Menyelami Pasar Cofiring

Cofiring menjadi pintu masuk yang mudah untuk subtitusi batubara ke wood pellet pada pembangkit listrik pulverized system.Proses cofiring tersebut juga bisa dimulai dari prosentase kecil hingga besar, bahkan bisa mengubahnya menjadi 100% menggunakan wood pellet nantinya. Semua pellet baik jenis wood pellet maupun agro-waste pellet bisa digunakan pada cofiring ini. Agro-waste pellet bisa digunakan dalam porsi lebih kecil daripada wood pellet, karena kandungan abu lebih tinggi daripada wood pellet. Selain itu kandungan abu agro-waste pellet atau pellet yang dibuat dari limbah-limbah pertanian juga tinggi kandungan kalium dan silika yang mempunyai titik leleh rendah. Di samping itu beberapa limbah pertanian juga mengandung klorin yang cukup tinggi sehingga korosif bagi pipa-pipa boiler.

Pulverised combustion pada pembangkit listrik

Pembangkit listrik  Korea Southeast Power Co (KOSEP) Yeongheung power station 5.000 MW dengan melakukan cofiring 6% dengan wood pellet tidak membutuhkan modifikasi sama sekali  dan membutuhkan sekitar 10 juta ton batubara dengan 600.000 ton/tahun wood pellet. Pada rasio cofiring 3-10% pada terbukti sukses di berbagai pembangkit listrik listrik  seluruh dunia dan juga belum dibutuhkan modifikasi pembangkit listrik. Sedangkan cofiring dengan agro-waste yakni jerami (straw) telah dilakukan pembangkit Studstrup di Denmark yakni mencapai rasio 10% juga dengan tanpa adanya modifikasi. Rasio tertinggi untuk agro-waste atau limbah pertanian tersebut yakni 20% masih bisa berjalan baik tanpa modifikasi pembangkit listriknya. Tingkat korosi pada cofiring 10% jerami menyamai penggunaan rutin batubara, sedangkan pada cofiring 20% jerami kecepatan korosi lebih tinggi. Bahkan setelah beroperasi 2 tahun cofiring 10% jerami memberikan kinerja yang baik dan bisa diterima dalam operasi harian pembangkit tersebut. Jerami (straw) adalah limbah pertanian yang sangat banyak terdapat di Denmark dan juga sebagai bahan bakar biomasa utama. Konversi hingga 100% (full firing) wood pellet juga telah dilakukan sejumlah pembangkit dan hanya dengan modifikasi minor pada pembangkitnya, yakni Ontario Power Generation (OPG) Atikokan 240 MW.

Shinchi Power Station Jepang 2 x 1000 MW dengan cofiring 3% membutuhkan wood pellet 130.000 ton/tahun 

Drax Power Station Inggris menjalankan 2x650 MW dengan 100% wood pellet membutuhkan sekitar 6,3 juta ton/tahun

Studstrup power station Denmark 700 MW melakukan cofiring hingga 20% dengan jerami (straw)

Saat ini terjadi kecenderungan untuk pembangkit-pembangkit listrik besar batubara dengan pulverized system untuk mulai melakukan cofiring dengan berbagai prosentasenya dan berbagai jenis pellet fuel. Selain itu sejumlah pembangkit listrik yang menggunakan 100% wood pellet juga banyak dibangun, seperti di Jepang. Daya dorong tersebut karena negara atau pemerintah yang bersangkutan memang juga memiliki kebijakan ke arah tersebut. Ada sejumlah negara yang memiliki hutan luas sehingga wood pellet bisa mudah diproduksi misalnya Amerika Serikat dan Kanada, sebaliknya ada yang kawasan hutannya terbatas tetapi melimpah limbah pertaniannya, misalnya China dan Denmark. Diprediksi konsumsi wood pellet dunia pada tahun 2024 mencapai 50 juta ton (minus China), dengan Korea Selatan dan Jepang saja mencapai 20 juta ton pada 2020. Sebuah proyeksi untuk penggunaan cofiring di China apabila 16% saja dari pembangkit listrik disana melakukan cofiring dengan rasio 5%, maka kebutuhan wood pellet untuk negara itu saja mencapai hampir 40 juta ton. Walaupun dengan limbah pertanian yang sangat banayak tetapi dengan luas hutan yang terbatas China akan mengimport untuk kebutuhan wood pelletnya sesuai proyeksi tersebut.

