Ujicoba Boiler Biomasa dan Pemilihan Bahan Bakar Biomasa yang Sesuai

Seiring dengan trend dekarbonisasi dan sustainibility diberbagai sektor kehidupan, khususnya di industri-industri pengolahan (industri manufaktur / process industry), penggunaan boiler biomasa menjadi pilihan realistis saat ini, diantara boiler dengan penggunaan sumber energi terbarukan lainnya. Boiler berbahan bakar fosil seperti boiler berbahan bakar padat berupa batubara atau boiler berbahan bakar cair berupa solar industri maupun boiler berbahan bakar gas berupa gas alam, harus diganti dengan boiler berbahan bakar terbarukan, yakni boiler biomasa tersebut. Disamping faktor teknis berupa penyesuaian operasional dari bahan bakar sebelumnya yang berbasis fosil, kecocokan dan ketersediaan bahan bakar biomasa tersebut menjadi faktor penting. Kecocokan mengacu pada aspek teknis dan ketersediaan mengacu pada aspek ekonomi. 

Teknologi pembakaran untuk boiler biomasa juga terus berkembang sehingga efisiensinya semakin meningkat. Dari awalnya berupa static grate hingga moving grate yang dinamis seperti chain grate dan reciprocating grate, bahkan fluidized bed. Dan untuk mendapatkan performa yang optimal spesifikasi bahan bakar biomasa juga harus sesuai baik bentuk, ukuran, nilai kalor hingga kekeringannya. Apabila spesifikasi tidak memenuhi persyaratan dari teknologi pembakaran di boiler tersebut maka tentu performanya juga tidak akan optimal. Misalnya pada chain grate cocok menggunakan bahan bakar yang memiliki ukuran seragam dan kadar air rendah seperti cangkang sawit, wood chip dan wood pellet. Selain itu bahan bakar biomasa dengan kandungan abu yang memiliki titik lebur tinggi sangat disukai agar abu tidak meleleh dan menyumbat rongga kisi rantai.   

Sedangkan yang menggunakan reciprocating grate, sistem ini sangat andal untuk membakar biomassa dengan kadar air tinggi (hingga 60%), ukuran tidak seragam, dan kadar abu tinggi, seperti tandan kosong kelapa sawit (TKKS/EFB), kulit kayu (bark), dan sampah padat kota (MSW). Sistem pembakaran bergerak maju-mundur secara berkala (seperti tangga berjalan yang bergerak bolak-balik) yang berfungsi membalik dan mengaduk bahan bakar secara mekanis. Dan untuk fluidized bed, sistem ini memiliki efisiensi termal tertinggi (>89%) dan sangat cocok untuk biomassa dengan ukuran sangat kecil (serbuk/debu), nilai kalori rendah, atau kandungan kimia yang fluktuatif seperti sekam padi, serbuk gergaji (sawdust), dan ampas kopi. Ukuran partikel biomassa harus dijaga dalam batas tertentu agar dapat melayang dan terfluidisasi dengan sempurna bersama media pasir bed. Ukuran partikel ideal untuk boiler fluidized bed (FBC) umumnya berkisar antara 0,1 mm hingga 10 mm (maksimal 30–50 mm untuk komponen tertentu), tergantung pada jenis teknologi spesifik yang digunakan. 

Sebagai negeri di khatulistiwa yang beriklim tropis, Indonesia adalah surga biomasa dunia, lebih detail baca disini. Bahan bakar biomasa berbagai macam dan volume yang besar bisa diupayakan di Indonesia. Bahan bakar biomasa yang banyak tersedia di Indonesia saat ini adalah wood chip, cangkang sawit dan wood pellets. Wood briquette juga tersedia tetapi jumlahnya terbatas. Pilihan bahan bakar biomasa yang sesuai akan memberikan performa boiler yang optimal, tetapi tentu saja faktor keekonomian untuk setiap ton steam (uap air betekanan tinggi) yang dihasilkan juga tidak kalah penting. 

Idealnya bahan bakar biomasa tersebut adalah tersedia dalam jumlah besar sehingga murah dan kualitas yang bagus. Harga bahan bakar biomasa dipengaruhi oleh berbagai faktor antara lain volume ketersediaan, lokasi, infrastruktur logistik dan biaya transportasi. Dan jika bahan bakar biomasa tersebut melalui proses pengolahan seperti produksi wood pellet dan wood briquette maka biaya produksi tersebut juga menjadi faktor biaya. Cangkang sawit untuk penggunaan boiler industri di Indonesia hampir tidak membutuhkan proses pengolahan tetapi hanya pengumpulan dari pabrik-pabrik sawit atau pabrik CPO yang menghasilkan limbah berupa cangkang sawit tersebut. 

Ada pengalaman tentang pemilihan bahan bakar biomasa tersebut yang dialami oleh salah satu perusahaan multinasional. Perusahaan tersebut di negara tertentu operasional boilernya menggunakan bahan bakar wood briquette yakni industrial briquette dari mesin mechanical press. Dan hal tersebut akan dilakukan juga untuk pabrik di Indonesia. Tetapi karena ternyata produsen wood briquette tersebut masih sangat langka di Indonesia sehingga tidak bisa mendapatkan pasokan, maka akhirnya setelah melakukan berbagai experiment atau ujicoba berbagai bahan bakar biomasa, perusahaan tersebut saat ini mengoperasikan boiler dengan bahan bakar wood pellet. Jadi selain faktor teknis, faktor ekonomi juga penting untuk membuat operasional boiler biomasa optimal dan berkelanjutan. Dan tahap ujicoba adalah bagian penting untuk mencapai kondisi tersebut.     

Treatment Air Umpan Boiler pada Pabrik Sawit yang Ramah Lingkungan & Lebih Sejalan Dengan Misi Keberlanjutan

Seiring trend dekarbonisasi yang terus merambah ke berbagai sektor kehidupan, maka berbagai upaya yang sejalan dan relevan dengan dekarbonisasi dan dengan misi keberlanjutan akan menjadi perhatian bahkan pilihan hingga kewajiban. Cepat atau lambat upaya-upaya cerdas iklim tersebut akan semakin diadopsi dan menjadi bagian tak terpisahkan dalam kehidupan manusia. Dan tak terkecuali di sektor industri hulu sawit (khususnya pabrik sawit / CPO). Dengan penggunaan bahan bakar biomasa untuk operasional boiler dengan output berupa uap air (steam) bertekanan tinggi untuk operasional pabrik sawit dan produksi listrik, sehingga dari sudut pandang (POV) iklim, industri sawit ini berkontribusi sekitar 1,4% emisi karbon di atmosfer.

Emisi dari industri sawit tersebut terutama berasal kehilangan karbon pada pembukaan lahan / land clearing / deforestasi, emisi dari pengeringan gambut, serta emisi dari limbah pabrik sawit (palm oil mill effluent / POME). Selain itu juga ada sumber emisi dari penggunaaan kendararaan untuk pengangkutan bahan baku dan produk minyak sawit serta untuk operasional perkebunan (pengolahan tanah, pemupukan, pemanenan, dsb) serta saat start up pabrik sawit. Dibandingkan sektor-sektor lain seperti energi yakni pembangkit listrik secara global adalah penyumbang emisi terbesar yakni 29%, selanjutnya industri (pabrik semen, baja, bahan kimia dsb) 21% dan transportasi (darat, laut dan udara)15%. Walaupun industri sawit secara kuantitatif global kecil yakni 1,4% tetapi dalam upaya NZE (Nett Zero Emission) maka tetap saja hal tersebut harus direduksi.

