STUDI PEMANFAATAN BIOMASSA AMPAS TEBU SEBAGAI BAHAN BAKAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DI ASEMBAGUS, KABUPATEN SITUBONDO

(STUDI KASUS PABRIK GULA ASEMBAGUS)

1. Latar Belakang

Salah satu akibat dari tingginya angka pertumbuhan penduduk pada suatu daerah adalah naiknya kebutuhan energi listrik di daerah tersebut. Hal tersebut dikarenakan setiap individu memiliki kebutuhan penggunaan energi listrik dengan kuantitas tertentu, sehingga kenaikan permintaan dan kebutuhan energi listrik menjadi suatu masalah utama. Ironisnya, adanya kenaikan jumlah kebutuhan energi listrik tersebut tidak diimbangi dengan persediaan energi listrik yang memadai. Fenomena yang terjadi justru menunjukkan adanya krisis energi listrik yang dibuktikan dengan kebijakan pemadaman listrik secara bergilir maupun kampanye efisiensi penggunaan listrik kepada masyarakat.

Berdasarkan Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005–2025 yang disusun oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral tahun 2005, jumlah cadangan minyak di Indonesia yang berjumlah 9 miliar barel, dengan tingkat produksi 500 juta barel per tahun, diperkirakan akan habis dalam waktu 18 tahun. Cadangan gas diperkirakan akan habis dalam waktu 61 tahun, sedangkan cadangan batubara yang berjumlah 19,3 miliar ton akan habis dalam waktu 147 tahun dengan tingkat produksi sebesar 130 juta ton per tahun.

Dari gambaran tersebut serta melihat persediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis, maka sebagai langkah alternatif untuk mengantisipasi kekurangan pasokan tenaga listrik pada beberapa tahun mendatang pemerintah mengambil kebijakan program percepatan diversivikasi pembangkit dengan pemanfaatan sumber energy alternatif pada pembangkitan PLN. Langkah ini dilakukan dengan mensubstitusi energi primer BBM dengan sumber energi alternative tersebut. Sumber energi alternatif tersebut harus bisa menjadi bahan bakar substitusi yang ramah lingkungan, efektif, efisien, dan dapat diakses oleh masyarakat luas. Selain itu, sumber energi alternatif tersebut idealnya berasal dari sumber energi yang bisa diperbarui. Sumber energi yang bisa diperbarui relatif tidak berpotensi habis, sebaliknya, selalu tersedia dalam kuantitas dan kualitas yang lebih dari cukup, seperti energi air, angin, biomassa, panas bumi dan energi surya.

Salah satu sumber energi alternatif baru dan terbarukan tersebut adalah biomassa ampas tebu. Selama ini tanaman tebu di Indonesia digunakan sebagai bahan baku pembuatan gula oleh Pabrik Gula. Sisa-sisa penggilingan berupa ampas tebu biasanya kurang dimanfaatkan secara maksimal. Memang pada kebanyakan Pabrik Gula, ampas tebu telah digunakan sebagai bahan bakar pada boiler, namun karena jumlahnya yang banyak dan sifatnya yang meruah sehingga menimbulkan masalah penyimpanan pada pabrik gula serta sifatnya yang mudah terbakar dan memang telah menyebabkan beberapa kali kebakaran pada pabrik gula karena di dalamnya terkandung air, gula, serat dan mikroba maka kelebihan ampas tebu dibakar secara berlebihan (inefisien). Dengan cara tersebut nampaknya memang bisa mengurangi jumlah ampas tebu, namun resikonya adalah beban dust collector, polusi udara dan terjadinya erosi pada bagian bagian ketel atau perpipaan akan meningkat yang menyebabkan umur ketel menurun.

Jumlah perkebunan tebu di Indonesia cukup melimpah mengingat iklim tropis Indonesia cocok dengan tanaman tebu. Pada musim giling 2008 terdapat 61 pabrik gula di Indonesia yang aktif giling; yaitu 49 di Jawa, 8 di Sumatera dan 4 di Sulawesi. Pada umumnya pabrik gula tersebut

menggunakan proses sulfitasi (56), sisanya proses defekasi remelt karbonatasi (4) dan karbonatasi (1). Produksi tebu sekitar 34,5 juta ton dan gula yang dihasilkan sekitar 2,8 juta ton, dan telah mampu memenuhi konsumsi gula rumah tangga dalam negeri (sekitar 2,7 juta ton per tahun). Salah satu daerah penghasil tebu yang cukup besar adalah Kabupaten Situbondo.

