Bahan bakar yang diperoleh dengan proses BioForming

Salah satu pekerjaan yang pernah dilakukan Lee Edwards selama 25 tahun karirnya di British Petroleum (BP) adalah memimpin usaha raksasa energi tersebut membuat imej baru. Sekarang, sebagai CEO dari Virent Energy System, perusahaan biofuel yang telah berdiri selama 7 tahun di Madison, Wisconsin, dia telah bergerak jauh melampaui petroleum. Dengan proses eksklusif yang dinamakan BioForming, Virent mengklaim proses tersebut dapat mengkonversi gula dari jagung, switchgrass, dan tanaman pangan lainnya menjadi bahan bakar dengan densitas energi yang lebih tinggi daripada etanol.

Di samping resesi yang menimpa Amerika Serikat dan sejumlah negara di dunia, uang nampaknya terus mengalir bagi Virent. Venture capital diakui Edwards tetap berkembang, hanya lebih selektif. Kebanyakan investor mencari peningkatan teknologi yang telah dapat dibuktikan — proyek angin, solar, sejumlah akticitas berbahan bakar gas. Sejauh ini, perusahaan telah meraih 70 juta dolar dan banyak investor, termasuk Honda (HMC) dan Cargill. Perusahaan ini juga telah melakukan kontrak kolaborasi partnership dengan raksasa minyak Shell (RDSA).

Teknologi BioFarming bekerja dengan prinsip sederhana. Air gula masuk dan bergerak melalui sejumlah reaktor berkatalis, yang akan merengkah molekul-molekul gula dan mereaksikannya dengan bantuan katalis sehingga ada rekombinasi. Reaksi tersbut berlangsung kontinyu dan self-sustaining. Bahan bakar dari gula dengan proses reaksi berkatalis adalah suatu hasil dari proses kimia yang unik. Reaksi katalitik dari pemutusan ikatan gula dan kemudian merekombinasikannya menghasilkan energi lebih besar daripada yang dibutuhkan untuk melangsungkan suatu proses yang berkelanjutan. Hal ini berbeda dengan etanol, yang membutuhkan energi yang sangat besar untuk melakukan pemisahan final terhadap air.

Edwards berharap, pada tahun 2020, industri biofuel dapat menggantikan 15-20 persen bahan bakar dari fosil. Namun, ia juga mengatakan bahwa hal tersebut akan bergantung pada batas-batas tertentu, tergantung pada sifat biofuel itu sendiri. Jika biofuel hanya difokuskan pada etanol, angka tersebut menurutnya tidak akan bisa tercapai.

Perkembangan biofuel menurut Edwards memiliki masa depan yang cemerlang, hal ini didorong oleh beberapa faktor pendukung. Pertama adalah kebutuhan mendesak terhadap teknologi untuk mengkonversikan biomassa menjadi bahan bakan akan membuktikan harga yang kompetitif dengan minyak mentah. Kedua, dunia akan meminta alternatif terbarukan karena dampak karbon yang dihasilkan minyak mentah. Selain itu akan ada penyeimbangan kembali sekuritas energi dan lapangan pekerjaan yang banyak membantu distribusi feedstock.

Faktor-faktor tersebut menurutnya berarti bahwa dunia akan memiliki teknologi yang lebih baik dan dengan harga yang lebih kompetitif. Akan ada nilai tertentu dalam pasar pada waktu dampak karbon dari minyak mentah betul-betul dirasakan, yang akan menyeimbangkan persaingan. Dari segi kebijakan, masyarakat menginginkan kontrol yang lebih pada nasih energi dan biomassa adalah salah satu caranya.

Namun demikian, ada hal-hal yang masih menjadi kendala untuk mempercepat perkembangan bahan bakar terbarukan. Beberapa teknologi yang paling menjanjikan masih dalam tahap penelitian skala pilot atau laboratorium. Teknologi-teknologi ini masih harus dibuktikan kompetitivitasnya terhadap besar produksi dan biaya. Kemudian masih ada pekerjaan pada seluruh bagian upstream dari rantai value. Pada upstream minyak (fosil), proses yang dilakukan adalah drilling, mempompakan minyak, kemudian membawa minyak tersebut dengan tanker ke pemurnian minyak. Diperlukan rantai value yang sama sekali baru dalam hal logistik biomassa.

Perusahaan-perusahaan minyak besar juga tengah mengembangkan program energi alternatif. Namun, menurut Edwards, perusahaan-perusahaan tersebut sangat dipengaruhi oleh teori manajemen cash-flow dan portofolio capital-investment. Mereka tertarik, kemudian mundur, kemudian masuk lagi ke dalam program energi alternatif. Volatilitas dari manejemen cash-flow tersebut, mengingat mereka menginvestasikan milyaran dolar per tahunnya pada proyek upstream (minyak dan gas), dianggapnya bukan cara terbaik untuk mengkomersialisasikan energi.

Harga minyak pada tahun-tahun belakangan sangat tak bisa diprediksi. Jauh lebih mudah bagi industri biofuel untuk mendapatkan keuntungan saat minyak mentah berharga 140 dolar per barel daripada saat harganya menurun drastis menjadi 40 dolar. Hal yang sedang diupayakan industri biofuel ini adalah mengatakan: Anda tahu, kami ingin memutus hubungan dengan komuditas bernama minyak mentah dan membangun suatu komuditas baru bernama energi dari biomassa. Jika minyak mentah tetap pada 40 dolar selamanya, teknologi-teknologi biofuel ini hanya akan berhasil dengan kebijakan-kebijakan signifikan yang dipengaruhi oleh penyediaan lapangan pekerjaan, sekuritas energi, dan upaya-upaya untuk melestarikan lingkungan. Edwards mengatakan, yang perlu dipahami mengenai industri biofuel ini adalah pihaknya berusaha mengubah ekonomi yang dipengaruhi oleh minyak mentah menjadi ekonomi yang dipengaruhi oleh biomassa.

Sumber: http://money.cnn.com/2009/07/23/news/companies/biomass_alternative_energy.fortune/index.htm

Salah satu cara yang potensial untuk mengurangi konsumsi batubara sekaligus mengurangi emisi gas rumah kaca dari pembakaran batubara adalah co-firing batubara dengan limbah biomassa.

Co-firing

Co-firing batubara dengan limbah biomassa dapat mengurangi emisi gas rumah kaca

Co-firing merupakan suatu proses pembakaran dua material yang berbeda secara bersamaan. Dengan menggunakan co-firing, emisi dari pembakaran suatu bahan bakar fosil dapat dikurangi. Co-firing merupakan salah satu metode alternatif untuk mengubah biomassa menjadi tenaga listrik, yaitu dengan cara substitusi sebagian batubara dengan biomassa di dalam suatu coal boiler. Biomassa dikenal sebagai zero CO2 emission, dengan kata lain tidak menyebabkan akumulasi CO2 di atmosfer, dan biomassa juga mengandung lebih sedikit sulfur jika dibandingkan dengan batubara. Oleh karena itu,co-firing batubara dan biomassa menyebabkan menurunnya emisi CO2 dan jumlah polutan NOx dan SOx dari bahan bakar fosil.

