Teknik Bioenergi

Biodiesel: Mengubah Minyak Jadi Energi Bersih dan Terbarukan

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra pada 26 April 2024


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 terbarui seperti minyak hewan, minyak kedelai, minyak kanola, minyak kelapa sawit, jarak, kemiri, tanaman lignoselulosa, limbah pertanian, dan alga.

Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, dia lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas.

Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbarui yang dapat menggantikan diesel petrol di mesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan infrastruktur zaman sekarang.

Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun dalam pasar masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar.

Di Indonesia, penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar kendaraan dan mesin merupakan salah satu upaya pemerintah Indonesia dalam mengurangi penggunaan bahan bakar fosil dalm hal bauran energi baru terbarukan, dimana pemerintah merencanakan penggunaan bauran energi tersebut sebesar 23% pada tahun 2025 dan 31% pada tahun 2050. Dalam Peraturan Menteri ESDM No. 12 Tahun 2015, biodiesel wajib digunakan dengan campuran minimal 20% untuk transportasi dan usaha, serta 25% untuk sektor pembangkit listrik.

Membuat biodiesel

Dalam skala kecil, Anda bisa melakukannya dengan menggunakan satu liter minyak goreng segar atau bekas. Untuk minyak gorengnya membutuhkan 200 ml dan 0,2 liter metanol dan 3,5 g soda api atau NaOH. Jika minyak yang digunakan, dibutuhkan lebih dari 4,5 g. Kelebihan ini diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas atau FFA yang terdapat dalam jumlah besar dalam minyak goreng. Anda juga bisa menggunakan KOH, namun harganya lebih mahal dan membutuhkan 1,4 kali lebih banyak dibandingkan soda. proses produksi; Larutkan soda dalam metanol, tambahkan ke minyak yang dipanaskan hingga 55°C, aduk cepat selama 15 hingga 20 menit, dan dinginkan semalaman. Kemudian biodiesel berwarna kuning muda di atas dan campuran sabun FFA di bawah, sisa metanol yang belum bereaksi, dan 79 mL gliserin. Biodiesel yang bagian atasnya terdapat cairan berwarna kuning, mudah dipisahkan dengan cara dituang dan dikeluarkan cairan di bawahnya. Produk bagian bawah dapat dimurnikan dalam skala besar untuk mendapatkan gliserin yang berharga serta sabun dan residu metanol yang belum diproses.

Manfaat dan Keunggulan Biodesel

Manfaat

Biodiesel juga memiliki beberapa keuntungan tambahan. Pertama, penggunaannya dapat mengurangi pencemaran lingkungan seperti hidrokarbon yang tidak terbakar, karbon monoksida, sulfur, dan hujan asam. Bahan dasarnya berasal dari minyak goreng bekas, sehingga produksi biodiesel membantu mengurangi beban lingkungan dengan mengolah sampah atau limbah. Selain itu, biodiesel tidak menambah jumlah gas karbon dioksida ke atmosfer, karena bahan bakunya berasal dari tumbuhan atau nabati. Mesin diesel yang menggunakan biodiesel juga menghasilkan energi dengan pembakaran yang lebih sempurna daripada solar, sehingga tidak menghasilkan asap hitam berupa karbon atau CO2 seperti mesin yang menggunakan solar. Sebagai tambahan, biodiesel memiliki aroma khas yang mirip dengan minyak bekas dalam penggorengan makanan, memberikan pengalaman yang berbeda dalam penggunaannya.

Keunggulan dan Kekurangan

Biodiesel memiliki beberapa keunggulan yang signifikan. Pertama, penggunaan biodiesel dapat mengurangi emisi karbon monoksida dan SO2, yang merupakan pencemar udara berbahaya. Selain itu, bahan baku biodiesel tidak hanya berasal dari lemak hewan atau tanaman jarak pagar, tetapi juga dapat dihasilkan dari limbah penggorengan, memungkinkan produksi dalam skala kecil hingga menengah dan menciptakan peluang kerja baru. Selain itu, biodiesel aman disimpan dan diangkut karena tidak mengandung zat beracun, dan tidak memerlukan teknologi tinggi dalam proses pembuatannya. Limbah yang dihasilkan dari produksi biodiesel berupa gliserin, yang dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan sabun, sehingga membantu mengurangi polusi dan memberikan manfaat tambahan. Namun, biodiesel juga memiliki beberapa kelemahan. Beberapa mesin diesel modern, seperti yang digunakan oleh BMW dan Mercedes-Benz, mungkin tidak cocok untuk penggunaan biodiesel. Mereka hanya merekomendasikan penggunaan jenis bahan bakar tertentu seperti Dex, Shell Diesel, dan solar berkualitas tinggi lainnya.

Cara produksi Kimiawi
Esterifikasi

Esterifikasi merupakan reaksi pertukaran antara gugus hidroksil pada asam lemak dengan gugus alkoksi pada alkohol yang ditambahkan pada bahan baku, sehingga menghasilkan alkil ester dan air. Bahan baku pembuatan biodiesel yang memliki banyak asam lemak bebas seperti minyak jelantah, minyak karanja, minyak kastor, dan lain-lain harus melalui tahapan ini terlebih dahulu sebelum melalui reaksi transesetrifikasi yang merupakan reaksi utama pembentukan biodiesel. Dalam proses ini, banyaknya minyak yang teresterifikasi dan bilangan asam menjadi parameter keberhasilan, dimana semakin kecil bilangan asamnya, semakin berhasil prosesnya. Faktor yang menjadi penentu keberhasilan proses ini yaitu suhu, jenis alkohol, perbandingan molar alkohol dan minyak, serta katalis seperti asam sulfat, asam paratoluenasulfonat, asam 4-dodesilbenzenasulfonat, asam metansulfonat, sulfuril klorida, dimetil sulfat, dan lain-lain.

Transesterifikasi

Tranesterifikasi adalah reaksi pertukaran antara gugus (RO) dari ester dengan gugus alkoksid dari alkohol, dimana dalam proses pembuatan biodiesel, trigliserida dalam bahan baku akan bereaksi dengan alkohol sehingga menjadi alkol ester. Reaksi ini memiliki tiga tahap, yaitu trigliserida bereaksi dengan alkohol membentuk digliserida dan ester, lalu digliserida bereaksi dengan alkohol membentuk monogliserida dan ester, dan akhirnya monogliserida bereaksi dengan alkohol membentuk gliserin gliserin dan ester. Dalam reaksi ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi hasil reaksi, yaitu suhu, jenis alkohol, rasio molar alkohol dan minyak, intensitas pengadukan, jenis katalis, dan konsentrasi katalis.

Enzimatis
Penggunaan enzim sebagai katalis heterogen dapat mempercepat pembentuka alkil ester, sering menjadi cara alternatif dalam produksi biodiesel dengan bahan baku tinggi asam lemak bebas karena tidak menimbulkan buih akibat reaksi saponifikasi. Adapun enzim yang sering digunakan adalah enzim lipase karena bisa didapat dari bakteri atau jamur, dan dinilai efektif mengatalisis proses esterifikasi-transesterifikasi.

Alkohol Superkritis

Dalam metode ini, produksi biodiesel dapat dilakukan tanpa penambahan katalis. Namun, metode ini memerlukan kondisi operasi di atas suhu dan tekanan kritis metanol (suhu kritisnya 239 °C dan tekanan kritisnya 8,1 MPa) atau etanol (suhu kritisnya 243 °C dan tekanan kritisnya 6,39 MPa) sehingga polaritasnya berkurang dan melarutkan minyak yang bersifat nonpolar.

Sumber: id.wikipedia.org

Selengkapnya
Biodiesel: Mengubah Minyak Jadi Energi Bersih dan Terbarukan

Teknik Bioenergi

Biomassa: Sumber Energi Terbarukan dari Alam yang Beragam

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra pada 26 April 2024


Biomassa

Biomassa adalah istilah yang mengacu pada semua senyawa organik yang berasal dari makanan, alga, dan sampah organik. Klasifikasi biomassa dibedakan menjadi biomassa berkayu, biomassa non-kayu, dan biomassa sekunder. Biomassa juga dapat diklasifikasikan menjadi limbah pertanian, limbah hutan, produk tanaman intensif, dan limbah organik. Sifat kimia, sifat fisik, kadar air dan kekuatan mekanik biomassa yang berbeda sangat berbeda dan berbeda. Biomassa merupakan sumber energi terbarukan berkualitas rendah. Teknologi konversi energi panas menggunakan biomassa sangat kompleks dan dapat disesuaikan dengan penerapannya. Bervariasi berdasarkan aplikasi dan kompleksitas. Sifat biologis utama dari proses insulasi berkaitan dengan analisis proksimat, analisis ultimat, suhu leleh, ketahanan benturan, dan laju keausan.

