Telat Berinovasi, Akan Dikuasai

"Orang-orang muslim itu bersyirkah dalam tiga hal, dalam hal padang rumput (lahan), air dan api (energi)". (HR. Sunan Abu Daud).

Energi adalah sektor vital dan penting, disamping sektor pangan dan air. Untuk ketiga hal tersebut, Nabi Muhammad SAW memerintahkan umatnya untuk bersyirkah. Hal ini jelas karena apabila ketiga hal penting tersebut dikuasai oleh pihak-pihak tidak bertanggungjawab maka urusan umat akan rusak dan amburadul. Ketiga hal diatas seharusnya membuat umat muslim untuk bersatu dan mengamalkannya. Pada level negara pun juga sama. Apabila ketiga hal pokok diatas tidak bisa dikuasai dan berdaulat maka akibatnya negara menjadi tidak mandiri dan mudah dikendalikan oleh negara lain. Tentu ini adalah sesuatu hal yang tidak kehendaki dan kita hindari.

Inovasi adalah salah satu faktor kunci untuk bisa menguasai ketiga hal pokok tersebut di atas, selain berbagai kebijakan yang mendukungnya. Tanpa inovasi maka itu adalah bom waktu yang segera menghancurkan semuanya. Sektor pangan misalnya, bagaimana jika bibit-bibit tanaman pangan harus import, apalagi itu juga jenis GMO yang membahayakan kesehatan manusia, sektor air juga demikian juga, ketika sumber-sumber dikuasai asing, sehingga masyarakat menjadi kesulitan untuk mendapat air yang cukup baik untuk konsumsi maupun pertanian pangan mereka. Terhitung sudah lebih dari 750 sumber mata air telah dikuasai asing bahkan selain memasarkan produk airnya di Indonesia juga meng-eksportnya.  Pada sektor energi juga demikian juga. Hal itu senada dengan apa yang dikatakan oleh Henry Kissinger, seorang menteri luar negeri Amerika Serikat pada pertengahan tahun 1970an,  “If you control the oil, you control the country; if you control food, you control the population”.  Minyak bumi merepresentasikan energi saat itu yang sebagian besar menggunakannya, juga tidak jauh berbeda dengan hari ini. 

Lebih lanjut untuk sektor energi, walaupun Indonesia masih memiliki cadangan energi fossil hingga beberapa puluh tahun ke depan, tetapi untuk minyak bumi kondisinya saat ini malah menjadi nett importer. Selain itu energi fossil juga sudah mencapai kesepakatan dunia, untuk terus dikurangi penggunaannya karena dianggap tidak ramah lingkungan dan memacu pemanasan gobal yang membahayakan penduduk bumi. Untuk itulah inovasi di sektor energi terbarukan tidak boleh mandeg, tetapi harus terus dikembangkan. Ketika produksi energi terbarukan sudah menyamai energi dari fossil, maka secara kuantitatif jumlah energi menjadi sangat besar, dan penggunaan energi terbarukan menjadi kebutuhan pokok. Dan ketika kedaulatan energi telah dikuasai maka menggenjot sektor industri menjadi mudah. Bagaimana mau berdaulat di sektor energi, jika kebutuhan untuk memasak sehari-hari saja kita mengalami kesulitan akibat langkanya gas LPG? 

Kita harus inovatif melihat tanah-tanah kosong ataupun tanah berbagai perkebunan untuk bisa lebih dioptimalkan sehingga bisa mandiri untuk ketiga hal diatas. Ketika Islam berkuasa dengan dipimpin seorang Khalifah, maka pemilik-pemilik lahan yang tidak mengolah tanahnya selama 3 tahun, maka tanah tersebut harus diserapkan ke negara untuk bisa dikelola orang lain yang mampu. Kebijakan ini telah mendorong pemanfaatan tanah-tanah pertanian secara efektif dan efisien. Lahan-lahan kritis yang tandus seharusnya ditanami. Dan tanaman jenis leguminoceae seperti  kaliandra dan gamal bisa sebagai tanaman perintis dan kebun energi. Untuk mengoptimalkannya dengan penggembalaan domba sehingga kotorannya akan memupuk kebun tersebut, lalu rumput dan limbah daun menjadi pakan domba-domba tersebut. Dengan cara ini beternak domba menjadi murah, dan juga kebun energi menjadi subur dan optimal panennya. Untuk membuktikan, silahkan dihitung usaha peternakan domba dengan penggembalaan dengan usaha peternakan dengan mengandalkan membeli pakannya, sekaligus kebutuhan pupuk untuk kebun energi (jika menggunakan pupuk). Untuk domba dengan jumlah ribuan ekor akan terasa sekali penghematan tersebut.Perkebunan-perkebunan yang ada seperti perkebunan kelapa sawit yang luasnya mencapai 12 juta hektar, perkebunan kelapa 3,7 juta hektar dan perkebunan karet 3,5 juta hektar, bisa dijadikan untuk Padang penggembalaan tersebut. 

