Biomassa
| Bagian dari seri |
| Energi terbarukan |
|---|
 |
Biomassaadalah sebuah istilah yang digunakan untuk menyebut semuasenyawa organikyang berasal daritanaman pertanian,alga,dansampah organik.Pengelompokan biomassa terbagi menjadi biomassakayu,biomassa bukan kayu, dan biomassa sekunder. Biomassa juga dapat dikategorikan menjadilimbahpertanian,limbahkehutanan,tanaman kebun energi, dan limbah organik. Sifatkimia,sifat fisik,kadar air,dan kekuatan mekanis pada berbagai biomassa sangat beragam dan berbeda-beda. Biomassa merupakan sumberenergi terbarukandengan kualitas yang rendah. Teknologitransformasi energitermalyang menggunakan biomassa sangat rumit dan harus disesuaikan dengan pemanfaatannya. beragam tergantung pemanfaatannya dan relatif rumit. Dalam prosesgasifikasi,karakteristik utama biomassa berkaitan dengan analisisproksimat,analisis ultimat, temperaturabufusi, sifat mempan gerus, dan indeks pengembangan.[1]
Biomassa tersusun dari berbagai macamsenyawa organik.Sebagian besar biomassa tersusun darikarbohidrat,lemak,danprotein.Sisanya merupakanmineralyang tersusun darinatrium,fosfor,kalsium,danbesi.Senyawa utama yang membentuk biomassa adalahselulosa,hemiselulosa,danlignin.[2]Ketiga senyawa ini merupakan pembentukdinding selpada tanaman.[3]Biomassa dapat digunakan sebagaibahan bakarsecara langsung atau melalui proses pembriketan. Selain itu, biomassa juga digunakan sebagai bahan bakar penghasilenergi listrik.[4]
Penggunaan istilah
suntingIstilah ''biomassa'' pertama kali digunakan dalam suatuliteraturpada tahun 1934.IlmuwanberkebangsaanRusiayang bernama Bogorov menggunakan kata biomassa dalamJournal of Marine Biology Associationsebagaitata nama biologi.Dalam jurnal tersebut, biomassa dirujuk sebagai suatu bobotplanktonlaut yang teah dikeringkan untuk menyelidiki perubahan pertumbuhan musiman pada plankton.[5]Kini, biomassa diartikan sebagai bahan massal penghasil energi yang diperoleh dari tanaman secara langsung maupun tidak langsung. Biomassa secara tidak langsung merupakan biomassa yang diperoleh daripeternakandan industri makanan.[5]
Sumber daya
suntingSumber dayabiomassa berasal dari berbagai spesiestanaman daratdan tanaman laut. Biomassa dapat diiperoleh melalui pertanian, perkebunan, limbahresidu,limbah industri, dankotoran hewan.[5]Berdasarkansiklus karbonyang memanfaatkanfotosintesis,sumber daya biomassa bersifat tidak terbatas dan dapat digunakan berulang kali.[6]Sumber daya biomassa yang berkelanjutan sepenuhnya dipengaruhi olehekosistemtanaman yang memperhatikan faktorpanen,laju pertumbuhan dan perlindungan lingkungan.[7]
Komponen penyusun
suntingSelulosa
suntingSebagian besar kandungan biomassa tersusun dari senyawa selulosa. Persentase kandungan berbeda-beda pad tiap jenis tanaman dengan kisaran mencapai 33% hingga 90%.Rumus kimiaselulosa adalah C6H10O5.Selulosa memilikipolimerdariglukosadengan panjang rantai hingga 10.000molekul.Pada kayu kering denganmassa jenisyang padat, kandungan selulosa mencapai 40% hingga 44%. Peran selulosa dalam biomassa adalah sebagai penghasiltarselama prosespirolisis.[8]
Hemiselulosa
suntingHemiselulosa merupakanpolimeryang terdiri dari senyawa glukosa dengan lima atomkarbon.Persentase hemiselulosa di dalam biomassa mencapai 15% hingga 35%. Kandungan hemiselulosa mengalami penurunan lebih cepat dibandingkan dengan selulosa danligninselama proses pirolisis. Hemiselulosa dapat menghasilkan gula arabinosa danfurfuralapabila mengalamiperebusandengan temperatur 200 ˚C.[8]
