Kebun Energi Sumber Energi Sepanjang Zaman

 “Yaitu (Allah) yang menjadikan api untukmu dari kayu yang hijau, maka seketika itu kamu nyalakan (api) dari kayu itu.” (QS. Yaasin (36) : 80)

 

Matahari diciptakan Allah SWT sebagai sumber energi utama bagi manusia dan makhluk hidup di bumi. Butuh sekitar 8 menit sinar matahari sampai ke bumi dan oleh tumbuhan dikonversi menjadi sumber makanan sehingga bisa dikonsumsi hewan dan manusia. Manusia juga memperoleh makanan dari sumber hewani. Semakin banyak sinar matahari maka semakin banyak pula yang bisa dikonversi oleh tumbuhan melalui proses photosintesisnya. Tanpa matahari, maka tumbuhan mati, hewan mati, manusia mati sehingga tidak akan ada kehidupan di muka bumi. Bahan bakar fossil pada hakekatnya adalah sumber energi dari tumbuhan dan hewan masa lalu. Penambangan serta penggunaan bahan bakar fossil akan melepaskan sejumlah gas rumah kaca (GRK) yang membuat suhu bumi meningkat yang pada level tertentu membahayakan penduduk bumi itu sendiri. Upaya mengatasi hal tersebut yakni dengan penggunaan energi non-fossil dan energi terbarukan sehingga tidak berkontribusi pada peningkatan konsentrasi GRK di atmosfer yang meningkatkan suhu bumi tersebut. 

Dari tumbuhan atau pepohonan bisa langsung digunakan sebagai sumber energi atau bahan bakar yakni kayu bakar. Turunan atau produk-produk energi dari tumbuhan juga sangat beragam dan bisa memenuhi semua kebutuhan manusia baik energi dalam bentuk bahan bakar padat, bahan bakar cair dan bahan bakar gas. Produksi kayu bakar, wood chip, wood briquette, sawdust, torrified biomass hingga charcoal adalah sejumlah produk bahan bakar padat. Sedangkan produksi biooil, bioethanol, biodiesel, renewable diesel / green diesel, dan bioavtur / bio jet fuel adalah sejumlah sejumlah bahan bakar cair. Dan biogas serta bio-syngas adalah bahan bakar gas yang bisa dihasilkan dari bahan asal berupa tumbuhan tersebut. 

Sejumlah teknik konversi yang berbasis fisika, kimia dan biologi dibutuhkan untuk konversi tersebut. Penggunaan spesies tanaman yang sesuai juga dibutuhkan untuk memudahkan konversi tersebut, misalnya untuk produksi bahan bakar padat dibutuhkan sumber biomasa seperti kayu-kayuan, sedangkan jika targetnya bahan bakar cair maka jenis tumbuhan penghasil minyaklah yang perlu diupayakan. Konversi dari bahan bakar padat sehingga menjadi bahan bakar cair maupun gas juga bisa dilakukan tetapi pada umumunya semakin panjang dan rumit proses maka biaya produksinya akan menjadi mahal. Tetapi tetap saja kebun energi adalah basis untuk hal itu semua.

Pengolahan biomasa yang populer dan cukup mudah yakni menjadi wood chip dengan pengecilan ukuran / size reduction lalu wood pellet dan wood briquette melalui pemadatan biomasa / biomass densification. Selanjutnya untuk mengubah biomasa bergula menjadi ethanol dengan fermentasi dan distilasi azeotrop, mengubah biomasa lignin (lignocellulosic biomass) menjadi ethanol dengan reaksi hidrolisis enzimatis diikuti dengan fermentasi dan distilasi azeotrop. Mengubah biomasa kayu-kayuan menjadi bahan bakar dengan proses termal bisa dibakar langsung atau apabila ingin dibuat menjadi arang yakni mengkonsentrasikan fixed carbonnnya yakni dengan pirolisis atau karbonisasi, dan apabila ingin memaksimalkan produk cair / bio-oil / pyro-oil yakni dengan pirolisis cepat serta apabila ingin memaksimalkan produk gasnya yakni dengan gasifikasi. Dan supaya karakteristik biomasa tersebut seperti batubara yang hidrophobik maka dengan proses torrefaksi atau mild-pyrolysis bisa dilakukan. Torrefaksi dan densifikasi biasanya dilakukan bersamaan untuk mengoptimalkan produk bahan bakar biomasa tersebut. 

