CO-FIRING BATUBARA - BIOMASSA MENGGUNAKAN PEMBAKAR SIKLON SEDERHANA UNTUK INDUSTRI KECIL-MENENGAH. Ikin Sodikin

(1)

Topik Utama

CO-FIRING BATUBARA - BIOMASSA MENGGUNAKAN

PEMBAKAR SIKLON SEDERHANA UNTUK

INDUSTRI KECIL-MENENGAH

Ikin Sodikin

Pusat Penelitan dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara

ikin@tekmira.esdm.go.id

S A R I

Pembakar siklon adalah alat pembakar tepung bahan bakar padat yang efektif, karena kondisi turbulensi yang tinggi. Pembakaran secara co-firing tepung batubara dengan biomassa berupa serbuk gergaji memberikan efisiensi energi sebesar 56-69%. Hal ini mendekati efisiensi penggunaan bahan bakar gas (±65%). Dengan pembakar siklon sederhana, hal ini sangat potensial untuk diimplementasikan pada industri kecil-menengah IKM dan industri umumnya, karena dapat menyubstitusi bahan bakar minyak/gas BBM/BBG dengan pembakaran bersih tak berasap dan sangat ekonomis.

Kata kunci : co-firing batubara-biomassa, industri kecil-menengah, pembakar siklon

1. LATAR BELAKANG

Saat ini potensi serbuk gergaji mulai melimpah, khususnya di daerah padat penduduk, mulai dari Lampung, Jawa, Bali dan Nusa Tenggara Barat, seiring dengan surutnya pasokan kayu dari Kalimantan. Setelah kayu Kalimantan menjadi mahal, masyarakat beralih ke kayu albasia, sehingga budi daya kayu albasia menjamur, dan mengakibatkan industri penggergajian kayu meningkat dengan produk samping serbuk gergaji. Untuk memanfaatkan limbah serbuk gergaji tersebut, dilakukan pembakaran

co-firing dengan tepung batubara, sehingga

diharapkan campuran tepung batubara dan serbuk kayu tersebut dapat dibakar dengan efektif dan efisien. Salah satu teknik pembakaran bahan ini adalah teknik pembakar siklon yang meniupkan tepung bahan bakar ke dalam silinder siklon dalam suasana turbulensi yang tinggi, sehingga mendorong proses pembakaran yang efektif.

Untuk keperluan industri kecil-menengah (IKM), akan digunakan pembakar siklon sederhana, yaitu konstruksi pembakar siklon tanpa kerangka besi. Dengan pengembangan co-firing serbuk gergaji-tepung batubara, maka hal ini sejalan dengan program pemerintah untuk menggalakkan energi terbarukan (biomassa) dan meningkatkan peran batubara dalam bauran energi nasional sesuai PP Nomor 5 Tahun 2006 menjadi 33% pada tahun 2025. Selain untuk IKM, teknik co-firing ini dapat juga dikembangkan untuk industri di perkotaan, yang saat ini masih banyak menggunakan gas elpiji bersubsidi.

2. HASIL PENELITIAN SEBELUMNYA Penelitian sebelumnya berupa efisiensi energi beberapa jenis bahan bakar untuk penggunaan di rumah tangga (Sumaryono, 1994) adalah, seperti terlihat pada Tabel 1.

(2)

Topik Utama

Tabel 1. Efisiensi energi individu berbagai bahan bakar

No. Bahan Bakar Tungku yang Digunakan Efisiensi Energi (%) 1 Kayu belah Tungku tradisional 17 - 25

2 Arang kayu Anglo 21

3 Batubara Anglo 16

4 Bio-coal briket Tungku efisien 47

5 Semi-kokas Anglo 33

6 Minyak Tanah Kompor 45 - 52

7 Gas elpiji Kompor 65

Sementara itu efisiensi energi untuk penggunaan di industri bata, genteng dan kapur (Sumaryono, 2012 dan Sumaryono, 1997) dapat dilihat pada Tabel 2.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Pembakar Siklon Vertikal Sederhana Pembuatan tungku model siklon dengan posisi vertikal (tegak) dengan berukuran diameter (Ø)40 cm dan tinggi 60 cm dengan lining batu kuarsa dan bata merah yang diplester secara sederhana tanpa rangka besi. Di bagian atas terdapat dudukan untuk wajan dengan Ø110 cm yang

No. Tungku Pembakaran

Bahan

Bakar Sistem Co-Firing

Efisiensi Energi (%) 1 Bata Kayu - 27,4 - Kayu-Batubara Bituminus 48,0 2 Genteng Kayu - 17,5 - Kayu-Batubara Bituminus 29,9 3 Kapur berkala Kayu - 27,2

Batubara - 35,0

- Kayu-Batubara Bituminus 52,2

Tabel 2. Efisiensi energi individu dan co-firing pada berbagai industri

dilengkapi cerobong setinggi 200 cm dengan Ø20 cm, alat pengumpan batubara, peniup udara dan bahan bakar. Wajan yang digunakan berfungsi sebagai media penyerap energi panas yang dihasilkan dari pembakaran.