Biomassa adalah salah satu jenis senyawa organik. Biomassa terutama terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein. Mineral yang tersisa adalah natrium, fosfor, kalsium dan zat besi. Senyawa utama penyusun biomassa adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin.Ketiga senyawa inilah yang menyusun dinding tumbuhan. Biomassa dapat digunakan sebagai bahan bakar atau melalui proses briket. Selain itu, biomassa juga digunakan sebagai bahan bakar pembangkit listrik.

Penggunaan istilah

Kata “biomassa” pertama kali digunakan dalam literatur pada tahun 1934. Seorang ilmuwan Rusia bernama Bogorov menggunakan kata biomassa dalam nama biomassa dalam Journal of Marine Biology Association. Dalam jurnal tersebut, biomassa mengacu pada berat alga kering yang digunakan untuk memeriksa perubahan musiman dalam pertumbuhan tanaman. Biomassa sekarang didefinisikan sebagai energi yang dihasilkan langsung dari tanaman. Biomassa tidak langsung adalah biomassa yang diperoleh dari industri peternakan dan makanan.

Sumber daya

Sumber daya hayati berasal dari berbagai tumbuhan darat dan laut. Biomassa dapat diperoleh dari pertanian, peternakan, sisa limbah, limbah industri, dan kotoran hewan.Berdasarkan siklus karbon melalui fotosintesis, terdapat sumber daya hayati tidak terbatas yang dapat digunakan kapan saja.Sumber daya alam yang berkelanjutan sangat dipengaruhi oleh ekosistem tanaman yang mempertimbangkan hasil panen, tingkat pertumbuhan, dan perlindungan lingkungan.

Komponen penyusun

  • Selulosa
    • Biomassa sebagian besar merupakan senyawa selulosa. Persentase kandungannya bervariasi dari 33% hingga 90% tergantung jenis tanaman. Rumus kimia selulosa adalah C6H10O5. Selulosa mengandung polimer glukosa dengan panjang rantai hingga 10.000 molekul. Pada kayu kering, kandungan selulosanya 40 sampai 44%. Peran selulosa dalam bioteknologi adalah sebagai penghasil pirolisis pada proses pirolisis.
  • Hemiselulosa
    • Hemiselulosa adalah polimer yang tersusun dari senyawa glukosa dengan lima atom karbon. Proporsi hemiselulosa dalam biomassa berkisar antara 15 hingga 35%. Pada proses pirolisis, kandungan hemiselulosa menurun lebih cepat dibandingkan selulosa dan lignin. Hemiselulosa dapat menghasilkan gula arabinosa dan furfural bila direbus pada suhu 200 °C.
  • Lignin
    • Biomassa mengandung makromolekul terikat yang disebut lignin, makromolekul senyawa fenolik basa. Lignin digunakan sebagai zat pengasam dalam bentuk lignosulfonat. Zat asam sulfat ini digunakan untuk menjaga kestabilan lumpur pemboran. Sifat lignin adalah ketahanannya terhadap panas. Setelah proses pirolisis (350~500˚C), nilai kandungannya menurun. Setelah udara, penurunan kandungan lignin menyebabkan terbentuknya senyawa tar dan fenolik di udara yang berbahaya bagi kesehatan manusia. Ketika udara bersentuhan dengan tar dan senyawa fenolik, mereka menyebabkan oksidasi dan terakumulasi di saluran pernapasan.
  • Pati
    • Pati merupakan polisakarida yang mengandung gula dan dihubungkan oleh glikosida. Sebagian besar pati larut dalam air panas, namun ada pula yang tidak. Pati memiliki nilai gizi yang tinggi dan terdapat pada biji, umbi atau batang tanaman.
  • Protein
    • Protein merupakan senyawa makromolekul dengan kandungan asam terpolimerisasi yang tinggi. Sifat-sifat protein ditentukan oleh jenis dan keasaman asam yang terpolimerisasi. Dalam biomassa, protein lebih sedikit dibandingkan dengan selulosa, hemiselulosa, dan lignin.
  • Komponen organik dan anorganik
    • Komponen organik dan anorganik ditemukan dalam jumlah biomassa yang sangat kecil. Komponen organik utama adalah gliserida dan sukrosa, sisanya adalah alkaloid, pigmen, terpen dan zat lilin. Fase anorganik adalah abu yang tersusun dari unsur kalsium, kalium, fosfor, magnesium, silikon, aluminium, besi, dan natrium.

Karakteristik

  • Karakteristik gasifikasi
    • Biomassa mempunyai sifat khusus pada musim berangin. Dalam proses penyaringan, sifat biologis diperoleh melalui analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis rinci diperoleh karakteristik seperti kadar air, kadar abu, kadar air dan nilai kalor. Pada analisa akhir diketahui kadar karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan sulfur. Selain itu, ia juga menunjukkan ketahanan terhadap suhu peleburan kembali, sifat anti-aus, dan indeks bioekspansi.
  • Kadar air
    • Biomassa memiliki kadar air bebas dan kadar air terikat. Selama proses pengeringan, kadar air bebas menghilang dan mengalami perubahan sesuai dengan tingkat kelembaban udara. Sedangkan peleyapan kadar air terikat harus dilakukan dengan teknik pengeringan karena berada di dalam pori-pori biomassa.
  • Abu
    • Biomassa yang terbakar menghasilkan bahan organik berupa abu. Unsur utama abu ini adalah silika, aluminium, besi, kalsium, magnesium, titanium, natrium dan kalium. Biaya pembuangan abu pada akhir proses insinerasi dan teknologi konversi yang digunakan ditentukan oleh kadar abu.Hal terpenting dalam pemilihan teknologi isolasi ditentukan oleh karakteristik abu pada suhu tinggi. Jika fly ash berbentuk frit maka temperatur operasi produksi gas harus lebih tinggi dari nilai lelehnya. Sebaliknya, untuk generator gas yang menggunakan abu terbang dalam bentuk abu kering, suhu pengoperasian tidak boleh melebihi nilai suhu abu gabungan.
    Zat terbang
    • Ketika biomassa dipanaskan atau dimasak, ia melepaskan senyawa yang disebut zat mudah menguap. Emisinya meliputi hidrogen, karbon monoksida, karbon dioksida, metana, hidrokarbon ringan, tar, amonia, belerang, dan oksigen. Bahkan setelah proses pirolisis, biomassa tetap berbentuk padat yang disebut batubara. Padatan ini sebagian besar mengandung karbon.
  • Nilai kalor
    • Biomassa yang mengalami dekomposisi lengkap dan stoikiometri menghasilkan energi yang disebut nilai kalor atau panas. Nilai kalor dapat dinyatakan sebagai nilai kalor maksimum atau nilai kalor total, dan dapat dinyatakan sebagai nilai kalor minimum atau nilai kalor bersih. Perbedaan antara nilai kalor bruto dan nilai kalor bersih bergantung pada jumlah kalor pembakaran air panas tersebut. 25°C adalah suhu standar untuk mencatat nilai kalor kotor dan bersih.

Jenis

  • Biomassa kayu
    • Biomassa kayu adalah biomassa berupa kayu yang diperoleh dari hutan. Selain itu, biomassa kayu juga hadir dalam bentuk limbah kayu yang tidak diperlukan untuk industri kehutanan. Pohon tumbang tidak memiliki nilai komersial dan dapat dimanfaatkan sebagai energi biomassa. Pohon yang ditanam di hutan organik diberi jarak agar tunggulnya dapat tumbuh. Dalam kondisi ringan, siklus ini berulang selama 50 hingga 100 tahun.
  • Biomassa herba
    • Biomassa vegetatif adalah biomassa yang berupa tumbuhan liar, tumbuhan pangan, sisa tumbuhan pangan, rerumputan, bambu, dan polong-polongan. Rumput merupakan tanaman herba yang dapat menghasilkan energi dalam waktu singkat. Kacang-kacangan baik bagi lingkungan karena dapat mengikat nitrogen dengan bantuan bakteri Rhizobium, sehingga mengurangi penggunaan pupuk nitrogen kimia pada tanaman organik.
  • Tanaman gula dan pati
    • Biomassa dalam bentuk gula dan pati dapat diubah menjadi biofuel. Sisa limbahnya mengandung pati dan gula serta selulosa dan hemiselulosa yang dapat diubah menjadi glukosa melalui proses fermentasi. Tanaman pati yang dapat dikonversi langsung menjadi biomassa antara lain padi, kentang, ubi jalar, gandum, jelai, singkong, dan sagu. Saat ini tanaman gula yang dapat dibuat biodegradable adalah tebu dan bit.
  • Biomassa penghasil minyak
    • Produksi Minyak Biomassa merupakan biji atau buah tanaman yang dapat menghasilkan lemak dan minyak. Jenis biomassa ini digunakan sebagai makanan, pakan industri dan sebagai pengganti minyak mineral dalam produksi biofuel. Biofuel utama yang menghasilkan minyak adalah kedelai, mustard, dan minyak sawit.

