Kebutuhan Biochar untuk Industri Besi dan Baja

Seiring perkembangan kesadaran tentang perubahan iklim dan pemanasan global serta target kesepakatan Paris dan Net Zero Emission (NZE) 2050 dengan dekarbonisasi, maka pemanfaatan biomasa menjadi produk-produk biocarbon semakin meningkat. Dan khususnya pada industri besi dan baja, proyeksi kebutuhannya sangat besar, sedangkan suplainya masih sangat terbatas. Hal ini mendorong sejumlah perusahaan besar melakukan investasi untuk produksi biocarbon khususnya biochar / biocoke dalam kapasitas besar. 

 

Produksi kapasitas besar tersebut tentu saja membutuhkan bahan baku biomasa yang berlimpah. Dan khusus di Indonesia, produksi biocoke / biochar dari PKS (palm kernel shell) atau cangkang sawit dikabarkan sudah dimulai tahun lalu. PKS tersebut dipilih karena merupakan limbah biomasa yang tersedia dalam jumlah besar yang dihasilkan dari pabrik sawit. Diperkirakan produksi PKS dan pabrik sawit di Indonesia adalah sekitar 12,5 juta ton/tahun tetapi karena sebagian PKS tersebut digunakan untuk bahan bakar boiler sehingga diperkirakan jumlah PKS yang bisa digunakan atau sisa dari bahan bakar boiler tersebut sekitar 6,25 juta ton / tahun. Dan untuk meningkatkan suplai PKS dari pabrik sawit bisa dilakukan dengan kogenerasi tandan kosong / EFB (empty fruit bunch), untuk lebih detail baca disini.

Selain dari PKS tersebut, produksi biocoke / biochar dan bahkan black pellet (torrified pellet) juga dilakukan dengan bahan baku dari kayu kebun energi. Kebun energi dengan tanaman rotasi cepat seperti kaliandra dan gliricidia sangat potensial diposisikan untuk menghasilkan bahan baku berupa kayu tersebut. Saat ini yang telah dilakukan adalah produksi wood pellet (white pellet) dari kayu kebun energi tersebut. Lebih lanjut untuk pilihan penggunaan kayu kebun energi lebih baik untuk wood pellet (white pellet) atau biocoke / biochar / charcoal lebih detail baca disini.  

Biocoke / biochar / charcoal penggunaannya untuk industri besi dan baja sebagai pengganti kokas yang berasal dari batubara pada blast furnace, sedangkan wood pellet (white pellet) dan torrified pellet (black pellet) digunakan pada pembangkit listrik baik dengan cofiring maupun fulfiring. Selain nilai kalor lebih besar (sekitar 20% dari wood pellet (white pellet)), torrefied pellet (black pellet), juga bersifat hidropobik sehingga bisa disimpan di lapangan terbuka (outdoor) seperti batubara.

Di era saat ini penggunaan arang biocoke / biochar /charcoal untuk menggantikan kokas dari batubara di blast furnace menjadi penting. Biocoke / biochar /charcoal yang berasal dari biomasa adalah material terbarukan yang berkelanjutan sebagai reduktor atau bahan bakar di blast furnace sehingga dari reaksi kimia akan memisahkan atom oksigen dari atom besi dan ini akan mengemisikan CO2. Hal ini akan mengubah bijih besi (iron ore) (Fe2O3) menjadi crude (pig) iron.

Tetapi bedanya karena sumber karbon sebagai reduktor atau bahan bakar.  blast furnace berasal dari sumber terbarukan dan berkelanjutan maka hal tersebut menjadi proses yang carbon neutral. Sedangkan apabila menggunakan kokas dari batubara karena berasal dari sumber fossil maka hal tersebut menjadi proses carbon positive. Demikian juga apabila menggunakan gas alam yang merupakan bahan bakar fossil sebagai sumber karbon untuk reduktor atau bahan bakar di blast furnace tersebut, walaupun dikatakan less carbon intensity. 

