Produksi DRI / Sponge Iron Berbasis Biochar

Pada industri baja kondisi carbon neutral production akan dicapai ketika produksi besi dan baja pada industri tersebut 100% menggunakan energi terbarukan. Penggunaan tungku listrik (EAF/Electric Arc Furnace) bisa dilakukan sepanjang listrik yang dihasilkan dari sumber energi terbarukan. Tetapi penggunaan EAF yang masih menggunakan listrik dari bahan bakar fosil bisa sebagai media transisi sebelum 100% carbon neutral production karena emisi CO2 yang lebih kecil dibanding blast furnace dari kokas yang berasal dari batubara. Bahan baku yang diolah dengan EAF adalah steel scrap dan besi tereduksi langsung (DRI / sponge iron). Steel scrap atau DRI (sponge iron) langsung dimasukkan ke dalam tungku busur listrik (EAF) untuk pembuatan baja, sehingga menghasilkan emisi karbon yang lebih rendah dibandingkan dengan metode blast-furnace. Emisi CO2 dari blast furnace tersebut sekitar 2,33 ton untuk setiap crude iron / pig iron sedangkan dengan EAF tersebut hanya sekitar 0,66 ton untuk setiap ton crude steel. 

 

Saat ini sekitar 80% steel scrap saat ini didaur ulang dengan EAF. Secara global produksi baja dengan EAF mencapai sekitar 22% (berbahan baku scrap dan sponge iron). India sebagai produsen terbesar sponge iron atau DRI. Produsen utama lainnya termasuk Iran, Rusia, Meksiko, dan Arab Saudi. Pada tahun 2023, India memproduksi 49,3 juta ton, sementara Iran memproduksi 33,4 juta ton. Produksi sponge iron atau DRI global mencapai 135,5 juta ton pada tahun 2023, sedangkan pig iron hampir 1,5 milyar ton. 

Dan faktanya memang saat ini untuk mencapai tujuan produksi baja carbon neutral tersebut masih jauh karena pembangunan blast furnace – basic oxygen furnace (BF -BOF) masih banyak dilakukan, yang seharusnya adalah EAF (Electric Arc Furnace) atau saat ini hanya sekitar 30% secara global industri besi dan baja menggunakan EAF ini. Pembangunan blast furnace-blast furnace baru tersebut memang cenderung meningkat yang faktanya yakni pada pertengahan 2024 sekitar 207 juta ton per tahun produksi baru telah diumumkan dan sekitar 100 juta ton per tahun dalam tahap pembangunan.

Sponge iron atau DRI diproduksi dari bijih besi (iron ore) yang telah diproses untuk menghilangkan oksigen, menghasilkan bahan seperti spons berpori. Proses pembuatan DRI disebut proses direct reduction.  Proses direct reduction  dapat dibagi secara kasar menjadi dua kategori: berbasis gas dan berbasis batubara. Dan seperti halnya batubara dapat digunakan, arang (biochar) sebagai bahan karbon juga dapat digunakan. Perbedaannya adalah bahwa arang (biochar) berasal dari kayu atau biomassa, yang merupakan sumber daya terbarukan. Proses ini biasanya melibatkan rotary kiln  di mana bijih besi (iron ore) dan batubara atau arang (biochar) diumpankan bersama, dan reaksi pereduksi terjadi dalam keadaan padat. India adalah produsen utama DRI berbasis batubara, dengan produksi meningkat secara substansial dalam beberapa tahun terakhir, seperti pada peta dibawah ini. Sedangkan produsen-produsen besar DRI atau sponge iron lainnya umumnya prosesnya berbasis gas alam.  

Ketersediaan biochar yang memenuhi spesifikasi dan volume yang mencukupi serta pasokannya yang berkelanjutan dibutuhkan untuk subtitusi dari batubara pada produksi DRI tersebut. Hal ini sehingga di sisi hulu ketersediaan bahan baku biomasa baik dari limbah kehutanan, pengolahan kayu, limbah pertanian dan limbah agroindustri sangat penting untuk keberlangsungan produksi biochar tersebut, bahkan tidak terkecuali juga dengan pembuatan kebun energi untuk maksud tersebut. Selain mengganti reduktor atau bahan bakar dari batubara ke arang (biochar) pada produksi DRI atau sponge iron, upaya mengurangi emisi karbon pada produksi baja rute DRI – EAF  juga dengan mengganti elektrode EAF dari graphite sintetis berbahan baku fossil ke biographite berbahan baku biochar, untuk lebih detail baca disini.  

Biochar untuk Biographite, Material Penting untuk Industri Strategis Masa Depan

Trend dekarbonisasi terus berjalan pada semua sektor khususnya pada industri-industri strategis seperti industri energi, industri besi dan baja serta industri alat-alat transportasi. Kontribusi sejumlah industri tersebut dalam menghasilkan emisi CO2 yang menanmbah konsentrasi di atmosfer (carbon positive) sangat signifikan yakni industri energi khususnya pembangkit listrik menyumbang 27,45%, industri baja menyumbang 8%, dan dari industri sektor transportasi 24%. Berbagai upaya dilakukan untuk mengurangi emisi CO2 dari sumber fossil tersebut. Biographite menjadi salah satu komponen penting untuk maksud tersebut. Penggunaan graphite saat ini berasal dari sumber fossil yakni petcoke dan tar batubara yang merupakan graphite sintetis. Hal ini karena graphite yang ditambang di alam tidak bisa memenuhi spesifikasi teknis yang diharapkan berupa kekuatan, kepadatan dan konduktivitas. 

