Masalah Pemanenan Kayu dari Kebun Energi Kaliandra dan Kandungan Kalium Tinggi Pada Abu Wood Pelletnya : Dua Hal yang Perlu Mendapat Perhatian

Faktor efisisensi produksi dan kualitas produk yang standar dan stabil menjadi mindset industri, tidak terkecuali untuk industri wood pellet dari kebun energi kaliandra. Operasional pemanenan kayu yang dilakukan secara manual membuat efisiensi produksi rendah. Kebutuhan harian yang tinggi untuk bahan baku wood pellet dari kebun energi membutuhkan alat mekanisasi untuk pemanenan kebun kaliandra tersebut. Sedangkan produk wood pellet kaliandra yang kadar abunya mengandung kalium yang tinggi juga membutuhkan treatment tertentu sehingga produk wood pelletnya memenuhi standar untuk pembangkit listrik pada umumnya. Stabilitas kualitas dan kuantitas produksi sangat terkait kualitas peralatan produksi yang digunakan. Dua hal tersebut harus menjadi perhatian penting bagi produsen wood pellet dari kebun energi kaliandra yang berkapasitas besar dan berorientasi export. 

Industri wood pellet dari kebun energi kaliandra adalah hal baru, sehingga belum banyak referensi sebagai rujukan. Sejarahnya atau cikal bakal industri ini berasal dari proyek Kementrian Kehutanan Republik Indonesia saat itu yang membuat industri skala inkubator sebagai percontohan untuk produksi wood pellet dari kebun energi kaliandra yang berlokasi di sekitar bukit Geger, Bangkalan, Madura, Jawa Timur sekitar 12 tahun lalu. Pada saat itu sebenarnya sudah ada beberapa industri wood pellet yang beroperasi tetapi semua pabrik atau industri wood pellet tersebut menggunakan bahan baku dari limbah-limbah industri perkayuan, seperti limbah industri penggergajian, limbah industri barecore, limbah industri kayu lapis dan sebagainya. 

Pohon kaliandra juga bukan tanaman yang baru dikenal oleh masyarakat. Pohon ini sudah banyak ditanam tetapi sebelumnya dengan tujuan berbeda yakni untuk penghijauan, untuk pakan ternak ataupun untuk peternakan lebah madu. Sedangkan untuk tujuan bioenergi atau produksi wood pellet, penanaman pohon kaliandra dalam bentuk kebun energi adalah sesuatu yang baru. Hal itulah mengapa pada tahap awal tersebut pemanenan kayu kaliandra masih dilakukan secara manual dan hal ini menjadi tidak efektif dan efisien pada perkebunan kapasitas besar. Selain itu produk wood pelletnya juga belum dianalisa atau diperiksa secara lengkap / komprehensif sehingga tingginya kandungan kalium / potassium (ash chemistry) pada abunya juga belum terdeteksi. Ketika persyaratan tentang kandungan maksimal dari kalium / potassium harus dipenuhi maka treatment khusus perlu dilakukan. 

Selain itu hal penting yang perlu diperhatikan adalah target jenis-jenis produk yang dihasilkan. Apabila kebun kaliandra tersebut tidak hanya menghasilkan kayu sebagai bahan baku produk wood pellet, tetapi juga mengolah daun untuk pakan ternak maka mekanisme pemanenan sangat berpengaruh. Daun dari kebun kaliandra tersebut juga harus bisa dipanen secara efektif dan efisien atau sama dengan produk kayunya. Hal ini bisa saja misalnya pohon dan daun dipanen bersamaan lalu dibawa ke suatu tempat dan dipisahkan untuk diolah masing-masing. Atau bisa juga produk kayu dan daun tersebut sudah dipisahkan pada saat pemanenan, selanjutnya masing-masing menuju ke unit pengolahan masing-masing. Peralatan yang digunakan juga pasti berbeda sesuai pilihan mekanisme pemanenan tersebut. Sedangkan untuk produk madu dari peternakan lebah yang memanfaatkan nektar kaliandra tidak terpengaruh dalam mekanisme ini, hal ini proses prduksi madu terpisah dan terkait dengan musim perbungaan pohon kaliandra itu sendiri.  

