Heat Gasifier dan Stirling Engine Untuk Solusi Listrik Desa Terpencil

Desa-desa terpencil yang jauh dari jaringan listrik PLN akan sulit mendapatkan pasokan listrik, apalagi yang berada di pulau-pulau kecil dengan penduduk terbatas. Desa-desa terpencil tersebut juga pada umumnya merupakan desa-desa tertinggal sehingga masih perlu perhatian khusus. Saat ini desa-desa seperti itu masih sangat banyak ditemukan di Indonesia, yakni 60% atau sekitar 50.000 desa, sebagai gambaran lebih riil di Jawa dengan rasio rata-rata 3 dari 10  sedangkan di Sumatra rasionya rata-rata 7 dari 10 dan Irian 9 dari 10 desa masuk desa tertinggal. Salah satu upaya memberi perhatian dan mengembangkan desa-desa tersebut adalah dengan tersedianya aliran listrik untuk berbagai keperluan mereka termasuk akses informasi dengan dunia luar. Ketersediaan energi khususnya listrik juga mendorong mereka untuk bisa mandiri dengan berabagai macam produksi. 

Berdasarkan kondisi di atas sehingga dibutuhkan pembangkit-pembangkit kecil yang bisa dioperasikan di desa-desa terpencil tersebut. Konsep desentralisasi akan mampu menjangkau daerah-daerah tersebut. Untuk menjalankan pembangkit-pembangkit tersebut dengan mudah juga dibutuhkan sumber energi yang banyak terdapat di desa-desa tersebut dan biomasa khususnya kayu-kayuan pada umumnya banyak dan berlimpah di daerah-daerah pedesaan tersebut. Bahkan untuk mendapatkan pasokan sumber energi kayu-kayuan tersebut bisa juga dilakukan secara khusus misalnya dengan pembuatan kebun energi. Kebun energi dengan tanaman leguminoceae seperti kaliandra akan sangat efektif dan efisien untuk terus menjaga pasokan kayu pada pembangkit-pembangkit tersebut. Selain itu kebun energi juga sangat dimungkinkan untuk diintegrasikan dengan peternakan seperti domba dan sebagainya.

Gasifikasi adalah teknologi yang banyak digunakan untuk pembangkit listrik dari biomasa atau masuk kelompok power gasifier. Masalah operasional pada gasifikasi biasanya pada pembersihan gas. Tar adalah pengotor utama unit gasifikasi sehingga perlu sering perawatan untuk menjaga gasnya tetap bersih. Semakin baik unit pembersihan gas (syngas cleaning system) maka periode perawatan semakin jarang dan begitu juga sebaliknya. Semakin baik unit tersebut biasanya juga akan semakin rumit dan semakin mahal. Mesin motor bakar (internal combustion engine) selalu membutuhkan pasokan bahan bakar bersih untuk bisa beroperasi secara stabil. Bahan bakar kotor akan mengganggu operasional pembangkit tersebut, seperti kerak dan penyumbatan pada ruang bakar dan sebagainya. 

Alternatif lain pembangkit listrik biomasa tersebut adalah dengan stirling engine. Stirling engine memiliki kesamaan dengan internal combustion engine yakni alat atau konverter yang menghasilkan energi mekanik yang selanjutnya diubah menjadi listrik dengan generator. Perbedaannya stirling engine adalah heat engine yang mengubah panas menjadi energi mekanik. Sedangkan produksi panas dilakukan diluar alat tersebut, sehingga stirling engine bisa juga sebagai external combustion engine apabila sumber panas berasal dari pembakaran diluar unit tersebut. Dalam hal inilah sehingga gasifikasi juga bisa digunakan, tetapi diposisikan sebagai heat producer atau penghasil panas yang digunakan untuk oleh stirling engine. Gasifier yang menggunakan biomasa untuk menghasilkan panas masuk kelompok heat gasifier. Konfigurasi heat gasifier lebih sederhana dibandingkan dengan power gasifier, hal ini dikarenakan pada heat gasifier tidak dibutuhkan perangkat pembersihan dan pengkondisian gas yang rumit seperti pada power gasifier. Apalagi yang digunakan adalah jenis downdraft gasifier yang jumlah pengotor tarnya sudah minimal.

