Migrasi Dari Fossil Boiler ke Biomass Boiler

Boiler adalah alat utama yang penting pada operasional sejumlah industri. Sebagai perbandingan Amerika Serikat mengkonsumsi 20% gas alam (natural gas) untuk berbagai aktivitas produksi dan khusus untuk industri makanan saja tercatat menggunakan lebih dari 10.000 boiler. Lebih dari 70% boiler tersebut menggunakan gas alam dengan konsumsi per tahunnya yakni 237 triliun Btu. Hal tersebut juga tidak banyak berbeda dengan kondisi di Indonesia. Dengan mengganti boiler berbahan bakar fossil khususnya gas alam menjadi biomasa memiliki banyak keuntungan yakni secara energi, ekonomi, dan lingkungan, yakni :
a. Terjadi pengurangan konsumsi bahan bakar fossil khususnya gas alam.
b. Penghematan biaya produksi dari pembelian gas alam.
c. Mengurangi emisi CO2 atau gas rumah kaca di atmosfer akibat pembakaran bahan bakar fossil.

Selain gas alam, sebagian besar boiler di Industri saat ini menggunakan bahan bakar fossil, yakni batubara, dan solar (minyak diesel). Penggunaan boiler sendiri sangat luas pada sejumlah industri antara lain tekstil, penyulingan minyak bumi, plastik dan kertas. Daya dorong berupa aspek lingkungan menjadi daya dorong yang kuat untuk migrasi fossil fuel boiler ke biomass boiler. Sejumlah perusahaan juga sangat concern terhadap aspek lingkungan ini dan ingin mendapatkan citra yang baik dengan menggunakan biomass boiler. Pada prakteknya memang sejumlah industri telah puluhan hingga ratusan tahun telah menggunakan biomass boiler karena memang industri tersebut menghasilkan banyak limbah biomasa yang bisa digunakan sebagai bahan bakarnya seperti pabrik kelapa sawit untuk produksi CPO, pabrik gula dari tebu dan sejumlah industri penyulingan minyak atsiri. Jadi memang pada kelompok agroindustri bahan bakar biomasa telah lazim digunakan untuk bahan bakar boiler.

Ada banyak biomasa yang bisa digunakan sebagai bahan bakar boiler, antara lain limbah-limbah pertanian, wood chip, wood pellet dan sebagainya. Cangkang sawit (palm kernel shell) adalah salah satu limbah biomasa yang banyak tersedia di Indonesia. Dengan luas kebun sawit mencapai 12 juta hektar diperkirakan ada 10 juta ton cangkang sawit setiap tahunnya. Sedangkan wood chip dan wood pellet bisa dibuat dari limbah-limbah kayu atau kayu dari kebun energi. Potensi produksi wood chip dan wood pellet dari kebun energi juga bisa sangat besar mengingat ada puluhan juta hektar lahan hutan tanaman industri (HTI) yang bisa untuk kebun energi tersebut. Ada lagi bahan bakar yang bisa dipertimbangkan untuk bahan bakar boiler yakni arang. Arang adalah bahan bakar padat yang tinggi kandungan karbon. Apabila sampah kota bisa dikonversi menjadi arang dengan teknologi pirolisis, maka ini menjadi sumber bahan bakar baru sekaligus mengatasi masalah lingkungan akibat sampah. Hal perlu diperhatikan bagi industri yang akan migrasi dari fossil fuel boiler ke biomass boiler adalah ketersediaan pasokan dan tentu saja Faktor keekonomiannya. Bahan bakar biomasa umumnya lebih mahal dibandingkan batubara.

