Konstruksi Carbonisation Furnace Untuk Industri Sawdust Charcoal Briquette

Berbeda dengan tungku pembakaran (combustion furnace) yang banyak digunakan di industri dan kadang menjadi bagian dari unit boiler, tungku karbonisasi (carbonisation furnace) memiliki fungsi dan tujuan yang berbeda. Tungku pembakaran di industri pada awalanya sangat sederha berupa tungku tiga batu di ruangan terbuka sehingga tidak efisien dan banyak terjadi kehilangan panas. Seiring perkembangan zaman tungku tersebut saat ini dibuat sedemikian rupa sehingga panas yang dihasilkan tidak banyak terbuang tetapi secara efektif bisa dimanfaatkan. Teknik pembakaran seperti grate combustion, fluidized bed dan pulverized digunakan untuk memaksimalkan proses pembakaran yang terjadi dan juga material pembuatan tungku juga disesuaikan jenis refractory atau bata tahan apinya. Refractory tersebut menyesuaikan dengan suhu operasi dalam tungku tersebut selain itu refractory tersebut juga berfungsi sebagai isolator sehingga panas yang hilang bisa diminimalisir. Tungku pembakaran di industri memang bertujuan untuk memaksimalkan pengambilan panas yang terjadi dari proses pembakaran yang terjadi di dalamnya.  

Sedangkan tungku karbonisasi bertujuan untuk sarana proses karbonisasi (pyrolysis) dengan output utama berupa arang. Ditinjau dari proses produksi memang ada sedikit perbedaan, hal ini karena pada proses pembakaran (oksidasi) maka oksigen atau udara dibuat berlebih sehingga proses pembakaran bisa sempurna. Sedangkan pada proses karbonisasi (pyrolysis) merupakan proses pembakaran tidak sempurna (oksidasi parsial) sehingga jumlah udara atau oksigen yang masuk ke dalam tungku dibatasi (direct heating) atau bahkan tidak menggunakan oksigen atau udara sama sekali (indirect heating). Suhu operasi pada tungku karbonisasi juga lebih rendah dibandingkan dengan tungku pembakaran, sehingga batu bata biasa tertentu bisa digunakan. Perbedaan lainnya adalah pada tungku pembakaran proses pembakaran yang dilakukan secara kontinyu, sedangkan pada tungku karbonisasi secara batch. Proses karbonisasi pada umumnya juga memakan waktu relatif lama yakni berkisar 7-14 hari.


Tungku karbonisasi dengan model missouri kiln seperti gambar di atas paling umum dan banyak digunakan hari ini. Hal tersebut terutama terkait dengan kualitas produk sawdust charcoal briquette yang dihasilkan. Dengan tungku karbonisasi seperti di atas variabel proses produksi berupa heating rate bisa dikontrol dengan baik dan selain itu biaya pembuatan tungku karbonisasi juga cukup murah karena pada umumnya hampir semua material berasal dari lokal setempat. Tungku karbonisasi jenis lainnya biasanya menawarkan waktu proses lebih singkat tetapi kualitas produk sawdust charcoal briquette lebih rendah.    

Salah satu hal yang umum terjadi pada proses karbonisasi adalah banyaknya kehilangan panas yang terjadi seperti contoh diagram di atas, hal ini karena konversi dari sawdust briquette ke sawdust charcoal briquette berkisar 25%. Panas adalah bentuk energi yang potensial untuk berbagai keperluan, sehingga seharusnya dimanfaatkan (waste heat recovery). Pemanfaatannya antara lain untuk berbagai pengeringan atau pemanasan, sehingga sangat mungkin industri ini diintegrasikan dengan industri lainnya.

