Operasional Pabrik Sawit dengan Integrasi Pirolisis dan Unit Biogas untuk Zero Waste, Memaksimalkan Profit dan Berkelanjutan

Tujuan pabrik sawit  sehingga zero waste, profit maksimal dan berkelanjutan bisa tercapai salah satunya dengan integrasi pirolisis dan unit biogas. Hal ini karena hampir semua limbah padat dan limbah cair dari pabrik sawit bisa diolah menjadi produk-produk yang dibutuhkan pada industri sawit tersebut, baik di pabrik sawitnya untuk produksi CPO, maupun di perkebunan sawitnya untuk produksi TBS. Dengan pirolisis, limbah padat akan diubah menjadi biochar dengan excess energy berupa syngas dan biooil untuk bahan bakar boiler. Biochar sebelum diaplikasikan ke tanah-tanah perkebunan atau pertanian dimanfaatkan terlebih dahulu untuk meningkatkan produksi biogas.

Produk biogas selanjutnya juga bisa untuk bahan bakar boiler pabrik sawit bersama dengan syngas dan biooil tersebut. Dengan cara itu maka cangkang sawit (Palm kernel shell/PKS)100% bisa dijual atau bahkan diexport sehingga memberi tambahan keuntungan bagi industri sawit yang bersangkutan. Dimana saat ini pada umumnya 30- 50% cangkang sawit digunakan untuk bahan bakar boiler dicampur dengan sabut (mesocarp fiber) dan sisanya dijual atau dieksport tersebut. Produksi biochar dengan pirProduk biogas selanjutnya juga bisa untuk bahan bakar boiler pabrik sawit bersama dengan syngas dan biooil tersebut. Dengan cara itu maka cangkang sawit (Palm kernel shell/PKS)100% bisa dijual atau bahkan diexport sehingga memberi tambahan keuntungan bagi industri sawit yang bersangkutan. Dimana saat ini pada umumnya 30- 50% cangkang sawit digunakan untuk bahan bakar boiler dicampur dengan sabut (mesocarp fiber) dan sisanya dijual atau dieksport tersebut. Produksi biochar dengan pirolisis bisa memanfaatkan sabut (MF) dan tandan kosong sawit (EFB). Skema integrasi seperti dibawah ini : 

Pemakaian biochar pada lahan-lahan perkebunan dan pertanian akan menghemat atau mengurangi penggunaan pupuk kimia. Dan lebih khusus lagi pada perkebunan kelapa sawit bahwa operasional terbesarnya adalah penggunaan pupuk kimia tersebut. Apabila penggunaan pupuk kimia bisa dikurangi maka akan terjadi penghematan pada biaya pupuk. Selain itu juga akan memberi manfaat lain bagi lingkungan atau mengurangi dampak lingkungan berupa meminimalisir limbah akibat pemakaian pupuk kimia yang berlebihan. Biochar akan membuat pupuk kimia menjadi slow release sehingga efisiensi penggunaan pupuk atau NUE (Nutrient Use Efficiency) akan meningkat dan apalagi biochar plus pupuk organik dari residue biogas maka pupuk kimia untuk kemampuan slow release akan semakin meningkat sehingga NUE semakin tinggi. Selain itu produk samping pirolisis lainnya yakni pyroligneous acid juga sangat bermanfaat bagi perkebunan sawit untuk pupuk orhabik cair dan biopestisida.  

Selain itu pendapatan lain yang bisa didapatkan adalah dari carbon credit atau BCR (biochar carbon removal) credit. Apalagi carbon credit ini saat ini juga menjadi motivasi kuat bagi para produsen untuk produksi biochar tersebut. Dan untuk bisa mendapatkan carbon credit tersebut produsen biochar harus mendaftarkan ke lembaga karbon standard dan mengikuti metodologinya. Beberapa lembaga karbon standar yang popular antara lain Puro Earth, Verra, dan CSI. Sedangkan untuk produksi biogas juga bisa mendapatkan carbon credit dari mekanisme methane avoidance, tetapi harga biogas dari methane avoidance biasanya lebih murah daripada carbon credit carbon removal atau carbon sequestration dengan biochar. Tetapi tentu kedua-keduanya bisa diakumulasikan dan memberi keuntungan lebih besar.