Selanjutnya adalah preparasi bahan bakar batubara menjadi tepung dan penyiapan serbuk gergaji. Tepung batubara dicampur serbuk gergaji dengan perbandingan tertentu, kemudian dimasukkan ke dalam bin dan dikeluarkan melalui variabel bukaan dan ditiup oleh peniup udara melalui pipa ke dalam pembakar siklon untuk dilakukan pembakaran secara kontinyu menerus (Gambar 1 dan Gambar 2).

(3)

Topik Utama

Gambar 1. Pembakar siklon vertikal dan alat pengumpan bahan bakar.

Gambar 2. Feeder dan peniup udara. 3.2. Uji Efisiensi Energi dengan Penguapan

Air dalam Wajan

Uji coba pembakaran untuk menghitung efisiensi energi dengan media air yang diuapkan pada wajan yang dipasang di atas tungku dengan pengamatan jumlah bahan bakar yang terbakar, jumlah air yang diuapkan, luas gelembung didih, temperatur tungku dan temperatur cerobong. Penguapan air dalam wajan, berupa kondisi air yang sedang mendidih dengan gelembung air yang besar, membuktikan bahwa api dari tungku siklon dengan bahan bakar campuran tepung batubara dan serbuk gergaji melalui teknik

Gambar 3. Penguapan air dalam wajan.

co-firing dapat menghasilkan api yang kuat dan

efektif dengan efisiensi energi yang tinggi (Gambar 3). Hasil uji efisiensi energi pembakaran

co-firing tepung batubara dan serbuk gergaji pada

pembakar siklon tersebut diperoleh nilai kalori batubara sebesar 5.424 kal/gram, serbuk gergaji mahoni sebesar 4.244 kal/gram dan serbuk gergaji albasia sebesar 4.083 kal/gram (Tabel 3 dan Tabel 4).

Hasil uji efisiensi energi teknik pembakaran dengan batubara saja menggunakan pembakar siklon menunjukkan efisiensi energi yang tinggi untuk penguapan air, antara 49,1-58,9%. Semakin banyak jumlah air yang diuapkan, maka semakin efisien (Tabel 3).

Sementara itu, hasil uji efisiensi energi teknik

co-firing campuran tepung batubara dan serbuk

gergaji dengan pembakar siklon dan menggunakan wajan menunjukkan efisiensi energi yang tinggi untuk penguapan air, antara 56,33-69,86% (Tabel 4). Tingginya efisiensi teknik

co-firing dibandingkan dengan pembakaran

bahan bakar lain secara individu seperti pada Tabel 1, paralel dengan penelitian sebelumnya (Tabel 2) yang menunjukkan teknik co-firing batubara-kayu memberikan efisiensi energi yang tinggi, melebihi sistem bahan bakar tunggal batubara dan kayu saja. Kemungkinan penyebab naiknya efisiensi energi ini selain karena faktor kayu bakar sebagai bahan penstabil proses

(4)

Topik Utama

Jenis Bahan Bakar Kecepatan Umpan Bahan Bakar (kg/jam) Batubara yang Terbakar (kg) Air yang Diuapkan (liter) Efisiensi Energi (%) Batubara 8 4 23 56,4 8 4 21 51,5 8 4 20 49,1 8 4 24 58,9

Tabel 3. Hasil pembakaran batubara

Jenis Serbuk Gergaji Kecepatan Umpan Bahan Bakar (kg/jam) Campuran 75% Serbuk Gergaji & 25% Co-Firing Tepung Batubara

(kg) Air yang Diuapkan (liter) Efisiensi Energi (%) Mahoni 10 3,40 19 67,08 15 15 79 63,24 18 18 92 61,30 Albasia 9,7 3,23 14,8 56,33 17,6 3,80 21,6 69,86 17,6 19,6 102 63,96

Tabel 4. Hasil pembakaran co-firing campuran tepung batubara dan serbuk gergaji

juga mungkin karena sifat H₂O yang terdapat pada kayu, yang pada temperatur tinggi dapat menghasilkan radikal-radikal yang dapat memperbaiki proses pembakaran hidrokarbon (Setiawan, 2008). Hal ini terindikasi pada pembakaran CWF (coal water fuel) yang ternyata lebih baik daripada pembakaran COM (coal oil

mixture). Indikasi lain dipraktekkan pada stoker

di Eropa di waktu yang lalu, yang ditambahkan air pada batubara bituminus yang dibakar di atas

chaingrate, untuk mengurangi terbentuknya

asap hidrokarbon dan menaikkan efisiensi pembakaran (Williams, 1992).

