Electrostatic Precipitator: Teknologi Mengendalikan Polusi Abu (Fly Ash) Dari Boiler

Abu adalah material padat yang tersisa setelah terjadinya proses pembakaran. Dalam jumlah banyak, abu menjadi salah satu polutan yang sangat berbahaya jika bercampur dengan atmosfer. Salah satu penghasil polusi abu yang cukup tinggi adalah boiler. Setiap boiler yang menggunakan bahan bakar fosil (kecuali gas alam) pasti menghasilkan emisi abu. Bahan bakar fosil yang paling banyak mengandung abu adalah batubara. Kandungan abu di dalam batubara berkisar antara 5-30% tergantung dari jenisnya serta proses penambangannya.

Ada dua jenis abu yang dihasilkan dari pembakaran batubara di dalam boiler, yakni fly ash dan bottom ash. Fly ash adalah abu yang berukuran cukup kecil, sehingga ia bercampur dengan gas-gas hasil pembakaran (flue gas) dan akan keluar melalui cerobong asap boiler. Sebagian dari abu yang dihasilkan dari proses pembakaran akan menempel pada dinding-dinding pipa boiler, terakumulasi, memadat, dan suatu saat ia akan jatuh ke bagian bawah boiler. Abu yang jatuh ini dikenal dengan sebutan bottom ash. Kuantitas terbentuknya kedua jenis abu ini tergantung dari jenis batubara yang digunakan, serta jenis boiler itu sendiri. Boiler yang menggunakan pulverizer batubara (baca artikel berikut), 70-90% abu akan keluar bersamaan dengan gas buang dan sisanya berupa bottom ash. Boiler kecil berjenis stoker-fired, 40% abu akan keluar sebagai fly ash. Pada boiler dengan tipe pembakaran tangensial, akan menghasilkan fly ash hanya 15-40% dari keseluruhan abu. Sedangkan boiler yang menggunakan sistem fluidized-bed, keseluruhan abu akan ikut terbawa oleh flue gas tanpa terjadi pembentukan bottom ash. Jenis boiler yang digunakan juga mempengaruhi bentuk serta ukuran dari abu yang dihasilkan boiler. Boiler dengan pulverizer menghasilkan abu yang halus dengan ukuran 7-12 mikron. Pada boiler dengan metode pembakaran tangensial, akan dihasilkan bentuk abu yang bulat. Boiler tipe stoker-fired akan menghasilkan abu dengan ukuran yang paling besar jika dibandingkan dengan boiler tipe lain.

Berdasarkan penelitian, komponen abu boiler tersusun atas berbagai senyawa oksida beracun diantaranya silikon oksida, titanium oksida, ferit oksida, aluminium oksida, kalsium oksida, magnesium oksida, sodium oksida, potasium oksida, sulfur trioksida, difosfor pentoksida, serta beberapa senyawa lain. Proporsi jumlah dari senyawa-senyawa penyusun abu dapat bervariasi tergantung dari jenis dan lokasi penambangan batubara yang digunakan.

20130115-081352 AM.jpg

Abu yang dihasilkan dari Boiler dengan Pulverized Fuel; Pembesaran 1000x

Berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 30 Tahun 2009, fly ash atau abu yang dihasilkan oleh proses pembakaran dari boiler, dikategorikan sebagai Bahan Berbahaya dan Beracun (B3). Sehingga penanganan abu ini harus sesuai dengan regulasi pemerintah agar tidak mencemari lingkungan.

Ada beberapa teknologi yang dapat digunakan untuk mengontrol emisi fly ash yang dihasilkan dari proses pembakaran boiler. Alat pengontrol emisi abu ini bertugas untuk menghilangkan kandungan abu dari gas buang boiler, menjaga abu tersebut agar tidak masuk kembali bercampur dengan udara pembakaran, serta mengontrol proses pembuangannya agar sesuai dengan peraturan daerah yang berlaku. Ada beberapa jenis teknologi yang dapat digunakan untuk mengontrol fly ash, diantaranya adalah electrostatic precipitator, sistem filter, kolektor abu mekanik, dan venturi scrubbers. Masing-masing jenis teknologi tersebut memiliki ciri khas dan fungsi sendiri-sendiri. Namun yang paling umum digunakan pada boiler di dunia industri adalah electrostatic precipitator (ESP) tipe kering. Teknologi ini akan menjadi fokus pembahasan pada kesempatan kali ini.