Wood Pellet, PKS dan Pasar Pembangkit Listrik Biomasa di Jepang

PKS (Palm Kernel Shell) atau cangkang sawit menjadi komoditas energi atau bahan bakar “hot” saat ini di Jepang. Hal ini karena PKS adalah bahan bakar biomasa termurah dan saat ini masih tersedia dalam jumlah besar. PKS adalah limbah pabrik kelapa sawit dari produksi CPO. Sehingga secara otomatis PKS ini banyak tersedia di daerah-daerah pabrik kelapa sawit atau produsen CPO, yakni di Indonesia, Malaysia, dan Thailand. Pemilihan PKS sebagai bahan bakar juga karaketeristiknya yakni bisa dituang (pourable), nilai kalor tinggi dan kepadatan (densitas) juga tinggi.

Bagaimana dengan wood pellet ? Produsen utama wood pellet dunia saat ini, jelas bukan Indonesia atau negara-negara Asia Tenggara lainnya, tetapi negara-negara Amerika Utara dan Skandinavia. Bahkan untuk Indonesia sendiri wood pellet tergolong hal yang baru, sehingga kapasitas produksinya juga belum besar. Harga wood pellet lebih mahal dari PKS. Sebagian besar wood pellet yang diproduksi di Indonesia dari limbah-limbah kayu seperti serbuk gergaji, limbah planner, limbah plywood dan sebagainya. Potensi pengembangan untuk perbesaran kuantitas juga sangat memungkinkan dengan kebun energi. Secara teknis sifat-sifat (properties) wood pellet tidak jauh berbeda dengan PKS.

Peta status biomass power plant Jepang, merah berarti sudah beroperasi, kuning berarti dalam tahap pembangunan, biru berarti dalam perencanaan. 

Biomasa menjadi salah satu alternative untuk bahan bakar pembangkit listrik di Jepang, setelah kecelakaan atau rusaknya pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) Fukushima tahun 2011. PKS menjadi pilihan favorit bahan bakar pembangkit listrik biomasa disana. Sebagian besar pembangkit listrik biomasa tersebut menggunakan PKS sebagai sumber energinya, dan hanya sebagian kecil yang beroperasi dengan wood pellet. Banyaknya pembangkit listrik biomasa yang dibangun, otomatis juga membutuhkan pasokan bahan bakar yang banyak pula. Sebagian besar pembangkit listrik biomasa tersebut dibangun tahun 2015 dan tahun 2017 sebagian telah beroperasi serta tahun 2019 diperkirakan semua telah beroperasi, sehingga dapat dibayangkan besarnya kebutuhan dan persaingan untuk mendapatkan pasokan PKS tersebut.

Jepang adalah negara yang hampir semua mengandalkan import untuk memenuhi kebutuhan dalam negernya, hal ini karena potensi SDA yang minim di sana, termasuk diantaranya sektor energi. Dengan penduduk penduduk kurang lebih setengah dari Indonesia, konsumsi energi mereka hampir 5 kali Indonesia, sehingga praktis kebutuhan energi termasuk bahan bakar juga besar. Pembangkit listrik biomasa yang menggunakan wood pellet tersebut memprediksi dalam 1 – 2  tahun ke depan terjadi kelangkaan pasokan PKS, sehingga sejak dini telah melakukan antisipasi dengan wood pellet, walaupun pada saat ini keuntungan dari menjual listrik lebih kecil, karena harga bahan bakarnya (wood pellet) yang lebih mahal.Dengan pengalaman tersebut mereka berharap akan mampu mengatasi berbagai masalah operasional ketika bahan bakar wood pellet telah banyak digunakan.

