Seperti kita ketahui, dampak negatif dari pemanasan global saat ini semakin signifikan. Karbon dioksida yang dilepaskan dari hasil pembakaran bahan bakar fosil terakumulasi di atmosfer selama kita menggunakan batu bara, petroleum, dan gas alam.
Sangat
jelas bahwa umur bahan bakar fosil terbatas, sebagai contoh, umur, rasio cadangan yang dibagi dengan
produksi petroleum, batu bara,
dan gas alam adalah berturut-turut sekitar 41, 160, dan 65 tahun.
Dunia
berada diambang zaman baru yang tidak bergantung pada bahan bakar fosil dan biomassa merupakan
sumber utama untuk membuka
pandangan kita di masa yang akan datang.
Secara
umum biomassa merupakan bahan yang dapat diperoleh dari tanaman baik secara langsung maupun
tidak langsung dan dimanfaatkan
sebagai energi atau bahan dalam jumlah yang besar. “Secara tidak langsung” mengacu pada
produk yang diperoleh melalui
peternakan dan industri makanan.
Biomassa
disebut juga sebaga “fitomassa” dan seringkali diterjemahkan
sebagai bioresource atau sumber daya yang diperoleh
dari hayati. Basis sumber daya meliputi ratusan dan ribuan spesies tanaman, daratan dan
lautan, berbagai sumber pertanian,
perhutanan, dan limbah residu dan proses industri, limbah dan kotoran hewan.
Baca juga : ENERGI TERBARUKAN PART 1 ( Enеrgі Angіn, Turbin Angin )
Tanaman
energi yang membuat perkebunan energi skala besar akan
menjadi salah satu biomassa yang menjanjikan, walaupun belum dikomersialkan pada saat ini.
Biomassa
secara spesifik berarti kayu, rumput Napier, rapeseed, eceng gondok, rumput laut raksasa,
chlorella, serbuk gergaji, serpihan
kayu, jerami, sekam padi, sampah dapur, lumpur pulp, kotoran hewan, dan lain-lain. Biomass
jenis perkebunan seperti kayu
putih, poplar hibrid, kelapa sawit, tebu, rumput gajah, dan lain-lain adalah termasuk kategori ini.
Biomassa
adalah satu-satunya bahan organik atau bahan berkarbon
di antara energi terbarukan. Dengan kata lain, etanol, metanol, dimetil eter, dan hidrokarbon
hanya dapat diperoleh dari biomassa
dari pada energi terbarukan. Hal ini memiliki arti bahwa biomassa dapat diangkut dan disimpan
dalam bentuk bahan.
Sangat
penting untuk ditekankan bahwa energi angin, fotovoltan, ombak, dan gelombang dapat menghasilkan
panas atau energy tetapi
bukan bahan kimia atau bahan bakar.
Akan
tetapi, karbon dioksida yang dihasilkan dari pemanfaatan biomassa akan diakumulasikan secara
irreversible ke atmosfir dengan
cara yang sama dengan pemanfaatanbahan bakar fosil kecuali perhutanan kembali (reforestrasi)
dijalankan. Manajemen kehutanan
yang berkelanjutan sangatlah penting untuk suplai bioenergi
yang lama dan stabil, terutama di Indonesia.
Prinsip Kerja Biomassa
Tanaman
menyerap energi dari matahari. Melalui proses fotosintesis
dengan memanfaatkan air dan unsur hara dari dalam
tanah serta CO2 dari atmosfer akan menghasilkan bahan organik untuk memperkuat jaringan dan
membentuk daun, bunga
atau buah.
Baca Juga: Energi Biogas, Apa itu Biogas?
Sementara
itu karena tidak mampu berfotosintesa
sendiri, hewan memanfaatkan energi yang telah berubah
bentuk menjadi daun, rumput atau yang lain dari bagian
tumbuhan secara langsung untuk hidupnya.
Sedangkan
secara tidak langsung, misalnya hewan karnifora, prinsipnya
tetap memanfaatkan energi yang telah berubah bentuk
menjadi daging pada hewan lain. Inilah yang menjadi
bahan dasar biomasa
Biomasa
dapat diambil dari bahan tanaman yang berupa limbah pertanian, limbah industri pengolahan kayu
atau dari tanaman yang
memang ditanam secara khusus untuk menghasilkan energi
bagi mesin bakar.
Di
samping itu dapat juga dimanfaatkan limbah peternakan dan limbah rumah tangga. Dari kedua jenis bahan
penyusun biomassa tersebut dapat dua bagian besar
yaitu, biomasa kering (limbah
kayu, jerami atau sekam) dan biomassa basah (kotoran ternak dan sampah rumah tangga).
