Kadar Abu dan Kualitas Wood Pellet grade Premium

 

Dibandingkan wood pellets untuk industri (industrial pellets) yang memiliki spesifikasi lebih longgar khususnya pada kadar abu yang bisa mencapai 6% sedangkan wood pellet grade pemium yang penggunaannya untuk pemanas ruangan memiliki spesifikasi lebih ketat terutama kadar abu maksimal 1%. Wood pellet grade premium umumnya juga memiliki ukuran diameter 6 mm sedangkan industrial pellets umumnya berukuran 8 mm. Warna atau tampilan wood pellet grade premium juga berpengaruh, dimana warna cerah umumnya lebih disukai. Hal inilah yang membuat wood pellet grade premium wajar memiliki harga yang lebih mahal. Kebutuhan wood pellet grade premium akan meningkat penggunaannya pada musim dingin karena terkait kebutuhan pemanas ruangan pada musim dingin tersebut.  

Terkait kadar abu (ash content) bahkan sejumlah standard menetapkan kadar abu yang lebih rendah dari 1%, seperti DIN Plus maksimal 0,5% lalu ENPlus-A1 maksimal 0,7% dan  Ö NORM M7135  yang mempersyaratkan maksimal 0,5%. Hal ini sehingga kontrol pemilihan bahan baku dan treatment ketat diterapkan dalam produksi wood pelletnya sehingga memenuhi spesifikasi tersebut. Walaupun mungkin secara kimia abu (ash chemistry) untuk  wood pellet grade premium tidak seketat pada industrial pellet karena operasional aplikasinya pada suhu lebih rendah, tetapi produksi wood pellet dengan ash content sangat rendah tersebut membutuhkan kualitas bahan baku yang tinggi. 

Pada wood pellet grade premium tersebut perbedaan kadar abu sedikit saja ternyata berdampak pada perbedaan harga jual yang cukup signifikan, sebagai contoh pada wood pellets dengan ash content maksimal 0,55% dengan wood pellet dengan ash content maksimal 0,35% bisa terpaut harga sekitar USD 30/ton-nya. Dan karena penggunaannya untuk pemanas ruangan maka pada umumnya wood pellet grade premium menggunakan kemasan plastik kecil seperti kemasan 15 kg, sedangkan pada tipe industrial pellet biasa dalam kemasan jumbo bag atau bahkan curah karena alasan volumenya kebutuhan jauh lebih besar.  

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.   

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.

Debarking dari Kayu Kebun Energi, Perlukah?

Mesin Debarking

Target pasar wood pellet adalah hal penting yang perlu diperhatikan. Apabila pembangkit listrik adalah pasar utama wood pellet tersebut, maka standar kualitas produk wood pellet mengikuti teknologi yang digunakan pembangkit listrik tersebut. Sedangkan apabila wood pellet untuk rumah tangga yang menginginkan kualitas premium maka wood pellet yang diproduksi juga mengikuti standar kualitas tersebut. Pasar wood pellet untuk pembangkit listrik membutuhkan besar, berbeda dengan pasar wood pellet untuk rumah tangga yang dijual dengan kemasan kecil atau pasar retail. Teknologi pembangkit listrik juga perlu dicermati sehingga wood pellet yang diproduksi bisa terserap semuanya. Teknologi pulverized dan fluidized bed combustion adalah teknologi yang paling banyak digunakan untuk pembangkit listrik. Pada teknologi pulverized combustion pada umumnya wood pellet tidak bisa digunakan 100% (kecuali dengan sejumlah modifikasi), sedangkan teknologi fluidized bed bisa menggunakan wood pellet maupun biomass pellet dari berbagai bahan baku. 