Electrostatic Precipitator (ESP) adalah sebuah teknologi untuk menangkap abu hasil proses pembakaran dengan jalan memberi muatan listrik padanya. Prinsip kerja ESP yaitu dengan memberi muatan negatif kepada abu-abu tersebut melalui beberapa elektroda (biasa disebut discharge electrode). Jika abu tersebut dilewatkan lebih lanjut ke dalam sebuah kolom yang terbuat dari plat yang memiliki muatan lebih positif (biasa disebut collecting electrode), maka secara alami abu tersebut akan tertarik oleh plat-plat tersebut. Setelah abu terakumulasi pada plat tersebut, sebuah sistem rapper khusus akan membuat abu tersebut jatuh ke bawah dan keluar dari sistem ESP. Untuk lebih jelasnya, silahkan Anda perhatikan ilustrasi sistem ESP berikut ini.

20130116-085937 AM.jpg

Prinsip Kerja Electrostatic Precipitators

Proses-proses yang terjadi pada ESP sehingga abu (fly ash) dapat terkumpul adalah sebagai berikut:

  1. Charging. ESP menggunakan listrik DC sebagai sumber dayanya, dimana Collecting Electrode (CE) terhubung dengan kutub positif dan ter-grounding, sedangkan untuk Discharge Electrode terhubung dengan kutub negatif yang bertegangan 55-85 kilovolt DC. Medan listrik terbentuk diantara DE dan CE, pada kondisi ini timbul fenomena korona listrik yang berpendar pada sisi DE. Pada saat gas buang batubara melewati medan listrik ini, fly ash akan terkena muatan negatif yang dipancarkan oleh kutub negatif pada DE. Proses pemberian muatan negatif pada abu tersebut dapat terjadi secara difusi atau induksi, tergantung dari ukuran abu tersebut. Beberapa partikel abu akan sulit dikenai muatan negatif sehingga membutuhkan medan listrik yang lebih besar. Ada pula partikel yang sangat mudah dikenai muatan negatif, namun muatan negatifnya juga mudah terlepas, sehingga memerlukan proses charging kembali.
  2. Pengumpulan. Abu yang sudah bermuatan negatif, akan tertarik untuk menuju ke CE atau bergerak menurut aliran gas yang ada. Kecepatan aliran gas buang mempengaruhi proses pengumpulan abu pada CE. Kecepatan aliran gas yang rendah akan memperlambat gerakan abu untuk menuju CE. Sehingga umumnya desain ESP biasanya digunakan beberapa seri CE dan DE yang diatur sedemikian rupa sehingga semua abu yang terkandung di dalam gas buang boiler dapat tertangkap.
  3. Rapping. Lapisan abu yang terkumpul pada permukaan CE harus secara periodik dirontokan. Metode yang paling umum digunakan adalah dengan jalan memukul bagian CE dengan sebuah sistem mekanis. Sistem rapper mekanis ini terdiri dari sebuah hammer, motor penggerak, serta sistem gearbox sederhana yang dapat mengatur gerakan memukul agar terjadi secara periodik. Sistem rapper tidak hanya terpasang pada sisi CE, pada DE juga terdapat sistem rapper. Hal ini karena ada sebagian kecil dari abu yang akan bermuatan positif karena ia ter-charging oleh CE yang bermuatan positif.
  4. Abu yang rontok dari CE akan jatuh dan terkumpul di hopper yang terletak di bawah sistem CE dan DE. Hopper ini harus didesain dengan baik agar abu yang sudah terkumpul tidak masuk kembali ke dalam kompartemen ESP. Selanjutnya dengan menggunakan udara bertekanan, kumpulan abu tersebut dipindahkan melewati pipa-pipa ke tempat penampungan yang lebih besar.

