Penjelasan Lengkap Biomassa (Karekteristik, Komposisi, Proses Terbentuk, Energi, Konversi Energi, dan Manfaat Biomassa)

Baca juga:

اَلسَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُه

(Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh)

Puji Syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala yang telah memberikan Rahmat, Karunia, Taufik dan Hidayah-nya kepada kita semua sehingga kita masih dapat hidup di Dunia ini, serta semoga kita semua selalu mendapat Inayah dan Lindungan dari Allah Subhanahu Wa Ta'ala. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Shalawat, Salam serta Taslim kepada sang Revolusioner Dunia, Junjungan Alam Nabi Besar Sayyidina Maulana Muhammad Shallawlahu ‘Alaihi Wasallam yang telah membimbing kita dari zaman Kegelapan dan Kebodohan menuju zaman Terang Benerang, sangat jelas perbedaan antara Hak dan Bathil serta penuh dengan Ilmu Pengetahuan seperti saat ini.

Pada Artikel ini kami akan menjelaskan secara lengkap tentang Biomassa (Karekteristik, Komposisi, Proses Terbentuk, Energi, Konversi Energi, dan Manfaat Biomassa). Sebelum masuk ke Materi marilah kita membaca Ta‘awuz : أَعُوذُ بِاللَّهِ مِنَ الشَّيْطَانِ الرَّجِيمِ “A’udzu billahi minasy syaithonir rojiim” dan Basmalah : بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيم “Bismillahirraahmanirrahiim” Agar Bacaan yang dibaca menjadi Berkah dan Bermanfaat. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

BIOMASSA

Secara umum biomassa merupakan bahan yang dapat diperoleh dari tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai energi atau bahan dalam jumlah yang besar. “Secara tidak langsung” mengacu pada produk yang diperoleh melalui peternakan dan industri makanan. Biomassa disebut juga sebagai “fitomassa” dan seringkali diterjemahkan sebagai bioresource atau sumber daya yang diperoleh dari hayati. Basis sumber daya meliputi ratusan dan ribuan spesies tanaman, daratan dan lautan, berbagai sumber pertanian, perhutanan, dan limbah residu dan proses industri, limbah dan kotoran hewan. Tanaman energi yang membuat perkebunan energi skala besar akan menjadi salah satu biomassa yang menjanjikan walaupun belum dikomersialkan pada saat ini.

KARAKTERISTIK BIOMASSA

Menjelang abad ke-19, biomassa dalam bentuk kayu bakar dan arang merupakan sumber utama energi namun ia telah digantikan oleh batubara dan minyak pada abad ke-20. Akan tetapi, pada abad ke-21, biomassa telah menunjukkan pertanda ia akan muncul kembali dikarenakan memiliki karakteristik sebagai berikut: terbarukan, dapat disimpan dan diganti, melimpah dan merupakan netral karbon.

KOMPOSISI BIOMASSA

Ada berbagai jenis biomassa dan komposisinya juga beragam. Beberapa komponen utama adalah selulosa, hemiselulosa, lignin, pati, dan protein. Pohon biasanya mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin seperti tanaman herba meskipun persen komponennya berbeda satu sama lain. Jenis biomassa yang berbeda memiliki komponen yang berbeda, misalnya gandum memiliki kadar pati yang tinggi, sedangkan limbah peternakan memiliki kadar protein yang tinggi. Karena komponen ini memiliki struktur kimia yang berbeda, maka reaktivitasnya juga berbeda. Dari segi penggunaan energi, biomassa berlignoselulosa yang terutama mengandung selulosa dan lignin seperti pohon berada dalam jumlah yang banyak dan mempunyai potensi yang tinggi.