Dengan gas to liquid (GTL) yakni proses gasifikasi dan diikuti proses Fisher – Tropsch akan bisa dihasilkan bio-ethanol, biodiesel maupun bioavtur / bio jet fuel. Sedangkan dari kelompok tanaman-tanaman yang menghasilkan minyaknya seperti sawit akan bisa dibuat biodiesel terutama dengan proses transesterifikasi ataupun estran (esterifikasi plus transesterifikasi). Bahkan minyak bekas (waste oil) atau minyak goreng bekas / minyak jelantah dan miko / minyak kotor atau PAO (palm acid oil) juga bisa digunakan untuk biodiesel / green diesel tersebut ataupun diolah lebih lanjut menjadi bio-jet fuel / bio-avtur dengan proses HVO / HEFA - SPK (Hydro-processed Esters and Fatty Acids-Synthesized Paraffinic Kerosene) . 

Jadi dari biomasa berasal dari pepohonan pada dasarnya bisa diolah aneka bentuk energi ataupun bahan bahan bakar yang dibutuhkan manusia. Selain digunakan langsung sebagai sumber panas, energi tersebut juga bisa diubah menjadi energi mekanik maupun energi listrik, misalnya kendaraan berbahan bakar biofuel hingga pembangkit listrik biomasa. Jadi sumber energi sepanjang zaman yang tersimpan dalam tumbuh-tumbuhan adalah biomasa ini seperti yang firman Allah SWT dalam ayatnya di atas dan tidak ada keraguan sedikitpun atas hal tersebut. Indonesia sebagai negara tropis adalah “surga” bagi produksi biomasa tersebut karena pancaran sinar matahri sepanjang tahun dan curah hujan memadai serta tanah yang luas. Penyimpanan energi dalam tumbuh-tumbuhan dari sinar matahari tersebut juga diibaratkan seperti baterai yang bisa digunakan kapan saja dan dimana saja untuk lebih detail baca disini.  

Hal lain yang penting diperhatikan untuk pembuatan kebun energi atau kebun biomasa tersebut adalah tentang status lahan yang digunakan. Lahan tersebut harus bukan dari deforestatsi ataupun pengalihan fungsi lahan yang merusak lingkungan. Hutan tanaman industri (HTI) yang memang sesuai peruntukannya bisa dijadikan kebun energi tersebut. Selain itu biomassa untuk memproduksi energi juga dapat dibudidayakan di lahan kritis, atau disebut sebagai lahan yang 'tidak produktif'. Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan (KLHK) memperkirakan bahwa lahan kritis di Indonesia pada tahun 2016 seluas 24,3 juta hektar (Times Indonesia, 2017). Ini adalah wilayah yang sangat luas, dan secara keseluruhan wilayah Indonesia cukup luas untuk menyediakan biomassa bagi produksi energi terbarukan tersebut.  

