Cofiring Biomasa Pada PLTU Gas, Mungkinkah ?

Teknologi cofiring dibagi menjadi beberapa tipe, yakni direct cofiring, indirect cofiring, dan parallel cofiring. Pilihan penggunaan tipe cofiring tersebut terutama terkait jenis bahan bakar dan teknologi pembakaran yang digunakan. Secara umum berdasar wujudnya bahan bakar dibagi tiga yakni bahan bakar padat, cair dan gas. Wujud bahan bakar tersebut berpengaruh terhadap teknologi pembakaran yang digunakan. Bahan bakar cair yang merupakan fluida maka pembakarannya dengan burner. Sedangkan bahan bakar untuk teknologi pemabakaran dengan fixed bed, fluidized bed dan pulverized combustion. Mencampur bahan bakar padat seperti biomasa seperti PKS/cangkang sawit, wood pellet dan wood chip dengan batubara biasa dilakukan pada tipe direct cofiring dan ini adalah tipe cofiring yang paling umum dilakukan. Lalu bagaimana cofiring biomasa dengan bahan bakar biomasa yang berwujud padat dengan bahan bakar fossil yang berwujud cair atau gas?

Steam Turbine

Bahan bakar fossil baik yang berwujud cair seperti minyak diesel dan gas seperti gas alam biasa digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik pada internal combustion engine (IC engine) yang outputnya merupakan energi mekanik untuk menggerakkan generator.  Gas engine adalah IC engine yang biasa digunakan untuk untuk produksi listrik dari bahan bakar gas seperti gas alam.Tetapi apabila minyak diesel atau gas alam tersebut digunakan pada external combustion engine (EC engine) seperti furnace dan boiler yang menghasilkan steam. Steam selanjutnya akan menggerakkan turbine yang dihubungkan dengan generator. Pada EC engine mekanisme cofiring bisa dilakukan yakni tipe parallel cofiring. Pada mekanisme ini, biomasa sebagai akan digunakan untuk menghasilkan steam untuk tambahan steam dari yang dihasilkan EC engine berbahan bakar fossil tersebut.

Pembangkit Listrik Avedore, Denmark

Contoh cofiring biomasa dengan PLTU gas adalah pembangkit listrik Avedore Unit 2, yang berada di Denmark dekat Copenhagen. Pembangkit listrik tersebut beroperasi pada ultra-supercritical dengan kapasitas 430 MW menggunakan steam turbine dengan bahan bakar gas alam dan juga dilengkapi dengan 2 buah gas turbine berkapasitas masing-masing 51 MW. Gas turbine tersebut digunakan untuk menyediakan listrik pada beban puncak dan pre-heat air umpan boiler (boiler feed water) via unit exhaust heat recovery. Sedangkan biomass boiler dengan kapasitas sekitar 50 MW digunakan untuk menyediakan steam tambahan pada sistem tersebut. Biomass boiler tersebut membakar jerami dengan konsumsi 150 ribu ton per tahun dan menghasilkan 40 kg/detik steam pada 583 C dan tekanan sampai dengan 310 bar.

Produksi Wood Pellet Atau Charcoal Pellet ?

Wood pellet telah menjadi pembicaraan hangat dan peluang bisnis menggiurkan saat ini. Tidak sedikit perusahaan-perusahaan besar yang berencana untuk produksi wood pellet di Indonesia khususnya dengan bahan baku dari kebun energi. Tentu masih banyak yang ingat juga beberapa waktu lalu Indonesia banyak disorot dunia untuk fungsinya sebagai paru-paru dunia dengan hutan tropisnya sebagai penyerap CO2  dan kompensasi carbon trading. Selanjutnya akankah di era saat ini Indonesia akan menjadi pemasok bahan bakar biomasa utama dunia yang merupakan bahan bakar karbon netral? Tidak mengherankan Indonesia sebagai negara tujuan untuk investasi produksi biomasa, hal ini karena faktor iklim tropisnya, tanah luas tersedia dan tanah yang subur. Hampir semua daerah di Indonesia bisa ditanami untuk berbagai jenis tanaman dan kondisi ini berbeda dengan negara subtropis maupun daerah kering seperti bergurun pasir. Tentu saja yang penting bahwa aktivitas bisnis produksi biomasa dan turunannya tersebut memberi keuntungan yang adil dengan warga negara maupun pemerintah Indonesia. Jangan sampai penduduk hanya menjadi obyek bahkan penonton di negerinya sendiri, ibarat ayam mati di lumbung padi. Jika hal itu terjadi, maka sungguh keterlaluan. Kaum muslimin bisa menangkap dan memanfaatkan peluang tersebut dengan cara bersyirkah, lebih detail bisa dibaca disini.