Dengan co-firing, dampak korosi pada dinding pembakar akan diminimalisir.

Selain itu, pembakaran batubara dan limbah biomassa secara bersamaan mengurangi korosi yang disebabkan oleh klorin. Biomassa apabila dibakara kana menghasilkan zat alkali klorida yang kemudian akan bereaksi dengan sulfur oksida dan aluminium silikat, dimana keduanya adalah hasil pembakaran dari batubara. Hasil reaksi akan berupa alkali sulfat dan alkali silikat serta HCl yang tidak bersifat korosif sehingga aman bagi alat-alat pembakar. Metode co-firing batu bara dan limbah biomassa ini telah didemonstrasikan, diuji, serta dibuktikan pada semua tipe boiler yang umum digunakan pada unit pembangkit listrik. Efisiensi yang dicapai dengan metode ini hampir mencapai 33 – 37%.

Hingga saat ini, terdapat tiga jenis konfigurasi co-firing yang telah digunakan, yaitu direct co-firing, indirect cofiring, dan parallel co-firing.

1. Direct Co-firing

Pada konfigurasi ini, biomassa (sebagai bahan bakar sekunder) dimasukkan bersamaan dengan batubara (sebagai bahan bakar primer) ke dalam boiler yang sama. Direct co-firing lebih umum digunakan karena paling murah. Pada direct co-firing sendiri, ada dua pendekatan yang dapat dilakukan. Yang pertama adalah pencampuran dan perlakuan awal terhadap biomassa dan batubara dilakukan bersamaan sebelum diumpankan ke pembakar. Yang kedua, perlakuan awal biomassa dan batubara dilakukan secara terpisah, kemudian baru diumpankan ke pembakar.



Proses Direct Co-firing (K-boiler)

2. Indirect Co-firing

Konfigurasi indirect co-firing mengacu pada proses gasifikasi biomassa, dimana gas hasil gasifikasi biomassa kemudian diumpankan ke dalam pembakar dan dibakar bersama batubara. Dengan menggunakan konfigurasi ini, abu dari biomassa akan terpisah dari abu batubara dengan tetap menghasilkan rasio co-firing yang sangat tinggi. Kekurangan dari indirect co-firing adalah biaya investasinya yang tinggi.



Proses indirect co-firing dengan menggunakan (a) pre-furnace PP, atau (b) gasifier RG untuk biomassa (K-boiler)

3. Parallel Co-firing

Parallel co-firing melibatkan suatu pembakar dan boiler terpisah untuk biomassa, dimana hasil pembakaran dari biomassa akan membangkitkan steam yang kemudian akan digunakan pada sirkuit power plant pembakaran batubara. Walaupun konfigurasi ini membutuhkan investasi yang lebih besar daripada direct co-firing, konfigurasi ini memiliki kelebihan tersendiri. Dengan menggunakan konfigurasi ini,sangatlah mungkin untuk digunakan bahan bakar dengan kandungan logam alkali dan klorin tinggi dan abu dari hasil pembakaran batubara serta biomassa akan dihasilkan terpisah.



Konfigurasi parallel co-firing (K-boiler)

Tantangan Menggunakan Biomassa sebagai Feedstock

Co-firing jerami dengan batubara telah dilakukan di DTI, Denmark.

Limbah biomassa yang umum digunakan dalam bidang energi adalah limbah pangan (jerami gandum, tandan kosong sawit, batang tebu, dll), limbah perhutanan, dan tanaman energi (ditanam khusus sebagai bahan bakar). Penggunakan biomassa dalam proses co-firing dengan batubara memiliki sebuah kendala. Biomassa memiliki karakteristik yang berbeda dengan batubara. Pada umumnya,analisis proksimat dari biomassa menunjukkan kandungan volatil sebesar 80% dan20% karbon tetap (basis kering dan basis bebas abu). Biomassa memiliki kelembaban yang tinggi sehingga nilai kalornya rendah. Kelembaban yang tinggi akan menyebabkan turunya temperatur pembakaran maksimum dan meningkatkan waktu tinggal yang dibutuhkan pada ruang pembakaran dan juga dapat menyebabkan terjadi pembakaran tidak sempurna. Biomassa juga mengandung abu yang l;ebih sedikit daripada batubara, akan tetapi kandungan logam alkali tinggi pada abu biomassa. Logam alkali merupakan salah satu penyebab terjadinya fouling di permukaan perpindahan panas.
Sebagian besar permasalahan yang timbul pada proses co-firing batubara dengan limbah biomassa berasal dari sifat fisik dan kimia biomassa, karena itu diperlukan pre-treatement terhadap biomassa sebelum digunakan dalam proses co-firing. Pilihan pre-treatment yang dapat dilakukan adalah drying, sizing, balling, pelletizing, briquetting, washing/leaching, torefaksi, torefaksi dengan pelletizing, dan pirolisis.

Referensi:

Maciejewska, A., et all . Co-firing of Biomass with Coal: Constraints and Role of Biomass Pre-treatment. DG JRC, Institute for Energy. 2006.
Veijonen et all.  Biomass Co-firing: An Efficient Way to Reduce Greenhouse Gas Emissions. European Bioenergy Network (EUBIONET).
Biomass Co-firing: A Renewable Alternative for Utilities. National Renewable Energy Laboratory, U.S. Department of Energy (DOE). 2000.
Abirama dan Mandolang. Torefaksi Jerami Padi dan Tandan Kosong Kelapa Sawit. Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung. 2009.
Van Loo dan Koppejan. The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing.

Berbeda dengan GTL yang berbahan baku gas alam, pada BTL memerlukan proses yang lebih kompleks dalam penyiapan bahan baku, karena bahan baku BTL yakni biomassa harus digasifikasi terlebih dahulu kemudian gas tersebut harus dibersihkan dari komponen lain : NOx, SOx, partikel-partikel, dan lain-lain untuk memperoleh synthetis gas dengan kemurnian tinggi.

Bahan baku biomassa dibedakan menjadi dua jenis utama, yaitu pohon berkayu (woody) dan rumput-rumputan (herbaceous). Saat ini material berkayu diperkirakan merupakan 50% dari total potensial bioenergi dunia. 20% yang lain adalah jerami yang diperoleh dari hasil samping pertanian. Spesifikasi utama dari tanaman yang dapat dijadikan bahan baku untuk memproduksi bahan bakar BTL disajikan pada tabel berikut yang dilengkapi dengan karakteristi bahan baku batu bara dan gas alam pada GTL sebagai perbandingan:

Tabel karakteristik batu bara, gas alam, material berkayu dan material rumput-rumputan

Bahan Baku Berkayu

Gambar Bahan yang potensial untuk produksi BTL – dari kiri ke kanan: serpihan kayu, serbuk gergaji, kulit kayu dan pellet kayu.

Batang kayu merupakan contoh aplikasi biomassa untuk energi yang pertama kali dikenal. Pembakaran kayu untuk penerangan dan penghangat telah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu.

