar ditambahkan selama produksi concrete dan bukan pada produksi semen. Sebuah studi di Amerika Serikat melakukan estimasi bahwa hanya 5% SCM ditambahkan pada produksi semen dan sekitar 13% pada produksi concrete-nya. Tetapi pada dasarnya penambahan SCM baik pada produksi semen maupun pada produksi concrete telah mengurangi jejak karbon atau sesuai dengan dekarbonisasi. Hal yang menjadi masalah adalah kurangnya edukasi terhadap manfaat SCM khususnya pada produksi concrete menjadi penghalang peningkatan penggunaan SCM tersebut. Faktor lain seperti ketersediaan SCM, harga dan kaitannya dengan kualitas semen serta bangunan juga menjadi penghalang yang sama. Pembuatan standar-standar dan kode-kode baru terkait untuk peningkatan penggunaan semen blended dengan SCM dan produksi concrete perlu dikembangkan untuk mentransformasi pasar saat ini.  

Biochar untuk Meningkatkan Porositas Tanah Rusak dan Tanah Marjinal

Pada dasarnya bahan atau material berpori akan memiliki luas permukaan yang besar. Semakin banyak pori maka bahan tersebut akan memiliki luas permukaan yang semakin besar juga. Upaya memperbanyak pori atau memperluas permukaan tersebut bisa dilakukan dengan banyak hal tergantung dari tujuannya. Jenis pori juga berpengaruh pada luas permukaan total dan juga penggunaan atau aplikasi suatu bahan tersebut. Sebagai contoh bahan yang lebih banyak atau dominan dengan pori-pori mikronya (micropore) akan memiliki luas permukaan lebih besar dan memiliki kegunaan spesifik yang berbeda dengan bahan yang dominan dengan pori-pori sedang (mesopore) maupun pori-pori besar (macropore). Merancang bagaimana suatu bahan supaya dominan micropore, mesopore atau macropore bisa dilakukan yakni dengan pemilihan bahan baku dan teknologi prosesnya, sebagai contoh biochar yang dihasilkan dari pirolisis akan menghasilkan luas permukaan lebih besar bila dibandingkan biomasa awalnya yang belum diproses tersebut. 

Pada tanah terkait halnya pada penggunaan untuk pertanian atau budidaya tanaman, aspek porositas atau pori-pori tanah tersebut menjadi aspek penting. Hal tersebut terutama terkait pada retensi hara dan air serta aerasi tanah tersebut. Memperluas pori-pori tanah akan sangat bermanfaat untuk meningkatkan kualitas tanah sehingga mendukung keberhasilan pertanian atau budidaya tanaman tersebut. Tanah yang mempunyai ruang pori lebih banyak akan mampu menyimpan air dan hara dalam jumlah banyak juga. Tanah yang memiliki pori berukuran kecil (micropore) dan sedang (mesopore) yang tinggi akan cenderung menahan air dan hara lebih kuat dibandingkan tanah yang mempunyai banyak pori berukuran besar (macropore). Dan jika terjadi penguapan atau pengunaan air oleh tanaman ataupun terjadi proses leaching pada unsur hara maka pori-pori besar (macropore) dahulu yang ditinggalkan oleh air dan hara tersebut menyusul pori-pori sedang (mesopore) dan mikro (micropore). 

Pemberian bahan organik berupa kompos ke tanah umumnya digunakan untuk membentuk ruang pori mikro (micropore) menjadi lebih banyak. Semakin ruang pori mikro (micropore) yang terbentuk maka tanah akan mempunyai daya lengas yang semakin meningkat. Bahan organik tanah tersebut mempunyai pori-pori yang lebih banyak dibandingkan partikel mineral tanah, yang berarti luas permukaan penyerapan juga lebih banyak. Pemberian bahan organik berupa kompos tersebut selain meningkatkan jumlah pori atau porositas tanah juga menurunkan berat volume. Bahan organik atau kompos tersebut merupakan sumber energi bagi aktivitas mikrobia tanah, menurunkan berat volume tanah, memperbaiki struktur tanah, aerasi dan daya mengikat air. Tanah dengan pori total tinggi seperti tanah lempung, cenderung mempunyai berat volume yang rendah sedangkan tanah dengan pori total rendah seperti tanah pasir (tekstur kasar), cenderung mempunyai berat volume yang tinggi.  

