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. 

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). 

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.