PAO dan UCO Menjadi Bio-Jet Fuel

Dekarbonisasi telah masuk ke semua lini termasuk sektor transportasi udara. Bahan bakar pesawat terbang juga harus secara bertahap beralih dari bahan bakar fossil ke bahan bakar  terbarukan yang berkelanjutan. Tetapi dekarbonisasi di sektor ini masih lambat yakni saat ini hanya sekitar 0,01% penggunaan bahan bakar terbarukan berkelanjutan atau SAF (Sustainable Aviation Fuel) secara global untuk pesawat terbang tersebut. Penghalang-penghalang tersebut antara lain technological maturity atau kesiapan teknologi, sertifikasi untuk rute-rute proses konversi atau produksi SAF, scale up dan komersialisasi, gap perbedaan harga dengan bahan bakar fossil, dan kompetisi dengan biofuel sektor transportasi darat. Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation (CORSIA) telah mencanangkan pengurangan emisi GRK untuk penerbangan global. Dengan menggunakan baseline pada 2019, diperkirakan sekitar 2,5 milyar ton emisi CO2 perlu di offset / dikurangi dalam rentang tahun 2021-2035 untuk mencapai pertumbuhan carbon neutral. CORSIA juga merencanakan implementasinya dalam tiga phase yakni pilot phase pada 2021 – 2023, phase pertama pada 2024 – 2026 dan phase kedua pada 2027 – 2035. Partisipasi negara-negara anggota bersifat sukarela (voluntary) pada dua phase pertama (2021-2026) dan wajib (mandatory) pada phase 2027 dan seterusnya, kecuali negara-negara yang paling kurang berkembang, negara-negara berkembang kecil dan negara-negara terkurung daratan.

Hingga saat ini, teknologi HVO / HEFA - SPK (Hydro-processed Esters and Fatty Acids-Synthesized paraffinic kerosene) berbahan baku minyak nabati termasuk minyak limbah adalah satu-satunya teknologi paling siap untuk konversi atau produksi SAF tersebut. Saat ini kesiapan teknologi (technology readiness level / TRL) dan kesiapan bahan baku (feedstock readiness level / FRL) pada level 9, artinya paling siap diantara rute teknologi konversi lainnya. Salah satu kelebihan dari teknologi HVO adalalah fleksibilitas penggunaan berbagai feedstock / bahan baku sehingga minyak limbah seperti PAO atau miko dari kolam pabrik sawit dan juga minyak jelantah atau minyak goreng bekas atau UCO (Used Cooking Oil) juga sangat potensial untuk dikonversi menjadi SAF dengan teknologi HVO tersebut. Tetapi faktanya walaupun dengan teknologi HVO bisa langsung dihasilkan SAF tetapi sebagian besar teknologi HVO tersebut digunakan untuk produksi bahan bakar mesin diesel untuk transportasi darat atau biasa disebut green diesel atau renewable diesel. Green diesel atau renewable diesel tersebut berbeda dengan biodiesel atau biodiesel FAME-based yang diproduksi dengan proses transesterifikasi. Dan green diesel atau renewable diesel dari HVO tersebut juga memiliki sejumlah keunggulan dibanding biodiesel FAME tersebut. 

Produksi dengan HVO juga sebenarnya bukan teknologi baru. Secara global ada sejumlah pabrik berteknologi HVO komersial yang berkapasitas besar yang menggunakan bahan baku dari minyak nabati. Pabrik-pabrik terbesarnya yakni Neste di Rotterdam dan Singapore dengan kapasitas 1,28 milyar liter per tahun dan Diamond Green Diesel di Lousiana yang berkapasitas 1,04 milyar liter per tahun. Produksi HVO lebih dekat dengan teknologi pemurnian minyak bumi daripada produksi diesel konvensional. Hal ini sehingga perusahaan minyak dan gas bumi bisa jadi lebih tertarik mengembangkannya daripada perusahaan sawit maupun perusahaan biodisel konvensional. Pabrik-pabrik sawit memiliki bahan baku / feedstock, sedangkan perusahaan minyak dan gas bumi mungkin akan lebih relevan pada pengembangan hilir tersebut karena kesiapan adaptasi teknologi dan  pengembangan produk akhir.

