Biomassa menjadi salah satu sumber energi baru terbarukan (EBT) yang memiliki potensi besar di Indonesia. Biomassa adalah bahan organik yang berasal dari makhluk hidup, baik sebagai produk maupun limbah. Contoh biomassa adalah pohon, rumput, ubi jalar, tulang ikan, limbah pertanian, limbah hutan, feses dan kotoran hewan. Selain digunakan untuk pangan, pakan, minyak nabati, bahan bangunan, dll, biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Biomassa biasa
digunakan sebagai bahan bakar, yang bernilai ekonomi rendah atau merupakan limbah setelah ekstraksi produk primer. Sumber energi biomassa mempunyai beberapa kelebihan antara lain
merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui sehingga dapat menyediakan sumber energi secara berkesinambungan atau EBT. Biomassa dapat digunakan langsung untuk menghasilkan energi melalui proses pembakaran atau dapat diproses lebih lanjut untuk menghasilkan biofuel.
Dalam proses konversi termo-kimia, energi dihasilkan oleh menerapkan proses panas dan kimia. Ada empat proses konversi termo-kimia proses konversi, yaitu pembakaran, pirolisis, gasifikasi, dan pencairan.
Konversi termokimia dari biomassa adalah proses yang menggunakan panas untuk mengubah biomassa (material organik yang berasal dari tumbuhan atau hewan) menjadi produk energi atau bahan kimia lainnya. Proses ini melibatkan perubahan termal yang mengubah struktur kimia biomassa melalui suhu tinggi tanpa memerlukan oksigen atau dengan oksigen terbatas. Konversi termokimia bertujuan untuk menghasilkan energi dalam bentuk panas, gas, atau cairan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar atau sumber energi alternatif.
Proses pembakaran menghasilkan sekitar 90% dari total energi terbarukan yang diperoleh dari biomassa. Pembangkit listrik tenaga biomassa dapat beroperasi pada berbagai jenis biomassa, yaitu kayu, daun kering, kulit sayuran keras, sekam padi, kotoran hewan kering, dll. Dalam proses
pembakaran, biomassa dan oksigen digabungkan dalam suhu tinggi tinggi untuk membentuk karbon dioksida, uap air, dan panas. Jumlah panas yang dihasilkan tergantung pada banyak faktor tetapi terutama pada jenis biomassa yang digunakan dalam proses tersebut. proses pembakaran adalah reaksi kimia eksotermik, yaitu biomassa dibakar dengan adanya udara dengan pelepasan energi kimia
selanjutnya yang dapat dikonversi menjadi energi mekanik dan listrik. Proses pembakaran dilakukan di dalam ruang bakar pada suhu berkisar antara 800 hingga 1000 °C. Persyaratan penting dari biomassa kering yang digunakan adalah kadar airnya, yang harus kurang dari 50%. Biasanya, pabrik pembakaran
biomassa (yang menggunakan kayu dan residu hutan sebagai bahan bakar) menghasilkan antara 20 hingga 50 MWe, dengan efisiensi listrik terkait sebesar 25-30%
Pirolisis adalah proses konversi biomassa tertentu menjadi produk cair (bio-oil), padat (arang), dan gas (gas yang mudah terbakar) melalui pembakaran parsial pada suhu sekitar 500 ° C dan tanpa adanya oksigen. Temperatur yang tinggi memungkinkan penguapan komponen yang mudah menguap dari gas yang dihasilkan biomassa, yang uapnya terkondensasi ke dalam cairan melalui pencairan. Bahan bakar cair yang dihasilkan dari proses ini dapat disimpan dan kemudian digunakan untuk berbagai aplikasi pemanas dan pembangkit listrik. Selain bahan bakar cair, proses pirolisis juga menghasilkan produk yang mudah terbakar seperti arang, gas, dan banyak bahan kimia bernilai tambah lainnya. Proses pirolisis terdiri dari empat langkah utama yang terjadi pada suhu yang berbeda mengikuti urutan yang disajikan di bawah ini
1. Pengeringan biomassa yang masuk pada suhu berkisar antara 100-120 ° C
2. Distilasi gas keluar, terutama N2, CO, dan CO2, asam asetat dan metanol pada suhu 275 °C;
3. Reaksi eksotermis yang terjadi pada suhu antara 280°C dan 350°C, dengan demikian menghilangkan campuran kompleks zat kimia (yaitu, keton, aldehida, fenol, ester), CO2, karbon monoksida (CO), metana (CH4), C2H6, dan H2 dengan cara memutuskan ikatan kimia terlemah;
4. Penghilangan semua senyawa yang mudah menguap dengan penguapan pada suhu 350°C, dengan pembentukan proporsi H2, CO, dan karbon yang lebih tinggi; yang terakhir tetap dalam bentuk arang sebagai residu.