Skema dari power gasifier

Skema dari heat gasifier

Stirling engine sama seperti gasifikasi juga bukan hal baru. Kedua teknologi ini banyak digunakan ketika terjadi krisis energi beberapa dekade lalu. Saat itu kedua teknologi tersebut banyak digunakan untuk menggerakan berbagai sarana transportasi dan juga pembangkit listrik. Ketika kondisi saat ini kesadaran penggunaan bahan bakar fossil semakin harus dikurangi atau bahkan tidak boleh menggunakan bahan bakar fossil atau karena tekanan aspek lingkungan maka energi terbarukan menjadi pilihan dan teknologi seperti gasifikasi dan stirling engine muncul kembali. Faktor spesifik untuk kondisi Indonesia juga turut menjadi daya dorong adalah daerah yang luas dan masih banyak berada di daerah terpencil sedangkan pasokan khususnya bahan bakar minyak sulit didapat sementara biomasa kayu-kayuan melimpah dan sangat mudah didapat. Solusi pembangkit listrik biomasa skala kecil yang praktis, mudah operasional, efisien dan minim perawatan akan menjadi solusi kelistrikan Indonesia dan juga solusi lingkungan. 

Meningkatkan Efisiensi Pengering Pada Pabrik Wood Pellet Dan Wood Briquette

Rotary dryer atau drum dryer adalah jenis pengering yang umum digunakan pada industri biomasa yakni pabrik wood pellet dan wood briquette. Keunggulan rotary dryer karena konstruksi sederhana, mudah dalam operasionalnya dan kapasitas pengeringan cukup besar. Ada 2 point penting yang harus diperhatikan pada penggunaan pengering rotary dryer:  1. Pola aliran pemanasan, single pass atau triple pass drum; 2. Type alat untuk kontrol emisi, seperti sistem multiple cyclone atau jenis lainnya. Kedua hal tersebut selain akan berpengaruh efisiensi pengering juga terkait aspek lingkungan. Dalam prakteknya di Indonesia hampir semua rotary dryer menggunakan single pass dengan aliran searah (co-current) dengan material yang akan dikeringkan. Multi-cyclone dengan cyclone juga berfungsi sebagai penampung sementara (temporary storage) juga banyak ditemui.

Sisi efisiensi lainnya yang bisa ditingkatkan yakni pada media pemanasnya. Hal ini karena konsumsi bahan bakar untuk pengeringan ini menghabiskan biaya yang cukup besar. Saat ini proses pengeringan pada rotary atau drum dryer yang beroperasi dengan kontrak langsung (direct-contact) antara panas gas buang (flue gas) dengan material yang dikeringkan seperti serbuk gergaji. Flue gas tersebut biasanya berasal dari pembakaran limbah-limbah kayu juga. Apabila lokasi pabrik tersebut banyak limbah-limbah biomasa yang bersifat curah (bulk material) seperti sekam padi, kulit kacang, cangkang sawit, cangkang mete dan sebagainya, maka efisiensi dengan teknologi gasifikasi bisa dilakukan.  Caranya yakni mengganti tungku pembakaran penghasil flue gas tersebut dengan gasifier atau sejak awal telah merancang rotary dryer dengan gasifier sebagai penghasil panasnya. Kenaikan efisiensi sebesar 20% bisa dicapai dengan menggunakan gasifier tersebut.

Heat gasifier tipe downdraft dan bekerja secara kontinyu akan cocok digunakan untuk sumber panas tersebut. Hal ini karena heat gasifier tidak membutuhkan unit pembersihan syngas yang rumit dan dengan tipe downdraft juga syngas akan lebih bersih karena tar yang dihasilkan jauh lebih sedikit dibandingkan tipe updraft.

Memilih Pembangkit Listrik Energi Biomasa

Sejumlah daerah di Indonesia masih banyak yang belum teraliri listrik terutama daerah terpencil atau pelosok, padahal listrik adalah bentuk energi yang sangat banyak pemanfaatannya sehingga memudahkan manusia dalam memenuhi kebutuhan hidupnya. Sedangkan di sisi lain dengan luasnya daerah dan iklim tropis, Indonesia adalah sumber biomasa melimpah baik berupa limbah-limbah agroindustri/pertanian ataupun yang diusahakan dengan cara ditanam. Biomasa ini bisa digunakan sebagai sumber energi pembangkit listrik.