Lignin
suntingBiomassa memilikimakromolekulpengikat yaitu lignin yang merupakan makromolekul dari senyawa dasarfenolik.Lignin digunakan sebagaisulfaktandalam bentuk ligno-sulfonat. Sulfaktan ini dimanfaatkan sebagai penjaga kestabilanlumpurpengeboran.Sifat yang dimiliki lignin yaitu tahan pengaruhtermal,penurunan nilai kandungan terjadi di akhir proses pirolisis (350–500˚C). Hasil penurunan nilai kandungan lignin setelah gasifikasi akan menghasilkan tar dan senyawa fenolik pada gas dan sifatnya berbahaya bagi kesehatan manusia. Kontak udara yang terjadi pada tar dan senyawa fenolik menyebabkan depolimerisasi yang membentukdeposisidalam saluran gas.[9]
Pati
suntingPatimerupakanpolisakaridayang mengandung glukosa dan terikat olehglikosida.Sebagian besar jenis pati dapat larut di dalam air panas, sedangkan sebagian lainnya tidak dapat larut. Pati memiliki nilai yang tinggi pada makanan sehingga dapat ditemukan padabiji,umbi,atau batang pada tanaman.[10]
Protein
suntingProtein merupakan senyawa makromolekul dengan kandunganasamdipolimerisasi yang tinggi. Sifat-sifat protein ditentukan oleh jenis asam dipolimerisasi danderajat keasaman.Dalam biomassa, jumlah protein lebih sedikit dibandingkan dengan selulosa, hemiselulosa dan lignin.[10]
Komponen organik dan anorganik
suntingDalam biomassa, komponenorganikdananorganikditemukan dalam jumlah yang sangat sedikit. Komponen organik yang utama ialahgliseridadansukrosa,sedangkan sisanya yaitualkaloid,pigmen,terpena,dan bahan berlilin.Komponen anorganik berupa abu yang tersusun dari unsurkalsium,kalium,fosforus,magnesium,silikon,aluminium,besi, dannatrium.[11]
Karakteristik
suntingKarakteristik gasifikasi
suntingBiomassa memiliki karateristik tertentu dalam proses gasifikasi. Dalam proses gasifikasi, karakteristik biomassa diperoleh melalui analisis proksimat, dan analisis ultimat. Pada analisis proksimat diperoleh karakteristikkadar air,abu,zat terbang dan nilaikalor.Pada analisis ultimat diketahui kadar karbon,hidrogen,oksigen,nitrogen, dansulfur.Selain itu, proses gasifikasi juga memperlihatkan adanya temperatur fusi abu, sifat mempan gerus, dan indeks pengembangan pada biomassa.[1]
Kadar air
suntingBiomassa memiliki kadar air bebas dan kadar air terikat. Selama prosespengeringan,kadar air bebas menghilang dan mengalami perubahan sesuai dengan tingkatkelembaban udara.Sedangkan peleyapan kadar air terikat harus dilakukan dengan teknik pengeringan karena berada di dalampori-poribiomassa.[12]
Abu
suntingBiomassa yang dibakar akan menghasilkan bahan-bahan organik berbentuk abu. Kandungan utama dari abu ini berupasilika,aluminium, besi, kalsium,magnesium,titanium,natrium, dan kalium. Biaya penanganan abu pada akhir proses gasifikasi dan teknologi konversi yang digunakan, ditentukan oleh kadar abu.[13]Faktor utama dalam pemilihan teknik gasifikasi ditentukan oleh karakteristik abu pada keadaan temperatur tinggi. Temperatur operasi pembuatan gas harus melebihi nilai temperatur abu fusi ketika abu yang dibuang berbentukterak.Sedangkan pada penghasil gas dengan abu buangan berbentuk abu kering, temperatur operasi tidak boleh melebihi nilai temperatur abu fusi.[14]
