Produksi Energi Dari Biomassa (Bag. 1) : Mengenal Biomassa

Sebagaimana telah kita ketahui bersama, penggunaan secara masif energi dari minyak bumi dan batu bara memberikan dampak pemanasan global –lewat peningkatan jumlah produksi CO2, sebagai salah satu gas rumah kaca– yang sudah kita rasakan imbasnya. Salah satu solusi yang sedang ramai dilakukan adalah dengan perlahan memanfaatkan energi terbarukan (renewable energy), yang tidak akan meningkatkan jumlah CO2 di atmosfer. Biomassa adalah salah satu bentuk paling umum dari energi terbarukan, yang sejak beberapa tahun terakhir sudah banyak dikembangkan dan digunakan di berbagai negara. Sesuai dengan judul, tulisan ringan ini akan memaparkan secara umum dan ringkas tentang produksi energi dari biomassa. Tulisan ini akan kami paparkan secara berseri agar tidak menjemukan. Bagian pertama dari seri tulisan ini adalah pengenalan tentang biomassa dan potensinya sebagai sumber energi terbarukan.

Apa itu biomassa?

Biomassa umumnya merujuk pada bahan organik yang berasal dari tumbuhan, baik yang hidup ataupun yang sudah mati (biodegradable waste), yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar atau untuk kegiatan industri. Sumber energi biomassa dihasilkan oleh tumbuhan hijau dari proses fotosintesa, yang kemudian disimpan dalam bentuk energi kimia berupa ikatan antara karbon, hidrogen, dan oksigen (CxOyHz). Saat ikatan ini dipecah, melalui proses pembakaran misalnya, energi kimia dari biomassa akan dilepaskan dalam bentuk energi panas sebagai bahan bakar. Saat ini, biomassa menjadi sumber cadangan energi yang penting bagi kita, yang diperkirakan berkontribusi sekitar 10–14% dari pasokan energi dunia. Kelebihan utama dari biomassa sebagai sumber energi adalah sifatnya yang terbarukan. Sehingga kita tidak akan menemukan kekhawatiran akan habisnya biomassa, seperti pada minyak mentah atau batu bara. Selama masih ada tumbuhan, selama itu pula kita masih bisa mendapatkan sumber energi.

Pemanfaatan energi biomassa yang sudah banyak ada saat ini adalah dari limbah biomassa. Yakni, sisa-sisa biomassa yang sudah tidak terpakai semisal bagas (bekas tebu kering), tangkai jagung, tangkai padi, dan yang semisalnya. Pencarian dan pengujian jenis tanaman yang secara khusus telah disiapkan untuk ditanam sebagai sumber energi biomassa sudah dilakukan selama beberapa tahun terakhir. Banyak tanaman yang telah diusulkan untuk kemudian diuji, yang secara umum, tanaman untuk sumber energi biomassa ini harus memiliki beberapa karakteristik berikut:

Mudah ditanam dengan hasil produksi biomassa kering yang tinggi

  1. Tidak membutuhkan banyak usaha untuk perawatan (kebutuhan pupuk/air)
  2. Biaya keseluruhan yang dibutuhkan cukup rendah.
  3. Tidak memiliki banyak kontaminan.
  4. Tahan terhadap hama

Karakteristik di atas sangat bergantung kepada kondisi iklim dan tanah di mana tanaman tersebut ditumbuhkan.

Gambar 1. Struktur biomassa yang tersusun dari selulosa, hemiselulosa dan lignin

Biomassa umumnya mengandung tiga komponen penting; selulosa (40–50%), hemiselulosa (20–30%), lignin (20–25%), dan sejumlah kecil kandungan lainnya. Rasio ini bisa berbeda-beda tergantung jenisnya. Rasio antara selulosa/hemiselulosa dan lignin merupakan salah satu faktor penentu dalam identifikasi kesesuaian jenis tanaman untuk pengolahan selanjutnya sebagai sumber energi. Selulosa adalah polimer glukosa, yang terdiri dari rantai lurus unit monomer (1,4)-D-glukopiranosa (C6), di mana setiap unitnya dihubungkan dalam konfigurasi pada posisi 1–4, dengan berat molekul sekitar 100.000. Hemiselulosa adalah campuran polisakarida (dari monomer C5 dan C6), terdiri hampir seluruhnya adalah gula seperti glukosa, manose, xilosa, arabinosa dan yang lainnya dengan berat molekul rata-rata sekitar 30.000. Berbeda dengan selulosa, ikatan unit monomer pada hemiselulosa adalah bercabang terikat erat secara acak dan ke permukaan setiap mikrofibril selulosa. Adapun untuk lignin, meski struktur tepatnya belum bisa dipastikan, namun lignin dapat dianggap sebagai grup amorf tiga dimensi yang terdiri dari struktur metoksi fenilpropana. Ada tiga monomer utama yang membentuk struktur lignin (monolignol) adalah: alkohol p-koumaril, koniferil, dan sinapil. Monolignol ini membangun struktur lignin dalam ikatan phenylpropanoids p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G) dan syringyl (S), yang menyebabkan tingginya berat molekul total lignin. (Lihat Gambar 1).

Para peneliti mengkategorikan biomassa dalam berbagai kelompok, namun secara mudah dapat diklasifikan sebagai berikut:

  • Tanaman berkayu (woody plant/lignocellulose)
  • Tanaman rerumputan (herbaceous plants/grasses)
  • Tanaman air (aquatic plants)
  • Pupuk (manure/compost)

Masing-masing kategori memiliki kadar rasio selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang berbeda. Saat ini, kategori biomassa tanaman berkayu, rerumputan, dan tanaman air sedang digalakkan untuk dipelajari oleh sebagian besar peneliti dan penyedia teknologi.