Ada sejumlah teknologi melalui proses thermal untuk menghasilkan listrik tersebut. Teknologi gasifikasi paling populer untuk tujuan tersebut dibandingkan dengan pembakaran (combustion) dan pirolisis. Hal ini karena teknologi gasifikasi bisa dirancang untuk kapasitas relatif kecil dan masih ekonomis, sedangkan pembakaran (combustion) khususnya pada jenis steam powerplant  hanya ekonomis dan efisien pada kapasitas pembangkit listrik cukup besar yakni lebih dari  1 MW, sedangkan pembakaran (combustion) pada sistem Organic Rankine Cycle (ORC) mampu untuk produksi listrik skala lebih kecil. Perbedaan steam powerplant  yakni menggunakan fluida berupa kukus atau steam sedangkan pada ORC memanfaatkan fluida organik yang mampu menguap pada temperatur rendah. Jenis fluida organik tersebut saat ini masih mahal dan teknologi ini  tergolong masih baru sehingga belum banyak dikenal sehingga belum tentu cocok untuk digunakan di daerah terpencil atau pelosok Indonesia. Sedangkan pirolisis lebih cocok untuk produksi material seperti arang, torrefied biomass atau biooil, yang dipakai sebagai bahan bakar atau bahan kimia, atau arang bisa diolah lanjut sebagai arang aktif. 

Teknologi gasifikasi inilah yang saat ini paling populer dan banyak digunakan untuk membangkitkan listrik dari biomasa. Dan apabila ditinjau lebih spesifik maka gasifikasi tumpukan tetap (fixed bed) dengan aliran udara downdraft –lah yang paling banyak digunakan karena terutama operasional lebih mudah dan syngas yang dihasilkan lebih bersih sehingga mudah dikondisikan sebagai bahan bakar generator untuk menghasilkan listrik.  Sedangkan gasifikasi fluidized bed banyak digunakan pada kapasitas pembangkit lebih besar dan bahan bakar limbah agroindustri/pertanian, karena alasan salah satunya kandungan klorin yang tinggi limbah agroindustri/pertanian yang korosif terhadap logam. 

Revitalisasi Pengeringan Padi Dengan Gasifikasi Sekam

Pertanian padi yang baik akan melakukan panen padi sebanyak 3-4 kali dalam setahun. Ketika panen padi terjadi pada musim hujan, pengeringan padi hingga siap giling menjadi beras menjadi masalah penting dank arena tanaman padi dalam pertumbuhannya memerlukan banyak air maka kebanyakan panen raya jatuh pada musim penghujan.  Sejumlah daerah di Indonesia juga mempunyai curah hujan yang tinggi sehingga pengeringan gabah semakin sulit. Pada musim penghujan tersebut pengeringan dengan penjemuran di hamparan lantai dan semacamnya membutuhkan waktu 3-4 hari dengan secara berkala tumpukan gabah tersebut dibolak-balik. Pembolak-balikan tumpukan gabah membuat pengeringan lebih cepat dan merata. Biaya produksi untuk proses pengeringan pada musim penghujan tersebut berkisar Rp 150,-/kg gabah kering dan sekitar Rp 50,-/kg gabah kering ketika musim kemarau.

Fixed Bed Paddy Dryer With Gasifier

Continous Paddy Dryer

Pengeringan gabah dengan alat pengering akan membuat pengeringan lebih cepat dan tingkat kekeringan akurat. Waktu pengeringan gabah  membutuhkan 3-6 jam tergantung laju alir udara pemanas, suhu pemanasan dan jumlah gabah yang dikeringkan. Pengering-pengering padi saat ini yang umumnya adalah bantuan pemerintah baik berupa fixed bed dryer  yang bekerja secara batch ataupun continous dryer yang bekerja secara kontinyu atau sinambung. Keduanya dirancang menggunakan bahan bakar minyak (BBM) dan akibat mahalnya BBM yang sehingga biaya produksinya membengkak.  Hal tersebut mengakibatkan hampir semua alat pengering padi tersebut ‘mangkrak’ (tidak beroperasi) dan apabila tidak diatasi maka alat-alat pengering tersebut hanya akan menjadi monument atau besi tua. Modifikasi alat pengering padi dengan gasifikasi berbahan bakar sekam akan membuat penghematan hingga 200-300%, sehingga sangat signifikan terhadap operasional alat pengering padi tersebut dan masalah limbah sekam padi dari penggilingan gabah juga akan teratasi. Biaya produksi pengeringan gabah diperkirakan akan menjadi sekitar Rp 50,-/kg gabah kering atau sama dengan kondisi musim kemarau.