Termasuk juga pada sektor pengolahan air (water treatment). Dan pada pabrik sawit / pabrik CPO dimana steam yang dihasilkan dari boiler selain digunakan untuk pembangkit listrik juga untuk operasional proses pabrik sawit, sehingga merupakan pengolahan air (water treatment) khususnya untuk air umpan boiler (boiler feed water / BFW) sangat penting. Air tersebut diibaratkan darah bagi tubuh manusia. Pengolahan air (water treatment) yang ramah lingkungan dengan tanpa menimbulkan polusi sekunder dan tanpa bahan kimia diprediksi akan menjadi trend baru di era dekarbonisasi dan keberlanjutan ini. Tingginya spesifikasi kualitas air yang dipersyaratkan untuk air umpan boiler (BFW) tersebut sehingga mensyaratkan rangkaian unit peralatan (unit operation) water treatment. Selain harus bersih dan bening (kandungan TDS < 700 ppm), kesadahan rendah, hingga kandungan mineral juga harus sangat rendah dan demikian juga kandungan oksigennya.

Sejumlah peralatan seperti ion exchanger, activated carbon filter, RO membrane dan de-aerator digunakan untuk menghasilkan air umpan boiler (BFW) tersebut. Untuk proses pengolahan air yang ramah lingkungan dan lebih sejalan dengan misi keberlanjutan, maka metode elektrokimia menjadi solusi. Dengan mekanisme menggunakan prinsip reaksi redoks (reduksi & oksidasi) sel-sel elektrokimia akan menghasilkan ion-ion yang mampu untuk sterilisasi, penghilang bau, pencegahan kerak, perlindungan karat, mendekompisisi senyawa organik yang tidak mudah terurai, menghilangkan ion logam berat, menghilangkan sisa klorin, menghilangkan sisa insektisida dan sebagainya. Penggunaan metode ini juga akan menghemat atau memperpanjang masa pakai ion exchanger, activated carbon filter dan terutama RO membrane. 

Hal ini selain memberi manfaat lingkungan dan keberlanjutan juga manfaat atau keuntungan ekonomis. Membuat perbandingan secara teknis-ekonomis juga bisa dilakukan antara metode konvensional dengan bahan kimia dengan metode elektrokimia ini. Silahkan menghubungi kami jika ingin membuat perbandingan tersebut dan kami akan buatkan simulasinya.  Dan selain sejumlah peralatan pengolahan air untuk air umpan boiler (boiler feed water) yang masa pakai lebih lama atau awet termasuk periode pembersihannya lebih jarang, peralatan penting lainnya yang bisa dihemat atau masa pakai akan lebih lama yakni boiler. Boiler yang memiliki masa pakai kisaran 15 – 20 tahun juga bisa lebih lama 30% atau bahkan lebih, tergantung sejumlah faktor-faktor kondisi air tersebut. 

Terkait dekarbonisasi dan misi keberlanjutan tersebut, bahkan saat ini industri sawit juga mulai mengarah pada kendaraan listrik (electric vehicle) di sektor perkebunan. Penggunaan kendaraan listrik (electric vehicle) tersebut berpotensi memberikan nilai tambah terutama bagi perusahaan yang telah mengantongi sertifikasi keberlanjutan seperti RSPO (Roundtable on Sustainable Palm Oil) dan ISPO (Indonesia Sustainable Palm Oil). Penggunaan kendaraan listrik tersebut membuat perusahaan sawit bisa mengklaim pengurangan bahan bakar fossil dan mendapat manfaat dari aspek keberlanjutan. Bahkan apabila secara teknis kendaraan listrik tersebut ketika mengisi baterai-nya berasal dari sumber energi terbarukan yakni dari produksi listrik pabrik sawit yang menggunakan bahan bakar biomasa (sabut dan cangkang) sebagai sumber energinya. Dan bukan dari PLN yang menggunakan bahan bakar fossil seperti batubara. 

Pabrik Sawit: Ganti Boiler Saja? Apa Sekaligus Mencari Solusi untuk Bebas Problem Tandan Kosong Sawit dan Keuntungan Tambahan ?

Seiring dengan bertambah luasnya perkebunan sawit di Indonesia yang saat ini sekitar 17 juta hektar, maka demikian juga pabrik sawit yang dibutuhkan juga semakin banyak. Sekitar 10 tahun pabrik sawit di Indonesia sekitar 1.000 unit tetapi informasi terbaru berdasarkan data Kementerian Pertanian Republik Indonesia, jumlah Pabrik Kelapa Sawit (PKS) yang aktif beroperasi di Indonesia tercatat mencapai sekitar 1.200 hingga 1.500 unit pabrik. Lokasi pabrik sawit tersebut terutama di dua pulau besar di Indonesia yakni di Sumatera (52,69%) dan Kalimantan (42,71%) sedangkan sisanya di Sulawesi, Papua dan beberapa pulau lain relatif sangat kecil (masing-masing dibawah 3%). Sedangkan ditinjau dari kepemilikannya yakni mayoritas pabrik sawit di Indonesia ternyata perusahaan swasta besar (93%) dan hanya sisanya milik perusahaan negara (7%). Sebuah perusahaan swasta besar bisa memiliki belasan bahkan puluhan pabrik sawit tersebut. 

Dan salah satu peralatan utama untuk operasional pabrik sawit yakni boiler. Bahkan boiler ini, dengan mekanisme proses produksi pabrik sawit saat ini hukumnya wajib bagi pabrik sawit, lebih detail alasannya bisa dibaca disini. Boiler juga bisa dikatakan “jantung” pabrik sawit yang menggunakan air menjadi uap air bertekanan tinggi (steam) untuk menjalankan proses produksi dan pembangkit listrik untuk pabrik sawit tersebut dan perumahan karyawannya. Sebagai mana lazimnya alat produksi, boiler juga memiliki masa pakai. Dan ketika masa pakai boiler tersebut terlampaui maka bukan hanya tidak ekonomis karena biaya perawatan dan operasional menjadi mahal tetapi juga berbahaya. 

Photo diambil dari sini

Rata-rata masa pakai (lifespan) yakni berupa umur teknis dan ekonomis boiler pabrik sawit adalah 20 tahun. Ketika masa pakai terlampaui investasi penggantian boiler baru menjadi lebih mengun-tungkan. Mayoritas PKS di Indonesia menggunakan jenis Water Tube Boiler (Boiler Pipa Air) (misalnya merek Takuma atau Vickers). Ketel uap jenis ini mengalirkan air di dalam ratusan pipa yang dipanaskan dari luar menggunakan bahan bakar limbah sawit berupa cangkang (shell) dan serabut (fiber). Karena pipa-pipa ini berinteraksi langsung dengan panas ekstrem dan kerak air, bagian internal inilah yang paling cepat aus. Tiga faktor utama yang mempengaruhi masa pakai boiler tersebut adalah kualitas air umpan (boiler feed water), karakteristik bahan bakar dan perawatan berkala. 