HVO diproduksi dengan hidrogenasi dan hidrocracking minyak nabati maupun lemak binatang menggunakan hidrogen dan katalis pada suhu dan tekanan tinggi. Pada hydroteating process ini, oksigen dilepaskan dari feedstock yang terdiri dari trigliserida dan / atau asam lemak ini. Hal ini akan menghasilkan hidrokarbon rantai lurus (paraffin) dengan berbagai properti dan ukuran molekul tergantung dari karakteristik bahan baku dan kondisi operasi proses yang dilakukan. Konversi ini biasanya melalui dua tahap yakni hydrotreatment lalu diikuti dengan hydrocracking/isomerisasi. Proses hydrotreatment ini biasanya dilakukan pada suhu 300 -390 C dan untuk treatment trigliserida, biasanya akan dihasilkan propana sebagai produk samping. Produk akhir hidrokarbon rantai lurus tersebut bisa disesuaikan sesuai tipe bahan bakar tertentu misalnya bio jet fuel atau SAF ini.  Saat ini HVO adalah biofuel paling umum ketiga di dunia setelah etanol dan biodiesel FAME. 

PAO dihasilkan sebagai limbah atau produk samping pabrik sawit. PAO akan selalu dihasilkan karena pabrik sawit tidakmungkin mempunyai tingkat efisiensi 100% dan semakin tidak efisien pabrik sawit maka semakin besar minyak yang menjadi limbah atau produk samping berupa PAO tersebut. Diperkirakan saat ini ada 1 juta liter PAO di Indonesia dan 0,5 juta liter di Malaysia atau total mencapai 1,5 juta liter. Sedangkan untuk UCO atau minyak jelantah / minyak goreng bekas dengan penggunaan minyak goreng mencapai 1,55 juta ton/tahun dengan asumsi 10% bisa te-recovery sebagai minyak jelantah atau UCO maka dihasilkan 155 ribu ton/tahun. Selain bagian upaya untuk mengatasi limbah baik di pabrik sawit maupun rumah tangga yang mencemari lingkungan tersebut, produksi SAF atau bio-jet fuel tersebut juga telah berkontribusi pada dekarbonisasi sektor transportasi udara. Dengan teknologi HVO / HEFA yang mampu mengolah minyak limbah seperti PAO dan UCO maka semakin banyak PAO dan UCO bisa diolah akan semakin baik. 

Redesign Pabrik Sawit Untuk Produksi IVO : Menggunakan Pirolisis, Gasifikasi atau Biogas ?

Produksi biodiesel / green diesel dengan bahan baku RBD PO terlalu bagus (overspec) dan terlalu mahal, sehingga perlu diganti dengan bahan baku yang lebih murah, yakni IVO (industrial vegetable oil). Untuk maksud tersebut maka perlu merancang ulang (redesign) pabrik sawit sehingga sejumlah produksi ekstraksi TBS menjadi CPO yang dilakukan di pabrik sawit sawit perlu dimodifikasi alur prosesnya. Proses sterilisasi bisa dihilangkan sehingga tidak perlu air untuk produksi kukus demikian juga boiler dan turbine uap untuk produksi listriknya. Unit pengolahan air (water treatment) juga bisa tidak dibutuhkan lagi ataupun bisa tetap dibutuhkan tetapi untuk proses yang berbeda. 

Salah satu hal lain yang penting adalah penyediaan energi khususnya listrik bagi pabrik sawit tipe baru tersebut. Hal ini karena sebagian besar alat yang digunakan di pabrik sawit adalah alat mekanik yang bekerja dengan mengkonsumsi listrik. Sebagai pabrik yang memiliki banyak limbah biomasa tentu bukan hal sulit untuk dilakukan, bahkan selama ini pabrik sawit memproduksi sendiri listriknya dengan membakar fiber dan cangkang sawit di boiler. Tetapi pada pabrik sawit tipe baru dengan konfigurasi berbeda maka bisa saja boiler tidak dibutuhkan atau tetap dibutuhkan tetapi ada perbedaan dengan sebelumnya. Pada dasarnya tentu saja bagaimana mencapai tingkat efisiensi tertinggi dengan proses baru tersebut.