Dipilihnya pengolahan energi biomassa ampas tebu di Situbondo sebagai objek kajian dalam penelitian ini dikarenakan beberapa hal yakni: (1) Terjadi krisis energi listrik yang disebabkan oleh semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil di Indonesia; (2) Ampas tebu sebagai bahan bakar biomassa merupakan salah satu solusi atas krisis bahan bakar fosil; (3) Banyaknya ampas tebu yang dihasilkan dari proses pengolahan tebu pada pabrik-pabrik gula, khususnya Pabrik Gula Asembagus di Situbondo.

2. Potensi tanaman tebu di Indonesia

Indonesia merupakan negara agraris yang hasil pertaniannya cukup melimpah, salah satu hasil dari bumi Indonesia adalah tanaman tebu. Berdasarkan siaran pers No :S. 563/II/PIK-1/2005 yang dikeluar kan oleh Departemen Kehutanan, menyata kan bahwa potensi ampas tebu di Indonesia cukup besar. Hal ini dikarenakan luas tanaman tebu di Indonesia adalah 395.399,44 ha, yang tersebar di pulau Sumatera seluas 99.383,42 ha, pulau Jawa seluas 265.671,82 ha, pulau Kalimantan seluas 13.970 ha, dan pulau Sulawesi seluas 16.373,4 ha. Diperkirakan setiap hektar tanaman tebu mampu menghasilkan 100 ton ampas tebu. Sehingga potensi yang dapat tersedia dari total luas tanaman tebu mencapai 39.539.994 ton per tahun.

3. Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa Ampas Tebu

Jenis pembangkit yang digunakan disini adalah jenis pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). PLTU adalah pembangkit yang menggunakan tenaga uap sebagai penggerak turbin, dimana poros dari turbin ini dikopel dengan poros generator dan supaya konservasi energi untuk peningkatan efisiensi sistem tercapai maka penerapan sistem pembangkit menggunakan teknologi kogenarasi. Dimana pada sistem ini uap sisa (residu steam) yang masih bertekanan tinggi dapat dipergunakan lagi untuk proses yang lainnya.

Setelah uap yang bertekanan tinggi dipakai sebagai penggerak turbin generator, residu uap yang juga masih bertekanan cukup tinggi digunakan lagi untuk menggerakkan turbin giling satu, dua dan tiga. Sehingga lebih menguntungkan bila ditinjau dari sudut efisiensi energi. Selain bahan bakar pembangkit listrik yang digunakan merupakan limbah dari proses penggilingan tebu, sisa uap dari penggerak turbin generator masih dapat juga digunakan untuk proses penggilingan tebu itu sendiri.

Dalam proses konversi limbah ampas tebu menjadi energi listrik, terdapat dua macam pemrosesan:

1. Proses penggilingan tebu yang menghasilkan limbah ampas tebu.2. Proses konversi energi dari ampas tebu menjadi energi listrik.

4. Proses penggilingan tebu yang menghasilkan limbah ampas tebu

Tebu dari lahan setelah ditebang dibawa oleh truk dan lori ke stasiu persiapan untuk ditimbang. Tebu tebu akan masuk ke stasiun penggilingan dari lori diangkat ke cane table dengan bantuan cane hoist. Masing-masing cane table di lengkapi dengan leveler yang berfungsi sebagai

pengatur jumlah tebu yang jatuh di cane carrier dan diteruskan menuju unigerator. Unigerator dengan menggunakan pisau-pisau yang berputar akan memotong dan memecah pembuluh-pembuluh tebu tanpa terjadi pemerahan nira.