Composition Of Rice husk Producer Gas

Untuk keperluan pengeringan tersebut, gasifier tipe fixed bed model  downdraft (co-current) maupun updraft   (counter-current) sudah memadai. Untuk tipe fixed bed ini, ketinggian reaktor gasifikasi berpengaruh terhadap lama waktu operasi dari gasifier. Semakin tinggi reaktor, maka semakin lama waktu operasinya.  Pemanasan yang seragam dan stabil juga bisa dicapai dengan gasifier  ini, berupa membakar gas sintetik terutama CO dan H2. Energi panas yang dihasilkan dari gasifier merupakan fungsi diameter reaktor dan jumlah udara yang digunakan untuk gasifikasi tersebut. Perbesaran diameter menjadi dua kalinya akan meningkatkan jumlah energinya empat kalinya.  Berdasar pengalaman diameter reaktor 0,4 m memadai untuk pengeringan 4,5 ton gabah basah dan diameter 0,6 m untuk pengeringan  6 ton gabah basah.

Produksi Bahan-Bahan Kimia Dari Gasifikasi Biomasa

Aplikasi gasifikasi biomasa pada umumnya untuk panas (heat gasifier) dan listrik (power gasifier), tetapi gasifier tersebut juga bisa digunakan untuk memproduksi berbagai bahan kimia. Gas CO (karbon monoksida) dan H2 adalah gas-gas utama yang dihasilkan oleh alat gasifikasi biomasa tersebut untuk bahan baku pembuatan bahan-bahan kimia selanjutnya.

Turunan bahan-bahan kimia yang dihasilkan bisa sangat banyak dan beragam tergantung keinginan kita untuk memproduksinya. Green Chemical adalah bahan-bahan kimia yang dihasilkan dari bahan baku terbarukan seperti biomasa. Biomasa adalah satu-satunya bahan terbarukan sebagai sumber karbon yang potensial untuk menghasilkan berbagai bahan kimia.

Seiring menipisnya cadangan minyak bumi dan upaya pencegahan emisi gas-gas rumah kaca yang menyebabkan perubahan iklim dan pemanasan global, green chemical adalah solusi terbaik.

Mungkinkah Sebuah Tipe Gasifier Bisa Untuk Menghandle Semua Jenis Biomasa?

Gambar diambil dari sini

Pernyataan yang sering terdengar dari para pembuat alat gasifier bahwa mereka mengklaim n bahwa semua jenis biomasa, beragam ukuran, bentuk dan kadar air bisa diproses dengan gasifier buatannya yang bertipe downdraft. Jelas ini sebuah pernyataan naïf  yang mencerminkan ketidakpahaman akan teknologi gasifier secara komprehensif, karena setiap bentuk biomasa memiliki masalah yang unik sebelum terbukti bisa diatasi.  

Mengapa gasifier dibuat bermacam-macam tipe seperti downdraft, updraft, crossdraft, fluidized bed dan entrained flow? Salah satu alasanya adalah untuk mampu menghandle berbagai tipe biomasa tersebut secara optimal. Karakteristik biomasa tertentu hanya akan cocok dan optimum dengan tipe gasifier tertentu begitu juga sebaliknya. Pada umumnya biomasa tersebut bisa dikondisikan untuk mencapai prasyarat operasional optimum suatu tipe gasifier. Sebagai contoh gasifier yang banyak digunakan selama perang dunia II menggunakan balok katu keras berukuran 1x2x2 cm3. Sehingga hasil dari design gasifier sangat tergantung dari spesifikasi bahan baku biomasanya. Parameter dasar bahan baku biomasa untuk merancang gasifier antara lain sebagai berikut :

-Ukuran partikel dan bentuk

-Distibusi ukuran partikelnya

-Char durability dan fixed carbon content

-Ash fusion temperature

-Kadar abu

-Kadar air

-Nilai kalor

Masalah prinsip pada gasifier updraft adalah menghindari abu yang meleleh (ash melting), sehingga akan menyumbat angsang (grate). Sedangkan pada gasifier downdraft, char-ash bereaksi CO2 dan H2O, dan tidak berkontak dengan oksigen sehingga karbon biasanya tidak habis seluruhnya. Hasilnya adalah char-ash hitam dengan kandungan karbon 70% hingga 80%. Karbon ini memberikan  tahanan yang bagus terhadap slagging. Tetapi bagaimanapun juga biomasa dengan kandungan abu tinggi akan menyebabkan terjadinya slagging, jika digunakan.

