Produksi Arang Berkualitas Tinggi Dari Limbah Kayu Hutan

 Hutan atau kebun akasia di Indonesia diperkirakan mencapai 2 juta hektar dan hampir semua hutan akasia tersebut untuk menyuplai pabrik pulp and paper. Setiap pabrik pulp and paper selalu memiliki hutan akasia dengan luasan ribuan hektar untuk memenuhi pabrik pulp and paper tersebut. Kayu akasia dengan diameter minimal 8 cm digunakan sebagai bahan baku tersebut, sedangkan yang memiliki diameter lebih kecil dari itu hanya sebagai limbah saja. Padahal kayu dengan diameter 5-8 cm bisa digunakan untuk produksi arang. Produksi arang selain akan mengatasi masalah limbah tersebut juga akan memberi keuntungan ekonomi. Dengan pemilihan teknologi yang tepat arang berkualitas tinggi dapat diproduksi, yakni yang memiliki fixed carbon lebih besar dari 82%. 

Kondisi akhir-akhir ini yakni suasana pandemi yang melanda seluruh dunia akibat virus korona telah menyebabkan banyak kantor dan hampir semua sekolah telah mengalihkan aktivitasnya menjadi online. Kondisi tersebut telah mengakibatkan pabrik kertas mengurangi produksi kertasnya bahkan di Kanada sampai ada yang menutup pabriknya. Hal tersebut telah menyebabkan para pengelola hutan tanaman industri (HTI) akasia tersebut kesulitan memasarkan kayu-kayu mereka. Hal tersebut juga akan mengurangi pendapatan perusahaan tersebut, sehingga kayu-kayu tersebut bisa dialihkan untuk produksi arang juga. 

Canadian Biomass Magazine, Spring 2020

Indonesia juga memiliki hutan atau kebun karet seluas sekitar 3,4 juta hektar, peringkat no 1 dunia diikuti Thailand sebagai peringkat kedua dengan 2 juta hektar dan saat ini sudah cukup banyak kebun-kebun yang perlu diremajakan ulang (replanting). Walaupun bisa dimanfaatkan untuk meubel tetapi kebutuhannya masih sangat kecil sehingga tidak efektif untuk pemanfaatan limbah kayu karet tersebut. Produksi arang berkualitas tinggi dengan bahan baku kayu karet tersebut adalah salah satu opsi terbaik. Teknologi karbonisasi kami diperuntukkan untuk kapasitas industri, terutama pemanfaatan limbah kayu di hutan-hutan tanaman industri. Selain kualitas arang yang mempunyai fixed carbon lebih dari 82% atau mengikuti European norm NF EN 1860-2 , tingkat konversi ke arang juga lebih tinggi. Dengan kandungan fixed carbon lebih dari 82% berarti juga mencegah kanker usus besar. Pada dasarnya produksi arang adalah masalah mengontrol proses produksi (process control). Kualitas arang dari process control yang kurang baik juga akan rendah, sehingga walaupun bisa diterima di pasar lokal tetapi tidak diterima pasar internasional.  Bagi yang tertarik untuk memproduksi arang berkualitas tinggi dari kayu-kayu limbah hutan di atas, silahkan email ke eko.sbs@gmail.com atau kunjungi web https://greencobiomasa.com/

Produksi Arang Kayu Akasia Sebagai Solusi Pemanfaatan Kayu Akasia Dalam Era Pandemi dan Juga Jangka Panjang

Wabah korona diprediksi masih lama bahkan di Indonesia kasusnya terus bertambah dan sampai saat ini belum terlihat adanya penurunan kurve. Puncak wabah bahkan diprediksi masih tahun 2021, hal ini membuat wabah ini semakin banyak memakan korban jiwa. Untuk mengurangi korban berjatuhan juga menurunkan angka kasus tersebut maka sejumlah aktivitas pendidikan dari usia dini sampai pendidikan tinggi dilkukan secara online, demikian juga aktivitas perkantoran dari berbagai perusahaan. Kondisi tersebut mengurangi kebutuhan jumlah kertas secara signifikan, karena semua aktivitas tersebut bisa dikatakan tidak membutuhkan kertas (paperless). Pabrik-pabrik kertas menjadi mengurangi produksi kertasnya bahkan ada sampai menutupnya. 

Kebun atau hutan akasia sebagai hutan kawasan industri atau hutan rakyat adalah sumber utama produksi kertas (pulp and paper) tersebut. Dengan adanya penurunan produksi kertas tersebut maka kebutuhan bahan baku juga otomatis terjadi penurunan. Produksi kayu akasia menjadi tidak laku sehingga perusahaan pengelola hutan tersebut juga menderita karena tidak ada pemasukan atau income. Kondisi ini harus segera diatasi sehingga perusahaan bisa berjalan normal lagi. Pemanfaatan kayu akasia sehingga menjadi produk yang bernilai tambah adalah solusi masalah tersebut. 

