Peralatan Karbonisasi

Tungku karbonisasi adalah peralatan utama pada lini produksi arang, berfungsi untuk mempirolisis bahan baku biomassa menjadi arang berkualitas tinggi dalam kondisi kekurangan oksigen. Bagian berikut akan menjelaskan secara rinci proses kerja tungku karbonisasi arang, meliputi jenis bahan baku dan alur proses secara keseluruhan.

I. Jenis Bahan Baku yang Dapat Diolah
Tungku karbonisasi memiliki daya adaptasi bahan baku yang sangat luas; hampir semua limbah pertanian dan kehutanan yang mengandung selulosa dapat dijadikan bahan baku. Berdasarkan bentuknya, bahan baku diklasifikasikan sebagai berikut:

Jenis Bahan Baku
Limbah Kehutanan: Ranting kayu, serbuk gergaji, serpihan kayu, kulit kayu, serpihan bambu, daun kering, potongan kayu sisa.
Jerami Pertanian: Batang jagung, batang sorgum, batang kapas, batang kacang, batang ubi jalar, jerami padi.
Tempurung dan Ampas Buah: Tempurung kacang tanah, sekam padi, tempurung bunga matahari, tempurung kelapa, ampas kopi, tempurung kelapa sawit.
Limbah Pengolahan: Ampas ragi, bonggol jagung, media jamur, ampas tebu.
Bahan Cetak: Briket arang, balok serbuk kayu, batang kayu, batang bambu.

II. Alur Proses Kerja Lengkap Tungku Karbonisasi
Proses karbonisasi berbeda tergantung jenis tungku, namun prinsip dasarnya tetap sama. Berikut penjelasan alur proses untuk tungku karbonisasi kontinu dan tungku karbonisasi batch (gantung) yang paling umum digunakan.

(1) Alur Proses Tungku Karbonisasi Kontinu
Tungku karbonisasi kontinu merupakan peralatan karbonisasi yang paling banyak digunakan saat ini, dengan sistem otomatis penuh mulai dari pengisian bahan hingga pengeluaran arang.

Tahap 1: Persiapan dan Pengisian Bahan Baku
Pra-pengolahan bahan: Beberapa jenis bahan baku perlu dihancurkan hingga ukuran butiran yang sesuai (5–50 mm).
Pengeringan: Kadar air bahan baku harus dikontrol di bawah 15% agar proses karbonisasi berjalan optimal.
Pengisian kontinu: Bahan baku dimasukkan secara terus-menerus ke dalam tungku melalui pengumpan ulir.

Tahap 2: Karbonisasi dan Pirolisis
Proses karbonisasi di dalam tungku terbagi menjadi tiga zona suhu:
Zona Pengeringan: <160°C, berfungsi mengeluarkan uap air dari bahan baku
Zona Pra-karbonisasi: 160°C–280°C, dimulainya proses pirolisis dan pelepasan sejumlah kecil gas
Zona Karbonisasi Penuh: 300°C–650°C, lignin dan selulosa terurai sepenuhnya sehingga menghasilkan arang, tar dan gas mudah terbakar

Tahap 3: Pemulihan dan Pemanfaatan Produk Sampingan
Penampungan Gas Buang: Gas mudah terbakar seperti karbon monoksida, metana dan hidrogen yang dihasilkan saat karbonisasi dikumpulkan.
Pemurnian dan Pemisahan: Gas buang melalui proses penyemprotan, pendinginan serta pemurnian untuk memisahkan tar kayu dan cuka kayu.
Pemanfaatan Kembali Gas Mudah Terbakar: Gas yang telah dimurnikan dialirkan ke ruang pembakaran sebagai sumber panas tungku, sehingga kebutuhan panas dapat terpenuhi sendiri.
Proses ini menghasilkan produk gabungan berupa arang, gas dan minyak tar, sekaligus mengatasi masalah pencemaran yang sering terjadi pada proses karbonisasi tradisional.

Tahap 4: Pendinginan dan Pengeluaran Arang
Pengeluaran arang kontinu: Arang biomassa hasil karbonisasi dikeluarkan secara terus-menerus dari bagian bawah tungku.
Proses pendinginan: Arang didinginkan menggunakan mesin pengeluaran pendingin untuk mencegah penurunan kualitas akibat oksidasi suhu tinggi.
Pengemasan dan Penyimpanan: Arang yang sudah dingin dapat langsung dikemas dalam karung dan disimpan.

(2) Alur Proses Tungku Karbonisasi Batch (Gantung)
Tungku karbonisasi batch cocok digunakan untuk mengkarbonisasi bahan baku berukuran potongan atau batang kayu cetak. Langkah operasinya sebagai berikut:

Pengisian Bahan
Masukkan balok serbuk kayu (panjang ideal 40–50 cm) atau potongan kayu/bambu ke ruang karbonisasi bagian dalam, biasanya disusun menjadi 2–3 lapisan. Briket hasil mesin pembuat briket juga dapat disusun rapi di dalam ruang tungku.

Penyegelan
Tutup penutup ruang dalam, lalu tutup alur dinding bagian dalam tungku dengan lapisan pasir sungai setebal lebih dari 3 cm untuk memastikan segel rapat. Pasang termometer guna memantau suhu tungku.

Penyalaan dan Pemanasan
Tutup semua katup. Panaskan bagian bawah tungku menggunakan kayu bakar atau gas. Bakar dengan api besar selama 10 menit hingga suhu mencapai sekitar 90°C, kemudian ganti dengan api kecil untuk pembakaran lambat. Selama proses karbonisasi, pastikan suhu terus naik: pertahankan suhu 90°C–150°C selama minimal 7,5 jam, dan 150°C–280°C selama minimal 2 jam.

Pembakaran Sirkulasi
Ketika suhu mencapai sekitar 235°C, buka semua katup, lalu nyalakan kipas hisap dan pompa sirkulasi. Gas mudah terbakar yang dihasilkan saat karbonisasi dialirkan kembali ke bagian bawah tungku untuk dibakar, sehingga tungku dapat memanaskan dirinya sendiri.

Proses Karbonisasi Selesai
Jika suhu yang awalnya naik dari 450°C ke 600°C kemudian mulai turun, menandakan proses karbonisasi hampir selesai. Amati perubahan asap: tidak ada asap → sedikit asap → banyak asap → asap paling pekat → sedikit asap. Apabila volume asap berkurang secara nyata, berarti karbonisasi telah selesai.

Pendinginan dan Pengeluaran Arang
Matikan api, tutup semua katup, lalu angkat ruang tungku bagian dalam. Dinginkan di tempat yang berventilasi baik hingga suhu di bawah 50°C sebelum mengeluarkan arang jadi.