ENERGI NON-KONVENSIONA NON-KONVENSIONAL L BIOMASSA
Makalah ini dibuat Sebagai Tugas Mata Kuliah Energi Konvensional dan Energi Non-Konvensional ( TI 131412 )
DISUSUN OLEH Nama
: Rosanina Maryani
(061540411922) (061540411922)
Tia Hanifah Al-Baridah
(061540412260) (061540412260)
Tri Kurniawan
(061540412261) (061540412261)
Kelas
: IV EG.D
Kelompok
: 9
Dosen
:
Dr. Dr. Ir. Aida Syarif, M.T
PROGRAM STUDI SARJANA TERAPAN TEKNIK ENERGI JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA 2017
KATA PENGANTAR
Segala puji kepada Allah SWT, karena dengan Rahmat dan Hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Makalah yang berjudul “Energi Non-Konvensional Biomassa”. Biomassa”. Tujuan dari pembuatan tugas ini untuk mengetahui, memahami dan menyadari energi non konvensional dan manfaat dari biomassa yang terdiri dari bioetanol, biobriket dan biodiesel. Dalam
penyusunan
tugas,
tidak
sedikit
hambatan
yang
penulis
hadapi.Namun penulis menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan materi ini tidak lain berkat bantuan, dorongan, dan bimbingan orang tua, dan dosen serta teman teman. Tugas ini di susun oleh penyusun penyusun dengan berbagai rintangan. Baik Baik itu yang datang dari diri penyusun maupun yang datang dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan terutama pertolongan dari Allah akhirnya tugas ini dapat terselesaikan. Semoga tugas ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas dan menjadi sumbangan pemikiran kepada pembaca khususnya para mahasiswa dan teknisi. Kami sadar bahwa tugas ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna. Untuk itu, kepada dosen pembimbing kami Ir.Aida Syarif ,M.T serta pembaca untuk
meminta
masukannya ma sukannya
demi
perbaikan
pembuatan
tugas
kami di masa yang akan datang dan mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca.
Palembang, 5 Maret 2017
Penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .............................. .................................................... ............................................ .................................. ............ ii DAFTAR ISI ................................................ ...................................................................... ............................................ ............................... ......... iii DAFTAR GAMBAR .................................... .......................................................... ............................................ .............................. ........ v DAFTAR TABEL ............................... ..................................................... ............................................ ....................................... ................. vi BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ............................................. ................................................................... ............................ ...... 7 1.2. Rumusan Masalah ............................................... .................................................................... ..................... 8 1.3. Tujuan Umum ............................................ .................................................................. .............................. ........ 8 1.4. Tujuan khusus ............................................ .................................................................. .............................. ........ 8 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Klasifikasi ............................................ .................................................................. .................................... .............. 9 2.1.1. Pengertian Biomassa ............................................. ....................................................... .......... 9 2.1.2. Komposisi Biomassa ........................................... ...................................................... ........... 9 2.1.3. Sifat dan Karakteristik Biomassa .................................... .................................... 11 2.1.4. Pengolahan Biomassa ............................................... ..................................................... ...... 12 A. Pengolahan Modern Sebagai Biopower .................. 13 B. Direct-Fired ............................................ ............................................................. ................. 14 C. Co-Firing ............................................ .................................................................. ...................... 17 D. Pirolisis ........................................ .............................................................. ............................ ...... 19 E. Gasifikasi Biomassa ............................................. ................................................ ... 22 F.
Penguraian Anaerobik ............................................ .............................................. 27
2.1.5. Jenis-jenis Bioenergi ....................................................... ....................................................... 28 A. Biodiesel ............................................. .................................................................. ..................... 29 B. Bioetanol ............................................. .................................................................. ..................... 37 C. Bioga...... ............................................. .................................................................. ..................... 51 2.2. Prospek Pemanfaatan Sumber Daya Energi ............................. 59 2.2.1. Konversi dan Pemanfaatan Biomassa ............................. 59 2.2.2. Manfaat Penggunaan Biomassa ...................................... ...................................... 59 A. Ruang Lingkup ............................................... ........................................................ ......... 59 B. Deplesi Minyak Mi nyak Bumi .............................................. .............................................. 59
iii
C. Pemanasan Global ................................................... 60 D. Perbaikan Taraf Hidup ............................................. 60 E. Peningkatan Pendapatan Petani ............................... 61 F.
Keamanan Energi .................................................... 61
G. Mata Uang Asing ..................................................... 61 2.3. Kelebihan dan Kekurangan Biomassa ..................................... 61 BAB III CADANGAN
3.1. Cadangan Biomassa di Indonesia ............................................. 65 3.2. Cadangan Biomassa di Dunia .................................................. 71 BAB IV PENUTUP
4.1. Kesimpulan .............................................................................. 74 4.2. Saran ......................................................................................... 74 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 75
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.
Struktur
Biomassa
yang
tersusun
dari
selulosa,
hemiselulosa dan lignin .......................................................... 10 Gambar 2.2.
Skema Pengolahan Biomassa Hingga Menjadi Produk Jadi .......................................................................................... 13
Gambar 2.3.
Pengolahan Biomassa Berdasarkan Bahan Bakunya ......... 14
Gambar 2.4.
Skema Sistem Pembangkit Listrik Melalui Dir ect-F ield .... 15
Gambar 2.5.
Diagram Alir Pembuatan Briket .......................................... 16
Gambar 2.6.
Direct Co-F iring ..................................................................... . 18
Gambar 2.7.
I ndirect Co-F ir ing ................................................................... 18
Gambar 2.8.
Parallel Co-F ir ing ................................................................... 19
Gambar 2.9.
Liquifikasi Biomassa dengan Pirolisis .................................. 22
Gambar 2.10. Prinsip Proses Gasifikasi ....................................................... 24 Gambar 2.11. Produksi Biodiesel Bebahan Baku Minyak Sawit ............... 31 Gambar 2.12. Treatment Bahan Baku Bioetanol Sebelum Diolah ............ 41 Gambar 2.13. Liquifikasi dan Sakarifikasi .................................................. 42 Gambar 2.14. Fermentasi Bahan Baku Bioetanol ....................................... 43 Gambar 2.15. Langkah Kerja Pembuatan Bioetanol .................................. 45 Gambar 2.16. Limbah Hasil Pembuatan Bioetanol .................................... 45 Gambar 2.17. Limbah Pertanian .................................................................. 53 Gambar 2.18. Pembuatan Biogas............. ..................................................... 52 Gambar 3.1.
Peta Potensi Biomassa di Indonesia ..................................... 65
Gambar 3.2.
Total Potensi Biomassa .......................................................... 66
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Indikator Pembeda Biomassa Tradisional dan Biomassa Modern .................................................................................... 12
Tabel 2.2.
Reaksi Kimia Penguraian Selulosa ....................................... 21
Tabel 2.3.
Komposisi Gas Hasil .............................................................. 26
Tabel 2.4.
Syarat Mutu Biodiesel Ester Alkil ........................................ 36
Tabel 2.5.
Yield Minyak dari Tanaman Darat dan Mikroalga per Satuan Luas Area ................................................................... 37
Tabel 2.6.
Kandungan Minyak dari Beberapa Jenis Alga ................... 37
Tabel 2.7.
Konversi Bahan Baku Tanaman yang Mengandung Pati atau Karbohidrat dan Tetes menjadi Bio-Ethanol ............. 39
Tabel 2.8.
Perbandingan Waktu Nyala dan Kecepatan Pembakaran Kaitanyya dengan Nilai Kalor dari Berbagai Biobriket dan Batubara .......................................................................... 52
Tabel 2.9.
Kelebihan dan Kelemahan Sumber Energi dari Biomassa Dibandingkan Sumber Energi Terbarukan Lain ............... 60
Tabel 3.1.
Kapasitas PLT Biomassa Terpasang per Tahun di Indonesia ................................................................................. 70
Tabel 3.2.
Population Relying on Traditional Use of Biomass for Cooking in 2013 ...................................................................... 71
Tabel 3.3.
Traditional Use of Biomass for Cooking in Developing Asia 2013 .......................................................................................... 71
vi
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Biomassa
adalah
bahan
organik
yang
dihasilkan
melalui
pross
fotosintetik, baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran ternak.Selain digunakan untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan ternak, miyaknabati, bahan bangunan dan sebagainya, biomassa juga digunakan sebagai sumberenergi (bahan bakar). Umum yang digunakan sebagai bahan bakar adalah biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Saat ini, ketersediaan energi fosil semakin berkurang, khususnya minyak bumi. Setelah terjadinya krisis energi yang pernah mencapai puncak sekitar dekade 1970-an, dunia saat ini menghadapi kenyataan bahwa persediaan minyak bumi, sebagai salah satu tulang punggung produksi energi terus berkurang. Di masa mendatang, dunia akan terancam semakin kesulitan untuk menemukan dan menggunakan sumber energi dari fosil. Eksplorasi yang telah dilakukan, konsumsi dalam jumlah besar serta pertambahan penduduk yang tinggi di masa depan, akan membuat persediaan energi fosil khususnya minyak bumi tidak dapat mengimbangi permintaan terhadap kebutuhan energi. Para ahli berpendapat, dengan pola konsumsi seperti sekarang diperkirakan dalam waktu 50 tahun ke depan cadang minyak bumi dunia akan habis. Keadaan ini bisa diamati dengan kecenderungan meningkatnya harga minyak di pasar dalam negeri dan ketidakstabilan harga minyak di pasar internasional (Pinske, 2000). Jumlah pemakaian energi di Indonesia masih sangat tergantung dari bahan bakar fosil. Jika hal ini terus berlanjut maka bisa saja terjadi krisis global akibat semakin sedikitnya bahan baku fosil ini. Oleh karena itu dewasa ini sumber energi baru terbarukan sedang digalakkan di Indonesia. Dari beberapa data masih terlihat dominasi penggunaan batubara, minyak bumi dan gas sebagai sumber energi. Kondisi ini sangat
7
disayangkan mengingat Indonesia menyimpan potensi biomassa yang begitu melimpah. Jika potensi ini dapat dimanfaatkan dengan maksimal maka akan memecahkan permasalahan energi yang terjadi selama ini, salah satu sumber biomassa yang mudah didapatkan dan berada disekitar kita adalah sampah.
1.2.
Rumusan Masalah
1. Apa saja klasifikasi biomassa? 2. Apa saja manfaat dari biomassa? 3. Apa saja kelebihan dan kekurangan biomassa? 4. Bagaimana teknologi pengolahan biomassa? 5. Berapa banyak cadangan biomassa di Indonesia dan dunia?
1.3.
Tujuan Umum
Mahasiswa dapat mengetahui potensi energi biomassa sebagai energi nonkonvensional
1.4.
Tujuan Khusus
Tujuan khusus dari makalah ini adalah : 1. Untuk mengetahui klasifikasi biomassa 2. Untuk mengetahui pemanfaatan biomassa 3. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan biomassa 4. Untuk mengetahui teknologi pengolahan biomassa 5. Untuk mengetahui cadangan biomassa di Indonesia dan dunia
8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Klasifikasi Biomassa
2.1.1. Pengertian Biomassa
Biomassa adalah bahan yang berasal dari makhluk hidup, termasuk tanaman, hewan dan mikroba. Penelitian mengenai nilai tambah yang dapat dieksplorasi dari biomassa banyak dilakukan dekade terakhir ini, terutama bila dikaitkan degan hajat hidup utama manusia yang menyangkut pada kebutuhan energi dan bahan lain yang selama ini didapat dari sumber yang tidak dapat diperbaharui. Menjadikan biomassa sebagai sumber untuk memenuhi kebutuhan tersebut menjadi menarik, sebab biomassa merupakan bahan yang dapat diperbaharui, meliputi pohon, tumbuhan, tanaman produksi dan residunya, seratserat tanaman, limbah hewan, limbah industri dan limbah-limbah lain yang berupa bahan organik. Pemanfaatan energi biomassa yang sudah banyak ada saat ini adalah dari limbah Biomassa. Yakni, sisa-sisa Biomassa yang sudah tidak terpakai semisal bagas (bekas tebu kering), tangkai jagung, tangkai padi, dan yang semisalnya. Pencarian dan pengujian jenis tanaman yang secara khusus telah disiapkan untuk ditanam sebagai sumber energi Biomassa sudah dilakukan selama beberapa tahun terakhir.
2.1.2. Komposisi Biomassa
Banyak tanaman yang telah diusulkan untuk kemudian diuji, yang secara umum, tanaman untuk sumber energi biomassa ini harus memiliki beberapa karakteristik berikut: 1. Mudah ditanam dengan hasil produksi biomassa kering yang tinggi 2. Tidak membutuhkan banyak usaha untuk perawatan (kebutuhan pupuk/air) 3. Biaya keseluruhan yang dibutuhkan cukup rendah. 4. Tidak memiliki banyak kontaminan. 5. Tahan terhadap hama Karakteristik di atas sangat bergantung kepada kondisi iklim dan tanah di mana tanaman tersebut ditumbuhkan.
9
Gambar 2.1 Struktur biomassa yang tersusun dari selulosa, hemiselulosa dan lignin
Biomassa umumnya mengandung tiga komponen penting; selulosa (40 – 50%), hemiselulosa (20 – 30%), lignin (20 – 25%), dan sejumlah kecil kandungan lainnya. Rasio ini bisa berbeda-beda tergantung jenisnya. Rasio antara selulosa/hemiselulosa dan lignin merupakan salah satu faktor penentu dalam identifikasi kesesuaian jenis tanaman untuk pengolahan selanjutnya sebagai sumber energi. Selulosa adalah polimer glukosa, yang terdiri dari rantai lurus unit monomer (1,4)-D-glukopiranosa (C6), di mana setiap unitnya dihubungkan dalam konfigurasi pada posisi 1 – 4, dengan berat molekul sekitar 100.000. Hemiselulosa adalah campuran polisakarida (dari monomer C5 dan C6), terdiri hampir seluruhnya adalah gula seperti glukosa, manose, xilosa, arabinosa dan yang lainnya dengan berat molekul rata-rata sekitar 30.000. Berbeda dengan selulosa, ikatan unit monomer pada hemiselulosa adalah bercabang terikat erat secara acak dan ke permukaan setiap mikrofibril selulosa. Adapun untuk lignin, meski struktur tepatnya belum bisa dipastikan, namun lignin dapat dianggap sebagai grup amorf tiga dimensi yang terdiri dari struktur metoksi fenilpropana. Ada tiga monomer utama yang membentuk struktur lignin (monolignol) adalah: alkohol p-koumaril, koniferil, dan sinapil. Monolignol ini membangun struktur lignin dalam ikatan phenylpropanoids p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G) dan syringyl (S), yang menyebabkan tingginya berat molekul total lignin. (Lihat Gambar 1). Para peneliti mengkategorikan biomassa dalam berbagai kelompok, namun secara mudah dapat diklasifikan sebagai berikut: 1. Tanaman berkayu (woody plant/lignocellulose)
10
2. Tanaman rerumputan (herbaceous plants/grasses) 3. Tanaman air (aquatic plants) 3. Pupuk (manure/compost) Masing-masing kategori memiliki kadar rasio selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang berbeda. Saat ini, kategori biomassa tanaman berkayu, rerumputan, dan tanaman air sedang digalakkan untuk dipelajari oleh sebagian besar peneliti dan penyedia teknologi.