Gas buang yang keluar dari boiler mengandung banyak senyawa yang bersifat sangat korosif, jika senyawa-senyawa tersebut bereaksi dengan uap air yang terkandung di dalam gas buang itu pula. Pada temperatur rendah uap air hasil pembakaran hidrokarbon batubara dapat terkondensasi dan bereaksi dengan SO2 atau NOx dan menghasilkan larutan asam yang sangat korosif. Larutan tersebut jika melewati ESP akan sangat mungkin dapat merusak komponen-komponennya. Maka pada prakteknya, pengoperasian ESP pada berbagai sistem boiler, baru dinyalakan jika temperatur gas buang boiler sudah mencapai nilai tertentu. Hal ini bertujuan selain untuk menghindari bahaya korosi, juga untuk menghindari terjadinya short circuit akibat adanya senyawa-senyawa asam tersebut.

20130117-025103 PM.jpg

Bagian-bagian Electrostatic Precipitators

Secara umum bagian-bagian dari Electrostatic Precipitators (ESP) adalah sebagai berikut:

  1. Casing. Casing dari ESP umumnya terbuat dari baja karbon berjenis ASTM A-36 atau yang serupa. Casing ini didesain untuk kedap udara sehingga gas buang boiler yang berada di dalam ESP tidak dapat bocor keluar. Selain itu ia didesain memiliki ruang untuk pemuaian karena pada operasional normalnya ESP bekerja pada temperatur cukup tinggi. Oleh karena itu pula sisi luar casing ini dipasang insulator tahan panas demi keselamatan kerja. Discharge electrode dan collecting electrode didesain menggantung dengan sisi support (penyangga) berada pada sisi casing bagian atas. Dan pada sisi samping casing terdapat pintu akses masuk untuk keperluan perawatan sisi dalam ESP.
  2. Hopper. Hopper terbuat dari bahan yang sama dengan casing. Ia berbentuk seperti piramida yang terbalik dan terpasang pada sisi bawah ESP. Hopper berfungsi sebagai tempat berkumpulnya abu fly ash yang dijatuhkan dari collecting electrode dan discharge electrode. Abu hanya sementara berada di dalam hopper, karena selanjutnya ia akan dipindahkan menggunakan sebuah sistem transport khusus ke tempat penampungan yang lebih besar. Namun, hopper ini didesain untuk mampu menyimpan abu sedikit lebih lama apabila terjadi kerusakan pada sistem transport fly ash yang ada di bawahnya.
  3. Collecting Electrode. Seperti yang telah saya jelaskan sebelumnya, CE menjadi tempat terkumpulnya abu bermuatan negatif sebelum jatuh ke hopper. Jarak antar CE pada sebuah ESP didesain cukup dekat yakni 305-406 mm dengan kedua sisi plat (depan-belakang) yang sama-sama berfungsi untuk menangkap abu. CE dibuat dari plat yang didukung dengan baja penyangga untuk menjaga kekakuannya. Ia dipasang dengan suppot yang berada di atas dan menggantung pada casing bagian atas. Untuk mendapatkan medan listrik yang seragam pada CE, serta untuk meminimalisir terjadinya loncatan bunga api elektron, maka CE harus dipasang dengan ketelitian yang sangat tinggi.
  4. Discharge Electrode. DE menjadi komponen paling penting di ESP. DE terhubung dengan sumber tegangan DC tinggi hingga berpendar menciptakan korona listrik. Ia berfungsi untuk men-charging abu sehingga abu menjadi bermuatan negatif. DE dipasang pada tiap tengah-tengah CE dengan jarak 152-203 mm tergantung jarak antar CE yang digunakan. Untuk mencegah short circuit, pemasangan DE harus dipasang juga insulasi yang memisahkan DE dengan casing dan CE yang bermuatan netral.