Perkebunan Kelapa, salah satu lahan penggembalaan ideal

Kebun energi adalah inovasi untuk pemanfaatan lahan-lahan kritis dan tanah-tanah kosong tersebut, demikian juga produksi wood pellet, wood briquette, arang, bahan kimia dan listrik dari panen kayu yang dihasilkan. Pengembangan berbagai inovasi tersebut harus terus dilanjutkan terutama sebagai solusi berbagai masalah yang ada, seperti masalah kelangkaan bahan bakar, masalah ekonomi, masalah lingkungan, masalah pangan dan sebagainya. Bahwa kita semua ingin menjadi negeri yang mandiri, mereka dan tidak dikendalikan oleh asing, maka inovasi pada ketiga hal pokok diatas tidak bisa ditinggalkan. Dan karena untuk mencapai ke kondisi negeri yang mandiri tersebut jelas tidak mudah dan perlu proses yang membutuhkan waktu dan kesabaran, sehingga kita semua harus saling mendorong supaya prosesnya terus berjalan, bahkan bisa diakselerasi. 

Pemadatan Akan Menambah Nilai Kalor Biomasa?

Orang banyak mengira bahwa dengan biomasa seperti serbuk gergaji ketika dipadatkan akan menaikkan nilai kalor atau panasnya, padahal itu tidak sepenuhnya tepat. Pemadatan atau densification menjadi pellet atau briket memang menaikkan ke padatan atau densitias-nya sehingga berat atau massa-nya tinggi sedangkan volumenya kecil, sebagai contoh serbuk gergaji ketika belum dipadatkan kepadatannya hanya berkisar 200 kg/m3 dan setelah dipadatkan menjadi pellet menjadi 650-700 kg/ m3 dan bisa lebih dari 1.000 kg/m3 ketika dibriketkan. Hal tersebut yang membuat biomasa tersebut menjadi efisien untuk ditransport dalam jarak jauh, mempermudah handling, pembakaran dan sebagainya.

Memang sebelum dipadatkan menjadi pellet atau briket tersebut, biomasa padat tersebut harus memiliki tingkat kekeringan 5-10% sehingga bisa dipadatkan. Ketika biomasa itu basah atau memiliki kadar air yang tinggi, maka pengeringan tersebut akan meningkatkan nilai kalor. Sedangkan bula biomasa tersebut awalnya sangat kering katakan dengan kadar air kurang dari 5% maka untuk mencapai tingkat kekeringan yang dikehendaki (5-10%) maka perlu tambahan air atau dibasahi tentu hal ini bukannya menambah nilai kalor tetapi malah mengurangi nilai kalor. Jadi peningkatan nilai kalor biomasa tersebut dapat dilakukan dengan mengurangi kadar airnya atau mengeringkannya bahkan hingga mengurangi seminimal mungkin kadar volatile matternya serta meningkatkan kandungan karbon terikatnya (fix carbon). Proses pirolisis baik torrefaction / torefaksi (mild pyrolysis) dan karbonisasi /pengarangan (slow pyrolysis) adalah proses untuk meningkatkan nilai kalor biomasa padat tersebut. 

Contoh berbagai jenis pellet fuel, dari wood pellet, bark pellet hingga charcoal pellet; photo diambil dari sini

Nah setelah ditingkatkan nilai kalornya melalui pengeringan hingga pirolisis tersebut maka dengan diikuti proses pemadatan akan semakin bagus kualitas bahan bakar tersebut yakni dalam hal nilai kalor dan volume. Sebagai contoh ketika arang kayu yang memiliki fix carbon 85% dengan nilai kalor 7500 kcal/kg dengan kepadatan 400 kg/m3 lalu dibuat pellet dengan kepadatan 650 kg/m3 maka dalam volume 1 m3 memiliki kandungan panas lebih tinggi yakni 3.000.000 kcal pada arang kayu dan 4.875.000 kcal pada pellet atau karena kepadatannya (densitas) lebih tinggi. 