Bagaimanapun penggunaan batangan kayu untuk tujuan energi saat ini bersaing dengan penggunaan non-energi yang mempunyai nilai lebih seperti untuk produksi pulp, industri furnitur, dan lain-lain. Sehingga menyebabkan tingginya harga bahan baku BTL serta semakin meningkatkan konsumsi terhadap pohon. Oleh sebab itu, bahan baku berkayu yang dimaksud di sini adalah bahan berkayu hasil sisa pengolahan kertas, furnitur, dan lain lain.

Proses gasifikasi material berkayu biasanya tidak mungkin dilakukan secara langsung, karena berbagai alasan seperti ukuan partikel yang terlalu besar atau terlalu berlainan, kandungan air dan pengotor. Oleh karenanya biomassa berkayu memerlukan perlakuan pendahuluan dan transformasi menjadi bahan baku yang tepat untuk proses gasifikasi dan proses yang lebih lanjut. Bahan baku tersebut bisa berupa serpihan kayu, serbuk kayu atau dalam bentuk pellet.
Ketika mencacah kayu yang masih baru, kandungan air dari serpihan kayu bisa sangat tinggi (45-55% berat). Tingginya kandungan air dapat menghambat proses gasifikasi, sehingga kandungan airnya harus diturunkan menjadi 5-25%. Terdapat tiga cara untuk menurunkan kandungan air dalam biomassa berkayu :

1. Pengeringan secara alami material berkayu : pohon dibiarkan di atas tanah, kandungan air dapat turun secara alami dari 50-55% menjadi 35-45%.
2. Pengeringan alami serpihan kayu : serpihan kayu dapat disimpan di luar ruangan atau di dalam ruangan dekat reaktor gasifikasi untuk pengeringan lebih jauh. Penyimpanan di luar ruangan dapat menurunkan kadar air dari 50% hingga sekitar 30%. Namun penyimpanan di luar dapat menyebabkan berkurangnya berat kayu karena dekomposisi biologi dan atau infeksi serangga (terutama pada spesies kayu lunak) terutama pada keadaan lembab.
3. Pengeringan buatan biomassa berkayu : secara umum pengeringan dengan cara ini harus dihindari, karena memerlukan energi dan biaya tambahan yang tinggi.

Bahan Baku Rumput-rumputan

Penggunaan biomassa rumput-rumputan untuk energi masih dalam tahap pengembangan. Meskipun masih dalam tahap pengembangan, energi potensial biomassa rumput-rumputan sangat menjanjikan, karena sebagian besar biomassa tersebut berasal dari material sisa pertanian seperti jerami. Pengubahan bahan baku rumput-rumputan untuk umpan gasifikasi lebih mudah dari pada menggunakan material berkayu, karena biomassa rumput-rumputan hanya memerlukan pencacahan.

Tanaman Energi

Kiri: Mischantus yang baru di tanam; Kanan : Mischantus saat umur dua tahun.

Penanaman rumput-rumputan untuk tujuan energi merupakan suatu hal yang relatif baru. Spesies utama tanaman untuk energi adalah mischantus (rumput glagah), red canary grass, dan switchgrass. Mischantus merupakan pilihan yang menarik, karena pertumbuhannya memerlukan pupuk dan pestisida yang lebih sedikit daripada tanaman yang lain, dengan perolehannya mencapai 15 ton per hektar pada kondisi yang optimum. Kelemahan utamanya adalah sulitnya rehabilitasi lahan untuk penggunaan yang lain karena struktur akar mischantus yang sangat dalam. Perolehan yang lebih rendah di dapat dari switchgrass ( sampai dengan 10 ton per hektar). Untuk jenis red canary grass perolehannya lebih rendah lagi yaitu 5-7 ton per hektar.

Dibandingkan tanaman jangka pendek yang lain, jenis rumput-rumputan mempunyai kadar air yang lebih rendah. Meskipun demikian, spesies rumput-rumputan menunjukkan beberapa kelemahan dibandingkan dengan biomassa berkayu. Lebih rendahnya densitas, yang dapat menaikkan biaya transportasi dan penanganan. Kandungan komponen yang tidak diinginkan (kalium, klorin, sulfur, abu), yang dapat menurunkan perolehan syngas, korosi pada peralatan, penggumpalan dan fouling. Karena beberapa alasan tersebut, biomassa rumput-rumputan biasanya tidak digasifikasikan secara langsung untuk produksi BTL, tetapi diproses dalam bentuk produk setengah jadi berupa minyak pirolisis.

Sisa Biomassa Tanaman Rumput-rumputan (Jerami)

Jerami (gambar 2.3 ) merupakan bahan rumput-rumputan utama yang dipakai untuk energi akhir-akhir ini. Sama seperti tanaman rumput-rumputan yang lain, jerami biasanya mempunyai kandungan kadar air yang lebih rendah dari pada biomassa berkayu. Sebaliknya jerami mepunyai nilai kalor, densitas dan titik leleh abu yang lebih rendah, dan kandungan abu, klorin, kalium dan sulfur yang lebih tinggi. Kalium dan klorin dapat direduksi dengan mudah dengan membiarkan jerami di ladang, saat turun hujan sejumlah besar kalium dan klorin akan tercuci oleh air hujan. Alternatifr yang lain, jerami yang masih baru dapat langsung dicuci pada temperatur sedang (50-60 C). karena pencucian, kandungan air pada jerami akan menjadi sangat besar sehingga diperlukan pengeringan setelah proses pencucian.

Produksi Syngas dari Biomassa

Produksi syngas berkualitas tinggi dari biomassa, yang akan digunakan sebagai umpan untuk produksi BTL memerlukan perhatian khusus. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa produksi syngas dari biomassa masih merupakan komponen yang baru dari konsep GTL. Syngas yang diperoleh dari gas alam dan batu bara merupakan teknologi yang telah lama dikenal.

Gasifikasi dapat didefinisikan sebagai degradasi termal dengan keberadaan suplai agen pengoksidasi (mengandung oksigen) dari luar seperti udara, steam,oksigen. Berbagai metode gasifikasi telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir, sebagian besar untuk tujuan pembangkit listrik. Akan tetapi, untuk produksi BTL yang efisien diperlukan komposisi gas yang sangat berbeda. Dikarenakan pada pembangkit listrik syngas digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan di proses BTL syngas digunakan sebagai umpan untuk mendapatkan produk yang lain. Perbedaan tersebut mempunyai implikasi berkenaan dengan kemurnian dan komposisi gas.