Seiring dengan trend dekarbonisasi dunia, maka prospek kebun kaliandra semakin cerah. Diprediksi akan banyak kebun kaliandra dibuat yang dimaksudkan terutama untuk produksi bioenergi seperti produksi wood pellet tersebut.dan ini sejalan dengan scenario carbon neutral yang mendukung program nett zero emission. Penggunaan wood pellet tersebut terutama untuk bahan bakar di pembangkit listrik batubara melalui mekanisme cofiring. Pada tahap selanjutnya bisa dimungkinkan penggunaan 100% bahan bakar pembangkit listrik tersebut menggunakan wood pellet tersebut (fulfiring). Kandungan kalium / potassium yang tinggi pada umumnya menjadi masalah pada aplikasi untuk pembangkit listrik ini, walaupun memang ada tipe pembangkit listrik yang secara teknis tidak mempermasalahkan kandungan kalium tersebut, tetapi produksi wood pellet dari kaliandra yang rendah kandungan kalium tentu lebih disukai.   

Mengapa Produksi Wood Pellet Kapasitas Besar dari Kebun Energi Kaliandra Belum Terealisasi ?

Sebagai negara tropis yang memiliki luas tanah terbesar di Asia Tenggara potensi untuk bahan bakar atau energi tebarukan dari biomasa khususnya wood pellet sangat potensial dan menjanjikan. Untuk menjaga kestabilan volume produksi kapasitas besar dan kontinuitasnya maka produksi wood pellet tersebut harus menggunakan bahan baku dari kebun energi atau kebun biomasa. Kebun energi dari tanaman rotasi dan pertumbuhan cepat (short rotation coppice & fast growing species) dari kelompok legum seperti kaliandra merah (Calliandra calothyrsus) telah menjadi perhatian cukup lama, tetapi mengapa produksi wood pellet kapasitas besar tersebut hingga saat ini belum terealisasi atau belum ada industri yang merealisasikannya ? Dibawah ini bisa jadi dua faktor utama penyebab hal tersebut :

1. Kualitas wood pellet kaliandra 

Karakteristik tanaman rotasi dan pertumbuhan cepat kelompok legum tersebut memiliki kandungan potassium / kalium dan sodium / natrium (K+Na) cukup tinggi pada kayunya. Potassium / Kalium memiliki sifat berupa titik leleh rendah sehingga akan bermasalah pada alat penukar panans (heat exchanger) di boiler pembangkit listrik pada umumnya. Kandungan potassium / kalium yang tinggi tersebut menyebabkan penggunaannya tidak cocok pada pembangkit listrik pada umumnya, yakni yang menggunakan pulverized combustion. Kaliandra merah (Calliandra calothyrsus)  secara khusus demikian juga, sehingga dengan kapasitas produksi besar  maka produk wood pellet yang berorientasi export tersebut perlu ditingkatkan kualitasnya dengan menurunkan kandungan terutama kalium dan natrium (K+Na) tersebut. 

Proses penurunan K + Na yang merupakan bagian ash content tersebut dilakukan dengan proses pencucian (leaching / washing). Unit ini menjadi perlu ditambahkan pada proses produksi wood pellet dari kaliandra merah tersebut.  Proses tersebut selain membuat kayu kaliandra bahan baku wood pellet menjadi lebih basah juga menghasilkan air limbah (waste waster). Hal ini akan menambah biaya produksi wood pellet kaliandra merah tersebut. 

Walaupun bisa saja proses leaching / washing tersebut tidak dilakukan sehingga wood pellet yang dihasilkan masih memiliki kandungan K + Na cukup tinggi juga masih berpotensi digunakan untuk pembangkit listrik tipe tertetu seperti yang berteknologi fluidized bed dan stoker. Tetapi tipe teknologi pembangkit listrik tersebut memang tidak sebanyak penggunaan teknologi pulverized combustion. Supaya penerimaan pasar untuk produksi wood pellet kaliandra besar atau bisa digunakan pada semua tipe pembangkit listrik maka sebaiknya proses leaching / washing tersebut perlu dilakukan.  