Apa itu debarking ? Mengapa perlu debarking ? Debarking adalah pemisahan kulit dari batang kayu, dengan tujuan untuk menurunkan kadar abu. Hal itu berarti bahwa jika kadar abu dari batang kayu dengan kulit tersebut bisa diterima oleh pengguna maka tentu saja debarking tidak perlu dilakukan. Untuk pembangkit listrik biasanya bisa menerima wood pellet sampai dengan kadar abu 2%  untuk standard pellet dan 6% untuk utility pellet. Sedangkan jika pengguna menghendaki produk wood pellet dengan kadar abu sangat rendah, premium pellet (kurang dari 1%), maka debarking wajib dilakukan. Spesies kayu yang digunakan juga berpengaruh terhadap kadar abu tersebut. Kebun energi hampir semua menggunakan tanaman rotasi cepat dan trubusan seperti gliricidia dengan kadar abu lebih dari 1% sehingga lebih sesuai untuk pembangkit listrik dan tidak perlu debarking. 

Pembangkit Listrik Fluidized Bed di Jepang

Hal lain yang perlu diperhatikan adalah kimia abu. Kandungan potassium dan klorin pada abu tersebut adalah titik kritis yang perlu mendapatkan perhatian. Tanaman rotasi cepat pada umumnya memiliki kandungan potassium cukup tinggi daripada biomasa kayu pada umumnya. Hal tersebut membuat penggunaan pada pembangkit listrik khususnya pulverized combustion semakin dibatasi pada aplikasi cofiring. Sedangkan pada fluidized bed combustion karena suhu operasi lebih rendah maka bisa ditolerir dan dianggap tidak menimbulkan masalah. Hal tersebut berarti wood pellet dari kayu kebun energi kompatibel dengan pembangkit listrik biomasa dengan teknologi fluidized bed dan bisa digunakan untuk cofiring dengan prosentase tertentu untuk pulverized combustion.

Abu Pembakaran Limbah Sawit Sebagai Biomaterial Konstruksi Beton

Cangkang dan sabut kelapa sawit biasa digunakan untuk bahan bakar pada pabrik kelapa sawit untuk produksi listrik dan steam untuk sterilisizer. Hasil samping dari pembakaran berupa abu banyak dihasilkan oleh proses tersebut. Suatu pabrik sawit bisa menghasilkan 5 ton/hari atau lebih abu tersebut tergantung jumlah yang dibakar karena kadar abu rata-rata dari limbah sawit tersebut berkisar 5%. Sebagian besar pabrik sawit tidak memanfaatkan abu sisa pembakaran tersebut tetapi hanya membuangnya begitu saja. Padahal abu tersebut sebenarnya bisa dimanfaatkan untuk berbagai keperluan salah satunya yakni sebagai biomaterial pengganti pasir pada berbagai proyek konstruksi bangunan. Lokasi-lokasi pabrik-pabrik sawit atau masyarakat sekitar yang berada di pedalaman banyak yang kesulitan mendapatkan pasokan pasir untuk pembuatan berbagai bangunan, sehingga dengan adanya abu tersebut sebagai subtitusi pasir maka akan terbantu.

Unit boiler pada pabrik sawit

Saat ini juga sejumlah industri dalam negeri telah mulai menggunakan bahan bakar biomasa, sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan. Cangkang sawit atau PKS (palm kernel shell) adalah salah satu bahan bakar biomasa favorit saat ini. Salah satu hal yang menarik dari cangkang sawit adalah sifat-sifatnya yang mirip dengan wood pellet, tetapi dengan harga yang lebih murah. Abu dari cangkang sawit tersebut sama halnya dengan abu dari pabrik sawit juga bisa digunakan untuk subtitusi pasir untuk berbagai proyek konstruksi bangunan. Lokasi industri-industri yang berada di perkotaan sehingga pemanfaatan abu tersebut juga bisa sejalan dengan berbagai konstruksi pembangunan kota tersebut seperti pembangunan jalan, gedung-gedung bertingkat dan landasan pesawat terbang. Walaupun abu tersebut tidak bisa menggantikan 100% pasir tetapi akan cukup membantu menghemat biaya dengan sekitar 25% disubtitusi dengan abu tersebut.