Faktor lainnya adalah bagaimana proses produksi yang baru tersebut juga memberikan manfaat lebih besar bagi industri sawit tersebut misalnya juga dihasilkan produk biochar. Produk biochar tersebut nantinya digunakan pada perkebunan sawit untuk memperbaki kesuburan tanah dan juga sebagai carbon sink dan menyerap gas N2O, yang merupakan gas rumah kaca. Carbon credit dari aplikasi biochar sebagai carbon sink tersebut juga akan memberi penghasilan tambahan bagi industri sawit yang nilainya juga tidak sedikit. Saat ini banyak perkebunan sawit yang berada pada tanah masam atau ber-pH rendah membuat produktivitas sawit rendah sehingga perlu dinaikkan dan juga pada operasional perkebunan sawit biaya pupuk adalah komponen biaya tertinggi, dan untuk itu biochar adalah solusi mengatasi problem tersebut. Dengan tingginya produktivitas TBS dengan treatment tersebut maka pembukaan lahan sawit menjadi tidak diperlukan lagi, sehingga sorotan perkebunan sawit yang membuat deforestasi juga berkurang. 

Untuk produksi listrik selain dengan membakar fiber dan cangkang sawit di boiler, lalu kukus yan dihasilkan menggerakkan steam turbine, cara lain adalah pirolisis dan gasifikasi biomasa. Dengan pirolisis (slow pyrolysis) produksi biochar lebih banyak atau sebagai produk utama. Sedangkan dengan gasifikasi produk biochar lebih sedikit dengan produk gas lebih utama. Biogas dari limbah cair (POME) adalah sumber energi lain yang bisa digunakan. Pada dasarnya tergantung pada tujuan dan kebutuhan, seberapa besar listrik yang dibutuhkan, seberapa besar kebutuhan biochar dan sebagainya. Tetapi dengan luasnya perkebunan sawit yang mencapai puluhan ribu hektar, maka kebutuhan biochar akan sangat besar, sehingga pirolisis akan lebih cocok diterapkan. Dan jika kebutuhan listrik cukup besar, maka listrik dari biogas juga bisa sebagai tambahan selain listrik dari pirolisis.

Bahkan dengan pirolisis tersebut juga akan dihasilkan produk lain yang bermanfaat untuk perkebunan sawit seperti asap cair (liquid smoke). Liquid smoke ini bisa sebagai biopestisida yang aplikasinya bisa menggunakan drone pertanian dengan kecepatan 16 hektar/jam bahkan lebih. Produk biooil dari pirolisis juga bisa digunakan untuk bahan bakar langsung dengan menggunakan burner maupun dimurnikan lebih lanjut menjadi bahan bakar kendaraan. Pembakaran bahan bakar gas ataupun cair akan memberikan emisi lebih bersih pada pabrik sawit dibandingkan pembakaran bahan bakar yang dilakukan selama ini. 

Digestate dari biogas bisa digunakan bersamaan biochar sehingga bisa memberikan hasil maksimal di perkebunan sawit. Dengan stuktur biochar yang berpori maka digestate plus biochar akan menjadi pupuk organik lepas lambat (slow release fertilizer) sehingga penggunaan pupuk akan lebih efisien. Selain itu dengan banyaknya potensi limbah biomasa di industri kelapa sawit juga memungkinkan sejumlah pengembangan usaha terutama apabila ada pasokan energi yang memadai. Sebagai contoh adalah produksi arang aktif (activated carbon) dari cangkang sawit (PKS/palm kernel shell) ataupun pengolahan kernel menjadi minyak kernel (palm kernel oil). Dengan mengoptimalkan semua potensi khususnya limbah biomasa sehingga bisa memberi manfaat ekonomi dan lingkungan, maka industri sawit akan semakin menarik.