2. Pemanfaatan hanya bagian tertentu (parsial) dari tanaman, dan tidak menyeluruh (whole tree utilization) 

Ketika hanya memanfaatkan kayu saja untuk produksi wood pellet, berarti hanya sebagian saja dari tanaman yang dimanfaatkan (parsial) atau ada bagian lain dari tanaman tersebut yang tidak dimanfaatkan yakni daun dan bunga. Padahal dari kedua bagian tanaman ini akan mampu memaksimalkan pendapatan atau kentungan yang membuat daya dorong untuk akselerasi realisasi produksi wood pellet berkapasitas besar dari kebun energi tersebut. Besar biaya tambahan yang dikeluarkan untuk proses leaching / washing akan terkompensasi dengan pendapatan / keuntungan dari pengolahan daun dan pemanfaatan bunga.   

Daun kaliandra yang memiliki kandungan protein tinggi diolah menjadi pakan ternak khususnya menjadi tepung ataupun juga dipelletkan menjadi pellet pakan (feed pellet). Sedangkan dari bunga yakni nektarnya sebagai pakan lebah madu dengan peternakan lebah untuk menghasilkan madu kaliandra. Dengan memaksimalkan potensi dari seluuh bagian tanaman (whole tree utilization) kaliandra tersebut sehingga dihasilkan berbagai produk (multiple products) tersebut sehingga daya dorong untuk akselerasi realisasi produksi wood pellet kapasitas besar dari kebun energi semakin kuat.  

Salah satu bentuk syukur terhadap nikmat Allah SWT berupa negara beriklim tropis dengan tanah yang luas adalah memanfaatkannya secara berwawasan lingkungan dan berkelanjutan. Daerah tropis seperti Indonesia adalah “surga” bagi produksi biomasa, khususnya menjadi energi biomasa (bioenergy) berupa wood pellet tersebut. Optimalisasi potensi ini khususnya dengan produksi wood pellet kapasitas besar dan produk-produk tambahannya bisa menjadi rahmat dan anugerah yang mensejaherakan sekaligus sebagai solusi masalah iklim global (carbon neutral fuel).  Dan pada dasarnya juga dibutuhkan business judgement dari sisi pengusahanya sehingga pengusaha tersebut berani memutuskan untuk eksekusi peluang usaha ini.  

EFB Pellets dengan Potassium (K) dan Chlorine (Cl) Rendah Untuk Pembangkit Listrik

Pabrik-pabrik sawit yang memiliki excess energy khususnya energi listrik akan lebih leluasa untuk mengembangkan bisnisnya. Kelebihan energi listrik tersebut bisa saja berasal dari produksi listrik yang berasal dari pemanfaatan biogas. Limbah cair (pome) dari pabrik sait adalah bahan baku untuk produksi biogas tersebut. Pabrik sawit dengan kapasitas produksi 30 ton TBS/jam akan mampu menghasilkan listrik 1 MW dan demikian seterusnya. Salah satu produk yang bisa diolah dari pemanfaatan limbah padat sawit sekaligus juga pengembangan usaha tersebut dengan memanfaatkan excess energy tersebut adalah pellet tankos atau EFB Pellet. Dengan tinggi harga cangkang sawit atau PKS dan wood pellet, maka daya dorong atau kebutuhan EFB pellet semakin meningkat. Kesadaran global terkait dekarbonisasi atau CO2 removal (CDR) atau CO2 reduction adalah daya dorong utamanya.

Selain itu produksi EFB pellet juga bisa dilakukan oleh perusahaan tersendiri dengan membeli bahan baku tankos atau EFB dari pabrik-pabrik sawit. Dengan kondisi di Indonesia dimana masih sangat sedikit pabrik-pabrik sawit yang memiliki unit biogas sehingga ada suplai listrik dan bisa mengolah EFB menjadi EFB pellet, maka EFB masih banyak yang belum dimanfaatkan dan menjadi limbah yang mencemari lingkungan. Hal ini membuat perusahaan produsen EFB pellet tidak perlu kuatir terhadap pasokan bahan baku EFB atau tankos tersebut. Bahkan karena jumlah atau volume EFB atau tankos sangat banyak, pabrik EFB pellet akan kewalahan terhadap melimpahnya bahan baku tersebut.  