Sehingga pada pembakaran dan gasifier updraft biomasa melalui tingkatan sebagai berikut :

Biomasa à Charcoal à Char-Ash à Ash à Slag

Sedangkan di gasifier downdraft proses ini akan berhenti pada char-ash.

Biomasa pada umumnya memiliki bulk density dari setengah hingga sepersepuluh dari batubara seperti terlihat pada table dibawah. Biomasa dari asalnya umumnya akan terdiri dari berbagai ukuran yang tidak sesuai untuk gasifikasi tumpukan tetap (fixed bed) seperti serbuk gergaji (sawdust), sander dust, shredder fines, jerami dan sabut). Tetapi limbah biomasa tersebut bias digunakan dalam gasifier fixed bed jika terlebih dahulu dipadatkan menjadi pellet atau briket. Hal tersebut menjadikannya bahan bakar yang excellent untuk gasifier dan membuat bahan bakar tersebut disimpan dengan densitas (kepadatan) yang tinggi.

Bulk density berbagai bahan bakar

Sejumlah biomasa mengandung kandungan abu atau pengotor yang tinggi sehingga menyulitkan untuk proses pemadatan/densifikasi (pelletisasi dan pembriketan) karena menyebabkan keausan yang tinggi pada peralatan densifikasi (terutama die) tersebut. Dan juga, proses densifikasi tersebut menambah biaya, sehingga pada akhirnya perbandingan antara bahan bakar akhir dengan berbagai alternative lainnya (seperti bahan bakar lain atau tipe gasifier lainnya). 

Mengapa Banyak Fasilitas Gasifier Yang Tidak Beroperasi?

Ada beberapa faktor yang membuat gasifier tidak beroperasi, antara lain bahan baku (ketersediaan & harga), proses & teknologi produksi, tenaga kerja dan harga energi yang dihasilkan. Umumnya masalahnya adalah kombinasi dari beberapa hal diatas.  Tabel dibawah ini menunjukkan gasifier yang berhenti beroperasi berdasarkan  World Bank Technical Paper Number 296, 1995 :

   A. Bahan baku  (feedstock)

      

      Beberapa hal yang  ditinjau pada aspek bahan baku (umpan/feedstock) gasifier adalah ketersediaan terkait jumlahnya dan kebersinambungannya, kualitas terkait karakteristik spesifik biomasa tersebut misalnya nilai kalor, ukuran, kadar abu, kadar air dan sebagainya, harga bahan baku (umpan/feedstock) itu sendiri apakah kompetitif atau tidak. Wilayah-wilayah pedesaan dan pelosok di Indonesia sangat potensial mengaplikasikan teknologi ini,karena umumnya bahan baku berlimpah, sementara kebutuhan energinya besar sehingga perlu dipenuhi dan sumber energi fossil seperti minyak tanah dan solar sulit didapat dan mahal harganya.

    B. Proses & Teknologi Produksi

Sejumlah pabrikan membuat gasifier cukup rumit sehingga membutuhkan operator yang terlatih dan kompeten untuk pengoperasiannya. Seiring perkembangan teknologi, gasifier juga mengalami banyak modernisasi, dari yang manual, semi-otomatis hingga full otomatis dan computerized. Optimasi antara investasi untuk peralatan gasifikasi, kinerja dan umur alat menjadi penting untuk pemilihan teknologi yang sesuai. Di sejumlah tempat dimana masih banyak tersedia tenaga kerja murah maka tipe manual sampai semi-otomatis sebaiknya dipilih, sedangkan kondisi dimana tenaga kerja berkualitas sulit didapat dan mahal maka teknologi otomatis sebaiknya menjadi pilihan.