Sifat dan Karakteristik Biomassa

Biomassa dapat dikonversi menjadi 3 jenis produk utama:

  • Energi panas/listrik
  • Bahan bakar transportasi
  • Bahan baku kimia.

Pemilihan jenis biomassa untuk dikonversi produk-produk di atas sangat terkait sifat-sifat kimia dan fisika yang dimilikinya (chemical/physical property). Sifat-sifat ini adalah sifat yang melekat pada biomassa, yang menentukan pilihan proses konversi dan teknologi pengolahan selanjutnya.

Sifat-sifat dan karakteristik penting pada biomassa yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut:

  • kadar air (intrinsik dan ekstrinsik)
  • nilai kalori
  • kandungan residu/abu
  • kandungan logam alkali
  • rasio antara selulosa dan lignin
  • kandungan karbon terikat (fixed carbon) dan kandungan zat volatile (volatile matter).

Alasan pendorong mengapa energi dari biomassa itu penting

Selain cadangan sumber bahan bakar yang semakin menipis dan peningkatan pemanasan global menjadi alasan utama pencarian sumber energi baru yang terbarukan, perkembangan teknologi sejak terkait dengan produksi tanaman dan konversinya sejak 15 tahun terakhir menjadi pendorong lain yang menjanjikan untuk utilisasi biomassa dengan biaya lebih rendah dan dengan efisiensi konversi yang lebih tinggi yang sebelumnya. Dari sini, biaya utilisasi biomassa untuk bahan bakar bisa bersaing dengan bahan bakar fosil.

Keunggulan utama biomassa sebagai sumber energi adalah dari sisi ketersediaannya yang bisa terbarukan, baik melalui proses alami ataupun tersedia sebagai limbah organik dari aktivitas manusia. Untuk memberikan kontribusi ke tingkat yang lebih besar sebagai sumber pasokan energi dunia, maka penanaman tanaman untuk sumber energi akan sangat diperlukan nantinya, dengan memanfaatkan lahan kosong yang tidak cocok ditanami untuk tanaman pangan. Sehingga, potensi energi biomassa untuk produksi energi menjadi jauh lebih besar dari sekedar limbah biomassanya.

Pada konferensi PBB terkait lingkungan (1992), terdapat pembahasan yang tercatat di Skenario Energi Global Intesif Terbarukan (Renewable Intensive Global Energi Scenario, RIGES) bahwa harapannya separuh konsumsi energi primer dunia saat ini –sekitar 400 EJ/tahun– , dapat dipenuhi dari biomassa pada tahun 2050, dan 60% pasar listrik dunia bisa dipasok dari energi terbarukan, termasuk di dalamnya adalah biomassa.

Berikut rincian manfaat-manfaat umum yang bisa diperoleh jika kita menggunakan biomassa sebagai sumber energi:

  • biomassa adalah sumber energi bersih yang baru dan terbarukan, berkesinambungan, dan relatif ramah lingkungan.
  • struktur kimia biomassa tersusun dari bahan kimia yang sangat beragam, yang memberikan peluang untuk eksploitasi fitur struktur baru
  • peningkatan penggunaan biomassa akan memperpanjang umur berkurangnya pasokan minyak mentah
  • biomassa hampir tidak memiliki kandungan sulfur, sehingga tidak memberikan menyebabkan emisi sulfur dioksida (SO2) yang berpotensi menyebabkan hujan asam
  • limbah abu sisa pembakaran biomassa jumlahnya lebih sedikit dibandingkan dari batu bara, bahkan bisa digunakan sebagai aditif tanah (pupuk) di pertanian, dll
  • sebagai sumber daya domestik bagi setiap negara, biomassa tidak tunduk pada fluktuasi harga dunia atau ketidakpastian pasokan sebagai bahan bakar impor.
  • penggunaan biomassa menjadi salah satu cara untuk mencegah lebih banyak produksi karbon dioksida (CO2) di atmosfer.

Dari sini kita tahu bahwa biomassa adalah sumber energi potensial yang dapat diandalkan. Saat ini, bahan bakar dan bahan kimia berbasis biomassa sudah dipertimbangkan sebagai hal yang paling menjanjikan untuk generasi masa depan. Kita tahu, Indonesia memiliki potensi sumber daya biomassa dan limbahnya yang luar biasa besar untuk bisa dimanfaatkan sebagai cadangan energi dan bahan kimia untuk menunjang defisit minyak mentah. Jika kita bisa memanfaatkan potensi tersebut, negara kita akan menjadi negara mandiri, hebat, dan berdaulat dari sisi sumber energi dan bahan kimia.

Pada serial tulisan berikutnya, akan kita paparkan teknologi konversi biomassa menjadi energi yang sudah dikembangkan oleh para peneliti di seluruh dunia (Bagian 2).

Bahan bacaan:

1. P. McKendry, Energi production from biomass (part 1): overview of biomass, Bioresource Technol, 83 (2002) 37-46.

2. R.C. Saxena, D.K. Adhikari, H.B. Goyal, Biomass-based energi fuel through biochemical routes: A review, Renew Sust Energ Rev, 13 (2009) 167-178.

Tentang Penulis:

Adid Adep Dwiatmoko, lahir di Gunungkidul pada 1 Januari 1984. Gelar Sarjana Teknik (2006) diperoleh dari Jurusan Teknik Kimia, Universitas Gadjah Mada. Gelar Master of Engineering (2011) diperoleh Department of Clean Energy and Chemical Engineering, Korea University of Science and Technology, Korea Selatan. Sebagai peneliti di Pusat Penelitian Kimia LIPI, saat ini sedang menempuh program doktoral (2012 – sekarang) dalam bidang katalisis untuk bioenergi di Department of Green Process and System Engineering, Korea University of Science and Technology.

http://sivitas.lipi.go.id/adid001/