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.        

Berpacu Menurunkan Suhu Bumi (Bagian 2)

Biomasa sebagai bahan bakar 'carbon neutral' tentu tidak berdiri sendiri sebagai suatu skenario besar untuk menurunkan suhu bumi akibat pemanasan global oleh emisi gas rumah kaca. Kelebihan biomasa sebagai sumber energi terbarukan dengan penggunaannya yang stabil, dalam artian tidak terpengaruh oleh kondisi iklim dan cuaca menjadi produk yang diandalkan dalam berbagai skala aplikasinya. Upaya mengoptimalkan potensi biomasa sebagai sumber energi bisa ditinjau dari sisi pasokan hingga pemanfaatannya.

Dari sisi pasokan, maka keterjaminan pasokan biomasa sebagai bahan baku adalah hal mutlak jika akan digunakan sebagai sumber energi utama, untuk itu sejumlah upaya mulai dari mengumpulkan berbagai limbah biomasa yang pada awalnya hanya dibuang hingga mencari spesies tanaman dengan rotasi cepat (SRC), produktivitas tinggi dan berefek positif di alam dengan dibuat kebun energi. Salah satu tanaman tersebut adalah kaliandra untuk daerah tropis sedangkan di daerah sub-tropis seperti Eropa menggunakan spesies poplar dan willow. Kita patut bersyukur kepada Allah SWT karena lokasi di Indonesia yang beriklim tropis membuat produktivitas tanaman kaliandra bisa 4 kali lebih cepat daripada yang beriklim sub tropis atau konkritnya 4 tahun poplar dan willow di Eropa sama seperti 1 tahun kaliandra di Indonesia.

Sedangkan ditinjau dari pemanfaatannya, energi biomasa harus bisa dimanfaatkan secara luas, mudah, murah dan efisien. Biomasa bisa dimanfaatkan ditempat ataupun digunakan ditempat lain yang cukup jauh. Pada penggunaan di tempat atau yang jaraknya dekat, biomasa hanya diseragamkan ukurannya atau ditambah pengeringan. Sedangkan untuk digunakan pada lokasi cukup jauh biomasa tersebut perlu ditambah proses lagi berupa dipadatkan seperti dalam bentuk pellet atau briket. Biomasa tersebut lalu diproses rute thermal (yang paling populer) dengan pembakaran, pirolisis atau gasifikasi untuk mengekstrak kandungan energinya.

Saat ini posisi Eropa telah melampaui Amerika Utara dalam berpacu menurunkan suhu bumi atau upaya mengurangi pemanasan global. Setelah sebelumnya Uni-Eropa menerapkan RED (EU's Renewable Energy Directive) yang biasa dikenal target 20-20-20 atau yang dimaksudkan adalah mandat untuk menurunkan 20% emisi gas rumah kaca dari tahun 1995 sebagai level dasarnya; menurunkan 20% konsumsi energi; dan untuk 20% untuk energi terbarukan. Hal ini juga yang membuat Eropa adalah konsumen atau pasar terbesar wood pellet dengan perkiraan 80% dari produksi dunia, lalu diikuti Amerika Serikat dan posisi ketiga, Korea Selatan.

Saat ini Uni-Eropa sedang mendekati tahun 2020 untuk realisasi target 20-20-20 tetapi disisi lain mereka mulai menyiapkan rancangan untuk kebijakan baru masalah iklim dan energi dari tahun 2020-2030. Uni-Eropa telah mengusulkan target baru 2030 termasuk menurunkan 40% emisi gas rumah kaca, menurunkan 30% konsumsi energi dan 27% untuk penggunaan energi terbarukan. Saat ini mereka juga sedang mencari strategi untuk mencapai target 2030. Sejarah juga menunjukkan bagaimana kebijakan biomasa adalah pendorong utama untuk perkembangan pasar pellet di Eropa. Hal ini juga yang banyak digunakan sebagai model kawasan atau negara tertentu untuk menerapkan  kebijakan energi terbarukan khususnya biomasa.