Kandungan Senyawa Utama Dalam Pasir

Kandungan Senyawa Utama Abu Kerak Boiler (Bottom Ash)

 Abu cangkang kelapa sawit sendiri mengandung silika yang tinggi yakni sekitar 60%, sedangkan campuran abu dari cangkang dan sabut kelapa sawit pada tungku boiler mengandung SiO2 sekitar 30%. SiO2 berfungsi sebagai bahan pengisi pada pembuatan beton yang akan berpengaruh dalam kekuatan beton.Sedangkan komposisi kandungan senyawa utama pada pasir terlihat bahwa SiO2 mempunyai komposisi yang relatif besar. Lumpur dalam pasir adalah pengotor sehingga kadar lumpur pada pasir tidak boleh melebihi 5%. Kadar lumpur yang lebih dari 5% mengakibatkan ikatan hidrogen pasta semen dan pasir berkurang akibat pengaruh lumpur sebagai pengotor.Abu kerak boiler dapat digunakan sebagai bahan pengganti pasir dalam pembuatan beton karena memiliki senyawa yang berperan dalam pembuatan beton. Jika hendak digunakan sebagai bahan subtitusi semen, suatu material haruslah mengandung senyawa kapur dalam jumlah yang relatif besar karena pada dasarnya semen berfungsi sebagai pengikat dan yang terutama menjalankan fungsi tersebut adalah senyawa kapur. Kandungan SiO2,Al2O3, dan CaO yang terkandung pada abu kerak boiler yang diperlukan dalam pembuatan beton.

Hasil massa jenis abu sebesar 2,11 g/cm3, lebih rendah dari massa jenis yang dimiliki pasir. Menurut ASTM C128-93, massa jenis yang baik untuk pembuatan beton di atas 2,50 % sehingga termasuk agregat kasar. Nilai penyerapan air yang dihasilkan abu kerak boiler memenuhi syarat mencegah atau mengurangi rongga kosong dalam beton. Batas maksimum kandungan SiO2 yang terdapat pasir untuk pembuatan beton berkisar 30%, sehingga abu kerak boiler ini termasuk dalam agregat yang baik dan memenuhi standar pengganti parsial pasir. Berdasarkan komposisi kandungan kimia, abu kerak boiler lebih unggul dibandingkan pasir karena CaO dalam abu berperan membantu semen sebagai bahan pengikat. Demikian pula Al2O3 sangat berpengaruh dalam mempercepat pengerasan pada beton.

Comprehensive concrete strength tester

Apabila dihitung potensinya abu dari limbah sawit tersebut juga cukup besar potensinya. Katakan dengan 1000 pabrik sawit yang beroperasi di Indonesia dengan masing-masing pabrik menghasilkan 5 ton/hari abu maka sehari 5000 ton abu atau sebulan 150.000 ton abu. Sedangkan kelebihan cangkang sawit dari pabrik sawit yang bisa dimanfaatkan oleh industri lain di Indonesia diperkirakan mencapai 11 juta ton yang berarti potensi abu yang bisa dihasilkan yakni 550 ribu ton. Di samping itu perbedaan antara abu dari limbah sawit yang tergolong abu biomasa dengan abu batubara adalah abu cangkang tidak termasuk limbah B3 sehingga handling lebih mudah sedangkan abu batubara termasuk limbah B3 yang handlingnya lebih sulit. Abu cangkang sawit juga berasal dari biomasa yang merupakan sumber terbarukan (renewable resource) sedangkan batubara dari kelompok non-renewable resource.

Referensi : Pemanfaatan Abu Kerak Boiler Hasil Pembakaran Limbah Kelapa Sawit SebagaiPengganti Parsial Pasir pada Pembuatan Beton

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. 