PROSES TERBENTUKNYA BIOMASSA

Tanaman menyerap energi dari matahari. Melalui proses fotosintesis dengan memanfaatkan air dan unsur hara dari dalam tanah serta CO₂ dari atmosfer akan menghasilkan bahan organik untuk memperkuat jaringan dan membentuk daun, bunga atau buah. Sementara itu karena tidak mampu berfotosintesa sendiri, hewan memanfaatkan energi yang telah berubah bentuk menjadi daun, rumput atau yang lain dari bagian tumbuhan secara langsung untuk hidupnya. Sedangkan secara tidak langsung, misalnya hewan karnifora, prinsipnya tetap memanfaatkan energi yang telah berubah bentuk menjadi daging pada hewan lain. Inilah yang menjadi bahan dasar biomasa. Saat biomasa diubah menjadi energi, CO₂ yang akan dilepaskan ke atmosfer. Siklus CO₂ akan menjadi lebih pendek dibandingkan dengan yang dihasilkan dari pembakaran minyak bumi atau gas alam. Ini berarti CO₂ yang dihasilkan tersebut tidak memiliki efek terhadap kesetimbangan CO₂ di atmosfer. Kelebihan ini yang dapat dimanfaatkan untuk mendukung terciptanya energi yang berkelanjutan.

ENERGI BIOMASSA

Biomasa dapat diambil dari bahan tanaman yang berupa limbah pertanian, limbah industri pengolahan kayu atau dari tanaman yang memang ditanam secara khusus untuk menghasilkan energi bagi mesin bakar. Di samping itu dapat juga dimanfaatkan limbah peternakan dan limbah rumah tangga. Dari kedua jenis bahan penyusun biomassa tersebut dapat dua bagian besar yaitu, biomasa kering (limbah kayu, jerami atau sekam) dan biomassa basah (kotoran ternak dan sampah rumah tangga).

1.        Biomassa Basah 

Berupa kotoran ternak atau sampah rumah tangga perlu diubah terlebih dahulu melalui proses anaerobik untuk menghasilkan gas metana yang dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Proses ini lebih dikenal dengan nama Biogas. Umumnya biogas lebih banyak menggunakan kotoran ternak. Di dalam biomassa basah terdapat penggunaan gas metana. Gas metana tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dengan dua cara yaitu, untuk menggerakkan mesin bakar internal atau untuk menggerakkan turbin gas sebagai penghasil tenaga gerak untuk generator. Selanjutnya generator tersebut yang akan menghasilkan energi listrik. Motor bakar internal (MBI) yang digunakan pada prinsipnya sama dengan yang digunakan untuk MBI bensin dan solar. MBI gas ini cukup efisien untuk menghasilkan listrik sampai dengan 100 kW. Sedangkan untuk menghasilkan tenaga listrik yang lebih besar lagi dapat digunakan turbin gas.

2.        Biomassa Kering

Dapat diperoleh dari bahan tanaman yang berasal dari hutan atau areal pertanian. Dari hutan biasanya hanya kayu yang dianggap memiliki nilai ekonomis tinggi sebagai bahan baku bubur kertas, pertukangan atau kayu bakar. Peluang kayu untuk bioenergi baik selama masih di hutan maupun setelah masuk industri cukup besar. Pemanfaatan kayu yang ditebang untuk bahan baku kertas/pertukangan hanya sekitar 50% saja. Energi yang digunakan untuk menghasilkan listrik diperoleh dari panas yang dihasilkan dari pembakaran biomasa kering.

Panas yang dihasilkan tersebut digunakan untuk memanaskan air sehingga setelah terbentuk uap panas maka uap panas tersebut dapat dialirkan untuk menggerakkan baling-baling dalam turbin uap. Yang harus dihindari adalah terjadinya pembakaran yang tidak sempurna karena dalam proses pembakaran yang tidak sempurna akan dihasilkan gas karbon monoksida (CO) yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan. Sebagai gambaran, kotoran 2 ekor sapi membutuhkan ruang sebesar 3 m3 untuk diubah menjadi biogas. Dari sini akan dihasilkan kurang lebih 1 m3 biogas yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik sekitar 450 watt jam. Listrik yang dihasilkan dengan menggunakan biomasa akan berharga lebih mahal dibandingka harga listrik PLN. Akan tetapi ini akan menguntungkan untuk daerah-daerah, karena kondisi geografis atau yang lain, tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN .

3.        Biomassa Kayu

Industri kehutanan menyediakan bahan biomassa kayu sebagai hasil samping sisa kayu dan juga sebagai produk utama yang ditebang dari pohon-pohon dan hutan. Pohon-pohon yang ditebang ini bisa digunakan sebagai bahan energi biomassa, karena ia tidak memiliki nilai komersial dan seringkali dibiarkan setelah operasi penebangan. Sisa-sisa ini digunakan sebagai sumber energi biomassa modern dan juga tradisional di berbagai negara. Bahan bakar kayu meliputi 53% dari jumlah kayu yang diproduksi di dunia. Namun, bahan bakar kayu hanya mencakup beberapa persen di kebanyakan negara industri pada masa ini, meskipun negara industri pernah bergantung sepenuhnya pada bahan bakar kayu hingga tahun 1960-an. Di Jepang, hutan kayu keras yang terletak dekat komunitas pedesaan telah digunakan sebagai sumber daya utama untuk bahan bakar kayu dan arang. Kini, hutan kayu keras tidak lagi digunakan sebagai sumber daya kayu, karena nilai kayu keras lebih murah dibandingkan kayu lunak. Meskipun hutan kayu keras tidak memiliki nilai komersial sejauh ini, namum ia memiliki potensi tinggi sebagai sumber energi terbarukan untuk meringankan masalah pemanasan global.

4.        Biomassa Herba

Biomassa herba termasuk rumput dan legume yang tumbuh di padang rumput. Termasuk juga spesies liar yang jarang digunakan disamping hijauan berkualitas lebih tinggi. Secara umum, tanaman pangan seperti padi, gandum, jagung dan tebu mewakili sumber daya biomassa herba. Hasil samping atau residu seperti jerami padi juga dianggap sebagai biomassa herba, akan tetapi penggunaannya sebagai biomassa herba bergantung pada persoalan kualitas. Bambu (Phyllast achysspp) dan sasas (Sasa spp.) juga dianggap sebagai spesies biomassa berkayu jenis rumput. Rumput tropis tumbuh lebih cepat dari pohon dan menghasilkan lebih banyak biomassa dalam jangka waktu yang singkat. Legum terdiri atas semak, viny dan jenis kayu dimana semak dan viny dianggap sebagai biomassa herba. Salah satu komponen penting legum adalah kemampuannya untuk mengikat nitrogen melalui simbiosis dengan bakteri Rhizobium yang ada di nodul-nodul akar. Hal ini penting dari segi ekonomi untuk mengurangi penggunaan pupuk kimia nitrogen sebagai komponen dalam produksi biomassa.

5.        Biomassa Tanaman Gula dan Pati

Pati dan gula dapat difermentasi menjadi biofuel seperti etanol, tetapi sakarida berserat seperti selulosa dan hemiselulosa di dalam limbah residu tidak dapat dihidrolisiskan secara mudah menjadi karbohidrat yang dapat difermentasi seperti glukosa. Beberapa tanaman yang termasuk tanaman pati primer adalah padi, kentang, ubi jalar, jagung, gandum, ubi, Sebagai tanaman gula primer, tebu dan gula bit.

6.        Biomassa Penghasil Minyak

Biomassa penghasil minyak menghasilkan dan mengumpulkan lemak dan minyak dalam biji atau buah. Komponen utama lemak dan minyak adalah asam lemak triester dan gliserin. Lemak dan minyak digunakan secara luas sebagai makanan, bahan baku industri dan produksi biodisel sebagai alternatif minyak disel mineral. Beberapa contoh biomassa penghasil minyak adalah sebagai berikut:

a.    Kacang Kedelai (Glycine max Merrill)

USA, Brasil, Argentina dan Cina adalah negara penghasil utama. Minyak kedelai mengandung asam oleat (20-35%), asam linoleat (50-57%) dan asam linolenat (3-8%). Ia digunakan secara luas sebagai minyak makan dan bahan mentah untuk cat dan varnis.

b.    Sesawi (Brassica campestris L)