Pemanfaatan

  • Sumber energi terbarukan
    • Biomassa merupakan salah satu bahan baku produksi biomassa. Sumber biomassa yang digunakan dalam biomassa berasal dari sampah perkotaan. Biomassa merupakan biofuel yang menghasilkan energi primer dalam bentuk cair. Biomassa dalam bentuk gas digunakan sebagai biomassa, biomassa dalam bentuk padat digunakan sebagai biobriket. Ketiga sumber energi utama ini digunakan sebagai bahan bakar transportasi dan industri. Selain itu, energi primer ini dapat diubah menjadi energi sekunder yaitu energi biomassa. Pemanfaatan biomassa untuk menghasilkan produk berbasis bio tidak memiliki syarat khusus dan dapat langsung dimanfaatkan sebagai energi primer.
    • Konversi biomassa menjadi energi dimungkinkan melalui penyulingan, proses biokimia dan ekstraksi biji minyak. Dalam konversi biomassa menggunakan metode termal, biomassa melibatkan proses pembakaran, gasifikasi, pirolisis, pemanggangan, dan termal. Panas pembakaran bahan bakar padat diubah menjadi energi panas dan gas buang yang terdiri dari karbon dioksida dan uap air. Panas pembakaran digunakan pada turbin uap yang berfungsi memanaskan air hingga menghasilkan uap. Panas pembakaran juga digunakan dalam berbagai proses industri yang memerlukan reaksi kimia. Melalui proses pirolisis, bahan bakar padat berupa batubara dapat diperoleh dengan kualitas biomassa yang lebih tinggi. Selain itu, proses pirolisis menghasilkan dekomposisi biologis yang menghasilkan senyawa hidrokarbon. Senyawa yang dihasilkan adalah tar, hidrokarbon berat dan asam organik. Proses pirolisis juga menghasilkan gas seperti karbon monoksida, karbon, uap air, asetilena, etena, dan etana. Proporsi senyawa yang dihasilkan dari proses pirolisis biomassa ditentukan oleh suhu akhir pirolisis dan laju pemanasan.
  • Bioproduk
    • Biomassa juga digunakan untuk menggantikan bensin pada mobil dengan memproduksi bioetanol. Selain itu, biomassa dapat menghasilkan energi panas dan energi listrik melalui produksi biomassa, gas sintetis dan biopellet, dan dengan menggunakan teknologi biorefinery pada biomassa, bioetanol dapat diproduksi dengan harga murah. Selain itu, cara ini dapat menghasilkan energi dan produk samping. Bahan yang digunakan untuk mengubah biomassa menjadi bioetanol berasal dari sisa pertanian atau pertanian yang mengandung pati dan lignoselulosa. Bahan ini diubah menjadi hidrokarbon melalui langkah pertama hidrolisis dan fermentasi. Proses hidrolisis menggunakan enzim selulase baik dengan metode enzimatik maupun termokimia. Pada titik ini, ragi digunakan dalam proses fermentasi. Pati digunakan untuk memproduksi etanol, sedangkan lignin dan hemiselulosa digunakan untuk menghasilkan produk berupa xylitol, perekat, lignosulfonat dan biomassa.
  • Teknologi gasifikasi
    • Biomassa digunakan untuk menghasilkan bahan bakar gas dalam proses pembakaran. Produksi gas dicapai melalui reaksi kimia berenergi tinggi antara biomassa dan zat gas. Agen gas adalah udara, oksigen, atau uap air. Produksi bahan bakar gas dari biomassa menggunakan proses pirolisis. Biomassa terutama terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, yang digunakan sebagai bahan mentah.
    • Ketika biomassa digunakan dalam teknologi produksi, faktor-faktor seperti kadar air, bentuk dan ukuran partikel juga dipertimbangkan. Dengan pengeringan dimungkinkan diperoleh kadar air biomassa kurang dari 30%. Kadar air biomassa yang dikeringkan di udara adalah 10-15%. Partikel biomassa harus berbentuk bola atau silinder. Partikel datar atau debu tidak boleh digunakan karena dapat mengganggu aliran udara di dalam reaktor. Ukuran partikel biomassa yang digunakan sebagai umpan udara harus antara 0,5 dan 5,0 cm. Kepadatan massa minimum partikel biomassa adalah 250 kg/m2, dan ukuran partikel biomassa diklasifikasikan menjadi partikel besar, partikel kecil, partikel acak, peternakan energi, atau tumpang sari. Untuk partikel berukuran besar, kadar air abu kurang dari 30% dan kadar abu rendah sehingga menghasilkan ukuran partikel yang besar. Partikel yang lebih kecil mengandung lebih banyak uap air atau abu tetapi memiliki kepadatan partikel yang lebih rendah. Partikel-partikel tersebut memiliki kadar air yang tinggi dan bentuknya tidak beraturan atau sangat basah. Ukuran partikel biomassa yang lebih besar digunakan dalam pembangkitan energi atau daur ulang. Persyaratan utama penggunaan biomassa sebagai bahan baku adalah ketersediaannya dalam jumlah yang memungkinkan pemanfaatan berkelanjutan.

Dampak

Biomassa merupakan bahan bakar bebas karbon sehingga tidak menghasilkan gas rumah kaca. Pembakaran bahan bakar fosil hanya menghasilkan begitu banyak karbon dioksida. Keseimbangan karbon dioksida dicapai dengan menanam tanaman baru yang menyerap karbon dioksida. Jika biomassa dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan, maka luas lahan pertanian dan hutan produktif akan semakin berkurang.

Sumber: id.wikipedia.org

Selengkapnya
Biomassa: Sumber Energi Terbarukan dari Alam yang Beragam

Teknik Bioenergi

Pelet Biomassa: Solusi Energi Ramah Lingkungan untuk Masa Depan

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra pada 26 April 2024


Bahan bakar pelet

Bahan bakar pelet, merupakan jenis bahan bakar padat yang terdiri dari bahan organik terkompresi. Pelet ini dapat dihasilkan dari lima kategori biomassa umum, termasuk limbah industri, sisa makanan, limbah pertanian, tanaman energi, dan kayu yang belum diolah. Salah satu jenis pelet yang paling umum adalah pelet kayu, yang biasanya dibuat dari serbuk gergaji dan limbah industri dari proses pengolahan kayu. Limbah industri lainnya yang dapat digunakan termasuk tandan buah kosong, cangkang inti sawit, tempurung kelapa, serta bagian-bagian pohon yang dibuang saat penebangan. Terdapat juga jenis pelet yang disebut "pelet hitam", yang dibuat dari biomassa dan dimurnikan sehingga menyerupai batu bara keras, dirancang khusus untuk digunakan di pembangkit listrik yang sudah ada. Pelet diklasifikasikan berdasarkan nilai kalor, kadar air, abu, dan dimensi, serta dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk berbagai keperluan seperti pembangkit listrik, pemanas komersial atau perumahan, dan memasak.

Keunggulan pelet adalah kepadatannya yang tinggi dan kadar air yang rendah, memungkinkan pembakaran dengan efisiensi yang tinggi. Selain itu, bentuk geometrisnya yang teratur dan ukurannya yang kecil memungkinkan pengumpanan otomatis dengan kalibrasi yang sangat halus, baik menggunakan pengumpanan auger maupun pengangkutan pneumatik. Kepadatan yang tinggi juga memudahkan dalam penyimpanan kompak dan transportasi jarak jauh, bahkan dapat dengan mudah diangkut dari kapal tanker ke bunker penyimpanan atau silo di lokasi pelanggan.

Sejak pertengahan 1980-an, telah dikembangkan berbagai macam kompor pelet, tungku pemanas sentral, dan peralatan pemanas lainnya. Permintaan akan pemanas pelet meningkat signifikan di Eropa dan Amerika Utara seiring dengan kenaikan harga bahan bakar fosil sejak tahun 2005, yang mengakibatkan munculnya industri yang cukup besar. Produksi pelet kayu sendiri meningkat lebih dari dua kali lipat antara tahun 2006 dan 2010 menjadi lebih dari 14 juta ton, menurut Tugas 40 Badan Energi Internasional. Pusat Sumber Daya Energi Biomassa memperkirakan bahwa produksi pelet kayu di Amerika Utara akan meningkat dua kali lipat lagi dalam lima tahun mendatang, menurut laporan tahun 2012.

Produksi

Proses produksi pelet dimulai dengan kompresi material kayu yang sebelumnya telah melewati hammer mill untuk menghasilkan massa seragam yang mirip adonan. Massa ini kemudian dimasukkan ke mesin press, di mana tekanan tinggi menyebabkan suhu kayu meningkat pesat. Lignin, komponen kayu yang sedikit menjadi plastis, membentuk "lem" alami yang menyatukan pelet saat mendingin. Selain kayu, pelet juga dapat dibuat dari rumput dan biomassa non-kayu yang tidak mengandung lignin. Produksi pelet rumput telah maju di Eropa karena waktu tumbuh yang singkat dan kemudahan pengolahan.

