Membuat Biomass Pellet Fuel yang Boiler Friendly

Wood pellet dan Agro-waste Pellet

Biomass pellet fuel, baik yang berasal dari limbah pertanian (agro-waste) dan biomasa berkayu harus memenuhi spesifikasi teknis pada alat-alat atau teknologi penggunanya. Nilai kalor, kadar abu dan kimia abu  adalah beberapa parameter kunci pada kualitas bahan bakar biomass pellet tersebut. Limbah-limbah pertanian pada umumnya memiliki nilai kalor lebih rendah dan kadar abu lebih tinggi, sedangkan dari biomasa kayu-kayuan pada umumnya memiliki nilai kalor yang lebih tinggi dengan kadar abu lebih rendah. Nilai kalor dan kadar abu adalah dua hal saling berkait, semakin tinggi nilai kalor berarti semakin rendah kadar abu dan sebaliknya. Kimia abu dalam beberapa hal menjadi masalah untuk penggunanya. Kimia abu seperti Na (sodium/natrium), K (potassium/kalium), S (sulphur/belerang) dan Cl (chlorine) serta dalam beberapa kasus Si (silika) adalah beberapa kimia abu yang dipermasalahkan itu. Setiap biomasa baik limbah pertanian dan biomasa kayu-kayuan memiliki unsur-unsur kimia abu tersebut dalam level yang berbeda-beda.

Pipa-pipa boiler khususnya pada pembangkit listrik dengan pembakaran suhu tinggi (lebih dari 1.000 C) sangat peka terhadap kimia-kimia abu tersebut. Konsekuensinya bahan bakar biomasa pellet yang tidak memenuhi nilai kalor, kadar abu dan kimia abu yang dipersyaratkan maka akan ditolak sebagai bahan bakar boiler tersebut. Persyaratan bahan bakar pellet biomasa untuk pembangkit listrik adalah yang paling ketat dibandingkan yang lainnya, hal ini terutama karena operasional suhu tinggi dan kebutuhannya yang besar. Pada operasional suhu tinggi tersebut sejumlah unsur-unsur kimia abu akan meleleh, menjadi kerak dan bersifat korosif. Transfer panas dan keamanan proses tersebut akan terganggu. Hal ini sangat merugikan bagi pembangkit listrik yang bersangkutan. Sedangkan pada operasional boiler-boiler untuk industri baik skala kecil dan menengah maka suhu operasinya (berkisar 700 C) tidak setinggi pembangkit listrik, sehingga juga persyaratannya akan lebih longgar. Demikian juga untuk kebutuhan rumah tangga terutama pada pemanas ruangan pada musim dingin.       

Leaching adalah jenis proses yang digunakan untuk menghilangkan berbagai kandungan kimia abu yang tidak dikehendaki tersebut. Leaching pada biomasa untuk mendapat karakter kualitas bahan bakar yang dikehendaki juga telah banyak digunakan oleh sejumlah industri. Proses leaching dilakukan pada tahap awal proses produksi pellet biomasa tersebut. Jenis pelarut, waktu proses ataupun berbagai treatment lain akan bervariasi tergantung dari jenis biomasanya dan level target unsur kimia yang dikehendaki.

Photo diambil dari sini 

Kebun energi saat ini juga sudah banyak dikembangkan oleh berbagai pihak untuk mendapatkan suplai pasokan bahan baku yang stabil dalam jangka panjang. Kebun energi tersebut terdiri dari tanaman atau pohon rotasicepat (SRC) sehingga bisa kurang dari 1 tahun sudah bisa dipanen biomasa kayu-kayunya dan bisa trubus atau tumbuh lagi tanpa replanting hingga bertahun-tahun. Kaliandra adalah salah satu tanaman atau pohon rotasi cepat tersebut yang cocok untuk produksi wood pellet. Kaliandra yanng ditanam di Indonesia dengan iklim tropis memiliki banyak kelebihan antara lain karena kecepatan produktivitas kayunya. Tetapi pada umumnya tanaman rotasi cepat seperti willow, poplar dan sebagainya, begitu juga kaliandra memiliki beberapa kandungan kimia yang harus dikurangi atau dihilangkan untuk mendapatkan kualitas bahan bakar pellet yang bisa diterima khususnya pembangkit listrik. Penghilangan kimia tertentu dari biomasa tersebut dilakukan dengan cara proses leaching seperti penjelasan diatas. Pada akhirnya bahan bakar biomasa pellet ataupun wood pellet yang biomass powerplant boiler friendly bisa diproduksi.        

