Produksi Biochar dan Kompos Premium dari Pengolahan Limbah Organik

Produksi biochar dan kompos sama-sama menggunakan bahan organik. Perbedaannya adalah level kecocokannya. Bahan organik yang basah, kaya nutrisi dan sedikit mengandung lignin lebih cocok untuk produksi kompos. Sedangkan bahan organik yang kering, dan banyak mengandung lignin lebih cocok untuk produksi biochar. Hal ini sehingga pemilahan untuk bahan oganik tersebut perlu dilakukan sehingga akan mendapatkan hasil yang optimal. Dengan komposisi limbah organik yag mencapai 60% dalam sampah kota maka bahan baku untuk produksi biochar maupun kompos diperkirakan sangat besar. 

Produksi biochar adalah proses thermal sedangkan produksi kompos adalah proses biologis. Alat produksi biochar yakni unit pirolisis bisa dipasang berdekatan dan terintegrasi dengan unit produksi kompos pada instalasi pengolahan sampah kota dan sejenisnya. Produk biochar lalu digunakan untuk produksi kompos sehingga meningkatkan kualitas kompos menjadi kompos premium dan waktu pengomposan lebih cepat, untuk lebih detail baca disini. Kompos premium juga bisa dijual lebih mahal sebanding dengan kualitasnya. Kelebihan energi dari produksi biochar atau operasional pirolisis bisa dimanfaatkan pada pengolahan sampah fraksi RDF atau yang lainnya. 

Potensi produksi kompos premium tersebut sangat besar. Hal ini sehingga bisa dimanfaatkan pada lahan-lahan kritis dari reklamasi pasca tambang yang luasnya jutaan hektar atau bahkan lahan-lahan kering terdegradasi yang mencapai ratusan juta hektar. Lahan-lahan yang tidak atau kurang produktif tersebut ketika diaplikasikan kompos premium tersebut akan menjadi subur sehingga misalnya lahan reklamasi pasca tamang ditanami kembali (revegetasi) maka akan menghasilkan berbagai produk-produk pertanian atau perkebunan yang bermanfaat atau menguntungkan secara ekonomi, lingkungan dan sosial. Biochar dengan kandungan karbon tinggi akan bertahan di dalam tanah hingga ratusan tahun dan merupakan carbon sequestration bisa dikompensasi dengan mendapatkan carbon credits.  

Proyeksi Pengelolaan Sampah Indonesia Masa Depan : Produksi RDF dan kompos yang Diperkaya Biochar

Photo diambil dari sini

Masalah persampahan menjadi perhatian di sejumlah daerah saat ini. Hal ini karena sampah selain telah menjadi masalah lingkungan yang serius juga berdampak pada masalah sosial. Masyarakat mulai semakin menyadari tentang permasalahan sampah ini khususnya bagi masyarakat-masyarakat perkotaan yang sudah tidak memiliki lahan untuk menimbun atau membakar sampahnya dan ditambah lagi karena tempat pembuangan akhir (TPA) sudah tidak mampu lagi menampung sampah yang dihasilkan masyarakat tersebut.  Masalah banjir, pencemaran air tanah, polusi udara adalah beberapa masalah lingkungan tersebut yang apabila tidak diatasi akan menimbulkan sejumlah masalah lingkungan serius. Kesadaran masyarakat terkait sampah semakin hari seharusnya semakin baik, dan mengupayakan berbagai upaya untuk mengatasinya.

Pengomposan sampah organik di Depok, Jawa Barat

Saat ini pemerintah pusat dan juga pemerintah-pemerintah daerah sedang berupaya keras untuk mengatasi masalah sampah tersebut. Walaupun sudah berupaya keras tetapi umumnya baru sebagian kecil sampah tersebut yang bisa tertangani dan sebagian besar masih menumpuk dan terakumulasi sehingga terus menggunung. Sebagai contoh adalah masalah sampah di DKI Jakarta saat ini, yakni dengan volume sampah harian rata-rata 7.500 ton/hari baru sekitar 1.000 ton per harinya yang bisa diolah. Dengan unit produksi RDF di TPST Bantar Gebang, dengan bahan baku 2.000 ton sampah per hari yang berasal dari 1.000 ton sampah baru dan 1.000 ton sampah lama (landfill mining)  dihasilkan kurang lebih 700 ton/hari RDF. Jadi dengan hanya 1.000 ton/hari sampah baru yang bisa diolah itu artinya hanya 13% saja dari total volume sampah harian. Sedangkan kondisi-kondisi di sejumlah daerah di Indonesia juga hampir sama. 

Pengolahan sampah masa depan harus bisa mengolah sampah tersebut 100% atau zero waste. Selain itu juga produk pengolahan sampah tersebut juga harus memiliki nilai manfaat dan ekonomi. Salah satunya adalah produksi RDF dan kompos kapasitas besar. Hampir semua limbah organik bisa untuk dikomposkan sedangkan yang non-organik khususnya plastik dibuat RDF. Sampah-sampah lainnya seperti besi, kaca, keramik, dan logam-logam dipisahkan terlebih dahulu sehingga tidak menganggu proses produksi RDF dan kompos tersebut. RDF biasa digunakan sebagai bahan bakar alternatif terutama pada pabrik semen. Tetapi dengan kandungan klorin yang tinggi penggunaan RDF pada pabrik semen perlu dibatasi. 