Berdasarkan pasar wood pellet untuk cofiring yang terus meningkat tentu menjadi peluang besar bagi Indonesia yang beriklim tropis, dengan tanah yang luas, dan subur untuk menjadi pemain utama wood pellet untuk ramai-ramai memasok pasar cofiring tersebut. Tentu ini adalah peluang usaha yang menarik dan seharusnya kita tidak hanya menjadi penonton saja di era bioeconomy atau biomasa ini. Dengan iklim tropis maka kebun energi di Indonesia hanya membutuhkan 1 tahun untuk menghasilkan biomasa kayu setara 4 tahun kebun energi di Eropa. Penggunaan kayu-kayu dari pepohonan (syajara) untuk sumber energi juga sesuai petunjuk Al Qur'an untuk lebih detail bisa dibaca disini. Tanah-tanah luas tersebut kembali hijau tambah subur dan menghasilkan kayu-kayu untuk wood pellet, serta dengan penggembalaan domba sebagai harta terbaik dan produksi daging yang terutama untuk meningkatkan konsumsi daging kita yang baru 1/4 rata-rata dunia atau 10 kg/tahun/kapita . Tahap produksi wood pellet dari kebun energi bisa dibaca disini. Sekali dayung 2-3 pulau terlampaui, menjadi produsen wood pellet, produsen daging sekaligus menyuburkan tanahnya. Terakhir sesama muslim harus bersyirkah untuk mewujudkan atau menangkap peluang tersebut hal tersebut. 

Produksi BBM Seramah Mungkin Dengan Lingkungan

Bagaimana mungkin menghasilkan BBM yang ramah lingkungan? Bukankah BBM itu sendiri adalah bahan bakar yang tidak ramah lingkungan karena emisi terutama CO2 yang merupakan Carbon Positive membuat bumi semakin panas? Tetapi juga bukankah saat ini sebagian besar bahan bakar yang kita gunakan juga sebagian besar masih berupa fossil fuel? Dan kita sedang bersiap-siap untuk kembali menggunakan energi terbarukan sebesar mungkin porsinya bahkan kalau mungkin 100%, tetapi untuk mencapai ke sana tentu perlu waktu dan perlu proses. Semakin hari, semakin tahun, semakin banyak pula porsi energi terbarukan dicanangkan dalam penggunaan sehari-hari, tetapi proyeksi antara 10 sampai 20 tahun ke depan, memang energi fossil masih mendominasi yakni sekitar 80%.

Jadi untuk bisa produksi BBM seramah mungkin dengan lingkungan berarti proses produksi BBM ramah lingkungan dan produk BBM itu sendiri juga ramah lingkungan. Dalam pemberlakuan standard Euro di Eropa yakni standard emisi kendaran yang diperbolehkan, ada tiga aspek  yang ditinjau yakni : kualitas bahan bakar, kualitas mesin (kendaraan) dan perilaku manusia sebagai pengguna kendaraan tersebut. Pola Standard Euro kini telah diadopsi oleh banyak negara sebagai sarana untuk menurunkan tingkat emisi seramah mungkin dengan lingkungan.  Hampir semua negara ASEAN paling tidak telah menerapkan Standard Euro 2. Srilanka menerapkan Euro 2 tahun 2004 dan Euro 3 tahun 2007, India menerapkan Euro 2 tahun 2001 dan Euro 3 tahun 2005. Standard Euro tertinggi saat ini adalah Standard Euro 6. Saat ini, standar Euro telah menjadi acuan umum diikuti, bukan semata-mata isu lingkungan, tetapi juga semata-mata kepentingan persaingan bisnis otomotif. Jika suatu negara tidak menerapkan standar Euro, maka produksi industri otomotifnya bakal kalah bersaing di pasar internasional.