Potensi operasional pabrik sawit dengan integrasi pirolisis dan unit biogas untuk zero waste, memaksimalkan profit dan berkelanjutan sangat besar dan diprediksi akan menjadi trend karena keuntungan financial sejalan dengan keuntungan / manfaat lingkungan. Apalagi masalah-masalah lingkungan dan keberlanjutannya saat ini telah menjadi perhatian dunia. Dengan luas lahan sawit sekitar 17 juta hektar dan 5,5 juta hektar di Malaysia, maka potensi limbah biomasa khususnya EFB dan mesocarp fiber untuk produksi biochar dan juga limbah POME untuk produksi biogas sangat melimpah. Sedangkan secara global luas kebun sawit mencapai hampir 27 juta hektar. Pada tahun 2024 tercatat bahwa produsen top CPO Dunia yakni Indonesia 56% lalu Malaysia 26% dan Thailand 5%. Ada lebih dari 1.000 unit pabrik sawit di Indonesia dan sekitar 500 unit di Malaysia. 

Pengolahan Limbah Kelapa Muda : Dibriket atau Dipelletkan saja!

Ketika cuaca sangat panas seperti akhir-akhir ini, minum air kelapa sangat menyegarkan. Hal ini karena air kelapa selain untuk memenuhi kebutuhan cairan tubuh juga memenuhi kebutuhan elektrolit (mineral bermuatan ion yang terdapat dalam sel, jaringan, dan cairan tubuh) yang sangat dibutuhkan tubuh. Elektrolit ini berperan dalam mendukung aktivitas sel dan jaringan tubuh serta menjaga keseimbangan kadar cairan tubuh. Saat tubuh kehilangan elektrolit akibat aktivitas fisik atau dehidrasi, mengonsumsi air kelapa dapat membantu menggantikan elektrolit yang hilang dan memulihkan keseimbangan cairan tubuh. Penjual-penjual es kelapa muda banyak bertebaran apalagi di kota-kota besar. Selain dijual dalam gelas, air kelapa muda tersebut juga dijual dalam bentuk kelapa muda utuh. Paduan dengan daging buah kelapa mudanya menambah lezat minuman tersebut. Tetapi ternyata limbah dari kelapa muda tersebut banyak mencemari dan belum diolah atau dimanfaatkan dengan semestinya. Volume limbah kelapa muda tersebut cukup banyak, bahkan seperti di kota Makassar diperkirakan ada 15 ton/hari limbah kelapa muda tersebut. 

 

Limbah kelapa muda tersebut bisa diolah menjadi briket ataupun pellet. Teknologi pemadatan biomasa (biomass densification) tersebut cocok diterapkan untuk solusi limbah kelapa muda tersebut. Limbah kelapa muda tersebut perlu dikecilkan ukurannya (size reduction) yakni dengan shredder dan hammer mill selanjutnya dikeringkan dengan mesin pengering (dryer) sebelum dipadatkan menjadi briket dengan mesin briket atau menjadi pellet dengan pelletiser (mesin pellet). Dengan dibriket ataupun dipelletkan limbah tersebut bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar atau sumber energi bagi UKM ataupun boiler di industri. Banyak UKM atau industri pengolahan yang bisa memanfaatkan bahan bakar tersebut selain ramah lingkungan, juga mudah dalam penggunaannya. Tungku-tungku sederhana bisa dikembangkan untuk penggunaan briket dan pellet tersebut.  

Indonesia terkenal dengan negeri rayuan pulau kelapa. Hal ini karena begitu luasnya perkebunan kelapa di Indonesia yang mencapai sekitar 3,7 juta hektar dengan sebagian besar merupakan perkebunan rakyat. Luasnya perkebunan kelapa tersebut menempatkan Indonesia sebagai pemilik perkebunan kelapa terluas di dunia. Pohon kelapa terutama tumbuh di sepanjang pantai, dan memang Indonesia juga memiliki garis pantai terpanjang kedua di dunia, setelah Kanada.  