Selain meningkatkan pori total, pemberian kompos juga meningkatkan pH tanah yakni pada tanah pasir, dan tanah masam antara lain entisol, ultisol dan andisol serta mampu menurunkan Al tertukar tanah. Peningkatan pH disebabkan adanya proses perombakan kompos tersebut. Hasil perombakan tersebut akan menghasilkan kation-kation basa yang mampu meningkatkan pH atau pelepasan kation-kation basa dari kompos ke dalam tanah sehingga tanah jenuh dengan kation-kation basa. Proses pelapukan atau dekomposisi kompos tersebut akan membebaskan kation basa yang menyebabkan pH tanah meningkat.  

C-organik tanah juga akan meningkat dengan pemberian kompos tersebut dan N (nitrogen) total. Semakin banyak bahan organik yang ditambahkan ke dalam tanah, semakin besar peningkatan C-organik dalam tanah tersebut. Kompos dari kotoran hewan memiliki rasio C/N terendah dibandingkan kompos dari tanaman. Bahan organik yang memiliki kandungan lignin tinggi maka kecepatan mineralisasi N akan terhambat dan rasio C/N akan tinggi. Padahal suatu dekomposisi bahan organik lanjut dicirikan dengan rasio C/N yang rendah. Sedangkan rasio C/N yang tinggi menunjukkan bahwa dekomposisi belum berlanjut atau baru dimulai. Dalam proses tersebut terjadi penurunan karbon / C dan peningkatan nitrogen / N. 

Kebutuhan kompos di lahan marjinal seperti lahan pasir juga jauh lebih besar yakni bisa mencapai hampir dua kali lipat dibandingkan lahan biasa atau standar. Sedangkan kebutuhan pupuk kimia lahan marjinal biasanya lebih sedikit dibandingkan lahan biasa / standar. Idealnya dengan penggunaan pupuk kompos dengan dosis optimal akan mampu meningkatkan produktivitas tanaman dan melestarikan lingkungan. 

Berbeda dengan kompos yang akan habis terdekomposisi, sebagai pembenah tanah, biochar bisa bertahan ratusan tahun di tanah. Biochar yang memiliki luas permukaan besar besar juga memiliki banyak pori mikro (micropore) yang meningkatkan porositas tanah seperti halnya kompos. Kondisi pirolisis adalah hal penting dalam menentukan kualitas biochar selain bahan baku biochar itu sendiri. Pada tanah tekstur kasar seperti lahan pasir, biochar akan memperbaiki retensi air dan hara karena pori-pori mikronya memperlambat keluarnya (slow velocity). Kualitas biochar ini berbanding lurus dengan kemujaraban (efficacy) treatment biochar. Sejumlah parameter terkait aplikasi biochar untuk perbaikan / treatment tanah juga mirip dengan kompos antara lain : soil carbon content and mineralization, soil micro-structural & aggregation, bioavailable nitrogen, serta microbial activity & diversity. Hampir semua biochar bukan pupuk sebagaimana kompos, lebih detail baca disini, sehingga inokulasi (charging) biochar sebelum aplikasi bisa dilakukan dengan mengisi pori-pori biochar dengan air yang mengandung unsur kimia atau microba spesifik. Hal ini akan menghasilkan efek positif yang cepat dibandingkan dengan biochar saja. Selain itu biochar juga untuk pengurangan karbondioksida (CO2) di atmosfer sebagai carbon sequestration. Hal ini sangat sejalan dengan masalah perubahan iklim dan global warming saat ini. 