Suatu pabrik BBM (kilang minyak) yang mampu atau bisa diupgrade hingga menghasilkan kualitas BBM (bahan bakar diesel dan bensin) hingga standard Euro 4 atau 5, akan menjadi kebutuhan dalam beberapa waktu ke depan.  Salah satu konfigurasi pabrik BBM yang bisa digunakan yakni integrasi Full Conversion Hydrocracker (FCHC) dan Diesel Hydrotreater (DHT). FCHC akan memaksimalkan produksi minyak diesel yang memenuhi kualitas seperti sulphur rendah, tinggi angka cetane dan sebagainya. DHT untuk menurunkan kadar sulphur kandungan minyak diesel yang tinggi kandungan sulphur yang berasal dari Crude and Vacuum Distillation Unit ( CDU/VDU) dan Delayed Cooker Unit (DCU). DHT juga meningkatkan angka cetane (cetane number) yang mampu mencapai target Euro 3 dan 4.

DCU dengan proses thermal cracking akan memproduksi distillate product diantaranya naphta dan petcoke. Petcoke dapat digunakan sebagai bahan bakar padat pada pembangkit listrik dalam kilang (refinery) tersebut. Circulated Fluidised Bed Combustion (CFBC) boiler selanjutnya digunakan untuk pembangkit listrik melalui Steam Turbine Generators (STG) dengan menggunakan bahan bakar padat. Di sinilah bahan bakar terbarukan seperti wood pellet juga dapat digunakan sebagai sumber energi. Pada teknologi CFBC mendasarkan pada kumpulan padat (zat padat) yang diubah sifatnya seakan-akan seperti zat cair (fluida). Ketika udara dihembuskan secara tegak lurus ke dalam wadah dari arah bawah, kumpulan partikel bahan bakar akan terangkat ke atas. Karena hembusan udara tadi, maka secara fisik kumpulan partikel itu mengalami perubahan volume yang dapat dilihat dengan bertambah tingginya permukaan lapisan partikel. Semakin tinggi kecepatan udara yang dihembuskan, campuran bahan bakar bergerak secara acak dengan kecepatan tinggi, sehingga proses pembakaran terjadi secara merata dan berlangsung secara cepat. Dalam hal ini cofiring biomasa dari wood pellet dengan petcoke sangat dimungkinkan. Saat ini pada umumnya pembangkit listrik untuk kilang minyak menggunakan bahan bakar naptha atau gas, sehingga konfigurasi petcoke dengan CFBC boiler untuk pembangkit listrik akan menjadi pilihan pada masa mendatang.

Proses Naptha Hydrotreating Unit (NHT) termasuk menggunakan catalytic treatment pada naptha untuk memisahkan sulphur dan sejumlah pengotor (kontaminan) dan akan mampu menghasilkan produk naptha fraksi ringan hingga berat untuk umpan Naptha Splitter Unit (NSU). Pada blok produksi bensin, hal kritis lainnya adalah pada Continous Catalyst Regeneration & Reforming Unit (CCR) yang memproduksi angka oktan tinggi dari fraksi berat naptha hingga akhirnya menjadi bensin tanpa timbal. Kompromi antara faktor lingkungan, teknologi dan keekonomian akan menjadi  pertimbangan utama untuk menghasilkan produk BBM seramah mungkin dengan lingkungan.  

Produksi Wood Pellet Dengan Integrasi Pemanfaatan Lahan Tidur Untuk Kebun Energi, Peternakan Sapi dan Sumber Biogas

Photo diambil dari sini

Kebutuhan wood pellet yang sangat besar dan dilain sisi juga luasnya lahan tidur di sejumlah tempat di Indonesia yang potensial dimanfaatkan sebagai kebun energi dengan output berupa kayu sebagai bahan baku wood pellet. Saat ini diperkirakan lebih dari 6 juta hektar lahan tidur di Indonesia. Sedangkan hijauan dari tanaman SRC (trubusan) seperti gliricidae (gamal) dan kaliandra akan bermanfaat sebagai pakan ternak yakni sapi. Untuk setiap hektarnya diperkirakan bisa menjadi sumber pakan sapi sebanyak sekitar 6 ekor. Apabila ada 5000 ha lahan tidur maka akan dihasilkan sekitar 100.000 ton kayu basah sebagai sumber bahan baku wood pellet dan memelihara 30.000 ekor sapi. Banyaknya jumlah sapi tersebut potensial sebagai sumber biogas untuk mencukupi sendiri kebutuhan energi usaha tersebut.