Ketika sampai masa penggantian boiler tersebut, sedangkan di sisi lain melihat banyaknya limbah tandan kosong sawit yang menggunung dan tidak dimanfaatkan, mungkin pihak pabrik sawit juga akan berpikir apakah bisa memanfaatkannya sebagai bahan bakar boiler. Tetapi dengan ukuran yang besar dan kadar air tinggi (>60%), bagaimana caranya ? Tentu ini sebuah pemikiran yang wajar dan inovatif ketika mendapati momentum penggantian boiler sekaligus menghadapi masalah limbah biomasa. Secara teknis sebagai limbah biomasa maka tentu bisa digunakan, tetapi secara ekonomis apakah treatment atau persiapan tandan kosong hingga siap digunakan sebagai bahan bakar bisa diterima ? Ini tantangannya.

Sebuah bukti yang teruji akan meyakinkan semua keraguan atau narasi yang cuma sebatas teori. Demikian juga dengan unit yang bisa mengolah tandan kosong tersebut sekaligus sebagai tambahan sumber energi bagi operasional boiler (cogeneration) pada pabrik sawit tersebut. Dengan penggunaan alat tersebut selain masalah limbah biomasa tandan kosong sawit bisa teratasi, juga cangkang sawit yang selama ini menjadi bahan bakar boiler bersama sabut bisa 100% langsung dijual dan menjadi sumber pendapatan. Tidak hanya itu, ternyata kandungan abu tandan kosong yang kaya kalium / potassium (30% up) juga potensial sebagai pupuk, termasuk untuk digunakan di perkebunan sawit tersebut, untuk lebih lengkap bisa dibaca disini. Mengunjungi dan melihat secara langsung unit tersebut beroperasi juga bisa dilakukan sebagai upaya pembuktian sehingga menambah keyakinan pabrik sawit yang tertarik dengan solusi tersebut. 

Selain faktor   teknis tentu faktor ekonomis akan menadi pertimbangan penting untuk implementasi peralatan tersebut. Dengan memperhatikan sejumlah faktor khususnya yang berjalan selama ini pada operasional usaha industri sawit tersebut maka analisa keekonomian yang lengkap dan akurat bisa dilakukan untuk mencapai keputusan penggunaaan alat tersebut. Dan di era ketika bahan bakar terbarukan, efisiensi, zero waste, dan peningkatan profit usaha, maka bagi pabrik sawit yang saat ini sedang dalam masa menjelang penggantian boilernya, peralatan ini, yang bekera sebagai sumber energi tambahan (cogeneration) bagi boiler pabrik sawit layak dipertimbangkan. 

Produksi Listrik dari Pirolisis, Menggunakan Gas Engine atau ORC Generator ?

Semakin efisien suatu peralatan maka semakin besar manfaat atau keuntungan yang bisa didapat. Hal ini termasuk peralatan untuk produksi biochar yakni pirolisis. Semakin efisien peralatan pirolisis tersebut maka akan semakin murah produksi biochar tetapi juga sekaligus menghasilkan produk-produk pengembangan. Sebagai contoh adalah pemanfaatan byproduct dari proses pirolisis tersebut seperti syngas, biooil, pyroligneous acid hingga excess heat. Memanen atau memanfaatkan energi dari sumber panas buangan yang biasanya terbuang percuma adalah juga bagian dari efisiensi juga. Sejumlah produk yang bisa digunakan untuk produksi energi bisa dimanfaatkan untuk produksi listrik yakni syngas, biooil dan excess heat. Tetapi ada sejumlah teknologi untuk produksi listrik tersebut, jadi pilihannya menggunakan yang mana ?

A. Gas Engine

Gas Engine seperti GE Jenbacher biasa digunakan untuk produksi listrik dari biogas. Biogas yang merupakan produk dari bioprocess memiliki kandungan gas metana yang sangat dominan sedangkan syngas dari pirolisis yang merupakan thermal process hanya sedikit kandungan metana dan lebih banyak gas hidrogen (H2) dan karbonmonoksida (CO), hal ini sehingga gas engine tidak cocok untuk produksi listrik dari syngas pyrolysis. Selain cocok untuk biogas, gas engine seperti GE Jenbacher tersebut juga cocok dengan gas alam yang juga kandungan utamanya gas metana.  

B. ORC (Organic Rankine Cycle)

Perbedaan utama antara Organic Rankine Cycle (ORC) dan siklus Rankine biasa terletak pada fluida kerja dan suhu sumber panas yang digunakan. ORC dirancang khusus sebagai modifikasi dari siklus Rankine konvensional. Perbedaan dengan Rankine Cycle biasa yang menggunakan steam dari boiler sebagai fluida kerja yang banyak digunakan pada PLTU kapasitas besar, pada ORC (organic rankine cycle) ini menggunakan fluida kerja berupa fluida organik yang memiliki titik didih rendah seperti hidrokarbon atau refrigeran. Titik didih rendah ini sehingga bisa memanfaatkan sumber panas yang suhunya tidak terlalu tinggi seperti panas limbah (waste heat) atau panas buangan (residual heat) dan sebagainya. 

Dan karena banyak fluida organik yang tersedia maka pemilihan bahan organik sebagai fluida kerja yang cocok pada ORC juga tidak kalah penting. Bahkan pemilihan fluida kerja untuk pembangkit ORC tersebut sangat krusial karena memengaruhi efisiensi termodinamika, biaya operasional, serta aspek keselamatan. Faktor utama yang dipertimbangkan adalah sifat termofisika fluida, kompatibilitas dengan sumber panas, dampak lingkungan, dan ketersediaan komersial (aspek ekonomi). Sehingga pemilihan fluida ORC tersebut harus menyeimbangkan efisiensi energi, keselamatan, dampak lingkungan, dan biaya.

Waste heat dari pirolisis bisa di-recovery dan dimanfaatkan untuk produksi listrik dengan ORC ini. Demikian juga byproduct pyrolysis yang bisa sebagai sumber energi yakni excess syngas dan bio-oil.  Excess syngas dan bio-oil tersebut digunakan sebagai bahan bakar dan panasnya digunakan sumber energi pembangkit ORC tersebut. Pada dasarnya memang pemilihan pembangkit listrik ORC ini berdasarkan kebutuhan listrik dan sumber energi tersedia. Untuk kebutuhan lisrik kecil yakni berkisar 0,5 MW - 10 MW dan sumber energi nya bersuhu rendah yakni yang suhunya dibawah 350 C (kisaran suhu rendah hingga menengah (80 C - 350 C)) maka pilihan terhadap ORC adalah cocok. Sebagai perbandingan yakni pada steam turbine membutuhkan suhu jauh di atas 400 C dan output daya 10 MW hingga di atas 1.000 MW (seperti pada PLTU batu bara atau PLTN). Tetapi mengapa hampir semua pabrik sawit (pabrik CPO / crude palm oil) walaupun produksi daya listriknya  kecil atau rata-rata kurang dai 5 MW tetap memakai steam turbine ? Untuk penjelasannya baca disini.

