Produksi Listrik dari Pirolisis, Menggunakan Gas Engine atau ORC Generator ?

Semakin efisien suatu peralatan maka semakin besar manfaat atau keuntungan yang bisa didapat. Hal ini termasuk peralatan untuk produksi biochar yakni pirolisis. Semakin efisien peralatan pirolisis tersebut maka akan semakin murah produksi biochar tetapi juga sekaligus menghasilkan produk-produk pengembangan. Sebagai contoh adalah pemanfaatan byproduct dari proses pirolisis tersebut seperti syngas, biooil, pyroligneous acid hingga excess heat. Memanen atau memanfaatkan energi dari sumber panas buangan yang biasanya terbuang percuma adalah juga bagian dari efisiensi juga. Sejumlah produk yang bisa digunakan untuk produksi energi bisa dimanfaatkan untuk produksi listrik yakni syngas, biooil dan excess heat. Tetapi ada sejumlah teknologi untuk produksi listrik tersebut, jadi pilihannya menggunakan yang mana ?

A. Gas Engine

Gas Engine seperti GE Jenbacher biasa digunakan untuk produksi listrik dari biogas. Biogas yang merupakan produk dari bioprocess memiliki kandungan gas metana yang sangat dominan sedangkan syngas dari pirolisis yang merupakan thermal process hanya sedikit kandungan metana dan lebih banyak gas hidrogen (H2) dan karbonmonoksida (CO), hal ini sehingga gas engine tidak cocok untuk produksi listrik dari syngas pyrolysis. Selain cocok untuk biogas, gas engine seperti GE Jenbacher tersebut juga cocok dengan gas alam yang juga kandungan utamanya gas metana.  

B. ORC (Organic Rankine Cycle)

Perbedaan utama antara Organic Rankine Cycle (ORC) dan siklus Rankine biasa terletak pada fluida kerja dan suhu sumber panas yang digunakan. ORC dirancang khusus sebagai modifikasi dari siklus Rankine konvensional. Perbedaan dengan Rankine Cycle biasa yang menggunakan steam dari boiler sebagai fluida kerja yang banyak digunakan pada PLTU kapasitas besar, pada ORC (organic rankine cycle) ini menggunakan fluida kerja berupa fluida organik yang memiliki titik didih rendah seperti hidrokarbon atau refrigeran. Titik didih rendah ini sehingga bisa memanfaatkan sumber panas yang suhunya tidak terlalu tinggi seperti panas limbah (waste heat) atau panas buangan (residual heat) dan sebagainya. 

Dan karena banyak fluida organik yang tersedia maka pemilihan bahan organik sebagai fluida kerja yang cocok pada ORC juga tidak kalah penting. Bahkan pemilihan fluida kerja untuk pembangkit ORC tersebut sangat krusial karena memengaruhi efisiensi termodinamika, biaya operasional, serta aspek keselamatan. Faktor utama yang dipertimbangkan adalah sifat termofisika fluida, kompatibilitas dengan sumber panas, dampak lingkungan, dan ketersediaan komersial (aspek ekonomi). Sehingga pemilihan fluida ORC tersebut harus menyeimbangkan efisiensi energi, keselamatan, dampak lingkungan, dan biaya.

Waste heat dari pirolisis bisa di-recovery dan dimanfaatkan untuk produksi listrik dengan ORC ini. Demikian juga byproduct pyrolysis yang bisa sebagai sumber energi yakni excess syngas dan bio-oil.  Excess syngas dan bio-oil tersebut digunakan sebagai bahan bakar dan panasnya digunakan sumber energi pembangkit ORC tersebut. Pada dasarnya memang pemilihan pembangkit listrik ORC ini berdasarkan kebutuhan listrik dan sumber energi tersedia. Untuk kebutuhan lisrik kecil yakni berkisar 0,5 MW - 10 MW dan sumber energi nya bersuhu rendah yakni yang suhunya dibawah 350 C (kisaran suhu rendah hingga menengah (80 C - 350 C)) maka pilihan terhadap ORC adalah cocok. Sebagai perbandingan yakni pada steam turbine membutuhkan suhu jauh di atas 400 C dan output daya 10 MW hingga di atas 1.000 MW (seperti pada PLTU batu bara atau PLTN). Tetapi mengapa hampir semua pabrik sawit (pabrik CPO / crude palm oil) walaupun produksi daya listriknya  kecil atau rata-rata kurang dai 5 MW tetap memakai steam turbine ? Untuk penjelasannya baca disini.

Penerapan pembangkit Organic Rankine Cycle (ORC) sebagai waste heat to power (WHP) dari proses pirolisis adalah kombinasi yang sangat efektif untuk meningkatkan efisiensi energi total sistem (co-generation). Dan unit pirolisis modern yang banyak digunakan pada pirolisis biomasa sistem kontinyu yakni untuk produksi biochar, yang bekerja secara autothermal atau self-sustain maka dimungkinkan unit pirolisis tersebut juga bisa beroperasi mandiri dari pembangkit lisrik dari ORC tersebut. Hal tersebut berarti akan menurunkan biaya operasional, karena listrik untuk menjalankan motor listrik, pompa dan sebagainya dari produksi sendiri. Dengan kata lain unit pirolisis tersebut beroperasi mandiri tanpa tergantung dari jaringan listrik atau PLN. Dari sudut pandang iklim maka kondisi tersebut ideal, karena sumber energi berasal dari sumber terbarukan (carbon neutral) dan apabila biochar digunakan untuk carbon sequestration berarti carbon negative. Optimasi sistem sehingga menghasilkan konfigurasi yang optimal dan menguntungkan menjadi tugas para engineer.  