Departemen Pertanian Nova Scotia pada tahun 2012 mengumumkan proyek konversi boiler berbahan bakar minyak menjadi pelet rumput di fasilitas penelitian. Pelet bahan bakar sekam padi, di sisi lain, dibuat dari padatan yang diperoleh dari hasil sampingan penanaman padi di ladang. Sifatnya mirip dengan pelet kayu dan lebih ramah lingkungan karena bahan bakunya merupakan produk limbah. Laporan CORRIM memperkirakan bahwa energi yang dibutuhkan untuk memproduksi dan mengangkut pelet kayu kurang dari 11% kandungan energi pelet jika menggunakan limbah kayu industri yang sudah dikeringkan. Namun, jika pelet dibuat dari bahan hutan, diperlukan energi hingga 18% untuk mengeringkan kayu dan tambahan 8% untuk energi transportasi dan manufaktur. Penilaian dampak lingkungan terhadap pelet kayu yang diekspor oleh Universitas Bologna dan Universitas British Columbia menyimpulkan bahwa energi yang diperlukan untuk mengirimkan pelet kayu Kanada ke Stockholm merupakan sekitar 14% dari total kandungan energi pelet kayu.

Standar pelet

Pelet yang memenuhi standar umum yang digunakan di Eropa, seperti DIN 51731 atau Ö-Norm M-7135, memiliki kandungan air kurang dari 10% dan kepadatan yang seragam, lebih tinggi dari 1 ton per meter kubik, sehingga dapat tenggelam dalam air (sementara berat jenisnya termasuk udara yang terperangkap hanya sekitar 0,6-0,7 ton per meter kubik). Pelet ini memiliki kekuatan struktural yang baik dan rendah dalam kandungan debu dan abu. Meskipun terdapat perbedaan jenis kayu yang digunakan, seperti yang dipecah di hammer mill, hampir tidak ada perbedaan dalam hasil pelet. Di Eropa, wilayah produksi utamanya terletak di Skandinavia selatan, Finlandia, Eropa Tengah, Austria, dan negara-negara Baltik.

Pelet yang memenuhi standar Eropa dan mengandung kayu daur ulang atau kontaminan luar dianggap sebagai pelet Kelas B. Bahan daur ulang seperti papan partikel, kayu yang diolah atau dicat, panel berlapis resin melamin, dan sejenisnya tidak cocok digunakan dalam pembuatan pelet karena dapat menghasilkan emisi berbahaya dan variasi karakteristik pembakaran yang tidak terkendali.

Di Amerika, standar yang digunakan berbeda-beda dan tidak bersifat wajib, yang dikembangkan oleh Pellet Fuels Institute. Namun, banyak produsen mematuhinya karena peralatan pembakaran yang diproduksi atau diimpor mungkin tidak mencakup kerusakan akibat pelet yang tidak sesuai dengan standar. Harga pelet di AS telah mengalami fluktuasi, tetapi umumnya lebih rendah dalam hal harga per jumlah energi dibandingkan kebanyakan bahan bakar fosil, kecuali batu bara.

Badan pengatur di Eropa dan Amerika Utara sedang dalam proses memperketat standar emisi untuk semua bentuk panas kayu, termasuk pelet kayu dan tungku pelet. Standar-standar ini akan menjadi wajib, dengan pengujian yang disertifikasi secara independen untuk memastikan kepatuhan. Di Amerika Serikat, proses peninjauan peraturan EPA dimulai pada tahun 2009, dengan peraturan baru yang final dikeluarkan untuk dikomentari pada tanggal 24 Juni 2014. Komite Standar Kayu Amerika akan menjadi lembaga sertifikasi independen untuk standar pelet baru.

Bahaya

Pelet kayu dapat mengeluarkan karbon monoksida beracun dalam jumlah besar selama penyimpanan. Kecelakaan fatal telah terjadi di gudang penyimpanan pribadi dan di atas kapal laut.Ketika ditangani, pelet kayu mengeluarkan debu halus yang dapat menyebabkan ledakan debu yang serius.

Pelet kayu biasanya disimpan dalam jumlah besar dalam silo besar. Pelet dapat memanas sendiri, terbakar dan menimbulkan api membara yang sangat sulit dipadamkan. Api yang membara menghasilkan karbon monoksida beracun dan gas pirolisis yang mudah terbakar yang dapat menyebabkan ledakan silo.

Pengoperasian kompor pelet

Ada tiga jenis umum peralatan pemanas pelet: kompor pelet yang berdiri sendiri, sisipan kompor pelet, dan ketel pelet.

Kompor pelet bekerja seperti tungku modern, di mana bahan bakar, kayu, atau pelet biomassa lainnya, disimpan di tempat penyimpanan yang disebut hopper. Hopper dapat ditempatkan di bagian atas alat, di samping alat atau dari jarak jauh. Auger mekanis secara otomatis memasukkan pelet ke dalam panci pembakaran. Dari sana, mereka terbakar pada suhu tinggi dengan emisi minimal. Tabung penukar panas mengirimkan udara yang dipanaskan oleh api ke dalam ruangan. Kipas konveksi mengedarkan udara melalui tabung penukar panas dan masuk ke dalam ruangan. Kompor pelet memiliki papan sirkuit di dalamnya yang berfungsi seperti termostat dan untuk mengatur suhu.

Sisipan kompor pelet adalah kompor yang dimasukkan ke dalam pasangan bata atau perapian kayu yang sudah ada, mirip dengan sisipan perapian.

Boiler pelet adalah pemanas sentral mandiri dan sistem air panas yang dirancang untuk menggantikan sistem bahan bakar fosil tradisional dalam aplikasi perumahan, komersial, dan institusional. Boiler pelet otomatis atau otomatis termasuk silo untuk penyimpanan pelet dalam jumlah besar, sistem pengiriman bahan bakar yang memindahkan bahan bakar dari silo ke hopper, pengontrol logika untuk mengatur suhu di beberapa zona pemanasan dan sistem pembuangan abu otomatis untuk operasi otomatis jangka panjang.

Keranjang pelet memungkinkan seseorang untuk menghangatkan rumah dengan menggunakan pelet di kompor atau perapian yang sudah ada.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Selengkapnya
Pelet Biomassa: Solusi Energi Ramah Lingkungan untuk Masa Depan

Teknik Bioenergi

Biogas: Sumber Energi Terbarukan dari Limbah Organik

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra pada 26 April 2024


Biogas

Biogas adalah sumber energi terbarukan berbentuk gas yang dihasilkan dari bahan baku seperti limbah pertanian, pupuk kandang, sampah kota, bahan tanaman, limbah, sampah hijau, air limbah, dan sisa makanan. Biogas diproduksi melalui proses pencernaan anaerobik dengan organisme anaerobik atau metanogen di dalam digester anaerobik, biodigester, atau bioreaktor. Komposisi gas utamanya adalah metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) dan mungkin memiliki sejumlah kecil hidrogen sulfida (H2S), uap air dan siloksan. Metana dapat dibakar atau dioksidasi dengan oksigen. Pelepasan energi ini memungkinkan biogas digunakan sebagai bahan bakar; biogas dapat digunakan dalam sel bahan bakar dan untuk tujuan pemanasan, seperti memasak. Ini juga dapat digunakan dalam mesin gas untuk mengubah energi dalam gas menjadi listrik dan panas.

Setelah menghilangkan karbon dioksida dan hidrogen sulfida, gas ini dapat dikompresi dengan cara yang sama seperti gas alam dan digunakan untuk menyalakan kendaraan bermotor. Di Inggris, misalnya, biogas diperkirakan memiliki potensi untuk menggantikan sekitar 17% bahan bakar kendaraan. Biogas memenuhi syarat untuk mendapatkan subsidi energi terbarukan di beberapa bagian dunia. Biogas dapat dibersihkan dan ditingkatkan ke standar gas alam, ketika menjadi bio-metana. Biogas dianggap sebagai sumber daya terbarukan karena siklus produksi dan penggunaannya berkelanjutan, dan tidak menghasilkan karbon dioksida bersih. Dari perspektif karbon, karbon dioksida yang diserap dari atmosfer dalam pertumbuhan sumber daya hayati primer sama banyaknya dengan yang dilepaskan, ketika bahan tersebut pada akhirnya diubah menjadi energi.

Produksi

Biogas diproduksi oleh mikroorganisme, seperti metanogen dan bakteri pereduksi sulfat, yang melakukan respirasi anaerobik. Biogas dapat mengacu pada gas yang diproduksi secara alami dan industri.

Alami

Di dalam tanah, metana diproduksi di lingkungan anaerob oleh metanogen, tetapi sebagian besar dikonsumsi di zona aerob oleh metanotrof. Emisi metana dihasilkan ketika keseimbangan mendukung metanogen. Tanah lahan basah adalah sumber alami utama metana. Sumber lain termasuk lautan, tanah hutan, rayap, dan ruminansia liar.

