Devi Kamaratih[1]
[1] Institut Teknologi Bandung
ABSTRAK
Baja banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari contohnya dalam konstruksi jalan, infrastruktur, kendaraan, mesin, dan perkakas rumah tangga. Dalam pembuatannya, baja banyak menggunakan energi mulai dari proses mengubah bijih besi menjadi besi lalu besi menjadi baja. Pembuatan baja juga bertanggung jawab atas sekitar 8%
dari semua emisi global. Sebagian besar emisi ini dihasilkan selama proses industri yang mengubah bijih besi - bahan mentah - menjadi logam. Diperlukan adanya teknologi inovatif untuk pembuatan baja yang lebih ramah lingkungan yaitu dekarbonisasi dalam pembuatan baja dengan menggunakan biomassa berkelanjutan bukan batu bara kokas, teknologi ini dapat memberikan kontribusi yang signifikan untuk mengurangi emisi global. Dalam proses penelitian, butiran halus bijih besi dicampur dengan bahan biomassa mentah yang berkelanjutan seperti limbah pertanian (jerami, kayu bekas, gandum, ampas jagung dan tebu, rumput laut, serta ganggang), teknologi ini menggunakan bahan tanaman yang dikenal sebagai biomassa lignoselulosa. Bahan ini dipadatkan untuk membuat briket seukuran bola golf. Briket lalu dipanaskan dengan menggunakan kombinasi gas yang dipanaskan oleh biomassa dan gelombang mikro, mengubah bijih besi menjadi besi metalik. Untuk membuat baja, besi dimurnikan lebih lanjut dan ditambahkan logam mangan atau nikel untuk menciptakan nilai berbeda untuk kegunaan yang berbeda. Biomassa ini tidak menghasilkan emisi bahan bakar fosil dan biomassa yang tumbuh cepat menawarkan sumber energi karbon-netral. Prosesnya tidak menggunakan makanan seperti gula dan jagung, dan tidak menggunakan sumber biomassa yang mendukung penebangan hutan tua. Dari penjelasan yang telah dipaparkan, dapat disimpulkan bahwa usaha dekarbonisasi dalam pembuatan baja dengan menggunakan biomassa dapat menurunkan emisi gas rumah kaca yang dihasilkan oleh sektor industri baja.
Kata Kunci: baja, biomassa, dekarbonisasi
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Setiap ton baja yang diproduksi pada tahun 2018 mengeluarkan rata-rata 1,85 ton karbon dioksida, setara dengan sekitar 8 persen emisi karbon dioksida global (World Steel Association).
Angka ini menunjukkan bahwa industri besi baja di dunia semakin menghadapi tantangan dekarbonisasi. Perkembangan teknologi memungkinkan untuk meningkatkan efisiensi energi dan mengurangi emisi CO2 di sektor ini. Namun, prinsip pembuatan baja tidak berubah secara mendasar selama bertahun-tahun. Dilihat dari proses pembuatannya, baja diperoleh dari proses pengolahan bijih besi yang ada di tambang maupun dari proses daur ulang baja. Proses pembuatan besi dari bijih besi merupakan proses utama dalam produksi baja. Pada prosesnya, bijih besi yang berasal dari penambangan akan dihancurkan, kemudian ukurannya diklasifikasikan, kemudian
diakukan proses perlakuan awal dilanjutkan proses peleburan (smelting) dan dimurnikan. (Fakhreza Abdul , dkk., 2020). Dari semua teknologi dalam proses pembuatan baja dari bijih besi, teknologi Blast Furnace-Basic Oxygen Furnace (BF-BOF) masih paling banyak digunakan (sekitar 71,6% dari total produksi baja kasar dunia) karena memiliki tingkat produktivitas yang tinggi dan relatif lebih murah.
Gambar 1. Kemungkinan terbentuknya CO2 yang akan menjadi gas rumah (Fakhreza Abdul, 2020)
2
PAPER COMPETITION
Indonesian Student Mining Competition XIII
Menurut EU Roadmap 2050, emisi CO2 dalam industri besi dan baja harus dikurangi sekitar 85%.
Untuk mencapai tujuan utama ini, teknologi pembuatan baja karbon rendah harus dilakukan.