Photo diambil dari sini

Dukungan suku cadang, pemeliharaan hingga layanan jual kembali sebaiknya juga diperhatikan oleh pihak pembeli atau pemakai peralatan gasifier. Banyak gasifier yang dirancang lembaga riset lokal dan dibuat oleh pabrikasi lokal. Selain itu banyak juga entrepreneur dan pabrikan lokal juga melakukan perancangan hingga pembuatannya. Tentu ini akan menarik bagi pembeli/pengguna gasifier tersebut karena kedekatan hubungan dan jarak dengan pihak-pihak tersebut membuat pengguna/pembeli semakin mantap dalam mengoperasikan alat gasifier tersebut.

Pada sejumlah proyek di Indonesia, aplikasi gasifier juga melibatkan pihak luar negeri yang member dukungan teknis, operasional hingga finansial.  Model kerjasama ini juga membantu mempercepat alih teknologi asalkan kesepakatan dibuat saling menguntungkan antara kedua belah pihak. Pada aplikasi gasifier kadang kala sejumlah masalah teknis baru akan terlihat atau ditemui setelah sekian waktu operasionalnya. Praktisi gasifier yang berpengalaman akan mengetahui secara detail masalah ini hingga bagaimana solusinya. Sehingga pilihlah jika ingin menggunakan gasifier perhatikan track record atau jam terbang gasifier yang telah beroperasi.

C.  Tenaga Kerja

Tenaga kerja yang terlatih dan kompeten serta bermotivasi tinggi dan disiplin akan menunjang optimalisasi kinerja alat gasifier. Tenaga kerja yang kurang termotivasi hanya membuat kinerja alat gasifier ala kadarnya kadang hanya memberikan sedikit keuntungan bagi  usaha produksi energi dengan alat tersebut. Hal ini terutama akan nampak sekali pada peralatan yang manual dimana peran tenaga kerja sangat dominan. Entrepreneur harus memperhatikan aspek  ini secara baik jika ingin mendapatkan kinerja alat gasifiernya optimal.

      D.  Harga Energi

Akhirnya aspek untung rugi akan menjadi faktor penentu bagi keberlangsungan suatu usaha. Bila kita ingin menjual energi yang dihasilkan dari gasifier maka perhitungan keuntungan didapat dari  harga energi dikurangi seluruh biaya produksinya. Biaya untuk bahan baku, operasional alat, tenaga kerja, depresiasi alat adalah variable-variabel menghitung biaya produksi tersebut. Energi dalam bentuk energi listrik-lah yang umumnya diperjual belikan.  Jika energi dari hasil gasifier tersebut digunakan sendiri maka seberapa besar penghematan penggunaan gasifier dibandingkan bahan bakar fossil adalah keuntungan yang diperoleh.

Kesimpulan :  

Bila Anda berkeinginan ingin mendalami hingga mengaplikasikan teknologi ini, tentunya gambaran yang lengkap sangat dibutuhkan untuk kesuksesan implementasinya. Setelah mengetahui gambaran umum secara menyeluruh selanjutnya calon pengguna alat ini untuk mengadakan evaluasi kesiapannya hingga rencana pengembangannya untuk masa depan. Terlihat dari tabel diatas bahwa fasilitas yang bias beroperasi secara baik dan ada yang berhenti operasi, dengan penyebab sangat spesifik kasus-perkasus. Jika Anda meyakini akan manfaat yang besar pengaplikasian teknologi ini sebuah kata bijak “When there’s a will there’s a way!!!” akan memotivasi kesuksesan Anda.    

Optimalisasi Gasifikasi Biomasa Dengan GCU

Gambar diambil dari sini

Ada 3 macam proses thermal yang dikenal selama ini, yakni pembakaran, gasifikasi dan pirolisis. Perbedaan dari ketiganya bisa ditinjau berdasarkan keberadaan udara/oksigen, temperature dan produk yang dihasilkan. Pirolisis adalah proses thermal yang oksigen/udara sangat dibatasi atau bahkan sampai 0 persen atau hampa udara. Sedangkan pada gasifikasi udara/oksigen dikontrol sampai jumlah tertentu untuk memaksimalkan produk gasnya. Sedangkan pembakaran jumlah udara/oksigen dibuat berlebih sehingga seluruh bahan bakar bisa terbakar sempurna.