Sesawi ditanam di daerah yang luas dari Asia sampai Eropa karena ia dapat tumbuh meskipun di daerah beriklim dingin. Negara produsen utama adalah Cina, Kanada, India, Jerman dan Perancis. Minyak biji sesawi diekstrak dari biji sesawi mengandung asam oleat (55-59%),asam linoleat (21-32%) dan asam linolenat (9-15%). Ia digunakan umumnya sebagai makanan seperti minyak goreng dan minyak salad.

c.     Pohon Kelapa Sawit (Elaeis guineenis Jacq)

Negara produsen utama kelapa sawit adalah Malaysia dan Indonesia. Kelapa sawit memiliki produktivitas minyak tertinggi di antara biomassa penghasil minyak karena buah sawit dapat dipanen beberapa kali dalam setahun. Minyak sawit diperas dari buah sawit mengandung asam lemak jenuh seperti asam palmitat (35-38%) dan asam stearat (3-7%) dan ia tidak hanya digunakan di dalam industri makanan tetapi juga dalam industri detergen.

7.        Biomassa Tumbuhan Air

Biomassa tumbuhan air diproduksi di lingkungan air tawar dan laut serta memiliki beberapa potensi untuk digunakan oleh manusia. Biomassa tumbuhan air saat ini termasuk ganggang laut, dan mikroalga, kebanyakan diproduksi secara alami dan ada juga melalui produksi kultur yang dibuat oleh manusia.

8.        Biomassa Residu Pertanian

Residu pertanian mengacu pada residu yang diproduksi di ladang atau kebun saat panen dan aktivitas-aktivitas lain. Sebagai sumber daya energi, residu pertanian yang ada termasuk residu yang berasal dari bijian, tanaman rizom, dan tebu. Selain itu, ada sejumlah besar dan varietas residu sayuran yang dapat diproduksi tetapi tidak dipertimbangkan sebagai sumber energi karena sulit untuk mengumpulkan residu tersebut secara efisien dalam skala besar.

9.        Biomassa Limbah Hewan

Kotoran dan air kencing dari hewan ternak merupakan produk utama limbah hewan dan sejumlah kotoran serta air kencing tersebut meliputi sebagian besar jumlah limbah organik domestik di Jepang. Kotoran dan air kencing mengandung banyak bahan organik yang dapat terurai dan juga bahan nutrisi tumbuhan seperti nitrogen dan fosfor. Kuantitas dan kualitas kotoran dan air kencing sangat berbeda bergantung pada jenis hewan ternak, bobot, pakan ternak, jumlah air minum, sistem reproduksi, musim dan kondisi hewan ternak. Berdasarkan sifat-sifatnya, kotoran dan air kencing diproses dan disimpan atau digunakan berdasarkan metode yang sesuai.

KONVERSI ENERGI BIOMASSA DAN PEMANFAATANNYA

Ada berbagai teknologi konversi yang bisa digunakan untuk merubah kualitas biomassa sesuai dengan tujuan penggunaannya. Ada teknik fisika, kimia dan biologi.

1.        Konversi Fisika

Termasuk penggerusan, penggerindaan, dan pengukusan untuk mengurai struktur biomassa dengan tujuan meningkatkan luas permukaan sehingga proses selanjutnya, yaitu kimia, termal dan biologi bisa dipercepat. Proses ini juga meliputi pemisahan, ekstraksi, penyulingan dan sebagainya untuk mendapatkan bahan berguna dari biomassa serta proses pemampatan, pengeringan atau kontrol kelembaban dengan tujuan membuat biomassa lebih mudah diangkut dan disimpan. Teknologi konversi fisika sering digunakan pada perlakuan pendahuluan untuk mempercepat proses utama.  

2.        Konversi Kimia

Meliputi hidrolisis, oksidasi parsial, pembakaran, karbonisasi, pirolisis, reaksi hidrotermal untuk penguraian biomassa, serta sintesis, polimerisasi, hidrogenasi untuk membangun molekul baru atau pembentukan kembali biomassa. Penghasilan elektron dari proses oksidasi biomassa dapat digunakan pada sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik.