Proses di stasiun penggilingan ini bertujuan untuk mengekstraksi nira mentah dari tebu, memisahkan nira mentah dari ampas tebu, dan menimbang hasil nira mentah sebelum masuk ke stasiun pemurnian. Alat penggilingan tebu yang digunakan disusun dalam suatu rangkaian yang berjumlah lima unit, tiap unit terdiri dari tiga buah roller mill yang permukaannya beralur dan berbentuk V terbalik dengan sudut 30°. rol bagian atas berfungsi mengatur kapasistas gilingan. Pada rol atas dipasang pemberat pada bagian samping penggilingan yang berdasarkan asas mekanika fluida. Pemberat ini berfungsi untuk meningkatkan daya peras rol.

Gambar 1. Rol Penggilingan

Proses ekstarksi dilakukan sebanyak lima kali agar diperoleh nira maksimal. Serpihan-serpihan tebu masuk kegilingan pertama, nira perahan pertama yang diperoleh langsung disaring dengan saringan tembaga dan ditampung di bak penampung. Lalu ampasnya dengan IMC (inter Mediate Carrier) dibawa menuju gilingan kedua. Nira dari gilingan kedua diimbibisi oleh nira hasil gilingan ketiga dan air imbibisi. Ampas dari gilingan kedua masuk ke gilingan ketiga dan air imbibisi. Ampas dari gilingan kedua masuk kegilikgan ketiga dengan imbibisi oleh nira hasil gilingan keempat dan air imbibisi. Ampas dari gilingan ketiga masuk kegilingan keempat dengan diimbibisi oleh air imbibisi. Ampas dari gilingan keempat masuk kegilingan kelima dengan diimbibisi oleh air imbibisi. Kemudian ampas dari gilingan kelima dibawa dengan elevator menuju ke separator untuk dipisahkan antara yang kasar dengan yang halus. Ampas yang kasar dibawa ke stasiun ketel untuk digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan ampas yang halus digunakan sebagai bahan pencampur dalam proses filtrasi nira koto di rotary bacum filter.

5. Proses konversi energi dari ampas tebu menjadi energi listrik

Gambar 2. Proses pengolahan ampas tebu menjadi listrik

Energi listrik dapat diperoleh dengan melalui proses yang bertahap dari sumbar bahan bakar menjadi energi listrik. Dari gambar 4.11 terlihat bahwa ampas tebu dimasukkan ke dalam furnace chamber melalui bagian atas. Lalu ampas tebu tersebut dimasukkan ke dalam furbace chamber dengan menggunakan grate sehingga ampas tebu benar-benar terbakar sempurna. Lalu, ampas tebu yang terbakar sempurna itu jatuh ke bagian bawah furnace chamber.

Boiler terdiri dari dua drum yang berada di bagian atas dan berada di bagian bawah. Dua drum tersebut dihubungkan dengan pipa yang melewati bagian dalam furnace chamber. Sehingga air dari drum bawah yang dialirkan ke drum bagian atas akan langsung menjadi uap saat pipa melewati bagian dalam furnace chamber. Uap yang dihasilkan tersebut lalu dialirkan ke drum bagian atas. Uap yang dihasilkan bersuhu 325°C dengan tekanan sedang, yaitu 18 kg/cm². Lalu, uap yang dihasilkan ditimbun terlebih dahulu di Steam Header, supaya terkumpul banyak, lalu setelah itu digunakan untuk memutar turbin.

Turbin yang berputar dengan kecepatan yang cukup tinggi direduksi kecepatan putarnya oleh reduction gear yang dipasang antara turbin dan generator sehinggga diperoleh sinkronissi kecepatan antara turbin dan generator. Dan karena generator berputar maka akan menimbulkan medan listrik sehingga akan membangkitkan tenaga listrik. Sehingga akan membangkitkan tenaga listrik.

Siklus yang tepat digunakan untuk system pembangkit biomassa ampas tebu adalah siklus topping dengan uap exhaust yang dihasilkan bertekanan rendah. Uap bertekanan rendah tersebut digunakan untuk menggerakkan mesin uap pada penggilingan satu, dua dan tiga serta digunakan untuk proses pembuatan gula.