Tanaman Gas Bio

Pembangkit biogas adalah nama yang sering diberikan untuk digester anaerobik yang mengolah limbah pertanian atau tanaman energi. Biogas dapat diproduksi dengan menggunakan digester anaerobik (tangki kedap udara dengan konfigurasi yang berbeda). Tanaman ini dapat diberi makan dengan tanaman energi seperti silase jagung atau limbah yang dapat terurai secara hayati termasuk lumpur limbah dan sisa makanan. Selama proses tersebut, mikroorganisme mengubah limbah biomassa menjadi biogas (terutama metana dan karbon dioksida) dan digestate. Biogas dalam jumlah yang lebih tinggi dapat diproduksi ketika air limbah dicerna bersama dengan residu lain dari industri susu, industri gula, atau industri pembuatan bir. Misalnya, saat mencampur 90% air limbah dari pabrik bir dengan 10% whey sapi, produksi biogas meningkat 2,5 kali lipat dibandingkan dengan biogas yang dihasilkan oleh air limbah dari tempat pembuatan bir saja.Pembuatan biogas dari jagung yang ditanam dengan sengaja telah digambarkan sebagai tidak berkelanjutan dan berbahaya karena karakter perkebunan yang sangat pekat, intens, dan mengikis tanah.

Bahaya

Polusi udara yang dihasilkan oleh biogas mirip dengan gas alam karena ketika metana (konstituen utama biogas) dinyalakan untuk digunakan sebagai sumber energi, Karbon dioksida dibuat sebagai produk yang merupakan gas rumah kaca (seperti yang dijelaskan oleh persamaan ini: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O). Kandungan hidrogen sulfida yang beracun menimbulkan risiko tambahan dan telah bertanggung jawab atas kecelakaan serius. Kebocoran metana yang tidak terbakar merupakan risiko tambahan, karena metana adalah gas rumah kaca yang kuat. Sebuah fasilitas dapat membocorkan 2% dari metana.

Biogas dapat meledak jika dicampur dengan rasio satu bagian biogas dengan 8-20 bagian udara. Tindakan pencegahan keamanan khusus harus dilakukan untuk memasuki digester biogas yang kosong untuk pekerjaan pemeliharaan. Penting bahwa sistem biogas tidak pernah memiliki tekanan negatif karena dapat menyebabkan ledakan. Tekanan gas negatif dapat terjadi jika terlalu banyak gas yang dibuang atau bocor; Karena itu biogas tidak boleh digunakan pada tekanan di bawah satu inci kolom air, diukur dengan pengukur tekanan.Pemeriksaan bau yang sering harus dilakukan pada sistem biogas. Jika biogas tercium di mana saja, jendela dan pintu harus segera dibuka. Jika ada api, gas harus dimatikan di katup gerbang sistem biogas.

Gas TPA
Gas TPA dihasilkan oleh sampah organik basah yang membusuk dalam kondisi anaerobik dengan cara yang mirip dengan biogas.

Sampah ditutup dan dikompresi secara mekanis oleh berat material yang diendapkan di atasnya. Bahan ini mencegah paparan oksigen sehingga memungkinkan mikroba anaerob untuk berkembang. Biogas terbentuk dan secara perlahan dilepaskan ke atmosfer jika lokasi tersebut tidak direkayasa untuk menangkap gas. Gas TPA yang dilepaskan dengan cara yang tidak terkendali dapat berbahaya karena dapat meledak ketika keluar dari TPA dan bercampur dengan oksigen. Batas ledakan yang lebih rendah adalah 5% metana dan batas atas adalah 15% metana.

Metana dalam biogas 28 kali lebih kuat sebagai gas rumah kaca daripada karbon dioksida. Oleh karena itu, gas TPA yang tidak terkendali, yang terlepas ke atmosfer dapat berkontribusi secara signifikan terhadap efek pemanasan global. Selain itu, senyawa organik yang mudah menguap (VOC) dalam gas TPA berkontribusi pada pembentukan kabut asap fotokimia.

Teknis

Kebutuhan oksigen biokimia (BOD) adalah ukuran jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme aerobik untuk menguraikan bahan organik dalam sampel bahan yang digunakan dalam biodigester serta BOD untuk pembuangan cairan memungkinkan untuk perhitungan output energi harian dari biodigester.

Istilah lain yang terkait dengan biodigester adalah kekotoran limbah, yang menunjukkan berapa banyak bahan organik yang ada per unit sumber biogas. Unit yang umum untuk ukuran ini adalah dalam mg BOD/liter. Sebagai contoh, kekotoran limbah dapat berkisar antara 800 dan 1200 mg BOD / liter di Panama.

Dari 1 kg limbah biologis dapur yang sudah tidak terpakai, 0,45 m3 biogas dapat diperoleh. Harga untuk mengumpulkan limbah biologis dari rumah tangga adalah sekitar €70 per ton.

Komposisi

Komposisi biogas bervariasi tergantung pada komposisi substrat, serta kondisi di dalam reaktor anaerobik (suhu, pH, dan konsentrasi substrat). Gas TPA biasanya memiliki konsentrasi metana sekitar 50%. Teknologi pengolahan sampah yang canggih dapat menghasilkan biogas dengan 55-75% metana, yang mana untuk reaktor dengan cairan bebas dapat ditingkatkan menjadi 80-90% metana dengan menggunakan teknik pemurnian gas in-situ. Seperti yang diproduksi, biogas mengandung uap air. Volume fraksional uap air adalah fungsi dari suhu biogas; koreksi volume gas yang diukur untuk kandungan uap air dan ekspansi termal dengan mudah dilakukan melalui matematika sederhana yang menghasilkan volume standar biogas kering.

Untuk 1000 kg (berat basah) input ke biodigester tipikal, total padatan mungkin 30% dari berat basah sementara padatan tersuspensi yang mudah menguap mungkin 90% dari total padatan. Protein akan menjadi 20% dari padatan yang mudah menguap, karbohidrat akan menjadi 70% dari padatan yang mudah menguap, dan akhirnya lemak akan menjadi 10% dari padatan yang mudah menguap.

Kontaminan
Senyawa belerang

Beracun dan berbau busuk Hidrogen sulfida (H2S) adalah kontaminan yang paling umum dalam biogas, tetapi senyawa yang mengandung sulfur lainnya, seperti tiol mungkin ada. Jika dibiarkan dalam aliran biogas, hidrogen sulfida bersifat korosif dan ketika dibakar menghasilkan sulfur dioksida (SO2) dan asam sulfat (H2SO4), juga merupakan senyawa korosif dan berbahaya bagi lingkungan.

Amonia

Amonia (NH3) dihasilkan dari senyawa organik yang mengandung nitrogen, seperti asam amino dalam protein. Jika tidak dipisahkan dari biogas, pembakaran menghasilkan emisi NOx. 

Siloksan

Dalam beberapa kasus, biogas mengandung siloksan. Mereka terbentuk dari penguraian anaerobik bahan yang biasa ditemukan dalam sabun dan deterjen. Selama pembakaran biogas yang mengandung siloksan, silikon dilepaskan dan dapat bergabung dengan oksigen bebas atau elemen lain dalam gas pembakaran. Endapan yang terbentuk sebagian besar mengandung silika (SiO2) atau silikat (SixOy) dan dapat mengandung kalsium, belerang, seng, fosfor. Endapan mineral putih tersebut terakumulasi hingga ketebalan permukaan beberapa milimeter dan harus dihilangkan dengan cara kimiawi atau mekanis.Teknologi praktis dan hemat biaya untuk menghilangkan siloksan dan kontaminan biogas lainnya telah tersedia.

Manfaat biogas yang berasal dari kotoran

Metana dalam kadar tinggi dihasilkan ketika kotoran disimpan dalam kondisi anaerobik. Selama penyimpanan dan ketika pupuk kandang telah diaplikasikan ke lahan, nitrous oksida juga diproduksi sebagai produk sampingan dari proses denitrifikasi. Nitrogen oksida (N2O) 320 kali lebih agresif sebagai gas rumah kaca dibandingkan karbon dioksida dan metana 25 kali lebih banyak dibandingkan karbon dioksida. Dengan mengubah kotoran sapi menjadi biogas metana melalui proses pencernaan anaerobik, jutaan ekor sapi di Amerika Serikat dapat menghasilkan 100 miliar kilowatt jam listrik, cukup untuk memberi listrik pada jutaan rumah di seluruh Amerika Serikat. Seekor sapi dapat menghasilkan kotoran yang cukup dalam satu hari untuk menghasilkan 3 kilowatt jam listrik. Selain itu, dengan mengubah kotoran sapi menjadi biogas metana dan tidak membiarkannya terurai, gas pemanasan global dapat dikurangi hingga 99 juta metrik ton atau 4%.

