PENDAHULUAN
Industri semen merupakan salah satu sektor industri penting bagi pembangunan di Indonesia dan dapat mendorong pertumbuhan ekonomi. Indonesia merupakan salah satu negara dengan konsumsi dan produsen semen terbesar di ASEAN. Menurut data Asosiasi Semen Indonesia (2017), konsumsi semen domestik di Indonesia pada tahun 2015 mencapai 61,99 juta ton. Diprediksikan bahwa konsumsi semen akan terus meningkat hingga mencapai 100 juta ton pada tahun 2026, berdasarkan pada tren konsumsi dan anggaran infrastruktur yang terus meningkat. Untuk mendukung hal tersebut, kapasitas produksi industri semen di Indonesia pada tahun 2017 telah mencapai angka 107,9 ton.
Selain peran pentingnya, industri semen adalah industri dengan konsumsi energi dan emisi yang tinggi (Lin, 2017). Produksi semen berkontribusi sekitar 4% terhadap emisi CO2 global (JRC, 2016) dan 7% penggunaan bahan bakar industri (Worrell, dkk., 2000). Di Indonesia, industri semen menduduki peringkat pertama penghasil emisi gas rumah kaca di sektor industri, yaitu sebesar 55% pada tahun 2013 (KLH, 2015). Oleh karena itu, industri semen merupakan industri yang berperan penting terhadap emisi gas rumah kaca dan pengurangan emisi pada sektor ini akan berpengaruh cukup besar terhadap pengurangan emisi GRK secara keseluruhan (Boesch dan Hellweg, 2010). Selain gas rumah kaca, industri semen juga menghasilkan emisi lain seperti NOx, SO2, PM, CO, logam berat dan lain-lain (Kuenen dkk., 2016). Emisi ini juga memiliki potensi dampak terhadap pernapasan, asidifikasi, toksik terhadap manusia dan potensi dampak lainnya (Li, dkk., 2014).
Konsep pembangunan berkelanjutan sangat penting diimplementasikan pada industri semen. Produksi semen yang berkelanjutan, termasuk potensi perbaikan dalam efisiensi energi, reduksi polutan, pemakaian kembali panas yang terbuang serta penggunan bahan baku dan bahan bakar alternatif, dapat dievaluasi dengan Life Cycle Assessment (LCA) (Cankaya dan Pekey, 2015). LCA adalah suatu alat pengambil keputusan untuk mengidentifikasi beban lingkungan dan mengevaluasi dampak lingkungan dari suatu produk, proses atau servis dalam siklus daur hidupnya (WBCSD, 2006) dan berperan penting dalam pembangunan berkelanjutan (Young, dkk., 2002).
Semen portland komposit atau biasa disebut dengan PCC (portland composite cement) merupakan jenis semen campuran (blended cement) yang paling banyak dikonsumsi di Indonesia (ASI, 2017) dan dianggap lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan semen portland biasa atau OPC (ordinary portland composite). PCC adalah salah satu jenis produk semen dengan kandungan klinker yang lebih sedikit (65-95%) dibandingkan dengan semen portland biasa (95%) (SNI 7064, 2104). Klinker adalah produk antara dalam pembuatan semen yang terbentuk dari pembakaran batu kapur dan tanah liat dengan temperatur yang sangat tinggi. Menurut Boesch dan Hellweg (2010), klinker merupakan penyebab utama dampak lingkungan yang ditimbulkan oleh industri semen. Semen PCC juga menggunakan limbah sebagai salah satu campuran bahan bakunya, yaitu granulated blast furnace slag dan fly ash.
Sebagian besar studi LCA semen membahas produk semen portland biasa dan terbatas pada lingkup cradle-to-gate hingga proses produksi saja (Chen dkk., 2010; García-Gusano dkk., 2014; Li dkk., 2015). Stafford dkk. (2016) membahas mengenai transportasi bahan baku semen dan menyatakan bahwa transportasi merupakan potensi dampak terbesar pada produk semen Brazil. Hal ini dikarenakan sebagian besar transportasi di negara Brazil adalah menggunakan truk. Sama halnya dengan Indonesia, transportasi truk digunakan untuk pendistribusian sebagian besar produk semen. Oleh karena itu, perlu juga dilakukan evaluasi mengenai potensi dampak dari distribusi produk semen.
