Simulasi Produksi dan Pemurnian Biogas dari Limbah Cair Pabrik Sawit

Pendidikan dan pelatihan yang memadai akan membuat para operator maupun engineer di pabrik memiliki pengetahuan, pemahaman dan ketrampilan yang memadai untuk menjalankan pabrik tersebut. Demikian juga pada pabrik biogas dari limbah cair pabrik kelapa sawit atau pome (palm oil mill effluent). Pabrik biogas di pabrik kelapa sawit memiliki kapasitas yang cukup besar, yakni sebanding dengan kapasitas pabrik sawit itu sendiri. Pabrik sawit dengan kapasitas pengolahan TBS  30 ton/jam setara kurang lebih 1 MW pembangkit listrik biogas, kapasitas pengolahan TBS 45 ton/jam setara 1,5 MW dan kapasitas pengolahan TBS 60 ton/jam setara 2 MW. Investasi atau biaya untuk pembangunan pabrik biogas tersebut juga cukup besar sehingga keberlangsungan operasional sesuai target pembangunannya merupakan hal yang cukup penting.  Saat ini ada lebih dari 600 pabrik sawit di Indonesia dan 400 pabrik sawit di Malaysia, sehingga potensi pabrik-pabrik biogas yang akan dibangun juga banyak.

Pada pabrik biogas pada umumnya ada dua tahapan proses sebelum produk biogas (biomethane) tersebut bisa dimanfaatkan, yakni unit produksi biogas dari pome dan unit pemurnian biogas untuk mencapai kadar metana tinggi (>95%).  Pada produksi biogas dari pome, kontak antara pome (substrate) dengan mikroba pengurai (inoculum) sehingga menjadi campuran yang homogen adalah hal penting untuk mendapatkan kuantitas atau yield biogas yang besar. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau reaktor kontak atau CSTR (continous stirred tank reactor) adalah sarana yang efektif untuk mendapatkan kontak bahan-bahan tersebut. Kontak yang bagus atau pencampuran (mixing) yang merata antara substrate dan mikroba tersebut telah terbukti meningkatkan yield atau kuantitas biogas yang dihasilkan artinya proses fermentasi yang terjadi lebih sempurna. CSTR atau RATB adalah juga bentuk  paling  umum  untuk  pengolahan  dengan  kandungan  padatan  rendah  dan   dirancang  pada  umumnya untuk  menangani  limbah  organik  dengan  kandungan  padatan  (TS=Total  Solid)  2-10%. RATB atau CSTR atau reaktor  kontak  dirancang untuk mengakomodasi waktu proses  yang  lama, pengadukan  mekanis dan  metode untuk  memanaskan atau  mendinginkan suatu reaksi.

Pemisahan satu atau lebih komponen dari campuran gas dengan absorbsi berbasis pada transfer massa yang dikontrol terutama oleh laju difusi adalah salah satu teknologi yang banyak digunakan pada pemurnian biogas.   Aseton dapat direcovery dari campuran aseton-udara dengan melewatkan aliran gas ke dalam air sehingga aseton terlarut dan udara mengalir keluar. Hal yang sama juga terjadi pada amonia ketika dipisahkan dari campuran amonia-udara dengan absorbsi di air. Pada pemurnian biogas dengan absorbsi air (water absorber/water scrubber) gas CO2 dan H2S terlarut dalam air. Contoh-contoh diatas adalah proses absorbsi gas ke cairan sebagai proses fisika, reaksi kimia tidak terjadi. Ketika nitrogen oksida mengalami absorbsi di air menjadi asam nitrat atau karbondioksida mengalami absorbsi pada larutan sodiumhidroksida maka terjadilah reaksi kimia. Pemurnian biogas menggunakan larutan amina seperti mono-ethanolamin (MEA) atau di-ethanolamin (DEA) ataupun metil di-ethanolamin (MDEA) serta senyawa alkali seperti sodium, potassium dan kalsium hidroksida maka akan terjadi reaksi kimia. MEA dan DEA banyak digunakan karena kondisi proses yang dapat dilakukan pada suhu lingkungan dan tekanan 1 bar, namun untuk proses regenerasi larutan absorbsi (absorben) membutuhkan panas berkisar 90-120 C. Proses absorbsi baik yang hanya melibatkan proses fisika maupun melibatkan reaksi kimia hampir semua dilakukan pada menara atau kolom bahan isian (packed column). Mengetahui dan memahami seluk beluk teknologi kolom bahan isian adalah hal penting pada unit pemurnian biogas.

