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. 

Industrial Wood Briquette Menjadi Alternatif Antara Wood Chip dan Wood Pellet

Bahan bakar biomasa adalah bahan bakar atau energi terbarukan yang saat ini posisinya sebagai salah satu bahan bakar atau energi alternatif. Tetapi seiring kesadaran akan berbagai masalah iklim maka penggunaan energi alternatif dari biomasa semakin meningkat dari waktu ke waktu. Trend dekarbonisasi sebagai respon terhadap masalah iklim tersebut  merambah ke semua lini kehidupan termasuk sektor industri. Sebagai industri yang berorientasi profit tentu saja upaya memaksimalkan menjadi perhatian utama termasuk dalam pemakaian bahan bakar alternatif tersebut. Ada aneka tipe bahan bakar yang bisa diproduksi dari biomasa dan khususnya untuk bahan bakar padat antara lain wood chip, wood pellet dan wood briquette. Karakteristik bahan bakar tersebut ada sedikit perbedaan antara satu dan lainnya termasuk juga biaya produksinya. Perlu melihat lebih teliti dan mendalam sehingga bisa mendapatkan bahan bakar biomasa terbaik sesuai tujuan industri tersebut.  

Industrial wood briquette adalah wood briquette yang diproduksi dengan mechanical piston press. Hal ini berbeda dengan briquette yang diproduksi dengan hidrolik dan extruder. Industrial briquette bisa diproduksi dalam jumlah besar dengan biaya lebih murah dibandingkan briquette yang diproduksi dengan hidrolik maupun extruder. Dan apabila dibandingkan dengan wood pellet maka industrial wood briquette ini juga lebih murah biaya produksinya. Tetapi tentu saja biaya produksi lebih mahal dibandingkan wood chip. Wood chip bisa dikatakan sebagai bahan bakar biomasa paling mudah dan murah untuk diproduksi. 

Hal tersebut menempatkan industrial wood briquette menempatkan posisinya diantara wood chip dan wood pellet ataupun briquette tipe hidrolik dan extruder. Sebagai produk pemadatan biomasa (biomass densification) industrial wood briquette juga menjadi lebih ekonomis untuk transport jarak jauh. Selain itu sejumlah boiler industri juga sudah dirancang khusus untuk bisa menggunakan bahan bakar industrial wood briquette ini bahkan secara automatic feeding. Faktor lain seperti keseragaman bentuk, ukuran bisa bervariasi dan kadar air rendah adalah keunggulan-keunggulan lain dari industrial wood briquette ini.

Para pengguna boiler di industri bahkan PLTU bisa mempertimbangkan penggunaaan industrial wood briquette ini. Apalagi untuk perusahaan-perusahaan yang bergerak pada utilitas industri seperti penyedia kukus (steam) bagi industri-industri pengolahan sehingga operasional dan perawatan boiler termasuk penggunaan bahan bakar biomasanya menjadi tanggungjawab perusahaan tersebut. Dengan kontrak penyediaan kukus (steam) jangka panjang misalnya berkisar 5-10 tahun maka penyediaan bahan bakar biomasa berupa industrial wood briquette dalam jangka waktu tersebut juga sangat penting. Selain faktor ketersediaan bahan baku yang mencukupi, legal dan berkelanjutan, aspek kehandalan mesin produksi industrial wood briquette tidak bisa dikesampingkan. 

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.