Secara teknis biomass boiler memerlukan perlakuan dan perawatan yang berbeda dengan fossil fuel boiler khususnya bahan bakar gas dan cair. Biomass boiler umumnya juga lebih besar sehingga membutuhkan tempat lebih luas. Bagi yang biasa menggunakan boiler berbahan bakar gas alam atau minyak diesel, tentu tidak pernah mengalami masalah dengan abu. Sedangkan pada penggunaan biomass boiler maka masalah abu adalah salah satu hal yang pasti dihadapi. Pada boiler industri umumnya telah ada perangkat otomatis untuk pembersihan abu tersebut sehingga tidak merepotkan pengguna. Abu dari pembakaran biomasa tersebut bisa digunakan untuk pupuk perkebunan sehingga juga bermanfaat. Selain itu untuk penyimpanannya, bahan bakar biomasa juga membutuhkan ruang lebih luas dibandingkan menyimpan minyak diesel atau gas alam. Untuk menyimpan wood chip dibutuhkan sekitar dua kali lebih luas daripada cangkang sawit, dan tiga kali untuk wood pellet pada kontent energi yang sama. Pada boiler industri umumnya menggunakan grate furnace dan fluidized bed furnace untuk membakar bahan bakar biomasa tersebut, gasifikasi juga digunakan tetapi jumlahnya tidak banyak sedangkan apabila menggunakan gas alam atau minyak diesel dengan pembakar nozzle bertekanan.

Selalu Ada Pasar Untuk Setiap Jenis Pellet Fuel

Aspek pemasaran selalu menjadi momok bagi calon produsen. Ketika aktivitas produksi telah dilakukan termasuk biaya yang besar telah dikeluarkan untuk membeli peralatan atau mesin produksi, tanah untuk pabrik, bangunan pabrik dan sebagainya, sebagai contoh misalnya dengan produksi wood pellet kapasitas besar dari kebun energi, tetapi belum menguasai aspek pasar tersebut, tentu akan menjadi masalah besar. Mengkaji, menganalisis dan mendalami aspek pasar dengan karakteristiknya sebelum aktivitas produksi adalah hal yang sangat penting, terlebih lagi untuk produksi kapasitas besar yang juga membutuhkan biaya besar tersebut. Hal tersebut juga berlaku untuk pellet fuel dari biomasa sebagai bahan bakar padat yang mendapat banyak perhatian saat ini dan juga mulai banyak dikembangkan oleh sejumlah pihak. Dan tentu saja ketakutan calon produsen tersebut bisa dihindari apabila mereka telah menguasai seluk-beluk bisnis yang akan ditekuninya tersebut.

Biomass pellet atau pellet fuel dan lebih khususnya pada wood pellet bisa dibuat dari berbagai macam bahan baku biomasa, baik biomasa kayu-kayuan, limbah-limbah pertanian maupun rumput-rumputan. Secara lebih spesifik wood pellet adalah pellet fuel yang dibuat khusus dari biomasa kayu-kayuan (woody biomass) tersebut. Sedangkan biomass pellet adalah pellet fuel yang dibuat dari segala macam biomasa termasuk kayu-kayuan, limbah pertanian maupun rerumputan tersebut. Pellet fuel yang khusus dibuat dari limbah pertanian disebut agro-waste pellet. Kelompok wood pellet memiliki karakteristik memiliki nilai kalor tinggi dan kadar abu rendah sedangkan agro-waste pellet memiliki karakteristik nilai kalor lebih rendah dan kadar abu lebih tinggi. Wood pellet juga bisa dibuat dari jenis kayu keras dan kayu lunak yang masing-masing-masing ada sedikit perbedaan pada sifat-sifatnya (properties). Begitu juga kelompok pellet fuel dari limbah-limbah pertanian yang bahan bakunya juga bisa beragam seperti sekam padi, kulit kopi, kulit kacang, tandan kosong sawit (EFB) dan sebagainya. Sifat-sifat pellet fuel dari berbagai macam limbah pertanian tersebut juga berbeda-beda walaupun perbedaannya juga tidak tajam.

Kadar abu dan kimia abu adalah dua variabel penting terkait penggunaan atau pemanfaatan pellet fuel tersebut. Secara umum semakin tinggi kadar abu maka semakin kecil nilai kalor dari pellet fuel tersebut. Sedangkan kimia abu dari berbagai kelompok pellet fuel secara umum juga bisa dibedakan sebagai berikut :
1. Kandungan abu silica (Si) dan potassium / kalium (K) yang rendah dengan kalsium (Ca) yang tinggi, dengan high fusion temperature berasal dari kelompok hampir semua biomasa kayu (woody biomass). Dan inilah spesifikasi terbaik untuk pembakaran (combustion) dan gasifikasi.
2. Kandungan abu silica (Si) dan potassium/kalium (K) yang tinggi dengan kalsium (Ca) yang rendah berasal dari kelompok limbah-limbah biomasa pertanian.