4. EKONOMI ENERGI

Perhitungan ekonomi teknik co-firing campuran tepung batubara (25%) dan serbuk gergaji (75%) dengan efisiensi energi sebesar 60% diperoleh harga co-firing per kalori sebesar Rp 0,23. Harga campuran co-firing sebesar Rp 600/kg dan kalori yang dihasilkan sebesar 4.350 kkal/kg. Sementara itu, harga minyak tanah nonsubsidi per kalori sebesar Rp 2,04 dengan efisiensi energi 50% dan harga gas subsidi (12 kg) per kalori sebesar Rp 0,75 dengan efisiensi energi 65%.

(5)

Topik Utama

a. Co-Firing Harga - Batubara 25% x Rp 1.500 = Rp 375,-- Serbuk gergaji 75% x Rp 300 = Rp 225,375,-- 225,-Jumlah = Rp 600,-/Kg Kalori - Batubara 25% x Rp 5.400 = 1.350 kalori - Serbuk gergaji 75% x Rp4.000 = 3.000 kalori Jumlah = 4.350 kkal/kg Harga 1 kalori 600/4350 = Rp

0,14,-Efisiensi energi 60%

Harga ekonomi co-firing 100/60 x Rp 0,14 = Rp 0,23,-/kalori

b. Minyak Tanah Nonsubsidi - Harga = Rp 9.000,-/liter - Kalori = 8.800 kalori/liter - Harga 1 kalori = Rp 1,02,-- Efisiensi energi 50%

- Harga ekonomi minyak tanah (nonsubsidi) 100/ 50 x Rp 1,02 = Rp 2,04,-/kalori

c. Gas Subsidi (12 kg)

- Harga = Rp 80.000,-/12 kg - Kalori = 13.500 kkal/kg

- Harga 1 kalori= Rp 80.000/(12 x 13.500) kalori = Rp

0,49,-- Efisiensi energi 65%

- Harga ekonomi gas subsidi 100/65 x Rp 0,49 = Rp 0,75,-/kalori

5. KEUNGGULAN TEKNOLOGI

a. Mampu membakar kayu serbuk gergaji (biomassa) yang merupakan limbah semakin banyak tersedia, khususnya di daerah-daerah padat penduduk yang besar konsumsi kayu bangunannya, termasuk juga limbah serbuk gergaji bekas media semai di sentra-sentra industri jamur yang sudah menggunung dan belum dimanfaatkan.

b. Kayu serbuk gergaji adalah limbah dari bahan terbarukan dan teknik co-firing mampu memanfaatkan serbuk gergaji yang dihasilkan dari tempat penggergajian kayu secara langsung.

c. Serbuk gergaji dari kayu kelas III (Albasia) dapat dimanfaatkan dengan efektif dan efisiensi energinya mendekati serbuk gergaji dari kayu kelas I (Mahoni).

d. Proses pembakaran berturbulensi tinggi yang diterapkan dalam teknologi ini sangat efektif dan menghasilkan efisiensi energi pemanfaatan setara atau lebih besar dari bahan bakar standar lain seperti bahan bakar minyak (BBM), bahan bakar gas (BBG) atau kayu bakar.

e. Alat pembakar adalah pembakar siklon sederhana, yang dapat diimplementasikan secara luas untuk IKM dan industri lainnya di pedesaan maupun perkotaan dengan komposisi co-firing batubara-serbuk gergaji dengan kandungan serbuk gergaji mulai dari 0 sampai 100%, yang implementasinya disesuaikan dengan keekonomian ketersediaan batubara atau serbuk gergaji di lokasi industri yang bersangkutan.

f. Harga tungku yang murah, sehingga mudah dijangkau oleh IKM dengan modal kecil. g. Harga bahan bakar lebih murah, sehingga

dapat mengurangi biaya produksi (ekonomis).

h. Sistem pengoperasian tungku yang cukup sederhana, sehingga memungkinkan setiap orang dapat mengoperasikannya dengan mudah.

i. Memberikan efisiensi energi yang tinggi, >60%.

j. Bahan bakar biomassa menghasilkan emisi CO₂ lebih sedikit dari bahan bakar fosil, sehingga kombinasi keduanya akan mengurangi dampak lingkungan yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar campuran batubara-kayu serbuk gergaji secara co-firing (ramah lingkungan).

