Data teknis terbaru menunjukkan konsumsi energi nikel refining bertumpu pada dua “pemakan” utama: rotary kiln dan electric arc furnace. Studi memetakan porsi energi, peluang penghematan, serta integrasi panas buang yang bisa memangkas beban pabrik secara signifikan.
Refining nikel (proses pasca-penambangan) sangat boros energi, khususnya pada laterit—jenis bijih dominan di Indonesia. Di Indonesia, aliran proses pyrometallurgical yang umum adalah RKEF (rotary kiln–electric arc furnace; kombinasi kiln putar untuk pemanasan awal/pereduksi dan EAF/tungku busur listrik untuk peleburan) guna menghasilkan ferronikel atau nickel pig iron/NPI (www.mdpi.com) (www.mdpi.com).
Skema tipikal: bijih 1,8–3,0% Ni dengan kadar air 17–34% (www.researchgate.net) melewati crushing/grinding (penghancuran/penggilingan), rotary dryer (pengering putar) untuk menurunkan kelembapan hingga sekitar ~10% (www.researchgate.net), lalu rotary kiln (kalsinasi/prereduksi) dan electric arc furnace (peleburan), dilanjutkan ladle furnace refining. Sebagai kontras, HPAL (high‑pressure acid leaching; pelindian bertekanan tinggi dengan asam) melarutkan bijih limonitik pada 250 °C menggunakan asam sulfat; lebih dari 90% energi HPAL dipakai untuk memanaskan air lumpur (slurry) (nickelinstitute.org).
Dua Barrier Intake Akuakultur: Filtrasi + Ozon + UV Kunci Patogen
Peta konsumsi energi per unit operasi
Setiap unit operasi “memakan” energi secara berbeda. Temuannya konsisten: crushing/grinding hanya beberapa kWh per ton (relatif kecil dibanding peleburan), sedangkan tahapan termal yang mendominasi (www.researchgate.net) (www.mdpi.com).
Mengeringkan 1 ton bijih dari ~30% ke 10% kelembapan berarti menguapkan ~200 kg air, butuh sekitar 0,5–1 GJ (≈150–300 kWh) per ton—umumnya lewat pembakaran batubara atau gas (www.researchgate.net). Bulk (porsi terbesar) energi kemudian dikonsumsi di rotary kiln (dehidroksilasi/kalsinasi) dan electric furnace. Wei dkk. (2020) memodelkan 1 ton ferronikel (35% Ni) membutuhkan sekitar 110 GJ energi primer (≈30 GJ per ton‑Ni) (www.mdpi.com). Dalam basis produk: ~174 GJ/t untuk nikel murni, ~369 GJ/t untuk nickel oxide, ~110 GJ/t untuk Fe‑Ni, dan ~60 GJ/t untuk NPI (www.mdpi.com). Dalam basis per unit Ni, FeNi ~309 GJ/t‑Ni versus 174 GJ/t untuk nikel metal (www.mdpi.com).
Angka-angka ini menegaskan siapa “pemakan” utama. Wei dkk. menemukan untuk ferronikel, beban tunggal terbesar (~44% dari total) ada di kalsinasi kiln; sisanya mayoritas di peleburan EAF (www.mdpi.com). Dalam studi kasus yang sama: Ni metal—refining ~44% dari 174 GJ; NiO—smelting ~45% dari 369 GJ; FeNi—calcining ~44% dari 110 GJ; NPI—smelting ~67% dari 60 GJ (www.mdpi.com).
Untuk konteks, RKEF state‑of‑the‑art berada di kisaran 75–100 MW dan tetap mengonsumsi sekitar 300–400 kWh per ton bijih kering (www.mdpi.com). Tinjauan 2022 mencatat bahwa meski dengan furnace >75 MW dan dinding berpendingin air, konsumsi spesifik baru turun hingga di bawah ~400 kWh/t (www.mdpi.com). Artinya, grinding/drying hanya beberapa persen dari total, sementara kalsinasi dan peleburan mengambil porsi “singa” (www.researchgate.net) (www.mdpi.com).
Beban utama: kiln dan tungku busur listrik
Secara praktik, dua beban dominan adalah rotary kiln/dryer dan electric arc furnace. Analisis akademik dan industri sepakat: “rotary kiln dan electric arc furnace adalah konsumen energi utama” dalam peleburan ferronikel (www.researchgate.net) (www.mdpi.com).