2.1.3. Sifat dan Karakteristik Biomassa
Biomassa dapat dikonversi menjadi 3 jenis produk utama: 1. Energi panas/listrik 2. Bahan bakar transportasi 3. Bahan baku kimia. Pemilihan jenis biomassa untuk dikonversi produk-produk di atas sangat terkait sifat-sifat kimia dan fisika yang dimilikinya (chemical/physical property). Sifat-sifat ini adalah sifat yang melekat pada biomassa, yang menentukan pilihan proses konversi dan teknologi pengolahan selanjutnya. Sifat-sifat dan karakteristik penting pada biomassa yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut: 1. kadar air (intrinsik dan ekstrinsik) 2. nilai kalori 3. kandungan residu/abu 4. kandungan logam alkali 5. rasio antara selulosa dan lignin 6. kandungan karbon terikat (fixed carbon) dan kandungan zat volatile (volatile matter). Terdapat dua tipe biomassa sebagai bahan baku bioenergi : 1. Biomassa Mentah Yaitu bahan yang berasal dari benda hidup yang tidak diproses. Contohnya produksi industri hutan, seperti kayu atau sisa logging yang tidak ekonomis untuk dibuat produk jadi, produk-produk hasil pertanian, seperti jagung, ubi, rumput,
11
kelapa sawit, dan produk-produk laut seperti alga dan ganggang. Salah satu pemanfaatan biomassa mentah menjadi sumber energi ialah pellet kayu. 2. Biomassa Bekas Olahan Yaitu bahan yang awalnya diturunkan dari biomassa mentah tapi telah mengalami perubahan yang berarti baik secara fisik maupun secara kimia. Misalnya kertas, produk-produk karet alam, hasil samping dari pengolahan bahan pangan dan minyak goreng bekas.
2.1.4. Pengolahan Biomassa
Tabel 2.1. Indikator Pembeda Biomassa Tradisional dan Biomassa Modern
NO.
INDIKATOR
BIOMASSA
BIOMASSA MODERN
TRADISIONAL 1.
Terminologi/istilah
Tidak ada penggantian
Ada pergantian biomassa secara
tanaman secara nyata
tindakan nyata melalui budidaya
dilapangan melalui
menghasilkan listrik.
budidaya
2.
3.
Tujuan Penggunaan
Efisiensi Konversi
Memasak dan
Kendaraan mesin, penghangat
menghangatkan ruangan
ruangan.
Rendah
Tinggi
Pembakaran Langsung
Gasifikasi, pyrolysis,
Energi
4.
Teknologi Konversi
thermolysis
5.
Perlakuan
Hanya untuk pengeringan
Pengeringan,pembuatan pellet,
pra penggunaan biomassa
disangrai (torrifled), dan lain lain
6.
Produk Tambahan
Hanya abu
Gas,biosolid,biofuel
7.
Pengguna
Rumah tangga, Negara-
Industri, pabrik pembangkit
negara miskin dan sedang
listrik, dan pemukiman,
berkembang
Negara-negara maju
12
8.
Implikasi
Berpengaruh pada
Dianggap nol karena ada
penambahan gas penyebab
penggantian melalui budidaya
efek rumah kaca melalui
yang akan menyerap CO 2
penambahan CO2
kembali ke dalam system tumbuhan
Gambar 2.2 Skema Pengolahan Biomassa Hingga Menjadi Produk Jadi
A.
Pengolahan Modern sebagai Biopower
Penggunaan biomassa untuk membangkitkan energi listrik diseput biopower atau biomassa power. Biopower menjadi hal yang menarik diperbincangkan akhir-akhir ini sebab 1MWh energi listrik yang dihasilkan dari biopower menghindarkan emisi CO 2 sebesar 1 ton. Biopower adalah penggunaan biomassa melalui pembakaran langsung, atau mengubahnya menjadi bahan bakar bebentuk gas atau minyak, untuk menghasilkan energi listrik. Ada 5 tipe sistem biopower, yaitu pembakaran langsung (direct fired), co-firing, gasifikasi, penguraian anaerobik dan pirolisis.
13
Sumber : Renewable 2015 Status Report
Gambar 2.3 Pengolahan Biomassa Berdasarkan Bahan Bakunya
B.
Direct-fired Direct-fired dilakukan
dengan
membakar
biomassa
secara
langsung untuk menghasilkan uap panas, menggerakkan turbin dan generator hingga dihasilkan energi listrik. biomassa mengandung holoselulosa (selulosa dan hemiselulosa), lignin dan ekstraktif yang mempunyai nilai panas yang cukup tinggi. Selulosa dan hemiselulosa mempunyai nilai panas 8000 Btu/lb. Lignin mempunyai nilai panas 10.000-11.000 Btu/lb. Dengan lignin sebesar 11.479 Btu/lb, Tillmasn (1978) merumuskan nilai panas kayu sebagai berikut : hₒ = 7.527 + 11.479(1-C) hₒ = nilai panas kayu (Btu/lb) C = fraksi selulosa (%) Dalam
persamaan
tersebut
diasumsikan
bahwa
ekstraktif
mempunyai nilai panas yang sama dengan lignin. Bila diasumsikan bahwa bahan kayu tersebut tidak mengandung ekstraktif, maka persamaasn menjadi : hₒ = 7.527 + 39,52X l Xl = kandungan lignin (%) 14
Ekstraktif mempunyai nilai panas yang cukup tiinggi, yaitu 13.896 Btu/lb. Menurut Howard (1973) resin mempunyai nilai panas sebesar 15.000-16.000 Btu/lb. Dengan mengasumsikan bahwa nilai panas ekstraktif sebesar 13.896 Btu/lb, maka didapat persamaan sebagai berikut: hₒ = 7.527 + 39,52X l[(100-XE)/100] + 63,69X E XE = kandungan ekstraktif (%) Xl[(100-XE)/100] = kandungan kignin Klason (%OD)
Gambar 2.4 Skema sistem pembangkit listrik melalui direct-fired
Sebelum dibakar, biomassa harus dikeringkan terlebih daulu, lalu kecilkan ukurannya selanjutnya dijadikan briket (pellet). Pembriketan adalah proses densifikasi bahan organik lepas, seperti sekam padi, sekam kopi, serbuk gergaji. Dengan pembriketan, maka karakteristik biomassa sebagai bahan bakar akan meningkat. Panas yang didapat dari pembkanaran biomassa (briket) digunakan untuk menghasilkan uap panas yang diumpankan ke boiler. Uap panas yang dihasilkan akan memutar roda turbin dan melalui suatu generator, putaran tersebut akan menghasilkan energi listrik.
15
Gambar 2.5 Diagram Alir Pembuatan Briket
Pembriketan
biomassa
akan
meningkatkan
karakteristik
penanganan biomassa, meningkatkan nilai kalori per satuan volum, mengurangi ongkos angkut dan membuat biomassa dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Proses utama pembriketan meliputi pengeringan, penggerindaan, pengayakan, pemadatan dan pendinginan. Hasil samping utama
produk
pertanian,meliputi
kayu,
serbuk
gergaji
dan
lain
sebagaimana dapat dijadikan briket. Faktor utama yang mempengaruhi pemilihan bahan mentah untuk proses pembriketan adalah kadar air, kadar abu, ukuran partikel dan flow characteristics. Kadar air ang dikehendaki untuk penggerindaan adalah 10% hingga 15%. Kadar abu yang dikehendaki untuk pembriketan adalah sekitar 4%. Pada beberapa industri, uap panas yang dihasilkan tidak saja digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik, tetapi juga digunakan untuk proses produksi dan menghangatkan ruangan. Sehingga energi yang dihasilkan dari uap panas dapat dipergunakan lebih efisien. Industri yang menggunakan teknologi tersebut dinamakan Combined Heat and Power (CHP) facility, industri yang mengintegrasikan antara fasilitas panas dan energi.
16
Menggunakan teknologi pembangkit listrik bertenaga uap yang menggunakan biomassa sebagai bahan bakarnya memungkinkan untuk dikembangkan, namun efisinsi yang dihasilkannya sangat terbatas.
C.
Co-firing Merupakan
proses
pembakaran
langsung
dengan
mengkombinasikan bahan bakar antara batubara dengan biomassa untuk menghasilkan energi. Cara ini dilakukan untuk menurunkan emisi yang dikeluarkan oleh batubara sehingga menurunkan dampak pemanasan global yang sedang marak di perdebatkan. Selain menurunkan emisi, kombinasi antara batubara dengan biomassa, seperti penelitian yang dilakukan oleh National Energy Laboratory (NREL) menunjukan bahwa kombinasi ini dapat meningkatkan efisiensi turbin hingga 33 % – 37%. Beberapa keuntungan yang dihasilkan dari kombinasi batubara dan biomassa yaitu: menurunkan sulfur dioksida yang dapat menyebabkn hujan asam, kabut, dan polusi ozon. Disamping itu, karbon dioksida yang dihasilkan dari hasil pembakaran akan menurun. a.
Direct Co-firing Pada konfigurasi ini, biomassa (sebagai bahan bakar sekunder)
dimasukkan bersamaan dengan batubara (sebagai bahan bakar primer) ke dalam boiler yang sama. Direct co-firing lebih umum digunakan karena paling murah. Pada direct co-firing sendiri, ada dua pendekatan yang dapat dilakukan. Yang pertama adalah pencampuran dan perlakuan awal terhadap
biomassa
dan
batubara
dilakukan
bersamaan
sebelum
diumpankan ke pembakar. Yang kedua, perlakuan awal biomassa dan batubara dilakukan secara terpisah, kemudian baru diumpankan ke pembakar.
17
Gambar 2.6 Direct Co-Firing b.
Indirect Co-Firing Konfigurasi indirect co-firing mengacu pada proses gasifikasi
biomassa, dimana gas hasil gasifikasi biomassa kemudian diumpankan ke dalam pembakar dan dibakar bersama batubara. Dengan menggunakan konfigurasi ini, abu dari biomassa akan terpisah dari abu batubara dengan tetap menghasilkan rasio co-firing yang sangat tinggi. Kekurangan dari indirect co-firing adalah biaya investasinya yang tinggi.
Gambar 2.7 Indirect Co-Firing c.
Parallel Co-Firing Parallel co-firing melibatkan suatu pembakar dan boiler terpisah
untuk
biomassa,
dimana
hasil
pembakaran
dari
biomassa
akan
membangkitkan steam yang kemudian akan digunakan pada sirkuit power plant pembakaran batubara. Walaupun konfigurasi ini membutuhkan investasi yang lebih besar daripada direct co-firing, konfigurasi ini 18
memiliki
kelebihan
tersendiri.
Dengan
menggunakan
konfigurasi
ini,sangatlah mungkin untuk digunakan bahan bakar dengan kandungan logam alkali dan klorin tinggi dan abu dari hasil pembakaran batubara serta biomassa akan dihasilkan terpisah.
Gambar 2.8 Parallel Co-Firing
D.
Pirolisis
Pirolisis adalah dekomposis kimia bahan organik melalui proses pemanasan atau tanpa reaktan lain kecuali kemungkinan uap air dimana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Proses pirolisis merupakan tahap awal dari rangkaian proses yang terjadi dalam proses gasifikasi dan melibatkan proses kimia dan fisik yang kompleks dimana suatu perubahan dalam kondisi operasi berpengaruh pada proses secara keseluruhan. Pirolisis (juga disebut termalisis) dekomposisi termal (panas) dari bahan organik, seperti pada waktu batubara dipanaskan lebih dari 300 °C tanpa udara atmosfer. Pada reaksi kimia pirolisis biomassa, terdapat tiga faktor yang berpengaruh. 1)
19
Bahan baku
: komposisi kimia, kadar air.
2)
Reaktor
: vertical – shaft / batch reactor, rotating tubular / fluidized – bed reactor.
3)
Kondisi operasi
: suhu pirolisis, waktu pirolisis (waktu tinggal)
Seiring waktu reaksi dan suhu dinaikkan, komposisi dari produk pirolisis berkembang menjadi komponen yang lebih stabil. Dekomposisi bahan organik dijabarkan sebagai berikut. 100 – 200 °C
Pengeringan dengan pemanasan, dehidrasi.
250 °C
Hilangnya
cairan
dan
karbon
dioksida.
Evolusi
hidrogen. 340 °C
Putusnya rantai karbon makromolekul.
380 °C
Tahap pirolisis, pengayaan karbon.
400 °C
Pecahnya rantai C-O dan C-H.
400 – 600 °C
Konversi komponen organik cair dalam hal ini untuk menghasilkan produk pirolisis cair (tar).
600 °C
Pemecahan komponen organik cair untuk menghasilkan komponen yang stabil (gas, hidrokarbon rantai pendek) senyawa aromatik (senyawa bensen).
>600 °C
Pemanasan
aromatis
menghasilkan
benzen
dan
aromatik titik didih tinggi. Proses pirolisis dapat dibagi menjadi beberapa fase dimana menjadi pedoman kesuksesan prosesnya. 1)
Fase pengeringan.
2)
Fase pirolisis.