Limbah Sagu Untuk Sawdust Charcoal Briquette

 

Hutan sagu tersebar terutama di kawasan Indonesia, Malaysia dan Philipina dengan Indonesia khususnya Papua sebagai pemilik hutan sagu terbesarnya dengan luas hutan mencapai 1,2 juta hektar atau hampir 50% dari luasan dunia. Walaupun sudah mulai dibuat perkebunan sagu tetapi sebagian besar masih berupa hutan-hutan. Pada daerah yang telah membuat perkebunan sagu, pengolahan produk sagu yang dihasilkan juga lebih baik. Sagu memiliki peran sangat penting dalam ketahanan pangan, khususnya daerah-daerah seperti Maluku dan Papua. Daerah-daerah tersebut juga sudah turun menurun makan sagu sebagai makanan pokoknya. Ketahanan pangan menurut UU  No 7 tahun 1996 dan PP 68 tahun 2002 adalah kondisi terpenuhinya pangan bagi rumah tangga yang tercermin dari ketersediaan pangan yang cukup, baik jumlah maupun mutunya, aman, merata dan terjangkau. Selain itu pohon sagu juga memiliki manfaat lingkungan seperti menahan erosi, penyerapan air dan penghijauan. Konversi pangan dari sagu ke beras akan mendorong konversi hutan sagu ke persawahan dan itu berarti juga menghilangkan manfaat lingkungan dari hutan sagu. Hilangnya manfaat lingkungan dari hutan sagu juga berarti mengundang potensi bencana alam. Seharusnya tidak perlu untuk konversi pangan dari sagu ke beras untuk daerah-daerah tersebut tetapi justru mengembangkan dan melestarikan potensi pohon sagu di daerah-daerah tersebut dan bahkan sangat dimungkinkan sebagai komoditas export. Berdasarkan sejumlah analisa bahwa penggunaan sagu dari lokasi setempat akan mampu swasembada pangan di daerah tersebut, misalnya di Maluku dan Papua. 

Pemanfaatan sagu terutama untuk produksi karbohidrat sebagai bahan pangan pokok. Pati sagu diambil dari bagian batang sagu yang diekstrak sehingga terpisah pati sagu dan ampasnya. Pada sejumlah daerah proses mengekstrak pati sagu masih sangat sederhana, yakni batang sagu diambil bagian yang kaya sagunya, dikecilkan ukurannya  misalnya dengan diparut lalu dicampur air lalu diremas-remas dengan tangan dan didapat pati sagu dari pengendapan hasil perasan tersebut. Dengan bantuan alat mekanik proses ekstraksi tersebut bisa lebih mudah dan cepat. Proses produksi sagu menghasilkan sejumlah limbah biomasa yang sebenarnya juga memiliki potensi ekonomi. Limbah kulit batang sagu dan ampas sagu adalah bahan potensial untuk produksi sawdust briquette charcoal. Saat ini sebagian besar limbah tersebut masih belum dimanfaatkan dan hanya mencemari lingkungan.

Proses produksi sawdust charcoal briquette dari limbah sagu tersebut juga hampir sama dengan produksi sawdust charcoal briquette dari bahan baku limbah-limbah kayu pada umumnya. Kulit batang sagu perlu dikecilkan ukurannya (size reduction) seukuran serbuk gergaji sedangkan untuk ampas tebu tidak perlu karena ukuran partikelnya sudah relatif kecil. Tahap selanjutnya adalah pengeringan dengan alat pengering dan yang paling banyak digunakan saat ini yakni rotary (drum) dryer. Setelah material sudah cukup kering selanjutnya disimpan sementara selanjutnya diumpankan ke mesin briket (screw extruder) dan dihasilkan sawdust briquette. Pada tahap ini tahapan proses produksinya sangat mirip dengan produksi wood pellet, bedanya untuk produksi sawdust briquette menggunakan screw extruder, sedangkan untuk wood pellet dengan pelletiser. Untuk menjadi sawdust charcoal briquette tahap selanjutnya yakni sawdust briquette selanjutnya diarangkan dalam tungku pengarangan (karbonisasi) yang memakan waktu sekitar 10 hari.