Studi exergy (exergy: “kualitas” energi yang tersedia untuk kerja) melaporkan >30% perusakan exergy di kiln sendiri (www.researchgate.net), sejalan dengan intensitas reaksi dehidroksilasi; EAF menyumbang fraksi perusakan exergy yang lebih kecil. Dalam angka mentah, pabrik RKEF yang memasok ~20 kt bijih/hari (~5 kt FeNi/hari) akan mengonsumsi sekitar 10–20 GWh per hari (20 MW) per furnace—terutama listrik untuk EAF dan bahan bakar (batubara/gas alam) untuk kiln. Beban bantu (hoisting, grinding mill, ventilasi) kecil; target efisiensi harus fokus pada pasangan kiln/EAF. Unit lain (crusher, konveyor, pompa) hanya beberapa kWh per ton, sering <5% total.
Strategi perbaikan efisiensi proses
Karena energi terpusat di reaksi suhu tinggi, lompatan besar butuh desain proses baru atau pemulihan panas. Beberapa pendekatan yang dikaji:
• Slag dan kimia masukan: mengatur flux/komposisi slag untuk menurunkan titik lebur dan memperbaiki perpindahan panas. Zhang dkk. (2023) menunjukkan peningkatan basicity slag dan kandungan FeO (serta penurunan Cr₂O₃) signifikan menurunkan temperatur dan waktu peleburan, sehingga memangkas energi furnace (rd.springer.com). Mereka melaporkan sistem slag CaO–MgO–SiO₂–Al₂O₃–FeO–Cr₂O₃ teroptimasi yang memberi perolehan logam baik pada input panas lebih rendah, “helpful for reducing the temperature and time of smelting, and reducing the energy consumption of the RKEF process” (rd.springer.com).
• Desain dan skala furnace: unit besar modern (HV AC atau DC) cenderung lebih efisien. Tinjauan mencatat peningkatan elektroda, implementasi DC arc furnace, atau scale‑up ke 75–100 MW dapat menurunkan konsumsi spesifik. Studi melaporkan desain 75 MW mutakhir kini mencapai <400 kWh/t bijih kering (www.mdpi.com), sedangkan furnace kecil lama bisa >500 kWh/t. Namun, sebagaimana dicatat Keskinkilic dkk., bahkan 400 kWh/t “still high” dan “only marginal improvements are possible with [conventional] process design” (www.mdpi.com).
• Pergantian bahan bakar dan pemanfaatan produk samping: substitusi gas alam untuk batubara di kiln atau co‑feeding gas buang. Liu dkk. (2016) memodel dua langkah: memakai off‑gas rotary kiln untuk memanaskan/mengeringkan bijih masuk, serta mendaur ulang EAF vent gas kembali ke kiln sebagai bahan bakar (www.researchgate.net). Analisisnya memprediksi hemat ~1,64 t/jam batubara (~46% reduksi) oleh langkah pertama dan ~3,21 t/jam (~38% reduksi) oleh langkah kedua (www.researchgate.net). Catatan ekonomi: alternatif agen pereduksi perlu ditimbang terhadap biaya, tetapi pemanfaatan kembali aliran limbah sangat menarik. (Catatan: pabrik HPAL tidak memakai batubara tetapi membutuhkan listrik besar untuk pompa/pemanas, dan mayoritas energinya memanaskan air slurry (nickelinstitute.org).)
• Sumber karbon dan bauran energi: jenis reduktan (coke/batubara) dan sumber listrik berpengaruh. Wei dkk. menyorot bahwa listrik dari hidro atau grid rendah karbon memangkas energi/emisi. Dalam kasus mereka, menyalakan pabrik ferronikel dengan ~70% tenaga hidro menurunkan konsumsi energi menjadi ~110 GJ/t (6 t CO₂‑eq) dibanding ~174 GJ/t (14 t CO₂) dengan listrik berbasis batubara—setara ~37% penurunan energi spesifik dan ~64% penurunan emisi (www.mdpi.com). Ini menegaskan bahwa pemilihan sumber energi (dan integrasi dengan pembangkit on‑site) krusial.
Desain Intake Air Budidaya Tahan Monsun: Settling Pond, Sensor, Cadangan
Pemulihan panas dan integrasi proses
Banyak panas terbuang; memanennya kemungkinan strategi efisiensi paling efektif. Data Quintero‑Coronel dkk. menunjukkan di kiln RKEF, sekitar 25% energi masuk terbang bersama flue gas, 15% menguap sebagai uap air, dan ≈8% hilang sebagai radiasi dari selubung kiln (www.researchgate.net). Dengan efisiensi energi terukur hanya ~66%, kira‑kira sepertiga energi bahan bakar hilang sebagai gas panas/air (www.researchgate.net). Rong dkk. juga mencatat 33,1% perusakan exergy terjadi di kiln (www.researchgate.net), menandakan limbah panas suhu tinggi yang berlimpah.