Kadang jarak antara produksi RDF dengan pabrik semen yang jauh membuat biaya transportasi mahal dan produk RDF menjadi tidak kompetitif. Hal tersebut sehingga RDF perlu dipadatkan menjadi pellet RDF. Dengan menaikkan kepadatan dari RDF menjadi pellet selain menghemat biaya transportasi juga akan memudahkan handling, penyimpanan dan sekaligus penggunaannya. Sedangkan pada kompos untuk meningkatkan kualitasnya bisa ditambahkan biochar. Biochar tersebut ditambahkan pada saat proses pengomposan dan nantinya akan semakin banyak nutrient yang terkandung dalam kompos tersebut. Biochar dengan pori-pori mikronya akan digunakan sebagai tempat menyimpan nutrient tersebut. Selain itu penggunaan biochar sebagai carbon sink / carbon sequestration dan bisa bertahan di dalam tanah hingga ratusan bahkan ribuan tahun. Hal ini juga berpotensi sebagai tambahan pendapatan dari carbon credit. Produksi biochar dengan pirolisis juga akan menghasilkan energi panas yang bisa dimanfaatkan untuk pengeringan sampah pada produksi RDF maupun pirolisis bahan organik. 

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 4

Pabrik atau industri semen selain sebagai industri yang memanfaatkan atau mengolah limbah seperti slag dan fly ash sehingga terbentuk pola circular economy, juga merupakan industri yang memusnahkan limbah yakni dengan cara menggunakannya sebagai bahan bakar. Bahan bakar RDF dari sampah kota adalah sumber energi alternatif yang banyak digunakan oleh industri semen khususnya pada pembuatan clinker. Selain membantu mengatasi masalah lingkungan berupa pencemaran lingkungan dari sampah kota tersebut, penggunaan RDF (Refuse Derived Fuel) juga membantu menurunkan emisi karbon atau bagian upaya dari dekarbonisasi. Terkait mengatasi masalah lingkungan bahan bakar alternatif seperti ban bekas yang dicacah menjadi tyre chip dan plastik juga sering digunakan. Selain bahan-bahan bakar alternatif tersebut, limbah biomasa seperti limbah pertanian dan limbah peternakan juga mulai digunakan. Limbah biomasa tersebut 100% bahan bakar terbarukan, sehingga lebih sejalan dan ramah lingkungan. Penggunaan limbah pertanian seperti sekam padi dan kotoran ternak kotoran unta adalah contoh penggunaan limbah biomasa tersebut, untuk lebih detail baca disini. 

Dengan beroperasi pada suhu tinggi sehingga pabrik semen bisa berfungsi sebagai pemusnah limbah yang efektif. Terkait hal itu dipersyaratkan test DRE (Destruction Removal Efficiency) yang harus memenuhi nilai sangat tinggi atau hampir 100% (99,9999%) untuk bisa melakukan aktivitas pemusnahan limbah tersebut. Kegagalan mencapai nilai tersebut karena temperatur yang kurang tinggi, sehingga konsekuensinya tidak semua fasilitas di pabrik semen bisa untuk memusnahkan atau membakar limbah tersebut, hanya burner di kiln yang beroperasi di atas suhu 1200 derajat celcius yang bisa melakukannya, yang teknisnya limbah atau bahan bakar alternatif tersebut juga memiliki feeding point tersendiri.

Disamping karena mati listrik, operasional pabrik semen bisa berhenti karena terjadi blocking. Blocking tersembut menyumbat cyclone pada preheater maupun calciner. Penyebab utama terjadi blocking adalah karena kandungan sulphur yang terutama dari batubara dan petcoke atau bisa juga bahan bakar alternatif yang memiliki kandungan sulphur tinggi seperti ban (tyre chip), yang sulphur tersebut selanjutnya bereaksi dengan alkali sehingga membentuk senyawa yang mudah menempel di dinding cyclone tersebut atau bahkan kiln. Hal ini sehingga prosentase sulphur perlu dibatasi. Dan penyebab blocking yang kedua adalah khlor, yang juga bereaksi dengan alkali sehingga mudah menempel di dinding alat tersebut, tetapi bedanya blocking karena khlor terjadi pada suhu lebih rendah, sehingga menempel pada cyclone bagian atas. Hal ini sehingga prosentase khlor juga perlu dibatasi.  

Berdasarkan kondisi tersebut di atas, penggunaan bahan bakar alternatif khususnya dari bahan yang terbarukan penting dilakukan, apalagi bahan bakar terbarukan seperti biomasa memiliki kandungan sulphur sangat rendah, demikian juga khlor-nya, tetapi bahan bakar alternatif tertentu harus dikalkulasi secara cermat terutama kandungan sulphur dan khlor, sehingga tidak terjadi blocking. Sedangkan bahan bakar fossil seperti batubara dan petcoke selain kontra dengan upaya dekarbonisasi juga ternyata juga penyebab utama terjadi blocking atau penyumbatan. Hal tersebut sehingga penggunaan bahan bakar atau energi fossil harus semakin dikurangi. 

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.