    20130118-095131 AM.jpg

    Discharge Electrode

  5. Sistem Kontrol Aliran Gas Buang. Efisiensi ESP sangat tergantung dengan distribusi aliran gas buang boiler yang melintasinya. Semakin merata pendistribusian gas buang tersebut ke seluruh kolom CE dan DE, maka akan semakin tinggi angka efisiensi ESP. Oleh karena itu dipasang sebuah sistem vane atau sudu pada sisi masuk gas buang ke ESP agar gas tersebut dapat lebih merata didistribusikan ke setiap kolom.
  6. Rapper. Seperti yang sudah saya jelaskan di atas, sistem rapper berfungsi untuk menjatuhkan abu yang terkumpul pada permukaan CE ataupun DE agar jatuh ke hopper. Biasanya motor penggerak rapper terletak di bagian atas ESP, dan dihubungkan ke bagian pemukul dengan sebuah poros yang terinsulasi untuk menghindari short circuit.
  7. Sumber Energi Listrik. Alat yang berfungsi untuk men-supply energi listrik ke sistem ESP disebut dengan Transformer Rectifier (TR). Sumber energi listrik berasal dari listrik AC bertegangan 480 Volt, yang ditingkatkan menjadi 55.000 sampai 75.000 Volt sebelum diubah menjadi tegangan DC negatif yang akan dihubungkan dengan discharge electrode. Karena secara elektris ESP merupakan beban kapasitif, maka sumber tegangannya didesain untuk menahan beban kapasitif tersebut. Selain itu, sumber tegangan ini didesain harus tahan terhadap gangguan arus yang terjadi akibat adanya loncatan listrik (sparking) dari abu fly ash

Metode Mengendalikan Emisi NOx Pada Gas Buang Boiler

Nitrogen oksida (NOx) menjadi salah satu polutan dengan jumlah besar yang dihasilkan oleh boiler. Seperti yang telah saya singgung sedikit pada artikel sebelumnya emisi NOx dapat menyebabkan hujan asam, pembentukan ozon, gangguan penglihatan, serta gangguan kesehatan pada manusia. Atas dasar tersebut pengendalian emisi NOx sangat diatur oleh regulasi pemerintah di berbagai negara. Di Indonesia sendiri, emisi gas buang dari boiler diatur batasannya oleh Peraturan Menteri Lingkungan Hidup.

Penyusun utama polutan NOx adalah nitrogen oksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2). Proses pembakaran semua jenis bahan bakar fosil akan menghasilkan NOx sesuai dengan temperatur kerjanya serta ketersediaan oksigen dan nitrogen pada bahan bakar dan udara. Emisi NOx yang dihasilkan oleh boiler tersusun atas 90-95% NO dan sisanya adalah NO2. Namun setelah kombinasi NOx tersebut keluar dari cerobong asap boiler, NO akan teroksidasi lebih lanjut menjadi NO2. NO2 inilah yang biasanya tampak sebagai asap yang keluar dari cerobong asap boiler tersebut.

Proses Pembentukan NOx

Sebelum kita mengetahui cara-cara untuk mengendalikan emisi NOx, perlu kita pelajari terlebih dahulu bagaimana proses terbentuknya NOx di dalam furnace boiler. Ada dua macam cara utama bagaimana NOx dapat terbentuk, yang pertama disebut dengan Termal NOx, dan yang kedua adalah Fuel NOx. Sebenarnya ada satu jenis lagi fenomena terbentuknya NOx yang disebut dengan Prompt NOx. Namun karena kontribusinya yang sangat kecil dalam pencemaran NOx maka proses yang ketiga ini tidak akan kita bahas pada kesempatan kali ini.

Nitrogen yang terkandung di dalam udara pembakaran dapat teroksidasi dan membentuk NOx jika proses pembakaran terjadi pada temperatur yang cukup tinggi. Pada temperatur pembakaran 1204oC, molekul nitrogen (N2) dan oksigen (O2) akan terpecah menjadi atom-atom penyusunnya. Selanjutnya atom-atom N2- dan O2- akan bereaksi membentuk ikatan NO. Pada proses oksidasi lebih lanjut, senyawa NO ini akan menjadi NO2. Proses pembentukan NOx yang berasal dari nitrogen udara pembakaran inilah yang disebut dengan termal NOx.