Akar dari tanaman SRC mampu mengikat nitrogen seperti jenis-jenis polong lainnya sehingga menyuburkan tanah. Akar tersebut mampu  melakukan hubungan simbiosis dengan bakteri yang ada di dalam tanah, yaitu Rhizobium  spp. Pohon menyediakan karbohidrat dan energi bagi bakteri rhizobia, dan rhizobia mengubah nitrogen dari atmosfer di  dalam tanah menjadi nitrogen yang dapat dimanfaatkan oleh akar pohon. Proses ini dikenal sebagai penambatan nitrogen,yang berlangsung pada bintil yang terbentuk di akar pohon. Bintil akar mestinya banyak, dan kalau dibuka di dalamnya berwarna merah atau merah-jambu. Jika bintil akar berwarna hijau, coklat atau hitam, bintil ini tidak mengikat nitrogen. Dan ditambah pupuk organik dari residue biogas sehingga tanah akan semakin subur dan keberadaan kebun semakin bisa diharapkan akan terus keberkesinambungannya.

Manajemen yang baik dengan didukung tim yang profesial dibidangnya akan menunjang keberhasilan bisnis nantinya. Produksi wood pellet bisa dijadikan prioritas nomer 1 atau unggulan, diikuti peternakan sapi dan biogas serta pupuk organik sebagai pendukung. Konsep zero waste, green industry dan berkesinambungan (sustainibility) terimplementasi dalam integrasi usaha ini.

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. 

Optimasi Cofiring Biomasa-Batubara di PLTU Batubara

Cofiring biomasa-batubara telah umum dilakukan oleh sejumlah PLTU batubara di Eropa dan Amerika dengan motivasi utama untuk mengurangi dampak lingkungan akibat emisinya. Saat ini prosentase cofiring biomasa dengan batubara masih kecil rata-rata dibawah 10%. Hal ini bisa juga terjadi akibat pasokan wood pellet yang terbatas. Tetapi ditinjau dari operasional cofiring biomasa-batubara akan mengurangi  fly ash secara signifikan.  Di lain sisi apabila prosentase cofiring biomasa-batubara ini akan menyebabkan deposit pada pipa-pipa boiler sehingga akan menganggu proses transfer panas dalam tungku tersebut menyebabkan borosnya bahan bakar dengan terindikasi salah satunya dengan suhu flue gas yang tinggi.

Ada tiga teknik yang sering digunakan pada cofiring biomasa-batubara     :

1.       Mencampur biomasa dan batubara pada fuel handling system (kemudian diumpankan ke boiler).

2.       Menyiapkan biomasa secara terpisah dengan batubara, kemudian menginjeksikan ke boiler.

3.      Gasifikasi biomasa sehingga menghasilkan gas yang kemudian dibakar di boiler secara langsung atau menggunakan integrated gasification combined cycle (IGCC) system.

 Seluruh dunia dilaporkan lebih dari 200 PLTU batubara yang telah melakukan ujicoba dengan biomasa (IEA 2010).

 

Beberapa cofiring options yang tersedia pada PLTU batubara, antara lain :

-Cofire dengan prosentase biomasa rendah, dengan sedikit modifikasi peralatan.

-Cofire dengan prosentase biomasa tinggi, dengan meng-upgrade peralatan.

-Convert/repower individual coal burners to be fired with biomass

-Convert/repower entire coal plants to be fired with biomass

-Cofire with torrefied wood

Kadar abu pada batubara dan biomasa umumnya terpaut cukup besar dan apalagi kimia abunya juga banyak berbeda. Faktor inilah yang menyebabkan terjadi banyak sedikitnya deposit di pipa-pipa boiler. Prosentase cofiring biomasa-batubara sampai dengan 10% umumnya masih bisa diterima. Prosentase optimal yang menyebabkan deposit pipa boiler minimal dan pengurangan fly ash secara signifikan bisa dicari berdasarkan variable karakteristik batubara dan biomasa yang digunakan.