Mungkinkah Sebuah Tipe Gasifier Bisa Untuk Menghandle Semua Jenis Biomasa?

Gambar diambil dari sini

Pernyataan yang sering terdengar dari para pembuat alat gasifier bahwa mereka mengklaim n bahwa semua jenis biomasa, beragam ukuran, bentuk dan kadar air bisa diproses dengan gasifier buatannya yang bertipe downdraft. Jelas ini sebuah pernyataan naïf  yang mencerminkan ketidakpahaman akan teknologi gasifier secara komprehensif, karena setiap bentuk biomasa memiliki masalah yang unik sebelum terbukti bisa diatasi.  

Mengapa gasifier dibuat bermacam-macam tipe seperti downdraft, updraft, crossdraft, fluidized bed dan entrained flow? Salah satu alasanya adalah untuk mampu menghandle berbagai tipe biomasa tersebut secara optimal. Karakteristik biomasa tertentu hanya akan cocok dan optimum dengan tipe gasifier tertentu begitu juga sebaliknya. Pada umumnya biomasa tersebut bisa dikondisikan untuk mencapai prasyarat operasional optimum suatu tipe gasifier. Sebagai contoh gasifier yang banyak digunakan selama perang dunia II menggunakan balok katu keras berukuran 1x2x2 cm3. Sehingga hasil dari design gasifier sangat tergantung dari spesifikasi bahan baku biomasanya. Parameter dasar bahan baku biomasa untuk merancang gasifier antara lain sebagai berikut :

-Ukuran partikel dan bentuk

-Distibusi ukuran partikelnya

-Char durability dan fixed carbon content

-Ash fusion temperature

-Kadar abu

-Kadar air

-Nilai kalor

Masalah prinsip pada gasifier updraft adalah menghindari abu yang meleleh (ash melting), sehingga akan menyumbat angsang (grate). Sedangkan pada gasifier downdraft, char-ash bereaksi CO2 dan H2O, dan tidak berkontak dengan oksigen sehingga karbon biasanya tidak habis seluruhnya. Hasilnya adalah char-ash hitam dengan kandungan karbon 70% hingga 80%. Karbon ini memberikan  tahanan yang bagus terhadap slagging. Tetapi bagaimanapun juga biomasa dengan kandungan abu tinggi akan menyebabkan terjadinya slagging, jika digunakan.

Sehingga pada pembakaran dan gasifier updraft biomasa melalui tingkatan sebagai berikut :

Biomasa à Charcoal à Char-Ash à Ash à Slag

Sedangkan di gasifier downdraft proses ini akan berhenti pada char-ash.

Biomasa pada umumnya memiliki bulk density dari setengah hingga sepersepuluh dari batubara seperti terlihat pada table dibawah. Biomasa dari asalnya umumnya akan terdiri dari berbagai ukuran yang tidak sesuai untuk gasifikasi tumpukan tetap (fixed bed) seperti serbuk gergaji (sawdust), sander dust, shredder fines, jerami dan sabut). Tetapi limbah biomasa tersebut bias digunakan dalam gasifier fixed bed jika terlebih dahulu dipadatkan menjadi pellet atau briket. Hal tersebut menjadikannya bahan bakar yang excellent untuk gasifier dan membuat bahan bakar tersebut disimpan dengan densitas (kepadatan) yang tinggi.

Bulk density berbagai bahan bakar

Sejumlah biomasa mengandung kandungan abu atau pengotor yang tinggi sehingga menyulitkan untuk proses pemadatan/densifikasi (pelletisasi dan pembriketan) karena menyebabkan keausan yang tinggi pada peralatan densifikasi (terutama die) tersebut. Dan juga, proses densifikasi tersebut menambah biaya, sehingga pada akhirnya perbandingan antara bahan bakar akhir dengan berbagai alternative lainnya (seperti bahan bakar lain atau tipe gasifier lainnya). 

