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.   

Green Economy Pada Industri Semen Bagian 8 : Sebuah Pendekatan Komprehensif dan Peran Biomasa

Upaya-upaya mengurangi atau menurunkan CO2 di industri semen terus berkembang dengan berbagai metode untuk mencapai target yang memadai. Target global adalah mencapai Net-Zero Emission pada 2050 sedangkan target antara tergantung lebih spesifik pada industri semen itu sendiri, misalnya ada industri semen yang mentargetkan menurunkan emisinya sebesar 35% dengan baseline tahun 1990 pada tahun 2025 dan selanjutnya menjadi lebih dari 40% pada 2030. Hal tersebut secara praktis bisa diterjemahkan menjadi pengurangan emisi CO2 pada produksi semen dari sekitar 800 kg CO2/ton semen, menjadu 520 kg/ton semen pada 2025 dan kurang dai 475 kg / ton semen pada 2030. Untuk mencapai target tersebut industri terebut harus membuat roadmap yang mengacu pada solusi iklim terkini di industri semen ini, sehingga lebih mudah pencapaiannya dengan berbasis sains (Science-Based Targets / SBT). 

Walaupun motivasi untuk menurunkan emisi CO2 hampir sama di seluruh dunia, tetapi perkembangannya tidak semua sama di berbagai kawasan. Eropa adalah kawasan tercepat karena kesiapannya yang didukung sejumlah faktor, antara lain :
• Peraturan yang memprioritaskan penggunaan sumber daya yang efisien dan mempromosikan ekonomi sirkular.
• Insentif ekonomi untuk peralihan bahan bakar ke alternatif yang lebih bersih, yang dalam banyak kasus menghasilkan biaya energi negatif.
• Penerimaan pasar yang lebih besar terhadap semen campuran (blended cement) dan permintaan konsumen terhadap produk rendah karbon.
• Dukungan pemerintah yang signifikan untuk penelitian dan pengujian teknologi yang lebih bersih.
• Peraturan emisi karbon, yang menghasilkan harga karbon yang dapat diprediksi.

Upaya menurunkan emisi CO2 pada pabrik semen secara langsung atau yang terkait langsung pada produksi semen yakni berfokus pada tiga hal, yakni penggunaan bahan bakar alternatif atau energi terbarukan atau bahan bakar rendah karbon, menurunkan emisi dari proses kalsinasi dan penggunaan aditif semen (suppplementary cementious material / SCM) atau lowering clinker factor. Sedangkan upaya tidak langsung yakni bisa dilakukan dengan penggunaan listrik dari energi terbarukan untuk operasional pabrik semen tersebut.

Secara teknis atau pendekatan teknologi dalam mencapai target penurunan emisi CO2 pada industri semen, sektor energi alternatif atau lebih khusus lagi bahan bakar biomasa berada di urutan ketiga. Hal ini karena sumber emisi pada pabrik semen paling besar atau sekitar 60% berasal dari proses kalsinasi (produksi clinker), sedangkan pembakaran atau terkait bahan bakar hanya berkisar 40%. Hal ini sehingga penangkapan karbon atau CCS (Carbon Capture and Storage) dalam upaya mencapai target emisi menempati peringkat pertama, selanjutnya subtitusi clinker dengan bahan aditif atau SCM (Supplementary Cementious Material) menempati urutan kedua, dan penggunaan bahan bakar alternatif termasuk biomasa berada pada urutan ketiga. Teknologi CCS masih mahal sehingga implementasinya masih banyak terkendala, sehingga praktisnya belum banyak dilakukan tetapi subtitusi clinker dan penggunaan energi alternatif termasuk biomasa lebih mudah dilakukan, sehingga banyak pabrik semen yang sudah melakukannya.

Jika upaya menjadi emisi nol karbon (net zero emission) pada PLTU batubara bisa dilakukan dengan mengkonversi bahan bakarnya menjadi biomasa 100%, maka pada pabrik semen tidak bisa dilakukan hanya dengan mengganti bahan bakarnya saja dengan biomasa karena sumber emisi karbon utama pada pabrik semen pada produksi clinkernya. Sehingga apabila pabrik semen melakukan hal tersebut prosentase CO2 yang bisa dikurangi maksimal hanya 40%, artinya emisi CO2 dari proses kalsinasi (produksi clinker) sebesar 60% masih tetap terjadi.   Penggunaan clinker untuk produksi semen bisa dikurangi sehingga emisi CO2 dari produksi clinker bisa dikurangi. Hal itulah mengapa pada pabrik semen penggunaan SCM untuk subtitusi clinker rasio atau porsinya juga mesti ditingkatkan. Tetapi tentu saja tidak mungkin produksi clinker direduksi hingga nol atau meniadakan proses kalsinasi dan seluruhnya digantikan oleh SCM (loweing clinker factor) untuk mengurangi emisi CO2 yang 60% tersebut. 