Fuel NOx adalah sebutan bagi nitrogen yang terkandung di dalam bahan bakar fosil (minyak atau batubara), yang membentuk emisi NOx di akhir proses pembakaran. Kontribusi fuel NOx dalam membentuk NOx adalah sebesar hingga 50% jika menggunakan bahan bakar minyak, dan 80% jika menggunakan batubara. Nitrogen di dalam bahan bakar fosil tersebut terikat di dalam ikatan organik senyawa hidrokarbon. Selama proses pembakaran terjadi, atom nitrogen terlepas menjadi atom bebas dan akan membentuk ikatan baru berupa NO dan N2. Sekalipun NO yang terbentuk tersebut menjadi penyusun terbanyak NOx, namun hanya 20-30% saja atom nitrogen yang terkandung di dalam bahan bakar fosil yang berubah menjadi NO, sisanya membentuk N2.

20130110-085849 PM.jpg

Pembentukan NOx Pada Pembakaran Batubara

Pada proses pembakaran batubara, atom nitrogen terlepas dari susunan molekul batubara pada saat awal proses pembakaran karena sifatnya yang volatil (mudah menguap pada temperatur rendah). Pelepasan atom nitrogen tersebut diikuti dengan proses oksidasi sehingga terbentuk molekul NO disamping terbentuknya pula N2. Proses pembentukan NOx yang berasal dari nitrogen volatil batubara menyumbang 60-90% dari keseluruhan fuel NOx. Sebagian kecil atom nitrogen yang terikat di dalam batubara tidak bersifat volatil seperti yang lain, sehingga dibutuhkan waktu yang lebih lama untuk lepas dari molekul batubara dan teroksidasi lebih lanjut untuk membentuk NOx.

Pembentukan NOx yang berasal dari batubara sangat tergantung dengan perbandingan stoikiometri bahan bakar dengan udara, namun tidak terlalu tergantung dengan temperatur proses pembakaran. Atas dasar hal tersebut, pembentukan NOx dapat dikontrol dengan jalan mengurangi jumlah supply udara pada saat zona awal (inisiasi) proses pembakaran. Mengontrol proses pencampuran batubara dengan udara sehingga terjadi proses pembakaran yang bertingkat, juga dapat mengurangi produksi NOx secara signifikan.

Metode mengendalikan emisi NOx pada boiler terdiri dari metode pre-combustion (dengan memilih bahan bakar rendah nitrogen), metode mengendalikan proses pembakaran, serta metode post-combustion (dengan menggunakan bahan kimia pengurai NOx menjadi N2 dan H2O). Namun yang paling banyak digunakan adalah dengan mengontrol proses pembakarannya. Seperti yang telah saya utarakan sebelumnya bahwa mengurangi jumlah udara pada campuran batubara dengan boiler di awal proses pembakaran, serta mengatur proses pembakaran agar terjadi secara bertingkat adalah termasuk metode mengurangi emisi NOx dengan mengontrol proses pembakaran. Berikut adalah sistem-sistem kontrol pembakaran yang bertujuan untuk mengendalikan emisi NOx:

  1. Burner Rendah NOx
    Burner adalah sebuah komponen proses pembakaran pada boiler yang berfungsi untuk mencampurkan udara dengan bahan bakar dan memasukkannya ke dalam furnace boiler (baca artikel berikut). Seperti yang sudah saya jelaskan sebelumnya, bahwa nitrogen di dalam batubara menyumbang 80% NOx dari keseluruhan produksi NOx, dengan 60-90% terbentuk pada saat awal proses (inisiasi) pembakaran. Zona inisiasi pembakaran terjadi pada burner, sehingga penggunaan burner yang rendah NOx akan secara signifikan menurunkan produksi NOx. Sistem burner konvensional dapat menghasilkan NOx 984-1968 mg/Nm3, sedangkan sistem burner rendah NOx hanya menghasilkan 185-615 mg/Nm3.