PKS harus memenuhi spesifikasi sebelum di eksport ke negara tujuan. Beberapa spesifikasi kunci untuk PKS yakni : kadar air, nilai kalori dan bahan pengotor atau kontaminan (Foreign Material).  Ketiga variabel harus memenuhi level tertentu untuk mencapai kualitas eksport. Pasar atau konsumen Jepang pada umumnya mensyaratkan kontaminan 0,5 – 2%, sedangkan Eropa 2% - 3%. Sebuah proses sederhana bisa dilakukan untuk mendapatkan kualitas cangkang seperti diatas. Jepang biasanya membeli dengan volume 10.000 ton setiap pengiriman atau import mereka, sehingga bagi penyedia PKS harus menyiapkan lokasi  (stockpile) yang memadai  untuk tumpukan PKS tersebut. Lokasi (stockpile) tumpukan PKS yang dekat dengan pelabuhan adalah kondisi ideal sehingga memudahkan pengangkutan ke pengapalan.

Proses produksi wood pellet lebih kompleks dibandingkan PKS, sehingga wood pellet dikategorikan produk jadi. PKS bisa dikatakan produk mentah karena aktivitas industrinya sangat minim dan sederhana, seperti diatas. Pada wood pellet proses produksi meliputi pemilihan bahan baku termasuk antara kebersihan, kekeringan, ukuran, dan kekerasan. Berdasarkan karakteristik bahan baku tersebut maka proses selanjutnya bervariasi sehingga menjadi produk wood pellet tersebut. Proses produksi wood pellet sangat banyak kemiripan dengan wood briquette. Kualitas wood pellet pada umumnya ditinjau dari kepadatannya, nilai kalor dan kadar abu. Eksport wood pellet Indonesia belum sebesar PKS, hal ini juga karena masih sedikitnya produsen wood pellet itu sendiri. Jepang membeli wood pellet dari Indonesia sebagian besar untuk ujicoba pada pembangkit listrik biomasa mereka. Pengiriman atau export dengan kontainer masih umum dilakukan pada komoditas wood pellet karena volumenya masih kecil.   

Untuk orientasi jangka pendek mengeksport PKS adalah bisnis yang menguntungkan. PKS ini beberapa waktu lalu hanya limbah yang mencemari yang tidak berharga sehingga banyak hanya digunakan pengerasan jalan dan sebagainya, tetapi saat ini menjadi komoditas “hot”. Wood pellet dari bahan baku kebun energi dengan menanam jenis legume seperti kaliandra adalah solusi jangka menengah untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar di Jepang. Torrefaksi (torrefaction) diikuti densifikasi bisa menjadi orientasi jangka panjang, sehingga produk torrified  pellet yang lebih unggul dari wood pellet bisa menghemat transportasi dan memudahkan penanganannya (handling), hidrophobik dan nilai kalor lebih tinggi.

Torrified pellet

Peraturan pemerintah  berupa Peraturan Menteri Keuangan (PMK) No 67/2010 tentang Penetapan Barang Ekspor yang Dikenakan bea keluar (BK)  bermaksud untuk mendorong hilirisasi atau produksi berbagai produk turunan dari kelapa sawit termasuk PKS. Tetapi faktanya di lapangan tidak banyak yang terjadi dengan PKS. Faktanya malah banyak penyedia PKS yang mengalami kemunduran usaha bahkan menutupnya. Hal ini karena BK ini telah membuat harga PKS lebih tinggi, dan mengakibatkan permintaannya menurun. Semakin tinggi BK untuk produk mentah dan semakin rendah BK untuk produk jadi maka hilirisasi akan semakin cepat, tetapi harus dilakukan melalui proses secara bertahap, terencana dan komprehensif. Idealnya BK untuk produk turunan adalah nol persen. Apakah pemerintah meminta pengusaha PKS untuk menunggu 2 tahun seiring kenaikan permintaan PKS dari Jepang misalnya karena pembangkit listrik biomasa-nya sudah beroperasi atau alasan lainnya? Kami tidak tahu. Sedangkan skenario terbaik adalah menurunkan atau menghilangkan BK untuk PKS sehingga usaha tersebut bisa tumbuh kembali dan mereka secara bertahap bisa mengembangkan menjadi industri yang menghasilkan bahan jadi. Torrefaksi PKS menjadi torrified PKS menjadi solusi jitu untuk itu, karena peningkatan (upgrading) kualitas PKS akan memberi nilai tambah ekonomi lebih besar. Karbonisasi atau pirolisis PKS menjadi arang PKS (PKSC = palm kernel shell charcoal) lalu diikuti densifikasi menjadi pellet arang PKS juga alternatif yang menarik.    