Hal inilah sehingga semakin tinggi rasio clinker terhadap semen yang dihasilkan (C/S) maka semakin besar emisi CO2 yang dihasilkan dan demikian sebaliknya. 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 0,89 yakni di Amerika Serikat. Sedangkan di Eropa 0,77, lalu di India 0,68, di Amerika Latin 0,71 dan  rata-rata global yakni 0,76. Hal tersebut juga bisa dipahami bahwa China menggunakan SCM dengan porsi tertinggi dibandingkan negara-negara di dunia.Hal itulah sehingga untuk mencapai nett zero emission pada pabrik semen perlu ditambah perangkat CCS (carbon capture and storage). 

Tentang CCS (carbon capture and storage )sejumlah inovasi sedang dikembangkan sehingga teknologi ini lebih murah dan mudah diaplikasikan pada pabrik semen. Termasuk juga hal tersebut adalah peningkatan efisiensi penangkapan CO2,  penggunaan pelarut-pelarut generasi baru non-aqueous, serta teknologi modular yang lebih murah. Transformasi CO2 yang ditangkap menjadi produk baru yang dapat dipasarkan juga menjadi fokus berikutnya.  

Penggunaan bahan bakar alternatif dengan kandungan biomasa yang tinggi sangat disarankan untuk pabrik semen untuk mereduksi CO2. Tetapi pada kenyataannya biasanya masih terjadi sejumlah kendala saat implementasinya sehingga bahkan sulit untuk meningkatkan rasionya. Kendala-kendala tersebut seperti ketersediaan, kualitas dan kuantitas limbah biomasa, logistik dan infrastruktur penunjang, dinamika pasar, keekonomian harga bahan bakar berbasis limbah biomasa tersebut dan sejumlah faktor teknis pembatas terkait karakteristik bahan bakar biomasa tersebut. Sejumlah limbah biomasa pertanian atau perkebunan seperti sekam padi, cangkang sawit, cangkang mete dan biji zaitun juga sudah sebagai bahan bakar biomasa di pabrik-pabrik semen. Mendapatkan pasokan bahan bakar biomasa yang volumenya mencukupi, kualitas standar dan kontinyu / berkelanjutan sangat penting bagi pabrik-pabrik semen untuk mendukung penurunan emisi CO2. Dan pada dasarnya tidak ada pilihan bagi pabrik semen untuk menghindar dari masalah iklim, sehingga yang harus dilakukan adalah meresponnya dengan aksi riil. 

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.    

Dari Karbon Netral ke Karbon Negatif : Pengembangan Baterai, Wood Pellet, Carbon Capture and Storage (CCS) dan Biochar

Riset untuk pengembangan baterai kapasitas besar terus dilakukan sehingga listrik yang dihasilkan dari pembangkit listrik energi terbarukan seperti berasal angin dan matahari bisa disimpan dan digunakan kapan saja. Pembangkit listrik yang berasal dari angin dan matahari bersifat intermittent yakni sewaktu-waktu angin bisa tidak berhembus atau terjadi awan tebal ataupun pada malam hari sehingga tidak ada sinar matahari dan listrik tidak bisa diproduksi. Kondisi inilah perlu digunakan baterai berkapasitas besar yang bisa menyimpan listrik tersebut. Pengembangan baterai tersebut diprediksi selain membutuhkan biaya besar juga memakan waktu yang lama. Diprediksi butuh waktu beberapa dekade ke depan untuk terwujudnya baterai tersebut.