Sejarah juga telah mengajarkan bahwa kekayaan alam tetapi tidak dikelola dengan baik maka hanya mengundang penjajah. Ingat, Indonesia dijajah khususnya secara militer, politik, pendidikan dan ekonomi 350 tahun,karena awalnya rempah-rempah dan tentu penjajahan gaya baru (neo-kolonialism) juga tidak boleh terjadi lagi untuk masa kini dan masa depan. Mengapa wood pellet menjadi sedemikian populer? Alasan pertama adalah tingginya permintaan wood pellet yang didorong oleh sejumlah kebijakan pro lingkungan, yang di Asia terutama Korea dan Jepang. Alasan kedua, pembangkit listrik adalah salah satu sumber polusi terbesar dengan emisi CO2 sangat besar, sehingga perlu dikurangi bahkan perlu diganti dengan pembangkit listrik biomasa yang karbon netral. Alasan ketiga, produksi wood pellet lebih murah daripada bahan bakar seperti bioethanol. Sejumlah analisis menyatakan bioethanol dari biomasa kayu (lignocellulosic biomasa) baru menarik diproduksi ketika harga minyak bumi diatas $100/barrel sedangkan harga minyak bumi saat ini dikisaran $60/barrel. 

Pengguna utama wood pellet adalah pembangkit-pembangkit listrik besar, sehingga dibutuhkan volume dan kontinuitas produksi. Sejumlah aturan yang ketat telah diberlakukan pada produksi wood pellet sebagai contoh standar kualitas, dan keberlangsungan pasokan bahan baku yang dibuktikan dengan sertifikasi tertentu seperti FSC. Produk wood pellet yang diperdagangkan harus memenuhi standard atau kriteria tersebut. Kontrak-kontrak panjang juga biasa dilakukan pada transaksi jual beli wood pellet. Melihat sejumlah hal diatas, maka bisa dipahami jika pemain-pemain atau produsen-produsen wood pellet harus memiliki modal besar. Produksi wood pellet saat ini diperkirakan 20 juta ton dengan Amerika Serikat dan Kanada sebagai produsen utamanya, sedangkan Eropa adalah pengguna utamanya, diikuti Jepang dan Korea di kawasan Asia. 

Arang adalah produk energi dari pengolahan biomasa khususnya kayu. Arang kayu sudah dikenal sangat lama dan banyak diproduksi di sejumlah tempat. Proses produksi arang kayu umumnya tradisional, memakan waktu lama dan kualitas tidak seragam. Menurut FAO produksi arang kayu secara global pada tahun 2015 tercatat lebih dari 50 juta ton dan sekitar separuhnya diproduksi di Afrika. Setiap tahunnya Eropa mengimport 1 juta ton arang, demikian juga Arab Saudi dan negara-negara Timur Tengah mengimport arang lebih dari 1 juta ton. Penggunaan arang tersebut sebagian besar adalah sektor rumah tangga dengan distribusi eceran (ritel). Selain itu arang juga digunakan untuk metalurgi, pertanian (biochar) dan bahan baku arang aktif (activated carbon).

Produksi arang dan pemasaran arang juga belum diperlakukan aturan yang ketat seperti wood pellet. Hal ini terutama karena produsen arang yang sangat banyak, dengan rata-rata produksi kecil dan teknologi produksi tradisional. Selain itu pasar atau pembeli juga tidak mensyaratkan volume besar dan kontrak jangka panjang. Faktor kualitas tetap menjadi standard penting terutama untuk pasar export. Tetapi bisa jadi aturan lebih ketat juga akan diberlakukan pada produksi dan pemasarannya, mengingat potensi kerusakan yang ditimbulkan. Konversi rendah tungku-tungku pengarangan tradisional yakni rata-rata 15% membuat kebutuhan bahan baku kayu menjadi ekstra, sehingga untuk menghasilkan 1 juta ton dibutuhkan bahan baku sekitar 6,5 juta ton kayu. Pendekatan dengan menggunakan teknologi yang efisien semakin mendesak apalagi untuk melayani kebutuhan yang besar dan kontinyu. Pyrolysis atau karbonisasi kontinyu adalah solusi untuk hal tersebut yakni dengan tingkat konversi ke arang mencapai 30% atau hampir sepertiganya. Dengan teknologi yang efisien tersebut hanya dibutuhkan bahan baku kayu kurang lebih 3 juta ton, atau hanya separuhnya yang berarti menghemat sekitar 3 juta ton bahan baku kayu. 