Pada tahun 2003, Asosiasi Baja Dunia meluncurkan 'Program Terobosan CO2', sebuah inisiatif untuk menyediakan forum bagi berbagai program penelitian dan pengembangan nasional dan regional dalam mengidentifikasi teknologi terobosan dalam pembuatan besi dan baja untuk bertukar informasi.
Salah satu program tersebut adalah program ULCOS (Ultra-Low CO2 Steelmaking) (www.ulcos.org). Lebih dari 100 teknologi baru telah diidentifikasi di bawah Program Terobosan CO2) dan prediksi pengurangan emisi gas rumah kaca (gate-to-gate) untuk beberapa teknologi ini dibandingkan dengan blast furnace baseline ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 2. Perbandingan estimasi gas rumah kaca dalam teknologi pembuatan baja (after birat, 2007) Gambar tersebut menunjukkan bahwa biomassa memiliki potensi yang besar dalam mengurangi emisi gas rumah kaca dalam produksi baja.
1.2 Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah biomassa yang digunakan adalah limbah pertanian (jerami, kayu bekas, gandum, ampas jagung dan tebu, rumput laut, serta ganggang) yang merupakan biomassa lignoselulosa. Selain itu, penelitian ini masih berskala laboratorium dan dapat diteliti lebih lanjut untuk skala komersial.
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah a. Mengetahui produksi biomassa sebagai
bahan bakar campuran dalam proses pembuatan baja dan tantangan ekonomi yang dihadapinya
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah
a. Sebagai referensi bagi semua pihak dalam menyusun strategi dekarbonisasi dengan biomasaa pada industri baja
b. Sebagai sumber dan bahan masukan bagi penulis lain untuk menggali dan melakukan eksperimen tentang biomassa sebagai sumber berkelanjutan untuk pembuatan baja serta kontribusi dalam mengurangi emisi gas rumah kaca.
2. TEORI DASAR
2.1 Biomassa Lignoselulosa
Biomassa adalah bahan organik terbarukan yang datang dari tumbuhan dan hewan, mengandung energi kimia yang tersimpan yang bersumber dari matahari. Tanaman menghasilkan biomassa melalui fotosintesis. Biomassa dapat dibakar langsung untuk panas atau diubah menjadi bahan bakar cair dan gas terbarukan melalui berbagai proses, atau digunakan dalam proses industri pembuatan baja.
Sumber energi biomassa meliputi:
• Kayu dan limbah pengolahan kayu - kayu bakar, pelet kayu dan serpihan kayu, serbuk gergaji kayu dan pabrik mebel dan limbah, serta minuman keras hitam dari pabrik pulp dan kertas
• Tanaman pertanian dan bahan limbah - jagung, kedelai, tebu, switchgrass, ganggang tanaman berkayu, dan tanaman dan sisa pengolahan makanan
• Bahan biogenik dalam limbah padat perkotaan - kertas, kapas dan produk wol, dan sisa makanan, pekarangan dan kayu
• Kotoran hewan dan kotoran manusia
• Gas TPA
• Bahan bakar nabati yang terbuat dari alkohol biogenik
Beberapa bahan baku biomassa telah ditemukan cocok untuk memproduksi zat pereduksi padat untuk keperluan pembuatan besi dan baja.
3
PAPER COMPETITION
Indonesian Student Mining Competition XIII
Gambar 3. Sumber biomassa untuk produk bioenergy (Elsayed Mousa, dkk., 2016) Lignoselulosa adalah komponen organik terdapat di alam secara berlimpah dan terdiri dari tiga tipe polimer, yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin. Lignoselulosa bisa diperoleh diperoleh dari bahan kayu, jerami, rumput-rumputan, limbah pertanian/hutan, limbah industri industri (kayu, kertas) dan bahan berserat berserat lainnya.
Biomassa terdiri dari karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N) dan belerang (S). Bagian karbon dalam kayu adalah sekitar 50% berat (bahan kering, dm), tergantung pada jenis kayu dan bagian kayu (kulit dan batang). Kandungan karbonnya rendah dibandingkan dengan bahan bakar fosil seperti batu bara, kokas atau minyak yang digunakan dalam pembuatan besi dan baja. Bagian oksigen dalam kayu adalah sekitar 40% berat (dm).