Untuk produksi BTL, yang terpenting adalah banyaknya CO dan H2 (makin banyak, makin bagus). Keberadaan komponen hidrokarbon dan inert harus dihindari atau setidaknya jumlahnya serendah mungkin. Hal tersebut dapat didapatkan melalui beberapa jalan:

• Banyaknya komponen selain CO dan H2 dapat direduksi melalui transformasi lebih lanjut komponen tersebut menjadi CO dan H2. Bagaimanapun hal tersebut juga memerlukan energi dan biaya yang lebih besar (dua proses – gasifikasi dan transformasi). Hasilnya, efisiensi energi dari keseluruhan proses produksi syngas dan BTL juga berkurang, menyebabkan biaya produksi yang lebih tinggi.
• Banyaknya berbagai macam komponen dapat diperkecil melalui dekomposisi biomassa yang lebih sempurna. Pendekatan ini sepertinya lebih sesuai ditinjau dari efisiensi energi dan biaya. Minimalisasi kandungan berbagai jenis hidrokarbon dapat diperoleh dengan menaikkan temperatur proses gasifikasi, serta mempercepat waktu tinggal umpan di dalam reaktor. Oleh karena pendeknya waktu tinggal, ukuran partikel harus cukup kecil agar proses gasifikasi sempurna dan efisien dapat berlangsung.
• Dalam proses gasifikasi untuk pembangkit listrik biasanya menggunakan udara sebagai pengoksidasi, karena udara merupakan pengoksidasi paling murah. Akan tetapi penggunaan udara menghasilkan nitrogen pada gas produk dalam jumlah besar. Keberadaan nitrogen dalam jumlah besar pada gas produk akan mengganggu untuk produksi BTL. Menghilangkan nitrogen melalui liquifasi di bawah temperature kriogenik memerlukan energi yang sangat besar. Di antara pilihan lain yang potensial (steam, CO2, O2), oksigen merupakan pengoksidasi yang paling sesuai untuk pabrik BTL.

Gasifier untuk BTL

Gas (sebelah kiri) dan char (sebelah kanan) indirect gasifier

Fluidised bed gasifier umumnya tidak menjumpai pembatasan skala dan lebih fleksibel mengenai ukuran partikel umpan. Meskipun demikian, gasifier tersebut masih mempunyai batas spesifikasi umpan, karena resiko adanya slagging dan fouling, aglomerasi dan korosi. Temperature operasi fluidised bed gasifier dengan hembusan udara relative rendah (800-1000 C), yang mengakibatkan dekomposisi umpan kurang sempurna, meskipun waktu tinggalnya lama. Atmospheric atau pressurised circulating fluidised bed gasifier dengan hembusan oksigen dan gas atau char indirect gasifiers (gambar 3.3) dengan hembusan steam merupakan solusi yang lebih baik untuk produksi BTL. Kedua metode gasifikasi tersebut mereduksi jumlah nitrogen dalam gas produser secara signifikan. Pada metode pertama, hal tersebut terjadi karena penggantian udara dengan oksigen. Sedangkan pada metode kedua, nitrogen keluar pada gas cerobong (flue gas) bukan pada gas produsen, karena gasifikasi dan pembakaran dilakukan terpisah – energi untuk gasifikasi didapatkan dari pembakaran char dari gasifier pertama pada reaktor kedua.

Untuk mendapatkan ukuran partikel biomassa yang halus merupakan tantangan utama dari segi efisiensi energi dan biaya. Penggilingan kayu memerlukan lebih banyak energi dari pada penggilingan material lain, misalnya sekitar lima kali lebih besar dari pada penggilingan batu bara. Lebih susah lagi pencacahan biomassa rumput-rumputan menjadi partikel berukuran begitu kecil, meskipun masih mungkin dilakukan. Efisiensi energi gasifikasi lebih lanjut di reduksi dengan penghilangan gas inert (biasanya CO2) dalam jumlah besar dari gas produser. Jumlah gas inert dipengaruhi oleh densitas umpan – makin kecil densitas, makin banyak jumlah gas inert. Dengan begitu, alternative bentuk umpan biomassa (melalui pre-treatment) perlu dipikirkan untuk entrained flow gasifier. Pilihan pre-treatment biomassa yang mungkin adalah torrefaction, pyrolysis dan pra-gasifikasi.

Torrefaction merupakan perlakuan termal biomassa (terutama kayu) tanpa adanya oksigen selama 15-60 menit pada temperature 200-3000C dan tekanan atmosferik. Hasilnya, biomassa akan berubah menjadi produk yang mirip kokas. Tranformasi torrefaction adalah proses dengan efisiensi tinggi (konversi 85-95%). Energi yang dipakai pada torrefaction terbayar sepenuhnya dengan 8-10 kali lebih rendah konsumsi energi penggilingan kayu yang telah di torrefaction dibandingkan penggilingan kayu yang masih baru.

Pada pyrolysis, biomassa padat (terutama rumput-rumputan) diubah menjadi keadaan cairan material setengah jadi (pyrolysis slurry) yang kemudian diumpankan ke gasifier. Tidak seperti gasifikasi, pyrolysis merupakan degradasi termal tanpa adanya suplai pengoksidasi dari luar, Hasilnya, perolehan pyrolysis sebagian besar cairan (sampai 80% basis massa) dan beberapa tar dan char. Pyrolysis sangat cocok untuk biomassa rumput-rumputan karena pre-treatment alternatif (pencacahan) jauh lebih susah dan mahal dibandingkan kayu.

Gambar berikut adalah konfigurasi sistem secara menyeluruh untuk memproduksi syngas dari biomassa dengan persiapan pyrolysis untuk pemrosesan lebih lanjut menjadi bahan bakar BTL.

Gambar Carbo-V® Process of Choren Industries GmbH untuk memproduksi syngas dari biomassa

Setelah dipirolisis (pada low-temperature gasifier/NTV), gas pirolisis biomassa dan char (biocoke) diunpankan ke gasifier dan akan didapatkan gas bebas tar dengan kandungan CO dan H2 tinggi. Gas yang bersih didinginkan hingga 200 C dalam heat exchanger, dengan demikian meningkatkan efisiensi energi keseluruhan proses dengan memproduksi steam kualitas tinggi. Selanjutnya gas dibersihkan dari partikel debu (di deduster) dan dari komponen selain CO dan H2 (di washer). Pada akhirnya akan didapatkan syngas yang bersih, terdiri dari CO dan H2. Pembersihan gas secara cukup menunjukkan poin penting dalam produksi syngas dan BTL. Katalis dalam sintesis BTL dapat dengan mudah teracuni oleh logam alkali, halide, senyawa sulfur, CO2 dan sebagainya, meskipun dengan jumlah yang sangat kecil.

Bahan yang Mengandung Lignoselulosa

Indonesia sebagai negara yang memiliki beragam kekayaan alam terbarukan sangat berpotensi menghasilkan bioenergi. Namun, dalam pengembangannya, bahan bakar hayati yang dihasilkan menggunakan banyak biomassa yang dapat digunakan sebagai bahan pangan. Bioetanol, misalnya, masih dibuat dari bahan berpati dan bergula yang merupakan bahan pangan. Hal ini akan berdampak buruk bagi penyediaan pangan. Jika BBN terus menerus dibuat dari bahan pangan, akan terjadi persaingan frontal antara penyediaan pangan dan energi.

