Topic 11: Biomass
Pendahuluan
Biomassa adalah nama yang diberikan untuk semua materi tumbuhan dan hewan. Energi biomassa berasal dari makhluk hidup; mungkin tanaman atau hewan, limbah dari produk pertanian dan kehutanan, limbah industri, atau limbah manusia dan hewan. Metode utama yang digunakan dalam penggalian dan pemanfaatan energi ini akan dijelaskan secara singkat dan prospek sumber-sumber energi ini akan dibahas.
Sasaran Belajar
Di akhir topic ini anda diharapkan mampu:
• Mendiskusikan asal/tipe biomassa dan bahaimana berbagai tipe biomassa dapat diproses dan digunakan.
Bacaan Wajib
RISE Fact sheet on Biomass di http://www.rise.org.au/info/Res/biomass/index.html
Bacaan Disarankan
Old Fuel for Modern Times Æ dapat didownload dari website TIN3511 atau dari http://www.task29.net/assets/files/reports/Domac_Richards_Segon_2005.pdf
Tutorial Questions
1. Apa keuntungan dan kerugian penggunaan biomassa sebagai sumber energi? 2. *Jelaskan bagaiman landfill gas digunakan untuk menghasilkan listrik. Apa
keuntungan dari teknologi ini?
Konsep Penting
1. Ketika mempertimbangkan jumlah energi yang dihasilkan oleh biomassa, adalah penting untuk mempertimbangkan keuntungan bersih (net gain) dalam energi, yakni jumlah energi yang dihasilkan dikurangi jumlah energi yang dikonsumsi dalam produksi dari sumber-sumber tak terbarukan.
2. Jika biomassa adalah sumber daya terbarukan jangka panjang, maka ia harus digunakan secara berkelanjutan.
Pendahuluan
Biomassa adalah nama yang diberikan kepada semua materi tumbuhan dan hewan Energi biomassa berasal dari bahan makhluk hidup
Bahan ini mungkin:
o Materi tumbuhan atau hewan
o Limbah dari produk pertanian dan kehutanan o Industri, kotoran manusia atau hewan
Energi biomassa berasal berasal dari energi matahari melalui proses fotosintesis [energi surya + CO2 + H2O Æ karbohidrat + O2]
Materi biomassa ini dapat digunakan: o Secara Langsung (pembakaran)
o Tidak langsung (mengubah material menjadi bahan bakar jenis lain)
"Biomassa mendominasi konsumsi energi global hingga pertengahan abad ke-19. Sejak itu kontribusi biomassa mengalami penurunan dalam pasokan energi dunia, karena batu bara dan kemudian minyak, gas alam, dan tenaga nuklir menyumbang sebagian besar pertumbuhan permintaan energi global. Namun, biomassa masih menyumbang sekitar 15 persen dari penggunaan energi global."
[Sumber: K. Mutanen "Opportunities for Bioenergy in Power Generation", Energy Engineering, 90 n5, 1993. ]
Suplai Energi Primer Total Dunia
Sumber: www.iea.org/Textbase/Papers/ 2006/renewable_factsheet.pdf (accessed 27/4/06)
Sumber: www.iea.org/Textbase/Papers/ 2006/renewable_factsheet.pdf (accessed 27/4/06)
Suplai Energi Primer Total Indonesia
Suplai Energi Primer Total Indonesia – 2008
Sumber: http://www.iea.org/stats/pdf_graphs/IDTPESPI.pdf
Sifat Bahan Bakar Biomassa
Berikut adalah sifat-sifat umum bahan bakar biomassa dan limbah: o kadar air tinggi
o nilai kalori rendah dalam keadaan kering o kepadatan rendah
o kualitas bervariasi o reaktivitas tinggi Biomassa Pohon (Kayu)
Mungkin bahan bakar pertama yang digunakan manusia
Banyak digunakan di negara-negara berkembang untuk memasak dan pemanasan o menyebabkan lajunya pengurangan hutan
o sering digunakan secara tidak efisien
Penggunaan meningkat di Negara-negara berkembang o Kompor pembakaran lambat dan pemanas
o Unit efisiensi tinggi (65 - 70%) Sifat bahan-bakar kayu:
o Tidak terkonsentrasi tinggi disbanding bahan bakar fosil o kadar air mengurangi output termal
o temperatur nyala lebih rendah
o dibutuhkan fireboxes yang lebih besar dan permukaan perpindahan panas o kandungan sulfur rendah
o karbon dioksida yang dihasilkan sama dengan yang diserap dari atmosfer selama pertumbuhan pohon
Sumber Biomassa Pohon Sisa pabrik pengolahan kayu
o produk sampingan operasi pengolahan kayu o tersedia setiap saat
o persaingan - produk kayu / bahan bakar Sisa penebangan
o Sisa yang tertinggal setelah penebangan pohon
Timber Stand Improvements (perbaikan kayu tegak) o Penipisan kayu hutan yang kelebihan stok
o Menerbang kayu berkualitas lebih rendah untuk memudahkan kayu lain tumbuh.