Mengapa Banyak Fasilitas Gasifier Yang Tidak Beroperasi?

Ada beberapa faktor yang membuat gasifier tidak beroperasi, antara lain bahan baku (ketersediaan & harga), proses & teknologi produksi, tenaga kerja dan harga energi yang dihasilkan. Umumnya masalahnya adalah kombinasi dari beberapa hal diatas.  Tabel dibawah ini menunjukkan gasifier yang berhenti beroperasi berdasarkan  World Bank Technical Paper Number 296, 1995 :

   A. Bahan baku  (feedstock)

      

      Beberapa hal yang  ditinjau pada aspek bahan baku (umpan/feedstock) gasifier adalah ketersediaan terkait jumlahnya dan kebersinambungannya, kualitas terkait karakteristik spesifik biomasa tersebut misalnya nilai kalor, ukuran, kadar abu, kadar air dan sebagainya, harga bahan baku (umpan/feedstock) itu sendiri apakah kompetitif atau tidak. Wilayah-wilayah pedesaan dan pelosok di Indonesia sangat potensial mengaplikasikan teknologi ini,karena umumnya bahan baku berlimpah, sementara kebutuhan energinya besar sehingga perlu dipenuhi dan sumber energi fossil seperti minyak tanah dan solar sulit didapat dan mahal harganya.

    B. Proses & Teknologi Produksi

Sejumlah pabrikan membuat gasifier cukup rumit sehingga membutuhkan operator yang terlatih dan kompeten untuk pengoperasiannya. Seiring perkembangan teknologi, gasifier juga mengalami banyak modernisasi, dari yang manual, semi-otomatis hingga full otomatis dan computerized. Optimasi antara investasi untuk peralatan gasifikasi, kinerja dan umur alat menjadi penting untuk pemilihan teknologi yang sesuai. Di sejumlah tempat dimana masih banyak tersedia tenaga kerja murah maka tipe manual sampai semi-otomatis sebaiknya dipilih, sedangkan kondisi dimana tenaga kerja berkualitas sulit didapat dan mahal maka teknologi otomatis sebaiknya menjadi pilihan.

Photo diambil dari sini

Dukungan suku cadang, pemeliharaan hingga layanan jual kembali sebaiknya juga diperhatikan oleh pihak pembeli atau pemakai peralatan gasifier. Banyak gasifier yang dirancang lembaga riset lokal dan dibuat oleh pabrikasi lokal. Selain itu banyak juga entrepreneur dan pabrikan lokal juga melakukan perancangan hingga pembuatannya. Tentu ini akan menarik bagi pembeli/pengguna gasifier tersebut karena kedekatan hubungan dan jarak dengan pihak-pihak tersebut membuat pengguna/pembeli semakin mantap dalam mengoperasikan alat gasifier tersebut.

Pada sejumlah proyek di Indonesia, aplikasi gasifier juga melibatkan pihak luar negeri yang member dukungan teknis, operasional hingga finansial.  Model kerjasama ini juga membantu mempercepat alih teknologi asalkan kesepakatan dibuat saling menguntungkan antara kedua belah pihak. Pada aplikasi gasifier kadang kala sejumlah masalah teknis baru akan terlihat atau ditemui setelah sekian waktu operasionalnya. Praktisi gasifier yang berpengalaman akan mengetahui secara detail masalah ini hingga bagaimana solusinya. Sehingga pilihlah jika ingin menggunakan gasifier perhatikan track record atau jam terbang gasifier yang telah beroperasi.

C.  Tenaga Kerja

Tenaga kerja yang terlatih dan kompeten serta bermotivasi tinggi dan disiplin akan menunjang optimalisasi kinerja alat gasifier. Tenaga kerja yang kurang termotivasi hanya membuat kinerja alat gasifier ala kadarnya kadang hanya memberikan sedikit keuntungan bagi  usaha produksi energi dengan alat tersebut. Hal ini terutama akan nampak sekali pada peralatan yang manual dimana peran tenaga kerja sangat dominan. Entrepreneur harus memperhatikan aspek  ini secara baik jika ingin mendapatkan kinerja alat gasifiernya optimal.