Zat terbang
suntingKetika biomassa mengalami proses pemanasan ataupemanggangan,terjadi pelepasan senyawa-senyawa yang disebut zat terbang. Zat terbang tersusun dari gas hidrogen,karbon monoksida,karbon dioksida,metana,hidrokarbonringan, tar,amonia,sulfur, dan oksigen. Setelah melalui proses pirolisis, pada biomassa masih tersisa padatan yang disebut karbon terikat. Padatan ini sebagaian besar mengandung karbon.[13]
Nilai kalor
suntingBiomassa yang mengalami pembakaran secara sempurna danstoikiometrikakan menghasilkan pelepasan energi yang disebut dengan nilai kalor atau panas pembakaran. Nilai kalor dapat dinyatakan dalam nilai kalor lebih tinggi atau nilai kalori kotor, dan dapat pula dinyatakan dalam nilai kalor lebih rendah atau nilai kalor bersih. Perbedaan antara nilai kalor kotor dan nilai kalor bersih terletak pada nilai panaspengembunanair hasil pembakaran. Temperatur acuan yang digunakan untuk mencatat nilai kalor kotor dan nilai kalor bersih adalah 25 ˚C.[13]
Jenis
suntingBiomassa kayu
suntingBiomassa kayu merupakan biomassa yang berbentuk kayu pohon yang diperoleh dari hasilpenebangan hutan.Selain itu, biomassa kayu juga berbentuk sisa-sisa kayu yang tidak diperlukan dalam industrikehutanan.Pohon-pohon yang ditebang tidak memiliki nilaikomersialsehingga dapat dijadikan sebagai bahan energi biomassa. Pohon yang ditanam sebagai hutan penghasil biomassa dibuat berjarak agartunggul pohonmemiliki ruang untuk mengalami pertumbuhan. Padaiklim sedang,siklus penebangan diulang dalam jangka waktu berkisar 50 hingga 100 tahun.[15]
Biomassa herba
suntingBiomassa herba merupakan biomassa yang berbentuk tanaman liar,tanaman pangan,residu tanaman pangan,rumput,bambu,danlegum.Rumput merupakan biomassa herba yang dapat menghasilkan bahan energi dalam waktu yang singkat. Legum merupakan biomassa herba yangramah lingkungankarena mampu mengikat nitrogen melalui bantuan bakterirhizobiumsehingga mengurangi penggunaanpupuk kimianitrogen dalam produk biomassa.[16]
Tanaman gula dan pati
suntingBiomassa dalam bentukguladan pati dapat diubah menjadibiofuel.Limbah residu yang mengandung selulosa dan hemiselulosa pada pati dan gula dapat diubah menjadi glukosa melalui prosesfermentasi.Tanaman pati yang dapat menjadi biomassa secara langsung yaitupadi,kentang,ubi jalar,gandum,barli,ubi kayu,dansagu.Sedangkan tanaman gula yang dapat menjadi biomassa secara langsung yaitutebudanbit gula.[17]
Biomassa penghasil minyak
suntingBiomassa penghasil minyak merupakan biji atau buah tanaman yang dapat menghasilkanlemakdanminyak.Jenis biomassa ini digunakan untuk bahan makanan,bahan bakuindustri, dan penggantiminyak dieselmineraldalamproduksibiodiesel.[18]Biomassa penghasil minyak yang utama adalahkedelai,sesawidankelapa sawit.[19]
Pemanfaatan
suntingSumber energi terbarukan
suntingBiomassa merupakan salah satu bahan baku dalam produksibioenergi.Sumber biomassa yang digunakan pada bioenergi berasal darisampahkota. Biomassa menghasil energi primer yang berbentuk cair sebagai bahan bakar nabati. Pada bentuk gas, biomassa digunakan sebagaibiogas,sedangkan dalam bentuk padat biomassa dimanfaatkan sebagai biobriket. Ketiga energi primer ini dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk saranatransportasiatau industri. Selain itu, energi primer ini dapat diubah lagi menjadi energi sekunder yaitu energi listrik berbahan bakar nabati. Penggunaan biomassa untuk menghasilkan produk bioenergi tidak memerlukan proses khusus dan dapat langsung digunakan sebagai energi primer.[20]