Kayu Mati
o kematian pohon hutan setiap tahun karena penyakit, serangga, usia tua dll o material mati yang terkumpul pada pohon hidup (tak-terbarukan)
Perkebunan Kayu Energi Rotasi Pendek. o Diproduksi untuk konversi energi
o Dipilih pohon khusus untuk pertumbuhan cepat, memudahkan pembuatan, dan meminimlasisir masalah hama dan penyakit
o Praktek budidaya intensif Contoh Penggunaan Biomassa Kayu
Kemungkinan Lain Pemrosesan Kayu
Pembakaran adalah proses utama yang digunakan untuk melepaskan energi di dalam kayu
Kemungkinan kain Pengolahan Kayu o Gasifikasi
baik pada tekanan atmosfer atau tekanan buatan (campuran gas dapat mengandung karbon monoksida, hidrogen, metana)
Contoh Gasifikasi Produk Kayu
Varnamo Plant, Sweden
Kemungkinan Lain Pemrosesan Kayu
o Pirolisis
¾ Melibatkan transformasi biomassa menjadi arang, gas atau cairan dengan memanaskan bahan biomassa tanpa adanya oksigen atau dengan hanya sedikit oksigen.
¾ Digunakan selama berabad-abad untuk menghasilkan arang ¾ Pirolisis Kayu menghasilkan:
char (arang) - 30% dari berat kayu, tetapi 42% dari kandungan energi minyak pirolitik - 32% dari kandungan energi - bahan bakar level
rendah tetapi cocok untuk bahan bakar boiler
gas pirolitik - biasanya dibakar untuk pasokan energi industry proses Persentase produk dapat bervariasi sesuai perubahan kondisi proses
Penggunaan Biomassa melalui Pembakaran Bagasse
o Sisa tebu berserat setelah air tebu dikeringkan melalui penggilingan. o Digunakan sebagai bahan bakar boiler untuk memberikan panas dan listrik
Bagasse (Sumber: NREL) Sisa tanaman
Limbah rumah tangga dan industri
o Kertas, kayu, plastik, bahan kimia tekstil, kain, dan karet o Berpotensi untuk dibakar menghasilkan uap dan listrik o Kogenerasi (cogeneration) mungkin
o Transportasi mahal
o Dibutuhkan jumlah material yang besar
Manfaat dan Pertimbangan Industri Listrik Biomassa
Biomassa merupakan sumber lokal dan tidak dipengaruhu fluktuasi harga dan ketidakpastian pasokan seperti bahan bakar yang diimpor
Penggunaan biomassa mengurangi ketergantungan pada energi impor sehingga ada keseimbangan pembayaran.
Biomassa merupakan bahan bakar yang lebih bersih dan memiliki kontribusi lebih kecil pada hujan asam dibanding minyak dan batubara.
Dapat menjadi sumber energi terbarukan
Perkembangan produksi biomassa dapat membuka lapangan kerja: sektor pertanian, industri penanganan bahan bakar / manajemen, dan dalam fasilitas konversi.
Kelayakan penggunaan biomassa untuk menghasilkan energi telah ditunjukkan secara baik di USA dan negara-negara lain.
Perhatian paling penting bagi kelangsungan hidup industri listrik biomassa adalah: o Jaminan pasokan bahan baku dan harga
o Efisiensi
o Perlu jaminan manfaat lingkungan pada siklus biomassa - listrik.