Mengapa tidak produksi wood pellet saja? Pertanyaan wajar dan masuk akal. Walaupun limbah sagu tersebut bisa digunakan untuk produksi wood pellet, tetapi kandungan klorin yang cukup tinggi membuatnya kurang bisa diterima, terutama untuk pasar export yang end usernya adalah pembangkit listrik. Apabila wood pellet dari limbah sagu ditujukan untuk pasar dalam negeri untuk pemakaian pada sejumlah UKM juga tidak masalah. Sementara keterserapan pasar dalam negeri yang masih kecil, maka sebagian produsen wood pellet masih prioritas untuk pasar export dengan persyaratan spesifikasi teknis cukup ketat. Berdasarkan kondisi tersebut produksi sawdust charcoal briquette lebih menjadi pilihan, dan disamping itu peralatan produksi sawdust charcoal briquette hampir 100% telah bisa dibuat di dalam negeri.

Kayu Limbah Replanting Untuk Produksi Sawdust Charcoal Briquette

Pada umur tertentu pohon-pohon pada perkebunan besar sudah tidak produktif lagi sehingga perlu diremajakan (replanting) untuk menjaga keberlangsungan bisnis perkebunan tersebut. Dua kelompok perkebunan besar di Indonesia yang luasnya mencapai jutaan hektar yakni perkebunan kelapa sawit dan perkebunan karet juga biasa melakukannya. Limbah kayu dari batang pohon-pohon tersebut jumlahnya bisa mencapai ribuan bahkan jutaan ton, dan pada umumnya belum dimanfaatkan. Memang ada penggunaan limbah-limbah kayu replanting tersebut untuk industri meubel, bangunan dan peralatan rumah tangga, tetapi porsinya masih sangat kecil sehingga tidak mampu menyerap volume kayu yang sangat besar tersebut. Sebagai contoh kayu karet juga bisa digunakan untuk kayu industri meubel dan kayu bangunan, demikian juga dengan kayu batang sawit. Bahkan kayu karet juga digunakan untuk pembuatan papan partikel (particle board) seperti MDF (Medium Density Fibreboard) atau HDF (High Density Fibreboard).

Pemanfaatan atau pengolahan limbah kayu replanting tersebut untuk produksi wood charcoal briquette (sawdust charcoal briquette) adalah solusi jitu untuk permasalahan tersebut. Faktor potensi pasar yang besar dan persyaratan spesifikasi produk yang tidak terlalu sulit menjadikan usaha ini menarik. Berbeda dengan produk wood pellet yang biasanya untuk pembangkit listrik yang membutuhkan volume supply besar dan spesifikasi sangat ketat, maka untuk produk sawdust charcoal briquette selain volume supply juga tidak harus jumlah besar juga spesifikasinya lebih longgar. Hal tersebut karena penggunaan sawdust charcoal briquette adalah untuk barbeque atau lebih khusus lagi sebagian besar untuk memanggang daging domba di Arab Saudi, Timur Tengah dan Turki. Pada wood pellet untuk pembangkit listrik spesifikasi sering sulit dipenuhi terutama pada aspek kimia abu seperti klorin, potassium dan bahkan sulfur, untuk lebih jelas bisa dibaca disini. Sedangkan pada produksi sawdust charcoal briquette untuk kimia abu yang kadarnya hanya level ppm tersebut tidak dipermasalahkan sama sekali.

Banyak orang menyangka bahwa untuk produksi sawdust briquette charcoal tersebut membutuhkan perekat tambahan seperti kanji (tapioka), hal ini bisa dimaklumi karena banyak orang yang masih belum mengetahui proses produksi sawdust charcoal tersebut. Untuk menghasilkan briket arang pada umumnya adalah dengan menggunakan bahan baku arang selanjutnya dihancurkan menjadi bubuk dan ditambah perekat (seperti kanji) selanjutnya dibriket. Produk briket tersebut selanjutnya dikeringkan dan dikemas untuk dipasarkan. Proses produksi arang briket dengan cara tersebut hasilnya kurang bagus dan kurang diterima pasar. Sedangkan proses produksi dengan cara kayu tersebut dihancurkan seukuran serbuk gergaji dan selanjutnya dikeringkan lalu dibriket. Pembriketan tersebut tidak membutuhkan perekat karena dalam kayu selalu terdapat senyawa lignin, yang berguna sebagai perekat tersebut. Selanjutnya briket tersebut diarangkan atau dikarbonisasi untuk menaikkan fixed carbon dan menurunkan volatile matter. Produk briket arang dengan cara ini biasa disebut sawdust charcoal briquette memiliki kualitas lebih baik dan banyak diminati pasar. Skema di atas cukup untuk menjelaskan 2 route proses produksi dua jenis briket arang tersebut.