Keberadaan oksigen dalam biomassa menurunkan kandungan energinya. Kandungan karbon tetap dalam biomassa rendah, sekitar 10–16 wt% (dm), sedangkan volatile matter adalah 84–88 wt% (dm) dan kandungan abu (A) 0,4–0,6 wt% (dm).
Kandungan sulfur dalam biomassa kayu rendah sekitar 0,01-0,1 wt% (dm) [35]. Kandungan sulfur yang rendah menguntungkan untuk pembuatan besi tanur tinggi.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Biomassa dapat digunakan di seluruh pembuatan baja terintegrasi sebagai sumber bahan bakar atau reduktor, pengganti batu bara atau bahan bakar lainnya dalam proses sintering, sebagai komponen campuran dalam produksi kokas, sebagai pengganti langsung kokas atau sebagai injektan untuk menggantikan batu bara bubuk yang disuntikkan.
dalam tanur tinggi, dan sebagai sumber karbon dalam proses pembuatan baja. Jika bersumber dari sumber daya terbarukan, biomassa berpotensi mengurangi intensitas emisi hingga 50% di seluruh
proses pembuatan baja terintegrasi. Sementara biomassa dapat memainkan peran kecil dalam dekarbonisasi industri baja, karena kurangnya ketersediaan sumber biomassa yang berkelanjutan dan permintaan yang bersaing untuk apa yang ada dari sektor lain. Butiran halus bijih besi dicampur dengan bahan biomassa mentah yang berkelanjutan seperti limbah pertanian (jerami, kayu bekas, gandum, ampas jagung dan tebu, rumput laut, serta ganggang), teknologi ini menggunakan bahan tanaman yang dikenal sebagai biomassa lignoselulosa. Bahan ini dipadatkan untuk membuat briket seukuran bola golf. Briket lalu dipanaskan dengan suhu 600C dengan menggunakan kombinasi gas yang dipanaskan oleh biomassa dan microwaves. Karbon yang tersisa di briket memicu reaksi kimia, dan oksigen tersangkut dari bijih besi, mengubahnya menjadi besi metalik. Briket logam dipindahkan ke tungku listrik, di mana dilebur untuk membentuk terak cair yang memungkinkan logam dipisahkan dari kotoran untuk membuat besi. Untuk membuat baja, besi dimurnikan lebih lanjut, dan logam lain - seperti mangan atau nikel - dapat ditambahkan untuk menciptakan nilai yang berbeda untuk kegunaan yang berbeda.
Adapun keuntungan dari biomassa adalah
• Tidak menghasilkan emisi bahan bakar fosil.
Dalam proses baru ini, bijih besi halus dicampur dengan bahan baku biomassa yang berkelanjutan (seperti limbah pertanian) dan dipanaskan menggunakan kombinasi gas yang dilepaskan oleh biomassa dan gelombang mikro efisiensi tinggi, mengubah bijih besi menjadi besi metalik.
• Biomassa menawarkan sumber energi netral karbon.
Biomassa akan melepaskan karbon dioksida saat digunakan, hal ini diimbangi dengan penggunaan tanaman cepat tumbuh sebagai sumber biomassa. Ini karena jumlah karbon dioksida yang diserap dalam fotosintesis hampir sama ketika tanaman ditumbuhkan kembali. Jika hanya menggunakan tanaman dan tidak menumbuhkannya kembali, atau jika tanaman tumbuh lambat, seperti pohon di hutan tua CO2 akan tetap berada di atmosfer.
Jadi menggunakan sumber biomassa yang tumbuh cepat dan berkelanjutan adalah penting.
• Dapat menjadi solusi yang berkelanjutan Bagian jerami, batang, dan daun mengandung bahan yang disebut lignoselulosa yang
4
PAPER COMPETITION
Indonesian Student Mining Competition XIII
memiliki jenis karbon yang dibutuhkan untuk proses tersebut.
• Biomassa yang digunakan dalam proses ini tidak termasuk sumber makanan.
Dalam prosesnya, tidak bisa menggunakan makanan seperti gula dan jagung karena tidak ramah lingkungan dan berdampak negatif pada ketahanan pangan.
Gambar 4. Siklus hidup emisi gas rumah kaca (gCO2e/produk MJ) dari reduksi berbasis biomassa
(Hannu Suopajärvi, 2013)
Tantangan yang dihadapi oleh biomassa dalam industri baja
Gambar 5. Contoh dari produksi charcoal di Finlandia (Elsayed Mousa, 2016)
Biomassa mentah harus ditingkatkan kualitas propertinya sebelum digunakan dalam setiap proses.