Pabrik Sawit Masa Depan : Produsen CPO, Biochar dan Hidrogen Sekaligus

Faktor efisiensi, mengoptimalkan potensi dan perbaikan iklim seharusnya bisa dilakukan sekaligus pada industri kelapa sawit. Hal tersebut bisa dilakukan yakni dengan mengganti tungku pembakaran pada boilernya dengan pirolisis sehingga bahan bakar boiler terutama berupa biooil produk samping pirolisis, dengan produk utama biochar dan membangun unit biogas untuk produksi hidrogen sebagai produk akhir. Biochar akan digunakan sebagai pembenah tanah (soil amendment) bersama dengan pupuk sehingga menjadi pupuk lepas lambat (slow release fertilizer), sehingga efisiensi penggunaan pupuk (NUE : nutrient use efficiency) meningkat. Penggunaan biochar sebagai carbon sequestration yakni dengan penggunaan bersama pupuk tersebut juga akan memberi penghasilan tambahan dari carbon credit. Tanah-tanah masam ataupun tanah-tanah kering akan lebih baik kesuburannya dengan aplikasi biochar tersebut.

Selanjutnya limbah cair atau POME (palm oil mill effluent) digunakan untuk bahan baku biogas. Dengan komponen utama biogas berupa metana (CH4) maka dengan steam reforming metana tersebut akan bereaksi dengan kukus / steam pada suhu 700-1100 C dengan adanya katalis nikel menjadi hidrogen / H2 dan dan karbonmonoksida / CO. Untuk memaksimalkan produksi hidrogen H2 selanjutnya karbonmonoksida / CO yang dihasilkan dikenai shift reaction, maka akan terjadi produk hidrogen / H2 dan karbondioksida / CO2. Reaksi tersebut berjalan pada suhu 400-500 C ataupun pada suhu lebih rendah yakni 200-400 C. Pada suhu lebih tinggi shift reaction biasa menggunakan katalis besi oksida atau kromium, sedangkan pada suhu lebih rendah katalis yang biasa digunakan adalah tembaga, zinc oxide dan alumina, yang membantu mengurangi konsentrasi CO hingga dibawah 1%.

Boiler Biomasa dan Urgensinya

Sesuatu masalah yang terlihat dan bisa dirasakan apalagi juga memiliki dampak jangka pendek tentu mudah untuk dipetakan dan dicarikan solusinya. Tetapi jika sebaliknya yakni tidak terlihat, sulit dirasakan dan dampak atau efek bersifat jangka panjang tentu lebih sulit dipetakan apalagi dicari solusinya. Penggunaan bahan bakar fossil khususnya batubara pada sejumlah boiler industri sebagai contohnya. Efek emisi gas buang berupa COx, NOx dan SOx mungkin sulit di deteksi pada awalnya tetapi menciptakan kerusakan lingkungan dalam jangka panjang. Demikian juga logam berat seperti mercuri yang juga memiliki efek jangka panjang. Sedangkan polusi abu terbang (fly ash) maupun abu tungku boiler (bottom ash) jelas lebih mudah dirasakan efeknya. Pada kasus yang lebih besar atau skala global yakni perubahan iklim dan pemanasan global akibat gas rumah kaca khususnya CO2 (karbon diksida) maka juga dibutuhkan konsesus global untuk pemecahan masalah tersebut. Hal itulah yang membuat konferensi bumi tentang perubahan iklim (UNFCC) selalu diadakan setiap tahun, yang tercatat sampai saat ini telah 27 kali dilaksanakan, terakhir tahun 2019 lalu di Madrid, Spanyol sedangkan yang seharusnya dilaksanakan tahun 2020 diundur tahun 2021 karena pandemi COVID-19. Bahan bakar fossil termasuk batubara adalah bahan bakar carbon positive sehingga penggunaanya akan meningkatkan konsentrasi CO2 di atmosfer, sedangkan bahan bakar biomasa seperti wood chip, wood pellet, wood briquette dan cangkang sawit adalah bahan bakar carbon neutral. Dikatakan carbon neutral karena penggunaan bahan bakar tersebut karena tidak menambah konsentrasi CO2 di atmosfer. 