Potensi Biomassa
 |
| Parameter yang digunakan untuk memperkirakan produksi limbah biomassa dan sejumlah sumber daya |
Stok
limbah biomassa saat ini (nilai tahunan) diperkirakan sekitar 43 EJ untuk biomassa peternakan,
48 EJ untuk biomassa pertanian,
dan 37 EJ untuk biomassa kehutanan dengan total sekitar
128 EJ. Sekitar 22 EJ kotoran sapi merupakan sumber daya terbesar dan diikuti dengan sekitar
20 EJ dari limbah kayu.
Bagian
terbesar potensi energi limbah biomassa (nilai tahunan) berasal dari biomassa limbah kehutanan
sekitar 22 EJ dari basis di
seluruh dunia. Terutama sisa kayu menyumbang sebesar 15 EJ, yaitu sekitar dua pertiga dari limbah
biomassa kehutanan setara
dengan sekitar 36% dari total sumber daya biomassa.
Ada
sekitar 15 EJ limbah biomassa pertanian dari basis di seluruh dunia. Setiap jenis biomassa yang
ada dalam biomassa pertanian
berkontribusi rata-rata sekitar 1.5 - 3.5 EJ.
#
EJ: Exajoule
1
EJ to joule = 1.0E+18 joule
 |
| Jenis Biomassa dan rasio Ketersediaan Energi |
Komposisi Biomassa
Selulosau
 |
| Cellulose Structure |
Polisakarida
yang tersusun dari D-glukosa yang terhubung secara
seragam oleh ikatan β-glukosida. Rumus molekulnya adalah
(C6H12O6)n. Derajat polimerasinya, ditunjukkan oleh n, dengan nilai kisaran yang lebar mulai
dari beberapa ribu hingga
puluhan ribu.
Hidrolisis
total selulosa menghasilkan D-glukosa (sebuah monosakarida),
akan tetapi hidrolisis parsial menghasilkan disakarida
(selobiosa) dan polisakarida yang memiliki n berurutan
dari 3 ke 10. Selulosa memiliki struktur kristal dan memiliki resistensi yang tinggi terhadap
asam dan basa.
Hemiselulosa
 |
| Xylan Structure |
Polisakarida dimana unit-unitnya adalah terdiri atas monosakarida dengan 5 karbon seperti D-xilosa, D-arabinosa dan monosakarida karbon-6 seperti D-manosa, D-galaktosa dan Dglukosa.
Jumlah
monosakarida karbon-5 lebih banyak dibandingkan monosakarida
karbon-6 dan rumus molekul rata-ratanya adalah (C5H8O4)n.
Karena derajat polimerisasi (n) hemiselulosa adalah
antara 50 sampai 200, yaitu lebih kecil dari selulosa, maka ia lebih mudah terurai dibandingkan
selulosa, dan kebanykan
hemiselulosa dapat larut dalam larutan alkali.
Baca Juga : ENERGI GEOTHERMAL
Hemiselulosa
yang lain umum adalah xylan, tetapi semua hemiselulosa
beragam jumlahnya bergantung pada jenis pohon dan
juga bagian tumbuhan itu sendiri
Lignin
 |
| Lignin Structure |
Merupakan
senyawa dimana unit komponennya, fenilpropana dan
turunannya, terikat secara 3 dimensi. Berdasarkan
pengamatan, maka dapat disimpulkan bahwa lignin
memberikan kekuatan mekanis dan juga perlindungan untuk
tumbuhan itu sendiri. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dapat ditemukan secara universal dalam
berbagai jenis biomassa dan
merupakan sumber daya karbon alami yang paling
berlimpah di bumi.
Pati
 |
| Starch Sugar Structure |
Seperti
selulosa, pati merupakan polisakarida dimana unit komponennya
adalah Dglukosa, tapi ia dihubungkan oleh ikatan
α-glikosida. Karena perbedaan
dalam struktur ikatan, maka selulosa tidak larut
dalam air sedangkan sebagian pati dapat larut dalam air panas (amilosa, dengan bobot molekul
antara 10.000 sampai 50.000,
mencakup hamper 10% -20% dari pati) dan sebagian lagi
tidak dapat larut (amilopektin, dengan bobot molekul antara 50.000 sampai 100.000, mencakup
hampir 80% - 90% dari
pati).Pati ditemukan di dalam biji, umbi (akar) dan batang, dan mempunyai nilai yang tinggi sebagai
makanan
Protein
Protein merupakan senyawa makromolekul dimana asam amino dipolimerisasi dengan derajat yang tinggi. Sifat-sifatnya berbeda bergantung pada jenis dan rasio komponen asam amino dan derajat polimerisasi itu sendiri. Protein bukan merupakan komponen utama biomassa dan hanya meliputi proporsi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan 3 komponen yang sebelumnya.