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi potensi dampak dari semen portland komposit yang diproduksi oleh PT X, mulai dari tahapan ekstraksi, produksi dan distribusi, serta menentukan
rekomendasi perbaikan yang memiliki dampak paling minimum. LCA produk semen portland komposit ini juga dapat bermanfaat sebagai dasar pertimbangan pemilihan bahan baku untuk konstruksi
METODOLOGI
Penelitian dilakukan di salah satu kompleks pabrik yang berlokasi di Kabupaten Bogor, Jawa Barat, yang merupakan kompleks terbesar milik PT X. Di lokasi dengan luas sekitar 200 hektar, PT X mengoperasikan 10 pabrik dengan 5 diantaranya memproduksi semen portland komposit. Area penambangan batu kapur dan tanah liat berada tidak jauh dari area produksi. Area distribusi semen PT X mencakup pulau Jawa, Bali, Sumatera dan sebagian Kalimantan.
Metode penelitian terdiri dari 4 tahapan sesuai dengan ISO 14044 (2006), yang digambarkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Alur Penelitian
Penentuan tujuan dan lingkup
Tujuan dari penelitian ini adalah mengevaluasi potensi dampak dari semen portland komposit yang diproduksi oleh PT X, mulai dari tahapan ekstraksi, produksi dan distribusi, serta menentukan rekomendasi perbaikan yang memiliki dampak paling minimum. Penelitian ini bersifat cradle-to-gate mulai dari proses ekstraksi bahan baku (cradle) hingga tahap distribusi ke gudang distributor (gate), yang ditunjukkan Gambar 2.
Kegiatan ekstraksi bahan baku tambahan, bahan bakar, bahan peledak dan pembangkitan energi listrik tidak termasuk dalam kajian ini. Dampak lingkungan yang diakibatkan oleh kegiatan penyimpanan (storage) dan pemeliharaan mesin dan peralatan tidak diperhitungkan. Karena PT X menggunakan metode dry process dalam proses produksinya, buangan yang diperhitungkan hanya emisi udara.
Functional unit yang dipakai adalah 1 ton semen portland komposit. Potensi dampak lingkungan yang diukur adalah global warming potential (GWP), acidification potential (AP), particulate matter formation potential (PMFP), photochemical ozone formation potential (POFP) dan human toxicity with cancer (HTPc).
Gambar 2. Lingkup Penelitian
Perhitungan beban emisi untuk listrik dan transportasi menggunakan pendekatan sebagai berikut:
- a. Faktor emisi listrik adalah sebesar 0,903 ton CO2/MWh, yang merupakan faktor emisi GRK tahun 2015 untuk sistem interkoneksi Jawa, Madura dan Bali (www.djk.esdm.go.id).
- b. Estimasi beban emisi untuk transportasi truk, dilakukan berdasarkan pendekatan jarak tempuh kendaraan (VKT) dan faktor emisi gas buang, yang ditunjukkan dalam Tabel 1.
- c. Estimasi emisi CO2 untuk transportasi kereta, menggunakan metode Tier 1 berdasarkan pada data aktivitas (konsumsi bahan bakar) dan faktor emisi. Data faktor emisi transportasi kereta ditunjukkan pada Tabel 1. Estimasi emisi ini belum memungkinkan untuk menggunakan metode Tier 2, karena belum adanya referensi faktor emisi kereta di Indonesia. Konsumsi bahan bakar kereta yang dipakai adalah 0,407 liter/km berdasarkan perhitungan dari PT X. Sedangkan untuk estimasi emisi SO2, menggunakan asumsi kandungan maksimal sulfur dalam bahan bakar solar yang dikeluarkan oleh Petamina, yaitu 2500 ppm.