Untuk meningkatkan efisiensi dan kemudahan dalam transportasi dan handling dan penggunaannya maka arang juga bisa dibuat pellet. Nilai kalor arang yang lebih tinggi dari kayu yakni sekitar 2 kali lipatnya, juga membuat pellet arang (charcoal pellet) memiliki kalori lebih tinggi dibandingkan wood pellet. Berbeda dengan produksi wood pellet yang tidak membutuhkan perekat tambahan, karena lignin dalam kayu itu sendiri juga berfungsi sebagai perekat ketika ditekan (kompresi) dan suhu tinggi, untuk charcoal pellet membutuhkan perekat tambahan berupa tepung tapioka, hal ini karena lignin telah terdekomposisi (terurai) sewaktu proses karbonisasi (pyrolysis). Keuntungan lainnya dari proses pyrolysis adalah dihasilkan sejumlah produk samping yang memberi keuntungan tambahan, yakni : biooil sebagai bahan bakar burner/boiler, campuran bahan bakar kapal dan bisa diupgrade menjadi bahan bakar kendaraan pada umumnya, lalu syngas yang bisa digunakan untuk bahan bakar gas engine untuk produksi listrik serta wood vinegar yang bisa diolah lanjut menjadi biopestisida maupun pupuk organik cair. Untuk kapasitas produksi 200 ton/hari INPUT atau kurang lebih 70 ton arang/hari (OUTPUT) maka output listrik yang dihasilkan bisa mencapai 5 MW dengan bahan baku wood chip atau serbuk kayu (sawdust). 

Kontinuitas bahan baku untuk produksi arang juga sama seperti produksi wood pellet yakni dari kebun energi sehingga bisa terus berkelanjutan. Optimalisasi kebun energi dengan peternakan domba plus sapi dan peternakan lebah madu adalah opsi terbaik untuk optimalisasi penggunaan lahan. Kesimpulannya ada dua opsi menarik pada bisnis bahan bakar biomasa saat ini, yakni produksi wood pellet dengan syarat ketat mulai dari sumber bahan baku dan kualitas produk wood pelletnya, tetapi bisa mendapatkan kontrak pembelian wood pellet jangka panjang yakni sampai 20 tahun atau produksi charcoal pellet, yang syaratnya tidak seketat wood pellet, lalu pada tahap karbonisasi atau pyrolysis juga dihasilkan sejumlah produk samping yang juga menguntungkan, bahkan untuk listriknya juga sangat dimungkinkan untuk kontrak jangka panjang dengan menjualnya ke PLN dengan mekanisme PPA (Power Purchase Agreement) sampai 25 tahun tapi untuk produk-produknya tidak bisa kontrak panjang. Berdasarkan hal-hal tersebut diatas tentu dibutuhkan kajian mendalam sebelum mengeksekusi salah satu atau bahkan kedua peluang tersebut. 

Briket Sekam Padi Mudah, Cepat Dan Bahan Baku Berlimpah

Faktanya Indonesia saat ini adalah net importer minyak bumi karena kapasitas produksi tidak mencukupi akan kebutuhan yang ada. Pada tahun 1980an produksi minyak kita sekitar 1.700 barrel per hari (BPH), sedangkan kebutuhan untuk konsumsi hanya sekitar 400an BPH. Sedangkan saat ini produksi tingkat dikisaran 800an BPH sementara kebutuhan kebutuhan konsumsinya bisa mencapai 1400an BPH. Hal ini seharusnya mendorong penggunaan berbagai energi terbarukan. Apalagi masalah ketahanan atau kedaulatan energi juga merupakan hal penting bagi eksistensi suatu negara. Apabila sumber energi tersebut mudah dan murah tersedia serta mudah juga dalam pemanfaatannya tentu menjadi pilihan tersendiri. Briket sekam padi (ricehusk briquette) walaupun jenis bahan bakar padat tetapi juga menjadi salah satu solusinya, karena makanan pokok kita dari beras yang menghasilkan limbah sekam padi. Sekam padi yang pada awalnya memiliki kepadatan (density) sekitar 125 kg/m3 bisa menjadi  1200 kg/m3 atau hampir dua kali lebih padat dari batang kayu keras dan juga jauh lebih padat daripada wood pellet yang berkisar 650 kg/m3. Dengan dibriketkan menjadi hemat biaya transportasi juga mudah dalam penggunaannya.