Konversi biomassa menjadi energi dapat melalui prosestermokimia,biokimia,atauekstraksi biji yang berminyak. Pada konversi biomassa dengan alur termokimia, biomassa mengalami proses pembakaran, gasifikasi, pirolisis, torefaksi danhidrotermal.[21]Panas pembakaran bahan bakar padat diubah menjadi energi panas dan gas cerobong yang terdiri dari karbon dioksida danuap air.Panas pembakaran selanjutnya dimanfaatkan pada pemanasfluida kerjaturbin kukus untuk produksi kukus. Panas hasil pembakaran juga dimanfaatkan untuk berbagai kegiatan usaha yang memerlukanreaksi kimia.[22]Bahan bakar padat berbentukarangdengan kualitas yang lebih tinggi dari biomassanya dapat diperoleh dengan proses pirolisis. Selain itu, proses pirolisis menyebabkandegradasibiomassa yang menghasilkan senyawa organik berbentuk cair. Senyawa yang dihasilkan yaitu tar, hidrokarbon berat dan asam-asam organik.Proses pirolisis juga menghasilkan gas-gas yaitu karbon monoksida, karbon dioksida, uap air,asetilena,etena,danetana.Pecahan senyawa yang dihasilkan oleh proses pirolisis pada biomassa ditentukan oleh temperatur akhir pirolisis dan laju pemanasan.[23]
Bioproduk
suntingBiomassa juga digunakan untuk menggantikanbahan bakar minyakpadakendaraan bermotordengan produksi bioetanol. Selain itu, biomassa dapat menghasilkan energi panas dan energi listrik dengan pembuatan biogas,gas sintesis,dan biopellet.[24]Penerapan teknologikilang hayatipada biomassa dapat menghasilkan bioetanol dengan biaya produksi yang murah. Selain itu, cara ini dapat menghasilkan energi sekaligus produk sampingan.[25]Bahan baku yang digunakan pada konversi biomassa menjadi bioetanol berasal dari limbah pertanian atau limbah perkebunan yang mengandungpatiatau lignoselulosa. Bahan baku ini diubah menjadi etanol melalui tahapan awal yaitu hidrolisis dan fermentasi. Proses hidrolisis memanfaatkanenzimselulasedengan cara enzimatis atau termokimia. Sedangkan proses fermentasi memanfaatkankhamir.Pati digunakan untuk menghasilkan etanol, sedangkan lignin dan hemiselulosa digunakan untuk menghasilkan produk sampingan berupaxilitol,perekat,lignosulfonat, dan biosurfaktan.[26]
Teknologi gasifikasi
suntingBiomassa dimaanfaatkan selama proses gasifikasi untuk menghasilkan gas bahan bakar. Proses pembentukan gas dilakukan melalui reaksi kimia pada temperatur tinggi antara biomassa dengan agen gasifikasi. Bahan agen gasifikasi dapat berupaudara,oksigen, atau uap air.[27]Proses pembentukan gas bahan bakar pada biomassa memanfaatkan proses pirolisis. Biomassa dijadikan sebagai umpan gasifikasi karena memiliki komponen utama berupa karbon, hidrogen dan oksigen.[23]