3)
Fase evolusi gas. Pada suhu 200 °C pengeringan fisik disertai produksi uap air, jika
yang dimasukkan bahan biomassa yang basah maka perlu disertakan atau dimasukkan steam (uap air panas) ke dalam reaktor, Pirolisis terjadi pada suhu 200 – 500 °C. struktur makromolekul pecah menjadi gas, komponen organik cair, karbon padat. Evolusi gas terjadi pada 500 – 1200 °C, produk hasil pirolisis diturunkan lebih lanjut, karbon padat dan produk organik cair menghasilkan gas yang stabil. Hidrokarbon besar molekul besar
20
dipecah menjadi metana dan karbon padat. Metana direaksikan dengan uap air dikonversi menjadi karbon monoksida dan hidrogen. Karbon padat direksikan dengan uap air atau karbon dioksida dikonversi menjadi karbon monoksida dan hidrogen. Reaksi kimia peruraian selulosa pada biomassa. 3(C6H10O5)
8H2O + C6H8O + 3CO2 + CH4 + H2 + 8C
Reaksi utama yang terjadi pada fase evolusi gas dijabarkan sebagai berikut. CnHm
xCH4 + y H2 + zC
CH4 + H2O
CO + 3H2
C + H2O
CO + H2
C + CO2
2CO (Ullmann’s, 2002)
Tabel 2.2 Reaksi kimia peruraian selulosa Reaksi C6H10O5 + panas
Produk CH4 + 2CO + 3H2O + 3C
C6H10O5 6C + 5H2O(g)
Karbon
C6H10O5 0.8 C6H8O + 1.8 H2O(g) + 1.2 CO2
Oli residu
C6H10O5 2C2H4 + 2CO2 + H2O(g)
Etilen
Sumber : (Sorensen B, 2004)
Sebelum dimasukkan ke reaktor, biomassa dikecilkan ukurannya terlebih dahulu, hingga ukurannya tidak lebih besar dari 14 m3sh. Pirolisis cepat dilakukan pada suhu 500ºC tekanan 101kPa. Setelah proses pirolisis selesai, arang padat dipisahkan dari cairan yang dihasilkan dengan alat pemisah berputar. Arang yang dihasilkan tersebut selanjutnya digunakan sebagai bahan bakar untuk memanaskan reaktor. Hasil pirolisis 1 kg biomassa yang berasal dari sampah perkotaan adalah 10% air, 20% arang (kandungan energi sekitar 4500kkal/kg), 30% gas (kandungan energi sekitar 3570 kkal/m 3) dan 40% minyak (kandungan energi sekitar 5950kkal/kg).
21
Gambar 2.9 Likuifikasi Biomassa dengan Pirolisis
E.
Gasifikasi biomassa
Proses gasifkasi telah dikenal sejak abad lalu untuk mengolah batubara, gambut. Atau kayu menjadi bahan bakar gas yang kini mulai dimanfaatkan. Pada tahun-tahun terakhir ini proses gasifikasi mendapat perhatian kembali di seluruh dunia, terutama untuk mengolah biomassa sebagai sumber energi alternatif yang terbaharukan. 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 untuk memperoleh karbon atau arang, tetapi sebagian menyebut pada proses pirolisis merupakan high temperature carbonization (HTC), lebih dari 500 ºC. Karbonisasi merupakan suatu proses untuk mengkonversi bahan orgranik menjadi arang . pada proses karbonisasi akan melepaskan zat yang mudah terbakar seperti CO, CH 4, 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.Proses pirolisis menghasilkan produk berupa bahan bakar padat yaitu karbon, cairan berupa campuran tar dan beberapa zat
22
lainnya. Produk lainn adalah gas berupa karbon dioksida (CO 2), metana (CH4) dan beberapa gas yang memiliki kandungan kecil. Biomassa dengan kadar air kurang dari 50% dapat dipanaskan dalam udara terbatas dan diubah menjadi gas ( syngas) yaitu campuran antara gas karbon monoksida dan hidrogen. Syngas dapat digunakan sebagai ahan bakar untuk membangkitkan energi listrik atau dapat juga dikonversi menjadi bentuk lain, seperti hidrokarbon, alkohol, eter atau produk kimia lainnya. Syngas yang akan dijadikan bahan bakar untuk membangkitkan energi listrik atau dapat juga dikonversi menjadi bentuk lain, seperti hidrokarbon, alkohol, eter atau produk kimia lainnya. Syngas yang akan dijadikan bahan bakar harus dibersihkan terlebih dahulu secara menyeluruh sebelum masku ke ruang bakar, sebab syngas yang dihasilkan masih mengandung beberapa senyawa kimia yang dapat menyebabkan karat pada mesin. Secara sederhana proses gasifikasi dapal dikatakan sebagai reaksi kimia pada temperatur tinggi antara biomassa dengan udara. Yang tahapannya dapat digambarkan sebagai berikut. 1)
Tahap pengeringan. Akibat pengaruh panas, biomassa mengalami pengeringan pada
temperatur sekitar 100ºC. 2)
Tahap pirolisis. Bila temperatur mencapai 250ºC, biomassa mulai mengalami
proses pirolisis yaitu perekahan molekul besar menjadi molekul-molekul kecil akibat pengaruh temperatur tinggi. Proses ini berlangsung sampai temperatur 500ºC. Hasil proses pirolisis ini adalah arang, uap air, uap tar, dan gas- gas. 3)
Tahap reduksi. Pada temperatur di atas 600ºC arang bereaksi dengan uap air dan
karbon dioksida. Untuk menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida sebagai komponen utama gas hasil.
23
4)
Tahap oksidasi. Sebagian kecil biomassa atau hasil pirolisis dibakar dengan udara
untuk menghasilkan panas yang diperlukan oleh ketiga tahap tersebut di atas. Proses oksidasi (pembakaran) ini dapat mencapai temperatur 1200ºC, yang berguna untuk proses perekahan tar lebih lanjut. Tahap-tahap proses diatas dilaksanakan dalam satu alat yang disebut gasifier atau reaktor gasifikasi.
Gambar 2.10 Prinsip Proses Gasifikasi
a.
Biomassa Sebagai Umpan Gasifikasi
Dengan unsur utama karbon, hidrogen dan oksigen. hampir semua jenis biomassa dapat dipakai sebagai umpan gasifikasi. Tetapi agar prosesnya berjalan lancar, ada persyaratan teknis yang perlu diperhatikan:
Kadar air biomassa tidak lebih dari 30%
Bentuk partikel mendekati bulat atau kubus, bukan panjang atau pipih
Ukuran partikel antara 0,5 - 5,0 cm
Tidak banyak mengandung zat-zat anorganik
Rapat massanya di atas 400 kg/m 2
Untuk memenuhi persyaratan tersebut di atas, kadang-kadang diperlukan pengolahan awal seperti: pengeringan. pemotongan atau pemampatan. Di samping itu biomassa harus tersedia dalam jumlah yang
24
cukup secara kontinyu, nilai ekonomisnya rendah atau tidak ada manfaat lainnva. Kayu, batok kelapa, tongkol jagung dan batok sawit merupakan biomassa yang mendekati persyaratan tersebut diatas Sekam padi. serbuk gergaji, sabut kelapa. kulit kopi danl lain-lainnya adalah contoh biomassa yang perlu penanganan khusus untuk proses gasifikasi.
b.
Gas Hasil Gasifikasi
Gas hasil gasifikasi terutama terdiri dari gas-gas mempan bakar yaitu CO, H2, dan CH4 dan gas-gas tidak mempan bakar CO 2, dan N2. Komposisi gas ini sangat tergantung pada komposisi unsur dalam biomassa, bentuk dan partikel biomassa, serta kondisi-kondisi proses gasifikasi. Sebagai ilustrasi, komposisi gas hasil gasifikasi beberapa biomassa disajikan dalam Tabel 2. Dengan panas pembakaran antara 3000 - 5000 Watt, gas ini dapat diumpankan ke dalam motor bakar torak maupun sebagaI bahan bakar untuk pemanas.
c.
Gas Hasil Untuk Motor
Motor bensin maupun motor diesel dapat digabungkan dengan perangkat gasifikasi untuk memanfaatkan gas hasil. Untuk maksud ini, gas hasil dialirkan ke dalam aliran udara masuk motor, dengan sambungan pipa silang atau sistem injeksi. Sambungan silang sangat sederhana dan murah sesuai untuk kapasitas rendah. Sedangkan sistem injektor agak rumit pembuatanya tetapi dapat memberikan pencampuran gas-udara yang lebih baik, dan sesuai untuk kapasilas tinggi. Disamping panas pembakarannya, gas hasil harus memenuhi persyaratan-persyaratan berikut ini agar tidak mengurangi performansi dan umur motor:
25
Kandungan tar tidak lebih dari 100 mg/m 3
Kandungan abu maksimum 50 mg/m 3
Ukuran debu tidak lebih dan 10 mikrometer
Temperatur gas di bawah 40ºC
Dalam motor bensin, seluruh kebutuhan bensin dapat digantikan dengan gas. Daya motor dapat diatur dengan pengaturan laju alir campuran gas-udara dengan komposisi tetap. Karena kecepatan pembakaran gas kurang daripada kecepatan pembakaran bensin. maka waktu pengapian busi harus diajukan, kira-kira 15 derajat lebih atas. Dalam motor diesel, tidak seluruh kebutuhan solar dapat digantikan. Karena sedikit solar tetap diperlukan untuk sarana pengapian. Operasi ini disebut sebagai sistem bahan bakar ganda. Dalam praktek, komposisi bahan bakar ganda ini kira-kira 20% solar dan 80% gas. Pengaturan daya motor dapat dilakukan dengan pengaturan laju alir gas, sementara laju alir solar diatur pada kebutuhan minimum untuk sarana pengapian. Daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh motor bensin maupun motor diesel dengan bahan bakar gas turun sampai kira-kira 70% dari daya aslinya. Motor untuk penggunaan gas hasil gasifikasi sebaiknya dipilih yang mempunyai kecepatan nominal 1500 putaran permenit. Berdasarkan pengalaman di ITB, satu liter bensin atau solar dapat digantikan dcngan 7,5 m2 gas dari gasifikasi 4 kg kayu atau 6 kg sekam.
d.
Gas Hasil Sebagai Umpan Burner
Gas hasil biomassa tergolong gas bahan bakar berkualitas rendah (dibandingkan dengan panas pembakaran gas alam 32000kJ/m 3). Gas hasil gasifikasi dapat digunakan untuk motor diesel, motor bensin, atau alat pemanasan dan pengeringan. Gasifikasi biomassa dapat mengurangi ketergantungan akan bahan bakar minyak di tempat-tempat terpencil Tabel 2.3 Komposisi gas hasil Biomassa
Batok kelapa
Kayu-karet
Batok sawit
Sekam padi
Bentuk
Pipih
Balok
Pipih
Jarum
Ukuran (cm)
2x2
2x2x5
2x1
1
%CO
25,0
18,0
20,4
20,1
%H2
12,0
16,0
11,1
11,3
%CH4
1,5
1,8
0,8
1,8
Komposisi
26
%CO2
10,0
10,3
9,8
11,4
%N2
51,5
54,0
57,9
55,4
Panas
4900
4600
4100
4350
pembakaran (kJm2)
Sumber : Andi, 2003
Secara teoritik satu m3 gas hasil gasifikasi biomassa memerlukan 1,2 m3 udara untuk pembakaran, dan menghasiIkan temperatur 1600ºC. Pada prakteknya, temperatur pembakar-an gas ini hanya berkisar antara 700-1200ºC. Berdasarkan kualitasnya, gas hasil ini tidak ekonomis bila disimpan atau didistribusikan tetapi harus dimanfaatkan di tempat proses gasifikasi. Penggunaan gas yang paling sesuai adalah untuk pengeringan hasil-hasil pertainian, perkebunan dan kehutanan yang tidak memerlukan temperatur terlalu linggi. Ketika biomassa dibakar pada suhu tinggi (500-900ºC), maka akan terbentuk abu yang meliputi sejumlah kecil logam berat yang dapat menguap (Cd, Pb, dan Zn) dan sejumlah besar mineral uang merupakan nutrien biomassa (K dan Ca). Seara umum ada 3 fraksi abu yang terbentuk dalam pembakaran biomassa, abu bagian dasar, yang mengendap pada panggangan, dan abu halus yang sebagian bes ar mengandung aerosol yang terbentuk selama pembakaran. Logam berat yang dapat menguap terlepas ke udara selama pembakaran dan terakumulasi bersama abu yang melayang, selanjutnya terkondensasi atau bereaksi secara kimia dengan partikel lain yang melayang pada cerobong pembakaran. Abu dasar yang bercampur dengan abu kasar yang mengandung logam berat dapat menyebabkan polusi pada tanah.
F.
Penguraian Anaerobik
Penguraian anaerobik adalah suatu proses biologi, dimana metana akan dilepaskan dalam proses pembusukan yang dilakukan oleh bakteri dari archaea, metana yang dihasilkan selanjutnya digunakan sebagai
27
digunakan sebagai bahan bakar untuk membangkitkan energi listrik. Sebagai bahan baku untuk proses penguraian anaerobik dapat digunakan kotoran hewaan ternak atau dari limbah rumah tangga. Pada proses yang sederhana, kotoran ternak ditempatkan dalam suatu kantong dan diuraikan dengan bantuan bakteri dan air. Bakteri akan menguraikan bahan organik padat menjadi gula dan asam amino. Proses fermentasi bahan-bahan tersebut akan menghasilkan asalam lemak yag menguap ( volatile fatty acids/ VFAs). VFAs lalu akan membentuk hidrogen, karbon dioksida dan asetat melalui proses acidogenesis. Selanjutnya biogas akan diproduksi oleh proses methanogeneseis. Biogas tersebut meruakan campuran dari 5570% metana, 25-30% karbon dioksida dan sebagian kecil lainnya berua nitrogen dan hidrogen sulfida.
2.1.5. Jenis-Jenis Bioenergi
Bioenergi merupakan energi alternatif yang berasal dari sumber-sumber biologis. Keunggulan pemanfaatan bioenergi ini adalah meningkatkan kualitas lingkungan,
meningkatkan
pertumbuhan
ekonomi,
serta
mengurangi
ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Saat ini pengembangan bioenergi telah sampai pada generasi keempat yakni mengubah vegoil dan biodiesel menjadi gasolin. Generasi pertama pengembangan bioenergi ini dinilai kurang etis karena berkompetisi dengan bahan pangan dan pakan menjadi vegetable oil, biodiesel, bio-alcohol, biogas, solid biofuel, dan syngas. Pemanfaatan bahan diluar pangan dan pakan dimulai pada generasi kedua diantaranya menggunakan limbah, cellulose dan tanaman yang didedikasikan untuk pengembangan energi (dedicated energy crops), yang mengubah biomassa menjadi liquid technology. Generasi ketiga pengembangan biofuel adalah oligae yang berasal dari algae. Selain itu, Pemanfaatan bioenergi saat ini bahkan telah sampai pada pengembangan bahan bakar pesawat terbang. The Embraer EMB 202 Ipanema merupakan pesawat pertama yang berbahan bakar ethanol dan banyak dimanfaatkan di lahan pertanian (agricultural aircraft ). Selain itu, telah dikembangkan juga syngas berbahan dasar kayu yang dimanfaatkan sebagai generator.