3.        Konversi Biologi

Umumnya terdiri atas proses fermentasi seperti fermentasi etanol, fermentasi metana, fermentasi aseton-butanol, fermentasi hidrogen, dan perlakuan enzimatis yang berperan penting pada penggunaan bioetanol generasi kedua. Aplikasi proses fotosintesis dan fotolisis akan menjadi lebih penting untuk memperbaiki sistem biomassa menjadi lebih baik.

MANFAAT PENGGGUNAAN ENERGI BIOMASSA

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 baku lokal serta meningkatkan keamanan energi dengan mengurangi ketergantungan terhadap barang impor. Namun, pemahaman terhadap nilai dari semua manfaat yang disebutkan di atas masih belum dapat ditentukan jika dibandingkan dengan biaya biomassa dan biaya produksi bioenergi. komprehensif mengenai daya saing biomassa dan bioenergi, dan dapat memberikan implikasi yang jelas terhadap perkembangan bioenergi dan perumusan kebijakan yang terkait.

1.        Deplesi Minyak Bumi

Sumber daya hutan dan batu bara sangat melimpah dan cukup untuk memenuhi permintaan energi. Akan tetapi, akibat kreativitas manusia yang melebihi harapan, diperlukan teknologi berbasis batu bara 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. Diperkirakan sekitar 1000 milyar barel telah digunakan dan hanya tersisa 1000 miliar 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 manusia akan beralih ke alternatif lain selain bahan bakar fosil. Peningkatan penggunaan biomassa akan memperpanjang umur pasokan minyak mentah yang semakin berkurang.

2.        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, maka penting untuk menyediakan informasi yang akurat tentang teknologi ini kepada para petani. Apa yang dianggap penting dari segi pemanfaatan biomassa oleh para petani adalah kemudahan untuk mengakses tanaman biomassa atau tempat pengumpulan biomassa. Meskipun para petani memiliki atau menghasilkan bahan baku biomassa, hal ini sangat sia-sia jika tidak ada akses ke tempat dimana biomassa tersebut diproduksi.

3.        Peningkatan Pendapatan Petani

Ada 2 cara utama untuk membantu para petani (The Japan Institute of Energi, 2007). Salah satu cara adalah dengan memberikan energi agar para petani ini mendapat akses ke bahan bakar yang berguna. Di Thailand, para petani menggunakan gas untuk memasak yang berasal dari proses biometanasi skala kecil, sehingga mereka tidak perlu membeli gas propana untuk keperluan memasak. Bantuan kepada para petani ini juga efektif untuk menciptakan pertanian yang berkelanjutan dikarenakan pengurangan penggunaan bahan bakar fosil. Bantuan yang lain adalah melalui 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”.

4.        Keamanan Energi

Perekonomian semua negara dan khususnya negara maju bergantung pada pasokan energi yang aman. Keamanan energi berarti ketersediaan energi yang konsisten dalam berbagai bentuk pada harga yang terjangkau. Kondisi ini harus bisa tetap bertahan untuk jangka panjang agar dapat berkontribusi pada pembangunan berkelanjutan. Perhatian terhadap keamanan energi sangat penting karena distribusi sumber daya bahan bakar fosil yang tidak seimbang di kebanyakan negara saat ini. Pasokan energi akan menjadi lebih rentan pada waktu dekat ini akibat kebergantungan global terhadap minyak impor. Biomassa merupakan sumber daya domestik yang tidak terkena pengaruh fluktuasi harga pasar dunia atau ketidakpastian pasokan bahan bakar impor.

5.        Mata Uang Asing

Ada peluang 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 seimbang saat ini. Akan tetapi, penggunaan ubi kayu untuk masa depan harus dipertimbangkan dengan teliti. Pada masa depan, jumlah produksi 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 akan mengancam stabilitas pasokan makanan domestik.

Demikian Artikel mengenai Penjelasan Lengkap Biomassa (Karekteristik, Komposisi, Proses Terbentuk, Energi, Konversi Energi, dan Manfaat Biomassa), kita akhiri dengan membaca Hamdallah : الحَمْدُ لِلّٰهِ رَبِّ العَالَمِيْنَ “Alhamdulillahirabbil ’Alamin”.