Bahan Bakar Pellet dan Briket Untuk Industri Makanan dan Minuman

Bahan bakar sebagai sumber energi di industri makanan dan minuman adalah kebutuhan primer yang selalu dibutuhkan. Bahan bakar yang ramah lingkungan, handling yang mudah, murah dan mudah tersedia selalu dicari-cari oleh produsen industri makanan dan minuman tersebut. Bahan bakar berbasis biomasa yakni pellet dan briket merupakan piliha ideal untuk hal kebutuhan tersebut. Keunggulan pellet dan briket adalah :
1. Bahan bakar ramah lingkungan dan terbarukan
2. Nilai kalor tinggi  umumnya lebih dari 4000 kkal/kg
3. Kadar abu rendah dan fly ash ketika dibakar minimal
4. Efisiensi pembakaran tinggi konsisten karena kadar airnya rendah
5. Kepadatan tinggi sehingga menghemat biaya transportasi
6. Bentuknya seragam sehingga memudahkan transportasi,      penyimpanan, pengumpanan dan pembakaran
7. Pembakaran lebih homogen dibandingkan batubara
8. Polusi sangat rendah karena kandungan sulphur hampir nol
9. Semakin dicari karena kenaikan bahan bakar fossil

Sejumlah industri telah melakukan konversi dari bahan bakar fossil ataupun kayu bakar ke pellet maupun briket karena keunggulan-keunggulannya tersebut.  Berikut beberapa tipe wood pellet burner dengan pengumpanan otomatis (automatic feed burner types) yang banyak digunakan yakni :

1. Stoker burner boiler
Stoker burner boilers adalah boiler paling sederhana, yang memiliki panggangan  (grate) kecil dipasang langsung pada bagian akhir feed auger. Pada stoker burner boilers kecil hanya dilengkapi dengan satu buah kipas angin sehingga sangat sulit untuk memisahkan suplai udara primer ke panggangan dari zone pembakaran akhir diatas panggangan.  Sebagai akibatnya potensi terjadinya overheating dan formasi kerak di panggangan sangat tinggi, dan sejumlah pembuat boiler menambahkan sirkuit air pendingin dalam pangganagan sebagai preventive.

2. Underfed stoker boiler
Pada underfed stoker boiler bahan bakar didorong ke atas melalui konis terbalik membentuk tumpukan seperti kubah dimana pembakaran terjadi. Hampir semua stoker boiler memiliki saluran udara primer dan udara sekunder terpisah untuk menyediakan kontrol pembakaran yang independent pada panggangan dan di zone pembakaran gas akhir.

3. Moving grate boiler
Moving grate boiler juga dikenal sebagai stepped grate boiler atau inclined grate boiler, memungkinkan fleksibiltas terbesar pada desain boiler. Boiler ini dapat menggunakan pengumpan auger atau ram stoker.
Seperti halnya pada underfed stoker boiler, moving grate boiler memiliki saluran udara primer dan sekunder, dan pada boiler terbesar ditambahkan saluran udara tersier untuk memastikan terjadinya pembakaran sempurna pada semua wood gas.

Briket memiliki ukuran lebih besar daripada pellet. Oleh karena itu ukuran briket bisa dipotong-potong menjadi lebih kecil menyesuaikan kebutuhan penggunanya. Dibawah ini contoh aplikasi briket untuk boiler.

Selain digunakan dalam industri makanan dan minuman, pellet dan briket juga bisa digunakan untuk bahan bakar berbagai industri (thermal application) antara lain : pembangkit listrik, industri keramik, industri kimia dan lain-lain.

Proses Produksi Pabrik Wood Pellet

These variables have tended to make pelleting more of an “art” than a “science”, through significant strides are being made in the sophistication of this process, bringing these variables under more control.

Find more detail info in presentation here

Chlorine Corrosion, Hantu Yang Ditakuti Powerplant

Pipa-pipa superheater terkorosi oleh klorin

Ada 3 kelompok biomasa yang digunakan sebagai bahan bakar powerplant di seluruh dunia berdasarkan kualitasnya berupa nilai kalor, kadar abu dan kimia abunya. Pertama, biomasa berkayu meliputi semua pohon berkayu seperti eucalyptus, kaliandra, gamal dan sebagainya. Kelompok kedua adalah limbah-limbah agroindustri seperti sekam, baggase, tempurung kelapa, cangkang sawit dan sebagainya. Sedangkan masuk dalam kelompok ketiga adalah rumput-rumputan.

