Utility Business Berbasis Bahan Bakar Biomasa

Suatu pabrik atau industri pengolahan (process industry) selalu membutuhkan utilitas untuk menjalankan industri tersebut. Utilitas tersebut antara lain listrik, air, steam/kukus, dan gas. Idealnya memang industri tersebut bisa menyediakan sendiri kebutuhan utilitas tersebut sehingga tidak perlu membeli atau dipasok oleh pihak luar. Tetapi faktanya memang sebagian industri tidak bisa menyediakan sendiri kebutuhan untuk semua utilitas tersebut. Pabrik sawit yang memproduksi CPO (crude palm oil) adalah sedikit diantara industri yang bisa menyediakan hampir semua utilitasnya. Dengan lokasi yang hampir semua berada di lokasi pedalaman maka pabrik sawit memproduksi sendiri kebutuhan listrik dan steam/kukus untuk proses produksi CPO tersebut.

Daya dorong untuk bisa semakin mudah dalam proses industrinya dan juga citra industri yang ramah lingkungan membuat sejumlah bisnis utilitas (utility business) berdiri dan mengisi pangsa pasar ini. Bahan bakar biomasa dipilih karena merupakan energi terbarukan dan bahan bakar karbon netral. Bahan bakar biomasa tersebut bisa berupa limbah-limbah pertanian dan perkebunan seperti sekam padi, cangkang sawit, tongkol jagung dan sebagainya. Bisa juga bahan bakar biomasa tersebut berasal dari limbah-limbah kayu seperti sawdust atau potongan-potongan kayu. Limbah kayu tersebut juga diolah lanjut menjadi wood chip, wood pellet dan wood briquette, demikian juga limbah pertanian bisa dipadatkan menjadi pellet atau briquette. Bahan bakar biomasa tersebut digunakan untuk produksi steam/kukus dan listrik sebagai produk utilitas yang kemudian disuplai ke sejumlah industri. 

Untuk produksi steam/kukus dan listrik berbahan bakar biomasa tersebut, boiler adalah alat yang paling umum digunakan. Ketika digunakan untuk produksi listrik maka steam/kukus dari boiler (superheated steam) tersebut dialirkan ke steam turbine selanjutnya energi mekanik steam turbine akan menggerakkan generator sehingga terjadi produksi listrik. Hal tersebut membuat urgensi penggunaan boiler biomasa menjadi tinggi, untuk lebih detail baca disini. Hal tersebut juga membuat perusahaan utilitas juga harus menggunakan boiler yang berkualitas tinggi sehingga output berupa stea,/kukus atau listrik bisa memenuhi sesuai kriteria yang dipersyaratkan. Bisa saja perusahaan-perusahaan tersebut bekerjasama dengan perusahaan boiler yang berpengalaman. Industri pengguna produk utilitas tersebut bisa lebih mudah menjalankan produksinya termasuk untuk meningkatkan kapasitas produksi bahkan pengembangan produk turunan baru. Menyiapkan utilitas seperti steam dan listrik yang di dalamnya ada unit pengolahan air (water treatment), perawatan boiler, turbine dan sebagainya kadang memang merepotkan bagi sejumlah industri. 

Selain pemilihan boiler yang sesuai dengan kebutuhan baik untuk suplai steam/kukus, panas atau listrik sejumlah prosedur operasi dan maintenance yang memadai perlu dilakukan untuk menjamin aspek safety, reliability, and efficiency sehingga memperlama masa pakai (lifetime) boiler tersebut. Kesalahan operasi boiler bisa memotong efisiensi 20% dan memicu terjadinya bahaya. Kebocoran pipa boiler adalah salah satu permasalahan besar yang sering ditemui, dan penyebabnya bisa bermacam-macam seperti cacat pengelasan, overheating, creep, stress corrosion, waterside corrosion, fireside erosion, hydrogen atau age embrittlement, thermal shock, dan tentu saja operasional yang sesuai prosedur serta kurangnya maintenance. Dan untungnya biasanya kesalahan boiler dari pabrikan atau produsen kalau ada biasanya tidak fatal seperti minor errors. 

