Pellet Fuel dari Tongkol dan Batang Jagung

 
Tongkol dan batang jagung adalah limbah dari usaha budidaya jagung. Umumnya kedua limbah tersebut hanya dibuang dan tidak dimanfaatkan. Mahalnya harga energi, solusi masalah limbah dan peningkatan nilai tambah pemanfaatan limbah tersebut adalah pendorong pemanfaatan limbah ini. Data tahun 2006 dengan produksi jagung secara nasional 11,7 juta ton, limbah pertanian dihasilkan yakni 12,1 juta ton. Dengan potensi energi batang dan daun kering diperkirakan 66,35 GJ dan tongkol jagung sebesar 55,75 GJ tentu sangat potensial untuk sumber energi.  Batang dan daun kering jagung memiliki nilai kalori 4370 kkal/kg sedangkan tongkol jagung pada 4451 kkal/kg (MC=7,53%).

Pellet tongkol jagung dan pellet batang jagung

Pemelletan untuk menjadi pellet bahan bakar (pellet fuel) adalah pilihan terbaik untuk sumber energi tersebut. Pellet dari limbah pertanian jagung ini bisa dimanfaatkan untuk bahan bakar kompor pada daerah pertanian tersebut atau untuk industri atau pemabngkit listrik dan potensial untuk dieksport ke luar negeri. Ditinjau dari asalnya karena pellet fuel dari limbah pertanian jagung ini termasuk biomass pellet atau agri-pellet, yang spesifikasinya sedikit berbeda dengan pellet kayu (wood pellet). Teknologi produksi pellet dari limbah jagung ini juga hampir sama dengan produksi wood pellet.

Sejumlah sentra-sentra produksi jagung di seluruh Indonesia potensial untuk mengembangkan komoditas ini karena ketersediaan bahan baku, mengatasi masalah limbah pertanian, kebutuhan energi yang terus meningkat dan faktor ekonomi. Sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, mudah disimpan dan digunakan, sebagai bahan bakar carbon neutral akan mengurangi dampak perubahan iklim akibat gas rumah kaca serta mendorong ekonomi rendah karbon.

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.  

Asal-Muasal Wood Pellet

Sejarah pembuatan pellet kayu (wood pellet) bermula dari krisis energi yakni minyak bumi pada tahun 1970-an. Teknologi pembuatan pellet kayu itu sendiri diadopsi dari teknologi pellet pakan ternak/ikan yang sudah lebih dahulu banyak diaplikasikan. Seiring perkembangan berbagai modernisasi teknologi dilakukan sejalan dengan karakteristik bahan bakunya, spesifikasi produk sesuai tuntutan kebutuhan pasar ataupun standar internaional, efisiensi produksi  dan kapasitas pabrik untuk memenuhi kebutuhan pasar.  Upaya membuat energi alternatif dari sumber yang bisa diperbaharui dengan sejumlah peningkatan kualitas bahan baku menjadi solusi pada masa itu. Setelah krisis minyak tahun 1970-an berakhir produksi wood pellet mengalami penurunan. Tetapi ketika masalah pemanasan global, perubahan iklim dan upaya meningkatkan nilai tambah biomasa berkayu serta menipisnya cadangan bahan bakar fossil wood pellet dimulai tahun 1990an akhirnya wood pellet kembali mendapat perhatian besar.  

Biomasa khususnya kayu dikatakan menjadi sumber energi alternative yang bisa diperbaharui hanya jika produksinya dilakukan secara berkelanjutan. Pembuatan kebun atau hutan tanaman energi adalah upaya untuk produksi sumber biomasa yang berkelanjutan tersebut selain pemanfaatan limbah-limbah kayu dari berbagai industri perkayuan yang apabila dirunut juga harus dari sumber yang legal. Serbuk gergaji khususnya adalah bahan baku terbaik untuk produksi wood pellet ini, tetapi karena ketersediaanya biasanya tidak besar ditambah lagi apabila dikumpulkan dari sejumlah limbah penggergajian kayu misalnya  dan sangat banyak peminatnya sehingga perlu dicermati benar-benar apabila akan digunakan untuk produksi wood pellet.

Batang kayu adalah bagian dari tanaman atau pohon paling baik untuk menghasilkan wood pellet. Apabila wood pellet kualitas premium (A1 Class Pellet) hendak diproduksi maka proses pengelupasan kulit (debarking) juga harus dilakukan untuk meminimalisir kadar abu-nya. Sedangkan bagian-bagian pohon atau tanaman yang lain memiliki kadar abu lebih tinggi sehingga tidak bisa digunakan untuk produksi wood pellet kualitas premium. Wood pellet kualitas terbaik ini memiliki kadar abu terendah dan nilai kalor tertinggi serta umumnya hanya digunakan untuk kebutuhan rumah tangga yakni pemanas ruangan di sejumlah negara-negara Eropa, US dan Kanada.  Sedangkan wood pellet dengan kualitas lebih rendah dari itu penggunaannya di industri.

Log wood for premium wood pellet feedstock after debarking

Berbeda dengan negara-negara Eropa dan US yang umumnya menggunakan wood pellet untuk konsumsi rumah tangga  sebagai pemanas ruangan, di Asia wood pellet umumnya digunakansebagai bahan bakar industri ataupun pembangkit listrik. Perbedaan pola konsumsi tersebut disebabkan antara lain kondisi iklim sebagai akibat lokasi geografisnya dan kesadaran terhadap dampak lingkungan. Berbagai keunggulan wood pellet untuk aplikasi industry maupun rumah tangga dan berbagai faktor pendorong tentang masalah lingkungan, perubahan iklim, pemanasan global dan ekonomi menjadikan permintaan komoditas ini semakin massif.  

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.