• Pemulihan panas flue gas: menangkap panas dari exhaust kiln (sering beberapa ratus °C). Liu dkk. menganjurkan memakai exhaust kiln untuk pra‑panas/pengeringan bijih masuk. Data Quintero mengimplikasikan bahwa heat exchanger pada kiln dapat memasok kebutuhan dryer, mengeliminasi sebagian besar konsumsi bahan bakar awal (www.researchgate.net) (www.researchgate.net).
• Penangkapan radiasi selubung kiln: pemasangan heat‑shield panel di sekeliling kiln. Studi kasus kiln 30 m (semen) menunjukkan ~4.980 kW panas buang dapat dipanen melalui annular absorber—cukup untuk membangkitkan ~0,86 MW listrik dengan turbin ORC (Organic Rankine Cycle; siklus termal berbasis fluida organik) (www.researchgate.net). Perkiraan kasar (rough scaling) menyiratkan kiln nikel yang lebih panjang (mis. 50–80 m) bisa menghasilkan puluhan MW panas yang dapat dipulihkan—setara multi‑MW pembangkit listrik atau pemanasan umpan.
• Off‑gas tungku listrik: EAF menghasilkan gas campuran (CO, CO₂, uap) sekitar ~1000 °C. Secara prinsip dapat diarahkan ke kiln atau waste‑heat boiler. Liu dkk. menunjukkan bahwa mendaur ulang off‑gas EAF ke kiln (sebagai bahan bakar/CO₂ tambahan) saja dapat memangkas ~38% konsumsi batubara kiln (www.researchgate.net). Integrasi gas semacam ini menjanjikan di taman industri multi‑line, ketika panas buang satu furnace bisa memanaskan feed furnace lain.
• Integrasi pembangkit: sejalan dengan dorongan energi bersih, regulator Indonesia mendorong smelter beralih ke EBT/grid rendah karbon (ebtke.esdm.go.id) (finance.detik.com). Misalnya, Weda Bay nickel refinery (8–10 GW capacity) akan memasang solar PV untuk memasok ~50% daya pada 2025 dan ~60–70% pada 2030 (ebtke.esdm.go.id) (finance.detik.com). Arah kebijakan kini menargetkan 100% renewable (atau gas‑based) power untuk smelter nikel baru, terutama yang memproduksi NPI (ebtke.esdm.go.id) (finance.detik.com), secara efektif mengalihkan permintaan dari PLTU berbasis batubara ke sumber hijau lokal.
Ozonasi + Karbon Aktif: Hilangkan Warna, Naikkan UVT Air Budidaya
Implikasi investasi dan rangkuman angka kunci
Simpulannya tegas: pabrik nikel mengalokasikan sebagian besar energi ke kiln dan furnace. Angka penanda: 110 GJ/t (FeNi 35% Ni) dari Wei dkk. (www.mdpi.com); flue berdebu dengan ~25% kehilangan panas, ~15% untuk penguapan, ≈8% radiasi shell—efisiensi ~66% (www.researchgate.net); penghematan batubara ~40–50% berkat pemanfaatan panas buang (www.researchgate.net). Implementasi preheating, flue boiler, dan turbin ORC secara realistis bisa memangkas separuh konsumsi bahan bakar bersih. Di sisi listrik, peralihan ke hidro atau surya memangkas konsumsi dan emisi secara drastis; misalnya 70% hidro memberi penurunan ~37% energi spesifik dan ~64% emisi dalam model Wei (www.mdpi.com). Dengan komitmen iklim Indonesia, regulator mendorong smelter ke arah ini (ebtke.esdm.go.id) (finance.detik.com).
Setiap klaim numerik di atas didukung model proses atau studi kasus: Wei dkk. menyajikan energi (110 GJ/t) dan GHG (6 tCO₂/t) (www.mdpi.com); Zhang dkk. mendemonstrasikan penurunan titik lebur ~100+ °C lewat tweak slag (rd.springer.com); Liu dkk. merinci penghematan batubara (1,64–3,21 t/jam) dari panas-buang (www.researchgate.net); dan sumber pemerintah memberi target energi terbarukan untuk smelter (ebtke.esdm.go.id) (finance.detik.com). Angka‑angka ini menjadi jangkar keputusan investasi: dari pemilihan desain furnace ber‑efisiensi tinggi hingga proyek waste‑heat boiler/ORC untuk meraih reduksi MJ dan tCO₂ per ton nikel.
Sumber tersintesis: studi teknis/industri (www.mdpi.com) (www.researchgate.net) (www.researchgate.net) (rd.springer.com) (www.researchgate.net), serta data regulasi/industri Indonesia (ebtke.esdm.go.id) (finance.detik.com).