Graphite adalah bahan yang penggunaannya yakni untuk pembuatan baja, baterai lithium ion, pembangkit listrik tenaga nuklir, fuel cell dan industri pertahanan. Pada industri baja setiap ton baja yang dihasilkan dengan EAF menghabiskan 2 – 4 kg elektrode graphite. Rata-rata setiap baterai mobil listrik mengandung graphite 70 kg. Menurut the Economist pada tahun 2030 permintaan graphite diperkirakan akan melebihi pasokan sebesar 1,2 juta metrik ton, sehingga mengancam industri baja dan baterai. Sedangkan menurut IEA untuk Eropa kebutuhan graphite diprediksi akan meningkat berkisar 20 – 25 kali dari tahun 2020 sampai 2040. Termasuk mengapa saat ini belum adanya kapasitas baterai sangat besar sehingga bahkan pembangkit listrik batubara atau dari sumber fossil bisa ditiadakan sangat mungkin karena terkendala masalah graphite ini. Selain graphite, nikel merupakan komponen penting dalam baterai lithium-ion yang digunakan pada mobil listrik dengan rata-rata 30 kg, khususnya pada katoda. Nikel membantu meningkatkan kepadatan energi dan kapasitas penyimpanan baterai, sehingga memungkinkan mobil listrik memiliki jangkauan yang lebih jauh. 

Pada industri baja kondisi carbon neutral production akan dicapai ketika produksi besi dan baja pada industri tersebut 100% menggunakan energi terbarukan. Penggunaan tungku listrik (EAF/Electric Arc Furnace) bisa dilakukan sepanjang listrik yang dihasilkan dari sumber energi terbarukan. Dan faktanya memang saat ini untuk mencapai tujuan tersebut masih jauh karena pembangunan blast furnace – basic oxygen furnace (BF -BOF) masih banyak dilakukan, yang seharusnya adalah EAF (Electric Arc Furnace) atau saat ini hanya sekitar 30% secara global industri besi dan baja menggunakan EAF ini. Bahkan organisasi Asosiasi Energi Internasional (IEA / International Energy Association) menyoroti tentang masalah kritis ini untuk mencapai target Paris Agreement’s net-zero pada tahun 2050. Dengan rata-rata umur pakai blast furnace 20 tahun maka upaya industri besi dan baja untuk mencapai target harus dirumuskan dan diprogramkan dengan baik. Bahkan apabila upaya penggantian blast furnace tidak mengikuti target waktu tersebut maka akan menjadikan pencapaian net zero emission 2050 dalam bahaya. Hal ini sehingga penggunaan energi terbarukan sebagai sumber energi EAF menjadi semakin penting dan harus dipercepat, yang ini seharusnya juga sejalan dengan penggunaan bio-graphite pada EAF tersebut.

Penggunaan biographite ini akan mengurangi emisi CO2 dan mengurangi ketergantungan terhadap import. Bio-graphite yang pada dasarnya berasal dari biomasa menawarkan solusi alternative yang berkelanjutan terhadap graphite yang berasal dari bahan fossil. Ketika pada aplikasi di pabrik baja dengan EAF walaupun biographite mengeluarkan emisi CO2 ketika digunakan, tetapi CO2 atau karbon ini berasal dari biomasa. Dan biomasa dari tumbuhan tersebut menyerap CO2 dari atmosfer ketika tumbuhnya, membuatnya proses tersebut carbon neutral. Proses produksi bio-graphite dimulai dari mengkonversi biomasa menjadi biochar. Selanjutnya dengan pemurnian khusus biochar tersebut diubah menjadi graphite dengan kemurnian tinggi yang cocok untuk elektroda baja tanur busur listrik (EAF) dan anoda baterai.

Graphite demand / supply showing market deficit beginning 2025E

 

 

 Source: Macquarie Research (March 2023)

Dengan potensi berbagai aplikasi pada sejumlah industri strategis tersebut, maka bio-graphite bukan sekedar material baru yang ramah lingkungan tetapi merupakan material penting penopang industri masa depan. Kekurangan akan material ini dapat memperlambat transisi ke kendaraan listrik dan penyimpanan energi terbarukan, yang berdampak pada banyak industri. Dan khusus pada industri baja kekurangan material ini akan mengancam akan meningkatkan biaya pembuatan baja dan menghambat kemajuan menuju tujuan iklim. Hal inilah sehingga pengembangan produksi biochar untuk biographite sangat penting dan perlu diakselerasi untuk tumbuhnya berbagai green industry atau renewable industry masa depan.