Tanur Tiup Makin Irit: PCI, Gas Alam, dan CCS Memotong Kokas dan CO2 di Pusat Baja

Blast-furnace (BF, tanur tiup untuk memproduksi besi cair/“hot metal”, HM) masih mendominasi produksi baja global—sekitar ~70% via BF/BOF (basic oxygen furnace) menurut ResearchGate dan ResearchGate. Namun jalur BF ini membawa intensitas emisi ≈2.0–2.2 t CO₂ per tonne of hot metal (tHM) (ResearchGate), mendorong sekitar ~2.6 Gt CO₂/tahun atau ≈7% emisi global (ResearchGate).

BF sendiri menyumbang kurang lebih 70% emisi CO₂ sektor baja (Carbon Capture Journal). Konsumsi energi BF (~13–14 GJ/tHM) lebih tinggi dari jalur electric arc furnace/EAF (ResearchGate), sehingga efisiensi energi dan pengurangan emisi menjadi krusial. Tuas teknologi yang nyata: efisiensi blast/stove (preheating udara panas, hot blast stoves), top-gas recovery turbines (memanen energi dari tekanan gas puncak), pengkayaan oksigen (oxygen enrichment), serta tuyère injection (injeksi melalui nozel udara panas) bahan bakar alternatif.

Pulverized coal injection untuk displacement kokas

Pulverized coal injection/PCI (injeksi batubara halus secara pneumatik ke zona tuyère) menggantikan kokas sebagai bahan bakar/reduktan. Kini ≥65% BF besar telah memakai injeksi; sekitar ~75% di antaranya menggunakan batubara (ResearchGate; ISIJ International). Rasio displacementnya lazim di kisaran ~0.85–0.95 ton kokas untuk setiap 1 ton PC yang diinjeksikan (IIPI Network), dengan catatan data industri juga menunjukkan 1 t PCI dapat menggantikan ~1.4 t coking coal (Docslib).

Dari sisi energi, perhitungan Worrell dkk. menunjukkan penghematan ~3.76 GJ per ton PC yang diinjeksikan (IIPI Network). Secara global, menaikkan rata-rata injeksi ke ~180 kg/tHM diperkirakan bisa mengurangi emisi sekitar 10 Mt CO₂ per tahun (IIPI Network; IIPI Network). Banyak BF kini menginjeksikan 100–180 kg/tHM, memangkas kokas ~15–30% (misal dari 400 kg kokas/tHM ke ~280–340 kg/tHM).

Setiap ton kokas yang dihindari memotong ~2.0–2.5 tCO₂ (dengan intensitas emisi BF ≈2.0 t/tHM yang lazim, ResearchGate). Dengan begitu, PCI lazimnya memangkas ~1.7–2.4 tCO₂ per ton PC yang dipakai. Secara operasional, kualitas batubara (volatile, grindability) menentukan efisiensi pembakaran dan stabilitas BF; pembakaran tidak sempurna bisa meninggalkan char tak terbakar.

Adopsi meningkat seiring feeder/mill/kompor lebih baik. Banyak BF di Tiongkok, India, Eropa menembus >150 kg/tHM; batas teoretis (keterbatasan pembakaran dan fouling abu) berkisar ~200–270 kg/tHM (ResearchGate). Studi di Chongqing Iron & Steel menunjukkan co-injection NG+PCI sejak 2000‑an menaikkan mutu HM, menurunkan kokas, dan menaikkan produktivitas (ISIJ International). Di AS dan Eropa, laju PCI tinggi juga lazim; POSCO melaporkan PCI rata-rata >150 kg/tHM di tanur modern Kaldo.

Dari ekonomi, PCI umumnya cost‑effective: studi AS memperkirakan penghematan US$16–33 per ton HM (IIPI Network). Investasi fasilitas (coal preparation, mill, pipa) kira‑kira US$50–55 per kapasitas ton tahunan batubara yang diinjeksikan (IIPI Network). Ringkasnya, PCI memotong konsumsi kokas ~20–30%; ringkasan EPA 2010 menyebut ~25–30% kebutuhan batubara BF dapat dihemat via PCI (~0.9 t kokas dihindari per t PC) (IIPI Network).