Penerapan pembangkit Organic Rankine Cycle (ORC) sebagai waste heat to power (WHP) dari proses pirolisis adalah kombinasi yang sangat efektif untuk meningkatkan efisiensi energi total sistem (co-generation). Dan unit pirolisis modern yang banyak digunakan pada pirolisis biomasa sistem kontinyu yakni untuk produksi biochar, yang bekerja secara autothermal atau self-sustain maka dimungkinkan unit pirolisis tersebut juga bisa beroperasi mandiri dari pembangkit lisrik dari ORC tersebut. Hal tersebut berarti akan menurunkan biaya operasional, karena listrik untuk menjalankan motor listrik, pompa dan sebagainya dari produksi sendiri. Dengan kata lain unit pirolisis tersebut beroperasi mandiri tanpa tergantung dari jaringan listrik atau PLN. Dari sudut pandang iklim maka kondisi tersebut ideal, karena sumber energi berasal dari sumber terbarukan (carbon neutral) dan apabila biochar digunakan untuk carbon sequestration berarti carbon negative. Optimasi sistem sehingga menghasilkan konfigurasi yang optimal dan menguntungkan menjadi tugas para engineer.  

Sebuah perusahaan di Amerika yakni Quonset Soil Solutions, LLC di Rhode Island baru-baru ini telah sukses memasang unit ORC untuk memanen panas limbah (waste heat) dari unit pirolisis mereka berkapasitas 1,8 MW. Selain itu beberapa unit pirolisis di Eropa dikabarkan juga telah menggunakan ORC dengan kapasitas lebih kecil. Kesuksesan-kesuksesan ini akan menginspirasi dan pemasangan unit ORC sebagai bagian produksi biochar dengan (slow) pyrolysis akan semakin berkembang. 

Kesimpulannya : 
-Sistem ORC sangat direkomendasikan untuk pabrik pirolisis berskala kontinu (bukan tipe batch kecil) karena mampu mengubah polusi panas (waste heat) menjadi aset energi listrik yang berharga secara konstan. Operasional ORC ramah lingkungan dan mendukung target dekarbonisasi.  

-Pembangkit ORC dari waste heat pirolisis adalah solusi efisien, aman, dan berkelanjutan untuk menghasilkan listrik dari energi panas buangan (residual heat). Teknologi ini juga ideal untuk berbagai industri yang menghasilkan panas menengah, sehingga energi tidak terbuang percuma.   

Kebutuhan Biochar untuk Industri Besi dan Baja

Seiring perkembangan kesadaran tentang perubahan iklim dan pemanasan global serta target kesepakatan Paris dan Net Zero Emission (NZE) 2050 dengan dekarbonisasi, maka pemanfaatan biomasa menjadi produk-produk biocarbon semakin meningkat. Dan khususnya pada industri besi dan baja, proyeksi kebutuhannya sangat besar, sedangkan suplainya masih sangat terbatas. Hal ini mendorong sejumlah perusahaan besar melakukan investasi untuk produksi biocarbon khususnya biochar / biocoke dalam kapasitas besar. 

 

Produksi kapasitas besar tersebut tentu saja membutuhkan bahan baku biomasa yang berlimpah. Dan khusus di Indonesia, produksi biocoke / biochar dari PKS (palm kernel shell) atau cangkang sawit dikabarkan sudah dimulai tahun lalu. PKS tersebut dipilih karena merupakan limbah biomasa yang tersedia dalam jumlah besar yang dihasilkan dari pabrik sawit. Diperkirakan produksi PKS dan pabrik sawit di Indonesia adalah sekitar 12,5 juta ton/tahun tetapi karena sebagian PKS tersebut digunakan untuk bahan bakar boiler sehingga diperkirakan jumlah PKS yang bisa digunakan atau sisa dari bahan bakar boiler tersebut sekitar 6,25 juta ton / tahun. Dan untuk meningkatkan suplai PKS dari pabrik sawit bisa dilakukan dengan kogenerasi tandan kosong / EFB (empty fruit bunch), untuk lebih detail baca disini.

Selain dari PKS tersebut, produksi biocoke / biochar dan bahkan black pellet (torrified pellet) juga dilakukan dengan bahan baku dari kayu kebun energi. Kebun energi dengan tanaman rotasi cepat seperti kaliandra dan gliricidia sangat potensial diposisikan untuk menghasilkan bahan baku berupa kayu tersebut. Saat ini yang telah dilakukan adalah produksi wood pellet (white pellet) dari kayu kebun energi tersebut. Lebih lanjut untuk pilihan penggunaan kayu kebun energi lebih baik untuk wood pellet (white pellet) atau biocoke / biochar / charcoal lebih detail baca disini.  

Biocoke / biochar / charcoal penggunaannya untuk industri besi dan baja sebagai pengganti kokas yang berasal dari batubara pada blast furnace, sedangkan wood pellet (white pellet) dan torrified pellet (black pellet) digunakan pada pembangkit listrik baik dengan cofiring maupun fulfiring. Selain nilai kalor lebih besar (sekitar 20% dari wood pellet (white pellet)), torrefied pellet (black pellet), juga bersifat hidropobik sehingga bisa disimpan di lapangan terbuka (outdoor) seperti batubara.

Di era saat ini penggunaan arang biocoke / biochar /charcoal untuk menggantikan kokas dari batubara di blast furnace menjadi penting. Biocoke / biochar /charcoal yang berasal dari biomasa adalah material terbarukan yang berkelanjutan sebagai reduktor atau bahan bakar di blast furnace sehingga dari reaksi kimia akan memisahkan atom oksigen dari atom besi dan ini akan mengemisikan CO2. Hal ini akan mengubah bijih besi (iron ore) (Fe2O3) menjadi crude (pig) iron.

Tetapi bedanya karena sumber karbon sebagai reduktor atau bahan bakar.  blast furnace berasal dari sumber terbarukan dan berkelanjutan maka hal tersebut menjadi proses yang carbon neutral. Sedangkan apabila menggunakan kokas dari batubara karena berasal dari sumber fossil maka hal tersebut menjadi proses carbon positive. Demikian juga apabila menggunakan gas alam yang merupakan bahan bakar fossil sebagai sumber karbon untuk reduktor atau bahan bakar di blast furnace tersebut, walaupun dikatakan less carbon intensity. 

Washed PKS untuk Dekarbonisasi Pabrik Besi dan Baja

Industri baja ini berkontribusi menyumbang CO2 sebanyak 8% secara global, setiap ton produksi baja menghasilkan emisi CO2 rata-rata sebanyak 1,85 ton dan dibanding pertambangan bijih besinya, produksi besi dan baja berkontribusi jauh lebih besar pada emisi CO2. Upaya dekarbonisasi industri baja dimulai dengan penggunaan energi terbarukan untuk peleburan / smelter-nya. Bahan bakar berbasis biomasa berupa arang yang memiliki nilai karbon tinggi bisa menggantikan penggunaan kokas yang berasal dari batubara. Dan penggunaan hidrogen dari sumber energi terbarukan menjadi target puncak dekarbonisasi pada industri baja tersebut.

