Energi_biomassa_dari_wood_pellet_callian.docx

GEOPETRA 2016 Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Seksi Mahasiswa Universitas Diponegoro

ENERGI BIOMASSA DARI WOOD PELLET “CALLIANDRA CALLOTHYRSUS” SEBAGAI ENERGI MODERN RAMAH LINGKUNGAN Dyatmico Pambudi Universitas Diponegoro [email protected]

Abstrak Pemenuhan kebutuhan terhadap energi masih sangat tergantung pada bahan bakar fosil. Sementara itu cadangan energi fosil di Indonesia semakin menurun. Di sisi lain, dalam memenuhi kebutuhan sehari-hari dan kegiatan industri rata-rata 95 % menggunakan energi fosil baik minyak dan gas bumi serta batubara, sedangkan sisanya 5 % menggunakan energi terbarukan (Kemenperin 2016). Salah upaya yang dilakukan untuk mengurai ketergantungan terhadap energi fosil adalah dengan memanfaatkan sumber energi terbarukan (renewable energy resources). Pemanfaatan energi terbarukan selama lima tahun ini berkembang khususnya dalam kegiatan sehari- hari. Untuk itu dilakukan penelitian yang berdasarkan data penulisan ilmiah yang dipublikasikan dan informasi tertulis secara tidak langsung dari penelitian biomassa wood pellet dan briquette Calliandra Callothyrsus. Calliandra Callothyrsus merupakan pohon yang dimanfaatkan dengan mengubah serbuk kayu menjadi pellet dan briquette. Hasil serbuk kayu yang dipadatkan menjadi pellet dan briquette dapat digunakan sebagai bahan alternatif dalam pembakaran sehari-hari berupa pemanas ruangan, pembakaran, dan energi listrik memanfaatkan tenaga uap skala kecil. Gross Calorific Value (Low Heating Value / LHV) wood pellet pohon kaliandra adalah 4436 kcal/kg yang dapat dimanfaatkan untuk PLTU skala kecil. Pellet dan briquette dalam kemasan 4 kg dapat membuat api dengan lama waktu 6 jam sebanding dengan tabung gas elpiji 3 kg (Agrojawadwipa). Pellet ini mempunyai kalor yang rendah yang tidak mudah merusak alat yang digunakan. Penggunaan energi ini sangat ramah lingkungan dengan kadar emisi CO 2 sepuluh kali lebih rendah daripada batubara (Biotifor 2016). Penggunaan energi pellet dan briquette ini mempunyai banyak manfaat dari ekonomi, lingkungan, dan kehidupan sehari-hari khususnya untuk energi pembakaran dan energi listrik alternatif yang sangat ramah lingkungan. Keyword : Renewable energy resources, biomassa, calliandra callothyrsus, pellet and briquette, energi ramah lingkungan.

Pendahuluan Dalam pengembangan usaha untuk meningkatkan kebutuhan energi skala panjang, tentunya fokus pemikiran harus lebih dinamis yang lebih memperluas ke energi terbarukan. Energi terbarukan yang diangkat berupa energi biomassa. Biomassa ini menitiberatkan pada limbah kayu berupa serbuk kayu yang pengolahannya dipadatkan dan dikeringkan sesuai kebutuhan yang dikenal sebagai wood pellet. Teknologi pellet ini dari tanaman calliandra callothyrsus (pohon kaliandra merah). Keuntungan biomassa ini dapat dimanfaatkan sebagai pengganti minyak dan gas skala kecil, PLTU skala kecil, dan kegiatan pembakaran/pemanas. Kadar emisi yang dikeluarkan hampir tidak ada mengikuti konsep carbon neutral sehingga teknologi wood pellet sangat ramah lingkungan. Penulisan karya ilmiah ini berdasarkan tujuan untuk meningkatkan pengetahuan, mengaplikasikan penggunaan, dan penciptaan