Pasokan listrik saat ini yang mayoritas masih menggunakan bahan bakar fossil khususnya batubara yang terbukti tidak ramah lingkungan (karbon positif) perlu terus dikurangi dan ditambah porsi energi terbarukan berupa wood pellet (karbon netral) dengan cara cofiring. Porsi atau rasio cofiring bisa terus ditingkatkan bahkan bisa 100% menggunakan wood pellet (fulfiring). Apabila pembangkit listrik batubara tersebut bisa berubah 100% menjadi pembangkit listrik biomasa atau berbahan bakar wood pellet maka pembangkit listrik tersebut menjadi ramah lingkungan atau karbon netral. Dan pada masanya ketika sumber energi terbarukan melimpah dan produk energi listriknya bisa disimpan dalam baterai berkapasitas besar tersebut maka bisa saja pembangkit-pembangkit listrik dengan teknologi pembakaran tersebut bisa ditutup atau dihentikan. 

Penggunaan wood pellet tersebut bisa dikatakan sebagai solusi antara (intermediate) sebelum ke era baterai tersebut. Produksi wood pellet berkapasitas besar idealnya akan menggunakan kebun energi sebagai pemasok atau sumber bahan bakunya. Tanaman rotasi cepat dan trubusan dari kelompok legum seperti kaliandra dan gliricidae adalah pilihan tepat bagi kebun energi tersebut. Kebun energi sendiri bisa sebagai carbon sink atau menyerap CO2 dari atmosfer. Dengan pengelolaan yang baik sehingga volume biomasa atau kayu yang dipanen lebih kecil atau maksimal sama dengan tingkat pertumbuhan tanaman maka fungsi kebun energi sebagai carbon sink terus terjaga. Penggunaan wood pellet sebagai bahan bakar karbon netral sedangkan pengelolaan kebun energi sebagai carbon sink atau karbon negatif sehingga memberikan keuntungan lingkungan optimal. 

Penggunaan 100% bahan bakar biomasa pada pembangkit listrik bersifat karbon netral, sama seperti penggunaan energi terbarukan dari angin, air dan matahari. Tetapi penggunaan energi biomasa khususnya wood pellet tidak intermittent dan selalu tersedia ketika dibutuhkan. Penggunaan baterai akan menjadi solusi atas masalah intermittent tersebut. Pembangkit listrik 100% berbahan bakar biomasa tersebut bisa menjadi karbon negatif ketika menggunakan perangkat CCS (carbon capture and storage). Dan ini sangat bagus karena bisa mengembalikan CO2 yang diemisikan ke atmosfer kembali ke perut bumi (karbon negatif). Dan ketika pembangkit listrik batubara dipasang perangkat CCS maka akan  menjadi karbon netral. Tetapi perangkat CCS tersebut juga masih sangat mahal dan operasionalnya juga tidak murah. 

Dan ketika era baterai telah tiba sehingga pembangkitan listrik dengan teknologi pembakaran ditutup atau dihentikan, maka kayu-kayu dari kebun-kebun energi yang telah dibuat akan digunakan sebagai bahan baku biochar. Bisa saja kayu-kayu dari kebun-kebun energi tersebut tetap dibuat wood pellet untuk menghemat biaya transportasi dan memudahkan handling untuk kemudian dibawa ke fasilitas-fasilitas pirolisis untuk produksi biochar. Biochar yang digunakan pada bidang pertanian memiliki manfaat ganda yakni memperbaiki kualitas tanah dan sebagai carbon sink. Penggunaan biochar bersama pupuk akan membuat pupuk lepas lambat (slow release fertilizer) sehingga meningkatkan NUE (nutrient use effiency) bagi tanaman sehingga menghemat biaya pupuk dan mengurangi pencemaran lingkungan. Biochar mampu bertahan atau tidak terdekomposisi selama ratusan tahun atau permanen di tanah. Semakin banyak biochar digunakan akan semakin banyak memberikan keuntungan atau manfaat bagi kesuburan tanah dan iklim. Biochar sebagai carbon sink atau carbon sequestration juga merupakan karbon negatif.  Kebun energi dengan pengelolaan yang baik akan menjadi carbon sink dan biocharnya juga carbon sink berupa carbon sequestration, tentu ini memberikan manfaat iklim yang paling optimal. 

Green Economy Pada Industri Semen Bagian 7 : Penggunaan Bahan Bakar Biomasa Selain Subtitusi Clinker Pada Pabrik Semen

Pabrik semen memiliki keunikan atau perbedaan dibandingkan dengan pabrik pengolahan atau industri lainnya, yakni sebagian besar emisi karbon (CO2) dihasilkan bukan dari penggunaan bahan bakar tetapi pada produksi clinker. Emisi CO2 dari produksi clinker mencapai 60%, sedangkan dari penggunaan bahan bakar hanya 40%. Hal tersebut mengindikasikan bahwa upaya dekarbonisasi pada pabrik semen harus memprioritaskan pada kedua hal tersebut.