Saat ini industri baja sebagian besar menggunakan batubara sebagai sumber energi atau reduktornya. Batubara tersebut diolah menjadi kokas dan digunakan pada tungku peleburan atau blast furnace. Diperkirakan sekitar 70% produksi baja dunia menggunakan blast furnace atau proses BF-BO, bahkan di China lebih dari 90% produksi baja menggunakan proses BF-BOF tersebut. Untuk mengurangi intensitas karbon maka digunakan bahan bakar gas atau gas alam sebagai bahan bakarnya. Penggunaan bahan bakar gas (BBG) berupa gas alam tersebut juga sebagai media transisi dan pada dasarnya karena berasal dari bahan bakar fossil maka juga merupakan bahan bakar karbon positif.

Hampir semua emisi CO2 pada sektor produksi baja berasal dari blast furnace (BF) untuk pemunrnian bijih besi (iron ore) menjadi crude iron atau pig iron. Tantangannya sangat besar yakni ada sekitar 1.850 pabrik baja di dunia dengan sekitar 1.000 pabrik tersebut menggunakan blast furnace, dengan produksi pig iron mencapai sekitar 1,5 milyar ton per tahun.

Penggunaan arang pada blast furnace selain menurunkan emisi karbondioksida (CO2), juga emisi sulfurdioksida (SO2) karena kandungan sulfur dari arang sangat rendah (sekitar 100 kali lebih rendah) dibandingkan kokas (coke). Begitu juga penggunaan batu kapur (limestone) akan berkurang sehingga produksi slag otomatis juga berkurang. Demikian juga membuat operasi blast furnace bersifat asam.

Penggunaan bahan bakar karbon berbasis biomasa (biocarbon) berupa arang memiliki efek lebih baik bagi iklim karena merupakan bahan bakar karbon netral. Selain itu secara teknis karena merupakan bahan bakar padat sama seperti kokas yang berasal dari batubara maka praktis tidak banyak bahkan tidak perlu perubahan atau modifikasi pada tungku peleburannya. Tetapi faktor ketersediaan arang berkualitas tinggi, volume besar dan suplai yang kontinyu masih menjadi kendala utamanya.

Hal ini sehingga penggunaan arang atau charcoal untuk menggantikan kokas dari batubara di blast furnace menjadi penting. Arang yang berasal dari biomasa adalah material terbarukan yang berkelanjutan sebagai reduktor atau bahan bakar di blast furnace sehingga dari reaksi kimia akan memisahkan atom oksigen dari atom besi dan ini akan mengemisikan CO2. Hal ini akan mengubah bijih besi (iron ore) (Fe2O3) menjadi crude (pig) iron. 

Tetapi bedanya karena sumber karbon sebagai reduktor atau bahan bakar.  blast furnace berasal dari sumber terbarukan dan berkelanjutan maka hal tersebut menjadi proses yang carbon neutral. Sedangkan apabila menggunakan kokas dari batubara karena berasal dari sumber fossil maka hal tersebut menjadi proses carbon positive. Demikian juga apabila menggunakan gas alam sebagai sumber karbon untuk reduktor atau bahan bakar di blast furnace tersebut, walaupun dikatakan less carbon intensity.  

Penggunaan arang atau material biocarbon untuk metalurgi atau pembuatan baja sebenarnya sudah pernah menjadi hal biasa pada beberapa waktu lalu. Pada era awal tahun 1900an produksi arang dunia mengalami masa kejayaannya dengan produksi lebih dari 500 ribu ton. Pada tahun 1940an produksi arang mengalami penurunan menjadi hampir ½ dari era awal 1900an yang diakibatkan material karbon lainnya yakni penggunaan kokas yang berasal dari batubara yang menggantikan arang atau material biocarbon pada pembuatan baja dan logam-logam lainnya.

Arang adalah bahan bakar dan reduktor yang berasal dari biomasa yang sangat potensial digunakan pada fase transisi tersebut. Cangkang sawit atau palm kernel shell (PKS) adalah bahan baku biomasa potensial untuk produksi arang tersebut. Kuantitas cangkang sawit juga mencapai jutaan ton sehingga pasokannya bisa diandalkan. Arang sebagai produk karbonisasi atau pirolisis biomasa memiliki nilai kalori tinggi, fixed carbon tinggi dan stabil. Tetapi selain itu ada faktor lain yakni ash chemistry yang mempengaruhi kualitas baja yang dihasilkan. Hal ini sedikit mirip dengan ash chemistry pada wood pellet dari kebun energi kaliandra ataupun gliricidia. 

Pada penggunaan untuk reduktor di blast furnace arang tersebut harus memiliki kandungan phospor rendah, sedangkan pada wood pellet dari kebun energi kaliandra ataupun gliricidia harus memiliki kandungan kalium/potassium yang rendah, demikian juga natrium/sodium dan klorin-nya. Pada wood pellet tersebut kandungan kalium/potasium, natrium/sodium dan klorin mempengaruhi kualitas wood pellet dan juga penggunaannya untuk pembangkit listrik. Pembangkit listrik berteknologi pulverized combustion yang banyak digunakan di dunia akan menolak apabila menggunakan wood pellet dengan kualitas tersebut. Demikian juga pada blast furnace juga akan menolak arang yang memiliki kandungan phospor tinggi. 

Untuk mendapatkan kualitas dengan kandungan phospor rendah tersebut maka cangkang sawit atau PKS harus dicuci dulu. Setelah pencucian kandungan phospor akan turun selanjutnya dikeringkan dan dipirolisis atau karbonisasi untuk menjadi arang cangkang sawit (PKSC = palm kernel shell charcoal). Demikian juga untuk wood pellet tersebut. Hanya bedanya pada produksi wood pellet tidak ada pirolisis atau karbonisasi tetapi setelah kekeringan dan ukuran partikel sesuai lalu pemadatan (biomass densification) dalam pelletiser.

Untuk produksi baja per ton dibutuhkan energi rata-rata 6.000 MJ (setara 50 kg hidrogen) atau setara 200 kg arang dan memerlukan bahan baku biomasa kayu sekitar 600-800 kg. Dengan nilai kalor yang hampir sama dengan biomasa kayu-kayuan maka hal tersebut juga setara dengan penggunaan PKS, yang merupakan limbah perkebunan atau agro industri.

Sementara permintaan untuk low-carbon steel meningkat dengan pesat karena industri-industri baja dan pemerintah seluruh dunia berkomitmen mengurangi emisi karbon dari bahan bakar fossil.  Penggunaan arang atau biocarbon ini pada blast furnace merupakan produksi low carbon steel tersebut, karena belum 100% produksi baja tersebut menggunakan energi terbarukan.  

Memaksimalkan Keuntungan Pabrik Sawit dengan Kogenerasi Pemanfaatan Tankos dan Export Cangkang Sawit

Sebagai sebuah perusahaan yang berorientasi profit, tentu memaksimalkan profit adalah hal yang wajar dan terus diupaykan. Selain dengan peningkatan efisiensi, hal lain yang bisa dilakukan adalah dengan inovasi sehingga menciptakan atau mengembangkan usaha baru. Apalagi jika inovasi dalam rangka penciptaan usaha / bisnis baru tersebut, juga menjadi solusi masalah lingkungan yakni pemanfaatan limbah biomasa pabrik sawit tersebut. Pada pabrik sawit pada umumnya limbah tandan kosong / EFB (empty fruit bunch) belum dimanfaatkan ataupun jika dimanfaatkan belum optimal atau masih ala kadarnya, seperti pengomposan tandan kosong / EFB tersebut. 