Kunci untuk memaksimalkan safety dan efisiensi adalah mengikuti prosedur operasional dan perawatan boiler tersebut dari pembuat atau pabrikannya. Hal tersebut termasuk skedul untuk predictive dan preventive maintenance yang tergantung pada biaya perbaikan dan dampak downtime operasional boiler tersebut. Hal lain yang perlu dilakukan adalah boiler juga perlu regular testing, analysis dan tuning untuk menghadapi degradasi gradual alat tersebut seperti masalah soot corrosion yang berdampak pada efisiensi dan output. Masalah tersebut akan menjadi semakin penting untuk industri-industri yang menggunakan untuk respon cepat untuk kebutuhan puncak listrik  atau penyesuaian kebutuhan output tergantung kebutuhan yang bervariasi untuk process steam. 

Selain dengan boiler dan steam turbine, produksi listrik juga bisa dilakukan proses thermal lainnya seperti pembakaran, gasifikasi, dan pirolisis. Gasifikasi dengan memaksimalkan produk gas (syngas) yang selanjutnya untuk bahan bakar gas engine paling populer di antara ketiga proses thermal tersebut. Pirolisis modern yang menghasilkan gas (syngas) juga bisa menghasilkan listrik seperti halnya gasifikasi. Sedangkan pada pembakaran, panasnya dimanfaatkan untuk menggerakkan heat engine seperti stirling engine, yang selanjutnya energi mekaniknya untuk menggerakkan generator. Secara umum produksi listrik dengan proses thermal di atas memang kurang populer dibandingkan dengan penggunaan boiler. Hal tersebut bisa jadi karena penggunaan boiler telah familiar, selain listrik juga bisa dihasilkan steam/kukus, banyak perusahaan produsen boiler dan investasi peralatan lebih murah.

Ada beberapa model kerjasama yang bisa dilakukan antara pihak penyedia utlitas dan pengguna utilitas tersebut. BOO (Build Own Operate) adalah salah satu model kerjasama untuk penyediaan utilitas tersebut. Dengan BOO tersebut perusahaan penyedia utilitas tersebut akan membangun fasilitas lalu sebagai pemiliknya dan mengoperasikannya untuk menyuplai kebutuhan utilitas suatu industri. Seiring dengan semakin meningkatnya kesadaran lingkungan terhadap perubahan iklim dan pemanasan global maka penggunaan bahan bakar biomasa diprediksi akan terus meningkat. Walaupun tidak secara langsung menggunakan bahan bakar biomasa tersebut, industri pengguna utilitas tersebut juga mendapat citra positif sebagai industri yang ramah lingkungan. Selain masalah utilitas di atas, sejumlah industri juga mengalami banyak kesulitan dalam pengolahan limbahnya, hal ini bisa saja menjadi peluang bisnis yakni berupa berdirinya perusahaan pengolah limbah industri. Bersambung.InsyaAllah. 

Menangkap Setiap Peluang Untuk Memanfaatkan Panas

"Sesungguhnya pemboros-pemboros itu adalah saudara-saudaranya setan dan sesungguhnya setan itu sangat ingkar kepada tuhannya.” (QS Al Isra : 27)

Pemborosan atau inefisiensi adalah hal buruk sehingga perlu dijauhi dan ditinggalkan.  Apabila suatu sumber daya seperti energi bisa dimanfaatkan secara efisien maka pada suatu industri proses biaya produksi menjadi murah dan energi tersebut bisa disimpan untuk kebutuhan lainnya. Pemborosan akan memberi dampak buruk dalam segala hal, terutama terkait energi akan berdampak pada sektor lingkungan bahkan kedaulatan negara.Maka benar Allah SWT bahkan mengatakan bahwa para pemboros adalah saudara-saudara setan dan setan tersebut sangat ingkar terhadap tuhannya. Seberapa amankah (secure) sektor energi kita? Hal ini juga sangat tergantung seberapa efisien kita memanfaatkan energi tersebut. Penggunaan energi untuk hal-hal yang mubadzir atau sia-sia adalah bentuk lain pemborosan tersebut. Faktor lain yang mempengaruhi seberapa aman sektor energi kita, adalah pemilihan sumber energi tersebut. Ketika sumber energi fossil terbatas ketersediaannya, maka bioenergi dari pepohonan adalah sumber energi yang melimpah dan cocok dengan kondisi tropis Indonesia. Pengembangan energi dari pepohonan tersebut juga sejalan dengan Al Qur'an dan untuk lebih detail bisa dibaca disini.