28
Pada tahun 2005 negara di belahan Amerika Selatan telah memproduksi 16.3 milyar liter ethanol, menyumbang 33.3 persen produksi dunia dan 42 persen produksi ethanol yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Negara yang telah menggunakan BE 10 (campuran 10% ethanol dan 90% BBM), diantaranya AS, Kanada, India, Thailand, China, Filipina dan Jepang. Hanya Brasil yang telah menggunakan BE 20. Adanya teknologi hybrid saat ini, Brazil tidak ada lagi kendaraan yang hanya menggunakan gasoline tetapi telah memakai 20-25 % ethanol (E25). Dari data yang didapatkannya, sebanyak 3 juta mobil telah beroperasi menggunakan 100 % etanol dan 6 juta mobil berteknologi hybrid (flexible-fuels vehicles). Langkah-langkah antisipatif juga telah dilakukan negara-negara maju untuk menghadapi krisis energi dimasa yang akan datang dengan cara mengarahkan kebijakan energi strategis untuk beralih dari energi fosil ke energi terbarukan terutama bioenergi. Pemerintah Australia mengatur kebijaksanaan pemakaian biofuel untuk transportasi,industri serta pembangkit tenaga listrik. Di USA, akhir 2005 produksi Biodiesel AS mencapai 4 miliar galon dan akan meningkat menjadi 8 miliar galon pada 2012. Selain itu, pada tahun 2005 Belanda juga mengambil kebijaksanaan untuk impor 400 ribu ton kelapa sawit dari Indonesia untuk dikonversi menjadi biodiesel. Selain negara-negara tersebut diatas, Indonesia juga mengeluarkan kebijakan melalui Instruksi Presiden RI No.1 Tahun 2006, Untuk mendorong Departemen Pertanian melakukan penyediaan dan pengembangan bahan baku BBN untuk mengurangi ketergantungan terhadap BBM. Pada tahun pada tahun 2025, pemerintah Indonesia menargetkan penggunaan biofeul sebesar 5 %.
A.
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 esterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak
29
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. Biodiesel dapat dibuat dari berbagai minyak nabati (minyak nabati atau lemak hewani) melalui proses esterifikasi gliserida atau dikenal dengan proses alkoholisis. Ester merupakan suatu senyawa turunan asam karboksilat dimana gugus hidroksi dari asam karboksilat digantikan oleh gugus alkoksi. Esterifikasi merupakan rekasi pembentukan ester antara asam karboksilat dan alcohol. Esterifikasi adalah reaksi ionic yang merupakan kombinasi dari rekasi adisi dan penyusunan ulang (reaarangement). Esterifikasi langsung, yang merupakan rekasi antara alcohol dengan asam lemak. RCOOH + R’OH
RCOOR’ + H2O
Reaksinya merupakan rekasi substitusi nukleofilik gugus asil. Reaksinya tidak langsung secara substitusi, tetapi melalui 2 tahap yaitu tahap pertama adalah adisi nukleofilik dan diikuti tahap ke dua yaitu eliminasi. Transesterifikasi yang meliputi : 1.
Alkoholisis, merupakan reaksi antara ester dengan alcohol membentuk ester yang baru. RCOOR’ + R”OH
2.
RCOOR” + R’OH
Asidolisi, merupakan reaksi antara ester dengan asam karboksilat membentuk ester yang baru. RCOOR’ + R”COOH
3.
R’COOR’ + RCOOH
Interesterifikasi merupakan suatu reaksi ester dengan ester lainnya atau disebut ester interchange.
Teknik produksi biodiesel yang dilakukan saat ini pada umumnya yaitu transesterifikasi. Cara ini merupakan teknik yang paling ekonomis
30
karena : proses memerlukan temperature rendah dan tekanan atmosfir (150ºF, 20Psi) tingkat konversi tinggi (mencapai 98%) dengan waktu rekasi yang cukup singkat dan reaksi samping yang minimal konversi langsung ke metal ester (biodiesel) tanpa melalui tahapan intermediate tidak memerlukan konstruksi yang rumit Minyak atau lemak direaksikan dengan alcohol seperti methanol, dengan bantuan katalis. Dari proses ini dihasilkan glycerin dan metal ester (Biodiesel). Methanol kemudian di-recovery. Katalis yang digunakan umumnya KOH atau NaOH yang tercampurkan secara baik dalam alcohol. Proses produksi biodiesel yang akan dipaparkan lebih lanjut adalah biodiesel berbahan baku minyak sawit / CPO (Crude Palm Oil). Secara garis besar, proses produksi biodiesel berbahan baku minyak sawit / CPO digambarkan pada Gambar 19.
Gambar 2.11 produksi biodiesel berbahan baku minyak sawit / CPO
31
Tahapan-tahapan proses produksi biodiesel berbahan baku minyak sawit serta produk sampingnya meliputi : Penyiapan bahan baku dan reaksi esterifikasi Bahan baku berupa CPO disiapkan untuk mengkondisikan bahan baku serta mengurangi tingkat kesulitan pemurnian produk pada proses selanjutnya. Proses penyiapan bahan baku terdiri dari : 1.
Pemanasan untuk mencairkan CPO sekaligus untuk mencapai temperature
operasi reaksi esterifikasi 2.
Proses degumming, yakni proses penghilangan pengotor berupa zat-zat terlarut atau zat-
zat yang bersifat koloidal seperti resin, gum, protein dan fosfatida dalam minyak mentah. Proses degumming biasanya dilakukan dengan beberapa cara yaitu : pemanasan, penambahan asam, penambahan basa, proses hidrasi atau menggunakan reagen khusus. Proses degumming dengan menggunakan asam dan pemanasan memiliki kelebihan karena tidak menyebabkan proses penyabunan asam lemak bebas, yang dapat menyerapzat lender dan sebagian pigmen. Selain itu, dengan cara ini kandungan asam lemak bebas dalam CPO tidak akan hilang, bahkan dalam proses selanjutnya sisa asam tersebut dapat dijadikan katalis pada reaksi esterifikasi asam lemak bebas yang masih utuh menjadi metal ester, sehingga perolehan produk lebih banyak. Rekasi esterifikasi tersebut berlangsung menurut persamaan rekasi berikut ini :
Air yang terbentuk kemudian dihilangkan dengan cara pemanasan hingga 120ºC.
32
3.
Pembuatan katalis sodium metoksida Bahan baku pembuatan Sodium Metoksida adalah Metanol dan
Sodium Hidroksida (NaOH). Jumlah katalis yang digunakan biasanya 10% berat minyak yang digunakan. 4.
Reaksi Transesterifikasi Reaksi transesterifikasi berlangsung pada temperature sekitar 60ºC
dan dilakukan selama 4 – 6 jam. Untuk mendapatkan yield yang tinggi, reaksi transesterifikasi dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama, katalis yang digunakan sebanyak 2/3 bagian katalis total. Sisanya direaksikan dengan produk hasil reaksi tahap pertama yang dipisahkan gliserolnya. Produk dari reaksi transesterifikasi sempurna didalam reaktor berupa cairan yang terpisah menjadi dua lapisan. Lapisan atas merupakan lapisan metal ester kotor, sedangkan lapisan bawah adalah gliserol kotor. Jika reaksi belum sempurna, akan ada lapisan ketiga ditengah berupa minyak yang tidak terkonversi. 5.
Pemurnian metil ester Selanjutnya, metil ester yang diperoleh dimurnikan. Proses ini pada
umumnya melalui tahapan recovery methanol dan penghilangan pengotor. Lapisan metal ester yang mengandung methanol dipanaskan, kemudian uap methanol dikondensasikan. Kemudian metil ester dibersihkan untuk menghilangkan sisa katalis dan kotoran lain seperti sabun. Untuk meningkatkan kemurnian metal es ter dilakukan dua tahap pembersihan, yaitu menggunakan gliserol murni dan penetralan diikuti dengan pencucian dengan air. Gliserol disemprotkan ke permukaan metal ester dan karena lebih berat akan turun melewati metal ester sambil membawa sisa-sisa pengotor. Pada tahap akhir, gliserol dipisahkan kembali dari metal ester. Pencucian menggunakan air dilakukan dengan beberapa metode sekaligus, dimana diharapkan pencucian berlangsung efektif dan biodiesel yang diperoleh cukup bersih. Metode pencucian tersebut adalah :
33
a.
Menambahkan
asam
asetat.
Dimaksudkan
untuk
menetralkan
biodiesel dan mengeluarkan sisa sodium. Penambahan asam asetat akan mengurangi pemakaian air. b.
Menggunakan percikan air bersih. Air yang dipercikkan dipermukaan biodiesel akan turun sepanjang lapisan biodiesel sambil melarutkan sisa-sisa katalis dan kotoran
c.
Menggunakan metode pengadukan mekanis. Pengadukan dilakukan sekitar 50 – 70 rpm untuk meningkatkan kontak air dengan biodiesel. Setelah melalui tahap pencucian, metal ester dikeringkan untuk menghilangkan sisa air pencuci dengan dipanaskan sampai suhu 120ºC. Metil ester kering kemudian didinginkan sampai temperature dibawah 38ºC agar gliserol yang masih tersisa membeku. Selanjutnya metal ester disaring dan dimasukkan ke dalam tangki penyimpanan.
d.
Perolehan kembali methanol dan pemurnian gliserol Larutan gliserol kotor hasil pemisahan, dipanaskan untuk memperoleh kembali methanol yang ada di dalamnya. Uap Metanol kemudian dikondensasikan dan disalurkan kembali ke tangki Metanol. Gliserol bebas methanol diencerkan dengan menambahkan 2/3 bagian air bersih, dan dipanaskan agar sisa asam lemak bebas hasil hidrolisis tersabunkan oleh sisa NaOH. Ester dari sabun yang terbentuk dikeluarkan dari larutan dengan cara menambahkan sejumlah garam NaCl. Larutan Gliserin kemudian ditambahkan H2SO4 dan Aluminium Hidroksida sampai mencapai pH 4,5. Padatan yang terbentuk kemudian disaring. Larutan dinetralkan dengan penambahan 50 % larutan NaOH, kemudian didistilasi. Gliserol yang teah murni (kemurnian > 99,5%) disimpan, dan sebagian dikirim ke unit pembersihan Biodiesel.
1)
Kelebihan dan Kelemahan Biodiesel
Produksi
dan
penggunaan
BBM
alternatif
harus
segera
direalisasikan untuk menutupi kekurangan terhadap kebutuhan BBM fosil yang semakin meningkat. Biodiesel dapat dibuat dari bermacam sumber,
34
seperti minyak nabati, lemak hewani dan sisa dari minyak atau lemak (misalnya sisa minyak penggorengan). Biodiesel memiliki beberapa kelebihan dibanding bahan bakar diesel petroleum. Keunggulan Biodiesel :
Biodiesel tidak beracun.
Biodiesel adalah bahan bakar biodegradable.
Biodiesel
lebih
aman
dipakai
dibandingkan
dengan
diesel
dengan
diesel
konvensional.
Biodiesel
dapat
dengan
mudah
dicampur
konvensional, dan dapat digunakan di sebagian besar jenis kendaraan saat ini, bahkan dalam bentuk biodiesel B100 murni.
Biodiesel dapat membantu mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil, dan meningkatkan keamanan dan kemandirian energi.
Biodiesel dapat diproduksi secara massal di banyak negara, contohnya USA yang memiliki kapasitas untuk memproduksi lebih dari 50 juta galon biodiesel per tahun.
Produksi dan penggunaan biodiesel melepaskan lebih sedikit emisi dibandingkan dengan diesel konvensional, sekitar 78% lebih sedikit dibandingkan dengan diesel konvensional.
Biodiesel memiliki sifat pelumas yang sangat baik, secara signifikan lebih baik daripada bahan bakar diesel konvensional, sehingga dapat memperpanjang masa pakai mesin.
Biodiesel memiliki delay pengapian lebih pendek dibandingkan dengan diesel konvensional.
Biodiesel
tidak
memiliki
kandungan
sulfur,
sehingga
tidak
memberikan kontribusi terhadap pembentukan hujan asam.
Kelemahan Biodiesel:
Biodiesel saat ini sebagian besar diproduksi dari jagung yang dapat menyebabkan kekurangan pangan dan meningkatnya harga pangan. Hal ini bisa memicu meningkatnya kelaparan di dunia.
35
Biodiesel 20 kali lebih rentan terhadap kontaminasi air dibandingkan dengan diesel konvensional, hal ini bisa menyebabkan korosi, filter rusak, pitting di piston, dll.
Biodiesel murni memiliki masalah signifikan terhadap suhu rendah.
Biodiesel secara signifikan lebih mahal dibandingkan dengan diesel konvensional.
Biodiesel memiliki kandungan energi yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan diesel konvensional, sekitar 11% lebih sedikit dibandingkan dengan bahan bakar diesel konvensional.
Biodiesel dapat melepaskan oksida nitrogen yang dapat mengarah pada pembentukan kabut asap.
Biodiesel, meskipun memancarkan emisi karbon yang secara signifikan lebih aman dibandingkan dengan diesel konvensional, masih berkontribusi terhadap pemanasan global dan perubahan iklim.
2)
Karakteristik Biodiesel
Tabel 2.4 Syarat Mutu biodiesel ester alkil No.
Parameter
Satuan
Nilai
1
Massa jenis pada suhu 40 ℃
Kg/m3
850-890
2
Viskositas kinetic pada suhu 40 ℃
Mm2/s(cSt)
2,3-6,0
3
Angka setana
4
Titik nyala (mangkok tertutup)
℃
Min.100
5
Titik Embun
℃
Maks. 18
6
Kororsi lempengan tembaga
7
Residu karbon
Min. 51
Maks. No.3 % massa
Maks. 0,05 Maks. 0,30
-dalam contoh asli, atau -dalam 10% ampas destilasi 8
Air dan sedimen
% vol
Maks. 0,05
9
Belerang
Ppm-
Maks. 100
10
Fosfor
m(mg/kg)
Maks. 10
11
Angka asam
Ppm-
Maks. 0,8
m(mg/kg) Mg-KOH/g
Sumber : SNI 04-7182-2006 36
3)
Sumber – Sumber Sumber Biodiesel
Tabel 2.5 Yield minyak dari tanaman darat dan mikroalga per satuan luas area (kL/ha) Jenis Tanaman
Hasil Minyak
Jagung
172
Kedelai
446
Minyak Jarak
1.892
Kelapa
2.689
Minyal Palm
5.950
Mikroalga
58.700
Sumber : Chisti, 2007
Tabel 2.6 Kandungan minyak dari beberapa jenis mikroalga
Sumber : (Chisti, 2007, Gouiveia & Oliveira, 2009)
B.