Lebih jauh lagi karena unsur-unsur kimia penyusun biomasa dalam pellet fuel jumlahnya banyak maka hal tersebut menentukan sifat-sifat pellet fuel tersebut secara spesifik. Sebagai contoh : wood pellet dari kayu keras seperti meranti, merbau, ulin, halaban dan sebagainya berbeda sejumlah kandungan unsur kimianya dengan wood pellet dari kayu lunak seperti sengon/albasia. Begitu pula dengan agro-waste pellet seperti pellet sekam padi (ricehusk pellet) dengan pellet tandan kosong sawit (EFB Pellet). Bahkan sama-sama kelompok kayu keras maupun kayu lunak pun perbedaan-perbedaan jumlah kandungan unsur kimia abu antar berbagai species kayu-kayu tersebut juga terjadi dan hal tersebut berpengaruh terhadap tingkat toleransi teknologi yang digunakan. Secara ilmiah (scientific) analisa ultimate di laboratorium bisa digunakan untuk mengetahui kandungan abu dan unsur-unsur kimianya secara terperinci/detail. Hal ini penting diketahui untuk penggunaan atau pemanfaatan pellet fuel tersebut secara spesifik.

Pada dasarnya pemanfaatan pellet tersebut adalah sebagai bahan bakar atau sumber energi. Teknologi pembakaran, gasifikasi dan pirolisis adalah route thermal yang bisa menggunakan pellet sebagai bahan bakar. Teknologi pembakaran paling banyak digunakan, selanjutnya gasifikasi dan terakhir pirolisis. Teknologi pembakaran (combustion) dengan suhu sedang hingga suhu tinggi bisa dilakukan. Sektor industri pada umumnya menggunakan suhu sedang dan pembangkit listrik menggunakan suhu tinggi. Pembakaran di sektor industri menggunakan alat-alat pembakar (combustor), yakni grate stoker (chain grate) dan stoker (static grate). Sedangkan pada pembangkit listrik menggunakan pulverized system, tambahan penjelasan juga bisa dibaca di sini.

Untuk bisa menggunakan pellet fuel dari berbagai bahan baku karena tidak bermasalah dengan sejumlah kimia abu pellet tersebut maka teknologi gasifikasi banyak digunakan. Dengan gasifikasi suhu operasionalnya juga relatif rendah (800 C) dibandingkan pulverized pada pembakaran, sehingga sejumlah unsur kimia abu juga tidak menimbulkan masalah. Penggunaan teknologi gasifikasi juga sudah mulai banyak pada pembangkit listrik. Teknologi gasifikasi dengan memaksimalkan produk gas memiliki tingkat efisiensi lebih tinggi dari pembakaran, tetapi harga atau investasi untuk kapasitas besar mahal sehingga pada pembangkit listrik kapasitas besar pada umumnya masih menggunakan teknologi pembakaran (pulverized) tersebut di atas. Dengan teknologi gasifikasi ini maka tidak hanya jenis wood pellet saja yang bisa digunakan tetapi agro-waste pellet juga bisa digunakansebagai bahan bakar.

Bagaimana dengan pirolisis? Berbeda dengan pembakaran dan gasifikasi yang menghasilkan abu sebagai residue, sedangkan di pirolisis tidak dihasilkan abu karena kondisi operasi rendah dibandingkan pembakaran dan gasifikasi yakni 400-600 C. Wood pellet atau biomass pellet jarang digunakan untuk bahan bakar atau bahan baku pada pirolisis. Pirolisis yang banyak digunakan saat ini adalah slow pyrolysis atau karbonisasi untuk produksi arang, sedangkan fast pyrolysis untuk produksi bahan bakar cair (bio-oil) juga masih jarang digunakan. Pada produksi arang dengan (slow) pyrolysis atau karbonisasi tersebut biasanya menggunakan kayu-kayuan atau pun briquette (sawdust briquette/wood briquette) sebagai bahan bakunya untuk menghasilkan produk arang kayu (lump charcoal) dan sawdust charcoal briquette, untuk mempertajam informasinya bisa dibaca di sini.