Ketika kesadaran dan kebutuhan untuk efisiensi energi semakin meningkat, maka peran heat exchanger akan semakin besar, sehingga teknologinya semakin canggih. Panas adalah salah satu energi yang sangat dibutuhkan bagi suatu industri pengolahan, bahkan dalam banyak hal merupakan komponen biaya tertinggi bagi industri tersebut. Industri pada umumnya mengkonsumsi banyak energi sehingga apabila terjadi pemborosan energi maka kuantitas atau jumlahnya juga besar. Oleh sebab itu panas harus dikelola sedemikian rupa sehingga efisiensi tinggi industri pengolahan tersebut bisa tercapai. Proses yang optimal juga hanya bisa dicapai jika pengelolaan energi panas ini bisa dilakukan dengan baik. Pemanfaatan panas-panas limbah (waste heat) untuk mendukung proses produksi sangat membantu optimalisasi proses tersebut. Panas-panas limbah (waste heat) yang  tidak dimanfaatkan membuat efisiensi industri tersebut menjadi rendah. Perangkat penukar panas (heat exchanger) menjadi sarana efektif untuk pengambilan atau pemanfaatan panas-panas limbah tersebut. Sumber-sumber panas limbah (waste heat) yang umum dijumpai yakni berasal dari turbine, kiln, incnerator, boiler, flue gas dari heater dan burner. Sedangkan pemanfaatan waste heat tersebut pada umumnya untuk preheating udara pembakaran, pemanas atau penghangat ruangan, preheating air umpan boiler, memanaskan fluida proses untuk berbagai aplikasi, bahkan untuk proses seperti ORC (Organic Rankine Cycle). 

Pemilihan heat exchanger yang tepat akan meningkatkan pemanfaatan panas tersebut secara lebih efisien. Shell and tube heat exchanger adalah jenis heat exchanger yang paling umum dipakai, tetapi dalam sejumlah kasus bisa digantikan dengan jenis heat exchanger lain seperti plate heat exchanger untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi. Karakteristik fluida juga sangat berpengaruh pada pemilihan heat exchanger tersebut. Transfer panas selanjutnya juga bisa dioptimalkan dengan berbagai cara seperti memodifikasi heat exchanger tersebut sehingga pola aliran lebih turbulen, pressure drop lebih kecil,  pemilihan material atau bahan untuk heat exchanger yang lebih selektif terhadap penggunaannya, teknik fabrikasi atau pembuatan heat exchanger yang tinggi, penggunaan material lebih sedikit, lebih ringan dan sebagainya. 

Shell and Tube HE berbahan polimer buatan HeatMatrix untuk udara preheating

Secara spesifik pada unit pirolisis dan gasifikasi, pemanfaatan limbah panas tersebut juga bisa diterapkan untuk meningkatkan efisiensi prosesnya. Pada unit pirolisis indirect heating ketika syngas dibakar di tungku untuk menjaga prosesnya terus berjalan (autothermal) maka panas limbah (flue gas) dari cerobong asapnya bisa dimanfaatkan untuk pemanasan udara pembakaran atau membantu pengeringan biomasa tersebut. Selanjutnya air yang digunakan untuk pendinginan (kondenser) untuk unit pirolisis tersebut akan menjadi panas, sehingga bisa dimanfaatkan untuk berbagai keperluan terutama jika unit pirolisis tersebut terintegrasi dengan sistem boiler. Umpan air panas untuk boiler akan mengurangi beban pemanasan (heat load) sehingga kebutuhan energi untuk pemanasannya berkurang. 

Sedangkan pada unit gasifikasi, ketika udara yang digunakan suhunya lebih tinggi atau mendekati suhu pembakaran pada gasifier maka efisiensi juga semakin meningkat. Panas-panas limbah bisa dimanfaatkan untuk mencapai kondisi tersebut. Pada unit penyulingan minyak-minyak atsiri juga bisa dioptimalkan dengan pemanfaatan air pendingin dari kondenser yang telah meningkat suhunya bisa diumpankan ke boiler sebagai produsen steam untuk mengekstrak minyak atsiri dari berbagai tanaman atsiri. Pada pabrik sawit atau produsen CPO, steam yang telah menjalankan tugasnya atau memutar turbine maka digunakan untuk proses pengukusan (steaming) pada tandan buah segarnya. 