Penggunaan bahan additif semen atau SCM (supplementary cementious material) sebagai subtitusi clinker telah berperan besar pada dekarbonisasi pada pabrik semen. Semakin besar penggunaan SCM tersebut atau rasio clinker terhadap semen semakin kecil maka semakin emisi karbon pada produksi semen tersebut. Penggunaan SCM pada umumnya produksi semen di pabriknya tetapi ada penggunaan SCM pada produksi beton bahkan dengan porsi malah lebih besar daripada dibanding diproduksi semennya yakni yang umum di Amerika Serikat. 

 

Pabrik semen pada umumnya adalah pengguna utama batubara dengan volume cukup besar sehingga harus secara bertahap dikurangi sebagai bagian upaya dekarbonisasi. Terkait emisi karbon pada penggunaan bahan bakar tersebut, pabrik semen sudah banyak menggunakan energi alternatif seperti ban bekas atau RDF dari sampah padat perkotaan. Idealnya penggunaan bahan bakar terbarukan akan mengurangi emisi karbon tersebut secara signifikan. Hal itulah sehingga sejumlah pabrik semen mulai menggunakan bahan bakar biomasa seperti limbah-limbah pertanian atau limbah-limbah industri perkayuan. Semakin besar porsi penggunaan bahan bakar terbarukan seperti biomasa limbah pertanian dan limbah-limbah industri perkayuan maka semakin rendah emisi karbon yang dihasilkan. 

 

Penggunaan teknologi untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar juga mengurangi emisi karbon seperti penggunan preheater dan precalciner, karena terjadi penghematan penggunaan bahan bakar pada produksi clinker. Tetapi juga ada kondisi spesifik tertentu misalnya produksi semen tipe II/V atau tipe V (tahan sulfat tinggi) akan membutuhkan bahan bakar lebih banyak karena semen membutuhkan clinker dengan kandungan C3A (tricalcium aluminate) rendah yang prosesnya membutuhkan lebih banyak energi panas. 

Analogi pada PLTU batubara dalam upaya dekarbonisasi sebagai perbandingan, kurang lebih sama seperti pabrik semen. PLTU batubara adalah industri penghasil emisi karbon besar seperti halnya pabrik semen. Pada PLTU batubara upaya dekarbonisasi dimulai dengan cofiring batubara dengan biomasa. Rasio biomasa pada cofiring tersebut terus ditingkatkan seiring waktu. Semakin besar rasio cofiring atau porsi biomasa maka semakin rendah emisi karbon. Pada level tertentu PLTU batubara tersebut akan bisa 100% digantikan dengan biomasa (fulfiring).

Jika upaya menjadi emisi nol karbon (nett zero emission) pada PLTU batubara bisa dilakukan dengan mengkonversi bahan bakarnya menjadi biomasa 100%, maka pada pabrik semen tidak bisa dilakukan hanya dengan mengganti bahan bakarnya saja dengan biomasa karena sumber emisi karbon utama pada pabrik semen pada produksi clinkernya. Hal itulah mengapa pada pabrik semen penggunaan SCM untuk subtitusi clinker rasio atau porsinya juga mesti ditingkatkan. Maksimalisasi penggunaan bahan bakar dan penggunaan SCM, juga tidak bisa mengurangi emisi karbon hingga nol (nett zero emission), karena proses kalsinasinya. Hal itulah sehingga untuk memcapai nett zero emission pada pabrik semen perlu ditambah perangkat CCS (carbon capture and storage). 

Idealnya ketika PLTU batubara mengkonversi bahan bakarnya 100% dengan biomasa maka emisi karbonnya nol (nett zero emission) dan apabila ditambah perangkat CCS maka menjadi carbon negative emission. Sedangkan pada pabrik semen penggunaan SCM yang optimum dan bahan bakar biomasa 100% tetap belum bisa untuk mencapai emisi nol karbon, sehingga perlu ditambah perangkat CCS untuk menangkap CO2 dari proses kalsinasi untuk mencapai nol karbon tersebut dan apabila ingin mencapai kondisi carbon negative emission maka CCS juga perlu digunakan untuk menangkap CO2 dari pembakaran atau penggunaan bahan bakar biomasanya.
 