Torefaksi (torrefaction) atau mild pyrolysis bisa menghasilkan produk setengah arang (half carbonization) yang selanjutkan bisa dipadatkan menjadi torrified pellet fuel. Bahan baku proses torefaksi (torrefaction) tersebut yakni wood chip lalu setelah melalui proses torefaksi selanjutnya dihancurkan (crushing) dengan hammer mill yang sehingga berukuran menjadi serbuk yang selanjutnya dipadatkan menjadi torrified pellet fuel. Dengan proses torrefaction tersebut kandungan energi dari biomasa menjadi lebih tinggi sekitar 20% sehingga setelah dipadatkan kandungan energi torrified pellet fuel juga otomatis lebih tinggi dari wood pellet. Torrefaction dengan produk akhir torrified pellet fuel tersebut diprediksi akan menjadi tren bahan bakar padat biomasa masa depan. Pabrik wood pellet atau biomass pellet bisa meng-upgrade produknya menjadi torrefied pellet fuel dengan menambahkan torrefier atau alat torrefaction dalam produksinya. Tidak banyak modifikasi pabrik jika akan menambah torrifier atau alat torrefaction tersebut untuk menjadi produk akhir torrified pellet fuel nantinya. Jadi disini penggunaan teknologi torrefaction (mild-pyrolysis) untuk proses produksi bahan bakar biomasanya yakni torrified fuel, sedangkan teknologi gasifikasi dan pembakaran digunakan untuk mengekstrak energi dari bahan bakar biomasa berupa pellet fuel menjadi panas maupun listrik.

Dengan mengkaji secara mendetail karakteristik pellet fuel dan teknologi pemanfaatannya maka tidak ada pellet fuel yang tidak berguna atau tidak ada pasarnya. Kebutuhan energi juga terus meningkat seiring pertambahan penduduk. Karakteristik atau sifat-sifat khusus pellet fuel juga akan menentukan harga jual pellet tersebut. Wood pellet pada umumnya memiliki harga lebih tinggi dibandingkan dengan kelompok agro-waste pellet. Dalam banyak hal wood pellet memiliki banyak keunggulan dibandingkan batubara terutama di sektor industri, tentu juga masalah keekonomiannya. Hal itu juga yang mendorong sejumlah industri beralih menggunakan wood pellet. Performance atau kinerja boiler di industri juga bisa bersaing dengan penggunaan wood pellet tersebut. Bagi industri-industri yang ingin melakukan ujicoba (testing) dan ingin beralih menggunakan wood pellet untuk boiler bisa menghubungi kami di eko.sbs@gmail.com

Sektor-sektor Penggunaan Pellet Fuel

Sebagai sumber energi atau bahan bakar wood pellet  atau pellet bahan bakar bisa dimanfaatkan pada skala kecil seperti rumah tangga hingga skala besar se-level pembangkit listrik besar. Kuantitas  dan kualitas pellet tersebut menjadi parameter pada penggunaannya terkait dengan alat yang digunakan. Pada dasarnya dari skala kecil (mikro) hingga besar (makro) pada penggunaan pellet fuel  terutama berkaitan pada faktor efisiensi, kemudahan operasional dan emisi gas buang yang ditimbulkan (walaupun wood pellet termasuk bahan bakar terbarukan yang masuk kategori carbonneutral) sedangkan pada penggunaan skala besar faktor kualitas pellet mendapat perhatian serius.  Teknologi yang digunakan untuk memanfaatkan wood pellet ini hampir semua menggunakan teknologi pembakaran (direct combustion) untuk mendapat output berupa panas atau listrik. 

 Pada skala kecil  penggunaan pellet fuel untuk terutama di negara  empat musim untuk penghangat ruangan, bahkan untuk sektor tersebut membutuhkan spesifikasi khusus wood pellet dengan kualitas premium dengan alat kompor pellet atau pellet stove. Kompor pellet belum familiar di Indonesia karena wood pelletnya juga masih sangat sulit didapat. Alat lainnya yang digunakan pada skala kecil ini adalah boiler dan burner. Boiler tersebut akan menghasilkan steam untuk sumber uap dan air panas. Sedangkan burner bisa digunakan untuk berbagai sumber panas. 