Meskipun pada umumnya biomasa memiliki konsentrasi klorin yang rendah (kecuali jerami) dibandingkan dengan batubara, korosi berat terjadi pada sejumlah powerplant yang menggunakan bahan bakar biomasa dan menyebabkan kebocoran pada pipa-pipa heat exchanger kurang dari 10.000 jam operasi. Korosi pada alat transfer panas sangat terkait dengan deposit abu pada pipa-pipa. Mekanisme reaksi kompleks korosi klorin dalam pipa-pipa boiler seperti skema dibawah ini:

Mekanisme reaksi kimia korosi klorin

Pipa steam superheater pada umumnya tidak dirancang untuk mengakomodasi klorin dalam bahan bakar biomasa.  Mekanisme korosi diatas telah dipahami secara baik oleh perancang dan pengguna biomass boiler di Eropa, indikasinya adalah pipa-pipa superheater dipasang pada low gas temperature zone. Teknologi lain yang mampu mengakomodasi bahan bakar biomasa dengan kadar klorin tinggi seperti limbah-limbah agroindustri dan rumput-rumputan adalah Circulating Fulidised Bed Combustion (CFBC). Suhu Pulverized Coal (PC) boiler yang beroperasi pada suhu 1400 sampai 1500 C menyebabkan korosi yang hebat pada pipa-pipa superheater, sedangkan operasional CFBC pada suhu lebih rendah berkisar dari 850C sampai 900C.

Fluidized Bed Combustion System Paling Sesuai Untuk Biomasa Limbah Agroindustri

Fluidized bed combustion (FBC) system banyak digunakan untuk pembangkit listrik. FBC system dapat dimodifikasi menjadi circulating FBC(CFBC), dimana material disirkulasikan kembali ke ruang pembakaran untuk pembakaran lanjut. FBC system umumnya dibatasi hingga ukuran kurang dari 300 MW, tetapi ada pembangkit listrik di Lagisza, Polandia yang merancangnya hingga 460 MW dan harapannya bisa di scale up hingga 600 – 800 MW pada masa mendatang. 

FBC dan CFBC system menjadi penting karena PLTU batubara yang telah lama beroperasi bisa di repowered, membuka kemungkinan cofiring dengan biomasa pada skala kondisi lebih luas. Keuntungan-keuntungan dari FBC system antara lain :

-         - Kemampuannya untuk membakar bahan bakar dengan kisaran yang lebar pada kadar air, ukuran partikel, dan kepadatan. Dan potensial untuk jenis bahan bakar batubara, biomasa, tire-derivated-fuel, agricultural residues, dan urban wood wastes.

-          -Transfer panas pembakaran lebih efisien sehingga suhu pembakaran lebih rendah, yang pada gilirannya akan menurunkan emisi NOx.

-          -Biaya lebih rendah untuk SO2 capture karena limestone dapat ditambahkan secara langsung pada media fluidisasi dengan biaya lebih rendah dibandingkan memasang scrubber  setelah pembakaran.

PLTU batubara yang memasang FBC system sebagai bagian dari retrofit ataupun new plant construction akan sangat terbuka untuk pemakaian biomasa (bahkan jika tanpa biomasa pada awalnya). FBC system memiliki banyak keuntungan terkait dengan kemampuan fleksibilitas bahan bakar. Transport biomasa dari sumber bahan baku hingga pembangkit listrik akan efisien jika dipadatkan (densifikasi) dibuat menjadi seperti pellet. Wood pellet berbahan baku biomasa berkayu semakin terbatas ketersediaanya kecuali jika diupayakan secara intensif seperti membuat kebun energi, sedangkan limbah-limbah biomasa agroindustri seperti kelapa sawit banyak tersedia dan belum termanfaatakan sehingga sangat potensial untuk didensifikasi sebagai bahan bakar FBC system. Aspek lingkungan, perubahan iklim dan pemanasan global adalah faktor utama penggunaan bahan bakar biomasa ini. 