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.  

Menurunkan Emisi atau Memperbanyak Kendaraan Listrik?

Photo dari sini

Pada dasarnya latar belakang utama kedua hal di atas adalah masalah iklim karena gas rumah kaca khususnya CO2 (karbondioksida) sehingga tentu saja jawaban mendasarnya (fundamentalnya) atau prioritasnya adalah menurunkan emisi (gas rumah kaca) tersebut. Kendaraan listrik mampu menurunkan emisi tersebut apabila prasyaratnya terpenuhi. Prasyarat utamanya tentu saja adalah darimana sumber energi listrik yang digunakan tersebut. Apabila sumber listriknya dari sumber energi fosil seperti minyak bumi, batubara dan gas alam yang menghasilkan emisi gas rumah kaca tersebut, pada hakekatnya kendaraan listrik tersebut tidak ramah lingkungan, walaupun pembangkit listrik tersebut jauh dari penggunaan kendaraan listrik tersebut.

Kendaraan listrik seharusnya menggunakan sumber listrik dari energi terbarukan sehingga tidak menambah konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer, salah satunya bisa dibaca disini. Produksi  listrik dari energi terbarukan tersebut seharusnya didorong dan didukung terlebih dahulu sehingga jumlahnya cukup dan setelah itu baru dilanjutkan dengan kendaraan listrik tersebut. Jika hal tersebut tidak dilakukan maka berapapun banyaknya kendaraan listrik (bus, mobil, dan sepeda motor listrik) tetap saja tidak memberi pengaruh positif bagi iklim. Pemahaman yang komprehensif tentang masalah iklim termasuk solusinya dan khususnya dibidang transportasi dengan kendaraan listrik adalah sesuatu hal penting, sebelum beranjak pada tahap implementasinya. 

Teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon (Carbon Capture and Storage / CCS) memang sudah mulai diperkenalkan, tetapi implementasinya masih sangat minim dan berbiaya mahal sehingga teknologi ini belum diaplikasikan di Indonesia khususnya pada pembangkit listrik berbahan bakar fossil yang mayoritasnya dengan batubara. Sejumlah teknologi CCS yang mulai diujicoba penyerapan berbasis amina (senyawa organik dan gugus fungsional yang isinya terdiri dari senyawa nitrogen atom dengan pasangan sendiri) adalah teknologi penangkapan karbon paling canggih. Tetapi selain faktor teknis, faktor ekonomi masih menjadi kendala utama.

Jadi pilihan terbaiknya adalah mendorong dan mendukung semaksimal mungkin penggunaan sumber energi terbarukan sebagai sumber energi kendaraan listrik tersebut. Jika kendaraan listrik tersebut beroperasi dengan sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan karena tidak menambah konsentrasi CO2 di atmosfer atau merupakan suatu upaya dekarbonisasi di sektor transportasi, maka itulah pada hakekatnya suatu program yang berhasil sempurna sesuai maksud dan tujuan dikembangkannya kendaraan listrik tersebut. 

Green Economy di Industri Semen

Trend dekarbonisasi termasuk low carbon economy telah merambah ke berbagai sektor tidak terkecuali pada industri semen. Semen adalah produk paling umum di dunia yang dibuat manusia dengan konsumsi sekitar 0,5 ton per orang per tahunnya. Industri semen juga merupakan aktivitas penyumbang gas rumah kaca cukup besar yakni mencapai 21% (IPCC 2014), dengan kondisi tersebut membuatnya salah satu kontributor terbesar pada perubahan iklim. Dan karena industri semen memiliki sejarah sebagai kontributor utama untuk emisi gas rumah kaca tersebut, sehingga ada peluang hari ini untuk mengurangi emisi secara signifikan melalui peningkatan efisiensi dan inovasi di industri tersebut.