Saat ini, proses pirolisis terutama digunakan untuk produksi fraksi cair, yaitu minyak nabati, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk energi produksi melalui co-generator. Penggunaan minyak nabati memiliki banyak keuntungan yang cukup besar termasuk biaya produksi yang lebih kompetitif
dibandingkan dengan biofuel lainnya, keseimbangan emisi CO2 yang netral, dan densitas energi yang tinggi jika dimurnikan dengan baik
Proses gasifikasi mengubah bahan karbon padat (biomassa padat) menjadi gas, yang disebut gas sintesis atau syngas, yang terutama terdiri dari CO hidrogen (H2), dan nitrogen (N2). Syngas dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan listrik, atau sebagai bahan dasar untuk sejumlah besar produk dalam industri petrokimia dan industri pengilangan, seperti metanol, amonia, bensin sintetis, dll. Proses gasifikasi biomassa pada dasarnya melibatkan empat proses:
1. Oksidasi (tahap eksotermik)
Tahap oksidasi gasifikasi biomassa dilakukan untuk mencapai suhu operasi yang diperlukan untuk mengimplementasikan proses endotermik. Oksidasi dilakukan tanpa adanya oksigen. Oleh karena itu, tujuan utama dari langkah ini adalah untuk mendapatkan energi panas yang
memungkinkan seluruh proses dilakukan. Produk pembakaran yang dihasilkan adalah campuran CO, CO2, dan air.
2. Pengeringan (tahap endotermik)
Pada tahap pengeringan, uap air dalam biomassa dihilangkan pada suhu lebih dari 100 °C dengan mengubahnya menjadi uap diikuti dengan menaikkan suhu hingga 150 ° C untuk
menyelesaikan proses. Masukan panas yang diperlukan untuk tahap ini sebanding dengan kadar air bahan baku dan umumnya berasal dari fase oksidasi sebelumnya
3. Pirolisis (tahap endotermik)
Pirolisis adalah dekomposisi termal anaerobik dari bahan berkarbon yang berasal dari biomassa, yang menghasilkan fraksi padat (diwakili oleh fraksi dengan kandungan karbon tinggi, yang disebut “arang” dan oleh residu lembam dalam bentuk abu), fraksi cair (disebut “ter” yang terdiri dari zat organik yang kompleks dan dapat dikondensasi pada suhu yang relatif rendah), dan fraksi gas (campuran gas yang tidak dapat dikondensasi seperti H2, CO2, dan CO serta hidrokarbon ringan pada suhu kamar, yang disebut gas pirolisis). Tahap pirolisis bersifat endotermik dan berlangsung pada suhu berkisar antara 250 dan 700 °C.
4. Pada fase reduksi (reaksi fase gas), campuran gas dan batubara, yang berasal dari fase
sebelumnya yaitu pirolisis dan oksidasi, diubah. Produk dari fase-fase sebelumnya bereaksi satu sama lain, yang mengarah pada pembentukan syngas akhir. Temperatur reduksi merupakan parameter fundamental dalam menentukan komposisi dan karakteristik. semakin tinggi suhu prosesnya, semakin tinggi tingkat oksidasi batubara akan; menghasilkan tingkat residu padat yang rendah dan residu padat dan tar yang rendah pada akhir proses.
Pencairan adalah proses konversi biomassa yang dilakukan di dalam air pada suhu moderat berkisar antara 280 hingga 370 ° C dan tekanan tinggi (10-25 MPa). Biogranulat cair, mirip dengan minyak mentah, dan juga produk sampingan gas, air, dan padat juga dihasilkan. Produk yang diperoleh memiliki pemanasan yang tinggi dan kandungan oksigen yang rendah sehingga menjadi bahan bakar yang stabil secara kimiawi. Tujuan utama pencairan adalah untuk mendapatkan minyak dengan rasio H/C yang tinggi. Untuk jenis konversi ini, ada dua proses yang dibedakan berdasarkan bahan baku yang digunakan: pencairan biomassa lignoselulosa (bahan baku kering) dan pencairan biomassa alga (bahan baku basah). Pada dasarnya, proses yang paling banyak digunakan adalah penggunaan biomassa lignoselulosa yang diproses pada suhu sekitar 350°C dan tekanan 150 bar selama sekitar 15 menit. Di bawah kondisi proses ini, pemisahan fase spontan terjadi, menghasilkan fase gas CO2, residu padat, biokrude, dan sedikit fase air. Bahan fase padat yang diperoleh dapat digunakan secara langsung sebagai bahan bakar nabati atau pupuk. Fasa fase berair dapat digunakan di dalam pabrik untuk proses yang membutuhkan air atau dalam pencernaan anaerobik. Minyak mentah hayati yang dihasilkan, yang memiliki kandungan oksigen yang rendah oksigen yang rendah, membutuhkan penyulingan lebih lanjut untuk dieksploitasi secara komersial