Bioetanol Ethanol
merupakan senyawa Hidrokarbon dengan gugus Hydroxyl
(-OH) dengan 2 atom karbon (C) dengan rumus kimia C2H5OH. Secara umum Ethanol lebih dikenal sebagai Etil Alkohol berupa bahan kimia yang diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung karbohidrat
37
(pati) seperti ubi kayu,ubi jalar,jagung,sorgum,beras,ganyong dan sagu yang kemudian dipopulerkan dengan nama Bioethanol. Bahan baku lainnya adalah tanaman atau buah yang mengandung gula seperti tebu, nira, buah mangga, nenas, pepaya, anggur, lengkeng, dll. Bahan berserat (selulosa) seperti sampah organik dan jerami padi pun saat ini telah menjadi salah satu alternatif penghasil ethanol. Bahan baku tersebut merupakan tanaman pangan yang biasa ditanam rakyat hampir di seluruh wilayah Indonesia,sehingga jenis tanaman tersebut merupakan tanaman yang potensial untuk dipertimbangkan sebagai sumber bahan baku pembuatan bioethanol. Namun dari semua jenis tanaman tersebut, ubi kayu merupakan
tanaman
yang
setiap
hektarnya
paling
tinggi
dapat
memproduksi bioethanol. Selain itu pertimbangan pemakaian ubi kayu sebagai bahan baku proses produksi bioethanol juga didasarkan pada pertimbangan ekonomi. Pertimbangan ke-ekonomian pengadaan bahan baku tersebut bukan saja meliputi harga produksi tanaman sebagai bahan baku, tetapi juga meliputi biaya pengelolaan tanaman, biaya produksi pengadaan bahan baku, dan biaya bahan baku untuk memproduksi setiap liter ethanol. Secara umum ethanol biasa digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk miras, bahan dasar industri farmasi, kosmetika dan kini sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan bermotor. Mengingat pemanfaatan ethanol beraneka ragam, sehingga grade
ethanol
yang
dimanfaatkan
harus
berbeda
sesuai
dengan
penggunaannya. Untuk ethanol yang mempunyai grade 90-95% biasa digunakan pada industri, sedangkan ethanol/bioethanol yang mempunyai grade 95-99% atau disebut alkohol teknis dipergunakan sebagai campuran untuk miras dan bahan dasar industri farmasi. Sedangkan grade ethanol/bioethanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan bermotor harus betul-betul kering dan anhydrous supaya tidak
menimbulkan
korosif,
sehingga
ethanol/bio-ethanol
harus
mempunyai grade tinggi antara 99,6-99,8 % (Full Grade Ethanol = FGE).
38
Perbedaan besarnya grade akan berpengaruh terhadap proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air.
1)
Proses Produksi Bioethanol
Produksi ethanol/bioethanol (atau alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat dan tetes menjadi bioethanol ditunjukkan pada Tabel 2.7 Konversi Bahan Baku Tanaman Yang Mengandung Pati Atau Karbohidrat Dan Tetes Menjadi Bio-Ethanol Bahan Baku
Jenis
Konsumsi
Ubi
(Kg)
Kandungan
Jmlh Hasil
Perbandin
Gula Dalam
Konversi
gan Bahan
Bahan Baku
Bioethanol
Baku dan
(Liter)
Bioethanol
(Kg)
1000
250-300
166,6
6,5 : 1
1000
150-200
125
8:1
Jagung
1000
600-700
200
5:1
Sagu
1000
120-160
90
12 : 1
Tetes
1000
500
250
4:1
Kayu Ubi Jalar
Sumber:Suharyanto
Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam dan Hydrolisa enzyme. Berdasarkan kedua jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa enzyme lebih banyak dikembangkan, sedangkan hydrolisa asam (misalnya dengan asam sulfat) kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan karbohidrat
39
dengan menjadi
hydrolisa gula
enzyme.
(glukosa)
larut
Dalam
proses
air
dilakukan
konversi dengan
penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi 1 dan 2.
H2 O (C6H10O5)n ................... nC 6H12O6 (1) Enzim (Pati) ............................. (glukosa)
(C6H12O6)n ................... 2C 2H5OH + 2CO2 (2) Yeast (ragi) (Glukosa) ......................(etanol)
Selain ethanol/bioethanol dapat diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat, juga dapat diproduksi dari bahan tanaman yang mengandung selulosa (mis: jerami padi), namun dengan adanya lignin mengakibatkan proses penggulaannya menjadi lebih sulit, sehingga pembuatan ethanol/bioethanol dari selulosa sementara ini tidak kami rekomendasikan. Meskipun teknik produksi ethanol/bioethanol merupakan teknik yang sudah lama diketahui, namun ethanol/bioethanol untuk bahan bakar kendaraan memerlukan ethanol dengan karakteristik tertentu yang memerlukan teknologi yang relatif baru di Indonesia antara lain mengenai
neraca energi (energy balance) dan efisiensi produksi,
sehingga penelitian lebih lanjut mengenai teknologi proses produksi ethanol masih perlu dilakukan. Secara singkat teknologi proses produksi ethanol/bioethanol tersebut dapat dibagi dalam 5 tahap, yaitu Persiapan Bahan Baku, Liquefikasi dan Sakarifikasi, Fermentasi, Distilasi, dan Dehidrasi.
a.
40
Persiapan Bahan Baku
Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu
(sugarcane),
gandum
manis
(sweet
sorghum)
atau
yang
menghasilkan tepung seperti jagung (corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya. Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah dikupas dan dibersihkan dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik.
Penghancuran Singkong
Pemasakan bahan baku
Gambar 2.12 Treatment Bahan Baku Bioetanol Sebelum Diolah
b.
Liquifikasi dan Sakarifikasi
Kandungan karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula komplex (dextrin). Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup. Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut :
41
Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase bekerja.
Pengaturan pH optimum enzim.
Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang dihasilkan).
Gambar 2.13 Liquifikasi dan Sakarifikasi
c.
Fermentasi
Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27 s/d 32 derajat celcius selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara anaerob). Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak terkontaminasi oleh mikroba
lainnya.
Dengan
kata
lain,dari
persiapan
baku,liquifikasi,sakarifikasi,hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan. Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2. Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10 % ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi itu sendiri dan mematikan aktifitasnya.
42
Gambar 2.14 Fermentasi bahan baku bioethanol d.
Distilasi
Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 95 derajat celcius. Uap ethanol didalam distillator akan dialirkan kebagian kondensor sehingga terkondensasi menjadi cairan ethanol. Kegiatan penyulingan ethanol merupakan bagian terpenting dari keseluruhan
proses
produksi
bioethanol.
Dalam
pelaksanaannya
dibutuhkan tenaga operator yang sudah menguasai teknik penyulingan ethanol. Selain operator, untuk mendapatkan hasil penyulingan ethanol yang optimal dibutuhkan pemahaman tentang teknik fermentasi dan peralatan distillator yang berkualitas. Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :
Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional). Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20 s/d 30 %.
Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat). Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai 90-95 % melalui 2 (dua) tahap penyulingan.
e.
Dehidrasi
Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau disebut ethanol kering. Dalam proses
43
pemurnian ethanol 95 % akan melalui proses dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain : 1. Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping 2. Cara Fisika ditempuh melalui proses penyerapan menggunakan Zeolit Sintetis 3 angstrom. Hasil dehidrasi berupa ethanol berkadar 99,6-99,8 % sehingga dapat dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak digunakan sebagai bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses pemurnian ini disebut Dehidrator.
Proses penyulingan ethanol dengan alat konvensional
Penyulingan (distilasi) ethanol menggunakan distillator model kolom reflux
Cairan ethanol dari proses distilasi distilasi
44
Bioethanol kadar 95-96 % (alkohol teknis)
Cairan ethanol dari proses
Pengukuran kadar ethanol (alkohol)
Gambar 2.15 Langkah Kerja Pembuatan Bioetanol
f.
Hasil samping penyulingan ethanol
Akhir proses penyulingan (distilasi) ethanol menghasilkan limbah padat (sludge) dan cair (vinase). Untuk meminimalisir efek terhadap pencemaran lingkungan, limbah padat dengan proses tertentu dirubah menjadi pupuk kalium,bahan pembuatan biogas,kompos,bahan dasar obat nyamuk bakar dan pakan ternak. Sedangkan limbah cair diproses menjadi pupuk cair. Dengan demikian produsen bioethanol tidak perlu khawatir tentang isu berkaitan dengan dampak lingkungan.
Limbah padat (sludge)
Limbah cair (Vinase)
Gambar 2.16 Limbah Hasil Pemuatan Bioetanol
2)
Rumus Kimia Bioetanol/Etanol
Etanol adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan
alkohol yang paling sering
digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Senyawa ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan pada minuman beralkohol dan termometer modern. Etanol adalah obat rekreasi yang paling tua. Etanol termasuk dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C 2H 5OH danrumus 45
empiris C 2H 6O. Ia merupakan isomernstitusional dari dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan “Et” merupakan singkatan dari gugus etil (C2H5).
3)
Sifat Fisika Dan Sifat Kimia Bioetanol
a.
Sifat Fisika Bioetanol
Berbentuk cair
Tidak berwarna
Mudah terbakar
Larut dalam air dan pelarut organik lainnya (meliputi asam asetat, aseton, benzena, karbon tetraklorida, dietil eter, etilena glikol, gliserol, nitrometana, piridina, dan toluena).
Larut dalam hidrokarbon alifatik yang ringan, seperti pentana dan heksana
Larut dalam senyawa klorida alifatik seperti trikloroetana dan tetrakloroetilena.
b.
4)
Sifat Kimia Bioetanol
Memiliki titik didih 78,40c dan titik leleh -114,3 0c
Densitasnya 0,789 g/cm 3
Dan memiliki tingkat keasaman 15,9.
Manfaat Bioetanol
Manfaat bioetanol sendiri dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan karena memiliki bilangan oktan yang cukup tinggi, selain itu juga bioetanol dijadikan sebagai bahan baku beralkohol. Adapun manfaat bioetanol yang lainnya adalah:
46
Sebagai bahan bakar kendaraan
Sebagai bahan dasar minuman beralkohol
Sebagai bahan kimia dasar senyawa organik
Sebagai bahan bakar roket
Sebagai antiseptik
5)
Sebagai antidote beberapa racun
Sebagai pelarut untuk parfum, cat dan larutan obat.
Keunggulan dan Kelemahan Bahan Bakar Etanol
Seperti semua bahan bakar lainnya, bahan bakar etanol juga memiliki keunggulan dan kelemahan yang akan dibahas di artikel ini. Salah satu keunggulan bahan bakar etanol yang paling jelas adalah bahan bakar etanol merupakan sumber energi terbarukan, yang berarti bahwa bahan bakar etanol tidak terbatas seperti bahan bakar fosil. Negara
yang
menggunakan
etanol
akan
mengurangi
ketergantungannya pada impor minyak asing, dan juga mengurangi efek harga minyak yang tak stabil. Produksi etanol dalam jumlah besar di dalam negeri akan memastikan bahwa uang akan tetap berputar di dalam negeri dan bukannya dibelanjakan pada minyak asing yang mahal. Tentu saja peningkatan produksi etanol dalam negeri juga akan menciptakan lebih banyak pekerjaan, dan juga sangat mungkin akan menurunkan harga bahan bakar. Pembakran etanol lebih bersih daripada bahan bakar fosil yang berarti mengurangi emisi gas rumah kaca. Hal ini merupakan keuntungan etanol yang paling signifikan bagi lingkungan dibandingkan dengan bahan bakar fosil. Bahan bakar etanol juga memiliki kelemahan dan fakta bahwa sebagian besar produksi etanol berasal dari tanaman pangan memiliki potensi untuk meningkatkan harga pangan dan bahkan menyebabkan kekurangan pangan. Isu bahan bakar vs makanan adalah bahan perdebatan utama, karena dengan adanya peningkatan penggunaan etanol maka banyak lahan yang akan dipergunakan untuk memproduksi etanol, bukan untuk menghasilkan makanan, dan ini akan menyebabkan kekurangan jumlah pangan yang diikuti dengan peningkatan harga pangan, dan kemungkinan akan menghasilkan lebih banyak masalah kelaparan di dunia.
47
Etanol menghasilkan energi
per satuan volume lebih rendah
dibandingkan dengan bensin. Etanol juga cenderung sangat korosif karena dapat dengan mudah menyerap air dan kotoran. Tanpa sistem penyaringan yang tepat, etanol dapat menyebabkan korosi di dalam blok mesin terjadi dengan cepat. Saat kompresi, mesin yang didesain untuk etanol murni memiliki efisiensi bahan bakar 20-30% lebih rendah dibandingkan mesin yang didesain untuk bensin murni. Mesin yang menggunakan campuran etanol tinggi akan menjadi masalah saat cuaca dingin (musim dingin). Selain itu, beberapa keunggulan yang dapat diperoleh dari bioethanol adalah sebagai berikut:
Nilai oktan yang tinggi menyebabkan campuran bahan bakar terbakar tepat pada waktunya sehingga tidak menyebabkan fenomena knocking.
Emisi gas buang tidak begitu berbahaya bagi lingkungan salah satunya gas CO2 yang dapat dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan untuk proses fotosintesa serta emisi NO yang rendah
Efisiensi tinggi dibanding bensin
Selain memiliki keunggulan yang begitu banyak bioethanol ini pun terdapat kelemahan, kelemahan-kelemahan tersebut diantaranya:
Memerlukan modifikasi mesin jika ingin menggunakan bioethanol murni pada kendaraan
Bisa terjadi kemungkinan ethanol mengeluarkan emisi polutan beracun.
Kelebihan bioetanol dibanding minyak tanah adalah api berwarna biru sehingga tidak menghanguskan alat masak. Bahan bakar dari bioetanol juga tidak berbau dan mudah dipadamkan dengan air.
6)
Hambatan-hambatan bioetanol
48
yang
mempengaruhi
pengembangan
a.