Peningkatan efisiensi energi pada produksi semen akan mengurangi emisi karbon yang dihasilkan.  Bahkan di industri semen, penggunaan energi juga secara perlahan energi terbarukan atau energi alternatif mulai digunakan termasuk penggunaan RDF dari sampah kota atau sampah rumah tangga, yang sedikit banyak mengurangi polusi lingkungan. Sedangkan pada aspek produksi penggunaan bahan tambahan yang berasal dari limbah industri lain (circular economy) seperti slag dan fly ash atau SCM (supplementary cementious materials) juga sudah banyak digunakan.  Penambahan bahan-bahan ini tergantung jenis semen yang akan dibuat dan bertujuan mengurangi pemakaian clinker karena produksi clinker memerlukan biaya yang tinggi dan menghasilkan gas CO2 hasil kalsinasi.  Sebagai contoh pada pembuatan slag cement menghasilkan 38% lebih sedikit emisi CO2 dibandingkan proses untuk produksi portland cement karena lebih sedikit batu gamping (limestone) dibakar untuk produksi slag cement daripada dibutuhkan untuk Portland cement. Selain itu sejumlah negara juga mendukung produksi dan penggunaan slag cement tersebut dalam rangka mendukung produk yang ramah lingkungan. Hal-hal di atas juga mengindikasikan kepedulian terhadap lingkungan dan keberlanjutan (sustainibility) semakin meningkat.

Pada industri semen sekitar 50% emisi berasal dari proses kalsinasi itu sendiri, 40% dari bahan bakar untuk memanaskan kiln, dan sisanya 10% dari menggiling (grinding) dan transport. Di dalam kalsiner terjadi proses kalsinasi yaitu peruraian CaCO3 menjadi CaO dan CO2 dan sedikit MgCO3 menjadi MgO dan CO2. Karena reaksi kalsinasi bersifat endotermis maka diperlukan panas yang cukup tinggi, sehingga dilengkapi dengan burner untuk pembakaran batubara memanfaatkan udara tersier dari cooler dan gas panas kiln. Pelepasan CO2 akibat reaksi di kalsiner ini menjadi isu lingkungan yang krusial di industri semen, volum gas CO2 hasil kalsinasi jauh lebih besar dari pada CO2 hasil pembakaran fuel (batubara) atau 50% berbanding 40%.  

Beragamnya jenis semen dengan kualitas yang berbeda-beda seringkali membutuhkan kualitas SCM yang spesifik juga. Dalam kondisi tersebut tinjauannya tidak hanya spesifikasi umum tetapi hingga ke kimia bahannya (material chemistry). Misalnya slag dari pabrik baja atau Granulated Blast Furnace Slag (GBFS) dengan kandungan kimia tertentu atau fly ash tetapi dengan kandungan  alkali rendah atau slag dari smelter nikel tidak cocok untuk jenis semen tertentu dan sebagainya. Untuk mendapatkan SCM spesifik seperti slag dan fly ash tersebut sangat terkait terkait dengan sumber slag dan fly ash tertentu, walaupun dalam sejumlah kasus bisa saja menambahkan bahan tertentu untuk mendapatkan komposisi kimia yang diinginkan. 

Dan pada industri semen emisi tidak mudah dikurangi dengan mudah. Emisi dari proses tidak bisa dikurangi dengan optimasi ataupun penggunaan energi terbarukan atau energi alternatif saja. Pada industri semen ketika mengikuti skenario-skenario yang dikembangkan oleh International Energy Agency (IEA) atau Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) jelas bahwa untuk mencapai batas kenaikan suhu bumi 2 C bahkan 1,5 C dibutuhkan CCS / CCU. Namun, lebih banyak diperlukan jika industri ingin memenuhi tujuan ambisius yang ditetapkan oleh Paris agreement tersebut.  Industri semen sangat ditantang oleh target tersebut karena karbon dihasilkan oleh energi yang digunakan dalam proses dan proses kalsinasi itu sendiri. Bahkan jika emisi berbasis energi dapat dihilangkan dengan beralih ke bahan bakar karbon-netral, emisi proses kalsinasi tersebut akan tetap ada dan akan membutuhkan unit penangkap karbon (CCS / CCU). 

Eropa telah menjadi pusat penelitian carbon capture dan storage (CCS) and carbon capture and utilization (CCU). Dari sejumlah teknologi penangkapan karbon (carbon capture) penyerapan berbasis amina (senyawa organik dan gugus fungsional yang isinya terdiri dari senyawa nitrogen atom dengan pasangan sendiri) adalah teknologi penangkapan karbon paling canggih dan sudah diimplementasikan di skala komersial. Teknologi carbon capture tampaknya memainkan peran penting dalam memerangi perubahan iklim khususnya pada industri semen.   