Pemanfaatan biomassa dalam teknologi gasifikasi memperhatikan karakteristik kadar air, bentukpartikeldan ukuran partikel. Kadar air biomassa tidak lebih dari 30% dan dapat dicapai dengan pengeringan. Pada biomassa kering udara, kadar air berkisar antara 10–15%. Partikel biomassa harus menyerupai bentuk bulat ataukubus.Partikel berbentuk pipih atauserbuktidak boleh digunakan karena dapat menghambat aliran gas di dalamreaktor.Partikel biomassa yang digunakan sebagai umpan gasifikasi harus berukuran antara 0,5 – 5,0cm.Kepadatan massal partikel biomassa minimum 250kg/m2.[28]Ukuran partikel biomassa dibedakan menjadi partikel besar, partikel kecil, partikel serampangan, dan kebun energi atautumpang sari.Pada partikel besar, densitas partikel tinggi dengan kadar air < 30% dan kadar abu rendah. Partikel kecil memiliki kadar air atau kadar abu yang tinggi, tetapi densitas partikel rendah. Partikel dengan bentuk serampangan memiliki kadar air yang tinggi atau sangat basah basah sekali. Ukuran partikel biomassa yang terbesar ialah kebun energi atau tumpang sari.[29]Persyaratan utama untuk pemanfaatan biomassa sebagai umpan gasifikasi yaitu harus tersedia dalam jumlah yang cukup untuk digunakan secara berkelanjutan.[2]
Dampak penggunaan
suntingBiomassa termasukbahan bakar karbon netralsehingga tidak menghasilkanefek rumah kaca.Pembakaran biomassa hanya akan menghasilkan karbon dioksida yang sama seperti pada penggunaanbahan bakar fosil.Penyeimbangan karbon dioksida didapatkan melaluipenanaman kembalitanaman baru yang akan menyerap karbon dioksida.[30]Biomassa juga memberikan permasalahan pada penggunaan lahan yang luas untuk pembuatan kebun energi. Penggunaan biomassa sebagai sumberenergi terbarukanakan mengurangi jumlahlahan pertaniandanhutan produksi.[6]
Referensi
suntingCatatan kaki
sunting- ^abSutanto 2018,hlm. 5.
- ^abSutanto 2018,hlm. 11.
- ^Hermiati 2019,hlm. 4.
- ^Direktorat Bioenergi 2016,hlm. 21.
- ^abcJapan Institute of Energy 2008,hlm. 1.
- ^abJapan Institute of Energy 2008,hlm. 3.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 4.
- ^abSutanto 2018,hlm. 12.
- ^Sutanto 2018,hlm. 13.
- ^abJapan Institute of Energy 2008,hlm. 25.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 26.
- ^Sutanto 2018,hlm. 5-6.
- ^abcSutanto 2018,hlm. 6.
- ^Sutanto 2018,hlm. 7.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 35-36.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 39.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 46.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 50.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 50-51.
- ^Direktorat Bioenergi 2016,hlm. 4.
- ^Sutanto 2018,hlm. 8.
- ^Sutanto 2018,hlm. 8-9.
- ^abSutanto 2018,hlm. 9.
- ^Hermiati 2019,hlm. 1.
- ^Hermiati 2019,hlm. 2.
- ^Hermiati 2019,hlm. 3.
- ^Sutanto 2018,hlm. 14.
- ^Sutanto 2018,hlm. 9-10.
- ^Sutanto 2018,hlm. 10.
- ^Japan Institute of Energy 2008,hlm. 2.
Daftar pustaka
sunting- Direktorat Bioenergi (2016).Pedoman Investasi Bioenergi di Indonesia.Jakarta: Direktorat Jenderal Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral.
- Hermiati, Euis (4 Desember 2019).Pengembangan Teknologi Konversi Biomassa Menjadi Bioetanol dan Bioproduk sebagai Substitusi Produk Berbahan Baku Fosil(PDF).Jakarta: Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.ISBN978-602-496-101-5.
- Japan Institute of Energy (2008).Panduan untuk Produksi dan Pemanfaatan Biomassa(PDF).Tokyo: Kementerian Pertanian, Kehutanan dan Perikanan Jepang.
- Sutanto, Herri (24 November 2018).Pengembangan Teknologi Gasifikasi untuk Mendukung Kemandirian Energi dan Industri Kimia(PDF).Bandung: Forum Guru Besar Institut Teknologi Bandung.ISBN978-602-6624-23-9.