Komponen-komponen Lain
Jumlah
komponen organik yang lain berbeda bergantung pada jenis biomassa, tetapi ada juga komponen
organik dengan jumlah yang
tinggi seperti gliserida (contohnya minyak rapeseed, minyak sawit dan minyak sayur lainnya) dan
sukrosa di dalam tebu dan gula
bit.
Contoh
yang lain adalah alkaloid, pigmen, terpena dan bahan berlilin. Meskipun komponen ini ditemukan
dalam jumlah yang sedikit,
namun memiliki nilai tambah yang tinggi sebagai ramuan obat.
Biomassa
tidak hanya terdiri atas senyawa organic makromolekul
tetapi juga mengandung bahan anorganik (abu) dalam
jumlah yang sangat kecil. Unsur logam primer termasuk Ca,K, P, Mg, Si, Al, Fe
dan Na. Bahan dan jumlahnya berbeda bergantung
pada jenis bahan baku.
Kandungan energi Biomassa
Nilai Kalor
Nilai
kalor seringkali digunakan sebagai indicator kandungan energi yang dimiliki oleh biomassa. Nilai
kalor adalah jumlah panas
yang dihasilkan saat bahan menjalani pembakaran sempurna atau dikenal sebagai kalor pembakaran.
Nilai
kalor ditentukan melalui
rasio komponen dan jenisnyaserta rasio unsur di dalam biomassa itu sendiri (terutama kadar
karbon).
Biomassa
terdiri atas bahan organik seperti karbon, hidrogen, dan oksigen dan saat dibakar secara sempurna,
ia akan menghasilkan air
dan karbon dioksida. Air dan uap air yang dihasilkan mengandung kalor laten yang terbebas saat
kondensasi.
Nilai
kalor yang meliputi kalor laten disebut sebagai
nilai kalor tinggi/high heating
value (HHV), sedangkan untuk nilai kalor dimana kalor laten tidak termasuk dalam sistem tersebut
disebut sebagai nilai kalor
rendah/low heating value (LHV)
Kalor Tersedia
 |
| Perbandingan nilai kalor biomassa hasil pengukuran dan perhitungan |
Nilai kalor Q0 adalah jumlah kalor yang dihasilkan dari pembakaran sempurna per unit bahan dibawah kondisi standar. Biomassa sebenarnya mengandung lebih banyak air dan abu, yangnharus dipertimbangkan ketika energi diproduksi.
Penilaian
hanya berdasarkan nilai kalor rendah adalah tidak cukup sebagai indikator untuk menentukan apakah
biomassa dalam kondisi alami akan
dapat mempertahankan pembakaran atau tidak.
Energi
yang diperlukan untuk meningkatkan udara sekitar, suhu yang diperlukan untuk mempertahankan
pembakaran, dan juga energi
endotermik abu harus juga diperhitungkan.
Jumlah
kalor yang diperlukan atau disebut sebagai kalor tersedia dihitung berdasarkan persamaan di bawah:
Kalor tersedia Q = Q0 (1-w)
- 1000w – [absorpsi kalor terbuang] – [absorpsi kalor abu] (w: kadar air)
Prinsip Pembakaran Bahan Bakar
Prinsip
pembakaran bahan bakar sejatinya adalah reaksi kimia bahan bakar dengan oksigen (O). Kebanyakan
bahan bakar mengandung unsur
Karbon (C), Hidrogen (H) dan Belerang (S).
Akan
tetapi yang memiliki kontribusi yang penting terhadap energi yang dilepaskan adalah C dan H.
Masing-masing bahan bakar
mempunyai kandungan unsur C dan H yang berbeda-beda.
Proses
pembakaran terdiri dari dua jenis yaitu pembakaran lengkap (complete combustion) dan
pembakaran tidak lengkap (incomplete
combustion).
Pembakaran
sempurna terjadi apabila seluruh unsur C yang bereaksi
dengan oksigen hanya akan menghasilkan CO2, seluruh unsur H menghasilkan H2O dan seluruh S
menghasilkan SO2.