Peluang Export Wood Pellet ke Jerman

Pada akhir tahun 2022 atau tahun ini, semua PLTN di Jerman dihentikan operasinya, lalu pada tahun 2030 atau paling lambat pada 2038 semua PLTU batubaranya juga dihentikan operasinya. Jerman dalam rangka dekarbonisasi telah merencanakan pengurangan bahan bakar fossil khususnya batubara pada PLTUnya. Prosentase PLTN di Jerman adalah 3,6% atau sekitar 8 GW dan ini perlu upaya segera untuk mendggantikan suplai listrik tersebut. Sedangkan PLTU batubara mencapai sekitar 28% atau lebih dari 40 GW, dan saat ini produksi listrik dengan batubara tersebut sangat mahal, karena harga batubara sendiri dan carbon tax. Harga batubara dikisaran $150 tetapi akhir-akhir ini terjadi lonjakan hingga $435 dan carbon tax lebih dari $100 untuk setiap CO2 yang diemisikan. Dengan komponen biaya tersebut harga produksi listrik untuk setiap MWh mencapai sekitar $220 (belum termasuk biaya tenaga kerja, perawatan, dan sebagainya), sedangkan apabila diganti dengan wood pellet harga produksi hanya sekitar $90 per MWh atau kurang lebih sepertiganya. Sangat murah. Apalagi dengan pemakaian wood pellet proses sulfur scrubbing (FGD = flue gas desulphurisation) bisa direduksi bahkan dieliminasi.

Bahan bakar biomasa seperti wood pellet adalah carbon neutral sehingga tidak menambah konsentrasi CO2 di atmosfer, sehingga ketika penggunaan wood pellet untuk pembangkit listrik dan selanjutnya emisi gas CO2 yang merupakan gas rumah kaca tersebut ditangkap dan disimpan (CCS =Carbon Capture and Storage) sehingga tidak lepas ke atmosfer, maka ini menjadi carbon negative atau mengurangi konsentrasi CO2 di atmosfer. Besarnya gas CO2 yang bisa ditangkap dan ditangkap tersebut juga bisa mendapatkan kompensasi carbon credit, sehingga PLTU tersebut mendapat penghasilan tambahan. Tetapi tanpa harus dengan CCS pun penggunaan wood pellet sudah mengurangi biaya produksi listrik sangat signifikan dan ramah lingkungan. Sedangkan apabila PLTU menggunakan batubara yang merupakan carbon positive lalu emisi CO2 ditangkap dan disimpan dengan teknologi CCS maka hal ini menjadi carbon neutral. Tentu saja upaya carbon negative lebih baik dibandingkan carbon neutral.

Di lain sisi Jerman terkenal dengan produk-produk teknologi khususnya mesin-mesin industri. Sejumlah produsen mesin untuk produksi wood pellet juga berasal dari Jerman, seperti Muench, Salmatec dan Kahl. Mesin-mesin tersebut banyak digunakan untuk produksi wood pellet di seluruh dunia dan dapat diandalkan. Bisa saja nanti mesin-mesin untuk produksi wood pellet tersebut diimport dari Jerman dan produk wood pellet dari Indonesia diexport ke Jerman. Hal ini sesuai dengan keunggulan potensi masing-masing negara tersebut. Indonesia dengan luas daratan mencapai 1,91 juta km2 dengan lahan banyak tersedia serta berada di daerah tropis sangat potensial sebagai produsen utama wood pellet dunia. 

Saat ini sekitar 55% bahan bakar pembangkit listrik di Jerman menggunakan gas alam yang berasal dari Rusia, dan sementara sedang pecah perang antara Rusia dan Ukraina. Masalah keberpihakan Jerman bisa jadi akan berpengaruh pada suplai gas alam dari Rusia ke negaranya akibat adanya perang tersebut. Konversi dari PLTU batubara menjadi PLTU wood pellet bukan hal sulit dan tidak membutuhkan investasi besar, sehingga konversi inilah sebagai solusi paling realistis. Dengan jumlah PLTU batubara di Jerman lebih dari 100 unit atau sekitar 1/3 dari suplai listriknya, sehingga kebutuhan wood pellet juga akan sangat besar jika PLTU-PLTU tersebut beralih ke wood pellet.