6. Analisis Energi Terbangkit di PG Asembagus

Dalam operasinya, Pabrik Gula Asembagus mengolah tebu berkapasitas sekitar 2634 TCD ( Ton Cane per Day ) untuk dijadikan gula. Jumlah ampas yang dihasilkan tergantung pada kadar sabut tebu yang berkisar 9-14%. Semakin tinggi kadar sabut yang terkandung di dalam tebu, semakin banyak jumlah ampas yang dihasilkan. Jumlah ampas yang dihasilkan berkisar antara 28-30% (tergantung kadar sabut) dari jumlah tebu yang digiling. Sehingga rata-rata jumlah ampas tebu yang dihasilkan adalah sekitar 790,2 ton ampas tebu per hari. Tidak semua ampas tebu tersebut digunakan untuk bahan bakar boiler. Sisanya diikat dalam bentuk kotak-kotak yang disebut ball untuk disimpan atau disalurkan ke pabrik gula lain, atau pun untuk proses giling tahun depan. Berikut ini jumlah ampas tebu sisa yang dihasilkan setiap tahun pada PG Asembagus.

Kapasitas giling PG Asembagus

Menurut tabel di atas, rata-rata jumlah sisa ampas tebu yang dihasilkan per hari berbeda-beda setiap tahun. Hal itu dikarenakan proses giling yang tidak lancar karena pasokan tebu terhambat. Sehingga ampas tebu yang terkumpul dipakai terus untuk pembakaran boiler. Namun tidak ada ampas tebu yang dihasilkan karena tebu tidak ada yang digiling

Dari jumlah ampas tebu yang dihasilkan dari penggilingan setiap hari, sebagian besar digunakan untuk pembakaran boiler. Sehingga bisa menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin generator.

Besar Daya Berdasarkan Sumber Pembangkitan

Dari data di atas, daya total yang dipakai untuk operasional pabrik adalah sekitar 2,23-2,35 MW. Namun, listrik PLN hanya dipakai saat pabrik dalam keadaan non produksi untuk kebutuhan perumahan pegawai dan dipakaipada saat starting awal saja. Sehingga setelah dikurangi daya listrik dari PLN, maka akan didapatkan daya operasional pabrik sekitar 2,1-2,2 MW.

Rata-rata ampas tebu yang dipakai untuk menghasilkan daya tersebut sebanyak 310 ton ampas tebu/hari atau 12,9 ton/jam. Kandungan energi dalam ampas tebu tersebut sebanyak 1825 kcal/kg. sehingga, 12,9 ton ampas tebu = 23.572.916,7 calori = 27,4 MWH.

Padahal, dalam kenyataannya, daya listrik yang dihasilkan maksimal hanya 2,2 MWH. Perbedaan yang sangat besar antara energi ideal yang terkandung dalam ampas tebu dan energi listrik yang dihasilkan di lapangan karena pembangkit ini memiliki efisiensi yang sangat rendah. Sehingga ada cukup banyak energi yang tidak terkonvesi menjadi listrik. Berdasarkan perhitungan dan data tersebut dapat kita hitung efisiensi dari pembangkit listrik tenaga uap ini.

Menurut perhitungan, dalam 1 hari akan dihasilkan ampas tebu sisa sebanyak = 790,2 - 310 = 480,2 ton ampas tebu sisa/hari. Hal itu setara dengan energi listrik sebesar 1.018,5 MWH. Namun, dalam kenyataannya, ampas tebu maksimal yang dihasilkan dalam 4 tahun ini adalah sebanyak 7.695 kg ampas tebu/hari. Perbedaan yang sangat besar itu dikarenakan keterlambatan pasokan tebu. Sehingga ampas tebu sisa digunakan untuk menghasilkan uap terus-menerus tanpa ada penggilingan tebu. Hal itu mengakibatkan lama-kelamaan ampas tebu akan habis karena tidak ada penambahan ampas tebu.

Bila dalam 1 hari, rata-rata ampas tebu sisa yang dihasilkan dalam 4 tahun ini sebanyak 5.172,36 kg/hari atau 215,55 kg/jam, maka bila ampas tebu tersebut digunakan untuk tambahan bahan bakar pada pembangkit ini, akan dihasilkan energi listrik sebesar :

Energi = 215,55 kg x 1825kcal x 8,029 % = 31579,25 kcal = 0,0378 MWH

Sehingga, dengan penambahan ampas tebu sisa tersebut pada pembangkit listrik ini, akan dihasilkan energi listrik total sebesar 2,1378-2,2378 MWH atau 2.137,8-2.237,8 KWH. Energi listrik tambahan sebesar 37,8 KWH tersebut dapat disalurkan ke PLN sebagai energi tambahan untuk memenuhi kebutuhan listrik di Kecamatan Asembagus. Bila diasumsikan 1 rumah di Kecamatan Asembagus mempunyai daya terpasang sebesar 450 VA dengan faktor daya 0,85, maka akan ada 98 rumah yang teraliri listrik dari energi ampas tebu sisa ini.