Teknologi Hydrothermal Carbonisation, Cocok Untuk Meng-upgrade EFB

Berbagai upaya dilakukan untuk meningkatkan kualitas bahan bakar biomasa sehingga bisa digunakan khususnya pada pembangkit-pembangkit listrik yang ada. Pembangkit-pembangkit listrik adalah pengguna bahan bakar biomasa terbesar saat ini disamping juga sebagai salah satu target utama untuk pengurangan emisi dengan bahan bakar terbarukan atau carbon neutral fuel. Karakteristik bahan baku dan teknologi pembangkit listrik menjadi pertimbangan penting penentuan teknologi proses produksi bahan bakar tersebut. Industri kelapa sawit dengan jumlah produsen CPO berjumlah ribuan (Indonesia dan Malaysia) dan luas perkebunan sawit 12 juta hektar di Indonesia serta 5 juta hektar di Malaysia menjadikannya sebagai target sumber bahan baku biomasa. Pada industri kelapa sawit jumlah biomasa yang dihasilkan jauh lebih banyak daripada minyak atau CPO sebagai produk utamanya, yakni 10% minyak dan 90% biomasa seperti ilustrasi dibawah ini. 

 

 Setelah sebelumnya cangkang sawit atau palm kernel shell (PKS) menjadi bahan bakar andalan dan dicari untuk pembangkit listrik karena propertiesnya sangat sesuai khususnya yang menggunakan fluidized bed combustion (FBC) , nah selanjutnya tandan kosong sawit atau EFB yang jumlahnya sangat berlimpah dan belum banyak dimanfaatkan menjadi target berikutnya untuk sumber bahan bakar biomasa. Kalau PKS sudah bisa langsung digunakan (hanya sedikit pembersihan) oleh pembangkit listrik, maka untuk EFB perlu pengolahan dulu karena kadar air, ukuran, bentuk dan kadang kala sifat-sifat kimianya. EFB memiliki kandungan chlorin dan potassium yang tinggi sehingga tidak semua pembangkit listrik cocok dengan bahan bakar tersebut. Apabila EFB dibuat menjadi EFB pellet maka pembangkit FBC seperti yang digunakan PKS bisa menggunakannya tetapi untuk jenis pulverized tidak cocok, karena kandungan chlorin dan potassium yang tinggi tersebut. 

Kondisi seperti itu memunculkan inovasi sehingga EFB bisa dijadikan bahan bakar yang cocok untuk pembangkit listrik berteknologi pulverized yang banyak digunakan saat ini. Inovasi tersebut berupa teknologi yang bisa mengurangi kandungan chlorin dan potassium khususnya, serta meningkatkan kandungan energinya. Teknologi tersebut adalah hydrothermalcarbonization atau wet carbonisation sehingga kimia abu berupa chlorin dan potassium bisa dihilangkan dengan dilarutkan pada air seperti leaching dan juga kandungan energinya bisa ditingkatkan dengan karbonisasi atau pengarangan tersebut. Selain itu kondisi EFB dari pabrik sawit dengan kadar air diatas 60% juga mempermudah aplikasi teknologi hydrothermal carbonization ini. 

Jumlah EFB ini sangat besar, diperkirakan untuk Indonesia saja mencapai lebih dari 35 juta ton dan di Malaysia juga sangat banyak yakni lebih dari 15 juta ton, atau dari dua negara terbesar produsen CPO saat ini potensi EFB yang bisa diolah mencapai lebih dari 50 juta ton/tahun. Selain akan mengatasi masalah lingkungan, pengolahan EFB tersebut juga akan menggerakkan sektor ekonomi yang cukup besar. Dengan teknologi hydrothermal carbonisation maka properties EFB bisa diupgrade sehingga sesuai untuk bahan bakar pembangkit listrik pada umumnya saat ini. Ketakutan pembangkit listrik karena kandungan klorin, dan potassium yang tinggi bisa diatasi dengan teknologi tersebut. Untuk menghemat biaya transportasi sekaligus mempermudah handling, penyimpanan dan penggunaan maka produk EFB yang telah diproses dengan hydrothermal carbonisation atau HTC EFB (EFB hydrochar) selanjutnya di densifikasi menjadi pellet maupun briket. Tampaknya teknologi ini telah memberi jawaban sekaligus membuka peluang baru untuk pengolahan EFB menjadi bahan bakar biomasa favorit seperti wood pellet dan PKS. 