energi terbarukan salah satunya biomassa dengan wood pellet kepada pembaca untuk mewujudkan pengurangan pemakaian minyak dan gas dalam jangka waktu 10 – 20 tahun. Pasar pellet dari biomassa kayu untuk tujuan energi sangat menjanjikan di Eropa, Amerika, dan Korea Selatan. Negara Korea Selatan menargetkan impor 5 juta ton pellet pada tahun 2020 untuk memenuhi 75% kebutuhan dalam negeri. Dalam rangka mencapai target tersebut didirikanlah perusahaan wood pellet Korea (PT Solar Park Indonesia). Di negara Indonesia pemakaian energi nasional masih bergantung pada sumber energi minyak (50%), gas alam (20%), batubara (24%), dan energi terbarukan dalam kisaran 6% (ESDM, 2011) merupakan hal yang harus segera dicari jalan keluar baik dari segi penelitian dan pemerintah (Tabel 1). Kementrian Energi dan Sumberdaya Alam menargetkan untuk mengembangkan energi terbarukan menjadi 26% pada tahun 2025. Biomassa pellet mempunyai kadar emisi lebih rendah dari kayu bakar, tetapi masih tinggi dari pembakaran gas alam

PAPER & POSTER COMPETITION 2016 – DIVERSIFIKASI ENERGI

1

GEOPETRA 2016 Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Seksi Mahasiswa Universitas Diponegoro (Terroka, 2009) sehingga penggunaan pellet secara berkala dapat mengurai pencemaran lingkungan khususnya polusi udara yang berkaitan dengan pemanasan global. Dengan alasan di atas, penelitian ditingkatkan serta usaha untuk mensosialisasikan kepada masyarakat mengenai energi terbarukan salah satunya pemanfaatan limbah serbuk kayu sebagai energi biomassa wood pellet yang ramah lingkungan.

2.

Tinjauan Pustaka 3. Secara sederhana energi didefinisikan yaitu energi yang dapat diperoleh (terbarukan). Sumber energi terbarukan adalah sumber energi yang ramah lingkungan yang tidak mencemari dan memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim dan pemanasan global. Energi terbarukan yang ramah lingkungan salah satunya adalah biomassa. Biomassa merupakan energi terbarukan dalam bentuk energi padat yang berasal dari tumbuhan berlignoselulosa baik yang langsung digunakan atau diproses terlebih dahulu (Tampubolon, 2008). Pemanfaatan biomassa yang paling banyak dari serbuk kayu. Bahan dari kayu merupakan tanaman yang cepat dan berkualitas untuk menghasilkan energi. Calliandra Callothyrsus adalah tanaman yang dikembangkan untuk biomassa dari serbuk kayu. Pohon kaliandra merah secara umum mempunyai keunggulan yaitu pertumbuhan yang cepat, pengikat nitrogen, mampu memperbaiki struktur dan kesuburan tanah, mampu bertunas kembali setelah beberapa kali pemangkasan, rehabilitasi pohon alang-alang, digunakan sebagai chip untuk bahan bakar industri, dan meningkatkan penyerapan air permukaan kedalam tanah. Energi biomassa pada umumnya memiliki masalah berupa keragamannya, komposisi energi rendah, dan tingginya kadar air. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan adanya suatu pemadatan serbuk kayu atau teknologi pemadatan biomassa (biomass densification) menjadi pellet dan briket dengan kualitas konsisten stabil dan standar. Kriteria itu meliputi nilai energi kalor tinggi, kadar air rendah serta ukuran dan bentuknya yang homogen. Pellet hasil pemadatan membentuk diamater antara 6-8 milimeter dan panjang kurang lebih 38 milimeter. Dalam proses pembuatan pellet mempunyai tahapan khusus yang sering disebut proses produksi wood pellet. Tahapan-tahapan pembuatannya yaitu 1. Persiapan Bahan Baku Pemilihan bahan baku dengan menggunakan limbah kayu terutama dari bagian cabang, batang, dan ranting. Bahan baku memiliki kadar lignin yang tinggi sebagai zat perekat alami kayu yang dapat menghasilkan energi secara cepat dan

4.

5.

6.