Aplikasi
Biogas dapat digunakan untuk produksi listrik pada pekerjaan pembuangan limbah, dalam mesin gas CHP, di mana limbah panas dari mesin tersebut dapat digunakan dengan mudah untuk memanaskan digester; memasak; pemanas ruangan; pemanas air; dan pemanas proses. Jika dikompresi, dapat menggantikan gas alam terkompresi untuk digunakan dalam kendaraan, di mana ia dapat menjadi bahan bakar mesin pembakaran internal atau sel bahan bakar dan merupakan pemindahan karbon dioksida yang jauh lebih efektif daripada penggunaan normal di pabrik CHP di tempat. Juga produk sampingan dari pabrik biogas, seperti digestate, dapat digunakan kembali, misalnya dengan berkontribusi untuk meningkatkan kualitas tanah.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Selengkapnya
Biogas: Sumber Energi Terbarukan dari Limbah Organik

Teknik Bioenergi

Bioenergi: Definisi, Aplikasi, dan Tantangan Lingkungan

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra pada 26 April 2024


Bioenergi

Bioenergi adalah jenis energi terbarukan yang berasal dari tanaman dan kotoran hewan. Biomassa yang digunakan sebagai bahan input terdiri dari organisme yang baru saja hidup (tetapi sekarang sudah mati), terutama tanaman. Dengan demikian, bahan bakar fosil tidak termasuk dalam definisi ini. Jenis biomassa yang biasa digunakan untuk bioenergi termasuk kayu, tanaman pangan seperti jagung, tanaman energi, dan limbah dari hutan, pekarangan, atau pertanian.

Bioenergi dapat membantu mitigasi perubahan iklim, namun dalam beberapa kasus, produksi biomassa yang dibutuhkan dapat meningkatkan emisi gas rumah kaca atau menyebabkan hilangnya keanekaragaman hayati lokal. Dampak lingkungan dari produksi biomassa dapat menjadi masalah, tergantung bagaimana biomassa diproduksi dan dipanen.

Skenario Net Zero pada tahun 2050 dari IEA menyerukan agar bioenergi tradisional dihapuskan secara bertahap pada tahun 2030, dengan pangsa bioenergi modern meningkat dari 6,6% pada tahun 2020 menjadi 13,1% pada tahun 2030 dan 18,7% pada tahun 2050.4 Bioenergi memiliki potensi mitigasi perubahan iklim yang signifikan jika diterapkan dengan benar.5 Sebagian besar jalur yang direkomendasikan untuk membatasi pemanasan global mencakup kontribusi substansial dari bioenergi di tahun 2050 (rata-rata sebesar 200 EJ).6 B 7.4 

Definisi dan terminologi

Laporan Penilaian Keenam IPCC mendefinisikan bioenergi sebagai "energi yang berasal dari segala bentuk biomassa atau produk sampingan metaboliknya" Laporan tersebut kemudian mendefinisikan biomassa dalam konteks ini sebagai "bahan organik tidak termasuk bahan yang menjadi fosil atau tertanam dalam formasi geologi". Ini berarti bahwa batu bara atau bahan bakar fosil lainnya bukanlah bentuk biomassa dalam konteks ini.

Istilah biomassa tradisional untuk bioenergi berarti "pembakaran kayu, arang, sisa-sisa pertanian dan/atau kotoran hewan untuk memasak atau memanaskan dalam api terbuka atau kompor yang tidak efisien seperti yang umum terjadi di negara-negara berpenghasilan rendah"

Karena biomassa juga dapat digunakan sebagai bahan bakar secara langsung (misalnya kayu gelondongan), istilah biomassa dan bahan bakar nabati terkadang digunakan secara bergantian. Namun, istilah biomassa biasanya menunjukkan bahan baku biologis bahan bakar tersebut. Istilah biofuel atau biogas umumnya digunakan untuk bahan bakar cair atau gas.

Bahan masukan

Kayu dan residu kayu adalah sumber energi biomassa terbesar saat ini. Kayu dapat digunakan sebagai bahan bakar secara langsung atau diolah menjadi bahan bakar pelet atau bentuk bahan bakar lainnya. Tanaman lain juga dapat digunakan sebagai bahan bakar, misalnya jagung, switchgrass, miscanthus, dan bambu. Bahan baku limbah utama adalah limbah kayu, limbah pertanian, limbah padat kota, dan limbah manufaktur. Peningkatan biomassa mentah menjadi bahan bakar bermutu lebih tinggi dapat dilakukan dengan berbagai metode, yang secara luas diklasifikasikan sebagai termal, kimia, atau biokimia:

Proses konversi termal menggunakan panas sebagai mekanisme dominan untuk meningkatkan biomassa menjadi bahan bakar yang lebih baik dan lebih praktis. Alternatif dasarnya adalah torrefaction, pirolisis, dan gasifikasi, ini dipisahkan terutama oleh sejauh mana reaksi kimia yang terlibat diizinkan untuk dilanjutkan (terutama dikontrol oleh ketersediaan oksigen dan suhu konversi).

Banyak konversi kimia didasarkan pada proses berbasis batu bara yang sudah mapan, seperti sintesis Fischer-Tropsch. Seperti halnya batu bara, biomassa dapat dikonversi menjadi berbagai bahan kimia komoditas. Proses biokimia telah berkembang di alam untuk memecah molekul-molekul penyusun biomassa, dan banyak di antaranya yang dapat dimanfaatkan. Dalam banyak kasus, mikroorganisme digunakan untuk melakukan konversi. Proses-proses ini disebut pencernaan anaerobik, fermentasi, dan pengomposan.

Aplikasi

Biomassa untuk pemanasan

Sistem pemanas biomassa menghasilkan panas dari biomassa. Sistem ini dapat menggunakan pembakaran langsung, gasifikasi, gabungan panas dan daya (CHP), pencernaan anaerobik atau pencernaan aerobik untuk menghasilkan panas. Pemanasan biomassa dapat sepenuhnya otomatis atau semi-otomatis, dapat menggunakan bahan bakar pelet, atau dapat juga menggunakan gabungan sistem panas dan listrik.

Bahan bakar nabati untuk transportasi

Berdasarkan sumber biomassa, bahan bakar nabati diklasifikasikan secara luas ke dalam dua kategori utama, tergantung pada apakah tanaman pangan digunakan atau tidak.

Bahan bakar hayati generasi pertama (atau "konvensional") dibuat dari sumber makanan yang ditanam di lahan subur, seperti tebu dan jagung. Gula yang ada dalam biomassa ini difermentasi untuk menghasilkan bioetanol, bahan bakar alkohol yang berfungsi sebagai bahan tambahan untuk bensin, atau dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik. Bioetanol dibuat melalui fermentasi, sebagian besar dari karbohidrat yang dihasilkan dari tanaman gula atau pati seperti jagung, tebu, atau sorgum. Bioetanol banyak digunakan di Amerika Serikat dan Brasil. Biodiesel diproduksi dari minyak misalnya rapeseed atau bit gula dan merupakan bahan bakar nabati yang paling umum digunakan di Eropa.

Bahan bakar hayati generasi kedua (juga disebut "bahan bakar hayati canggih") memanfaatkan sumber biomassa berbasis non-pangan seperti tanaman energi abadi dan residu/limbah pertanian. Bahan baku yang digunakan untuk membuat bahan bakar dapat tumbuh di lahan subur tetapi merupakan produk sampingan dari tanaman utama, atau ditanam di lahan marjinal. Limbah dari industri, pertanian, kehutanan dan rumah tangga juga dapat digunakan untuk bahan bakar nabati generasi kedua, dengan menggunakan misalnya pencernaan anaerobik untuk menghasilkan biogas, gasifikasi untuk menghasilkan syngas atau dengan pembakaran langsung. Biomassa selulosa, yang berasal dari sumber non-pangan, seperti pohon dan rerumputan, sedang dikembangkan sebagai bahan baku untuk produksi etanol, dan biodiesel dapat diproduksi dari produk makanan sisa seperti minyak nabati dan lemak hewani.

Aspek iklim dan keberlanjutan

Dampak iklim dari bioenergi sangat bervariasi, tergantung dari mana bahan baku biomassa berasal dan bagaimana cara menanamnya. Sebagai contoh, pembakaran kayu untuk energi melepaskan karbon dioksida; emisi tersebut dapat diimbangi secara signifikan jika pohon-pohon yang telah ditebang digantikan dengan pohon-pohon baru di hutan yang dikelola dengan baik, karena pohon-pohon baru tersebut akan menyerap karbon dioksida dari udara ketika tumbuh. Namun, pembangunan dan penanaman tanaman bioenergi dapat menggusur ekosistem alami, mendegradasi tanah, dan menghabiskan sumber daya air serta pupuk sintetis. Sekitar sepertiga dari seluruh kayu yang digunakan untuk pemanasan dan memasak tradisional di wilayah tropis dipanen secara tidak berkelanjutan.