      D.  Harga Energi

Akhirnya aspek untung rugi akan menjadi faktor penentu bagi keberlangsungan suatu usaha. Bila kita ingin menjual energi yang dihasilkan dari gasifier maka perhitungan keuntungan didapat dari  harga energi dikurangi seluruh biaya produksinya. Biaya untuk bahan baku, operasional alat, tenaga kerja, depresiasi alat adalah variable-variabel menghitung biaya produksi tersebut. Energi dalam bentuk energi listrik-lah yang umumnya diperjual belikan.  Jika energi dari hasil gasifier tersebut digunakan sendiri maka seberapa besar penghematan penggunaan gasifier dibandingkan bahan bakar fossil adalah keuntungan yang diperoleh.

Kesimpulan :  

Bila Anda berkeinginan ingin mendalami hingga mengaplikasikan teknologi ini, tentunya gambaran yang lengkap sangat dibutuhkan untuk kesuksesan implementasinya. Setelah mengetahui gambaran umum secara menyeluruh selanjutnya calon pengguna alat ini untuk mengadakan evaluasi kesiapannya hingga rencana pengembangannya untuk masa depan. Terlihat dari tabel diatas bahwa fasilitas yang bias beroperasi secara baik dan ada yang berhenti operasi, dengan penyebab sangat spesifik kasus-perkasus. Jika Anda meyakini akan manfaat yang besar pengaplikasian teknologi ini sebuah kata bijak “When there’s a will there’s a way!!!” akan memotivasi kesuksesan Anda.    

Densifikasi Biomasa Menjadi Pellet dan Briket

Biomasa pada umumnya memiliki volume yang besar sehingga tidak efisien dalam pengangkutan dan penanganannya. Sehingga untuk mengatasi masalah tersebut volume biomasa perlu dikecilkan dengan dimampatkan dengan alat press. Pengaplikasian tekanan apalagi dengan suhu tinggi membuat biomasa tersebut akan mampat dan merekat kuat. Pemampatan tersebut akan membuat bahan bakar padat yang memiliki densitas lebih tinggi dan energi tiap volumenya sama. Pada umumnya dengan cara ini tidak dibutuhkan lagi tambahan perekat dari luar, karena senyawa lignin dalam biomasa tersebut yang akan berperan sebagai perekat.

Pellet saat ini diproduksi hingga skala besar dan penggunanya besar sedangkan briket umumnya diproduksi pada skala lebih kecil dan penggunanya tidak sebanyak pellet. Baik pellet maupun briket dibuat dari kayu keras dan kayu lunak. Secara sepintas kita bisa membedakan pellet dan briket berdasarkan dimensinya. Pellet berukuran lebih kecil dengan diameter sekitar 10 mm sedangkan briket berukuran lebih besar dengan ukuran sekitar 50 hingga 100 mm dengan panjang biasanya 60 hingga 150 mm dan bahkan lebih besar. Bahan bakar biomasa semakin mendapat perhatian dan diminati karena ramah lingkungan (kandungan sulfurnya hampir nol) dan termasuk energi terbarukan. Aplikasi pellet dan briket biomasa ini untuk bahan bakar rumah tangga hingga industri. 

Kandungan energi adalah suatu poin kristis bagi sejumlah pemakai. Sebagai contoh tingginya nilai kalor bisa membuat suhu pembakaran yang lebih tinggi dan berpotensi merusak tungku (furnace). Pellet dan briket yang digunakan ekport perlu disampling dan di test untuk meyakinkan terhadap standard yang berlaku.  Briket kayu atau Synthetic Logs atau Uncarbonized Briquette berbeda dengan briket arang, karena bahan baku briket kayu ini adalah biomasa (biasanya serbuk gergaji) yang tidak diarangkan/karbonisasi atau secara fisik menyerupai pellet kayu hanya ukurannya lebih besar.

Sebagai bahan bakar yang karbon netral karena berasal dari biomasa, pellet dan briket adalah bahan bakar alternative untuk pemanas-pemanas batubara dan boiler yang bisa digunakan untuk berbagai  sistem pembakaran modern. Sebagai bahan bakar baik briket maupun pellet sebanding dengan batubara dalam hal kandungan energi, dan menawarkan berbagai pengurangan emisi gas NOx dan Sox dan juga kadar abu yang rendah. Di sejumlah negara di Eropa dan Amerika bahan bakar pellet dan briket ini semakin popular akhir-akhir ini karena dorongan untuk menngunakan yang ramah lingkungan dan terbarukan.