Industri non-energi juga membutuhkan bioetanol Menurut Kepala Tim Nasional Pengembangan Bahan Bakar
Nabati, Alhilal Hamdi(dalam Market Intelligence Report On Perkembangan
Industri
Biofuel
di
Indonesia)
keterbatasan salah satu bahan baku utama
menyatakan,
biofuel, yaitu etanol
untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar menjadi kendala utama. Etanol yang tersedia, jadi rebutan dengan dengan industri lain. Etanol di Indonesia juga digunakan untuk industri alkohol atau industri lain seperti rokok, kosmetik dan plastik.
b.
Harga yang Belum Bersaing Biaya produksi biofuel seperti biodiesel berkisar antara Rp.
8000 – Rp. 10000, sementara biaya produksi bioetanol melebihi biodiesel. Hal ini mengakibatkan bioetanol kalah bersaing dengan BBM bersubsidi. Disamping itu proses pembuatan biodiesel yang menggunakan unit destilasi juga memerlukan energi yang besar sehingga modal yang diperlukan untuk biaya produksi pun meningkat. Terlebih lagi, apabila industri ingin mengekspor bioetanol ke negara lain, pajak impor yang ditetapkan sangat besar, yakni 30%. Hal ini yang menyebabkan pasar bioetanol sepi peminat.
c.
Efisiensi produksi bioetanol Menurut Agus Haryono, Koordinator Proyek Kerja Sama
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) dengan Korea International Cooperation Agency (Koica) dalam pengembangan pabrik bioetanol generasi kedua, meneliti bahwa efisiensi kerja enzim dalam fermentasi bahan baku menjadi bioetanol perlu ditingkatkan, karena enzim hanya mampu menghasilkan kadar bioetanol sebesar 6% saja. Disamping itu, kemurnian bioetanol harus dijaga kualitasnya, hal ini berpengaruh terhadap performa
49
mesin kendaraan dimana kandungan air yang terdapat pada bioetanol dapat menyebabkan korosi pada mesin kendaraan.
d.
Bahan baku bietanol untuk energi atau pangan Tebu merupakan bahan baku bioetanol yang paling
potensial digunakan. Namun, tidak seperti Brazil yang memiliki luas daratan yang besar. Indonesia adalah negra kepulauan, sehingga keterbatasan lahan menjadi kendala. Disamping itu, komoditas tebu di Indonesia lebih cenderung dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan gula pasir sebagai bahan pangan.
7)
Solusi-solusi strategis untuk meningkatkan pengembangan bietanol
Strategi yang dapat diambil agar bioetanol dapat bertahap digunakan sebagai bahan bakar pengganti bensin antara lain:
Menghapus atau mengurangi subsidi premium sampai harga bioetanol dapat bersaing dipasaran
Meningkatkan
subsidi
bioetanol
dibarengi
dengan
pengurangan subsidi premium
Melakukan budidaya tanaman-tanaman sebagai bahan baku bioetanol yang tidak bersaing dengan pangan dan memperluas wilayahnya
Disamping
itu,
pemerintah
harus
konsisten
melaksanakan
kebijakan terkait bioetanol agar pemanfaatan energi terbarukan ini bisa berjalan dengan optimal dan dapat menjaga ketahanan energi Indonesia di masa depan.
50
C. Biogas
Biogas
merupakan
teknologi
pembentukan
energi
dengan
memanfaatkan limbah, seperti limbah pertanian, limbah peternakan, dan limbah manusia. Selain menjadi energi alternatif, biogas juga dapat mengurangi permasalahan Misalnya,
seekor
sapi
lingkungan, seperti polusi udara dan tanah. potong
yang
berbobot
400―500
kg/ekor
menghasilkan kotoran ternak segar sebanyak 20―29 kg/harinya. Bisa dibayangkan berapa banyak limbah yang dihasilkan dari sebuah peternakan yang mengelola puluhan sampai ratusan ekor sapi potong. Kondisi tersebut sebenarnya merupakan peluang usaha untuk dijadikan bahan baku pembuatan biogas. Hasil dari pembuatan biogas dapat dijadikan sumber energi serta sisa keluaran berupa lumpur (sludge) dapat dijadikan pupuk siap pakai sehingga dapat menambah penghasilan bagi peternak sapi itu sendiri.
1. Prinsip Dasar Biogas
Prinsip dasar teknologi biogas adalah proses penguraian bahan bahan organik oleh mikroorganisme dalam kondisi tanpa udara (anaerob) untuk menghasilkan campuran dari beberapa gas, di antaranya metan dan CO2. Biogas dihasilkan dengan bantuan bakteri metanogen atau metanogenik. Bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti limbah ternak dan sampah organik. Proses tersebut dikenal dengan istilah anaerobic digestion atau pencernaan secara anaerob. Umumnya, biogas diproduksi menggunakan alat yang disebut reaktor biogas (digester) yang dirancang agar kedap udara (anaerob), sehingga proses penguraian oleh mikroorganisme dapat berjalan secara optimal. Berikut beberapa keuntungan yang dihasilkan dari digester anaerob.
51
Gambar 2.18 Pembuatan Biogas
a). Keuntungan Pengolahan Limbah 1. Digunakan untuk proses pengolahan limbah yang alami. 2. Lahan yang dibutuhkan lebih kecil dibandingkan dengan lahan untuk proses kompos. 3. Memperkecil rembesan polutan. 4. Menurunkan volume limbah yang dibuang. b). Keuntungan Energi 1. Menghasilkan energi yang bersih. 2. Bahan bakar yang dihasilkan berkualitas tinggi dan dapat diperbaharui. 3. Biogas yang dihasilkan dapat digunakan untuk berbagai penggunaan.
c). Keuntungan Lingkungan 1. Mengurangi polusi udara. 2. Memaksimalkan proses daur ulang. 3. Pupuk yang dihasilkan bersih dan kaya nutrisi. 4. Menurunkan emisi gas metan dan CO2 secara signifikan.
52
5. Memperkecil kontaminasi sumber air karena dapat menghilangkan bakteri Coliform sampai 99%. d). Keuntungan Ekonomi Ditinjau dari siklus ulang proses, digester anaerobik lebih ekonomis dibandingkan dengan proses lainnya.
2. Potensi dan Sumber Bahan Baku Biogas
Sumber bahan baku biogas dapat berasal dari berbagai limbah yakni :
a). Biogas dari Limbah Peternakan
Sektor peternakan skala usaha kecil umumnya dilakukan masyarakat pedesaan dengan memelihara 2―5 ekor ternak. Sementara itu peternak skala usaha besar biasanya memelihara puluhan sampai ratusan ternak secara intensif. Tabel 2.10 Produksi Kotoran Ternak
Keterangan : KTS (Kotoran Ternak Segar) Sumber: United Nations (1984) Namun, berkembangnya usaha sektor peternakan menghasilkan limbah berupa kotoran ternak yang cukup banyak, sehingga dapat menimbulkan bau yang dapat mengakibatkan polusi udara dan dapat mengganggu kesehatan manusia. Karena, gas metana yang dihasilkan memiliki potensi pemanasan global 21 kali lebih tinggi dibandingkan gas
Karbondioksida (CO2).
53
Dekomposisi kotoran ternak menghasilkan polutan berupa BOD (Biological Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand), polusi air, polusi udara, dan bakteri patogen. Salah satu solusi untuk mengurangi dampak negatif limbah peternakan adalah mengelolanya dengan baik. Tabel 2.11 Produksi Gas
Sumber: Chengdu Biogas Research Institut (1989) Limbah peternakan seperti kotoran padat dan cair dapat dijadikan bahan baku biogas yang akan menghasilkan energi dan pupuk organik. Umumnya, kebutuhan energi untuk memasak satu keluarga rata-rata 2000 liter per hari, sedangkan produksi biogas dari seekor sapi berkisar 600―1000 liter biogas per hari. Dengan demikian, untuk memenuhi kebutuhan energi untuk memasak satu keluarga dibutuhkan 2 — 3 ekor sapi
b). Biogas dari Limbah Pertanian
Pertanian
merupakan
salah
satu
sektor
usaha
yang
turut
mendukung perekonomian di Indonesia. Sama seperti sektor peternakan, lahan pertanian yang cukup luas juga menghasilkan limbah yang tidak sedikit. Tanaman padi yang merupakan komoditas pangan utama dapat menghasilkan limbah berupa jerami sekitar 3,0―3,7 ton/ha. Biasanya, limbah pertanian diatasi dengan cara dibakar dan dit imbun. Padahal, cara tersebut dapat merugikan petani dan lingkungan sekitar. Karena, pembakaran yang dilakukan dapat menghasilkan gas CO2 yang berbahaya bagi kesehatan petani. Sementara itu, penimbunan limbah di dalam tanah, dapat menjadi faktor penyebab penyakit bagi pertanaman selanjutnya. Salah satu pola pengelolaan limbah yang tepat agar limbah tersebut dapat dimanfaatkan yaitu dengan cara mengolah limbah menjadi biogas. Biogas yang dihasilkan dapat dimanfaatkan oleh petani sebagai
54
sumber energi, sedangkan hasil sampingan berupa pupuk organik dapat dimanfaatkan untuk pertanaman selanjutnya.
c). Biogas dari Limbah Perairan
Hasil perairan yang sampai saat ini dimanfaatkan hanya sebatas kekayaan ikan saja. Padahal, masih banyak sumber daya air lain yang dapat dimanfaatkan seperti rumput laut, alga, dan eceng gondok. Rumput laut merupakan salah satu komoditas unggulan perairan. Jumlahnya di perairan Indonesia meningkat setiap tahunnya, namun pemanfaatannya baru sebagian kecil dan belum menyeluruh. Rumput laut memiliki nilai ekonomis yang tinggi karena mengandung banyak manfaat. Jenis rumput laut yang berpotensi dijadikan bahan baku biogas adalah Euchema cottoni karena memiliki imbangan C/N (43,98) yang dapat digunakan untuk pembuatan biogas. Selain rumput laut, jenis tumbuhan air yang dapat dimanfaatkan yaitu eceng gondok (Eichhornia crassipes). Tumbuhan air yang mengapung ini sering dianggap sebagai gulma yang dapat merusak lingkungan perairan karena memiliki tingkat kecepatan tumbuh yang tinggi. Karena itu, ketersediaan eceng gondok yang melimpah dan belum dimanfaatkan secara optimal dapat dijadikan bahan baku pembuatan biogas.
d). Biogas dari Limbah Industri
Saat ini, agroindustri di Indonesia telah banyak berkembang. Berbagai hasil pertanian seperti kelapa sawit, tebu, singkong, dan kedelai diolah menjadi produk yang lebih tinggi nilainya. Umumnya, proses pengolahan hasil pertanian ini akan menghasilkan limbah sebagai produk sampingan. Karena itu, untuk mencegah pencemaran dan kerusakan lingkungan, agroindustri harus diikuti dengan pengolahan lmbah yang baik. Salah satu pengolahan limbah yang saat ini dikembangkan yaitu biogas. Pengolahan limbah industri menggunakan teknologi biogas dapat
55
menghasilkan energi yang dapat dijadikan bahan bakar pengganti solar sehingga dapat mengurangi biaya produksi. Pabrik tapioka dan pabrik gula termasuk penghasil limbah organik yang berpotensi memproduksi biogas. Limbah yang dihasilkan dari pabrik tapioka berupa limbah padat dan limbah cair. Selain limbah tapioka, potensi pemanfaatan tongkol jagung menjadi biogas juga terbilang besar. Karena, selama ini tongkol jagung sisa pakan ternak dibuang begitu saja, sehingga menjadi limbah. Berdasarkan struktur organnya, tongkol jagung merupakan bagian dari organ betina tempat bulir-bulir jagung menempel. Organ itulah yang dapat diolah menjadi biogas. Tongkol jagung dapat dimanfaatkan sebagai biogas karena memiliki kandungan senyawa selulosa sebesar 41% dan hemiselulosa sebanyak 36%. Kedua bahan itu dapat diubah menjadi biogas.
e). Biogas dari Limbah Sampah Organik
Sampah merupakan salah satu masalah lingkungan yang sampai saat ini belum dapat ditangani dengan tepat dan cepat. Kemampuan pengelola kebersihan dalam menangani sampah belum seimbang dengan akumulasi sampah yang dihasilkan. Padahal, sampah yang tidak dikelola dengan
baik
dapat
menurunkan
etika
dan
estetika
lingkungan,
menimbulkan bau tidak sedap, dapat menjadi tempat berkembangnya berbagai macam penyakit, dan dapat memicu pemanasan global. Pengolahan sampah yang benar mensyaratkan adanya keterpaduan dari berbagai aspek, mulai dari hulu sampai hilir. Di tempat yang pengolahannya terpadu, tiap jenis sampah ditempatkan sesuai dengan jenisnya, sehingga bak sampah yang digunakan ada dua macam, sampah organik dan sampah anorganik. Pemisahan ini memudahkan dalam pengelolaan sampah selanjutnya. Sampah organik dapat dijadikan bahan untuk pembuatan biogas dan pupuk organik. Sementara itu, sampah anorganik dapat didaur ulang, sehingga menambah nilai guna seperti dijadikan bahan kerajinan tangan.
56
f). Biogas dari Limbah Kotoran Manusia
Limbah lain yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas berasal dari kotoran manusia. Kandungan nutrisi kotoran manusia tidak jauh berbeda dibanding dengan kotoran ternak. Kotoran manusia memiliki keunggulan dari segi nutrisi, dimana imbangan C dan N jauh lebih rendah daripada kotoran ternak.
3. Pemanfaatan Biogas
Berkembangnya usaha pemanfaatan limbah menjadi biogas turut mengembangkan beragam alat instalasi biogas, seperti kompor biogas, rice cooker, lampu biogas, pompa air, traktor pertanian, dan alat pasteurisasi yang dimodifikasi agar sesuai dengan penggunaan biogas. Alat tersebut fungsinya sama dengan yang terdapat di pasaran, hanya saja bahan bakar yang digunakan berbeda dan sama mudahnya dalam penggunaan.