    20130111-063644 AM.jpg

    Sistem Burner Rendah NOx

    Prinsip kerja utama dari burner rendah NOx adalah dengan jalan mengontrol supply udara yang akan dicampurkan dengan batubara. Keseluruhan udara yang dibutuhkan oleh proses pembakaran dimasukkan ke dalam furnace boiler melalui burner ini, akan tetapi pencampurannya dengan batubara dibatasi. Udara yang dicampurkan ke batubara pada zona devolatilisasi dibatasi jumlahnya, sehingga membatasi kemungkinan pembentukan NOx pada zona ini. Selanjutnya udara sisa yang dibutuhkan untuk proses pembakaran batubara dimasukkan setelah melewati zona devolatilisasi. Dengan cara ini kita dapat menekan produksi NOx pada kisaran 30-60%.

    20130112-080057 AM.jpg

    Bagian-bagian Low NOx Burner

  2. Sistem Udara Bertingkat
    Pada sistem ini, supply udara yang dibutuhkan untuk proses pembakaran tidak keseluruhan dimasukkan melalui burner, sehingga membatasi jumlah oksigen yang terlalu berlebihan pada saat awal proses pembakaran. Sisa udara yang dibutuhkan untuk proses pembakaran dimasukkan ke dalam furnace boiler melalui sebuah alat bernama Over Fire Air (OFA) yang instalasi nya terletak di atas burner. Instalasi OFA memungkinkan terjadi proses pembakaran yang bertingkat.

    20130112-083401 AM.jpg

    Sistem Over Fire Air

    Efek samping dari penggunaan sistem OFA antara lain dapat meningkatkan bahan bakar yang tidak terbakar lebih banyak, pembentukan slag (kerak) pada area furnace, serta peningkatan kemungkinan terjadinya korosi pada pipa-pipa furnace. Resiko ini semakin meningkat jika digunakan batubara dengan kandungan sulfur yang tinggi. Di sisi lain, penggunaan sistem udara bertingkat ini akan menurunkan produksi NOx di kisaran 40-60%.

    20130112-085750 AM.jpg

    Susunan Sistem Udara Bertingkat

Teknologi terbaru yang telah dikembangkan untuk mengatasi emisi NOx adalah CSNOX yang dikembangkan oleh Ecospec Global Technology, sebuah perusahaan riset yang berpusat di Singapura. Sistem ini tidak hanya dapat mereduksi emisi NOx, namun juga emisi CO2 dan SO2 dengan jalan penggunaan air yang telah diberi gelombang ultra rendah untuk mengikat polutan-polutan tersebut. Untuk lebih lanjut memahami sistem ini, silahkan Anda baca pada artikel saya sebelumnya mengenai metode menanggulangi emisi SO2.

Free eBook Pengendalian Emisi NOx:

  1. Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 7 tahun 2007 tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak Bagi Ketel Uap
  2. Nitrogen Oxides Emission Control Options for Coal-Fired Electric Utility Boilers
  3. Boiler NOx Emissions and Energy Efficiency

Metode Mengendalikan Emisi SO2 Pada Gas Buang Boiler

Sulfur secara alami melakukan siklus yang melibatkan tumbuhan dan hewan. Sebagian besar sulfur tersebar di atmosfer dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S) yang dihasilkan dari proses pembusukan makhluk hidup. Gas tersebut perlahan teroksidasi membentuk SO2. Pada kondisi atmosfer, SO2 yang sangat reaktif akan secara alamiah berasimilasi kembali ke lingkungan. Hal tersebut sangat berbeda dengan gas SO2 hasil dari proses pembakaran bahan bakar fosil (batubara) yang jumlahnya terlalu banyak, sehingga kondisi alamiah lingkungan alam pun tidak dapat me-recycle-nya kembali ke alam sekitar.

20121227-091259 PM.jpg

Siklus Alamiah Sulfur

Bahan bakar fosil dengan kandungan alami sulfur paling banyak adalah batubara. Kandungannya dapat mencapai 10% maksimal tergantung dari kualitas batubara tersebut. Semakin tinggi kualitas batubara, maka kandungan sulfur di dalamnya semakin sedikit.