Tabel 1. Faktor Emisi Kendaraan Distribusi
| Emisi | Faktor emisi truk | Faktor emisi kereta | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Nilai | Satuan | Nilai | Satuan | ||
| CO2 | 771,15a | g/km | 3140c | kg/ton | |
| CH4 | 0,0596a | g/km | 4,15e | kg/TJ | |
| CO | 8,4b | g/km | 10,7c | kg/ton | |
| NOx | 17,7b | g/km | 52,4c | kg/ton | |
| PM | 1,4b | g/km | 1,52c | kg/ton | |
| SO2 | 0,84b | g/km | 2500d | mg/l | |
| N2O | 3,9e | kg/TJ | 28,6e | kg/TJ | |
aLestari, P. dan Adolf (2008)
bPeraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 12 Tahun 2010
cEMEP/EEA emission inventory guidebook Tier 1
dKandungan maksimal sulfur dalam bahan bakar solar yang dikeluarkan oleh Pertamina (satuan dalam ppm)
e Faktor emisi default IPCC Tier 1
d. Jarak yang dihitung antara pabrik dan distributor menggunakan transportasi darat untuk satu kali jarak tempuh dan muatan kendaraan diasumsikan 100% terisi penuh barang sejenis.
Analisis Inventori (Life Cycle Inventory)
Tahap kedua adalah analisis inventori. Data yang digunakan adalah data sekunder tahun 2015 yang bersumber dari PT X. Seluruh data masukan dan keluaran disesuaikan berdasarkan functional unit yang dipakai, yaitu ton semen portland komposit (semen PCC). Perhitungan analisis inventori diolah menggunakan software Microsoft Excel.
Penilaian Dampak (Life Cycle Impact Assessment)
Tahap ketiga adalah penilaian dampak (LCIA). LCIA dapat membantu menginterpretasikan studi LCA dengan cara menerjemahkan emisi dan sumber daya yang digunakan menjadi sejumlah angka skor dampak lingkungan. Angka ini yang disebut dengan faktor karakterisasi, yang mengindikasikan dampak lingkungan per unit dari sumber daya yang digunakan atau emisi yang dikeluarkan (Huijbregts, dkk., 2016). Menurut Menoufi (2011), terdapat dua metode pendekatan untuk melakukan penilaian dampak, yaitu orientasi pada masalah (problemoriented) atau midpoint dan orientasi pada kerusakan (damage-oriented) atau endpoint.
LCIA dilakukan dengan cara mengklasifikasikan hasil analisis inventori terhadap kategori dampak yang akan diukur, dan dikonversi menggunakan faktor karakterisasi yang didapat dari model karakterisasi. Kemudian dilakukan normalisasi untuk menentukan potensi dampak yang terbesar. Gambar 3 menunjukkan klasifikasi hasil analisis inventori terhadap kategori dampak berdasarkan metode karakterisasi ILCD 2011.
Penelitian ini akan membandingkan antara dua metode karakterisasi pada tingkat midpoint yaitu ILCD 2011 dan ReCiPe 2016. Metode ILCD 2011 berisi tentang model dan faktor karakterisasi yang direkomendasikan oleh The Joint Research Center (JRC). Sebagian besar model dapat berlaku secara global, kecuali untuk asidifikasi dan pembentukan ozon fotokimia yang hanya valid digunakan untuk wilayah Eropa. Sedangkan ReCiPe 2016 menyediakan nilai faktor karakterisasi dengan skala global dan dapat digunakan di Indonesia.
Perhitungan dampak menggunakan Persamaan (1) (Curran, 2012). \[I = \sum CF x m\] (1)
dimana: I adalah hasil indikator untuk kategori dampak c, CFc,s adalah faktor karakterisasi dari senyawa s terhadap kategori dampak c, dan ms adalah jumlah massa senyawa s yang diemisikan.