Injeksi gas alam dan gas kaya hidrogen

Injeksi natural gas/NG (CH₄) atau gas kaya hidrogen lain (mis. coke oven gas, syngas) melalui tuyère memberikan reduktan tanpa abu. Secara kimia, CH₄ mengalami reforming endotermik di raceway (CH₄ → CO + 2H₂). Laju injeksi di praktik/trial sering 20–100 m³/tHM dan meningkat saat harga gas kompetitif.

Empiriknya, model Li dkk. (2025) memperlihatkan penambahan 100 m³/tHM NG dengan 6% O₂ enrichment (disertai penurunan PCI) memangkas kokas ~21 kg/tHM dan emisi ~60 kg/tHM (ISIJ International). Dalam skenario itu, 100 m³/t NG “menggantikan” ~62 kg/t PCI dan menurunkan kokas 21 kg/t (implikasinya pengurangan ~2.2 tCO₂/tHM dari level kokas dan PCI yang lebih rendah, ISIJ International). Studi lain menunjukkan pola ~4–6 kg kokas dihemat per tambahan 5–10 m³ NG (~0.8–1.2 kg kokas per m³ NG) (ISIJ International). Sistem injeksi-NG tinggi (≥50–100 m³/tHM) umumnya memangkas kokas ~5–10% saat dioptimalkan bersama O₂/PCI.

Operasionalnya, NG mendinginkan raceway (endotermik), sehingga beberapa instalasi memanaskan NG atau menambah O₂ pada blast. Co‑injection NG+PCI plus oxygen enrichment efektif memperluas jendela operasi: pengkayaan oksigen ~2% saja dapat menurunkan kokas ~3% (≈25 kg/tO₂ per 100 kg kokas) (ISIJ International). Studi kasus seperti Chongqing Iron melaporkan injeksi NG moderat meningkatkan mutu HM dan menurunkan kokas (ISIJ International).

Dari sisi karbon, 1 kg CH₄ kira‑kira menggantikan 1 kg karbon dari batubara, menghasilkan sekitar 2.75× lebih sedikit CO₂ bila sepenuhnya terbakar. Maka 100 m³ (≈80–90 kg) NG dapat menggantikan ~80–90 kg C (kokas), menghemat ~220–250 kg CO₂ dibanding batubara. Namun pada studi yang dikutip di atas, 100 m³ NG “hanya” memangkas ~60 kg CO₂/tHM karena sebagian karbon masih tersisa di level PCI yang lebih rendah (ISIJ International). Ringkasnya, injeksi NG adalah pelengkap PCI yang viable; kombinasi 100 m³/t NG dengan 6% O₂ memberi ~6.7% penurunan total input karbon (~60 kg CO₂/tHM) (ISIJ International), meski efek absolutnya umumnya lebih kecil dibanding PCI berdasar massa yang sama.

Carbon capture and storage di jalur tanur tiup

Walau PCI/NG mengurangi input karbon, BF tetap menghasilkan volume CO₂ besar (≈2+ t/tHM). Post‑combustion CCS (carbon capture and storage, penangkapan dan penyimpanan karbon pasca‑pembakaran) menjadi teknologi utama untuk memangkas emisi ini. Menangkap CO₂ dari BF berarti menyasar ~70% emisi di fasilitas baja (Carbon Capture Journal). Gas BF (kaya CO₂/H₂/N₂) secara prinsip dapat di‑scrub secara kimia; misalnya melalui pelarut amina sebagaimana kategori CO₂/H₂S removal amine solvent. Jika 90% CO₂ BF ditangkap, emisi total pabrik terpotong ~63% (0.9×0.7) (Carbon Capture Journal).