Biasanya, langkah-langkah peningkatan yang lebih banyak akan membutuhkan pengeluaran operasional (OPEX) dan modal (CAPEX) yang tinggi, yang menyebabkan biaya produksi yang tinggi. Selain itu, biaya tambahan seperti pemanenan, penanganan material, transportasi, pengeringan, dll membuat produk biomassa tidak kompetitif secara ekonomi dengan bahan bakar fosil seperti batu bara. Pajak karbon akan memainkan peran penting untuk implementasi biomassa di industri besi dan baja.
Kolaborasi universitas/lembaga, industri besi dan baja, industri berbasis biomassa, sektor transportasi dan masyarakat mampu mengatasi hambatan yang dihadapi dari penerapan biomassa dalam pembuatan
baja dan membantu bergerak menuju industri yang lebih efisien dan lingkungan yang bersih.
4. KESIMPULAN
Biomassa dapat dipertimbangkan sebagai sumber daya bebas karbon pada proses pembuatan baja, ini bisa menjadi daya tarik pilihan untuk mengurangi emisi dari produksi besi dan baja.
Namun, rantai pasokan penuh perlu dipertimbangkan, dan semua yang terkait dengan pemanenan, produksi, penanganan material, pengeringan, pemrosesan, transportasi dan penggunaan bioenergi, perlu diperhitungkan dengan baik untuk menunjang energi yang berkelanjutan.
DAFTAR PUSTAKA
Alla Toktarova, I. K. (27 July 2020). Pathways for Low-Carbon Transition of the Steel Industry—A Swedish Case Study.
Energies 2020, 13, 3840, 1-18.
Association, W. S. (September 2021 ). Biomass in steelmaking.
Christian Hoffmann, M. V. (3 Juni 2020).
Decarbonization challenge for steel.
McKinsey&Company.
Decarbonising steel making with new technologies.
(n.d.).
https://www.riotinto.com/news/stories/dec arbonising-steel-making.
Elsayed Mousa, C. W. (2016). Biomass applications in iron and steel industry: An overview of challenges and opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews 65 (2016) 1247–1266, 1247–1266.
Faizinal Abidin, S. H. ( 24 November 2018).
Pemanfaatan Karbon Biomassa sebagai Reduktor dalam Ekstraksi Fe-Ni dari Bijih Nikel Laterit. Vol. 3, 2018, ISSN No. 2502-8782, 1 - 5.
Fakhreza Abdul, S. P. (2020). Proses Pembuatan Besi Menggunakan Injeksi Gas Hidrogen ke Dalam Blast Furnace: Sebuah Alternatif untuk Mengurangi Emisi CO2. JURNAL TEKNIK ITS Vol. 9, No. 2, (2020) ISSN:
2337-3539 (2301-9271 Print), 386-392.
Hannu Suopajärvi, E. P. (2013). The potential of using biomass-based reducing agents in the blast furnace: A review of thermochemical conversion technologies andassessments related to sustainability. Renewable and
5
PAPER COMPETITION
Indonesian Student Mining Competition XIII
Sustainable Energy Reviews 25 (2013) 511–528, 511 - 528.
Hofbauer, M. H. ( 9 September 2020). Evaluation of biomass-based production of below zero emission reducing gas for the iron and steel industry. Biomass Conversion and Biorefinery (2021) 11:169–187, 169 - 185.
Juan Correa Laguna, J. D.-H. (PE 690.008 – April 2021). Carbon-free steel production: Cost Reduction Options and Usage of existing Gas Infrastructure. European Parliamentary Research Service (EPRS), 15.
Proses Pembuatan Besi Menggunakan Injeksi Gas Hidrogen ke Dalam Blast Furnace: Sebuah Alternatif untuk Mengurangi Emisi CO2.
(2020). JURNAL TEKNIK ITS Vol. 9, No.
2, (2020) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print), 386-392.
Terry NORGATE, *. N. (February 17, 2012).
Biomass as a Source of Renewable Carbon for Iron and Steelmaking. ISIJ International, Vol. 52 (2012), No. 8, pp.
1472–1481, 1472-1481.