 Produksi arang adalah solusi jitu untuk mengatasi hal tersebut. Dengan produksi secara modern maka kualitas dan kuantitas arang yang diproduksi akan standar dan stabil dan juga tidak mencemari lingkungan dalam proses produksinya. Produk arang akasia berkualitas banyak dibutuhkan sejumlah industri. Teknologi produksi arang kami bahkan mampu menghasilkan kualitas arang yang lebih tinggi dari standard Eropa yakni NF EN 1860-2. Selain itu aspek pemasaran produk arang tersebut juga bisa kami bantu. 

Dibandingkan dengan produksi wood pellets yang sebagian besar untuk pembangkit listrik, maka kebutuhan investasinya juga jauh lebih besar sehingga banyak perusahaan yang kurang tertarik. Volume pengapalan wood pellet setiap kali sebanyak 10 ribu ton adalah jumlah yang banyak sehingga aspek logistik dan prasarannya juga tidak mudah dan murah. Kebutuhan listrik untuk produksi wood pellets juga besar sehingga mungkin akan sulit dilakukan di sejumlah daerah tertentu.

Tentu saja semua berharap bahwa wabah korona ini segera hilang. Tetapi melakukan antisipasi sekaligus solusi baik untuk jangka pendek maupun jangka panjang tentu hal yang baik, sehingga diharapkan menjadi usaha yang berkelanjutan (sustainable).  Produksi arang kayu akasia bisa dilakukan dengan skala menengah dengan kebutuhan investasi juga tidak terlalu besar. Kebutuhan listrik untuk pabrik produksi arang tersebut juga kecil saja. Bagi perusahaan pengelola hutan akasia yang tertarik untuk produksi arang akasia, silahkan kontak eko.sbs@gmail.com

Konstruksi Carbonisation Furnace Untuk Industri Sawdust Charcoal Briquette

Berbeda dengan tungku pembakaran (combustion furnace) yang banyak digunakan di industri dan kadang menjadi bagian dari unit boiler, tungku karbonisasi (carbonisation furnace) memiliki fungsi dan tujuan yang berbeda. Tungku pembakaran di industri pada awalanya sangat sederha berupa tungku tiga batu di ruangan terbuka sehingga tidak efisien dan banyak terjadi kehilangan panas. Seiring perkembangan zaman tungku tersebut saat ini dibuat sedemikian rupa sehingga panas yang dihasilkan tidak banyak terbuang tetapi secara efektif bisa dimanfaatkan. Teknik pembakaran seperti grate combustion, fluidized bed dan pulverized digunakan untuk memaksimalkan proses pembakaran yang terjadi dan juga material pembuatan tungku juga disesuaikan jenis refractory atau bata tahan apinya. Refractory tersebut menyesuaikan dengan suhu operasi dalam tungku tersebut selain itu refractory tersebut juga berfungsi sebagai isolator sehingga panas yang hilang bisa diminimalisir. Tungku pembakaran di industri memang bertujuan untuk memaksimalkan pengambilan panas yang terjadi dari proses pembakaran yang terjadi di dalamnya.  

Sedangkan tungku karbonisasi bertujuan untuk sarana proses karbonisasi (pyrolysis) dengan output utama berupa arang. Ditinjau dari proses produksi memang ada sedikit perbedaan, hal ini karena pada proses pembakaran (oksidasi) maka oksigen atau udara dibuat berlebih sehingga proses pembakaran bisa sempurna. Sedangkan pada proses karbonisasi (pyrolysis) merupakan proses pembakaran tidak sempurna (oksidasi parsial) sehingga jumlah udara atau oksigen yang masuk ke dalam tungku dibatasi (direct heating) atau bahkan tidak menggunakan oksigen atau udara sama sekali (indirect heating). Suhu operasi pada tungku karbonisasi juga lebih rendah dibandingkan dengan tungku pembakaran, sehingga batu bata biasa tertentu bisa digunakan. Perbedaan lainnya adalah pada tungku pembakaran proses pembakaran yang dilakukan secara kontinyu, sedangkan pada tungku karbonisasi secara batch. Proses karbonisasi pada umumnya juga memakan waktu relatif lama yakni berkisar 7-14 hari.