Bahan Bakar Karbon Netral Dengan Briket Arang

Alat Briket Arang Skala Laboratorium

Arang yang dihasilkan dari proses pirolisis selanjutnya bisa digunakan sebagai bahan bakar. Pembriketan akan membuat bahan bakar menjadi lebih padat sehingga lebih murah untuk pengangkutan dan lebih mudah dalam penanganannya. Briket arang dapat dibakar dan bertahan lebih lama dan lebih konsisten daripada bongkahan arang.  Bahan bakar dari arang biomasa ini termasuk bahan bakar yang karbon netral sehingga tidak berkontribusi pada pemanasan global karena karbon dari arang tersebut berasal tumbuhan dimana tumbuhan mengambilnya sumber karbon dari atmosfer sewaktu proses fotosintesa. Perhitungan neraca karbon tersebut (ditinjau dari asal dan pemanfaatannya) akan netral karena tidak ada penambahan unsur karbon ke atmosfer.  Dibawah ini beberapa photo-photo briket arang :

Kualitas arang yang dihasilkan dari proses pirolisis tentu juga akan mempengaruhi kualitas bahan bakar briket arang yang dihasilkan. Selain alat mekanik untuk memadatkan, perekat juga digunakan untuk pembuatan briket arang tersebut.  Arang berupa bongkah-bongkahan akan dikecilkan ukurannya sampai ukuran partikel tertentu, alat seperti disk mill banyak digunakan pada skala laboratorium. Berbagai variable bisa dieksplorasi untuk menghasilkan kualitas briket yang baik seperti tekanan, jumlah dan jenis perekat, kualitas dan ukuran partikel arang dan sebagainya. Arang briket ini banyak digunakan untuk barbeque antara lain di Amerika Serikat, negara-negara Eropa Barat dan Rusia (Moscow).

Berbagai Keuntungan Proses Pirolisis Biomasa

Pirolisis adalah salah satu rute thermal untuk pengolahan limbah biomassa. Ada beberapa motivasi yang mendorong orang melakukan pengolahan limbah biomasa dengan cara ini, seperti pada skema disamping.

Bahan baku biomasa yang bisa diproses dengan pirolisis ini sangat beragam, mulai limbah-limbah pertanian, perkebunan, kehutanan maupun peternakan. Dengan proses ini biasanya akan dihasilkan hasil utama berupa arang. Kondisi operasi proses pirolisis bisa diatur sesuai keinginan tergantung kualitas produk yang dihasilkan. Semakin tinggi suhu pirolisis akan dihasilkan arang dengan kadar karbon semakin tinggi dan kandungan volatil semakin rendah. Dibawah ini skema alat pirolisis yang bisa digunakan untuk penelitian di laboratorium.

Teknologi pirolisis ini sebenarnya telah dikembangkan sejak lama dan akhir-akhir ini kembali mendapat perhatian sebagai generasi kedua biofuel, karena dipicu masalah lingkungan berupa pemanasan global. Bila Anda berminat untuk membuat dan memesan alat tersebut, silahkan hubungi kami.

Pemanfaatan Potensi Limbah Biomasa

Indonesia adalah negara tropis yang kaya akan potensi biomasa baik dari kuantitas maupun keanekaragamannya.  Menurut ESDM potensi limbah biomasa Indonesia bila dikonversi menjadi energi listrik sebesar 49.810 MW    dan yang sudah dimanfaatkan sebesar  1.618,40 MW  atau baru 3,25%-nya. Padahal biomasa tersebut bisa dimanfaatkan untuk berbagai keperluan antara lain untuk energi, memperbaiki kesuburan tanah, menyerap karbon dioksida dari atmosfer hingga produksi berbagai bahan kimia. Secara skema tingkat kesiapan teknologi dan nilai keekonomian dari pemanfaatan limbah biomassa tersebut seperti pada skema dibawah ini:

Tentu berbagai penelitian dan menumbuhkembangkan industri terkait akan terus dilakukan dan digalakkan untuk pengolahan limbah biomassa tersebut sehingga memberikan kemanfaatan yang besar terutama di bidang ekonomi, teknologi dan lingkungan.

Berbagai rute/skema pemanfaatan biomasa