Boiler adalah peralatan penting bagi operasional sejumlah industri. Fungsi utama boiler adalah menghasilkan steam (uap panas) yang digunakan pada proses produksi industri tersebut. Tetapi ketika boiler tidak dioperasikan dan dirawat dengan baik maka boiler bisa membahayakan. Keberlangsungan operasional produksi juga sangat tergantung peralatan ini, sehingga terganggunya operasional boiler akan berpengaruh signifikan pada produksi tersebut. Boiler juga terdiri dari sejumlah subsistem yang bekerja secara harmonis, seperti boiler burner dan kontrolnya, water treatment untuk penyiapan air umpan boiler, fuel handling dan feeding dan sebagainya. Kadang-kadang sejumlah subsistem tersebut disuplai dari sejumlah vendor yang berbeda, sehingga menyinkronisasi antar subsistem tersebut sangat penting. Hal tersebut membuat operasional boiler aman, efisien, handal dan meminimalisir downtime boiler tersebut. Dan dari semua subsistem dalam boiler tersebut, burner system adalah subsistem paling canggih dalam unit boiler tersebut. Burner system tersebut memiliki sejumlah mode operasional yang membutuhkan extensive training dan/atau pengalaman bagi para operator boiler untuk dipahami dengan baik.  

Saat ini sudah mulai sejumlah industri yang beralih dari bahan bakar fossil ke bahan bakar biomasa tersebut. Pada industri yang sebelumnya menggunakan bahan bakar padat perubahan teknis atau modifikasi tungku (furnace) pembakarannya bisa minor, sedangkan industri yang sebelumnya menggunakan bahan bakar gas atau cair maka hal yang biasa dilakukan adalah dengan mengganti unit boiler (termasuk tungku) tersebut. Penggantian unit boiler tersebut tentu juga diikuti sistem pendukungnya seperti gudang penyimpanan bahan bakar, pengumpanan dan sebagainya. Bahan bakar minyak bumi (BBM), batubara dan gas alam adalah bahan bakar konsisten dengan kualitas standar dan kontaminan atau pengotornya telah diketahui dan dipelajari berpuluh-puluh tahun. Sedangkan dengan biomasa ada sejumlah pilihan dan setiap sumber juga unik dan juga level kontaminannya. 

Dalam kasus tertentu industri yang akan beralih menggunakan biomasa yakni cangkang sawit sedang sebelumnya menggunakan bahan bakar gas, maka industri tersebut perlu mengkaji dan menganalisa implentasi penggunaan cangkang sawit tersebut. Dan dikarenakan penggunaan cangkang sawit untuk bahan bakar industri relatif baru, maka industri tersebut bisa menggunakan data lamanya tentang operasional tungku mereka dengan bahan bakar gas dan membandingkan dengan tungku yang menggunakan bahan bakar padat seperti batubara - yang umumnya digunakan industri saat ini. Walaupun cangkang sawit juga merupakan bahan bakar padat, tetapi ada sejumlah karakteristik yang membedakan dengan batubara. Selain itu pembakaran gas bisa dikatakan proses pembakaran paling ideal yakni ditinjau dari stoikhiometri atau kesempurnaan pembakaran tersebut dibanding pembakaran bahan bakar cair maupun padat. Ukuran partikel besar seperti batubara juga akan berpengaruh pada pembakaran dan juga membuat suatu bahan bakar lebih sulit terbakar. Sehingga dari dari perbandingan tersebut bisa didapat tentang gambaran pembakaran cangkang sawit tersebut dan skema dibawah ini untuk menggambarkan kasus tersebut. 