Tetapi karena kandungan EFB atau tankos (ash chemistry) yang tinggi akan potassium dan chlorine maka penggunaan EFB pellet menjadi terbatas atau hanya bisa digunakan pada tipe pembangkit listrik tertentu khususnya stoker dan fluidized bed. Padahal sebagian besar pembangkit listrik saat ini menggunakan teknologi pulverized combustion. Hal tersebut sehingga kandungan kimia abu pada tankos atau EFB harus dibuat seramah mungkin dengan boiler khususnya yang berteknologi pulverized combustion tersebut. Hal tersebut bisa dilakukan sehingga kandungan kimia abu berupa potassium  (K) dan chlorine (Cl) hanya skurang dari 2000 ppm. Potasium atau kalium (K) dengan titik leleh rendah menyebabkan terjadinya deposit atau kerak pada pipa penukar panas (Heat Exchanger) di boiler sehingga efisiensi pertukaran panas menurun sedangkan chlorine (Cl) bersifat korosif sehingga memperpendek umur pakai peralatan. Treatment yang dilakukan bahkan sukses mengurangi K dan Cl hingga 80% sehingga masalah pengotoran (fouling thickness) dan korosivitas juga berkurang 80%.  Dengan jumlah pabrik sawit di Indonesia yang mencapai sekitar 1000 unit tentu jumlah tankos atau EFB yang bisa diolah menjadi EFB pellet juga sangat besar.  

SNI Pellet Biomasa dan Kebun Energi

SNI (Standard Nasional Indonesia) untuk produk pellet biomasa Indonesia telah keluar dan resmi digunakan sejak akhir 2020 atau tahun lalu. Tujuan utama penerapan SNI pellet biomasa tersebut adalah untuk merespon program cofiring pada PLTU-PLTU milik PLN. Dengan program cofiring tersebut maka bahan bakar terbarukan khususnya pellet biomasa digunakan sebagai campuran bahan bakar utama yakni batubara. Rasio penggunaan bahan bakar terbarukan berupa biomasa tersebut juga masih kecil yakni berkisar 1-5% atau setara bahan bakar biomasa 9-12 juta ton/tahun. Total PLTU sebagai target cofiring adalah 114 unit yang tersebar di 52 lokasi dengan kapasitas total 18.154 MW dengan target diselesaikan pada tahun 2024. Pellet biomasa yang ada di Indonesia saat ini hampir semua adalah pellet kayu (wood pellet) yang produksinya semua juga menggunakan limbah-limbah penggergajian kayu ataupun industri pengolahan kayu. Dalam istilah lain jika merujuk pellet kayu (wood pellet) maka hal itu pasti merupakan pellet biomasa sedangkan jika merujuk istilah pellet biomasa maka hal tersebut belum tentu pellet kayu (wood pellet), tetapi bisa saja pellet dari limbah-limbah pertanian (agro-waste pellet), untuk lebih jelas baca disini.  Limbah-limbah pertanian yang jumlahnya melimpah di Indonesia juga potensial sebagai bahan baku pellet biomasa tersebut seperti sekam padi, tandan kosong kelapa sawit, sabut kelapa dan sebagainya. Dibawah ini tabel untuk SNI pellet biomasa tersebut :

 

 

Kebun energi bisa merupakan sumber biomasa kayu-kayuan yang dirancang khusus untuk produksi energi atau secara spesifik untuk bahan baku produksi pellet biomasa atau wood pellet tersebut. Dengan kebun energi kapasitas produksi besar dan jaminan pasokan yang baik lebih bisa dicapai. Produksi wood pellet dari kebun energi membutuhkan waktu lebih lama karena perlu menyiapkan dan membuat kebun energi tersebut serta menunggu beberapa tahun hingga kayunya siap panen dan diolah lanjut menjadi wood pellet tersebut. Kaliandra dan gamal / gliricidia adalah 2 spesies tanaman jenis rotasi cepat dan trubusan (coppice) yang banyak dipilih karena keunggulannya tersebut. Hal lain yang sangat penting diperhatikan adalah nilai kalor dan produktivitas kayu per hektarnya yang tinggi. Tetapi ada sedikit kekurangan jenis kayu tersebut adalah kandungan kalium (potassium)  yang cukup tinggi. Hal itu membuat penggunaannya lebih terbatas teruatama pembangkit listrik dengan teknologi pulverized combustion (PC). 