7.

berkualitas yang tidak mengandung zat gula yang tidak mengurai proses pembakaran ketika digunakan. Pemotongan Bahan baku dari pohon kaliandra kemudian dipotong yang kemudian dimasukkan kedalam alat bernama chipper. Hasilnya berupa serpihan serpihan-serpihan kayu. Chipper digunakan untuk dalam tahap awal penghancuran kasar dengan ukuran 1-3 cm. Mesin Pengering (Rotary Dryer) Serpihan kayu dimasukkan ke dalam mesin pengering. Tujuannya untuk biomass densification yang efisien. Mesin Penggiling (Grinding) Grinding adalah proses pengurangan ukuran partikel dari bentuk kasar menjadi lebih halus untuk menyempurnakan proses mixing hasil percampuran dan menghindari segregasi partikel-partikel batuan. Tujuan dari grinding adalah meningkatkan efisien dan kualitas pellet. Kadar air disesuaikan lagi sebelum dicetak menjadi wood pellet. Pendingin (Cooling) Wood pellet yang sudah dicetak dikeluarkan kemudian didinginkan agar kualitas bentuk terjaga dan tidak mudah hancur akibat suhu yang panas dari hasil cetakan. Penyaringan (Sieving) Tujuan untuk proses pemisahan berdasarkan perbedaan ukuran partikel debu dan serbuk yang akan disedot ke mesin blower up. Uap panas akan dibuang, tetapi debu dan serbuk dari hasil cooling dan sieving akan diolah kembali menjadi wood pellet. Wood Pellet Wood pellet kemudian dikemas dan dilakukan quality control untuk menjaga kualitas pellet yang dihasilkan.

Metodologi Pembahasan karya ilmiah ini berdasarkan dari penelitian yang telah diterbitkan oleh perseorangan dan organisasi baik itu dari pemerintah maupun dari perusahaan pengolahan biomassa wood pellet. Pembahasan Hasil dari berbagai penelitian menunjukkan wood pellet sangat perlu dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan energi biomassa. Berdasarkan penelitian oleh Kementerian Kehutanan pohon kaliandra merah mempunyai beberapa keuntungan

PAPER & POSTER COMPETITION 2016 – DIVERSIFIKASI ENERGI

2

GEOPETRA 2016 Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Seksi Mahasiswa Universitas Diponegoro untuk dijadikan sebagai energi biomassa kayu. Pertama, bahan baku kayu ini merupakan jenis bahan energi biomasa yang dapat diperbarui. Tanaman kaliandra merah dapat tumbuh dengan baik pada daerah dengan ketinggian 800 meter di atas permukaan laut, namun juga dapat tumbuh di daerah 150 meter di atas permukaan laut. Kedua, saat dilakukan pemangkasan untuk dijadikan bahan wood pellet dapat dilakukan berkali-kali dengan cara membungkus cabang yang telah dipangkas sehingga tidak perlu menanam ulang. Ketiga, adanya konsep carbon neutral yang mengatakan bahwa CO2 yang terserap di dalam tanaman melalui proses fotosintesis akan menjadi karbon padat kemudian dilepaskan kembali ketika dibakar (wood pellet) sehingga hasilnya netral tanpa ada kenaikan karbondioksida di atmosfer (Gambar 3). Biomassa kayu sebagai energi mempunyai keutamaan dalam segi nilai kalor atau ukuran kualitas bahan bakar yang dinyatakan dalam British Thermal Unit (BTU). Nilai kalor kayu ditentukan oleh : A. Berat Jenis Berat jenis adalah perbandingan antara kerapatan kayu yang diukur atas dasar berat kering dan volume pada kandungan air yang telah ditentukan dengan kerapatan air pada suhu 4o C. Berat jenis pohon kaliandra adalah 0,5 – 0,8. Pada grafik hubungan berat jenis dengan nilai kalor (Baker, 1983) menunjukkan bahwa pohon kaliandra mempunyai nilai kalor yang tinggi yang dilihat dari berat jenis kayu kaliandra. Dengan demikian softwood cenderung memiliki nilai kalor yang lebih tinggi. B. Kadar Air Dalam pengujian kadar air pohon kaliandra dalam penelitian mempunyai kadar air sebanyak 8-10 % (Ty et al., 1997). Artinya nilai kalori pada pohon kaliandra tinggi untuk dijadikan energi biomassa. C. Komposisi Kimia Kayu Hasil penelitian menyebutkan komposisi kimia kayu kaliandra adalah selulosa 40% - 45%, hemiselulosa 16% 20%, dan lignin 25% - 30%. Berdasarkan data di atas menurut Direktorat Jendral Kehutanan (1976) dalam Supartini (2009), komposisi lignin 18% - 33% termasuk dalam lignin sedang. Kayu kaliandra sangat berpotensi dijadikan nergi biomassa pellet berbasis solid biomass. Jenis wood pellet kaliandra dapat dimanfaatkan sebagai PLTU skala kecil. Nilai kalori kayu kaliandra 4600 kkal/kg mampu untuk menjadi bahan bakar pemanas. Caranya dengan energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada rangkain