Daya lebih yang disalurkan PG Asembagus ke PLN pada setiap jamnya.

Namun, kelemahan dari PLTU Ampas tebu ini adalah listriknya hanya bisa dihasilkan pada waktu hari giling saja. Sebab pada waktu hari giling itu ampas tebu untuk operasi pembangkitan listrik pada PLTU Ampas tebu, bisa dihasilkan. Sedangkan, hari giling pada PG Asembagus paling

lama hanya 194 hari. Sehingga kelebihan listrik yang bisa disalurkan ke PLN juga maksimal selama 194 hari saja.

7. Analisis Pembangunan Pembangkit Ditinjau dari Aspek Lingkungan

Limbah gasKesempurnaan pembakaran ampas tebu dipengaruhi oleh kualitas ampas sebagai bahan

bakar, jenis dan kondisi dapur + ketel. Namun demikian pembakaran yang sempurna dapat diidentifikasi dari kualitas gas cerobong (kadar CO2 > 12 %, O2 < 7 dan produksi uap per kg ampas > 2 kg). Dan bila pembakaran tidak sempurna, maka akan dihasilkan gas CO yang keluar dari cerobong. Kelebihan bahan bakar ampas tebu dibanding dengan batu bara adalah tidak dihasilkan limbah gas SOX dan NOX seperti pada batu bara sehingga mengurangi faktor penyebab turunnya hujan asam.

Pada tahap pengoperasian akan terjadi penurunan kualitas udara yaitu berupa peningkatan konsentrasi gas COx akibat pembakaran ampas tebu ini. Konsentrasi gas CO2 yang besar di dalam udara, bisa menyebabkan efek rumah kaca. Oleh karena itu, perlu dilakukan penghijauan di sekitar pabrik agar gas CO2 yang berlebih bisa dipakai tumbuhan untuk fotosintesis. Selain itu, gas CO2 yang dihasilkan, dapat dimanfaatkan kembali untuk keperluan pemurnian nira sebagai pengganti gas SO2 atau dimanfaatkan dalam pemurnian defekasi remelt karbonatasi. Sehingga harga belerang yang semakin mahal, tidak membuat harga gula juga semakin mahal dan hal itu sekaligus bisa mengurangi pencemaran akibat kadar gas CO2 yang berlebihan dalam udara.

Limbah padatAbu pembakaran ampas tebu, dibagi menjadi dua, yaitu fly ash dan bottom ash. Fly Ash

merupakan abu pembakaran ampas tebu yang sangat kecil yang berdiameter 1-50 µm dan ringan sehingga terbawa asap terbang keluar melalui cerobong. Hal itu bisa menyebabkan pencemaran udara berat bila dibiarkan. Oleh karena itu, digunakan alat yang disebut Electrostatic Precipitator (EP). Pada Electrostatic Precipitator, fly ash melalui medan electrostatic yang dihasilkan oleh 2 set electrode dengan tegangan fungsi arus searah. Dalam melewati medan electrosatic tersebut, partikel-partikel fly ash jadi termuati medan listrik, sebagian besar adalah muatan negatif dan tertarik pada electroda pengumpul. Sebagian partikel, mendapat muatan positif dan tertarik pada emmity electroda. Jika lapisan abu tersebut demikian tebal dan menggumpal akan jatuh atau terlepas dengan sendirinya atau dengan bantuan getaran mekanik, dan secara gravitasi jatuh pada Hopper. Abu yang terkumpul pada hopper diangkut dengan truk dan dibuang ke area penimbunan abu (ash yard).

Sedangkan bottom ash adalah abu hasil pembakaran ampas tebu yang lebih berat dari fly ash sehingga jatuh dan menumpuk di bagian dasar ruang pembakaran. Bottom ash tidak berdampak secara langsung pada lingkungan, hanya saja bila tidak dibersihkan akan mengganggu proses pembakaran pada ruang pembakaran.