Dengan analisis yang memadai, perencanaan, dan merancang sistem, penggunaan bahan bakar baru khususnya biomasa seperti wood chip, wood pellet, wood briquette dan cangkang sawit bisa terimplementasi dengan baik. Harga energi dan peraturan masalah lingkungan menjadi daya dorong penggunaan bahan bakar baru tersebut.  Tungku-tungku jenis fixed bed combustion yang paling umum digunakan pada sejumlah industri. Varian-varian tungku tersebut antara lain tipe grate furnace yakni travelling grate, fixed grate system, incline moving grate & horizontally moving grate, vibrating grate, cigar burner dan underfeed rotating grate, sedangkan tipe lainnyayakni underfeed stokers. Sedangkan tipe fluidized bed dan pulverized combustion pada umumnya digunakan oleh pembangkit listrik. Pertimbangan teknis pemilihan bahan bakar padat berbasis biomasa tersebut antara lain nilai kalor, kadar air, kadar abu, density/kepadatan, ukuran partikel, emisi, ketersediaan bahan bakar tersebut, dan kesesuaian dengan tungku pembakarannya. Pada akhirnya tingkat pembakaran paling optimal yang aman dan memenuhi standar lingkungan adalah tujuan penggunaan bahan bakar biomasa tersebut. 

Produksi Briket dari Tankos dan Sabut Sawit untuk Bahan Bakar Boiler Industri

Kebutuhan bahan bakar biomasa semakin meningkat sepanjang waktu, cangkang sawit semakin mahal dan langka, padahal cangkang sawit atau PKS (palm kernel shell) ini adalah kompetitor utama untuk wood pellet. Ketika suplai cangkang sawit terbatas karena tingginya permintaan maka harganya menjadi tinggi bahkan bisa mendekati wood pellet. Ketika kondisi tersebut tercapai maka wood pellet menjadi lebih diminati daripada cangkang sawit karena kualitas wood pellet yang lebih baik daripada cangkang sawit. Selain bentuk dan ukuran lebih seragam wood pellet juga lebih kering dengan kadar air berkisar 10%. 

 Pada kondisi tersebut sebenarnya juga membuka peluang untuk produksi briket. Briket dan pellet sebenarnya menggunakan jenis teknologi yang sama yakni pemadatan biomasa. Tetapi produksi briket lebih mudah dan murah dibandingkan pellet. Tingkat fleksibilitas bahan baku sebagai material briket juga lebih tinggi dibandingkan pellet. Bahkan sejumlah material yang sulit dibuat pellet ternyata mudah dilakukan dengan pembriketan. Ukuran serta bentuk briket juga lebih beragam demikian juga teknologi produksinya. Briket untuk bahan bakar boiler industri adalah briket yang bisa sebagai alternative antara cangkang sawit dan wood pellet. 

Pabrik sawit selain menghasilkan limbah cangkang sawit, juga menghasilkan limbah padat berupa tandan kosong (tankos) dan sabut (fiber). Sejumlah pabrik sawit yang menggunakan boiler dengan tingkat efisiensi tinggi maka akan menghasilkan banyak sabut (fiber). Limbah-limbah tersebut berupa tankos dan sabut tersebut bisa digunakan untuk bahan baku produksi briket. Briket industri dengan bentuk seperti kepingan (puck) yang diproduksi dengan pres mekanik selain mudah diproduksi juga kapasitasnya bisa cukup besar. Lokasi pengguna briket tersebut yang tidak terlampau jauh dari pabrik sawit membuat biaya transportasi murah, dan bisa bersaing dengan cangkang sawit maupun wood pellet. 

 Daerah industri dan juga banyak dikelilingi pabrik-pabrik sawit dan perkebunannya seperti di Medan, Sumatera Utara sangat potensial untuk produksi briket industri tersebut. Briket yang dihasilkan diharapkan memiliki kualitas diantara cangkang sawit dan wood pellet, demikian juga harganya. Produksi briket industri dari sabut (fiber) lebih mudah dibandingkan dari tankos. Tankos selain basah juga perlu upaya lebih untuk mencapai ukuran partikel sehingga sesuai untuk pembriketan tersebut. Pemanfaatan limbah-limbah tersebut selain mengurangi dampak lingkungan juga akan memberi keuntungan secara ekonomi.