4. Pemanfaatan Hasil Samping Biogas
Biogas memang pilihan yang tepat untuk dijadikan sebagai energi alternatif. Selain murah, biogas juga sangat ramah lingkungan. Limbah yang dihasilkan selama proses produksi biogas juga masih dapat dimanfaatkan. Hasil samping biogas yang berupa lumpur atau yang lebih dikenal dengan sebutan sludge mengandung banyak unsur hara yang dapat dimanfaatkan menjadi pupuk untuk tanaman. Pupuk organik yang dihasilkan dari alat keluaran biogas sudah dapat digunakan dan berkualitas prima. Kandungan unsur haranya yang tinggi sehingga dapat meningkatkan kesuburan tanah dengan memperbaiki sifat fisik, kimia, dan biologi tanah. Proses pembuatan pupuk organik dengan memanfaatkan hasil keluaran biogas ini lebih efisien dibandingkan dengan pembuatan kompos yang memerlukan lahan yang lebih luas serta proses yang lebih lama. Selain itu, digester yang didesain kedap udara juga mengurangi tingkat kegagalan proses dekomposisi sehingga pupuk organik yang dihasilkan berkualitas maksimal.
57
5. Perkembangan Biogas di Indonesia
Biogas mulai diperkembangkan di Indonesia sekitar tahun 1970. Namun, tingginya penggunaan bahan bakar minyak tanah dan tersedianya kayu
bakar
menyebabkan
penggunaan
biogas
menjadi
kurang
berkembang. Teknologi biogas mulai berkembang kembali sejak tahun 2006 ketika kelangkaan energi menjadi topik utama di Indonesia. Awalnya, biogas dibangun dalam bentuk denplot oleh pemerintah dengan reaktor berbentuk kubah dari bata/beton (fixed dome) dan bentuk terapung (floating) yang terbuat dari drum yang disambung. Kini, bahan reaktor yang digunakan telah berkembang, ada yang terbuat dari beton/bata, plat besi, plastik, dan serat kaca (fiber glass), dengan masingmasing kelebihan dan kekurangan sebagai berikut : Tabel 2.12 Kelebihan dan kekurangan reaktor biogas
Sumber : Kongres Ilmu Pengetahuan Nasional
Keberhasilan Kegiatan Pengembangan Biogas dipengaruhi beberapa faktor : 1. Sumber Daya Manusia a. Dalam pnerapan memerlukan SDM yang terampil. Untuk itu perlu pelatihan dan pendampingan , sehingga pengguna terampil dalam pengoperasian digester dan mampu mengatasi hambatan b. Bila Biogas dan pupuk diposisikan sebagai sumber pendapatan, Pengguna harus dilatih bagaimana membangun kelembagaan, membina jaringan dan kewirausahaan.
58
2. Pemasaran dan Promosi a. Pesaing utama biogas adalah minyak tanah, kayu bakar dan biomass lainnya. b. Agar masyarakat tertarik menggunakan biogas , berbagai kegiatan yang perlu dilakukan yakni pemasaran dan promosi terutama oleh pemerintah. 3. Sosial Budaya a. Kotoran masih dianggap sesuatu yang menjijikan dan belum dimanfaatkan terutama sebagai bahan biogas b. Persepsi ini perlu dihapus secara perlahan, Kotoran ternak memiliki nilai ekonomi, baik sebagai energi maupun pupuk organik yang potensial sebagai pendapatan tambahan peternak. c. Kebijakan pemerintah yang jelas dan konsisten terutama dalam penyediaan anggaran yang memadai pada tahap pemasyarakatan biogas.
2.2.
Prospek Pemanfaatan Sumber Daya Energi
2.2.1. Konversi dan Pemanfaatan
Kalor pembakaran biomassa diubah menjadi energi mekanis melalui daaur panas seperti Daur Otto (untuk mesin bensin), Daur Disel (mesin diesel), Daur Rankine (mesin uap), Daur Brayton (turbin gas) dan lain-lain. Pembangkit listrik dengan induksi elektromagnetik dapat digunakan untuk merubah energi mekanis menjadi listrik.
Gambar 2.20. Ragam teknologi konversi dan praperlakuan
59
Teknologi praperlakuan seperti pemisahan, pengestrakan, kisaran, asahan, kontrol kelembaban dan selainnya sering dilakukan sebelum proses konversi utama. Gambar 2.20
menunjukkan contoh yang disebut kotak ajaib dimana
biomassa dibawah dan diubah melalui berbagai teknik untuk memenuhi tujuan penggunaanny.
Penilaian
terhadap
proses-proses
konversi
ini
dilakukan
berdasarkan kualitas produk , efisiensi energi, hasil dan ekonomi sistem. 2.2.2. Manfaat Pengunaan Biomassa A.
Ruang Lingkup
Meskipun energi dari biomassa umumnya tidak kompetitif dari segi biaya jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil dengan teknologi dan kondisi pasar saat ini, namun produksi biomassa untuk bahan baku dan energi akan menghasilkan berbagai manfaat. Manfaat-manfaat ini beragam, namun beberapa manfaat yang signifikan adalah mengimbangi emisi gas rumah kaca dari pembakaran bahan bakar fosil , menciptakan lapangan pekerjaan dan pendapatan melalui pengembangan industri baru dan pemanfaatan bahan bakulokal serta meningkatkan keamanan energi dengan mengurangi ketergantungan terhadap barang impor. namun, pemahaman terhadap nilai dari semua manfaat yang disebutkan diatas masih belum dapat ditentukan jika dibandingkan dengan biaya biomassa dan biaya prouksi bioenergi. penilaian terhadap manfaat-manfaat ini akan memberikan gambaran yang lebih komperehensif mengenai daya saing biomassa dan bioenergi, dan dapat memberikan implikasi yang jelas terhadap perkembangan bioenergi dan perumusan kebijakan terkait.
B.
Deplesi Minyak Bumi
Sumber daya hutan dan batu bara sangat melimpah dan cukup untuk memenuhi permintaan energi. Akan tetapi, akibat kreatifitas manusia yang melebihi harapan, diperlukan teknologi berbasis batubara dan minyak bumi untuk menghasilkan energi yang lebih efisien. Cadangan minyak bumi dunia diperkirakan sebanyak 2000 miliar barel. Konsumsi global per hari adalah sekitar 71,7 juta barel.
60
Diperkirakan sekitar 1000 miliyar barel telah digunakan dan hanya bersisa 1000 miliyar barel cadangan minyak bumi di seluruh dunia (Asifa dan Muneer, 2007). Harga bensin dan bahan bakar yang lain akan meningkat seiring dengan efek ekonomi yang buruk sehingga biomassa akan memperpanjang umur pasokan minyak mentah yang semakin berkurang dalam hal pengurangan pasokan sumber daya alam, meskipun metodologi penilaian dampak yang lebih baik harus dilakukan untuk membuktikan kelebihan pemanfaatan biomassa
C.
Pemanasan Global
Peningkatan laju emisi gas rumah kaca seperti CO 2 secara global menimbulkan ancaman iklim dunia. Berdasarkan perkiraan pada tahun 2000, lebih dari 20 juta ton metrik CO 2 diperkirakan akan dilepaskan ke atmosfer setiap tahun.Jika tren ini berlanjut, diperkirakan bencana alam yang ektrem seperti hujan lebat yang mengakibatkan banjir, kekeringan atau ketidak seimbangan lokal mungkin terjadi. Biomassa merupakan sumber netral karbon dalam siklus hidupnya. Biomassa merupakan sumber energi keempat terbesar di dunia setelah batu bara, mintak bumi dan gas alam serta berkontriusi kepada hampir 14% konsumsi energi primer dunia. Biomassa saat ini dianggap sumber energi penting di seluruh dunia.
D.
Perbaikan Taraf Hidup
Karena bidang pertanian sangat penting untuk ekonomi yang sedang berkembang, maka diharapkan pertanian yang berkelanjutan akan meningkatkan
taraf
hidup
petani
disamping
pendapatan
mereka.
Pendidikan masyarakat juga sangat penting karena tingkat literasi di daerah pedesaan untuk negara berkembang tidak terlalu tinggi. Dalam hal ini kepada para petani. Apa yang dianggap penting dari segi pemandaatan biomassa oleh para petani adalah kemudahan untuk mengakses tanaman biomassa atau tempat pengumpulan biomassa, hal ini sangat sia-sia jika tidak ada akses ke tempat dimana biomassa tersebut diproduksi.
61
E.
Peningkatan Pendapatan Petani
Ada 2 cara untuk membantu para petani (The Japan Institute of Energy, 2007). Salah satu cara adalah dengan memberikan energi agar petani ini mendapat akses ke bahan bakar yang berguna. Di Thailang, para petani menggunakan gas untuk memasak yang berasal dari proses biomentasi skala kecil, sehingga mereka tidak perlu membeli gas propana untuk keperluan memasak. Bantuan kepada para petani ini juga efektif untuk menciptakan pertanian berkelanjutan dikarenakan pengurangan bahan bakar fosil. Bantuan yang lain adalah mel alui pemberian uang tunai. Jika para petani ini menanam bahan baku untuk produksi etanol lalu menjualnya dengan harga yang lebih tinggi, maka mereka akan mendapatkan
uang
untuk
membeli
listrik.
karena
mereka
yang
menggunakan etanol sebagai bahan bakar lebih kaya jika dibandingkan para petani, maka mekanisme ini bisa dianggap sebagai “redistribusi kekayaan”.
F.
Keamanan Energi
Peekonomian
semua
negara
dan
khususnya
negara
maju
bergantung pada pasokan energi yang aman.Kemanan energi berarti ketersediaan energi yang konsisten dalam berbagai bentuk pada harga yang terjangkau. Kondisi ini harus bisa tetap bertahan untuk jangka keamanan energi sangat penting karena distribusi sumber daya bakar fosil yang tidak seimbang dikebanyakan negara saat ini. Pasokan energi akan menjadi lebih rentan pada waktu dekatn ini akibat ketergantungan global terhadap minyak impor. Biomassa merupakan sumber daya domestik yang tidak terkena pengaruh flutasi harga pasar dunia atau ketidakpastian pasokan bahan bakan impor.
G.
Mata Uang Asing
Ada peluag bagi negara berkembang untuk mendapatkan mata uang asing melalui ekspor bioenergi. Misalnya, untuk kasus produksi ubi kayu di Thailand, produksi ubi kayu untuk keperluan makanan dan etanol adalah
62
seimbang saat ini. Akan tetaoi, penggunaan ubi kayu untuk etanol mungkin meningkat, hal ini sering dikatakan bahwa pemanfaatan bioenergi mungkin akan mengalami konflik dengan produksi makanan dengan kata lain permintaan dunia terhadap etanol mungkin mengancam stabilitas pasokan makanan domestik
2.3.
Kelebihan dan Kekurangan Biomassa
Tabel 2.9 Kelebihan dan Kelemahan Sumber Energi dari Biomassa dibandingkan Sumber Energi Terbarukan Lain Biomassa Sumber Energi Terbarukan
Lain
1. Dapat disimpan dalam jangka lama 2. Dapat dimanfaatkan sebagai sumber panas maupun daya (CHP) sehingga efisiennya tinggi. Kelebihan
3. Teknologinya fleksibel, baik untuk skala kecil, sedang, ataupun besar. 4. Lebih efisien jika antara sumber energi dan pemanfaatannya berjarak dekat (reduced transportation cost ).
63
1. Tergantung lokasi, persediaannya cukup banyak. 2. Pengembangannya lebih ke arah pembangkitan daya.
1. Untuk beberapa teknologi proses masih menghasilkan bau. 2. Perlu gas cleaning. 3. Abu yang dihasilkan cukup Kelemahan
tinggi sehingga maintenance peralatan lebih sering dilakukan. 4. Sparepart untuk proses gasifikasi, pirolisis, cogeneration masih terbatas.
64
1. Beberapa sulit disimpan dalam waktu yang lama 2. Efisiensinya masih rendah
BAB III CADANGAN BIOMASSA 3.1.
Cadangan Biomassa di Indonesia
Perkebunan dan pertanian merupakan sektor bisnis yang sangat berkembang di Indonesia, hal tersebut menunjukkan potensi yang cukup tinggi untuk memenuhi sumber bahan baku pembuat biomassa. Menurut DITJEM EBTKE, KEMJEN ESDM tahun 2013, telah memetakan potensi penghasil biomassa dari berbagai sektor yang ada di Indonesia, dari peta tersebut dapat dilihat daerah mana saja yang memiliki potensi paling tinggi, sehingga dapat dijadikan lokasi produksi energy biomassa yang lebih efisien. Gambar 01 dibawah menunjukkan lokasi-lokasi dan tingkat potensi bahan baku biomassa secara umum di Indonesia.
Gambar 3.1. Peta potensi biomassa (dari berbagai sumber) di Indonesia
Dari gambar tersebut dapat dilihat lokasi-lokasi dengan tingkat energy yang dapat dihasilkan dari ketersediaan sumber biomassanya. Energi yang dapat diperoleh dari biomassa di Indonesia sangat besar yaitu 5.083 MWe, namun dari sangat besarnya daya yang dihasilkan tersebut masih sangat sedikit energy yang termanfaatkan. Data dari gambar dibawah dapat dilihat bahwa hanya sebagian kecil energy yang termanfaatkan dari sekian banyak bahan baku biomassa yang tersedia di Indonesia.
65
Gambar 3.2. Total Potensi Biomassa Gambar
diatas
menunjukkan
bahwa
hanya
sedikit
sekali
yang
termanfaatkan, dari 30.000 MWe potensi yang ada, hanya sekitar 850 MWe saja yang termanfaatkan. Dengan pengelolaan yang baik tentunya angka tersebut dapat berubah secara signifikan. Selain itu manfaat lain yang dapat dirasakan tentu mengurangi limbah yang ada di Indonesia.
A.
Bioetanol
Pertumbuhan kendaraan bermotor di Indonesia, khususnya sepeda motor melonjak secara signifikan pada beberapa tahun belakangan dengan pertumbuhan eksponensial. Hal ini berakibat pada kebutuhan BBM yang meningkat pula. Dengan kondisi seperti ini, dimana BBM semakin lama semakin menipis, bioetanol berpotensi menjadi bahan bakar alternatif pengganti bensin dengan keunggulannya seperti pembakaran lebih sempurna, mengurangi emisi karbon monoksida dan lain-lain.