Kayu replanting pada saatnya juga akan habis dan digantikan oleh tanaman baru. Bagaimana supaya usaha produksi sawdust charcoal tersebut bisa terus berjalan? Suatu unit produksi tentu membutuhkan pasokan bahan baku. Untuk bisa terus menyuplai bahan baku untuk produksi salah satu alternatif adalah membuat kebun energi. Kebun energi tersebut bisa dengan tanaman rotasi cepat seperti kaliandra atau gamal. Untuk optimalisasi produktivitas kayu dan bisnisnya, maka kebun energi tersebut sebaiknya diintegrasikan dengan peternakan domba, sapi dan peternakan lebah madu. Dan untuk lebih detail bisa dibaca disini.

Produksi Pellet dan Briket Dari Limbah Pabrik Kayu Sengon

Pohon sengon adalah pohon yang banyak ditanam masyarakat diberbagai daerah dalam kawasan hutan rakyat. Saat ini diperkirakan luas perkebunan sengon tersebut mencapai lebih dari 1 juta hektar. Kayu adalah produk utama dari perkebunan sengon tersebut. Kayu tersebut diolah menjadi berbagai produk dari kayu gelondongan, kayu papan, kayu lapis, barecore, hingga pallet. Kayu sengon termasuk kayu lunak dan dihasilkan dari panen kayu dari perkenunan tersebut diusia pohon kurang lebih 5 tahun. Sentra-sentra perkebunan sengon di Indonesia terpusat pulau Jawa dan Kalimantan.

Limbah dari pengolahan kayu sengon tersebut yakni serbuk gergaji (sawdust), potongan-potongan kayu, kulit kayu dan kayu serutan (planner shaving). Masih banyak limbah-limbah tersebut yang belum dimanfaatkan bahkan mencemari lingkungan. Produksi wood pellet dan wood briquette dengan bahan baku tersebut akan mengatasi masalah lingkungan, menggerakkan sektor ekonomi dari pengolahan limbah atau khususnya bioeconomy yang diprediksi akan menjadi trend dalam waktu tidak lama lagi. Industri pengolahan kayu sengon paling sederhana yakni penggergajian kayu (saw mill) yang jumlahnya paling banyak dibandingkan industri pengolahan lebih hilir. Setiap penggergajian kayu rata-rata menghasilkan limbah serbuk gergaji 3 m3/hari (600 kg/hari) sehingga untuk 10 saw mill saja dihasilkan 6 ton/hari serbuk gergaji dengan kadar air rata-rata 30%.

Produksi briket dan pellet dari limbah kayu tersebut banyak kesamaannya, karena pada dasarnya teknologinya sama yakni pemadatan biomasa (biomass densification). Perbedaan dari produksi briket dan pellet hanya pada bagian akhir saja yakni mesin pemadatan atau mesin press (compactor)-nya. Pada produksi pellet di industri bentuknya sama yakni berupa silinder, hanya diameternya saja yang berbeda dan tidak ada perbedaan teknologi pemelletan tersebut. Ring die pellet press adalah pelletiser yang umum digunakan untuk pemelletan biomasa di industri khususnya berbahan baku biomasa kayu (woody biomass). Sedangkan pada briket, selain ukuran yang berbeda-beda, bentuk dari briket juga berbeda-beda. Briket umumnya juga memiliki tingkat kepadatan (densitas) lebih tinggi daripada pellet, bahkan bisa lebih dari dua kali lipatnya. Pellet memiliki kepadatan sekitar 650 kg/m3 sedangkan briket bisa mencapai 1400 kg/m3. 