EFB atau tandan kosong sawit adalah limbah biomasa pabrik sawit yang jumlahnya sangat besar sekitar 22% tetapi umumnya belum dimanfaatkan dan hanya mencemari lingkungan. Dengan pemanfaatan EFB dengan kogenerasi tersebut selain akan mengatasi masalah limbah tandan kosong sawt tersebut maka juga akan dihasilkan panas atau energi untuk menggantikan penggunaan PKS / palm kernel shell sebagai bahan bakar boiler dan juga dihaslkan pupuk abu kalium / potassum organik yang berkualitas tinggi. 

Apabila PKS yang digunakan untuk bahan bakar boiler tersebut mencapai 50% maka dengan penggunaan teknologi tersebut berarti akan ada 50% PKS yang bisa direcovery atau diambil kembali atau 100% PKS bisa dijual atau diexport. Misalnya suatu pabrik sawit dalam kondisi biasa bisa menjual PKS sebanyak 3.000 ton/bulan maka dengan penggunaan teknologi tersebut pabrik sawit tersebut menjadi bisa menjual PKS sebanyak 6.000 ton/bulan. Tentu peningkatan pasokan PKS yang sangat signifikan.

Bahkan apabila diaplikasikan pada skala yang lebih besar / makro yakni di Indonesia dengan produksi CPO sekitar 50 juta ton/tahun maka produksi PKS sebenarnya adalah sekitar 12,5 juta ton/tahun. Tetapi dengan praktek pemanfaatan sebagai bahan bakar boiler selama ini katakan mencapai 50% dari produksi PKS maka sebenarnya jumlah PKS yang bisa dijual / export oleh pabrik sawit adalah 6,25 juta ton / tahun. Nah, dengan penggunaan teknologi tersebut atau pemasangan peralatan (kogenerasi tungku EFB) maka jumlah PKS yang bisa dijual / export akan mendekati atau sama dengan produksi PKS dalam neraca massa atau diagram di atas tersebut (tidak dikurangi dengan yang dibakar dalam boiler pabrik sawit). 

PKS atau cangkang sawit kebutuhannya semakin meningkat seiring dengan trend dekarbonisasi global. Dan bahkan PKS atau cangkang sawit ini adalah kompetitor utama wood pellet di pasar bahan bakar biomasa global. Pengguna PKS atau cangkang sawit besar berasal dari Jepang dan Eropa. Export PKS ke Jepang biasanya sekitar 10.000 ton/shipment dan kalau untukke Eropa biasanya minimal 30.000 ton/shipment karena jaraknya lebih jauh dan dengan handymax vessel atau bahkan panamax vessel. Kogenerasi tungku EFB (empty fruit bunch) dengan boiler pabrik sawit akan meningkatkan volume PKS atau cangkang sawit yang bisa dijual atau diexport. Implementasi inovasi teknologi ini selain fastest track dan practical, juga multi-benefits sehingga layak untuk dipertimbangkan. Dan bahkan ini akan bisa jadi trend bahkan standar operasional di pabrik-pabrik sawit di Indonesia yang jumahnya mencapai sekitar 1000 unit. 

OPT Briquette dan EFB Briquette untuk Konsumsi Boiler Biomasa Industri Kapasitas Menengah

Semakin berkembangnya bisnis utilitas yakni khuususnya penyeadiaan steam/kukus dan listrik untuk industri berbasis energi terbarukan khususnya biomasa maka kebutuhan akan bahan bakar biomasa semakin besar, lebih detail baca disini. Demikian juga apabila industri tersebut melalui unit utilitasnya untuk produksi steam dan listriknya berbasis bahan bakar biomasa tersebut. Selain bahan bakar biomasa, kualitas air sebagai bahan baku steam dan produksi listrik tersebut (dengan steam turbine)juga sangat penting dan harus menjadi perhatian. Kualitas air yang baik akan membuat performa optimum produksi steam dan listrik tersebut dan peralatan (boiler, heat exchanger, steam turbine dan cooling tower) tahan lama dan juga sebaliknya. Kualitas air yang baik ibarat darah yang sehat bagi tubuh kita sehingga seluruh organ bekerja optimal.

Limbah padat industri sawit adalah bahan baku potensial bahan bakar biomasa tersebut. Limbah padat tersebut adalah tandan kosong sawit / EFB (Empty Fruit Bunch) dan batang sawit / OPT (Oil Palm Trunk). Limbah tandan kosng sawit / EFB dihasilkan dari operasional pabrik sawit dengan prosesntase sekitar 22% dari tandan buah segar (TBS), sedangkan limbah batang sawit dihasilkan dari program replanting / peremajaan kebun sawit yang jumlahnya juga sangat berlimpah, untuk lebih detail baca disini. Pemanfaatan kedua limbah biomasa tersebut untuk produksi bahan bakar biomasa khususnya biomass briquette akan sangat bagus. Tetapi mengapa diolah menjadi briquette ? 

Keunggulan briquette dibandingkan pellet, selain secara teknis adalah skala bisnisnya. Secara teknis, produksi briquette mensyaratkan ukuran partikel lebih longgar, demikian juga kadar air. Konsumsi energi per ton produksi briquette juga lebih kecil dibandingkan dari produdsi pellet. Hal inilah sehingga produksi EFB briquette dan OPT briquette lebih cocok untuk sebuah pabrik sawit yang dikonsumsi oleh industri kapasitas menengah. Sebuah pabrik sawit dengan kapasitas 45 ton/jam TBS akan menghasilkan EFB sekitar 10 ton/jam, dengan operasinal pabrik sawit 20 jam/hari maka sehari akan dihasilkan sekitar 200 ton. Dengan kadar air sekitar 60% berarti setelah pengeringan akan dihasilkan sekitar 100 ton/hari (kadar air 10%) atau 2.500 ton/bulan. 

Demikian juga apabila menggunakan bahan baku limbah batang sawit / OPT yang tergantung pada rasio atau persentase lahan yang direplanting setiap tahunnya. Replanting sendiri adalah upaya untuk terus menjaga produktivitas perkebunan sawit itu sendiri, selain penggunaan bibit unggul dan intensifikasi, untuk lebih detail baca disini. Misalkan dengan luas lahan 10.000 hektar dan setiap tahun dilakukan replanting seluas 5% lahan atau 500 hektar. Dengan rata-rata setiap hektar kebun sawit terdiri 125 pohon dan setiap pohonnya memiliki rata-rata berat kering 0,4 ton, maka per hektar di dapat 50 ton berat kering biomasa. Dengan luasan 500 hektar berarti 25.000 biomasa batang sawit kering (kadar air 10%) setiap tahunnya atau bisa diolah menjadi OPT briquette dengan kapasitas sekitar 2.000 ton/bulan. 