Masalah Abu Hingga Modifikasi Pembangkit Listrik Dalam Rangka Subtitusi Batubara ke Wood Pellet pada Pulverized System

Abu berbagai biomasa pada pembakaran menimbulkan sejumlah masalah tersendiri pada pulverized system. Hal itu karena pulverized system tersebut dibuat atau dirancang untuk membakar batubara. Bukankah pada batubara juga menghasilkan abu setelah pembakaran bahkan jumlahnya lebih banyak? Ya benar, tetapi kandungan kimia abu batubara berbeda dengan biomasa. Perbedaannya adalah abu batubara banyak mengandung logam berat seperti arsenic, cadmium, mercury, selenium, timbal, dan nickel yang memiliki titik leleh (melting point) yang tinggi sehngga tidak menimbulkan masalah pada pulverized tersebut, sedangkan abu biomasa terutama mengandung logam alkali seperti kalium/potasium dan alkali tanah yakni kalsium, yang memiliki titik leleh rendah sehingga menimbulkan masalah pada pulverized tersebut. Kadar atau kandungan abu batubara pada umumnya juga terpaut jauh dengan kandungan abu biomasa.

Ash Slagging : Deposit lelehan abu dinding air pada boiler atau secara umum pada radiant exposed surface di tungku pembakaran pada suhu diatas 1.000 C

High-temperature fouling (around 1000°C) sedangkan low-temperature fouling (300-600°C) biasanya terjadi pada pipa-pipa boiler

Masalah apa yang ditimbulkan oleh kimia abu biomasa tersebut? Ada beberapa masalah yang ditimbulkan oleh kimia abu tersebut pada pulverized system, yakni slagging dan fouling. Bagaimana menghindarinya? Ada beberapa cara menghindarinya, yakni pertama, menentukan prosentase yang tepat bahan bakar biomasa dalam pulverized system tersebut atau co-firing. Pada prosentase yang sesuai bahan bakar biomasa bisa digunakan bersamaan (co-firing) dengan batubara. Jenis bahan bakar biomasa juga menentukan prosentase-nya, misalnya wood pellet akan memiliki porsi lebih besar daripada agro-waste pellet. Kedua, yakni dengan melakukan modifikasi pada pembangkit listrik batubara tersebut sehingga bahkan bisa 100% dengan bahan bakar biomasa seperti wood pellet.

Pembakaran bahan bakar biomasa selain ramah lingkungan atau carbon neutral, emisi CO2 lebih sedikit, emisi SO2 juga sangat kecil, sangat sedikit bahkan tidak terjadi fly ash, dan abunya kaya kalium, dan phospur sehingga menjadi pupuk yang baik bagi tanaman. Sedangkan abu batubara sebaliknya dan bahkan dikategorikan limbah B3 karena kandungan sejumlah logam berat tersebut. Berdasarkan hal-hal tersebut wajar jika penggunaan bahan bakar biomasa terus ditingkatkan bahkan telah menjadi kebijakan pemerintah di sejumlah negara.

Entry point untuk penggunaan bahan bakar biomasa secara massif adalah dengan co-firing batubara. Modifikasi pembangkit listrik batubara tersebut telah menjadi peluang tersendiri, sehingga sejumlah perusahaan muncul untuk menangkap peluang tersebut seperti Ramboll dan Doosan Babcock. Sedangkan di Indonesia sepertinya masih cukup lama untuk menjadikan bahan bakar biomasa memiliki porsi yang besar sebagai sumber energi, khususnya pada pembangkit-pembangkit listriknya, karena belum ada kebijakan yang mendukungnya.

