Produksi Arang untuk Bahan Baku Activated Carbon

Karakteristik arang dipengaruhi oleh bahan baku yang digunakan dan kondisi proses produksinya. Penggunaan arang untuk aplikasi atau industri tertentu juga mensyaratkan spesifikasi atau suatu karakteristik tertentu. Sebagai contoh arang yang digunakan untuk bahan bakar bisa berbeda kebutuhan spesifikasinya dengan spesifikasi arang untuk pertanian (biochar), maupun arang yang digunakan sebagai bahan baku activated carbon. Sejumlah parameter yang bisa diterima pada aplikasi tertentu, bisa tidak diterima pada aplikasi lainnya.

Produk arang yang digunakan untuk bahan baku produksi activated carbon demikian juga. Parameter berupa fixed carbon tinggi (~80%), kekerasan (hardness) yang tinggi, ash content rendah (~3%) serta volatile matter rendah (<10%) menjadi prasyarat untuk spesifikasi atau kualitas arang sebagai bahan baku activated carbon. Sebagai perbandingan arang untuk pertanian (soil amendment) atau biasa disebut biochar memiliki rentang kualitas  atau spesifikasi yang luas, yakni  fixed carbon (FC) lebih rendah,  ash content lebih tinggi dan volatile matter juga lebih tinggi, khususnya pada biochar type agro menurut WBC, sedangkan biochar type premium menurut WBC kualitasnya lebih tinggi atau tertinggi dan bisa digunakan untuk berbagai keperluan. Sedangkan biochar type material menurut WBC kualitasnya paling rendah dengan penggunaan terutama industri-industri tertentu saja seperti semen, aspal, plastik, elektronik, dan bahan komposit atau  tidak bisa untuk pertanian, soil application dan consumer products.  

Bahan baku untuk produksi arang untuk produksi activated carbon karena mensyaratkan parameter lebih ketat, khususnya fixed carbon tinggi, ash content rendah dan kekerasan tinggi sehingga bahan baku yang sesuai untuk tujuan tersebut lebih terbatas atau tidak semua biomasa bisa digunakan untuk produksi arang untuk bahan baku activated carbon tersebut. Hal tersebutlah yang membuat tempurung kelapa menjadi bahan baku terbaik dan paling populer untuk produksi arang sebagai bahan baku activated carbon saat ini. Dan bahan baku cangkang sawit (khususnya dura) diperkirakan akan menjadi kandidat berikutnya. Ketersediaan cangkang sawit / palm kernel shell (PKS) yang melimpah menjadi daya tarik tersendiri. Tetapi memang dengan bahan baku arang cangkang sawit ini masih tersisa adanya bau minyak sawit, sehingga tantangan tersendiri bagi produsen activated carbon.  

Debarking Untuk Kualitas Wood Pellet Premium

Spesifikasi Wood Pellet

Apabila hendak memproduksi wood pellet kualitas premium dengan kadar abu kurang dari 1%, maka proses debarking (pengelupasan kulit) harus dilakukan terhadap bahan baku wood pellet. Batang-batang kayu sebagai bahan baku wood pellet dimasukkan ke dalam alat pengupasan kulit (debarker) hingga semua kulit kayu tersebut terkelupas. Kulit kayu mempunyai kandungan lignin tinggi dan juga kadar abunya tinggi. Batang-batang kayu yang telah terkelupas kulitnya tersebut kemudian akan dihancurkan atau dikecilkan ukurannya (size reduction) dengan alat wood chipper atau hammer mill. Kulit kayu selanjutnya juga bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengering serbuk kayu itu sendiri ataupun bisa juga dibuat pellet (bark pellet) yang kualitasnya dibawah wood pellet.

Kulit Kayu

Bark Pellet

Batang kayu setelah debarking

Wood pellet yang dihasilkan dengan melalui proses debarking akan berwarna lebih cerah dan mengkilap serta kadar abu rendah. Sedangkan pellet dari dibuat dari kulit kayu akan berwarna lebih gelap, tampak seperti diatas dan kadar abunya tinggi.Kayu umumnya memiliki kandungan kulit kayu sekitar 10 % dan kadar abu lignin bisa mencapai 3 %. Kayu trubusan seperti poplar dan willow memiliki kadar abu lebih dari 1 % sehingga tetap tidak bisa untuk dibuat wood pellet kualitas premium meskipun kulit kayunya dikupas. 

Fokus Pada Abu

Abu pembakaran kayu; photo diambil dari sini

Pemanfaatan biomasa dengan rute thermal yakni pembakaran (combustion) dan gasifikasi akan dihasilkan residue berupa abu. Sedangkan pada pirolisis karena bekerja pada suhu rendah  (400-600 C) dan  tanpa oksigen/udara maka tidak terjadi abu. Mineral-mineral yang terkandung dalam biomasa akan tetap tertinggal pada produk berupa arang pada proses pirolisis. Kadar abu (ash content) dan komposisi abu (ash composition/ash chemistry) sangat mempengaruhi proses pemanfaatan biomasa tersebut selain nilai kalor (heating value), ukuran partikel dan kadar airnya.

Secara umum karakterisasi dari abu dari biomasa dideskripsikan oleh Bryers  sebagai berikut :

1.       Kandungan abu silica (Si) dan potassium (K) yang tinggi dengan kalsium (Ca) yang rendah, dengan low fusion temperature berasal dari kelompok limbah-limbah biomasa pertanian.

2.       Kandungan abu silica (Si) dan potassium (K) yang rendah dengan kalsium (Ca) yang tinggi, dengan high fusion temperature berasal dari kelompok hampir semua biomasa kayu. Spesifikasi yang terbaik untuk pembakaran (combustion) dan gasifikasi.

3.       Kandungan abu potassium (K) dan phosphorus yang tinggi, dengan low fusion temperature berasal dari kelompok kotoran seperti kotoran unggas dan ternak.

Biomass Ash Content

Kandungan abu dari berbagai tipe biomasa mengindikasikan slagging behavior. Pada umumnya, semakin tinggi kandungan abunya, semakin besar kecenderungan slagging behavior-nya. Tetapi ini bukan berarti bahwa kandungan abu yang rendah tidak menunjukkan fenomena slagging tersebut. Suhu operasi, komposisi mineral (ash chemistry) dari abu dan prosentase-nya merupakan variable-variabel terjadinya slagging tersebut. Jika kondisinya mendukung maka slagging akan semakin besar. Mineral seperti SiO2, Na2O dan K2O lebih bertendensi terhadap terjadinya slagging. Biasanya slagging terjadi pada biomasa dengan kandungan abu lebih dari 4% dan non-slagging fuel dengan kandungan abu kurang dari 4%. Menurut komposisi melelehnya, bahan bakar-bahan bakar biomasa tersebut dikelompokkan menjadi severe atau moderate slagging.

Ash Chemistry; taken from here

 Masalah yang ditimbulkan dari abu ini adalah menyumbat lubang pemasukan udara ataupun meleleh (slagging) yang akan mengurangi efisiensi proses thermal gasifikasi dan pembakaran (combustion) tersebut  terkait suplai udara dan distribusi biomasa dalam unit proses tersebut.

Ash slagging; photo diambil dari sini

Sehingga sebelum mengolah suatu limbah biomasa,  pertimbangkan dan perhatikan kadar abu dan komposisinya sehingga bisa memberikan hasil yang optimum.