Bahan Bakar Biomassa Lain Bahan bakar alkohol
Minyak tanaman
Ethanol
Alkohol ethyl - bentuk alkohol yang ada dalam minuman beralkohol Bisa melengkapi atau pengganti bensin pada mesin spark ignition
Banyak negara mencampur etanol dengan bensin untuk mengurangi konsumsi bensin
o misal Brazil, Canada, USA
o Shell dan CSR telah melakukan tes di Queensland
o Western Power telah menjalankan mobil dengan bahan bakar alkohol
Produksi Ethanol
roduksi etanol menggunakan proses FERMENTASI dan DISTILASI Bahan biomassa dicampur dengan air dan ragi
Ragi memecah gula dan pati untuk menghasilkan etanol - proses FERMENTASI Proses berlangsung 15-48 jam dan menghasilkan 10 sampai 15% etanol
Solusi alkohol diencerkan kemudian disuling - etanol menguap, terkondensasi dan kemudian disimpan untuk digunakan
Penelitian terus dilakukan: o fermentasi kontinu
o organisme yang lebih baik
o pengurangan kebutuhan energi untuk distilasi
Bahan untuk Produksi Ethanol Biji-bijian
o Gandum, jagung, sorghum
o Di USA tahun 1980, 100 juta galon bahan-bakar ethanol diproduksi dari 1 juta ton jagung
Tnaman gula o tebu, sugar beet Pati Tanaman
Sisa tanaman Rumpul, Legumes Sisa kayu dan hutan
o Biomassa Selulosa o Proses fermentasi sulit
o Dibutuhkan lebih banyak organism khusus, dan perlakukan pendahuluan
Bahan Bakar Ethanol
Produksi Ethanol Dunia berdasar Negara tahun 2005 (Sumber: RISE)
Biodiesel
Berbagai bahan bakar oksigen berbasis ester dibuat dari minyak sayur atau lemak hewan
Proses produksi paling umum - katalis transesterifikasi minyak dengan alkohol o lemak atau minyak direaksikan dengan alkohol, seperti metanol, dengan
adanya katalis untuk menghasilkan gliserin dan metil ester (biodiesel) o Kelebihan metanol digunakan untuk membantu dalam konversi cepat dan
pemulihan untuk digunakan kembali
o katalis biasanya sodium atau potassium hidroksida yang dicampur dengan metanol
Bisa berskala kecil atau besar
Bisa digunkan untuk melengkapi atau menggantikan bahan bakar diesel (minyak solar)
Standar spesifikasi sedang dipersiapkan untuk biodiesel
Source: Worldwatch Institute, “Biofuels for Transportation”, June 2006
Methanol
Mirip dengan etanol
Dapat diproduksi dari batubara, gas alam, kayu dan biomassa lainnya
Dapat digunakan sebagai bahan bakar transportasi pada mesin yang dimodifikasi (disesuaikan)
Metanol dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar diesel o Harus ditambahkan dengan sistem perbaikan pengapian o Biaya menjadi tidak ekonomis
Kekurangan:
o methanol murni adalah racun
o Korosif, khususnya pada plastik plastic Produksi:
o gasifikasi biomassa untuk menghasilkan gas sintesis (karbon monoksida dan hidrogen)
o Konversi sintesis untuk metanol, beberapa proses sudah komersial
Biogas
Juga dikenal sebagai 'gas rawa'
Hingga 65% dapat berupa metana, komponen utama gas alam
Diproduksi ketika limbah hewan atau bahan organik lainnya membusuk dalam keadaan tanpa oksigen, pencernaan anaerob
o dalam sistem pencernaan manusia dan hewan o di digester yang dibuat khusus untuk tujuan ini
¾ skala besar di perkotaan
Penggunaan biogas:
o Bahan bakar tungku, pemanasan, memasak o Bahan bakar mesin (pompa air)
o Bahan bakar pembangkit listrik Landfill gas (gas pada TPA sampah)
o Digunakan secara lokal
Contoh Biogas Digesters di Negara berkembang
Minyak dari kacang tanah, bunga matahari, sayuran, tanaman lain (mesin diesel pertama - dirancang untuk bekerja dengan minyak sayur)
Dapat melengkapi atau menggantikan bahan bakar diesel Teknologi skstraksi telah dikuasai
Biomass – Aspek Lingkungan Hidup Pertimbangan GRK
o Sink (dikunci sementara waktu)
o CH4 menjadi CO2 (landfill gas +ve, kebocoran dari digester –ve) Emisi lain (NOx mungkin meningkat pada beberapa aplikasi)
Penggunaan lahan: o Degradasi o Penggurunan o Kehilangan habitat
Biomass – Isu lain
Persaingan penggunaan lahan Masalah kebersihan
Net Energy (Keseimbangan Energi)
o Apakah net energy yang dihasilkan lebih besar dari energi input?
Net Energy Gain pada Bahan Bakar Biomasa B = Kandungan energi pada material biomassa
H = Kandungan energi bahan bakar yang diproduksi dari material biomassa Hc = Energi yang digunakan untuk menghasilkan bahan bakar final
o Energi yang digunakan untuk memproduksi tanaman
o Energi yang digunakan untuk memanen dan mengangkut bahan tanaman o Energi yang digunakan untuk mengubah material menjadi bahan bakar final Net gain pada, N
o N = H - Hc N bisa negatif
N bisa dibetulkan jika dihasilkan produk bawaan yang berguna
Net Energy Gain Energy Balance =
Source: Worldwatch Institute, “Biofuels for Transportation”, June 2006
Ekonomi
o Multiple output (misal listrik, karbon aktif, minyak kayu putih) Bisa bersifat terbarukan