Biochar adalah zat heterogen yang kaya dengan karbon aromatik dan mineral. Biochar dihasilkan dari proses pirolisis (proses dimana bahan organik terdekomposisi pada suhu antara 350 sampai 1000 C dengan kondisi minim atau tanpa oksigen yang terkontrol dengan baik dan banyak digunakan untuk pembenah tanah (soil amendment). Kandungan karbon untuk biochar harus diatas 50%, sedangkan apabila produk pirolisis bahan organik dengan kandungan karbon kurang dari 50% tidak masuk kategori biochar tetapi disebut sebagai pyrogenic carbonaceous material (PCM). Kandungan karbon organik dari arang pirolisis (pyrolysed char) berfluktuasi antara kisaran 5% dan 95%, tergantung pada bahan baku dan suhu proses yang digunakan. Sebagai contoh kandungan karbon dari pirolisis kotoran ayam sekitar 25%, sedangkan dari kayu-kayuan sekitar 85% dan tulang kurang dari 10%. Ketika menggunakan bahan baku kaya mineral seperti lumpur endapan (sewage sludge) atau kotoran binatang, maka produk-produk pirolisis tersebut akan mengandung abu yang tinggi sehingga total pori lebih kecil. 

Selain itu biochar juga harus memiliki molar rasio H/Corg kurang dari 0,7 dan molar rasio O/Corg harus kurang dari 0,4.  Molar rasio H/Corg adalah indikator tingkat karbonisasi (pirolisis)-nya dan oleh karena itu sangat terkait dengan stabilitas biochar, yang merupakan salah satu karakteristik terpenting dari biochar. Rasio tersebut berfluktuasi tergantung pada jenis biomasa yang digunakan dan kondisi proses produksinya. Nilai rasio yang melebihi 0,7 mengindikasikan non-pyrolytic char atau kondisi proes pirolisis yang tidak memadai.  Sedangkan rasio O/Corg juga digunakan untuk membedakannya dari produk-produk karbon lainnya.  Luas permukaan spesifik juga merupakan ukuran kualitas dan karakteristik biochar, dan juga sebagai nilai kontrol terhadap metode pirolisis yang digunakan. Walaupun luas permukaan kurang dari 150 m2/gram dalam kasus tertentu bisa digunakan tetapi lebih dipilih atau disukai apabila lebih dari 150 m2/gram.

Dengan karakteristik seperti di atas, kompos dan biochar serta pupuk kimia bisa digunakan bersamaan, bahkan pada proses pengomposan biochar juga bisa ditambahkan untuk mengurangi N organik yang lepas ke atmosfer. Selain pori-pori mikro tanah semakin banyak atau pori-pori total semakin besar, hara dari kompos maupun pupuk kimia juga akan semakin lepas lambat (slow release). Seberapa lepas lambat (slow release) pupuk tersebut bisa dirancang sedemikian rupa tergantung kebutuhan, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Ketika biochar ini digunakan dengan baik maka hal tersebut akan bisa memaksimalkan produktivitas panen, memperbaiki kesuburan tanah dan meminimalisir dampak lingkungan. Empat hal perlu diperhatikan pada aplikasi biochar yakni sumber biochar yang tepat (right source), lokasi yang tepat (right place), dosis yang tepat (right rate) dan waktu yang tepat (right timing).  Tidak semua jenis tanah dan tanaman akan menghasilkan peningkatan panen dari aplikasi biochar, sehingga menjadi hal penting untuk mengetahui jenis tanah seperti apa yang menghasilkan peningkatan produktivitas tersebut. Peta tanah (soil map) bisa membantu untuk mengidentifikasikan jenis tanah yang berpotensi memberikan manfaat atau keuntungan dari aplikasi biochar tersebut. Para petani bisa berkonsultasi dengan konsultan pertanian ataupun profesional di bidang tersebut untuk membantu pemilihan dan aplikasi biochar. 