Melihat Lebih Dekat Wood Pellet

Ketika kita amati lebih dekat permukaan wood pellet maka akan terlihat permukaannya yang halus, licin dan mengkilap. Bahkan karena permukaannya halus, licin dan mengkilap tersebut ada orang yang mengatakan bahwa wood pellet tersebut dilapisi secara khusus (coating). Jelas pernyataan tersebut tidak berdasar apalagi didukung argument yang kuat. Produksi beberapa ton, puluhan hingga ratusan hingga ribuan ton setiap hari jelas menghasilkan jumlah satuan wood pellet yang sangat banyak. Bagaimana cara melapisinya ? Dan berapa banyak zat pelapis yang digunakan sehingga tetap ekonomis? Sama sekali orang tersebut tidak bisa memberi jawaban. 

Permukaan halus, licin dan mengkilap tersebut sebenarnya terjadi karena lignin dalam kayu yang cenderung menjadi resin sehingga bersifat plastis. Seandainya cetakan tersebut dipanjangkan dan suhunya ditambah, maka kondisi panas dan hampa udara dalam ruang berbentuk selongsong (shell) tersebut akan menyebabkan terjadinya pirolisis ditandai dengan kulit luarnya menjadi gelap karena terkarbonisasi. Hal ini akan Nampak lebih jelas pada proses produksi screw briquette, dimana pada bagian cetakan (die) juga dilengkapi pemanas sehingga kulit briquette tersebut terkarbonisasi. 

Komponen utama dari biomasa adalah senyawa selulose, hemiselulose dan lignin. Masing-masing senyawa tersebut memiliki suhu dekomposisi thermal yang berbeda-beda. Karbonisasi terjadi ketika senyawa lignin dalam biomasa tersebut terdekomposisi dengan suhu sekitar 400 C. Tabelnya terlihat seperti dibawah ini. 

Global pellet market to reach $9 billion by 2020

The global market for pellets is expected to double in the next seven years, growing from a $4 billion market to $9 billion, Michele Rebiere with Viridis Energy Inc. told attendees at the Pellet Supply Chain Summit, March 24. The summit preceded the International Biomass Conference being held March 24-27 in Orlando, Fla.

Speaking in the closing panel of the day, Rebiere said the largest market, by far, is the European, with 20 million metrics tons (mmt) used in 2013 for both industrial power and residential heat. That is forecast to grow to 28 mmt by 2015 and 42 mmt by 2020. The North American market, is now at 4 mmt and forecast to be 5 mmt in 2015, but she added, are understated going out further. “I think the forecast in North American will increase substantially,” she said added, as the interest in cofiring with coal is likely to increase which the forecasts won’t include until projects are announced. The Asian market is expect to grow as well, from 1 mmt in 2013, to 3 mmt in 2015 and potentially 7 mmt by 2020. While the power market is the largest market contributor, the heating market is growing rapidly. Italy, in particular, garnered attention with the doubling of its demand in one year.

Seth Ginther, executive director of the U.S. Industrial Pellet Association, was a bit more conservative on his growth projections, pointing out that 2020 estimates range between 25 mmt and 70 mmt. “I think that 2013 was the year we’re beginning to see where the market is going to shake out. It’s going to be more like the 25 mmt level, but that still is going to be significant.”

In his discussion on the changes in the United Kingdom’s incentives, Ginther said it is important to note that the incentives for biomass conversions are aimed at helping  develop infrastructure. And, as the carrot is phased out, the stick – the price of carbon – is being increased, making it very expensive to burn coal. As a result, UK power producers are expected to continue to move towards biomass.