Untuk menghindari persaingan tersebut, telah dikembangkan teknologi Bahan Bakar Nabati (BBN) generasi kedua. Teknologi BBN generasi kedua adalah teknologi yang mampu memproduksi BBN, seperti biodiesel atau bioetanol, dari bahan lignoselulosa. Jika kita membudidayakan tanaman apapun, termasuk tanaman pangan (untuk menghasilkan gula, pati, minyak-lemak, dan sebagainya), bahan yang diproduksi terbesar oleh tanaman adalah lignoselulosa. Jika hasil-hasil pertanian dan perkebunan dipanen, bahan lignoselulosa akan tertinggal sebagai limbah pertanian atau sisa penggunaan tanaman dan biasanya kurang termanfaatkan. Hal ini menyebabkan lignoselulosa berpotensi digunakan sebagai bahan mentah produksi BBN.

Lignoselulosa mengandung tiga komponen penyusun utama, yaitu selulosa (30-50%-berat), hemiselulosa (15-35%-berat), dan lignin (13-30%-berat). Salah satu BBN yang dapat dihasilkan dari lignoselulosa adalah bioetanol generasi kedua. Proses konversi lignoselulosa menjadi bioetanol terjadi melalui tiga tahap dasar, yaitu:
1. Pengolahan awal atau delignifikasi, agar selulosa dapat dicapai oleh enzim selulase dan air,
2. Hidrolisis dengan enzim khusus, dan
3. Fermentasi menjadi etanol.

Skema ideal pemanfaatan bahan lignoselulosa untuk memproduksi bioetanol

Selulosa dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan bantuan enzim selulase atau, tetapi umumnya tak dipilih, dengan bantuan asam. Hemiselulosa dapat dihidrolisis menjadi pentosa (terutama xilosa) dan heksosa (minor) dengan bantuan asam encer atau enzim hemiselulase.

Glukosa dan heksosa lain dapat difermentasi menjadi etanol oleh ragi Saccharomyces cerevisiae dengan reaksi :

C6H12O6 –>2 C2H5OH + 2 CO2

Xilosa dan pentosa lain dapat difermentasi menjadi etanol oleh ragi yang sesuai (seperti Pichia stipitis) dengan mekanisme reaksi :

3 C5H10O5 –> 5 C2H5OH + 5 CO2

atau dikonversi menjadi produk lain (xilitol, furfural, dan lain-lain).

Skema lain pemanfaatan bahan lignoselulosa untuk memproduksi bioetanol

Teknologi bioetanol generasi kedua sedang intensif dikembangkan, terutama oleh Amerika Serikat. Pabrik-pabrik demonstrasi juga sudah dan sedang didirikan di berbagai lokasi di Amerika Utara (antara lain oleh Celunol Corp dengan kapasitas 200 ribu m3/tahun di Louisiana).

Pabrik BBN (generasi kedua) ini tak mungkin berskala amat besar (seperti kilang minyak bumi) karena akan terkendala biaya pengumpulan bahan mentah. Namun, kombinasi kedahsyatan biodiversitas, ketersediaan lahan dan juga tenaga kerja membuat Indonesia berpotensi menjadi salah satu sentra produksi BBN dunia.

Referensi:
Slide Kuliah Teknologi Kemurgi oleh Dr. Tatang Hernas Soerawidjaja

PSER dibawah Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (LPPM) ITS telah memetakan potensi-potensi yang ada di ITS khususnya dalam hal energi tebarukan. “Road map-nya telah ada, semua peneliti yang ada di ITS diundang dan berpartisipasi bersama dalam pengembangan energi terbarukan ini,” ungkap Prof.Dr.Ir. I Gede Wibawa, M.Eng, ketua Pusat Studi Energi dan Rekayasa LPPM-ITS.

Sesuai dengan visinya “Menjadi Pusat Ekselensi dan Konservasi Energi dan Pengembangan Energi Terbarukan”, PSER memfokuskan diri pada penelitian dan pengembangan energi . PSER juga sedang melakukan pengembangan konservasi energi untuk industri dan perusahaan yang meggunakan sumber energi fosil. Selain itu, juga melakukan studi berkaitan dengan energi yang mempunyai dampak positif pada masyarakat secara luas. “Itu semua merupakan misi dari PSER, namun fokus tetap pada energi yang terbarukan,” tambah dosen Teknik Kimia ITS dan guru besar bidang Termodinamika Kimia.Konservasi energi, menurut Gede, dimaksudkan sebagai upaya untuk mengoptimalkan pemenfaatan energi yang bersumber dari fosil.

Atasi Krisi Dengan Teknologi Tahap Hilir

Dalam upaya mengatasi krisis energi, ITS mengambil kebijakan yang lebih menyentuh pada permasalahan nyata dengan memberikan perhatian lebih besar kepada pengembangan teknologi tahap hilir. Tahap hilir tersebut dimaksudkan pada teknologi penggunaan energi yang langsung dirasakan oleh masyarakat. Sedangkan teknologi hulu untuk mengantisipasi permasalahan energi beberapa tahun ke depan difokuskan oleh ITS dikemudian hari.

Teknologi renewable energy yang saat ini menjadi fokus ITS diantaranya adalah Biomass Energy, Geothermal Energy, Wind Energy, Hydro Energy, Solar Energy, dan Ocean Energy. Dijelaskan bahwa terdapat tiga sektor yang menjadi sumber Biomass Energy, yaitu forestry, agriculture dan estates. Ketiganya diperhitungkan dapat menghasilkan energi sebesar 50.000 MW. Gerthermal Energy diperkirakan memiliki potensi sebesar 27.000 MW dari 40 persen sumber panas bumi dunia. Hydro Energy diperkirakan mencapai potensi sebesar 75.000 MW. Untuk Solar Energy, terdapat dua teknologi yang telah diaplikasikan, yaitu solar thermal energy dan photovoltaics.

Menurut Gede, ITS juga berencana mencanangkan semacam DME (Desa Mandiri Energi), “Jadi ketergantungan terhadap sumber energi yang biasanya dan yang semakin menipis (minyak dan gas, red) akan berkurang, selain itu juga untuk membuktikan bahwa kita bisa mandiri energi, ” tutur pria kelahiran Buleleng, 22 Januari 1963 ini. Dengan program-program penelitian tersebut, ITS berharap mampu membantu pemerintah dalam mencapai sasaran kebjakan energi pada tahun 2010.

Solusi Teknologi yang Telah Diimplementasikan ITS

• Energi Terbarukan dari Bahan Buangan Industri

  Program ini dilaksanakan oleh Prof.Nonot Soewarno dan Elly Agustiani, M.Eng. Dari program ini didapatkan hasil bawah kolom distilasi untuk duatu industri ethanol 100 kiloliter per hari, sehingga dapat menghemat energi sekitar Rp.125 juta per hari. Selain itu, juga sedang diadakan penelitian untuk pemanfaatan fly dan bottom ash batubara.

• Implementasi Biogas dari Sapi Perah dengan Pemberdayaan Masyarakat

  Penanggungjawab pelaksananya adalah Dr.Eddy Setyadi S. Telah dibangun biodigester dengan volume 60 meter kubik. Biogas tersebut berbahan baku setidaknya dari kotoran 20 ekor sapi. Biogas tersebut mampu menghidupi kompor gas rumah rumah yang terdapat disekitar biodigester.