Gambar diambil dari sini

Gasifier yang bekerja diantara pirolisis dan pembakaran terutama membutuhkan kontrol yang baik terhadap pemasukan jumlah udara/oksigennya. Kondisi umpan, dan tipe gasifier akan mempengaruhi produk gas yang dihasilkan. Pengontrolan dengan komputer akan menghasilkan akurasi proses yang dihasilkan sehingga kondisi optimalnya bisa diketahui dan dipertahankan. Alat ini bekerja berdasarkan informasi dari sensor-sensor untuk mendapatkan ratio udara-bahan bakar terbaik. Gasifier Control Unit (GCU) seperti dibawah ini yang digunakan untuk mengontrol rasio udara-bahan bakar dalam gasifier.

Photo diambil dari sini

 Gasifier yang bekerja secara kontinyu dengan sejumlah otomatisasi diharapkan memenuhi kebutuhan energi dalam jangka panjang. Sebuah sistem gasifier yang mudah dalam pengoperasian dan handal kinerjanya adalah tujuan dari pemasangan sejumlah instrumentasi tersebut. Sebuah sistem yang terintegrasi dan tersinkronisasi akan meningkatkan performa gasifier secara keseluruhan. Berikut presentasi komersialisasi biomasa gasification untuk pembangkit panas dan listrik.

Gasifikasi Biomasa Untuk Produksi Panas di UKM

Photo diambil dari sini

Sebagian besar teknologi gasifikasi biomasa digunakan untuk menghasilkan panas. Gas dari gasifier ini dapat digunakan sebagai bahan bakar pada berbagai alat-alat pemanas seperti pengering produk-produk pertanian, sumber panas pembuatan batu bata, industri makanan, industri keramik, industri kapur, ataupun pengeringan industri perkayuan. Di negara-negara berkembang seperti Indonesia dapat mengurangi biaya bahan bakar secara signifikan diberbagai lokasi terpencil dan bisa meningkatkan kehandalan supplai bahan bakar pada industri-industri di pedesaan atau komunitas tersebut.

Karena artikel ini fokus pada penggunaan di usaha atau industri kecil dan menengah, hanya reaktor type fixed bed saja yang diulas karena pada skala besar gasifikasi biomasa biasanya akan menggunakan tipe fluidized bed atau entrained flow. Perbedaan dengan reaktor tipe fixed bed sering dikarakterisasi berdasarkan arah alirah gas ke reaktor (updraft, downdraft atau horizontal) atau berturut-turut arah aliran padatan dan gas oksidatornya (co-current, counter-current atau cross-current).  

Pada ketiga tipe reaktor diatas, umpan berupa biomasa dimasukkan dari puncak reaktor dan turun secara perlahan secara gravitasi. Sewaktu bergerak turun, biomasa umpan gasifier tersebut bereaksi dengan udara (the gasification agent), yang disuplai oleh udara dari blower dan dikonversi menjadi gas yang bisa terbakar dalam seri oksidasi yang kompleks, reduksi dan reaksi pirolisis. Abu diambil dari bagian bawah reaktor.

Model updraft gasifier banyak digunakan pada aplikasi ini. Gas yang dihasilkan banyak mengandung ter dari proses pirolisis, abu dan jelaga. Gas yang dihasilkan memang tidak sebersih pada gas yang dihasilkan dari downdraft gasifier, tetapi teknologi ini memiliki toleransi yang besar terhadap penggunaan umpan hingga kadar air tinggi. Aplikasi teknologi ini juga lebih sederhana daripada gasifikasi biomasa untuk bahan bakar mesin hingga produksi listrik atau power gasifier. Sedangkan Gasifier untuk menghasilkan panas ini dikelompokkan dalam heat gasifier.

Beberapa tempat menggunakan model downdraft gasifier untuk memproduksi panas (heat gasifier). Pertimbangan menggunakan model tersebut antara karena umpan (feedstock) yang relatif seragam baik nilai kalor, ukuran, kadar air dan kadar abu, misalnya menggunakan limbah dari industri mebel, yang panas dihasilkan bisa digunakan di industri yang bersangkutan sebagai bagian dari efisiensi energi seperti cotoh disini.

Peluang pemanfaatan teknologi ini juga sangat terbuka mengingat potensi limbah biomasa yang berlimpah dan  kebutuhan energi berupa panas dari UKM-UKM tersebut. Fluktuasi harga bahan baku berupa limbah biomasa dan ketersediaannya hampir bukan masalah serius, apalagi di sejumlah tempat berdekatan dengan pertanian, perkebunan dan kehutanan, yang aktivitas usahanya banyak dihasilkan limbah biomasa.