(6)

Topik Utama

6. POTENSI APLIKASI

Teknologi co-firing tepung batubara dan serbuk gergaji ini dapat digunakan untuk industri berskala kecil di pedesaan dan perkotaan. a. IKM Pedesaan

1) Untuk pengering padi pada sentra-sentra padi di pulau Jawa, Sumatera, Sulawesi, Nusa Tenggara Barat dan lain-lain, yang saat ini bahan bakarnya menggunakan minyak solar dan gas elpiji.

2) Untuk pemanas ketel uap pada industri tapioka di Lampung dan Jawa Barat. 3) Untuk pemanas oven pada industri

pengering kopi, coklat, teh dan kopra. 4) Untuk pemanas wajan pada industri krupuk,

gula merah, kecap, permen dan makanan kecil lainnya.

5) Untuk pemanas pada industri pengguna ketel uap ukuran kecil sampai dengan besar, seperti industri tahu, tempe, kecap, mi, pindang, budi daya jamur, minyak atsiri, minyak nilam dan lain-lain.

6) Untuk pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) kapasitas kecil (5-10 MW).

b. IKM Perkotaan atau Daerah Kawasan Industri

1) Untuk industri tekstil, laundri, smelter logam, kalsinasi mineral, aspal mixing plant (AMP), pupuk, galvanisasi dan lain-lain yang mengunakan boiler, oil heater, rotary kiln, ketel, reverberatory furnace. Hal ini dimungkinkan karena dengan mengatur komposisi ramuan batubara dengan serbuk gergaji ataupun peringkat batubara yang digunakan dapat diperoleh output temperatur dari rendah sampai tinggi pada kisaran 40°C sampai 1400°C atau lebih.

2) Untuk PLTU kapasitas kecil (5-10 MW). 7. MANFAAT

Sesuai dengan peraturan pemerintah dalam rangka meningkatkan penggunaan biomassa

dan batubara dalam bauran energi, maka teknik pembakaran campuran kayu serbuk gergaji dan tepung batubara pada tungku pembakar siklon merupakan salah satu energi alternatif yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat dan pelaku industri. Bagi masyarakat, pemanfaatan teknik ini karena mudah diimplementasikan dan harga yang terjangkau. Bagi pelaku industri, teknik ini merupakan suatu langkah substitusi energi BBM dan BBG.

7. KESIMPULAN

a. Pembakaran campuran 75% kayu serbuk gergaji dan 25% tepung batubara pada tungku pembakar siklon Ø40 cm dengan tinggi 60 cm, menghasilkan pembakaran yang stabil dengan efisiensi energi yang yang tinggi berkisar antara 56% sampai 69%, paralel dengan hasil penelitian co-firing sebelumnya dalam sistem-sistem lain yang memberikan efisiensi yang lebih tinggi untuk campuran batubara dan biomassa.

b. Penggunaan kayu serbuk gergaji atau campuran kayu serbuk gergaji dengan tepung batubara untuk bahan bakar pembakar siklon merupakan langkah maju yang signifikan secara teknis dan ekonomis, karena selain dihasilkan efisiensi energi yang tinggi, secara ekonomis banyak kayu serbuk gergaji yang belum dimanfaatkan di masyarakat.

c. Kayu yang berkalori rendah dapat dicampur dengan tepung batubara untuk menaikkan efektivitas penggunaannya sebagai bahan bakar. Kayu albasia (kelas III) dan mahoni (kelas I) ternyata memberikan efisiensi energi yang hampir sama.

8. UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih disampaikan kepada Bapak Drs. Sumaryono, M.Sc., Peneliti Utama di Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara yang telah memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis, selama melakukan kegiatan penelitian.

(7)

Topik Utama

Selain itu, penulis mengucapkan terima kasih

kepada Sdr. Tatang Koswara dan Engkos Kosasih yang telah membantu dalam setiap percobaan yang dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

Peraturan Pemerintah Nomor 5 Tahun 2006, tentang Kebijakan Energi Nasional.

Setiawan. L.,Umar D.F., Kunrat.T.S., Hanafiah.N., 2008, Teknologi Pembuatan dan Pembakaran CWF Skala Pilot 4 ton/hari Dari Batubara Hasil Proses Upgraded Brown Coal, Laporan Internal, Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara.

Sumaryono, 1994, Efisiensi Energi Beberapa Jenis Bahan Bakar Untuk Pemakaian di Rumah Tangga, Berita PPTM, Bandung, no 65.

Sumaryono, Basyuni, Y., Suripto, 1997, Biocoal

Sebagai Bahan Bakar Alternatif Untuk Industri Kecil, Riset Unggulan Terpadu II,

Jakarta.

Sumaryono, 2012, The Use of Sub-bituminous coal in Combination Firing for Tile, Brick and Limestone Burning, Indonesian Mining

Journal, Bandung, vol 15 (33 - 41).

Williams. A.W., 1992,Coal Manual For Industry. New York., CMP Inc.