Boiler biomasa sebagai alat pengguna produk biomass briquette (EFB briquette / OPT briquette) bisa menggunakan berbagai teknologi pembakaran seperti moving grate, stoker, reciprocating grate dan sebagainya. Pilihan tersebut tergantung pada biaya atau harga boiler tersebut dan juga tingkat efisiensi-nya. Dan selain bahan bakar biomasa tersebut untuk sejalan dengan program dekarbonisasi dan sustainibilty, air untuk operasional boiler yakni boiler feed water ataupun air pendingin bagi alat penukar panas (heat exchanger / condensor) sangat penting. Hal tersebut diibaratkan seperti darah bagi tubuh manusia sehingga apabila darahnya sehat maka semua organ akan berfungsi dengan baik dan optimal. Apabila darah kotor disirkulasikan ke seluruh tubuh, misalnya karena gagal ginjal, maka organ-organ tubuh juga otomatis akan rusak dan tidak lama manusia akan menemui kematiannya. 

Untuk menjaga kualitas air pada produksi steam melalui boiler, boiler feed water / demin water harus benar-benar sesuai dengan spesifikasi operasional boiler tersebut. Semakin tinggi tekanan boiler maka dibutuhkan kualitas air semakin tinggi atau air yang semakin murni. Dan apabila steam tersebut digunakan untuk produksi listrik maka setelah steam menggerakkan turbine maka steam perlu dikondensasikan dengan alat penukar panas (heat exchanger / condensor) sehingga berubah fase menjadi cair lagi dan masuk ke boiler lagi. Alat penukar panas tersebut membutuhkan air pendingin yang terus digunakan berulang kali, sehingga perlu cooling tower. Tidak hanya boiler feed water / demin water yang perlu memenuhi spesifikasi teknis yang dipersyaratkan, demikian juga air pendingin untuk kondenser ini. Dengan volume air disirkulasi hingga ribuan ton per jam dan beroperasi 24 jam per hari (sama seperti operasional boiler) di cooling tower tersebut maka sejumlah masalah air pada cooling tower perlu diatasi secara efektif dan efisien. Sejumlah masalah air yang terjadi pada cooling tower bisa dibaca disini. 

Selain untuk produksi listrik, demikian juga apabila steam tersebut digunakan untuk proses dalam pabrik tertentu. Apabila steam tersebut kemudian dikondensasikan lalu menjadi cair dan masuk ke boiler lagi, hal tersebut berarti membutuhkan cooling tower sama seperti pada produksi listrik di atas. Water treatment technology yang efisien dan ramah lingkungan sehingga tidak menghasilkan polusi sekunder dan mudah dalam operasional dan perawatan akan sejalan dengan visi dekarbonisasi dan sustainibility tersebut. Dan dengan visi dekarbonisasi dan sustainibilty akan semakin optimal atau semakin ideal pada unit utilitas tersebut yakni dengan penggunaan energi terbarukan berbasis biomasa dan penggunaan water treatment techology yang ramah lingkungan tersebut.     

Peran Biomasa dan Cooling Tower pada Green Hyperscale Data Center

Menjalankan operasi data besar membutuhkan listrik yang stabil dan tidak terputus serta pendinginan yang andal. Pembangkit listrik tenaga surya saja murah tetapi tidak stabil. Sifat intermittensi pembangkit listrik tenaga surya (sama seperti pembangkit listrik tenaga angin) akan menjadi hambatan sebagai sumber energi utama data center. Banyak energi dapat dihasilkan pada siang hari dan digunakan, tetapi energi yang tidak digunakan akan hilang begitu saja. Penyimpanan memungkinkan energi untuk digunakan kemudian, yakni misalnya untuk memenuhi kebutuhan selama periode permintaan tinggi, bukan hanya saat matahari bersinar. Hal inilah sehingga pembangkit listrik tenaga surya skala besar harus dipadukan dengan penyimpanan baterai. Energi bersih sekarang terkait erat dengan keandalan, waktu, dan perencanaan operasional, bukan hanya target emisi. Tetapi baterai kapasitas besar tersebut biayanya sangat mahal. 

 

Penggunaan bahan bakar biomasa untuk produksi listrik sebagai sumber energi data center akan menjadi kombinasi yang ideal dengan pembangkit listrik tenaga surya (panel surya) tersebut. Bahan bakar biomasa sebagai bahan bakar padat seperti batubara maka teknologi pembakaran untuk menghasilkan listrik juga sama. Bedanya bahan bakar biomasa adalah sumber energi terbarukan atau carbon neutral fuel, sedangkan batubara adalah bahan bakar fosil atau carbon positive fuel, Selain fasilitas pembangkit listrik biomasa, pembangkit listrik dari biogas juga bisa digunakan untuk mengatasi masalah intermittent pembangkit listrik tenaga surya (panel surya).  Hal ini karena fasilitas biomassa dan biogas menyediakan pembangkitan yang konsisten sepanjang tahun, menawarkan operator sistem kapasitas yang berharga dan dapat diatur yang dapat ditingkatkan atau diturunkan sesuai kebutuhan. 

Pendinginan yang handal bisa dilakukan dengan menggunakan cooling tower. Cooling tower adalah perangkat penukar panas secara evaporative cooling yang umum digunakan diberbagai industri pengolahan (kilang minyak, petrokimia, pulp and paper, tekstil dsb), maupun pembangkit listrik (batubara, gas, geothermal maupun biomasa). Faktor kunci berupa kualitas air sangat penting bagi operasional cooling tower tersebut, untuk lebih detail tentang berbagai masalah air pada cooling tower baca disini. Dengan cooling tower tersebut maka kebutuhan air untuk operasional data center bisa efisien karena air disirkulasi secara terus-menerus, bukan sekali pakai (once through system). Apalagi dengan water treatment technology menggunakan teknologi AOP (advanced oxidation process) untuk cooling tower water conditioner, maka selain hemat biaya juga ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polusi sekunder dari aplikasinya.  

Masalah-Masalah Terkait Air pada Cooling Tower

Tetesan air lembut yang terus-menerus bisa membuat batu berlubang. Apalagi aliran air yang terus menerus, maka sedikit demi sedikit juga akan menggerus semua yang dilewatinya. Contoh lebih dramatis dan spektakuler adalah Grand Canyon di Arizona, Amerika Serikat. Apalagi kalau air yang dialirkan tersebut air panas maka akan lebih cepat air tersebut menggerus atau melarutkan padatan yang dilewatinya (leaching), dibandingkan air dingin. Pada saat air panas kembali ke cooling tower, air tersebut sudah penuh dengan padatan tersuspensi. Cooling tower sebagai alat untuk membuang panas, mengalirkan air panas dari bagian atas menara dan udara dingin dari lingkungan yang berkontak dengan air hangat tersebut mengambil panasnya. Sebagai akibat kontak tersebut maka air akan lebih dingin dan udara akan menjadi lebih hangat.  

Air panas tersebut juga cenderung bersifat korosif dan membentuk endapan. Hal itulah mengapa bahan-bahan yang digunakan untuk membangun cooling tower harus bahan yang tahan lama dan mampu menahan perbedaan suhu yang besar. Jenis kayu dan plastik tertentu bisa digunakan untuk bahan konstruksi cooling tower tersebut. Apabila kualitas bahan rendah, maka konstruksi cooling tower hanya akan berumur pendek, dan bahkan membahayakan. Ketika air panas memasuki cooling tower yang bercampur dengan padatan tersuspensi, sejumlah air tersebut mengalami penguapan dan meninggalkan padatan tersuspensi tersebut. Cairan yang kaya akan padatan tersuspensi tersebut terkonsentrasi di dalam bak, bagian bawah cooling tower. Seiring waktu, konsentrasi padatan tersuspensi ini meningkat hingga mencapai tingkat yang harus dikendalikan yakni dengan cara dikeluarkan dari sistem atau blowdown.  