Statusnya masih dini. Per 2024 hanya dua proyek carbon capture beroperasi di baja (~1% kapasitas) dan baru satu skema CCS BF‑BOF yang direncanakan (dibanding puluhan proyek berbasis hidrogen) (Transition Asia). Biaya tinggi jadi penghalang: estimasi retrofit BF berkisar US$50–100+ per ton CO₂ tertangkap (studi IEAGHG menunjukkan variabilitas lebar). Meski begitu, uji percontohan memberi sinyal positif. Kolaborasi ArcelorMittal/Sekisui di Spanyol pada gas BF aktual memperoleh ~90% kemurnian CO₂ di capture dan ~90% efisiensi konversi dalam proses mereka (Carbon Capture Journal).

Potensi pengurangan besar, tetapi CCS menuntut energi panas/steam tambahan dan capex besar. Secara praktik, membidik gas runner BF dan emisi stove/konverter dapat mendorong penurunan >50% emisi pabrik ketika desainnya tepat (mis. stove ber‑oxygen firing), sementara emisi residu (coke oven, reheating) tetap ada. Regulasi berkembang: di Indonesia, Perpres 14/2024 dan Permen ESDM 16/2024 (efektif Des 2024) menetapkan kerangka perizinan penyimpanan karbon (WIPKs), meletakkan landasan hukum bagi proyek CCUS lintas sektor termasuk baja (Ashurst).

Singkatnya, CCS berpeluang memangkas CO₂ jalur BF‑BOF >60% bila diterapkan penuh, namun implementasi skala pabrik besar belum ada. Uji di BF (mis. Arcelor, Spanyol) menunjukkan laju penangkapan tinggi (Carbon Capture Journal). Sambil menunggu dorongan kebijakan/investasi lebih lanjut—baik global maupun Indonesia (Ashurst)—tombol cepat yang tersedia tetap PCI, injeksi gas alam, oxygen enrichment, hot blast preheating/hot blast stoves, dan top‑gas recovery turbines.

Catatan data dan sumber

Angka dominasi BF/BOF, intensitas emisi (≈2.0–2.2 t CO₂/tHM), energi BF (~13–14 GJ/tHM), serta porsi emisi BF (~70%) dikutip dari ResearchGate, ResearchGate, dan Carbon Capture Journal. Rinci PCI—adopsi, displacement (~0.85–0.95 t kokas per t PC), penghematan energi (~3.76 GJ/t PC), potensi abatement ~10 Mt CO₂/tahun pada ~180 kg/tHM, biaya dan capex (US$16–33/t HM; US$50–55 per ton kapasitas tahunan PC)—dirujuk dari IIPI Network, IIPI Network, dan IIPI Network, serta fakta penggantian ~1.4 t coking coal per 1 t PCI dari Docslib. Batas teoretis PCI (~200–270 kg/tHM) dan dinamika adopsi mengacu pada ResearchGate dan ISIJ International.

Data injeksi gas alam—100 m³/tHM NG + 6% O₂ mengurangi kokas ~21 kg/tHM dan CO₂ ~60 kg/tHM; 100 m³ NG menggantikan ~62 kg/t PCI; ~4–6 kg kokas dihemat per tambahan 5–10 m³ NG; oxygen enrichment ~2% dapat memangkas kokas ~3% (≈25 kg/tO₂ per 100 kg kokas)—diambil dari ISIJ International, ISIJ International, dan ISIJ International. Bukti teknis CCS—porsi emisi yang bisa ditangkap (~70%), potensi penurunan ~63% saat 90% CO₂ BF ditangkap, hasil pilot ArcelorMittal/Sekisui (kemurnian ~90%, efisiensi konversi ~90%), serta konteks biaya/kebijakan (dua proyek beroperasi ≈1% kapasitas; satu skema CCS BF‑BOF; kerangka izin Indonesia via Perpres 14/2024 & Permen ESDM 16/2024, efektif Des 2024)—tersedia di Carbon Capture Journal, Transition Asia, dan Ashurst.