Produksi padi Indonesia tahun 2008 sebanyak 59,9 juta ton gabah kering giling (GKG), dengan rata-rata prosentase sekam padi 25% /ton padi maka akan didapat 15 juta ton/tahun. Indonesia juga merupakan importir tiga besar importir beras terbesar di dunia menurut IndexMundi tahun 2014 yakni mencapai 1.5 juta ton. Sementara Cina menempati urutan pertama dengan 3 juta ton, dan Nigeria 2,4 juta ton. Swasembada pangan yakni padi atau beras ini juga merupakan hal yang tidak kalah penting. Apabila swasembada beras dengan menambah produksi 1,5 juta ton maka limbah sekam padi yang dihasilkan juga banyak maka produksi briket sekam padi (ricehusk briquette) juga bisa ditingkatkan.

Proses produksi briket sekam padi (ricehusk) juga mudah apalagi dibandingkan briket serbuk gergaji (sawdust briquette). Hal ini karena sekam padi tidak perlu pengeringan dan bahan bakunya sudah homogen, sehingga setelah ditampung sementara dalam silo atau bin bisa langsung didistribusikan ke screw extruder untuk dibriketkan. Dengan kandungan lignin 17-19% dari sekam padi maka tidak dibutuhkan perekat tambahan pada pembriketan sekam padi. Briket tersebut selanjutnya didinginkan dan selanjutnya bisa dikemas untuk dikirim atau dipasarkan ke pengguna. Proses pengeringan selain menambah biaya produksi juga perlu investasi berupa alat pengeringan itu sendiri yang pada umumnya menggunakan rotary dryer (drum dryer). 

Penggunaan briket sekam padi (ricehusk briquette) juga sama seperti briket serbuk gergaji (sawdust briquette) yakni untuk bahan bakar. Industri-industri bisa menggunakan briket tersebut sebagai sumber panas seperti memasak dan produksi kukus (steam) dengan boiler. Dibandingkan dengan briket serbuk gergaji, briket sekam padi memiliki nilai kalor lebih rendah yakni berkisar 3500 kcal/kg dan juga kadar abu yang tinggi berkisar 20%, sehingga tipe ruang bakar (combustor) static grate tidak cocok, karena banyaknya abu tersebut yang membuat pori-pori grate menjadi buntu. Sedangkan ruang bakar moving grate (chain grate) cocok digunakan untuk briket sekam padi. Abu sekam padi banyak mengandung kalium (potassium) atau K yang sangat baik dikembalikan ke tanah sebagai pupuk. Silica juga bisa diekstrak abu briket sekam padi karena juga kandungannya cukup tinggi.

Aplikasi lain adalah untuk melapisi baja cair di pabrik baja untuk meningkatkan kandungan karbon dalam baja tersebut, tetapi dalam bentuk arang sekam padi. Untuk itu briket sekam padi selanjutnya diarangkan atau karbonisasi sehingga menjadi briket arang sekam padi (ricehusk charcoal briquette). Pengarangan (karbonisasi) briket sekam padi bisa dilakukan dalam tungku-tungku pengarangan yang dirancang secara khusus dengan setiap tungku biasanya mampu menampung sekitar 2,5 ton briket sekam padi dan tingkat konversi 20% ke arang dengan rentang waktu 10-14 hari. Apabila saat ini arang sekam tidak dibriketkan dan dikirim ke pabrik baja, tentu masalah transport menjadi tidak efisien, sehingga pembriketan adalah solusi hal tersebut. Selain itu tentu saja briket arang sekam (ricehusk charcoal briquette) padi tersebut juga bisa untuk memanggang daging, dan ikan seperti halnya briket arang serbuk gergaji (sawdust charcoal briquette).

InsyaAllah kami bisa menyediakan peralatan/mesin briket sekam padi termasuk tungku pengarangannya (jika dibutuhkan). Bagi yang berminat silahkan silahkan mengirim email ke eko.sbs@gmail.com

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.