• Pembuatan Bio-Diesel dan Pemanfaatan Produk Sampingnya

  Penanggungjawab pelaksananya adalah Dr.Bambang Sudarmanto, Prof.Djoko Sungkono dan Prof.Rachimoellah. Dalam hal ini, LPPM ITS bekerja sama dengan Pemkab Madiun dan telah membuat mini plant pabrik biodiesel berkapasitas 100 lt per batch. Hasil akhir mini plant tersebut berupa minyak jarak murni (biokerosin) atau dapat diolah lebih lanjut menjadi biodiesel. Spesifikasi biokerosin: FFA < 5 persen, kadar air < 2 persen, dan kadar fosfor < 40 ppm, sedangkan spesifikasi biodiesel telah sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI)

• Picohydro dan Microhydro Untuk Daerah Terpencil

  Pelaksana program ini adalah Dr.Prabowo. Program ini berupa pemasangan microhydro dengan kapasitas 10-50 kW.

• Pengembangan Sel Surya

  Pelaksana program ini adalah Prof.Eddy Yahya. Diperlukan setidaknya 5M untuk membuat pabrik sel surya, yakni Market, Material, Machinery Technology, Man, and Money. Untuk Machinery, Man, and Money telah tersedia di Indonesia. Dalam hal Material, Indonesia adalah negara kedua yang memiliki material terbanyak.

• Audit Energy Untuk Mencapai Konservasi Energi.

  Penanggung jawab pelaksananya adalah Ali Musyafa, M.Sc . Melalui sebuah audit energi, dapat dicapai penghematan konsumsi energi di berbagai gedung dan industri. Beberapa audit yang telah dilakukan di antaranya adalah di Graha Pangera, RS Mata dan berbagai jenis industri lainnya. Audit energi ini dapat menghemat konsumsi energi (dalam KWH/m2 per tahun) hingga 50% dari standar SNI yang diterapkan di industri atau lokasi tersebut.

(Inra/ITS Point)

Komite investasi GEEREF telah memberikan tahap awal investasi pada dua badan investasi energi terbarukan. Investasi tersebut akn difokuskan pada proyek di gurun sahara wilayah Afrika utara dan di India untuk bagian Asia.

Kedua dana tersebut akan diinvestasikan sesuai dengan kebutuhannya dan akan dipergunakan untuk pembangunan berbagai proyek energi terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin, mikro hydropower, reaktor methane dan biomass. “1,6 milyar penduduk bumi masih belum memiliki akses yang mencukupi pada pembangkit energi. Investasi GEEREF akan mempercepat penyampaian, pengembangan dan penyebaran teknologi ramah lingkugan sehingga dapat membantu memasok energi yang bersih dan aman pada negara-negara miskin di dunia.” kata Louis Michel, komisioner UniEropa untuk Pengembangan dan Kesejahteraan Manusia.

Pada tahun 2006, GEEREF telah melakukan hal yang sama untuk investasi dibidang energi terbarukan yang diikuti dengan pengembangan infrastruktur sesuai dengan kebutuhan regionalnya. Dengan kerjasama berbagai pihak, GEEREF juga melakukan investasi lain pada proyek-proyek spesifik. Fokusnya akan tetap pada investasi dengan dana dibawah €10m. Akan tetapi kebijakan yang dilakukan GEEREF ini banyak dihiraukan oleh investor-investor pribadi dan institusi keuangan internasional.

Setelah mempertimbangkan hal tersebut, GEEREF akhirnya menginvestasikan dananya pada badan-badan keuangan seperti African Caribbean and Pasific (ACP) dan negara-negara Afrika utara, negara bukan UniEropa di kawasan Eropa, Amerika latin dan Asia. Bersama dengan UniEropa, Jerman dan Norwegia telah menyediakan dana sebesar €110m untuk GEEREF hingga akhir periode tahun 2011. Dengan pertimbangan ini, diharapkan investor-investor pribadi maupun publik dapat berdatangan.

Pembangkit listrik biomassa: salah satu solusi distribusi listrik di Indonesia

Indonesia memiliki beribu-ribu pulau yang tersebar dari Sabang hingga Merauke dan terpisah oleh lautan luas. Karena bentuk kepulauan ini, sulit menemukan cara yang ekonomis untuk mentrasmisikan dan mendistribusikan listrik dari satu pulau ke pulau yang lain. Hingga saat ini national interconnection hanya mungkin diterapkan di pulau-pulau besar dan sejumlah pulau-pulau relatif kecil di dekatnya. Sejumlah besar pulau harus bisa menghasilkan dan memenuhi kebutuhan listriknya sendiri (self-sufficient).

Walaupun demikian, bentuk kepuluan ini juga memberikan biodiversitas yang sangat dahsyat dan memastikan tersedianya sumber biomassa di Indonesia. Karena itu sudah sewajarnya pembangkitan listrik dari biomassa dijadikan salah satu alternatif untuk pemenuhan kebutuhan listrik di Indonesia. Selain itu, produksi bahan bakar dan listrik biomassa akan mengeksploitasi sumber daya lokal sehingga meningkatkan pendapatan penduduk setempat. Produk-produk limbah dari perkebunan sawit, padi, tebu, kayu, dan kelapa dapat menghasilkan energi biomassa. Selain limbah pertanian, sampah perkotaan juga dapat diolah menjadi penghasil energi biomassa yang besar.

Pembangkit listrik yang menggunakan sumber energi berbasis biomassa salah satunya adalah pembangkitan listrik berprinsip mesin kalor (heat engine). Mesin kalor siklus Stirling menggunakan pembakaran eksternal, sedangkan mesin pembakaran internal menggunakan siklus Otto dan siklus Diesel. Khusus untuk turbin gas yang menggunakan siklus Brayton, pembakaran dapat dilakukan secara eksternal maupun internal.

SIklus Stirling, Otto, dan Diesel

Mesin bersiklus Stirling adalah jenis mesin yang memiliki sumber energi dari luar sistem mesin itu sendiri; atau kita biasa sebut dengan mesin bakar luar. Mesin besiklus Stirling banyak diteliti dan dianggap menjanjikan karena secara teori memiliki efisiensi yang tinggi, sampai efisiensi maksimal mesin Carnot. Akan tetapi, mesin siklus Stirling komersial yang ada masih memiliki daya rendah (0,5-150 kW) dan berefisiensi sedang, masih mahal, tetapi tak memerlukan banyak pemeliharaan, toleran terhadap kontaminan, dan beremisi polutan rendah.

Mesin siklus Stirling tidak terpatok pada satu macam bahan bakar atau sumber energi. Hal ini tidak berlaku untuk mesin diesel dan mesin Otto yang membutuhkan bahan bakar khusus dan kapasitasnya terbatas. Mesin Otto atau sering juga disebut mesin bensin. Tipe paling umum dari mesin ini adalah mesin pembakaran empat langkah yang membakar bensin. Berbeda dengan mesin Otto, pembakaran dilakukan dengan memberikan kompresi hingga tekanannya tinggi.