Green Economy Pada Industri Semen Bagian 5 : Meningkatkan Produksi dan Menurunkan Emisi

Meningkatkan kapasitas produksi tetapi sekaligus menurunkan emisi CO2 (karbondioksida, gas rumah kaca dominan) kedengarannya adalah suatu hal yang bertentangan / paradoksial. Hal tersebut memang secara sepintas seperti itu. Tetapi dengan program dekarbonisasi atau CO2 removal (CDR) upaya menurunkan emisi tersebut bisa dilakukan sekaligus meningkatkan produksi semennya. Seberapa besar target penurunan emisi dan kenaikan produksi semennya akan tergantung pada seberapa besar upaya dekarbonisasi yang dilakukan. Semakin besar penurunan emisi biasanya akan membutuhkan biaya yang tidak murah juga. Hal itulah sehingga upaya penurunan emisi sekaligus menaikkan produksi juga harus dilakukan secara bertahap dengan strategi tertentu. 

Pabrik semen adalah industri yang secara global berkontribusi pada peningkatan CO2 sebesar lebih dari 6% secara global. Tetapi ada keunikan pada pabrik semen ini yakni sebagian besar emisi CO2 yang dihasilkan bukan berasal dari penggunaan bahan bakar, tetapi dari proses kalsinasi. Prosentase CO2 yang dihasilkan dari proses kalsinasi mencapai sekitar 60% sedangkan dari penggunaan bahan bakar hanya sekitar 40% nya. Bahan bakar fosil yang biasa digunakan pada pabrik semen adalah batubara dan petcoke, yang mana keduanya merupakan dua bahan bakar fosil yang paling banyak mencemari udara. Bahkan di sejumlah daerah pabrik semen adalah pengguna batubara terbesar. Pabrik semen yang berdekatan dengan kilang-kilang minyak akan lebih banyak menggunakan petcoke tersebut.

Program dekarbonisasi atau upaya menurunkan emisi CO2 yang bisa dilakukan pada pabrik semen yakni peningkatan efisiensi energi, penggunaan bahan subtitusi clinker, penggunaan energi alternatif / energi terbarukan, dan penggunaan CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage). Dengan karakteristik tersebut sehingga dekarbonisasi total pada industri semen tidak bisa dilakukan dengan penggunaan teknologi efisiensi terbaik saja ataupun dengan penggantian bahan bakarnya saja. Sedangkan penggunaan bahan substitusi clinker dan CCUS sangat penting di antara teknologi-teknologi lainnya untuk mencapai emisi mendekati nol pada produksi semen. 

Skenario terbaik untuk meningkatkan produksi dan menurunkan emisi bisa dilakukan dengan penggunaan peningkatan efisiensi energi yang jauh lebih tinggi dengan menggunakan teknologi yang tersedia secara komersial,  penggunaan bahan bakar yang lebih agresif ke bahan bakar yang rendah karbon atau bahkan karbon netral, penggunaan dosis bahan subtitusi clinker lebih tinggi, serta mengadopsi penggunaan teknologi-teknologi CCUS yang tersedia secara komersial dengan porsi lebih tinggi.

Dan perlu dicatat bahwa semua disarankan peningkatan dalam skenario terbaik ini dapat dicapai dengan mengimplementasikan teknologi yang sudah tersedia secara komersial dan sebagian besar juga mesti hemat biaya. Sedangkan untuk CCUS, sementara teknologi tersedia secara komersial, tetapi implementasi membutuhkan investasi besar yang menuntut insentif keuangan atau harga karbon lebih tinggi. Tetapi di sisi lain CCUS memiliki kontribusi terbesar terhadap penurunan CO2, diikuti oleh penggunaan bahan subtitusi clinker dan  peralihan bahan bakar ke bahan bakar rendah karbon atau bahkan karbon netral. Dan penggunaan teknologi peningkatan efisiensi memiliki kontribusi terkecil pada penurunan emisi CO2. Hal ini terutama karena emisi terkait proses dari kalsinasi terhitung sekitar 60% dari total emisi CO2 dan hal tersebut tidak terkait dengan penggunaan energi.