Interpretasi hasil
Tahap terakhir adalah interpretasi hasil analisa LCI dan LCIA yang disesuaikan dengan tujuan dan lingkup kajian yang mencakup: (1) identifikasi isu penting, (2) rekomendasi, (3) kesimpulan.
Gambar 3. Klasifikasi hasil analisis inventori terhadap kategori dampak berdasarkan metode karakterisasi ILCD 2011
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Inventori
Tabel 2 menunjukkan hasil analisis inventori dari daur hidup cradle-to-gate produk semen portland komposit.
Tabel 2. Hasil analisis inventori cradle-to-gate produk semen portland komposit
| Masukan | Satuan | Total | Keluaran | Satuan | Total | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Bahan baku utama | Emisi | |||||
| Batu kapur | ton | 1,048 | CO2 | |||
| Tanah liat berpasir | ton | 0,132 | 1 | 594,008a | ||
| Pasir silika | ton | 0,004 | proses | kg | + 74,438b | |
| Pasir besi | ton | 0,014 | listrik | kg | 89.328 | |
| Kaolin | ton | 0,003 | CH4 | kα | \(0.007^{a} +\) | |
| Copper Slag | ton | 0,005 | C114 | kg | \(0,006^{b}\) | |
| Laterite | ton | 0,004 | СО | ka | 1,214a + | |
| Material alternatif | ton | 0,003 | CO | kg | \(0.807^{\rm b}\) | |
| Bahan baku tambah | an | NOx | 1.0 | \(0,672^{a} +\) | ||
| Gypsum | ton | 0,025 | NOx | kg | 1,705b | |
| Batu kapur | ton | 0,177 | PM | kg | \(0.151^{a} +\) | |
| Trass | ton | 0,038 | PIVI | \(0,134^{b}\) | ||
| GBFS | ton | 0,074 | \(SO_2\) | 1 | \(0.837^{a} +\) | |
| Bahan bakar fosil | Bahan bakar fosil | kg | \(0,081^{b}\) | |||
| Batu bara | ton | 0,629 | N2O | kg | 0.034b | |
| IDO | liter | 0,006 | Hg | kg | 6,16E-02 | |
| Solar | liter | \(0,562^{a} +\) | Cd | kg | 2.13E-07 | |
| \(0,204^{b}\) | Cu | |||||
| ANFO | kg | 0,173 | As | kg | 2.00E-07 | |
| Bahan bakar alternatif | Pb | kg | 1.42E-05 | |||
| Biomass | Ni | kg | 3.74E-06 | |||
| Sekam padi GCal 0,001 | Produk Anta | ara | ||||
| Masukan | Satuan | Total | Keluaran | Satuan | Total | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Serbuk gergaji | GCal | 0,011 | Klinker | ton | 0,700 | |
| Biomass lain | GCal | 4,75E-04 | Produk | |||
| Non biomass | Semen | |||||
| Ban bekas | GCal | 0,003 | portland | ton | 1,000 | |
| Sludge Oil | GCal | 0,004 | komposit | |||
| Bahan bakar bekas | GCal | 2,97E-04 | ||||
| Plastik | GCal | 0,002 | ||||
| Cat | GCal | 7,28E-05 | ||||
| Tekstil | GCal | 6,58E-05 | ||||
| High carbon | GCal | 1,93E-06 | ||||
| Non biomas lain | GCal | 8,73E-04 | ||||
| Sampah RT | GCal | 1,61E-04 | Keterangan: | |||
| Listrik | kWh | 98,923 | a Nilai inventori proses ekstraksi | |||
| produksi | ||||||
| Air | 3 m | 0,164 | b Nilai inventori proses distribusi | |||
Pemakaian dan Transportasi Bahan Baku
Bahan baku utama yang dipakai untuk memproduksi 1 ton semen portland komposit adalah batu kapur (limestone) sebesar 1,048 ton dan tanah liat berpasir (sandyclay) sebesar 0,132 ton. Bahan baku ini diambil dari hasil penambangan sendiri dengan menggunakan bahan peledak jenis Ammonium Nitrate Fuel Oil (ANFO) sebesar 0,173 kg/ton semen PCC. Bahan baku yang telah dihancurkan diangkut ke area pabrik dengan menggunakan belt conveyor sepanjang 5 km.