Abu hasil pembakaran ampas tebu mempunyai jumlah yang lebih sedikit dibandingkan dengan abu pembakaran batu bara. Pada pembakaran batu bara dihasilkan abu sejumlah 6-10% dari batu bara yang dibakar. Sedangkan pada pembakaran ampas tebu hanya menghasilkan abu sebanyak 2,5% dari ampas tebu yang dibakar.

Limbah abu ini biasanya dibuang sebagai tanah uruk atau digunakan pada pembuatan bata, keramik dan beton. Komposisinya yang mengandung sebagian besar silica (71%) banyak diteliti untuk digunakan sebagai penguat pada bata, keramik atau pun beton.

Limbah cairPabrik gula tidak memerlukan air pendingin untuk mengkondensasikan uap air. Sebab uap air

yang masih bersuhu sekitar 175°C , yang keluar dari turbin generator akan dipakai lagi untuk memanaskan nira pada stasiun penguapan dan masakan. Sehingga uap air sudah berubah menjadi air kembali saat keluar dari stasiun tersebut.

Kesimpulan1. Potensi Luas lahan tanaman tebu pada tahun 2009 di Kabupaten Situbondo adalah

7.039 ha dengan produksi tebu sebanyak 48.569 ton. Jumlahnya lahan dan produksinya terus menurun sejak tahun 2007 silam. Tebu-tebu yang sudah dipanen ini lalu diolah oleh pabrik gula untuk dijadikan gula. Pabrik Gula yang terbesar di Kabupaten Situbondo adalah PG Asembagus. Dengan kapasitas giling yang mencapai 3000 TCD, membuat limbah ampas tebu yang dihasilkan pun juga semakin besar. Limbah ampas tebu ini dimanfaatkan oleh PG untuk pembakaran boiler karena ampas tebu ini mengandung cukup banyak energi, yaitu 1825 kkal.

2. Adanya lima PG yang ada di Kabupaten Situbondo, dengan PG Asembagus yang terbesar, membuat kawasan Kabupaten Situbondo menjadi kawasan pengolahan tebu yang cukup besar. Hal ini membuat jumlah limbah ampas tebu yang dihasilkan dari kelima PG cukup melimpah. Dari PG Asembagus sendiri, dihasilkan ampas tebu sebanyak 790,2 ton per hari. Dengan melimpahnya ampas tebu yang dihasilkan dari kelima PG, maka akan dihasilkan ketersediaan energi yang cukup banyak di Kabupaten Situbondo. Dari PG Asembagus sendiri, dapat dihasilkankelebihan energi listrik sebesar 37,7KWH-186,7\KWH.

3. Peralatan yang digunakan di PLTU Ampas tebu, tidak jauh Berbeda dengan PLTU Batu-Bara. Yang membeda kan hanya pada sistem boiler yang digunakan karena pengaruh bahan bakarnya yang berbeda. Boiler yang digunakan ini menggunakan sistem grate. Grate ini digunakan untuk mengendalikan jumlah ampas tebu yang dimasukkan ke ruang pembakaran sehingga ampas tebu benar-benar terbakar sempurna sebelum dimasukkan ampas tebu yang baru.

4. PLTU ini menghasilkan limbah gas dan limbah padat yang bisa menimbulkan dampak negative pada lingkungan. Limbah cair tidak dihasilkan dari PLTU ini karena uap panas yang dihasilkan setelah melewati turbin digunakan lagi untuk proses pengolahan gulasehingga tidak diperlukan air pendingin. Limbah gas yang dihasilkan hanya gas CO2. Namun, limbah gas CO2 yang dihasilkan bisa digunakan untuk proses pengolahan gula menggantikan gas SO2 sehingga Kadar pencemaran udaranya rendah. Limbah padat yang dihasilkan berupa abu pembakaran. Jumlah abu yang dihasilkan sebanyak 2,5%, jauh lebih sedikit biladibandingkan dengan batu bara yang menghasilkan abu

10%. Abu yang dihasilkan sebagian ditimbun dan ada yang diolah untuk campauran pada semen, keramik atau beton.