Tungku karbonisasi dengan model missouri kiln seperti gambar di atas paling umum dan banyak digunakan hari ini. Hal tersebut terutama terkait dengan kualitas produk sawdust charcoal briquette yang dihasilkan. Dengan tungku karbonisasi seperti di atas variabel proses produksi berupa heating rate bisa dikontrol dengan baik dan selain itu biaya pembuatan tungku karbonisasi juga cukup murah karena pada umumnya hampir semua material berasal dari lokal setempat. Tungku karbonisasi jenis lainnya biasanya menawarkan waktu proses lebih singkat tetapi kualitas produk sawdust charcoal briquette lebih rendah.    

Salah satu hal yang umum terjadi pada proses karbonisasi adalah banyaknya kehilangan panas yang terjadi seperti contoh diagram di atas, hal ini karena konversi dari sawdust briquette ke sawdust charcoal briquette berkisar 25%. Panas adalah bentuk energi yang potensial untuk berbagai keperluan, sehingga seharusnya dimanfaatkan (waste heat recovery). Pemanfaatannya antara lain untuk berbagai pengeringan atau pemanasan, sehingga sangat mungkin industri ini diintegrasikan dengan industri lainnya.

Produksi Arang, Pemasaran dan Penggunaan

Kualitas arang yang bagus akan mampu mempertahankan struktur kayu. Pada arang bongkahan (charcoal lump) khususnya pada kayu lunak, lingkaran struktur akan terlihat jelas. Kualitas arang yang bagus harus padat, warna hitam dan memiliki sedikit retakan secara melingkar. Arang tersebut akan menghasilkan bunyi nyaring ketika dijatuhkan. Kelembaban yang tinggi dari kayu akan membuat kualitas arang menurun karena timbulnya banyak retakan (cracks). Demikian juga ketika kayu mengalami pengeringan berlebihan sehingga uap air merusak struktur kayu, maka kualitas arang juga akan menurun yakni rapuh dan banyak retakan. Selain itu juga dengan mudah terbakar tanpa bau maupun asap. Arang juga bersifat higroskopis, yakni dengan mudah mengikat air dari udara, khususnya pada musim penghujan. Itulah mengapa arang harus disimpan ditempat kering atau dengan pallet dalam ruangan beratap.

Parameter kualitas utama lainnya dari arang adalah kekuatan (strength) yang mengurangi kehilangan material sewaktu bongkar – muat maupun transportasi. Spesies atau jenis kayu memiliki pengaruh signifikan pada kekuatan (strength) arang tersebut. Sebagai contoh arang kayu asam adalah salah satu arang terkuat, dan arang pinus termasuk arang yang rapuh. Arang paling padat dibuat dari batang pohon. Kualitas arang bagus akan terbakar dengan bersih dan memiliki nilai kalor berkisar 13.000 BTU/pound atau berkisar 1½ kali dari berat kayu kering. Kandungan abu yang rendah yang berkisar 2-3% membuatnya dipilih untuk bidang metallurgi dan bahan bakar rumah tangga. Kandungan sulfur dan phospor juga sangat rendah pada arang. Hal tersebut semakin mendorong penggunaan arang dalam bidang metallurgi, tetapi dengan ditemukan sumber karbon yang murah telah menggeser penggunaan arang dalam metallurgi. Produksi arang yang baik akan menghasilkan konversi 1/3 dari berat kayu dan volumenya mengecil menjadi sekitar ½ volume kayu.       

Arang telah menjadi produk penting selama bertahun-tahun dan mendapat penerimaan pasar yang baik. Penggunaan terbesar untuk bahan bakar memasak rumah tangga dan BBQ pada acara piknik atau rekreasi. Arab Saudi dan negara-negara Timur Tengah menggunakan arang dalam jumlah banyak untuk memanggang daging domba sebagai makanan penting bagi mereka. Selain itu arang juga digunakan untuk pembuatan carbon disulfide, carbon tetrachloride, sodium cyanide, calcium carbide, silicon carbide, potassium cyanide, carbon monoxide, black powder, plastics, gas adsorbent, crayons, pharmaceutical, poultry – animal feeds dan bahan kimia industri lainnya. Penggunaan besar lainnya adalah untuk produksi arang aktif (activated carbon). Penggunaan untuk industri lainnya adalah untuk steel heating (steel, pig iron, foundry molds) , nonferrous smelting (copper, brass, nickel, alumunium, electro manganese, armor plate etc) dan metal casehardening. Saat ini juga penggunaan arang untuk pertaninan (soil conditioner) juga mulai banyak dilakukan dan terutama untuk peningkatan produksi di sektor pangan. Sebuah pabrik besar yang integratif untuk recovery limbah kayu-kayu keras (hardwood byproduct recovery plant)  pernah dibangun dan beroperasi meliputi karbonisasi dan fasilitas pemurnian untuk produksi asam asetat, methanol dan arang dalam bentuk bongkahan (lump), briquette dan arang aktif, seperti photo dibawah ini.