Simulasi pencampuran (mixing) untuk mendukung proses produksi biogas dari pome dan hidrodinamika kolom bahan isian  untuk unit pemurnian biogas-nya sangat disarankan bagi para operator maupun engineer pabrik biogas tersebut. Pabrik kelapa sawit khususnya yang memiliki pabrik biogas tersebut sebaiknya menyediakan sarana tersebut. Bagi yang ingin mendapatkan brosurnya silahkan mengirim email ke: cakbentra@gmail.com 

Mengapa Produk Akhir Biogas Biasa Disebut Bio-CNG Atau Bio-LNG, Dan Bukan Bio-LPG?

Produk akhir biogas juga biasa disebut dengan bio-metana (biomethane) karena setelah proses pemurnian kandungan gas metana-nya pada umumnya lebih dari 95%. Hal itulah mengapa produk akhir biogas atau biomethane tersebut juga disebut Bio-CNG atau Bio-LNG ketika sudah dicairkan karena komposisinya yang sebagian besar berupa gas metana. CNG dan LNG adalah gas alam yang dihasilkan dari perut bumi yang kandungan utamanya juga gas metana.

Sedangkan LPG adalah gas yang berasal dari kilang minyak bumi dengan kandungan utamanya adalah gas propana. Hal inilah yang membedakan antara bio-metana dengan gas LPG, sehingga karena perbedaan kandungan atau kompoisisi gas tersebut maka bio-metana tidak bisa disebut dengan Bio-LPG.

Kecil Lebih Mahal : Studi Kasus Pemurnian Biogas

Pemurnian biogas hingga menjadi biomethane yang kualitasnya seperti CNG atau LNG di pasaran sangat mungkin dilakukan dalam skala kecil. Prinsip atau metode pemurnian tersebut sama seperti pada skala besar, tetapi pada skala kecil ternyata membutuhkan biaya yang lebih mahal terutama untuk pembuatan unit pemurnian biogas tersebut. Hal ini karena semua peralatan atau perlengkapan pada dasarnya sama seperti skala besar, bahkan sejumlah peralatan atau perlengkapan penunjang di pasaran hanya tersedia pada ukuran besar atau standar sehingga apabila digunakan untuk skala lebih kecil akan banyak melakukan penyesuaian atau kustomisasi. Hal ini bisa dianalogikan ketika penggunaan umum atau produksi massal adalah sepeda motor 100 cc hingga 200 cc, lalu ada sebuah pesanan untuk membuat sepeda motor 50 cc atau 75 cc. Sebuah studi tahun 2013 di Eropa menunjukkan bahwa biaya atau investasi yang dibutuhkan berkisar 1.500-2.000 Euro/Nm3/jam untuk kapasitas raw biogas lebih besar dari 800-1.000 Nm3/jam. Sedangkan untuk kapasitas kecil biaya investasi meningkat secara signifikan yakni 360.000 – 460.000 Euro untuk raw biogas 60 – 72 Nm3/jam atau   6.000 – 6.400 Euro/Nm3/jam.

Berdasarkan data diatas maka sebuah unit pemurnian biogas sebaiknya dibuat dengan skala cukup besar sehingga bisa ekonomis. Harga bahan bakar gas yakni CNG atau LNG ataupun bahan bakar kendaraan seperti minyak diesel dan bensin, juga bisa digunakan sebagai pembanding untuk keekonomian produk biomethane yang dihasilkan nantinya. Ada banyak sumber pada dasarnya sebagai bahan baku biogas ini terutama sejumlah bahan-bahan organik yang cepat membusuk. Rute biologis (bio-processing) atau fermentasi akan lebih sesuai untuk pengolahan limbah-limbah tersebut apabila dibandingkan rute thermal misalnya, seperti pembakaran, pirolisis atau gasifikasi maupun densifikasi (pemadatan) misalnya seperti pembriketan dan pemelletan. Apabila tidak dimurnikan maka kualitas biogas sangat rendah, karena banyaknya kontaminan/pengotor terutama gas CO2, sehingga nilai kalor-nya rendah. Raw biogas dengan komposisi hanya 50-60% metana tidak efisien bahan bakar pembakaran langsung (direct combustion), selain itu kontaminan berupa H2O dan H2S korosif terhadap logam.

Perbandingan lain yang bisa dibuat yakni setiap m3 biogas dengan kandungan 65% metana memiliki nilai kalor setara 6,5 kWh sedangkan pada biogas dengan kandungan 97% metana (biomethane) memiliki nilai kalor setara 9,7 kWh. Nilai 9,7 kWh tersebut tidak berbeda jauh atau  bisa bersaing dengan bahan bakar lain yakni minyak diesel 9,8 kWh dan bensin 9,1 kWh. Berdasarkan hal-hal tersebut maka pemurnian / upgrading biogas menjadi biomethane dengan spesifikasi nilai kalor tinggi dan tidak korosif dibutuhkan sebagai bahan bakar kendaraan, pembangkit listrik atau sumber pada skala produksi tertentu yang ekonomis untuk dijalankan/dioperasikan.