Cara paling mudah membedakan briket dengan pellet yakni dari ukuran fisiknya. Briket memiliki ukuran lebih besar daripada pellet. Pembriketan pada umumnya juga lebih mudah dibandingkan pemelletan. Berbeda dengan pellet yang hanya menggunakan roller press, produksi briket menggunakan beberapa macam teknologi yakni, screw press, hydraulic dan piston press. Ulasan singkat teknologi tersebut bisa dibaca disini. Teknologi screw press memiliki banyak kelebihan dibandingkan hydraulic dan piston press, antara lain pada teknologi screw press briket yang dihasilkan juga memiliki lubang ditengah sehingga memudahkan pembakaran, dan juga mudah untuk diarangkan (karbonisasi). Teknologi screw press juga menghasilkan briket secara kontinyu, tidak seperti hydraulic yang beroperasi secara batch.

Faktor lain yang juga sangat mempengaruhi pengolahan limbah kayu sengon ini, tentu saja investasi atau harga peralatan atau unit produksi tersebut. Unit produksi pellet secara umum lebih mahal daripada briket, bahkan unit produksi briket hanya sekitar separuh unit produksi pellet. Hal tersebut membuat entry barrier produksi briket lebih mudah atau lebih kecil dibandingkan produksi pellet. Bahkan teknologi screw press briket telah dikuasai dengan baik di Indonesia termasuk sampai proses karbonisasinya dan telah beroperasi lebih dari 25 tahun. Fabrikasi dan suku cadang screw press briquette juga telah sepenuhnya dikuasai, sehingga pengolahan limbah kayu sengon lebih mudah diimplementasikan segera. 

Set Up Produksi Wood Charcoal Briquette di Negara-Negara ASEAN

Negara-negara ASEAN memiliki hutan yang luas dan berbagai sumberdaya kehutanan. Walaupun demikian terjadi penurunan di sejumlah negara dikarenakan penebangan yang tidak beraturan di sejumlah negara. Untuk itulah pengelolaan hutan berkelanjutan dibutuhkan untuk menjaga biomasa sumber daya kehutanan tersebut. Indonesia memiliki luas hutan terbesar, tetapi terjadi penurunan sejak tahun 1990 terutama karena illegal logging dan kebakaran hutan. Malaysia memiliki jumlah biomasa dan pertumbuhan hutan tertinggi berbanding luasan area, sedangkan Thailand terendah. Hal ini juga bisa disebabkan curah hujan yang lebih tinggi di Malaysia dibandingkan negara-negara ASEAN lainnya, yakni 2.875 mm/tahun, dengan rata-rata dunia 900 mm/tahun dan Indonesia 2700 mm/tahun. Untuk lebih jelas bisa dilihat ditabel di bawah ini. Indonesia dan Malaysia terutama menghasilkan kayu gergajian (sawn wood) dan kayu lapis (plywood), sedangkan Thailand pada wood chip dan papan particle. Vietnam banyak menghasilkan sawn wood, sedangkan Kamboja dan Laos banyak mengkonsumsi kayu bulat sebagai bahan bakar. 

Woodcharcoal briquette atau sawdust charcoal briquette memiliki pasar yang sangat tinggi terutama di Timur Tengah, Arab Saudi dan Turki. Negara-negara tersebut menggunakan sawdust briquette charcoal untuk memanggang daging khususnya  domba yang menjadi favorit makanan disana. Untuk produksi sawdust briquette charcoal tersebut menggunakan limbah penebangan (logging residues) maupun limbah industri pengolahan kayu (industrial wood residues). Hal ini seharusnya luasnya hutan dan berikut industri pengolahan kayu sebanding dengan industri sawdust briquette charcoal. Limbah penebangan jumlahnya berlimpah biasanya bagian atas pohon (top) yang berdiameter kecil dan cabang-cabang. Limbah penebangan berkisar rata-rata 100% terhadap produksi kayu tebangan itu sendiri, sehingga jumlahnya sangat banyak. Sabah, Malaysia dan Kalimantan, Indonesia banyak menghasilkan limbah penebangan tersebut dengan harga sangat murah. 