Hardwood Byproduct Recovery Plants 

Biaya untuk investasi produksi arang tergolong murah, sehingga bisa dilakukan oleh industri kecil dan menengah. Tetapi kesuksesan usaha arang tidak serta merta ditentukan oleh murah biaya alat tetapi lebih pada studi aspek komersialnya seperti sumber dan biaya bahan baku, ketersediaan dan biaya tenaga kerja, dan aspek pasar untuk arang yang diproduksi. Bahan baku dan biaya tenaga kerja, operasional yang efisien dan kemampuan pemasaran adalah sejumlah faktor utama kesuksesan produksi arang.    

Beehive Kiln, tipe karbonisasi batch yang populer di era awal 1900an

Missouri Kiln, alat karbonisasi batch yang populer di tahun 1950an

Pada era awal tahun 1900an produksi arang dunia mengalami masa kejayaannya dengan produksi lebih dari 500 ribu ton. Daya dorong berupa tingginya kebutuhan asam untuk produksi tekstil dengan arang sebagai bahan baku produksi asam tersebut telah mendorong industri arang.  Sebagai akibatnya pabrik untuk produksi arang dan recovery produk samping menjadi mahal. Pada era ini crude liquor didapat dari kondensasi volatil. Crude liquor tersebut kemudian dimurnikan menjadi asam asetat murni dan metanol. Pada tahun antara 1910 dan 1940 produksi arang mengalami penurunan menjadi hampir ½ dari era awal 1900an yang diakibatkan material karbon lainnya menggantikan arang pada pembuatan logam-logam dan bahan kimia.

 

Biomasa khususnya kayu-kayuan memiliki kandungan terutama hemicellulose, celullose dan lignin. Hemicellulose berkontribusi pada non-condensable gas dan sedikit tar. Hemicellulose mulai terdekomposisi pada kisaran suhu 150 C dan terdekomposisi secara keseluruhan diatas 180 C. Celullose terutama berkontribusi pada condensable vapor dan mulai terdekomposisi pada 275 C. Hemicelullose dan celullose inilah sumber utama material volatil. Sedangkan lignin memiliki tingkat dekomposisi lebih sulit daripada hemicellulose dan celullose. Lignin mulai terdekomposisi pada 280 C , puncaknya dikisaran suhu 350 – 450 C dan memiliki kontribusi yang besar pada pembentukan arang dan senyawa aromatik.  Produksi arang membutuhkan heating rate yang rendah dengan durasi waktu lama dan suhu relatif rendah, yakni 450 C. Selama pirolisis atau karbonisasi produksi gas juga bervariasi seiring perubahan suhunya. Gas CO2 (karbondioksida) memiliki konsentrasi yang tinggi pada suhu rendah dan menurun seiring peningkatan suhu. Gas-gas hidrokarbon akan keluar maksimal pada suhu 450 C dan turun diatas 500 C,  setelah itu gas hidrogen mulai terbentuk. Hidrogen sendiri terutama terbentuk pada suhu 700 – 950 C.

Produksi Arang Secara Tradisional

Skema Proses Karbonisasi Semi-Kontinyu

Produksi Arang Secara Kontinyu Cocok Untuk Material Curah (bulk material)

Proses produksi arang secara tradisional membutuhkan waktu lama hingga berminggu-minggu. Proses semi-kontinyu hanya membutuhkan waktu relatif singkat yakni 20an jam saja, sedangkan proses kontinyu lebih cepat lagi. Produksi arang dari kayu-kayu gelondongan atau kayu-kayu bulat atau dari wood briquette akan cocok dengan semi-kontinyu, sedangkan bahan baku curah akan lebih cocok dengan proses kontinyu. Kiln tipe semi-kontinyu menggunakan supplai panas melalui dinding dan after-burning pirolisis produk, dapat digunakan untuk produksi arang tersebut. Dua buah ruangan yang digunakan secara bergantian yakni pada mode pengeringan (drying) dan mode pirolisis atau karbonisasi membuat proses berjalan secara efektif sehingga tidak lagi membutuhkan bahan bakar tambahan (eksternal) dalam proses karbonisasinya. Panas eksothermal proses pirolisis tersebut berkisar 1000 sampai 1150 KJ, membuatnya cukup (ketika tidak ada heat losses) membuat proses pirolisis tersebut berjalan tanpa tambahan bahan bakar eksternal. Kontrol kondisi operasi baik berupa heating rate, suhu dan waktu tinggal pada proses semi-kontinyu juga lebih akurat sehingga kualitas produk arang bisa dijaga dengan baik.