Bahan baku bioenergi umumnya membutuhkan energi yang signifikan untuk dipanen, dikeringkan, dan diangkut; penggunaan energi untuk proses-proses tersebut dapat menghasilkan emisi gas rumah kaca. Dalam beberapa kasus, dampak dari perubahan penggunaan lahan, budidaya, dan pengolahan dapat menghasilkan emisi karbon yang lebih tinggi secara keseluruhan untuk bioenergi dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar fosil.

Penggunaan lahan pertanian untuk menanam biomassa dapat mengakibatkan berkurangnya lahan yang tersedia untuk menanam makanan. Di Amerika Serikat, sekitar 10% dari bensin motor telah digantikan oleh etanol berbasis jagung, yang membutuhkan proporsi yang signifikan dari hasil panen. Di Malaysia dan Indonesia, pembukaan hutan untuk memproduksi minyak kelapa sawit untuk biodiesel telah menimbulkan dampak sosial dan lingkungan yang serius, karena hutan-hutan ini merupakan penyerap karbon yang sangat penting dan habitat bagi berbagai spesies. Karena fotosintesis hanya menangkap sebagian kecil dari energi di bawah sinar matahari, menghasilkan sejumlah bioenergi membutuhkan lahan yang luas dibandingkan dengan sumber energi terbarukan lainnya.

Bahan bakar hayati generasi kedua yang diproduksi dari tanaman non-pangan atau limbah mengurangi persaingan dengan produksi pangan, tetapi mungkin memiliki efek negatif lainnya termasuk pertukaran dengan area konservasi dan polusi udara lokal. Sumber biomassa yang relatif berkelanjutan termasuk ganggang, limbah, dan tanaman yang ditanam di tanah yang tidak cocok untuk produksi pangan.

Dampak lingkungan

Bioenergi dapat memitigasi (yaitu mengurangi) atau meningkatkan emisi gas rumah kaca. Ada juga kesepakatan bahwa dampak lingkungan lokal dapat menjadi masalah.[rujukan] Sebagai contoh, peningkatan permintaan biomassa dapat menciptakan tekanan sosial dan lingkungan yang signifikan di lokasi di mana biomassa diproduksi. Dampaknya terutama terkait dengan kepadatan daya permukaan biomassa yang rendah. Kepadatan daya permukaan yang rendah memiliki efek bahwa area lahan yang lebih luas diperlukan untuk menghasilkan jumlah energi yang sama, dibandingkan dengan misalnya bahan bakar fosil.

Pengangkutan biomassa jarak jauh telah dikritik sebagai pemborosan dan tidak berkelanjutan, dan ada protes terhadap ekspor biomassa hutan di Swedia dan Kanada.

Skala dan tren masa depan

Pada tahun 2020, bioenergi menghasilkan 58 EJ (exajoule) energi, dibandingkan dengan 172 EJ dari minyak mentah, 157 EJ dari batu bara, 138 EJ dari gas alam, 29 EJ dari nuklir, 16 EJ dari hidro, dan 15 EJ dari gabungan angin, matahari, dan panas bumi Sebagian besar bioenergi global dihasilkan dari sumber daya hutan.Secara umum, ekspansi bioenergi turun 50% pada tahun 2020. Cina dan Eropa adalah dua wilayah yang melaporkan ekspansi yang signifikan pada tahun 2020, masing-masing menambah kapasitas bioenergi sebesar 2 GW dan 1,2 GW.

Hampir semua residu penggergajian kayu yang tersedia telah digunakan untuk produksi pelet, sehingga tidak ada ruang untuk ekspansi. Agar sektor bioenergi dapat berkembang secara signifikan di masa depan, lebih banyak kayu pulp yang dipanen harus masuk ke pabrik pelet. Namun, pemanenan kayu pulp (penipisan pohon) menghilangkan kemungkinan pohon-pohon tersebut menjadi tua dan oleh karena itu memaksimalkan kapasitas penyimpanan karbonnya Dibandingkan dengan kayu pulp, residu penggergajian kayu memiliki emisi bersih yang lebih rendah: "Beberapa jenis bahan baku biomassa dapat bersifat netral karbon, setidaknya dalam jangka waktu beberapa tahun, termasuk residu penggergajian kayu. Ini adalah limbah dari operasi hutan lainnya yang tidak menyiratkan adanya pemanenan tambahan, dan jika dibakar sebagai limbah atau dibiarkan membusuk, bagaimanapun juga akan melepaskan karbon ke atmosfer."

Disadur dari: en.wikipedia.org

Selengkapnya
Bioenergi: Definisi, Aplikasi, dan Tantangan Lingkungan

Teknik Bioenergi

Sampah Organik: Pengelolaan, Pengolahan, dan Dampaknya terhadap Lingkungan

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra pada 26 April 2024


Sampah Organik

Sampah Organik mencakup semua bahan organik dalam sampah yang dapat diuraikan menjadi karbon dioksida, air, metana, kompos, humus, dan molekul organik sederhana oleh mikro-organisme dan makhluk hidup lainnya melalui pengomposan, penguraian aerobik, penguraian anaerobik, atau proses yang serupa. Ini terutama mencakup sampah dapur (makanan basi, hiasan, bagian yang tidak dapat dimakan), abu, tanah, kotoran dan materi tanaman lainnya. Dalam pengelolaan sampah, ini juga mencakup beberapa bahan anorganik yang dapat diuraikan oleh bakteri. Bahan-bahan tersebut termasuk gipsum dan produknya seperti eternit dan sulfat sederhana lainnya yang dapat diuraikan oleh bakteri pereduksi sulfat untuk menghasilkan hidrogen sulfida dalam kondisi TPA anaerobik.

Dalam pengumpulan sampah rumah tangga, ruang lingkup sampah yang dapat terurai dapat dipersempit menjadi hanya sampah yang dapat terurai yang dapat ditangani di fasilitas penanganan sampah setempat. Untuk mengatasi hal ini, banyak distrik pengelolaan sampah setempat mengintegrasikan program yang berkaitan dengan pemilahan sampah yang dapat terurai untuk pengomposan atau strategi valorisasi sampah lainnya, di mana sampah yang dapat terurai dapat digunakan kembali untuk produk lain, seperti menggunakan sampah pertanian untuk produksi serat atau biochar.

Sampah yang dapat terurai secara alami jika tidak ditangani dengan baik dapat berdampak besar pada perubahan iklim, terutama melalui emisi metana dari fermentasi anaerobik yang menghasilkan gas TPA. Pendekatan lain untuk mengurangi dampak tersebut adalah dengan mengurangi jumlah sampah yang dihasilkan, misalnya dengan mengurangi sampah makanan.

Sumber

Sampah yang dapat terurai secara hayati dapat ditemukan dalam sampah kota (kadang-kadang disebut sampah kota yang dapat terurai secara hayati, atau sebagai sampah hijau, sampah makanan, sampah kertas, dan plastik yang dapat terurai secara hayati). Limbah biodegradable lainnya termasuk kotoran manusia, pupuk kandang, air limbah, lumpur limbah dan limbah rumah potong hewan. Tanpa adanya oksigen, sebagian besar limbah ini akan membusuk menjadi metana melalui proses pencernaan anaerobik.

Di Inggris, 7,4 juta ton sampah yang dapat terurai secara hayati dikirim ke TPA pada tahun 2018, berkurang dari 7,8 juta ton pada tahun 2017.

Pengumpulan dan pengolahan

Di banyak negara maju, sampah yang dapat terurai secara hayati dipisahkan dari aliran sampah lainnya, baik dengan pengumpulan di tepi jalan yang terpisah atau dengan pemilahan sampah setelah pengumpulan. Pada titik pengumpulan, sampah tersebut sering disebut sebagai sampah hijau. Membuang sampah tersebut dari aliran sampah lainnya secara substansial mengurangi volume sampah untuk dibuang dan juga memungkinkan sampah yang dapat terurai menjadi kompos.

Sampah yang dapat terurai secara hayati dapat digunakan untuk pengomposan atau sumber daya untuk panas, listrik, dan bahan bakar dengan cara insinerasi atau pencernaan anaerobik. Kompogas Swiss dan proses AIKAN Denmark adalah contoh pencernaan anaerobik sampah yang dapat terurai secara hayati.[8] [9] Meskipun insinerasi dapat memulihkan sebagian besar energi, pabrik pencernaan anaerobik mempertahankan nutrisi dan membuat kompos untuk perbaikan tanah dan masih memulihkan sebagian energi yang terkandung dalam bentuk biogas. Kompogas menghasilkan 27 juta Kwh listrik dan biogas pada tahun 2009. Truk tertua dari perusahaan ini telah mencapai 1.000.000 kilometer yang digerakkan dengan biogas dari limbah rumah tangga dalam 15 tahun terakhir.