Sedangkan untuk limbah industri pengolahan kayu biasanya berbentuk serbuk gergaji, dan potongan-potongan kayu baik papan maupun kayu bulat. Diperkirakan ada 1600 penggergajian kayu (saw mill) dan 120 pabrik kayu lapis di Indonesia. Bahan baku industri kayu lapis pada awalnya dari kayu hutan alam (natural forest), tetapi seiring permintaan yang terus meningkat pasokan kayu hutan alam menipis sehingga beralih dengan kayu dari pohon ditanam. Sewaktu menggunakan kayu dari hutan alam, diameter kayu bisa lebih dari 70 cm dan ketika menggunakan kayu yang pohon yang ditanam diameter kayu hanya sekitar 30 cm. Samarinda, Kalimantan Timur, Indonesia pada awalnya banyak pabrik kayu lapis beroperasi tetapi karena pasokan kayu menipis banyak pabrik-pabrik tersebut yang menutup produksinya. Yield kayu lapis dari bahan baku adalah 50%, sedangkan sisanya menjadi limbah. Sebagian limbah tersebut digunakan untuk bahan baku produk block board dan paking material, tetapi hanya sekitar 10%, sehingga 40% masih sebagai limbah. 

Sedangkan di Malaysia, total volume dari limbah industri kayu yakni 7,5 juta meter kubik per tahun. Limbah penggergajian kayu (saw mill) terbanyak di Sabah, sedangkan limbah kayu lapis (ply wood) di Sarawak. Penggergajian kayu (sawmill) menghasilkan produk berupa kayu gergajian (sawn wood) berkisar 40-65% dan sisanya yakni 35-60% berupa sawdust. Sedangkan yield untuk ply wood berkisar 50-60%, sedangkan 40-50% sebagai limbah. Untuk pabrik molding yield nya lebih tinggi yakni 70-74%, berarti limbahnya 26-30%. Prosentase limbah kayu dari industri ply wood 75% dan 25% dari industri saw mill. Pemanfaatan limbah industri kayu tersebut masih belum optimal, bahkan hanya ditimbun lalu dibakar saja karena dianggap mencemari. 

Sedangkan di Laos ada sekitar 200 pabrik pengolahan kayu (furniture, packing material, flooring, dan pintu) dengan berlokasi sebagian besar di sekitar Vientiane, ibukota Laos dan hanya 1 pabrik ply wood. Produsen arang bertebaran dimana-mana di negara tersebut karena kebutuhan tinggi untuk rumah tangga. Yield dari industri pengolahan kayu tersebut berkisar 60%, sehingga 40% sebagai limbah. Pemanfaatan limbah tersebut juga belum optimal, seperti serbuk gergaji (sawdust) hanya ditimbun saja dibelakang saw mill. 

Produksi sawdust briquette charcoal (wood briquette charcoal) akan menjadi solusi untuk pemanfaatan limbah tersebut. Serbuk gergaji (saw dust) menjadi bahan baku terbaik karena tidak perlu pengecilan ukuran (size reduction) dan bisa lebih pendek proses produksinya. Sedangkan apabila limbah tersebut masih berupa potongan-potongan kayu maka perlu proses pengecilan ukuran (size reduction) hingga ukuran partikelnya seperti serbuk gergaji (saw dust). Setelah itu apabila serbuk kayu tersebut masih basah (kadar air lebih dari 10%) maka perlu pengeringan yakni dengan alat pengering rotary (drum) dryer. Selanjutnya setelah material serbuk kayu tersebut kering dilanjutkan dengan pembriketan dan pengarangan (karbonisasi) sehingga produk akhir berupa sawdust briquette charcoal (wood briquette charcoal).