Sektor-sektor Penggunaan Pellet Fuel

Sebagai sumber energi atau bahan bakar wood pellet  atau pellet bahan bakar bisa dimanfaatkan pada skala kecil seperti rumah tangga hingga skala besar se-level pembangkit listrik besar. Kuantitas  dan kualitas pellet tersebut menjadi parameter pada penggunaannya terkait dengan alat yang digunakan. Pada dasarnya dari skala kecil (mikro) hingga besar (makro) pada penggunaan pellet fuel  terutama berkaitan pada faktor efisiensi, kemudahan operasional dan emisi gas buang yang ditimbulkan (walaupun wood pellet termasuk bahan bakar terbarukan yang masuk kategori carbonneutral) sedangkan pada penggunaan skala besar faktor kualitas pellet mendapat perhatian serius.  Teknologi yang digunakan untuk memanfaatkan wood pellet ini hampir semua menggunakan teknologi pembakaran (direct combustion) untuk mendapat output berupa panas atau listrik. 

 Pada skala kecil  penggunaan pellet fuel untuk terutama di negara  empat musim untuk penghangat ruangan, bahkan untuk sektor tersebut membutuhkan spesifikasi khusus wood pellet dengan kualitas premium dengan alat kompor pellet atau pellet stove. Kompor pellet belum familiar di Indonesia karena wood pelletnya juga masih sangat sulit didapat. Alat lainnya yang digunakan pada skala kecil ini adalah boiler dan burner. Boiler tersebut akan menghasilkan steam untuk sumber uap dan air panas. Sedangkan burner bisa digunakan untuk berbagai sumber panas. 

Pada skala medium-besar, penggunaan terutama untuk industri-industri  dan pembangkit-pembangkit listrik. Alat grate combustor dan stoker yang umum digunakan di industri. Teknologi pulverized system dan fluidized bed umum digunakan pada pembangkit listrik. Prosentase wood pellet saat ini rata-rata masih kurang dari 5% pada penggunaan cofiring di powerplant batubara. Wood pellet untuk pulverized sedangkan biomass pellet untuk fluidized bed. Karakteristik antara kedua jenis tersebutlah yang membedakan. 

Chlorine Corrosion, Hantu Yang Ditakuti Powerplant

Pipa-pipa superheater terkorosi oleh klorin

Ada 3 kelompok biomasa yang digunakan sebagai bahan bakar powerplant di seluruh dunia berdasarkan kualitasnya berupa nilai kalor, kadar abu dan kimia abunya. Pertama, biomasa berkayu meliputi semua pohon berkayu seperti eucalyptus, kaliandra, gamal dan sebagainya. Kelompok kedua adalah limbah-limbah agroindustri seperti sekam, baggase, tempurung kelapa, cangkang sawit dan sebagainya. Sedangkan masuk dalam kelompok ketiga adalah rumput-rumputan.

Meskipun pada umumnya biomasa memiliki konsentrasi klorin yang rendah (kecuali jerami) dibandingkan dengan batubara, korosi berat terjadi pada sejumlah powerplant yang menggunakan bahan bakar biomasa dan menyebabkan kebocoran pada pipa-pipa heat exchanger kurang dari 10.000 jam operasi. Korosi pada alat transfer panas sangat terkait dengan deposit abu pada pipa-pipa. Mekanisme reaksi kompleks korosi klorin dalam pipa-pipa boiler seperti skema dibawah ini:

Mekanisme reaksi kimia korosi klorin

Pipa steam superheater pada umumnya tidak dirancang untuk mengakomodasi klorin dalam bahan bakar biomasa.  Mekanisme korosi diatas telah dipahami secara baik oleh perancang dan pengguna biomass boiler di Eropa, indikasinya adalah pipa-pipa superheater dipasang pada low gas temperature zone. Teknologi lain yang mampu mengakomodasi bahan bakar biomasa dengan kadar klorin tinggi seperti limbah-limbah agroindustri dan rumput-rumputan adalah Circulating Fulidised Bed Combustion (CFBC). Suhu Pulverized Coal (PC) boiler yang beroperasi pada suhu 1400 sampai 1500 C menyebabkan korosi yang hebat pada pipa-pipa superheater, sedangkan operasional CFBC pada suhu lebih rendah berkisar dari 850C sampai 900C.