Torrefied Wood : Bahan Bakar Biomasa Subtitusi Batubara Masa Depan

Dibandingkan bahan bakar biomasa konvensional seperti wood pellet yang hanya mampu maksimal 10% di co-firing dengan batubara karena sifat fisika kimia yang jauh berbeda sedangkan apabila prosentase co-firing dengan batubara dinaikkan menjadi 20% diperlukan penambahan investasi yang besar untuk handling dan processingnya, maka torrefied wood bahkan mampu dico-firing dengan batubara hingga 40%. Keuntungan lainnya adalah pada sisi powerplant juga hanya dibutuhkan sedikit tambahan investasi untuk handling dan processingnya untuk torrefied wood, dikarenakan sifat fisika-kimia yang tidak jauh berbeda.

Densifikasi atau pemadatan torrefied wood menjadi pellet atau briket juga akan memberi penghematan yang lebih significant dibandingkan wood pellet, yakni 15.0-18.7 MJ/M3 pada torrefied pellet dan 7.5-10.4 MJ/M3 pada wood pellet. Karena torrefied wood rapuh, sehingga bisa dipulverize dan dibakar dengan batubara lebih disarankan, daripada menggunakan material handling, pemrosesan hingga sistem injeksi terpisah. Hal ini akan menghasilkan penghematan yang signifikan pada modifikasi peralatan ketika cofiring pada prosentase lebih besar. Sejumlah limbah biomasa agroindustri seperti tandan kosong sawit dan jerami bisa di torrefaksi seperti halnya biomasa berkayu, untuk menyempurnakan kondisi pemakaran di sistem batubara.   

Cofiring torrefied wood telah sukses  dilakukan salah satunya di PLTU batubara di Borselle, Belanda.Riset juga menunjukkan bahwa penghalusan torrefied wood menjadi bubuk dengan distibusi dan ukuran partikel tertentu memungkinkan untuk terjadinya smooth fluidization regimes pada pengumpanannya pada entrained flow process (gasifier & pulverized coal boiler).

Upgrade Biomasa Dengan Torrefaksi Dan Densifikasi

Biomasa menempati peringkat keempat dalam jumlah sebagai sumber energi di dunia dan satu-satunya sumber energi berbasis karbon. Seiring terbatasnya jumlah energi fossil dan efek pemanasan global (carbon positive) peran energi terbarukan khususnya biomasa (carbon neutral) semakin besar dan diperhitungkan. Dtinjau dari ketersediannya, biomasa terutama kayu tersebar hampir di seluruh penjuru dunia dan hal ini yang membedakan dengan sumber energi fosil yang persebarannya hanya diberbagai daerah tertentu. 

Salah satu kekurangan biomasa sebagai sumber energi adalah nilai kalornya yang rendah, higroskopis dan fiber/serat dalam kayunya sulit dihancurkan. Dengan teknologi torrefaksi (torrefaction) berbagai kelemahan biomasa tersebut dapat diatasi. Unit torrefaksi (torrefaction)  JF BioCarbon kapasitas mulai  60 ton/hari hingga 200 ton/hari sangat cocok untuk kapasitas menengah pengolahan biomasa kayu di Indonesia.  Masalah lainnya yang dihadapi dengan biomasa pada skala besar adalah bidang logistiknya. Membawa barang bulky sangat memakan tempat sehingga boros dan tidak ekonomis. Hal ini perlu diatasi dengan densifikasi atau pemadatan produk torrefaksi biomasa kayu yang dihasilkan. Bentuk pellet dan briket adalah produk ideal yang populer untuk mengatasi keterbatasan transportasi tersebut.