Penggunaan batubara sebagai bahan bakar utama pada boiler tidak akan pernah lepas dari permasalahan emisi SO2. Sekalipun yang digunakan adalah batubara dengan kualitas terbaik (kandungan sulfur rendah), emisi sulfur dioksida pasti akan terbentuk. Kita ambil contoh jika batubara yang digunakan pada sebuah boiler PLTU 640MW memiliki kandungan sulfur 5%, dan PLTU ini akan membutuhkan batubara sebanyak 260 ton per jamnya pada beban penuh. Maka dapat kita hitung dengan mudah, emisi sulfur dioksida yang terbuang tiap jam dapat mencapai 13 ton. Tentu jumlah ini sungguh luar biasa besarnya, dan akan sangat berbahaya jika SO2 dengan jumlah tersebut dibuang begitu saja ke udara tanpa ada sebuah perlakuan khusus agar lebih ramah lingkungan.

Untuk mengendalikan emisi gas buang SO2 yang dihasilkan oleh boiler ada tiga macam teknik, teknik pre-combustion, teknik modifikasi combustion, dan post-combustion. Untuk teknik yang pertama yakni modifikasi pre-combustion, adalah dengan jalan memodifikasi bahan bakar yang digunakan oleh boiler. Mengganti bahan bakar boiler dengan gas alam misalnya, akan mengurangi emisi SO2 sampai dengan 0%. Atau bisa juga diganti dengan solar (High Speed Diesel) sehingga dapat meminimalisir kandungan SO2 meskipun tidak sampai 0%. Kandungan sulfur yang rendah pada solar dan gas alam memang menjadi keuntungan di sini, namun karena sifat kedua bahan bakar tersebut yang volatil (mudah menguap) dan ketersediaannya yang terbatas membuat teknik ini menjadi tidak efisien. Mengganti bahan bakar boiler dari batubara menjadi solar atau gas alam, membutuhkan perhatian khusus dalam pengadaan sarana penyimpanan bahan bakar, saluran pendistribusiannya, peralatan proses pembakaran (burner), termasuk desain boiler dan keselamatannya. Sehingga teknik ini akan membutuhkan biaya yang cukup besar.

Teknik yang kedua adalah dengan memodifikasi proses pembakaran yang terjadi. Salah satunya adalah dengan menggunakan sistem Fluidized Bed Combustion, sistem ini mencampurkan udara dengan gas buang dan mengarahkan campuran tersebut ke material penyerap sulfur seperti limestone dan dolomite. Sistem ini dapat menyerap sulfur hingga 95% dari keseluruhan polutan sulfur yang dihasilkan dari proses pembakaran batubara.

20130104-110738 AM.jpg

Fluidized Bed Combustion System

Teknik terakhir untuk mengendalikan emisi sulfur dioksida adalah dengan memodifikasi sistem setelah proses pembakaran. Setelah proses pembakaran, maka berbagai jenis emisi yang telah saya jelaskan pada artikel sebelumnya telah terbentuk. Sehingga sistem kontrol emisi yang digunakan pada jenis ini berfungsi untuk menyerap polutan-polutan berbahaya yang dihasilkan oleh proses pembakaran batubara. Berikut adalah sistem-sistem tersebut:

Flue Gas Desulphurization

Ada dua tipe Flue Gas Desulphurization yang umum digunakan pada berbagai jenis boiler, yaitu tipe basah (Wet Flue Gas Desulphurization) dan tipe kering (Dry Flue Gas Desulphurization). Untuk yang tipe basah, FGD menggunakan bahan baku air laut sebagai media penyerap emisi sulfur. Flue gas yang keluar dari boiler, dialirkan ke sistem Flue Gas Desulphurisation (FGD) dan disemprot dengan menggunakan air laut sehingga terjadi reaksi kimia berikut:

SO2 + H2O → H+ + HSO3-

Proses selanjutnya adalah proses oksidasi. Dengan menggunakan oksidation air blower, udara dari atmosfer dimasukkan ke dalam tangki larutan campuran antara air laut dengan hasil dari reaksi kimia sebelumnya. Pada fase ini terjadi reaksi kimia berikut:

HSO3- + ½O2 → HSO4-

Dan pada akhir proses, terjadi reaksi kimia secara alami di naturalisation basin, yaitu:

HSO4- + HCO3- → SO42+ + H2O + CO2

Dan seperti yang Anda lihat hasil reaksi kimia di atas merupakan zat-zat yang menjadi penyusun alami air laut. Dan menurut hasil penelitian, penambahan zat-zat tersebut ke dalam air laut masih tidak berpengaruh terhadap keseimbangan air laut.

20130106-100550 AM.jpg

Flue Gas Desulphurization Tipe Basah

Pada Flue Gas Desulphurization tipe kering, udara flue gas dimasukkan ke dalam sistem dan disemprot dengan zat kimia absorber sulfur. Zat kimia absorber yang digunakan bukan air laut, melainkan bahan-bahan kimia seperti CaCO3 (limestone) dengan reaksi kimia absorbsi berikut:

CaCO3 (solid) + SO2 (gas) → CaSO3 (solid) + CO2 (gas)

Selain menggunakan CaCO3 juga dapat digunakan Ca(OH)2 dan Mg(OH)2 (magnesium hidroksida). Materi absorbsi tersebut dikabutkan oleh sebuah bagian bernama ratary atomizer sehingga didapatkan ukuran partikel yang cukup kecil untuk mengoptimalkan proses penyerapan SO2.

20130106-101640 PM.jpg

Flue Gas Desulphurization Tipe Kering

Sistem CSNOx

Sistem CSNOx merupakan sebuah sistem terbaru yang telah dikembangkan dan dipatenkan oleh Ecospec Global Technology, sebuah perusahaan riset dan teknologi yang berkantor pusat di Singapura. Sistem ini diklaim sebagai sebuah sistem pengendali emisi pertama di dunia yang mampu menyerap tiga sekaligus emisi gas buang yakni karbon dioksida (CO2), Sulfur dioksida (SO2, dan sekaligus NOx. Bukan hanya itu kelebihan CSNOX, sistem ini mampu menyerap polutan-polutan tersebut dengan jumlah yang melebihi FGD. Dalam uji cobanya yang dipasangkan ke dalam sebuah kapal tanker Alframax pada bulan Februari 2010, CSNOx mampu menyerap 99% SO2, 77% CO2, dan 66% untuk NOx.

20130106-112053 PM.jpg

Sistem Kerja CSNOx

Prinsip kerja utama dari CSNOx adalah penggunaan gelombang frekuensi ultra rendah / Ultra Low Frequency (ULF) yang dipancarkan ke air sebagai media kerjanya. Air tersebut selanjutnya direaksikan dengan gas buang boiler untuk menyerap SO2, CO2, dan NOx. CSNOx memiliki komponen-komponen utama sebagai berikut:

  1. Bio Fouling Control, berfungsi untuk mengendalikan organisme-organisme air (laut) pada air sehingga tidak mengganggu proses selanjutnya.
  2. SOx Absorption Enhancer, komponen untuk mengoptimalkan proses penyerapan polutan sulfur oleh air.
  3. pH Exciter, berfungsi untuk mengontrol pH air sebelum proses penyerapan polutan.
  4. Ultra Low Frequency Electrode, berfungsi memancarkan gelombang ultra rendah pada air.
  5. Mineral Scale Control, berfungsi untuk mencegah pembentukan kerak pada pipa-pipa.
  6. CO2 dan NOx Reducer, berfungsi untuk mengoptimalkan proses penyerapan CO2 dan NOx.
  7. Discharge Mixing Tank, berfungsi untuk penampung air hasil proses penyerapan sebelum dikembalikan ke laut.

Free eBook Pengendalian Emisi SO2:

  1. Wet Flue Gas Desulphurization System
  2. Spray Dry Flue Gas Desulphurization System
  3. CSNOx