alat PLTU biomassa. Konversi energi mekanik dari perputaran turbin. Energi kinetik tesebut membutuhkan bahan bakar melalui wood pellet. Wood pellet memanaskan boiler yang telah diisi air yang kemudian menjadi uap hasil dari pembakaran. Hasil dari uap tadi diarahkan ke turbin menghasilkan gaya mekanik berupa putaran. Generator merespon dari kumparan magnet yang kemudian menghasilkan energi listrik. Siklus fluida yang berlangsung tertutup sehingga terjadi perulangan terus menerus dari uap yang masuk ke kondensor dan diubah lagi menjadi air (Gambar 1). Adapun alat yang digunakan pada PLTU biomassa yaitu 1. Raw Water Tank Tempat penampungan air hasil demineralisasi. 2. Water Treatment Plant Tempat terjadinya proses demineralisasi air. Air ini akan masuk ke boiler. 3. Circuling Water Pump Pompa untuk menyirkulasi air. 4. Feed Water Pump Tempat dikumpulkan air sebelum disupply ke boiler. 5. Boiler Suatu pembangkit uap 6. Turbin Uap Mesin dengan dengan aliran uap tetap. 7. Generator Mesin listrik yang berfungsi mengubah energi mekanik putaran menjadi energi listrik. Energi biomassa kayu kaliandra merupakan energi yang ramah lingkungan. Karbondioksida yang dihasilkan memiliki sifat carbon neutral. Artinya saat diserap melalui fotosintesis tumbuhan kemudian diubah ke zat padat biomassa yang kemudian dijadikan wood pellet untuk bahan bakar energi. Lebih lanjut, pemakaian wood pellet pada saat ini berupa pembakaran pada kompor. Pellet mengganti gas alam untuk dijadikan bahan bakar. Nilai kalori gas alam pada tabung LPG subsidi adalah 11.000 kkal/kg, sedangkan pellet nilai kalorinya 4600 kkal/kg. Artinya satu kilogram LPG setara dengan tiga kilogram pellet. Untuk harga saat ini LPG adalah Rp. 6.000,00/kg, sedangkan pellet harganya Rp. 1.500,00/kg dengan kesimpulan dapat menghemat 25% secara ekonomi sekaligus dapat mengurai ketergantungan terhadap LPG yang merupakan energi tidak terbarukan. (Green Madura, Bangkalan Project) Kesimpulan

PAPER & POSTER COMPETITION 2016 – DIVERSIFIKASI ENERGI

3

GEOPETRA 2016 Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Seksi Mahasiswa Universitas Diponegoro Berdasarkan tulisan yang dikumpulkan dari berbagai sumber penelitian sebelumnya dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Pohon kaliandra memilki banyak manfaat baik dari segi ekonomis dan segi energi terbarukan melalui wood pellet kaliandra. 2. Nilai kalori pohon kaliandra sebesar 4600 kkal/kg cukup untuk menjadi sumber energi biomassa. 3. Kayu pohon kaliandra memiliki berat jenis 0,5-0,8, kadar air 8-10%, dan komposisi kimia selulosa 40-45%, hemiselulosa 1620%, dan lignin 25-3-%. 4. Nilai kalori sebesar 4600 kkal/kg mampu membuat energi listrik dari PLTU biomassa pellet dengan sistem rangkaian siklus fluida yang tertutup. 5. Konsep carbon neutral membuat emisi gas karbondioksida yang dikeluarkan bersifat netral tidak ada penambahan dan pengurangan sehingga ramah lingkungan.