Bila menggunakan umpan yang nilai kalornya tinggi seperti kayu-kayu keras, tempurung kelapa atau cangkang sawit maka 1 liter bensin atau solar seperti skema diatas akan sama dengan 2,5-3 kg.

Gasifikasi Biomasa Untuk Bahan Bakar Mesin Pada Industri Penggergajian Kayu

Gasifikasi biomasa adalah teknologi yang sudah dikenal lama di dunia dan tetapi belum banyak diaplikasikan di Indonesia. Penggunaan biomasa sebagai bahan bakar terbarukan atau carbon neutral fuel dan termasuk biofuel generasi kedua membuat teknologi ini mempunyai perspektif baru di era kekhawatiran terhadap pemanasan global.Padahal potensi biomasa di Indonesia sangat berlimpah dan potensial untuk mengaplikasikan teknologi ini. Di sisi lain kebutuhan energi diberbagai bidang terus meningkat. Ada beberapa teknologi gasifikasi yang bisa digunakan antara lain downdraft, updraft, fluidised bed dan entrained flow. Untuk mendapatkan kualitas gas yang lebih murni atau sedikit pengotor ter-nya teknologi gasifikasi downdraft-lah yang paling cocok. Bahan baku berupa limbah-limbah kayu dengan ukuran dan kadar air tertentu bisa digunakan sebagai umpan di gasifier tersebut. Perbandingan kualitas gas antara berbagai teknologi gasifikasi tersebut terlihat seperti pada tabel dibawah ini:

 

Tingkat toleransi tiap-tiap mesin juga berbeda-beda. Sehingga tingkat kemurnian gas terhadap pengotor harus diusahakan untuk mencapai grade yang tinggi atau masih dibawah tingkat toleransinya. 

Gasifier untuk menghasilkan tenaga mesin atau listrik ini dikelompokkan sebagai power gasifier. Karena penggunaan gas yang dihasilkan sebagai bahan bakar mesin sehingga grade gasnya harus lebih baik daripada yang langsung dibakar. Diagram proses untuk power gasifier seperti pada skema dibawah ini :

Ditinjau dari komposisi gas yang dihasilkan tiap-tiap gasifier tersebut juga berbeda-beda. Secara umum nilai kalor gas yang dihasilkan cukup kecil yakni bervariasi antara 4.0 dan 6.0 MJ/Nm3 atau sekitar 10 hingga 15% dari nilai kalor gas alam. Bahan baku dan tipe gasifier yang berbeda akan mempengaruhi komposisi gas yang dihasilkan.  Berdasarkan kondisi tersebut sehingga perlu modifikasi mesin yang menggunakan bahan bakar gas dari gasifier ini seperti memperbesar orifice, waktu pengapian dan sebagainya. Tabel dibawah ini

Industri penggergajian kayu di Indonesia akan menghasilkan limbah biomasa sangat banyak. Potensi ini bisa dimanfaatkan untuk pemanfaatan gasifier tersebut. Gasifier tersebut akan menghasilkan gas yang bisa langsung digunakan sebagai bahan bakar mesin bahkan hingga menghasilkan listrik. Dengan inovasi tersebut akan mengurangi pemakaian bahan bakar fossil secara signifikan. Otomatis keuntungan ekonomi lebih besar juga diperoleh dengan mengaplikasikan teknologi ini, setelah diperhitungkan biaya-biaya antara lain investasi alat, operasional,  penyusutan dan output yang didapat.

Photo taken from here

Untuk mendapatkan kualitas gas yang lebih bersih dari pengotor, sejumlah tempat menggunakan arang sebagai umpan gasififier. Arang bisa didapat dari pembuat arang tradisional ataupun dari produsen arang dengan teknologi modern. Arang sebagai residue dari gasifikasi limbah kayu juga bisa di gunakan sebagai umpan gasifikasi arang. Gasifikasi arang juga telah banyak dilakukan. Teknologi ini akan semakin kompetitif ketika bahan bakar fossil mahal akibat cadangannya semakin menipis dan issue lingkungan terkait pemanasan global.