Membuat Biomass Pellet Fuel yang Boiler Friendly

Wood pellet dan Agro-waste Pellet

Biomass pellet fuel, baik yang berasal dari limbah pertanian (agro-waste) dan biomasa berkayu harus memenuhi spesifikasi teknis pada alat-alat atau teknologi penggunanya. Nilai kalor, kadar abu dan kimia abu  adalah beberapa parameter kunci pada kualitas bahan bakar biomass pellet tersebut. Limbah-limbah pertanian pada umumnya memiliki nilai kalor lebih rendah dan kadar abu lebih tinggi, sedangkan dari biomasa kayu-kayuan pada umumnya memiliki nilai kalor yang lebih tinggi dengan kadar abu lebih rendah. Nilai kalor dan kadar abu adalah dua hal saling berkait, semakin tinggi nilai kalor berarti semakin rendah kadar abu dan sebaliknya. Kimia abu dalam beberapa hal menjadi masalah untuk penggunanya. Kimia abu seperti Na (sodium/natrium), K (potassium/kalium), S (sulphur/belerang) dan Cl (chlorine) serta dalam beberapa kasus Si (silika) adalah beberapa kimia abu yang dipermasalahkan itu. Setiap biomasa baik limbah pertanian dan biomasa kayu-kayuan memiliki unsur-unsur kimia abu tersebut dalam level yang berbeda-beda.

Pipa-pipa boiler khususnya pada pembangkit listrik dengan pembakaran suhu tinggi (lebih dari 1.000 C) sangat peka terhadap kimia-kimia abu tersebut. Konsekuensinya bahan bakar biomasa pellet yang tidak memenuhi nilai kalor, kadar abu dan kimia abu yang dipersyaratkan maka akan ditolak sebagai bahan bakar boiler tersebut. Persyaratan bahan bakar pellet biomasa untuk pembangkit listrik adalah yang paling ketat dibandingkan yang lainnya, hal ini terutama karena operasional suhu tinggi dan kebutuhannya yang besar. Pada operasional suhu tinggi tersebut sejumlah unsur-unsur kimia abu akan meleleh, menjadi kerak dan bersifat korosif. Transfer panas dan keamanan proses tersebut akan terganggu. Hal ini sangat merugikan bagi pembangkit listrik yang bersangkutan. Sedangkan pada operasional boiler-boiler untuk industri baik skala kecil dan menengah maka suhu operasinya (berkisar 700 C) tidak setinggi pembangkit listrik, sehingga juga persyaratannya akan lebih longgar. Demikian juga untuk kebutuhan rumah tangga terutama pada pemanas ruangan pada musim dingin.       

Leaching adalah jenis proses yang digunakan untuk menghilangkan berbagai kandungan kimia abu yang tidak dikehendaki tersebut. Leaching pada biomasa untuk mendapat karakter kualitas bahan bakar yang dikehendaki juga telah banyak digunakan oleh sejumlah industri. Proses leaching dilakukan pada tahap awal proses produksi pellet biomasa tersebut. Jenis pelarut, waktu proses ataupun berbagai treatment lain akan bervariasi tergantung dari jenis biomasanya dan level target unsur kimia yang dikehendaki.

Photo diambil dari sini 

Kebun energi saat ini juga sudah banyak dikembangkan oleh berbagai pihak untuk mendapatkan suplai pasokan bahan baku yang stabil dalam jangka panjang. Kebun energi tersebut terdiri dari tanaman atau pohon rotasicepat (SRC) sehingga bisa kurang dari 1 tahun sudah bisa dipanen biomasa kayu-kayunya dan bisa trubus atau tumbuh lagi tanpa replanting hingga bertahun-tahun. Kaliandra adalah salah satu tanaman atau pohon rotasi cepat tersebut yang cocok untuk produksi wood pellet. Kaliandra yanng ditanam di Indonesia dengan iklim tropis memiliki banyak kelebihan antara lain karena kecepatan produktivitas kayunya. Tetapi pada umumnya tanaman rotasi cepat seperti willow, poplar dan sebagainya, begitu juga kaliandra memiliki beberapa kandungan kimia yang harus dikurangi atau dihilangkan untuk mendapatkan kualitas bahan bakar pellet yang bisa diterima khususnya pembangkit listrik. Penghilangan kimia tertentu dari biomasa tersebut dilakukan dengan cara proses leaching seperti penjelasan diatas. Pada akhirnya bahan bakar biomasa pellet ataupun wood pellet yang biomass powerplant boiler friendly bisa diproduksi.