Berdasarkan ujicoba yang dilakukan dengan kayu kaliandra dari lereng Merapi, Jawa Tengah; Bangkalan, Madura dan Aceh ternyata kadar kalium rata-rata di atas 1000 ppm (0,1%). Memang karakteristik tanaman rotasi cepat cenderung menghasilkan kayu dengan kadar kalium (potassium) lebih tinggi. Sedangkan dari tanaman buah-buahan, pohon pisang juga memiliki kandungan kalium yang tinggi. Kalium ini memiliki titik leleh rendah dan menyebabkan pengotor (fouling) pada pipa-pipa penukar panas (heat exchanger) sehingga menurunkan efisiensi pembangkit listrik tersebut. Sedangkan senyawa klorin adalah senyawa lain yang juga perlu diperhatikan karena korosif pada suhu tinggi, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Dan memang secara umum ada perbedaan signifikan tentang kimia abu (ash chemistry) antara biomasa dan batubara. Tetapi dengan rasio cofiring 1-5% pembangkit listrik umumnya tidak melakukan modifikasi peralatannya atau lebih khusus pada PC yang paling sensitif dengan masalah kimia abu, karena prosentase cofiring yang masih rendah.  

Dengan kadar rata-rata di atas 1000 ppm (0,1%) dan masih jauh dari 50.000 ppm (5%) maka tidak ada masalah untuk kayu-kayu dari kebun energi diproduksi menjadi wood pellet tersebut dan menyuplai PLTU-PLTU di Indonesia sesuai SNI tersebut. Tetapi jika tersebut di export ke mancanegara khususnya Jepang dan Korea maka pembangkit listrik tipe circulating fluidized bed (CFB) dan stoker adalah pangsa pasar terbaik dan tipe PC yang lebih terbatas. Dengan luasnya lahan tersedia dan iklim tropis Indonesia harus semakin menggalakkan kebun energi baik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri maupun pasar export. Program kebun energi tersebut juga secara tidak langsung mendorong sektor peternakan ruminansia, untuk lebih detail baca disini.

Kalium dan Klorin, 2 Unsur Perlu Perhatian Lebih Pada Wood Pellet

Sebagian besar pembangkit listrik saat ini menggunakan teknologi pulverized combustion yang beroperasi pada temperatur lebih dari 1400 C. Tingginya suhu operasi tersebut membuat persyaratan untuk bahan bakar yang digunakan cukup ketat, artinya tidak semua bahan bakar langsung bisa diterima. Bahan bakar pembangkit listrik tersebut standarnya dirancang dengan menggunakan batubara, sehingga apabila menggunakan bahan bakar biomasa bisa jadi akan membutuhkan modifikasi. Pada rasio cofiring kecil misalnya 5% pembangkit listrik tersebut besar kemungkinan bisa beroperasi secara standard tanpa modifikasi. Pertanyaan besarnya : mengapa pembangkit listrik teknologi pulverized combustion yang kapasitasnya bisa ratusan bahkan ribuan MW tersebut tidak langsung bisa menggunakan biomasa hingga 100% tanpa kendala? Hal itulah yang akan coba kita ulas pada tulisan dibawah ini. 