Pada skala medium-besar, penggunaan terutama untuk industri-industri  dan pembangkit-pembangkit listrik. Alat grate combustor dan stoker yang umum digunakan di industri. Teknologi pulverized system dan fluidized bed umum digunakan pada pembangkit listrik. Prosentase wood pellet saat ini rata-rata masih kurang dari 5% pada penggunaan cofiring di powerplant batubara. Wood pellet untuk pulverized sedangkan biomass pellet untuk fluidized bed. Karakteristik antara kedua jenis tersebutlah yang membedakan. 

Bahan Bakar Pellet dan Briket Untuk Industri Makanan dan Minuman

Bahan bakar sebagai sumber energi di industri makanan dan minuman adalah kebutuhan primer yang selalu dibutuhkan. Bahan bakar yang ramah lingkungan, handling yang mudah, murah dan mudah tersedia selalu dicari-cari oleh produsen industri makanan dan minuman tersebut. Bahan bakar berbasis biomasa yakni pellet dan briket merupakan piliha ideal untuk hal kebutuhan tersebut. Keunggulan pellet dan briket adalah :
1. Bahan bakar ramah lingkungan dan terbarukan
2. Nilai kalor tinggi  umumnya lebih dari 4000 kkal/kg
3. Kadar abu rendah dan fly ash ketika dibakar minimal
4. Efisiensi pembakaran tinggi konsisten karena kadar airnya rendah
5. Kepadatan tinggi sehingga menghemat biaya transportasi
6. Bentuknya seragam sehingga memudahkan transportasi,      penyimpanan, pengumpanan dan pembakaran
7. Pembakaran lebih homogen dibandingkan batubara
8. Polusi sangat rendah karena kandungan sulphur hampir nol
9. Semakin dicari karena kenaikan bahan bakar fossil

Sejumlah industri telah melakukan konversi dari bahan bakar fossil ataupun kayu bakar ke pellet maupun briket karena keunggulan-keunggulannya tersebut.  Berikut beberapa tipe wood pellet burner dengan pengumpanan otomatis (automatic feed burner types) yang banyak digunakan yakni :

1. Stoker burner boiler
Stoker burner boilers adalah boiler paling sederhana, yang memiliki panggangan  (grate) kecil dipasang langsung pada bagian akhir feed auger. Pada stoker burner boilers kecil hanya dilengkapi dengan satu buah kipas angin sehingga sangat sulit untuk memisahkan suplai udara primer ke panggangan dari zone pembakaran akhir diatas panggangan.  Sebagai akibatnya potensi terjadinya overheating dan formasi kerak di panggangan sangat tinggi, dan sejumlah pembuat boiler menambahkan sirkuit air pendingin dalam pangganagan sebagai preventive.

2. Underfed stoker boiler
Pada underfed stoker boiler bahan bakar didorong ke atas melalui konis terbalik membentuk tumpukan seperti kubah dimana pembakaran terjadi. Hampir semua stoker boiler memiliki saluran udara primer dan udara sekunder terpisah untuk menyediakan kontrol pembakaran yang independent pada panggangan dan di zone pembakaran gas akhir.

3. Moving grate boiler
Moving grate boiler juga dikenal sebagai stepped grate boiler atau inclined grate boiler, memungkinkan fleksibiltas terbesar pada desain boiler. Boiler ini dapat menggunakan pengumpan auger atau ram stoker.
Seperti halnya pada underfed stoker boiler, moving grate boiler memiliki saluran udara primer dan sekunder, dan pada boiler terbesar ditambahkan saluran udara tersier untuk memastikan terjadinya pembakaran sempurna pada semua wood gas.

Briket memiliki ukuran lebih besar daripada pellet. Oleh karena itu ukuran briket bisa dipotong-potong menjadi lebih kecil menyesuaikan kebutuhan penggunanya. Dibawah ini contoh aplikasi briket untuk boiler.

Selain digunakan dalam industri makanan dan minuman, pellet dan briket juga bisa digunakan untuk bahan bakar berbagai industri (thermal application) antara lain : pembangkit listrik, industri keramik, industri kimia dan lain-lain.