Batu kapur dan tanah liat berpasir dicampurkan dengan bahan baku korektif agar komposisi oksidanya memenuhi persyaratan kualitas dan kuantitas. Bahan baku korektif ini adalah pasir silika, pasir besi, kaolin, copper slag, laterite dan material alternatif lainnya dengan komposisi berturut-turut sebesar 0,004 ton, 0,014 ton, 0,003 ton, 0,005 ton, 0,004 ton dan 0,003 ton.
Konsumsi Energi
Bahan bakar alternatif hanya digunakan pada tahapan proses produksi, sedangkan pada tahap ekstraksi dan distribusi menggunakan bahan bakar diesel. Untuk proses pembakaran awal pada unit kiln, digunakan Industrial Diesel Oil (IDO) dengan panas sebesar 0,006 GCal/ton semen PCC dan batu bara pada keadaan steady state sebesar 0,629 GCal/ton semen PCC. Bahan bakar alternatif yang digunakan berasal dari biomass, yaitu sekam padi dan serbuk gergaji, dan non biomass diantaranya ban bekas, sludge oil, bahan bakar bekas, plastik, cat, tekstil dan lain-lain. Total energi panas dari bahan bakar alternatif yang dipakai hanya sebesar 3%. Kecilnya proporsi energi bahan bakar alternatif dikarenakan minimnya ketersediaan bahan bakar alternatif yang memenuhi syarat. Total bahan bakar biomass yang dipakai baru mencapai 2,92 kg/ton semen PCC, sangat jauh dengan industri semen Jepang yang mengkonsumsi sebesar 13,58 kg/ton semen portland (Chen, 2015).
Total energi listrik yang digunakan adalah sebesar 98,923 kwh/ton semen PCC. Dengan penggunaan terbesar pada unit finish mill sebesar 41,2%, diikuti dengan unit raw mill sebesar 30,1% dan kiln sebesar 25,7%.
Emisi
Emisi terbesar yang dikeluarkan adalah emisi CO2 yang mencapai 757,774 kg/ton semen PCC dengan proporsi terbesar berasal dari tahapan proses produksi karena adanya kalsinasi dan pembakaran bahan bakar. Emisi dari pemakaian listrik menyumbang sebesar 11,8%. PT X
menggunakan sarana transportasi truk dan kereta api untuk mendistribusikan produknya. Namun proporsi penggunaan kereta api masih sangat kecil, yaitu sekitar 12%. Sekitar 90% lebih, beban emisi dari tahapan proses distribusi berasal dari emisi truk.
| Tabel 3. Nilai potensi | damnak menggunakai | n metode ILCD | 2011 dar | ReCiPe 2016 |
|---|---|---|---|---|
| Tabel 3. Innai botensi | l dambak menggunakai | I IIICIOUC ILCD | , ∠orr uar | 11001102010 |
| Dotonsi domnok | IL | CD 2011 | ReCiPe 2016 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Potensi dampak | Nilai | Satuan | Nilai | Satuan | |
| GWP | 768,32 | kg CO₂eq | 768,43 | kg CO2eq | |
| AP | 2,96 | mol H+eq | 0,75 | kg SO2eq | |
| PMFP | 0,14 | kg PM2,5eq | 0,26 | kg PM2,5eq | |
| POFP | 2,54 | kg NMVOCeq | 2,31 | kg NOxeq | |
| НТРс | 3,82E-07 | CTUh | 5,11E-03 | kg 1,4DCBeq | |
Penilaian Dampak
Potensi dampak dari produk semen portland komposit PT X menggunakan metode ILCD 2011 dan ReCiPe 2016 ditunjukkan dalam Tabel 3. Terdapat adanya perbedaan model pendekatan dari kedua metode, kecuali untuk perhitungan GWP, model yang dipakai sama yaitu IPCC.