Turbin Gas: Siklus Brayton

Pembangkit tenaga listrik dengan siklus kombinasi turbin gas-kukus

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbin (manufacturer) dalam analisa performance upgrading. Siklus ini memproduksi tenaga listrik dengan mengekspansikan gas panas melalui turbin. Efisiensinya dapat mencapai 30%. Turbin gas cocok untuk bahan bakar cair maupun gas yang relatif bebas dari kontaminan dan tidak cocok untuk gas hasil bakar biomassa tanpa pembersihan. Karena itu sebelum biogas akan dijadikan bahan bakar, H₂S yang terkandung di dalamnya harus disingkirkan terlebih dahulu.

Referensi:
Teknologi Kemurgi – Dr. Ir. Tatang H. Soerawidjaja

The sharp contrast between the pristine forest and forest destroyed to make way for palm oil plantations in Papua Province, Indonesia's last intact forest frontier. (8 October 2008, Papua Province, Indonesia, Greenpeace Southeast Asia)

Hasil riset pada journal Conservation Biology menemukan bahwa mempertahankan hutan hujan tropis merupakan jalan yang lebih baik dari pada mengkonversikannya menjadi ladang tanaman biofuel.

MajariMagazine (Dec, 2008) – Riset membuktikan bahwa dibutuhkan waktu 75-93 tahun untuk melihat keuntungan dan pengaruhnya terhadap perubahan terhadap iklim apabila dilakukan konversi hutan tropis menjadi ladang biofuel. Bahkan dibutuhkan waktu 600 tahun apabila reservoir karbon pada di tanah jenis peatland yang habitatnya kaya akan karbon (seperti lumut kayu dsb) dikonversi menjadi ladang biofuel. Akan tetapi apabila dilakukan penanaman didaerah padang rumput, konversi tersebut akan mengurang emisi karbon dalam 10 tahun.

“Analisa kami menunjukkan bahwa dibutuhkan waktu antara 75 sampai 93 tahun untuk melihat keuntungannya terhadap perubahan iklim konversi hutan tropis terjadi”, kata Finn Danielson dari Agensi Nordic Untuk Pengembangan dan Ekologi Denmark (NORDECO) yang memimpin penulisan jurnal ini.

“Biofuel merupakan hal yang membahayakan bagi hutan, satwa liar dan iklim itu sendiri apabila ladang biofuel menggantikan hutan tropis”, tegas wakil penulis Dr. Neil Burgess dari World Wildlife Fund. “Faktanya, hal tersebut dapat memperburuk perubahan iklim karena menggantikan salah satu tempat penyimpanan karbon paling penting di dunia – Keseluruhan hutan hujan tropis.”

Para penulis mengharapkan adanya pengembangan standar global yang dalam mendukung produksi biofuel.

“Perbandingan flora dan fauna dari hutan tropis dengan tanaman minyak untuk biofuel, menunjukkan efek hilangnya keanekaragaman hayati dan kerusakan lingkungan dari konversi hutan ini. Grup utama tumbuhan yang tumbuh subur didalam hutan tropis seperti pepohonan, anggrek dan tumbuhan asli hutan tropis lain akan punah”, menurut Hendrien Beukema, ahli tumbuh-tumbuhan dari Universitas Groningen Belanda.

“Konservasi hutan yang ada tidak hanya bermanfaat untuk mengurangi emisi gas efek rumah kaca, tapi juga memiliki bermacam manfaat lain seperti perlindungan keanekaragaman hayati”, kata Dr. Daniel Murdiyarso dari Pusat Perlindungan Hutan Internasional di Indonesia (CIFOR). Hutan tropis menyimpan lebih dari setengah seluruh spesies di bumi dan hutan di Asia Tenggara paling kaya akan ragam spesies. Hutan tropis juga menyimpan 46 persen karbon dunia.

Referensi jurnal:
Danielsen et al. Biofuel Plantations on Forested Lands: Double Jeopardy for Biodiversity and Climate. Conservation Biology, 2008; DOI: 10.1111/j.1523-1739.2008.01096.x

Ditulis oleh:
Finn Danielsen (NORDECO, Denmark), Hendrien Beukema (University of Groningen, Netherlands), Neil D. Burgess (World Wildlife Fund US and University of Cambridge), Faizal Parish (Global Environment Centre, Malaysia), Carsten A. Brühl (University Koblenz-Landau, Germany), Paul F. Donald (RSPB, UK), Daniel Murdiyarso (CIFOR, Indonesia) Ben Phalan (University of Cambridge), Lucas Reijnders (University of Amsterdam, Netherlands), Matthew Struebig (Queen Mary University of London, UK), and Emily Fitzherbert (Zoological Society of London and University of East Anglia, UK).

(inra/SD,WWF)

Sumber energi terbarukan, seperti biomassa, dapat memegang peranan penting dalam mengatasi permasalahan lingkungan dan krisis energi yang terjadi. Biomassa adalah sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan, karena gas-gas emisi yang berasal dari penggunaan biomassa akan diserap oleh biomassa lain yang baru tumbuh, apabila manajemen siklus pertumbuhannya dikelola dengan baik. Selain itu, biomassa memiliki kemungkinan untuk dikonversi menjadi bahan bakar kendaraan. Etanol, metanol, dan hidrokarbon sintetik dapat diproduksi dari biomassa dan hasil produksinya sangat mungkin dimanfaatkan untuk sektor transportasi.

Sistem sumber energi berbasis biomassa yang telah terbukti dapat diandalkan dan banyak digunakan selama Perang Dunia II adalah gasifikasi biomassa. Beberapa kajian telah mengindikasikan bahwa penggunaan teknologi Fischer-Tropsch untuk konversi biomassa menjadi hidrokarbon sintetik, menawarkan sebuah alternatif untuk menggantikan minyak diesel, kerosin, dan bensin konvensional.

Setelah produksi biodiesel melalui proses transesterifikasi dilakukan, cendekiawan-cendekiawan dunia tidak berhenti dalam upaya memanfaatkan biomassa menjadi bahan bakar cair. Biodiesel BTL merupakan teknologi lanjutan (sering disebut dengan biodiesel generasi kedua) dari penciptaan bahan bakar berbasis biomassa. Teknologi BTL (Biomass To Liquid) pada dasarnya terdiri atas dua proses, proses pencairan tidak langsung dimulai dengan reaksi reformasi/gasifikasi bahan baku menjadi gas sintesis (campuran gas hidrogen dan karbon monoksida), diikuti dengan sintesis Fischer-Tropsch (F-T) dari gas sintesis menghasilkan minyak sintesis (syncrude), dan upgrading minyak sintesis menjadi bahan bakar sintesis seperti diesel (solar) sintesis yang dikenal sebagai F-T diesel, liquefied petroleum gas (LPG), kerosin dan naftalen. F-T liquid memiliki keunggulan, yaitu hampir bebas dari kandungan sulfur (< 5 ppm), rendah kandungan aromatik (< 1 persen), biodegradable, tidak beracun, dapat digunakan tanpa modifikasi infrastruktur, dan memiliki emisi polutan yang rendah. Gambar di bawah ini menampilkan diagram alir sederhana teknologi BTL.

Gambar 1. Diagram alir proses konversi biomassa menjadi bahan bakar cair.