Udara luar yang berkontak dengan air dari cooling tower tersebut mengandung debu atau partikel-partikel kecil dan juga mikroorganisme seperti berbagai bakteri, spora jamur dan ganggang / algae. Debu atau partikel-partikel kecil tersebut akan tersuspensi dan terakumulasi / terkonsentrasi membentuk endapan berupa lumpur atau kerak. Dengan adanya sinar matahari mikroorganisme seperti bakteri dan algae tersebut berfotosintesa sehingga berkembangbiak dan semakin banyak. Bahkan bakteri patogen seperti legionella bisa menyebabkan penyakit legionnaires. Lumpur dan algae tersebut akan mengotori dan menyumbat pipa-pipa penukar panas (heat exchanger tubes)  serta mempercepat korosi pipa tersebut. 

Pada alat penukar panas (heat exhanger) tersebut jika ketebalan kerak (scale) 0,3 mm diperkirakan terjadi kehilangan panas / energy (heat / energy loss) 10% dan jika ketebalan kerak (scale) 0,6 mm diperkirakan terjadi kehilangan panas / energy (heat / energy loss) 23%.  Dan secara umum, pengotoran (fouling) menyebabkan kehilangan energi/panas tahunan sekitar 15%, sehingga memerlukan perawatan dan penggantian pipa setiap 3–5 tahun. Jika tidak ditangani dengan baik, kehilangan panas/energi akibat pengotoran (fouling) dapat mencapai hingga 70% setelah lima tahun. Jamur dan bakteri akan menyebabkan pembusukan / pelapukan kayu sehingga rapuh dan hancur. Demikian juga reaksi oksidasi pada permukaan logam, karena logam-logam tersebut melepas elektron atau menangkap oksigen, sehingga menyebabkan korosi pada logam tersebut. Korosi pada logam membuat logam menjadi semakin habis terkikis, rapuh dan hancur. 

Untuk menjaga kualitas air dari berbagai pengotor cooling tower yang volumenya hingga ribuan ton/jam dan beroperasi 24 jam per hari, tentu bukan sederhana. Hanya dengan menjaga kualitas air tersebut maka kinerja dan masa pakai cooling tower bisa sesuai target rancangannya. Penggunaan teknologi yang efektif, efisien dan ramah lingkungan adalah opsi terbaik. Teknologi AOP (Advanced Oxidation Process) adalah inovasi untuk berbagai problem tersebut. Pendekatan teknologi ini mengatasi berbagai masalah air pada cooling tower tersebut secara efektif, efisien dan ramah lingkungan, sebagai contoh di dalam sel alga, ion dari  AOP (Advanced Oxidation Process) menyerang gugus sulfida yang terkandung dalam asam amino sisa protein yang terlibat dalam fotosintesis. Akibatnya, fotosintesis terhambat, dan sel-sel tersebut larut atau hancur. Jika sel algae dan mikroba tetap ada, pertumbuhan kembali sel tersebut terhambat oleh ion AOP yang ada di dalam air, sehingga mencegah perkembangbiakan alga. Selama proses ini, bakteri juga mati atau menjadi tidak aktif. 

Contoh kedua yakni pada mekanisme pencegahan karat pipa. Besi (Fe) kehilangan elektron sesuai dengan reaksi oksidasi dan membentuk karat.Namun, ketika material AOP berpartisipasi dalam reaksi ini dan melepaskan elektron terlebih dahulu, besi dicegah melepaskan elektron, sehingga menekan pembentukan karat. Besi berkarat diubah menjadi karat hitam melalui reaksi AOP, membentuk lapisan (film) oksida padat yang mencegah korosi lebih lanjut dan melindungi pipa dan struktur.

Dan contoh ketiga yakni mekanisme pencegahan kerak (scale). Saat air melewati sistem AOP, ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg)—komponen penyebab kesadahan—dihilangkan melalui kristalisasi dalam fase cair, sehingga air menjadi lunak. Partikel kalsium karbonat yang dihasilkan tidak dapat menempel pada pipa. Dalam air sadah yang mengandung ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg), struktur kerak seperti jarum biasanya terbentuk dan menempel pada dinding pipa. Melalui treatment AOP, ion pembentuk kerak mengalami pertumbuhan partikel dalam fase cair, membentuk partikel bulat dengan ukuran mulai dari beberapa mikrometer hingga puluhan mikrometer. 

Menurut rumus Gibbs–Kelvin, energi bebas volumetriknya berkurang dan daya rekat hilang, sehingga mencegah menempel pada dinding pipa. Kerak (scale) akan terakumulasi di dasar bak (basin) dan dikeluarkan dengan mekanisme blowdown. Selain itu teknologi AOP ini juga akan menghilangkan kerak (scale) yang sudah terlajur menempel pada pipa (scale removal existing pipes) dan juga efek sterilisasi yang juga sangat penting bagi kualitas air cooling tower tersebut seperti menghindari pembusukan / pelapukan kayu dan membunuh bakteri patogen, kedua aspek ini insyaallah akan dijelaskan pada kesempatan lain. 

Untuk mengukur kinerja cooling tower berdasarkan masalah yang dihadapi dan solusi yang dilakukan sejumlah parameter digunakan. Parameter tersebut antara lain:   
• pH air
• Total padatan terlarut (TDS)
• Daftar periksa peralatan menara
• Filter dan saringan
• Suhu bola basah (wet bulb temperature) dan kelembaban (humidity)

Sedangkan terkait keselamatan (safety) pada cooling tower juga merupakan hal penting dan perlu diperhatikan. Sejumlah hal tersebut adalah : 
• Bahan tambahan kimia (jika menggunakannya dan belum dengan teknologi AOP)
• Peralatan berputar (rotating equipment)
• Bahaya air panas
• Bekerja di ketinggian
• Bekerja dengan aman di atas cooling tower.
• Kegagalan peralatan (equipment failures) 
• Korosi logam dan pembusukan/pelapukan kayu

Pemakaian cooling tower bisa dikatakan sebagai peralatan penting dan mendasar untuk operasional industri pada umumnya. Mulai dari pembangkit listrik baik yang masih menggunakan energi fossil, cofiring maupun pembangkit listrik biomasa hingga pembangkit listrik panas bumi/ geothermal, data center, industri kimia, industri biorefinery, industri petrokimia, industri besi dan baja, industri makanan, industri farmasi, industri tekstil, industri pulp and paper dan sebagainya. Terkait era dekarbonisasi dan keberlanjutan / sustainibility penggunaan energi terbarukan seperti biomasa termasuk wood pellet dan palm kernel shell/PKS sebagai bagian dari carbon neutral fuel atau carbon negative seperti carbon capture and storage (CCS) hingga biochar,  tentu saja teknologi yang ramah lingkungan apalagi mudah dalam operasional, biaya investasi terjangkau hingga repair-maintenance, akan menjadi pilihan bagi industri-industri tersebut, seperti teknologi AOP untuk pengkondisian air pada cooling tower sehingga memberikan penghematan yang signifikan.