Valorisasi
Residu tanaman

Residu tanaman, seperti tongkol jagung, dan residu lain dari industri pengolahan makanan, seperti residu dari biorefineri, memiliki potensi tinggi untuk digunakan dalam proses lebih lanjut, seperti memproduksi biofuel, bioplastik, dan biomaterial lain untuk proses industri.


Limbah makanan
Salah satu bidang pekerjaan yang lebih bermanfaat adalah limbah makanan-ketika disimpan di tempat pembuangan akhir, limbah makanan menghasilkan gas rumah kaca metana dan senyawa beracun lainnya yang dapat berbahaya bagi manusia dan ekosistem lokal. Pemanfaatan gas TPA dan pengomposan kota dapat menangkap dan menggunakan nutrisi organik. Limbah makanan yang dikumpulkan dari sumber non-industri lebih sulit untuk digunakan, karena sering kali memiliki keanekaragaman yang jauh lebih besar daripada sumber limbah lainnya-lokasi yang berbeda dan rentang waktu yang berbeda menghasilkan komposisi bahan yang sangat berbeda, sehingga sulit untuk digunakan untuk proses industri.

Mengubah limbah makanan menjadi produk makanan, produk pakan, atau mengubahnya menjadi atau mengekstraksi bahan makanan atau pakan disebut sebagai valorisasi limbah makanan. Valorisasi limbah makanan menawarkan peluang ekonomi dan lingkungan, yang dapat mengurangi masalah pembuangan konvensional. Limbah makanan telah terbukti menjadi sumber daya hayati yang berharga yang dapat digunakan untuk mendapatkan sejumlah produk yang bermanfaat, termasuk pupuk hayati, bioplastik, bahan bakar nabati, bahan kimia, dan nutraceuticals. Ada banyak potensi untuk mendaur ulang limbah makanan dengan mengubahnya menjadi protein serangga.

Kotoran manusia

Penggunaan kembali kotoran manusia adalah penggunaan yang aman dan bermanfaat dari kotoran manusia yang telah diolah setelah menerapkan langkah-langkah pengolahan yang sesuai dan pendekatan manajemen risiko yang disesuaikan dengan aplikasi penggunaan kembali yang dimaksudkan. Penggunaan yang bermanfaat dari kotoran yang telah diolah dapat difokuskan pada penggunaan nutrisi yang tersedia bagi tanaman (terutama nitrogen, fosfor, dan kalium) yang terkandung di dalam kotoran yang telah diolah. Mereka juga dapat memanfaatkan bahan organik dan energi yang terkandung dalam kotoran. Pada tingkat yang lebih rendah, penggunaan kembali kandungan air dari kotoran juga dapat dilakukan, meskipun hal ini lebih dikenal sebagai reklamasi air dari air limbah kota. Aplikasi penggunaan kembali yang dimaksudkan untuk kandungan nutrisi dapat mencakup: kondisioner tanah atau pupuk dalam kegiatan pertanian atau hortikultura. Aplikasi penggunaan ulang lainnya, yang lebih berfokus pada kandungan bahan organik dari tinja, termasuk penggunaan sebagai sumber bahan bakar atau sebagai sumber energi dalam bentuk biogas.

Ada banyak pilihan pengolahan yang terus bertambah untuk membuat tinja menjadi aman dan dapat dikelola untuk opsi penggunaan kembali yang dimaksudkan. Pilihannya termasuk pengalihan urin dan dehidrasi tinja (toilet kering yang mengalihkan urin), pengomposan (toilet pengomposan atau proses pengomposan eksternal), teknologi pengolahan lumpur tinja, dan berbagai proses pengolahan lumpur tinja. Semuanya mencapai berbagai tingkat penghilangan patogen dan pengurangan kadar air untuk penanganan yang lebih mudah. Patogen yang menjadi perhatian adalah bakteri enterik, virus, protozoa, dan telur cacing dalam tinja. Karena telur cacing adalah patogen yang paling sulit dihancurkan dengan proses pengolahan, mereka biasanya digunakan sebagai organisme indikator dalam skema penggunaan kembali. Risiko kesehatan dan pencemaran lingkungan lainnya yang perlu dipertimbangkan termasuk penyebaran polutan mikro, residu farmasi, dan nitrat di lingkungan yang dapat menyebabkan pencemaran air tanah dan dengan demikian berpotensi mempengaruhi kualitas air minum.

Dampak perubahan iklim
Gas TPA

Gas TPA adalah campuran dari berbagai gas yang dihasilkan oleh aksi mikroorganisme di dalam TPA saat mereka menguraikan sampah organik, termasuk, misalnya, sampah makanan dan sampah kertas. Gas TPA terdiri dari sekitar empat puluh hingga enam puluh persen metana, dengan sisanya sebagian besar karbon dioksida. Sejumlah kecil senyawa organik yang mudah menguap (VOC) terdiri dari sisanya (<1%). Gas-gas ini mencakup sejumlah besar spesies, terutama hidrokarbon sederhana.

Gas TPA memiliki pengaruh terhadap perubahan iklim. Komponen utamanya adalah CO2 dan metana, yang keduanya merupakan gas rumah kaca. Metana di atmosfer adalah gas rumah kaca yang jauh lebih kuat, dengan setiap molekulnya memiliki dua puluh lima kali lipat efek dari molekul karbon dioksida. Namun, metana itu sendiri menyumbang lebih sedikit komposisi atmosfer dibandingkan dengan karbon dioksida. Tempat pembuangan sampah adalah sumber metana terbesar ketiga di Amerika Serikat.

Karena efek negatif yang signifikan dari gas-gas ini, rezim peraturan telah dibuat untuk memantau gas TPA, mengurangi jumlah kandungan yang dapat terurai secara hayati dalam sampah kota, dan untuk menciptakan strategi pemanfaatan gas TPA, yang meliputi pembakaran gas atau penangkapan untuk pembangkit listrik.

Limbah makanan

Kehilangan dan pemborosan makanan adalah makanan yang tidak dimakan. Penyebab pemborosan atau kehilangan makanan sangat banyak dan terjadi di seluruh sistem pangan, selama produksi, pemrosesan, distribusi, penjualan ritel dan layanan makanan, dan konsumsi. Secara keseluruhan, sekitar sepertiga makanan di dunia dibuang. Meta-analisis tahun 2021, yang tidak mencakup makanan yang hilang selama produksi, oleh Program Lingkungan Perserikatan Bangsa-Bangsa (UNEP) menemukan bahwa sampah makanan merupakan tantangan di semua negara pada semua tingkat pembangunan ekonomi. Analisis tersebut memperkirakan bahwa sampah makanan global mencapai 931 juta ton sampah makanan (sekitar 121 kg per kapita) di tiga sektor: 61 persen dari rumah tangga, 26 persen dari layanan makanan, dan 13 persen dari ritel.

Kehilangan dan pemborosan makanan merupakan bagian utama dari dampak pertanian terhadap perubahan iklim (mencapai 3,3 miliar ton emisi CO2e setiap tahunnya) dan isu-isu lingkungan lainnya, seperti penggunaan lahan, penggunaan air, dan hilangnya keanekaragaman hayati. Pencegahan limbah makanan adalah prioritas tertinggi, dan ketika pencegahan tidak memungkinkan, hirarki limbah makanan mengurutkan opsi pengolahan limbah makanan dari yang paling disukai hingga yang paling tidak disukai berdasarkan dampak negatifnya terhadap lingkungan.

Jalur penggunaan kembali makanan berlebih yang ditujukan untuk konsumsi manusia, seperti donasi makanan, merupakan strategi terbaik berikutnya setelah pencegahan, diikuti oleh pakan ternak, daur ulang nutrisi dan energi, dan yang paling tidak disukai adalah TPA, yang merupakan sumber utama gas rumah kaca metana. Pertimbangan lain termasuk fosfor yang tidak direklamasi dalam limbah makanan yang mengarah pada penambangan fosfat lebih lanjut. Selain itu, mengurangi limbah makanan di semua bagian sistem pangan merupakan bagian penting dari pengurangan dampak lingkungan dari pertanian, dengan mengurangi jumlah total air, tanah, dan sumber daya lainnya yang digunakan.

Target Tujuan Pembangunan Berkelanjutan PBB 12.3 berupaya untuk "mengurangi separuh limbah makanan per kapita global di tingkat ritel dan konsumen serta mengurangi kehilangan makanan di sepanjang rantai produksi dan pasokan, termasuk kehilangan pasca panen" pada tahun 2030.[26] Strategi mitigasi perubahan iklim secara menonjol menonjolkan pengurangan limbah makanan. Pada Konferensi Keanekaragaman Hayati PBB 2022, negara-negara sepakat untuk mengurangi limbah makanan hingga 50% pada tahun 2030.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Selengkapnya
Sampah Organik: Pengelolaan, Pengolahan, dan Dampaknya terhadap Lingkungan
page 1 of 2 Next Last »