Sebuah perusahaan di Amerika yakni Quonset Soil Solutions, LLC di Rhode Island baru-baru ini telah sukses memasang unit ORC untuk memanen panas limbah (waste heat) dari unit pirolisis mereka berkapasitas 1,8 MW. Selain itu beberapa unit pirolisis di Eropa dikabarkan juga telah menggunakan ORC dengan kapasitas lebih kecil. Kesuksesan-kesuksesan ini akan menginspirasi dan pemasangan unit ORC sebagai bagian produksi biochar dengan (slow) pyrolysis akan semakin berkembang. 

Kesimpulannya : 
-Sistem ORC sangat direkomendasikan untuk pabrik pirolisis berskala kontinu (bukan tipe batch kecil) karena mampu mengubah polusi panas (waste heat) menjadi aset energi listrik yang berharga secara konstan. Operasional ORC ramah lingkungan dan mendukung target dekarbonisasi.  

-Pembangkit ORC dari waste heat pirolisis adalah solusi efisien, aman, dan berkelanjutan untuk menghasilkan listrik dari energi panas buangan (residual heat). Teknologi ini juga ideal untuk berbagai industri yang menghasilkan panas menengah, sehingga energi tidak terbuang percuma.   

Pengeringan Cangkang Sawit dengan Memanfaatkan Panas Limbah Pabrik Sawit dan Unit Biogas POME

Kebutuhan cangkang sawit atau PKS (palm kernel shell) semakin besar karena penggunaannya semakin meningkat dan beragam. Cangkang sawit bisa digunakan sebagai bahan bakar boiler di industri maupun pada pembangkit listrik. Selain itu juga bisa sebagai bahan baku untuk arang aktif (activated carbon) yang kebutuhannya juga terus meningkat, untuk lebih detail baca disini. Kecenderungan global untuk melakukan dekarbonisasi atau mengganti bahan bakar fossil dengan energi terbarukan termasuk bahan bakar biomasa khususnya cangkang sawit adalah daya dorong utama peningkatan kebutuhan cangkang sawit tersebut. Bahkan negara-negara kaya minyak dengan ekonomi digerakkan dari minyak (petrodollar) tersebut juga secara bertahap melakukan program dekarbonisasi tersebut. 

Untuk bisa digunakan sebagai bahan bakar maupun diolah lebih lanjut menjadi sejumlah produk turunan seperti torrified PKS, PKSC atau arang cangkang sawit dan activated carbon, cangkang sawit tersebut harus dikeringkan terlebih dahulu. Proses pengeringan atau mengurangi kadar airnya sampai level tertentu membutuhkan energi. Cangkang sawit yang merupakan limbah pabrik sawit pada umumnya hanya ditimbun begitu saja di halaman belakang pabrik sawit, sehingga biasanya kotor dan basah berakibat pada harga jualnya menjadi murah. Apabila pabrik sawit tersebut bisa mengeringkan dan membersihkan cangkang sawitnya maka harga jualnya juga akan meningkat, sehingga ada nilai tambah sekaligus tambahan pendapatan bagi pabrik sawit tersebut. Sejumlah sumber energi dari panas limbah pabrik sawit bisa digunakan untuk proses pengeringan tersebut.

Panas adalah sumber energi yang bisa digunakan untuk berbagai keperluan, baik panas yang dihasilkan secara langsung dari proses pembakaran atau dari panas limbah yang merupakan panas sisa dari pembakaran tersebut maupun sumber lain seperti listrik dan sebagainya. Pada operasional pabrik sawit ada sejumlah panas limbah yang bisa diambil atau dipanen atau dipulihkan sebagai sumber panas untuk pengeringan tersebut seperti panas dari pembakaran di boiler, panas dari steam turbine dan panas dari proses sterilisasi TBS. Apabila pabrik sawit tersebut juga mengolah limbah cairnya untuk produksi listrik, maka panas limbah dari pembakaran biogas pada generator juga bisa sebagai sumber panas untuk pengeringan cangkang sawit tersebut. Sejumlah sumber panas yang merupakan panas limbah tersebut apabila diintegrasikan maka jumlahnya besar sehingga bisa mencukupi untuk pengeringan cangkang sawit tersebut. 

Selain menghasilkan CPO sebagai produk utama, pabrik sawit pada umumnya juga menghasilkan palm kernel atau inti sawit. Saat ini masih sedikit pabrik CPO yang juga memiliki pabrik PKO, artinya pabrik sawit yang mengolah sabut untuk produksi CPO dan inti sawit untuk produksi PKO. Palm kernel atau inti sawit tersebut dihasilkan dari pemisahan palm kernel dengan atau inti sawit dengan cangkangnya. Pemisahan dilakukan dengan memecah cangkang sawit dalam nut cracker drum, selanjutnya bisa dipisahkan antara cangkang sawit dengan kernel atau intinya berdasarkan perbedaan berat jenis. Apabila pabrik sawit ingin mendapatkan nilai tambah dari cangkang sawitnya, maka begitu keluar dari pabrik sawit tersebut langsung masuk pengering (dengan panas limbah sebagai sumber panasnya) setlah itu dibersihkan dengan ayakan (screening) sehingga menjadi produk akhir berupa cangkang sawit yang kering dan bersih, sehingga nilai jualnya lebih tinggi. Ukuran cangkang dan serabut yang lolos ayakan (undersize), bisa digunakan juga sebagai bahan bakar boiler. Boiler pabrik sawit saat ini beroperasi menggunakan bahan bakar serabut (mesocarp fiber) dan sebagian cangkang sawit tersebut. Bahan yang reject berupa undersize tersebut bisa sebagai bahan bakar boiler sehingga cangkang sawit yang digunakan lebih sedikit.