Interpretasi Hasil
Gambar 4 menunjukkan kontribusi dampak potensial untuk setiap tahapan proses. Kedua metode memperlihatkan kecenderungan yang sama. Proses produksi merupakan tahapan proses yang memiliki potensi dampak paling besar diantara tahapan proses yang lain, dengan proporsi untuk setiap potensi dampak lebih dari 50%, kecuali untuk potensi dampak POFP, yang merupakan kontribusi terbesar dari tahapan proses distribusi. Sedangkan untuk tahapan proses ekstraksi, potensi dampak yang ditimbulkan sangat kecil, atau kurang dari 2%.
Gambar 4. Kontribusi dampak potensial untuk setiap tahapan proses
Untuk mengetahui potensi dampak yang paling signifikan, harus dilakukan normalisasi. Metode normalisasi yang digunakan adalah EC-JRC 2010 yang sesuai (compliant) dengan metode ILCD 2011. Metode ini memiliki inventori data yang lebih lengkap dan substansi yang lebih banyak dibandingkan dengan metode yang lain (Sala, dkk., 2016). Sementara metode ReCiPe 2016 belum menyediakan faktor normalisasi yang sesuai. Dari hasil normalisasi, didapat bahwa potensi dampak yang terbesar adalah GWP dengan nilai normalisasi sebesar 1,51E-11, yang dihasilkan dari tahapan proses produksi. Diikuti dengan potensi dampak POFP yang dihasilkan dari tahapan proses distribusi.
Rekomendasi
Ditetapkan beberapa alternatif skenario perbaikan untuk mengurangi dampak potensial GWP yang berasal dari tahapan proses produksi. Alternatif skenario yang direkomendasikan untuk mengurangi emisi CO2, yang merupakan kontribusi terbesar penyebab dampak GWP, yaitu (1) Substitusi bahan bakar dengan Refuse Derived Fuel (RDF), (2) Penggunaan kembali sisa panas dengan waste heat recovery dan (3) Teknologi penangkapan karbon (Carbon Capture). Selain itu, ditetapkan pula alternatif skenario perbaikan untuk mengurangi dampak potensial POFP, yaitu (1) Peralihan moda transportasi dari truk ke kereta sebesar 10% dan (2) Menetapkan standar emisi truk menjadi EURO 4.
Dari Tabel 4, dapat dilihat bahwa skenario 3-CO2 memberikan nilai potensi dampak GWP yang terkecil. Sementara skenario 2-NOx, memberikan nilai potensi dampak POFP yang terkecil.
| Potensi dampak | Skenario | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dasar | 1-CO2 | 2-CO2 | 3-CO2 | 1-NOx | 2-NOx | ||
| GWP | 768.43 | 740.06 | 747.21 | 329.00 | 759,10 | 758,30 | |
| AP | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.29 | 0,72 | 0,51 | |
| PMFP | 0.26 | 0.26 | 0.26 | 0.10 | 0,25 | 0,18 | |
| POFP | 2.31 | 2.31 | 2.31 | 1.71 | 2,12 | 0,67 | |
| HTPc | 0.007 | 0.007 | 0.007 | 0.007 | 0.007 | 0.007 | |
Tabel 4. Perbandingan alternatif skenario
KESIMPULAN
Dampak potensial yang signifikan dari cradle-to-gate semen portland komposit adalah pemanasan global sekitar 768,43 kg CO2eq yang disebabkan dari proses produksi. Dampak ini dapat diminimalisir dengan cara mengurangi emisi CO2 menggunakan teknologi penangkapan karbon (carbon capture) yang dapat mereduksi potensi dampak GWP sebesar 57%. Sedangkan untuk menurunkan potensi dampak POFP yang disebabkan dari proses distribusi adalah dengan mengganti standar emisi bahan bakar menjadi EURO 4.