[9]

[10]

[11] [12] [13] [14]

http://neechatree16.com/index.php/2015/07/02/ proses-pembuatan-wood-pellet-biomassaenergi-terbarukan. http://www.indonesiainvestments.com/id/bisnis/komoditas/minyakbumi/item267. http://www.tungkuindonesia.org/images/downl oads/Kayu Sebagai Sumber Energi.pdf. http://greenmadura.com/. http://www.energibersama.com/wpcontent/uploads/2015/09/wood_pellets.jpg. http://www.revermont.org/wpcontent/uploads/mpb.jpg.

Lampiran Tabel 1.1 Pemakaian Sumber Energi Di Indonesia (ESDM) Bahan Eenrgy Mix Energy Mix 2011 2025 Minyak 50% 23% Batubara 24% 30% Gas Alam 20% 20% Energi Terbarukan 6% 26%

Referensi [1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7] [8]

Kementerian Kehutanan “Budidaya Kaliandra (Calliandra Callothyrsus) Untuk Bahan Baku Sumber Energi,” IPB Press. Jakarta, hal 1-7, Oktober 2014. Abqoriyah, dkk, “Produktivitas Tanaman Kaliandra (Calliandra Callothyrsus) Sebagai Hijauan Pakan Pada Umur Pemotongan Yang Berbeda”. Buletin Peternakan Vol. 39 (2): 103108. Yogyakarta: UGM, Juni 2015. Arsyad, Effendi. “Sifat Fisik dan Kimia Wood Pellet Dari Limbah Industri Perkayuan Sebagai Sumber Energi Alternatif”. Banjarbaru : Jurnal Hasil Riset Industri Hutan. Vol.6. Juni 2014 : Hal 1-8. Cahyono, Dwi. “Aspek Thermofisis Pemanfaatan Kayu Sebagai Bahan Bakar Substitusi Di Pabrik Semen”. Bogor : Jurnal Ilmu dan Hasil Hutan Vol. 1 : Hal 43-45. Hendra, Djeni. “Rekayasa Pembuatan Mesin Pelet Kayu Dan Pengujian Hasilnya”. Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengelolaan Hasil Hutan. Bogor : Jurnal Penelitian Hasil Hutan Vol. 30 No. 2, Juni 2014 : 144-154. Sylvani, dkk. “Analisis Biaya Penggunaan Berbagai Energi Biomassa Untuk UKM (Studi Kasus Di Kabupaten Wonosobo). Puslitbang Perubahan Iklim dan Kebijakan. Bogor. Februari 2013. Repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/559 69/3/Chapter II.pdf. http://www.biotifor.or.id/content-569-woodpellet-bahan-bakar-hijau.html.

Gambar 1 Proses Pada PLTU Biomassa

Gambar 2 Konsep Integrasi Tanaman Kayu Energi, Listrik, dan Biogas

PAPER & POSTER COMPETITION 2016 – DIVERSIFIKASI ENERGI

4

GEOPETRA 2016 Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Seksi Mahasiswa Universitas Diponegoro

Gambar 6. Gambar Keuntungan Wood Pellet

Gambar 3. Konsep Carbon Neutral (Bangkalan Project)

Gambar 7. Wood Pellet Heating System

Gambar 4. Grafik Hubungan Antara Berat Jenis Kayu Dengan Nilai Kalor (Baker, 1983)

Gambar 5. Grafik Hubungan Antara Kadar Air Dengan Nilai Kalor (Huhtinen, 2005)

PAPER & POSTER COMPETITION 2016 – DIVERSIFIKASI ENERGI

5

GEOPETRA 2016 Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Seksi Mahasiswa Universitas Diponegoro

PAPER & POSTER COMPETITION 2016 – DIVERSIFIKASI ENERGI

6