Dari diagram alir di atas, terlihat bahwa teknologi BTL ini dimulai dengan melakukan perlakuan awal terhadap biomassa yang digunakan sebagai umpan. Perlakuan awal ini mencakup pengecilan ukuran dan pengeringan yang dilakukan dalam sebuah rotary dryer. Panas yang diperlukan pada proses pengeringan ini diperoleh dari panas sensibel gas buang.

Bagian proses selanjutnya adalah proses gasifikasi biomassa. Gasifikasi biomassa adalah proses bertemperatur tinggi (600-1000°C) untuk mendekomposisi hidrokarbon dalam biomassa menjadi molekul-molekul gas yang terutama terdiri dari hidrogen, karbon monoksida, dan karbon dioksida. Pada banyak kasus, proses gasifikasi juga menghasilkan arang, tar, serta metanol, air, dan berbagai molekul dan senyawa lainnya. Konversi biomassa menjadi gas sintesis secara umum melibatkan dua proses. Proses pertama adalah pirolisis. Pirolisis melepaskan gas-gas terbang yang terkandung dalam biomassa pada temperatur di bawah 600°C melalui serangkaian reaksi yang kompleks. Proses berikutnya adalah konversi arang.

Banyak metode gasifikasi yang tersedia untuk memproduksi gas sintesis. Metode-metode ini akan menghasilkan komposisi gas sintesis yang beraneka-ragam yang mana variasi perbandingan CO dengan H₂ dapat tercapai. Gas sintesis yang diproduksi oleh metode yang berbeda akan mengandung pengotor yang berbeda-beda. Pengotor ini selanjutnya akan mempengaruhi proses yang akan berlangsung dalam reaktor Fischer-Tropsch berkaitan dengan racun katalis sehingga diperlukan pencucian gas sintesis. Salah satu metode gasifikasi berskala komersial telah dikembangkan oleh CHOREN.

Gambar 2. CHOREN Carbo-V Process.

Gas sintesis yang dihasilkan dari proses gasifikasi mengandung kontaminan yang berbeda-beda seperti partikulat, tar, alkali, H₂S, HCl, NH₃, dan HCN. Kontaminan ini akan menurunkan aktivitas pada sintesis Fischer-Tropsch karena akan meracuni katalis. Sulfur adalah racun yang tidak dapat dihilangkan dari katalis yang mengandung kobalt dan besi karena sulfur akan melekat pada sisi aktif katalis. Selain sulfur, tar yang dihasilkan pada proses gasifikasi dapat menimbulkan kerak pada peralatan dan memasuki pori pada penyaring ketika terkondensasi. Untuk menghindari terjadinya hal-hal tersebut, tar harus berada di bawah titik embunnya pada tekanan operasi sintesis Fischer-Tropsch. Oleh karena itu, tar sebaiknya direngkah menjadi hidrokarbon dengan rantai yang lebih pendek.

Setelah mengalami gasifikasi, gas sintesis akan diproses dalam reaktor sintesis Fischer-Tropsch. Pada umumnya, katalis yang digunakan dalam proses ini adalah besi atau kobalt dengan silika sebagai support. Namun, kualitas gas sintesis hasil gasifikasi biomassa belum memenuhi persyaratan dilangsungkannya sintesis Fischer-Tropsch, karena itu perlu dilakukan pengkondisian terlebih dahulu.

Gas sintesa hasil gasifikasi memiliki rasio H₂/CO sekitar 0.6-0.8, sedangkan sintesis Fischer-Tropsch membutuhkan rasio tersebut sekitar 2. Karenanya, gas sintesa akan mengalami shift reaction untuk menambahkan H₂ hingga memenuhi persyaratan berlangsungnya sintesis Fischer-Tropsch. Shift reaction berlangsung dengan mekanisme sebagai berikut:

CO + H₂O -> CO₂ + H₂

Katalis yang digunakan dalam shift reaction adalah Fe₃O₄ atau logam-logam transisi yang lain. Reaksi ini sangat sensitif terhadap temperatur dengan kecenderungan bergeser ke arah reaktan jika temperatur dinaikkan.

Reaksi Fischer-Tropsch menghasilkan hidrokarbon dengan panjang rantai yang bervariasi dengan mereaksikan campuran karbon monoksida dengan hidrogen (gas sintesis). Saat ini, reaksi ini dioperasikan secara komersial oleh Sasol di Afrika Selatan (dari gas sintesis batubara) dan Shell di Malaysia (dari gas sintesis gas alam). Produk yang dihasilkan oleh reaksi F-T adalah hidrokarbon dengan panjang rantai yang bervariasi. Selektivitas cairan yang tinggi sangat diharapkan untuk mendapatkan jumlah maksimum dari hidrokarbon rantai panjang. Perolehan C1-C4 akan menurun seiring dengan meningkatnya selektivitas C5+. Keberadaan C1-C4 pada offgas dapat digunakan secara efisien pada turbin gas sebagai pembangkit listrik.

Proses F-T umumnya beroperasi pada rentang tekanan dan temperatur sebesar 20-40 bar dan 180-250°C. Semakin tinggi tekanan parsial H₂ dan CO akan memberikan selektivitas yang semakin tinggi untuk C5+. Banyaknya inert pada syngas akan menurunkan tekanan parsial H₂ dan CO dan menurunkan selektivitas C5+.

Jika produk akhir yang diinginkan adalah diesel, produk F-T memerlukan hydrocracking. Hidrogen ditambahkan untuk memutuskan ikatan rangkap setelah F-T-liquids direngkah secara katalitik dengan menggunakan hidrogen. Produk F-T telah seluruhnya bersih dari sulfur, nitrogen, nikel, vanadium, asphaltene dan aromatik yang selama ini ditemukan dalam produk pengilangan minyak bumi. F-T diesel dengan angka cetane yang sangat tinggi juga dapat digunakan sebagai komponen blending untuk meningkatkan kualitas solar pada umumnya. Produk cair dari sintesa Fischer-Tropsch ini sangat sesuai untuk digunakan pada kendaraan dengan fuel cell.

Namun, penerapan teknologi ini membutuhkan biaya investasi yang sangat besar dengan pay back period sekitar 15-20 tahun. Perhitungan dilakukan berkaitan dengan feasibilitasnya untuk diterapkan di Indonesia, karenanya beberapa asumsi perhitungan juga disesuaikan dengan kondisi di Indonesia seperti bahan baku yang digunakan adalah tandan kosong sawit (TKS) dengan harga Rp 500,-/kg dan harga bahan bakar BTL ini sama dengan harga BBM di Indonesia tanpa subsidi (berarti sekitar Rp10.000 untuk bensin dan Rp8.000 untuk solar). Perhitungan dilakukan tanpa mempertimbangkan nilai suku bunga yang berlaku, karena pabrik tidak mengalami keuntungan jika suku bunga diterapkan. Berdasarkan perhitungan tersebut serta mempertimbangkan daya beli masyarakat, tampaknya teknologi ini belum memungkinkan untuk diterapkan di Indonesia. Kira-kira apa ya yang harus dimiliki atau dicapai Indonesia kalau ingin menerapkan teknologi BTL?