Sedangkan
pembakaran tak sempurna terjadi apabila seluruh unsur
C yang dikandung dalam bahan bakar bereaksi dengan oksigen dan gas yang dihasilkan tidak
seluruhnya CO2.
Keberadaan
CO pada hasil pembakaran menunjukkan bahwa pembakaran
berlangsung secara tidak lengkap.
Konversi Biomassa
Pembakaran
langsung terhadap biomassa memiliki kelemahan, sehingga pada penerapan saat ini
mulai menerapkan beberapa teknologi untuk meningkatkanmanfaat biomassa sebagai
bahan bakar.
Densifikasi
Densifikasi
adalah pembentukan briket atau pellet. Praktel densifikasi
mudah untuk meningkatkan manfaat biomassa adalah membentuk
menjadi briket atau pellet. Briket atau pellet akan memudahkan dalam penanganan biomassa.
Tujuannya
adalah untuk meningkatkan densitas dan memudahkan
penyimpanan dan pengangkutan.
Secara
umum densifikasi mempunyai beberapa keuntungan (bhattacharya
dkk, 1996) yaitu: menaikan nilai kalor per unit volume,
mudah disimpan dan diangkut, mempunyai ukuran dan kualitas
yang seragam.
Karbonisasi
 |
| Karbonisasi |
Karbonisasi
merupakan suatu proses untuk mengkonversi bahan orgranik
menjadi arang. pada proses karbonisasi akan melepaskan zat yang mudah terbakar seperti CO, CH4,
H2, formaldehid, methana,
formik dan acetil acid serta zat yang tidak terbakar seperti seperti CO2, H2O dan tar cair.
Gas-gas yang dilepaskan pada
proses ini mempunyai nilai kalor yang tinggi dan dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan kalor
pada proses karbonisasi.
Pirolisis
 |
| Pirolisis |
Pirolisis
atau bisa di sebut thermolisis adalah proses dekomposisi kimia dengan menggunakan pemanasan tanpa
kehadiran oksigen. Proses
ini sebenarnya bagian dari proses karbonisasi yaitu roses untukmemperoleh karbon atau aran, tetapi
sebagian menyebut pada
proses pirolisis merupakan high temperature carbonization (HTC), lebih dari 500 0C.
Proses
pirolisis menghasilkan produk berupa
bahan bakar padat yaitu karbon, cairan berupa campuran tar dan beberapa zat lainnya.
Produk
lainn adalah gas berupa karbon
dioksida (CO2), metana (CH4) dan beberapa gas yang memiliki kandungan kecil.
Anaerobic Digestion
Proses
anaerobic digestion yaitu proses dengan melibatkan mikroorganisme tanpa kehadiran oksigen
dalam suatu digester.
Proses
ini menghasilkan gas produk berupa metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) serta beberapa gas
yang jumlahnya kecil, seperti
H2, N2, dan H2S. Proses ini bisa diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu anaerobic digestion kering
dan basah.
Perbedaan dari kedua proses anaerobik ini adalah
kandungan biomassa dalam
campuran air. pada anaerobik kering memiliki kandungan biomassa 25 – 30 % sedangkan untuk jenis
basah memiliki kandungan biomassa
kurang dari 15 % (Sing dan Misra, 2005).
Gasifikasi
Gasifikasi
adalah suatu proses konversi untuk merubah material baik cair maupun pada menjadi bahan bakar
cair dengan menggunakan
temperatur tinggi.
Proses
gasifikasi menghasilkan produk
bahan bakar cair yang bersih dan efisien daripada pembkaran
secara langsung, yaitu hidrogen dan karbon monoksida.
Gas
hasil dapat di bakar secara langsung pada internal combustion engine atau reaktor pembakaran.
Melalui proses Fische-Tropsch gas
hasil gasifikasi dapat di ekstak menjadi metanol.
Jenis Biomassa
Bio Bricket
Briket
adalah salah satu cara yang digunakan untuk mengkonversi sumber energi biomassa ke bentuk biomassa
lain dengan cara dimampatkan
sehingga bentuknya menjadi lebih teratur. Briket yang
terkenal adalah briket batubara namun tidak hanya batubara saja yang bisa di bikin briket.
Biomassa
lain seperti sekam, arang sekam, serbuk gergaji, serbuk kayu, dan limbah-limbah biomassa yang
lainnya. Pembuatan briket
tidak terlalu sulit, alat yang digunakan juga tidak terlalu rumit. Di IPB terdapat banyak jenis-jenis mesin
pengempa briket mulai dari yang manual, semi
mekanis, dan yang memakai mesin.