Steam and water drum circulation

Pada proses produksi activated carbon yang terintegrasi dengan unit pirolisis atau karbonisasinya kontinyu maka waste heat recovery juga sangat menambah efisiensi proses tersebut. Untuk memaksimalkan surface area dari activated carbon tersebut, maka aktivasi bisa dilakukan secara kimia dan fisika (steam). Pada proses pendinginan arang hasil karbonisasi maka energi panas tersebut bisa dimanfaatkan untuk memanaskan air (preheating) boiler, demikian juga pada proses pendinginan arang aktif (activated carbon) hasil dari aktivasi juga bisa untuk maksud yang sama. Sedangkan pada steam powerplant, seperti yang unit ini digunakan pada pabrik CPO, ketika steam telah menjalankan turbine, ternyata energi tersimpan dalam steam tersebut masih besar. Sehingga apabila bisa dimanfaatkan lagi, akan semakin meningkatkan efisiensi, seperti di transfer ke vapor to liquid shell and tube heat exchanger untuk menaikkan suhu air umpan boiler (boiler feed water). Cara tersebut selain menurunkan heat load dengan menaikkan suhu air umpan boiler, juga pendinginan steam tersebut juga menghindari thermal shock pada boiler steam drum.

Tips Membeli Plat dan Pipa Stainless Steel

Pada umumnya hanya sedikit saja plat dan pipa stainless yang tersedia di pasaran khususnya kota-kota di Indonesia. Apabila kita bandingkan dengan tabel di textbook misalnya maka biasanya kita akan kecewa dengan kondisi tersebut. Demikian juga ketika kita berbagai standarisasi yang digunakan dalam textbook, maka kondisi di pasaran pada umumnya hanya menggunakan satu atau dua macam standard saja. Sehingga kita harus bisa mencocokkan ataupun mencari pendekatan dengan plat ataupun pipa stainless yang kita butuhkan.  Perlu diperhatikan juga bahwa selain plat dan pipa stainless untuk industri juga ada plat dan pipa stainless untuk ornament atau dekorasi. Plat dan pipa stainless untuk industri biasanya warnanya buram (doff), sedangkan yang digunakan untuk ornamen atau dekorasi warnanya mengkilap/gillap (glossy).

Tabel-tabel diatas berasal dari Perry 8th Chemical Engineer's Handbook

Pipa stainless untuk industri pada biasanya juga tidak menyediakan banyak pilihan untuk ketebalan pipa (schedule), dan diameter pipa. Plat stainless untuk industri demikian juga, yakni hanya tersedia rata-rata untuk ketebalan kurang dari 10 mm (1 cm). Untuk itulah perlu menyesuaikan rancangan dengan kondisi pasar tersebut untuk memudahkan penyediaan bahan untuk pembuatan alat teknik atau mesin produksi nantinya. Survey kecil-kecilan ke sejumlah penyedia berbagai material teknis memang diperlukan untuk mengetahui ketersediaannya. Jangan sampai rancangan sudah jadi dan siap dibuat (fabrikasi) tetapi ternyata sebagian atau seluruh material teknis yang sesuai spesifikasi tidak tersedia dipasaran sehingg haru membeli dari luar daerah atau luar negeri. Hal itu selain akan memakan waktu cukup lama untuk penyediaannya (procurement) juga akan memakan biaya tinggi. Pengalaman kami di Yogyakarta untuk plat stainless untuk industri (doff) toko penyedia stainless terlengkap hanya menyediakan dua seri plat, yakni seri 201 dan 304 (foodgrade) seperti dibawah ini. Semakin tinggi kandungan alloy maka stainless steel tersebut memiliki ketahanan korosi yang tinggi tetapi harganya juga semakin mahal. Urutan ketahanan korosi dari seri stainless steel seperti tabel dibawah ini, yakni semakin ke kanan semakin tinggi ketahanan korosinya, yakni pada plat stainless seri 310.

 

Dari sisi pengerjaan atau fabrikasi pada umumnya material stainless steel lebih mahal daripada plat besi untuk ukuran ketebalan maupun diameter yang sama.  Hal ini terutama material stainless steel lebih ulet, kaku dan keras dibanding besi. Sedangkan keunggulan dari material stainless steel terutama karena tahan karat dan lebih tahan kondisi asam dibandingkan besi.