66
Selain itu, potensi biomassa diprediksi berpotensi membangkitkan energi listrik hingga 49.810 megawatt. Saat ini diperkirakan pemanfaatan biomassa baru mampu memproduksi listrik 445 megawatt. Namun, hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa negara Indonesia adalah negara kepulauan sehingga potensi tersebut bersifat sektoral dimana akan terjadi kesulitan pendistribusian biomassa tersebut untuk diolah menjadi bioetanol. Saat ini, teknologi yang digunakan dalam produksi bioetanol memanfaatkan bahan baku non pangan atau biasa disebut bioetanol generasi kedua, dimana bioetanol generasi pertama menggunakan bahan baku yang berbasis pangan. Bioetanol generasi kedua menggunakan bahan baku seperti limbah pertanian maupun kehutanan. Salah satu bahan baku yang paling potensial digunakan adalah limbah ampas tebu, dengan luas tanaman tebu di Indonesia sekitar 470.000 Ha(menghasilkan sekitar 3,6 juta kl bioetanol). Mekanisme pemanfaatan bioetanol sendiri dilakukan dengan pencampuran bioetanol dan bensin dengan persentase tertentu hingga pada tahun 2025 ditargetkan komposisi campuran bensin dan bioetanol adalah 80:20. Dilain hal, pelaksanaan dari regulasi tersebut melalui mandatori pemerintah terhadap penggunaan bioetanol nyaris tidak menunjukan realisasinya. Dalam hal ini, pemerintah masih kurang serius menerapkan kebijakan diversifikasi energi tersebut. Akibatnya, pangsa pasar bioetanol pun mengalami keterpurukan. Hal ini berakibat pada industri-industri bioetanol di Indonesia yang semakin terancam bangkrut, khususnya pada pabrik-pabrik skala rumahan. Pada awalnya, industri beranggapan bahwa bioetanol yang mereka hasilkan akan diterima oleh Pertamina, atau lembaga lain yang bertugas sebagai pembeli siaga (off taker). Namun, karena kualitas bioetanol tidak memenuhi persyaratan yang ditetapkan Pertamina(kemurnian 99%), dimana bioetanol yang dihasilkan hanya memiliki kemurnian 90%. Hal ini disebabkan
67
hanya
perusahaan-perusahaan
besarlah
yang
memiliki
teknologi yang mampu menghasilkan kemurnian hingga 99%(full grade ethanol).
a.
Pabrik-pabrik yang memproduksi bioetanol di Indonesia
Terdapat 9 pabrik etanol dengan total kapasitas produksi mencapai 133.632 kilo liter, dan beberapa diantaranya telah mulai produksi pada tahun 2007. Pemerintah melalui Tim Nasional Pengembangan Bahan Bakar Nabati memperkirakan biaya investasi yang harus dikeluarkan untuk pengembangan Biofuel di Indonesia sampai tahun 2010, dengan target tercapainya penggunaan 10% biodiesel dan 5% bioetanol adalah sebesar Rp 200 triliun. Beberapa pabrik yang berkecimpung dalam industri bioetanol antara lain: 1)
PT Molindo Raya PT Molindo Raya Surabaya adalah produsen utama bioetanol di Indonesia. Bahan baku yang digunakan dalam memproduksi bioetanol adalah molases yang disuplai dari pabrik-pabrik sekitar. Pabrik ini dapat memproduksi etanol untuk bahan bakar kendaraan bermotor sebanyak 10.000 kiloliter per tahun.
2)
PT Perkebunan Nusantara (PTPN) Pabrik bioetanol ini terletak di Mojokerto, Jawa Timur berkapasitas 30 juta liter per tahun dengan investasi Rp 461,21 miliar. Bioetanol yang diproses dari bahan baku tetes tebu (molasses) dari Pabrik Gula (PG) Gempolkrep Mojokerto ini diserap oleh Pertamina sebagai campuran bahan bakar premium. PTPN X mempunyai 11 pabrik gula yang tersebar di berbagai kota di Jawa Timur. Kebutuhan bahan baku pabrik bioetanol ini sebesar 120.000 ton tetes tebu.
b.
Dinamika produksi bioetanol dan realisasinya di Indonesia
BBN yang terdiri dari biodiesel dan bioetanol merupakan bahan bakar alternatif yang paling potensial mengurangi dominasi bahan bakar
68
minyak. Selama kurun waktu 23 tahun(2012-2035), diprediksi BBN meningkat dengan laju pertumbuhan 15,9%(0,7 juta kl pada 2012 menjadi 21 juta kl pada 2035) per tahun untuk skenario dasar dan 17,4% untuk skenario tinggi (BPPT 2014). Pada kedua skenario, pertumbuhan bioetanol sangat rendah. Hal ini disebabkan hampir semua bahan baku bioetanol diperlukan sebagai bahan pangan atau farmasi sehingga cukup sulit untuk mengembangkan perkebunan energi untuk bioetanol sementara sementara hasil perkebunan tersebut masih diperlukan untuk memenuhi kebutuhan pangan dan komoditas ekspor. Pemerintah telah mengalokasikan subsidi di sektor transportasi PSO(Public Service Obligation) untuk pemanfaatan biodiesel sebesar 3000 Rp./liter dan bioetanol 3500 Rp./liter pada APBN-P 2013 dan RAPBN 2014. Perubahan mandatori dengan target yang lebih tinggi dengan dibuatnya peraturan menteri ESDM 25/2013 mempercepat pemanfaatan biodiesel dan bioetanol. Berdasarkan peraturan tersebut, pada tahun 2025 target yang diwajibkan pemerintah adalah wajib pakai bioetanol dari awalnya 15% menjadi 20%, namun pada tahun 2015 dari awalnya 5% diturunkan menjadi 1% sementara untuk transporasi non PSO dan industri turun dari 10% menjadi 2%. Hal ini disebabkan pemanfaatan bioetanol pengganti bensin masih dihadapkan oleh berbagai kendala. Pada kurun waktu 23 tahun mendatang, kebutuhan bensin akan meningkat 3 kali lipat dari sekarang, dengan kondisi pengembangan bioetanol yang masih belum cukup baik, diprediksi bioetanol belum mampu menggantikan bensin. Saat ini, 8 produsen bioetanol telah memiliki izin usaha niaga BBN dengan kapasitas produksi bioetanol sebesar 416 ribu kl/tahun, dimana kapasitas sebesar 200 ribu kl/tahun siap untuk diproduksi. Saat ini bahan baku yang potensial digunakan dalam membuat bioetanol di Indonesia antara lain tetes tebu, ketela pohon, ubi jalar, dan sorgum. Setiap hektar lahan tebu dapat menghasilkan tetes tebu sekitar 1015 ton(sekitar 766-1150 liter bioetanol grade bahan bakar). Pada tahun 2013 luas tanaman tebu di Indonesia sekitar 470.000 Ha(sekitar 3,6 juta kl
69
bioetanol). Untuk mengembangkan bioetanol lebih lanjut diperlukan penambahan luas lahan baru yang selama ini masih menjadi kendala. Luas lahan sagu di Indoensia sekitar 1,2 juta Ha dengan potensi produksi sagu sekitar 5 juta ton pati kering. Dengan intensitas produksi 600 liter per ton pati, maka dapat dihasilkan bioetanol sebesar 2,85 juta kl. Selain tebu dan sagu, sumber bahan baku bioetanol yang potensial antara l ain: Nipah, Aren dan Lontar. Nipah diperkirakan dapat menghasilkan 750 ribu bioetanol (dengan 25% produksi). Selain itu, dengan subsidi sebesar 3500 Rp./liter, harga bioetanol belum cukup kompetitif sehingga kurang menarik minat industri dalam negeri dan investor. Permasalahan utama yang dihadapi sekarang adalah HIP yang menjadi acuan harga bioethanol sudah tidak sesuai dengan keekonomian, alias terlalu murah. Kementerian ESDM mengajukan usulan kenaikan HIP menjadi sekitar Rp9 ribu per liter. Ini sesuai dengan biaya produksi bioetanol yang sekitar Rp9 ribu-Rp9200 per liter. Sementara harga bioetanol saat ini hanya sekitar Rp8 ribu per liter. Tabel 3.1 Kapasitas PLT Biomassa Terpasang per Tahun di Indonesia NO
PULAU
KAPASITAS PER TAHUN (MV) 2005
2006
2007
2008
2009
2010
924,61
924,61
924,61
924,61
1.607,50
1.687,48
1
Sumatera
2
Jawa
10,9
10,9
10,9
10,9
10,9
10,9
3
Kalimantan
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
4
Sulawesi
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
5
Bali,NTT,NTB
N/A
N/A
N/A
N/A
9,6
10,08
6
Maluku, Papua
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
TOTAL
935,51
935,51
935,51
935,51
1.628,00
1.709,00
Sumber : Statistik EBTEK, Diitjen Energi Baru Terbarukan dan Konversi Energi Status Update : 17 Maret 2011
70
3.2.
Cadangan Biomassa di Dunia
Tabel 3.2 Population relying on traditional use of biomass for cooking in 2013
Sumber : IEA, World Energy Outlook 2015.
Tabel 3.3 Traditional use of biomass for cooking in developing Asia – 2013
Sumber : IEA, World Energy Outlook 2015.
71
A.
Bioetanol Negara-negara yang menggunakan bietanol sebagai bahan bakar
Industri biofuel dunia saat ini masih didominasi oleh produksi bioetanol, yang mencapai sekitar 700.000 barel per hari, sementara itu biodiesel produksinya hanya sekitar 75.000 barel per hari pada tahun 2006. Amerika serikat dan Brazil adalah negara utama produsen dan konsumen bioetanol, dengan produksi 80% dari total produksi dunia. Dan konsumsi bioethanol oleh Amerika Serikat dan Brazil mencapai 75% dari total konsumsi dunia. Bioetanol juga berkembang pesat di negara-negara Uni Eropa seperti Jerman, Spanyol dan
Swedia. Sementara itu Honggaria,
Lithuania dan republik Czech adalah negara baru produsen bioetanol. Di Asia, bioetanol mulai berkembang di beberapa negara antara lain India, Thailand, China, Malaysia dan Indonesia (Indonesian Commercial Newsletter 2008). Amerika Serikat Sejak tahun 1979, pemerintah Amerika Serikat telah menerapkan insentif pajak terhadap pengguna biofuel dalam bentuk Federal Excise Tax Exemption, dan saat ini sedang meningkatkan penggunaan Fuel Flexible Vechicles, dan memberikan insentif terhadap pembangunan SPBU. Beberapa negara bagian seperti Minnesota, Hawaii, Montana, dan Oregon saat ini telah menerapkan E10 (bioetanol yang dicampur dengan bensin dengan perbandingan 10:90), dengan bahan baku jagung. Brazil Menurut
data
dari
kementerian
ESDM,
Brazil
telah
mengembangkan bioetanol yang bersumber dari tebu dengan melakukan uji coba pada kendaraan sejak tahun 1925, dan dikembangkan dalam periode cukup lama dengan dukungan penuh dari pemerintah dalam bentuk regulasi dan insentif, dan saat ini pengembangan biofuel di Brazil telah menggunakan mekanisme pasar.
Dari seluruh produksi tebu,
perbandingan untuk pemanfaatan sebagai gula dan bioetanol adalah sekitar 50:50. India
72
Kebijakan pengembangan bioetanol diarahkan pada pemanfaatan Molasses yang berasal dari komoditas tebu, sehingga tidak mengganggu penyediaan gula.
Saat ini telah ditetapkan kebijakan E5 dan secara
bertahap dikembangkan ke E10 pada 2012.
Serangkaian percobaan
terhadap industri otomotif untuk penerapan E5 dan telah dinyatakan layak, namun saat ini masih belum dapat ditingkatkan kearah yang lebih tinggi karena masih dianggap dapat mengganggu mesin kendaraan. Indian Oil telah menerapkan E5 di beberapa negara bagian India sejak 2003, dan pemanfaatannya akan lebih baik apabila menerapkan catalityc converter kit.
73
BAB IV PENUTUP 4.1.
a.
Kesimpulan
Energi biomassa menjadi salah satu sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil. Biomassa sebagai sumber energi tidak akan pernah habis, karena bahan biologis yang di butuhkan untuk membuat energi biomassa akan selalu tersedia selama kehidupan di muka bumi ini masih ada.
b.
c.
d.
Pemanfaatan energi biomassa sebagai bahan baku untuk menjadi bionergi:
Biogas
Biodiesel
Bioethanol
Pelet Kayu
Biomassa dapat dikonversi menjadi 3 jenis produk utama:
Energi panas/listrik
Bahan bakar transportasi
Bahan baku kimia
Kelebihan dari energi biomassa adalah sifatnya yang terbarukan dan tidak akan habis juga pengolahan yang fleksibel dimana kita dapat menentukan jenis energi seperti apa yang kita butuhkan. Kekurangan dari energi biomassa ialah sifatnya yang berlawanan dengan pangan dan dibutuhkan lahan yang luas untuk menanam.
e.
Di dunia Indonesia merupakan negara nomor 6 terbesar didunia dalam pengguna biomassa yaitu 98 juta populasi. Negara paling banyak yang menggunakan biomassa adalah negara cina yaitu sebesar 450 juta populasi dan brazil 840 juta populasi.
4.2.
a.
Saran
Mulailah mengembangkan energi-energi alternatif untuk menyelamatkan cadangan minyak bumi yang telah kritis
74
DAFTAR PUSTAKA
Pieter, D.V. 2014. Panduan Energi Terbarukan. Diterjemahkan oleh: Andrew Budianto. Jakarta: Pnpm Mandiri.
Harayti, T. Biogas: Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif: Wartazoa vol 16 no03, 2006.
Karki, A.B dan K. Dixit. Biogas Fieldbook: Nepal: Sahayogi Press, 1984.
Mertahardianti, G.A dan S.R Juliastuti. Pengaruh Enzim Α -Amylase dalam Pembuatan Biogas dari Limbah Padat Tapioka yang Melibatkan Effective Microorganism (EM) dalam Anaerobic Digester: Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi, Yogyakarta, 2008.
Putro, S. Penerapan Instalasi Sederhana Pengolahan Kotoran Sapi Menjadi Energi iogas di Desa Sugihan Kecamatan Bendosari Kabupaten Sukoharjo: Warta vol 10 no 2 , hal 178-188, 2007.
Sihombing, D.T.H dan S. Simamora. Biogas From Biogical Waste for Rural Household in Indonesia, dalam K. Abdullah, Bogor Agriculture University, Indonesia and O. Kitani: Tokyo, Tokyo University Agriculture, 1988.
Simamora, S., Salundik, Sri W, dan Surajudin. Membuat Biogas, Pengganti Bahan Bakar Minyak dan Gas dari Kotoran Ternak: Jakarta: Agromedia Pustaka, 2006.
Soewarno, N., A. Sato, Muchayat. Pengolahan Sampah Organik untuk Memproduksi Biogas sebagai Energi Terbarukan: Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia – SNTKI, 2009.
75