Biofuel
Bahan
bakar hayati atau biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang
dihasilkan dari bahan-bahan organik.
Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah
industri, komersial, domestik
atau pertanian.
Ada
tiga cara untuk pembuatan biofuel: pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah
tangga, limbah industry dan
pertanian); fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas
(mengandung hingga 60
persen metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester; dan energi
dari hutan (menghasilkan kayu
dari tanaman yang cepat tumbuh sebagai bahan
bakar). Proses fermentasi menghasilkan dua tipe
biofuel: alkohol dan ester.
Bahan-bahan
ini secara teori dapat digunakan untuk menggantikan
bahan bakar fosil tetapi karena kadang-kadang diperlukan
perubahan besar pada mesin, biofuel biasanya dicampur
dengan bahan bakar fosil.
Biofuel Generasi Pertama
Biofuel
generasi pertama menunjuk kepada biofuel yang terbuat dari gula, starch, minyak sayur, atau
lemak hewan menggunakan teknologi
konvensional.
Minyak
sayur dapat digunakan sebagai makanan atau bahan bakar;
kualitas dari minyak dapat lebih rendah untuk kegunaan bahan bakar.
Minyak
sayur dapat digunakan dalam mesin diesel yang
tua (yang dilengkapi dengan sistem injeksi tidak langsung, tapi hanya dalam iklim yang hangat.
Dalam
banyak kasus, minyak sayur dapat digunakan untuk memproduksi
biodiesel, yang dapat digunakan kebanyakan mesin diesel
bila dicampur dengan bahan bakar diesel konvensional
Biofuel Generasi Kedua
Para
pendukung biofuel mengklaim telah memiliki solusi yang lebih baik untuk meningkatkan dukungan
politik serta industry untuk,
dan percepatan, implementasi biofuel generasi kedua dari sejumlah tanaman yang tidak digunakan
untuk konsumsi manusia dan
hewan, di antaranya cellulosic biofuel.
Sebagian
besar biofuel generasi kedua sedang dikembangkan seperti
biohidrogen, biometanol, DMF, Bio-DME, Fischer- Tropsch
diesel, biohydrogen diesel, alkohol campuran dan diesel kayu.
Produksi
cellulosic ethanol mempergunakan berbagai tanaman
yang tidak digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan
atau produk buangan yang tidak bias dimakan.
Biodiesel
Biodiesel
merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono--alkyl
ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari
mesin diesel dan terbuat dari
sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan.
Sebuah
proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang
diinginkan dan membuang asam
lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak seperti
minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran
yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak
kasus. Namun, dia lebih
sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol
murni ultra rendah belerang
yang rendah pelumas.
Biogas
Biogas
merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobic atau fermentasi dari bahanbahan organik
termasuk di antaranya; kotoran
manusia dan hewan, limbah domestic (rumah tangga) sampah biodegradable atau
setiap limbah organik yang biodegradable
dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas
adalah metana dan karbon dioksida.
Biogas
dan Aktivitas Anaerobik Biogas
yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik sangat popular digunakan untuk mengolah limbah
biodegradable karena bahan bakar
dapat dihasilkan sambil Mengurai dan sekaligus mengurangi
volume limbah buangan.
Baca Juga: ENERGI TERBARUKAN PART 2 (Ladang, Daya, Disain, Inѕtаlаѕі Turbin Angіn)
Metana
dalam biogas, bila terbakar
akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan
energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida
yang lebih sedikit.
Pemanfaatan
biogas memegang peranan
penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan
gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan
global bila dibandingkan dengan karbon dioksida.
Bioetanol
Bioetanol
dapat digunakan pada kendaraan bermotor, tanpa mengubah
mekanisme kerja mesin jika dicampur dengan bensin dengan
kadar bioetanol lebih dari 99,5%. Perbandingan bioethanol pada umumnya di Indonesia baru penambahan
10% dari total bahan bakar.
Pencampuran
bioetanol absolut sebanyak 10 % dengan
bensin (90%), sering disebut Gasohol E-10. Gasohol singkatan dari gasoline (bensin) dan
bioetanol.
Bioetanol absolut memiliki angka oktan (ON) 117, sedangkan Premium hanya 87-88. Gasohol E-10 secara proporsional memiliki ON 92 atau setara Pertamax. Pada komposisi ini bioetanol dikenal sebagai octan enhancer (aditif) yang paling ramah lingkungan dan di negara-negara maju telah menggeser penggunaan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE).
Mau donasi lewat mana?
Donate with PaypalGopay-