Perbedaan utama bahan bakar biomasa dengan batubara ditinjau dari pembangkit listrik tersebut adalah kimia abunya. Kimia abu batubara tersusun bahan anorganik yang memiliki titik leleh sangat tinggi dan cenderung tidak korosif terhadap logam-logam pada suhu tinggi. Hal ini membuat secara teknis bahan bakar batubara lebih friendly terhadap pembangkit listrik berteknologi pulverized combustion. Walaupun ditinjau secara lingkungan bahan bakar batubara kurang bersahabat karena fly ash banyak, limbah abunya tergolong B3 dan emisi SOx menyebabkan terjadinya hujan asam. Sedangkan tinjauan dari perubahan iklim dan pemanasan global, jelas batubara merupakan bahan bakar fossil dan merupakan carbon positive sehingga meningkatkan konsentrasi CO2 yang merupakan gas rumah kaca di atmosfer. Banyak negara saat ini yang dalam kebijakannya mengurangi bahkan menghilangkan penggunaan batubara.

Sedangkan bahan bakar biomasa memiliki kandungan kimia abu yang terdiri bahan anorganik yang memiliki titik leleh rendah dan cenderung korosif sehingga menjadi hambatan bagi teknologi pulverized combustion tersebut. Kalium adalah salah satu unsur kimia abu dalam biomasa yang menjadi sorotan utama, hal ini karena kalium memiliki titik leleh rendah dan dalam sejumlah biomasa jumlahnya cukup banyak. Abu kalium yang meleleh tersebut akan menutupi dan terdeposit pada pipa-pipa penukar panas pada boiler pembangkit tersebut. Deposit tersebut membuat efisiensi transfer panas menurun sehingga konsumsi bahan bakar akan meningkat. Hal tersebut diindikasikan dari temperatur cerobong meningkat yang berarti terjadi kehilangan panas yang besar. 

Mekanisme reaksi kimia korosi klorin

Unsur lain yang menjadi sorotan utama selain kalium yakni klorin. Klorin ini korosif dan ibarat hantu bagi pembangkit listrik pulverized combustion tersebut. Sifat korosif tersebut akan memperpendek umur pakai atau umur operasi pembangkit listrik tersebut, misalnya dengan kandungan klorin tinggi pada bahan bakarnya maka membuat umur operasi pembangkit listrik menjadi setengah atau seperempat dari yang seharusnya. Tentu saja hal tersebut sangat merugikan, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Di samping kedua hal diatas yang dianggap tidak menguntungkan dari penggunaan bahan bakar biomasa, tetapi seiring masalah kerusakan lingkungan berupa perubahan iklim dan pemanasan global, maka bahan bakar biomasa menjadi solusi masalah tersebut. Hal tersebut karena bahan bakar biomasa merupakan energi terbarukan , berkesinambungan (sustainable), carbon neutral dan berbagai manfaat lingkungan lainnya.

Bahan bakar biomasa yang sangat populer hari ini adalah wood pellet. Ketika ternyata wood pellet yang merupakan bahan bakar biomasa mengandung kalium (potassium) dan klorin tinggi maka menjadi kurang diminati bahkan ditolak oleh pembangkit listrik pulverized combustion tersebut. Para produsen wood pellet harus memperhatikan masalah ini jika segmen pasarnya pembangkit listrik. Memastikan produk wood pellet dengan kandungan klorin dan potassium sesuai persyaratan teknisnya menjadi keharusan para produsen tersebut. Ketika wood pellet terlanjur telah diproduksi tetapi spesifikasinya tidak bisa memenuhi persyaratan, maka perlu mengubah pasarnya atau memperbaiki kualitas wood pelletnya.

Pada dasarnya untuk mengatasi kandungan klorin dan potassium (kalium) tersebut bisa dengan dua cara yakni dari sisi produksi wood pelletnya maupun dari sisi penggunanya. Produsen wood pellet bisa memilih bahan baku yang bisa memenuhi spesifikasi yang diminta atau bahkan melakukan sejumlah treatment sehingga spesifikasinya bisa tercapai. Sedangkan dari sisi penggunanya yakni dengan menggunakan teknologi pembangkit listrik dengan suhu operasi lebih rendah sehingga masalah kalium dan klorin bisa direduksi bahkan dieliminasi. Teknologi pembangkit listrik dengan fluidized bed dan gasifikasi bisa sebagai solusi hal tersebut.