As a large UK buyer of North American pellets, Richard Peberdy, vice president of sustainability for Drax Biomass International, outlined his company’s commitment to biomass power and its interest in sustainability. The UK power producer has experimented with a number of biomass sources to supplement coal since 2008, making a commitment to pellets to provide a large portion of its biomass needs. It has two pellet facilities under construction in Mississippi and Louisiana and is building a port facility in Baton Rouge, La.
The first of three boiler conversions has been completed at Drax, with the second to be brought into service later this year and the third planned for 2015. Peberdy reported that Drax was pleased with the performance of its first biomass boiler conversion at the end of the first year of operations. “It’s outperformed our expectations in the first year at 39 to 40 percent efficiency on 100 percent biomass.” That is significant, he added, because UK sustainability reports projected biomass power would only reach 25 percent efficiencies, much lower than coal power’s average 35 percent efficiency.

Peberdy described Drax’s commitment to sustainability, pointing out that the company established its own sustainability goals even prior to the development of UK standards. The pressure for sustainability brings benefits, he said, by increasing investments in forests, in outreach to forest owners and in safer and better systems for making, handling and moving pellets.

Ben Conte, renewable energy sales manager for Bridgewell Renewables, filled out the panel at the summit on market energies by describing the work his company has done in marketing pellets in the EU. Much of the Bridgewell’s focus has been on meeting the high quality heating market, working to help its customers with their branding efforts. While Bridgewell is developing a brand to be able to meet spot markets, much of the work it’s done has been in seasonal 3-6 month contracts as well as long term contracts for one or two years. “The market is evolving,” he said. “The industrial and residential markets are linked in Europe and Asia,” he added, and are getting more sophisticated.

Other panels during the day included industry speakers addressing forestry ownership implications, sustainable forest management, pellet mill design considerations and infrastructure.

By Sue Retka Schill | March 24, 2014
Source : http://biomassmagazine.com/articles/10194/global-pellet-market-to-reach-9-billion-by-2020 

Produksi Energi dari Pellet Fuel

Pellet fuel atau pellet bahan bakar adalah bentuk modern biomasa yang dipadatkan sebagai salah satu sumber energi terbarukan yang potensial dikembangkan di Indonesia, yang terdiri dari wood pellet dan biomass pellet. Wood pellet berasal dari kayu dan biomass pellet berasal dari biomasa lainnya seperti limbah-limbah pertanian dan perkebunan semisal tandan kosong kelapa sawit. Pellet fuel yang diproduksi bisa memiliki variasi kualitas yang besar karena faktor bahan baku dan teknologi produksinya. Teknologi pemnfaatan pellet fuel secara thermal untuk produksi energi yakni pembakaran dan gasifikasi telah banyak diaplikasikan

Produksi energi dari pellet fuel ini berupa panas dan listrik. Pembakaran pellet fuel secara normal adalah mudah dan kebutuhan untuk inspeksi serta menjaga nyala api dari burner atau boiler umumnya kecil karena pengumpanan pellet yang umumnya dilakukan secara otomatis. Tetapi problem pembakaran dapat muncul misalnya jumlah abu bertambah banyak yang menyebabkan sistem pembakaran terjadi slag dan efisiensinya menurun. Problem tersebut sering disebabkan oleh rendahnya kualitas pellet atau pilihan teknologi pembakaran yang salah atau setting sistemnya yang tidak pas.

Nilai kalor, kadar abu, kimia abu, kadar air, dimensi pellet dan kepadatan adalah beberapa parameter penting dari pellet fuel. Pilihan pellet fuel akan menentukan teknologi pembakarannya. Saat ini telah tersedia alat untuk membakar pellet fuel dari skala rumah tangga yakni kompor pellet (pellet stove), skala medium hingga untuk produksi panas dan listrik skala besar hingga mencapai puluhan megawatt (MW). Alat-alat atau sistem tersebut umumnya dilengkapi katup-katup pengaturan udara baik primer atau sekunder bahkan tersier untuk optimalisasi proses pembakaran yang dilakukan. Setting operasi yang benar membuat sistem bisa bekerja optimal sesuai spesifikasinya.