Optimasi Cofiring Biomasa-Batubara di PLTU Batubara

Cofiring biomasa-batubara telah umum dilakukan oleh sejumlah PLTU batubara di Eropa dan Amerika dengan motivasi utama untuk mengurangi dampak lingkungan akibat emisinya. Saat ini prosentase cofiring biomasa dengan batubara masih kecil rata-rata dibawah 10%. Hal ini bisa juga terjadi akibat pasokan wood pellet yang terbatas. Tetapi ditinjau dari operasional cofiring biomasa-batubara akan mengurangi  fly ash secara signifikan.  Di lain sisi apabila prosentase cofiring biomasa-batubara ini akan menyebabkan deposit pada pipa-pipa boiler sehingga akan menganggu proses transfer panas dalam tungku tersebut menyebabkan borosnya bahan bakar dengan terindikasi salah satunya dengan suhu flue gas yang tinggi.

Ada tiga teknik yang sering digunakan pada cofiring biomasa-batubara     :

1.       Mencampur biomasa dan batubara pada fuel handling system (kemudian diumpankan ke boiler).

2.       Menyiapkan biomasa secara terpisah dengan batubara, kemudian menginjeksikan ke boiler.

3.      Gasifikasi biomasa sehingga menghasilkan gas yang kemudian dibakar di boiler secara langsung atau menggunakan integrated gasification combined cycle (IGCC) system.

 Seluruh dunia dilaporkan lebih dari 200 PLTU batubara yang telah melakukan ujicoba dengan biomasa (IEA 2010).

 

Beberapa cofiring options yang tersedia pada PLTU batubara, antara lain :

-Cofire dengan prosentase biomasa rendah, dengan sedikit modifikasi peralatan.

-Cofire dengan prosentase biomasa tinggi, dengan meng-upgrade peralatan.

-Convert/repower individual coal burners to be fired with biomass

-Convert/repower entire coal plants to be fired with biomass

-Cofire with torrefied wood

Kadar abu pada batubara dan biomasa umumnya terpaut cukup besar dan apalagi kimia abunya juga banyak berbeda. Faktor inilah yang menyebabkan terjadi banyak sedikitnya deposit di pipa-pipa boiler. Prosentase cofiring biomasa-batubara sampai dengan 10% umumnya masih bisa diterima. Prosentase optimal yang menyebabkan deposit pipa boiler minimal dan pengurangan fly ash secara signifikan bisa dicari berdasarkan variable karakteristik batubara dan biomasa yang digunakan.    

Biomasa Kayu Lebih Diminati Daripada Biomasa Limbah Agroindustri Untuk Produksi Pellet?

Nilai kalor, kadar abu dan kimia abu adalah tiga parameter penting dalam penentuan kualitas pellet. Tiga parameter diatas sangat dipengaruhi oleh bahan baku untuk produksi pellet. Nilai kalor tinggi, kadar abu rendah  dan kimia abu yang ramah terhadap pipa-pipa boiler adalah kondisi ideal yang dicari oleh pengguna pellet. Pemilihan bahan baku untuk produksi pellet adalah kata kunci untuk mencapai kondisi ideal tersebut.

Permintaan wood pellet untuk eksport dalam skala besar yang rata-rata diatas 5000 ton/bulan membutuhkan suplai bahan baku serbuk gergaji ataupun kayu-kayu limbah penggergajian kayu dalam jumlah besar.  Hal tersebut sulit dipenuhi.  Produsen wood pellet skala kecil dengan kapasitas kurang dari 1000 ton/bulan  mungkin bisa mempertahankan kelangsungan usahanya. Masalah suplai bahan baku inilah salah satu faktor kunci keberlangsungan dan kesuksesan usaha wood pellet tersebut.

Limbah-limbah agroindustri seperti tandan kosong sawit, kulit kopi, sekam padi, tongkol jagung dan sebagainya sangat potensial sebagai bahan baku pellet. Secara kuantitas memang bahan baku dari limbah tersebut melimpah sehingga lebih bisa diandalkan pasokan bahan bakunya, tetapi secara kualitas memang masih dibawah bahan baku biomasa kayu berdasarkan tiga parameter tersebut di atas.

Cara yang ideal untuk mendapatkan bahan baku berkualitas  dan jumlahnya memadai walaupun membutuhkan waktu lebih lama adalah dengan membuat kebun energi atau hutan tanaman industri energi (HTIE). Biomasa berkayu bisa dihasilkan dalam waktu relatif cepat dan jumlah pasokannya lebih terjamin. Tanah Indonesia yang luas dan subur karena banyaknya gunung berapi dan beriklim tropis karena berada di katulistiwa sangat memungkinkan untuk hal ini.