Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa

Tingkat pemakaian bahan bakar terutama bahan bakar fosil di dunia semakin meningkat seiring dengan semakin bertambahnya populasi manusia dan meningkatnya laju industri di berbagai negara di dunia. Hal tersebut menimbulkan kekhawatiran akan terjadinya krisis bahan bakar. Di samping itu kesadaran manusia akan lingkungan semakin tinggi sehingga muncul kekhawatiran meningkatnya laju pencemaran lingkungan terutama polusi udara yang diakibatkan oleh pembakaran bahan bakar tersebut, sehingga muncul sebuah pemikiran penggunaan energi alternatif yang bersih.

Beberapa jenis sumber energi alternatif yang bisa dikembangkan antara lain: energi matahari, energi angin, energi panas bumi, energi panas laut (OTEC) dan energi biomassa. Diantara sumber-sumber energi alternatif tersebut, energi biomassa merupakan sumber energi alternatif yang perlu mendapat prioritas dalam pengembangannya dibandingkan dengan sumber energi yang lain. Di sisi lain, Indonesia sebagai negara agraris banyak menghasilkan limbah pertanian yang kurang termanfaatkan.

 

No.	Sumber Energi	Potensi	Kapasitas terpasang
1.	Hidro	75,67 GW	4200 MW
2.	Mikrohidro	712 MW	206 MW
3.	Geotermal	27 GW	807 MW
4.	Biomassa	49,81 GW	302,4 MW
5.	Surya	4,8 kWh/m²/day	6 MW
6.	Angin	3 - 6 m/sec	0,6 MW

Sumber : Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2004

Dibandingkan bahan bakar fosil, pembangkit listrik dengan energi biomassa dapat mengurangi emisi karbon. Biomassa menyerap karbon saat tumbuh, sehingga siklus hidup pembangkit biomassa dari mulai penanaman, konversi ke listrik dan penanaman kembali dapat menghasilkan emisi karbon yang sangat kecil. Penggunaan limbah untuk listrik juga dapat dihitung sebagai pengurangan emisi dari penghindaran produksi gas metan, jika tanpa pemanfaatan limbah tersebut dibuang di tempat pembuangan akhir.

Pada tahun 2005, 32% konsumsi energi akhir berasal dari biomassa, atau nomor dua tertinggi setelah minyak bumi. Namun biomassa tradisional tidak lagi banyak digunakan orang sehingga pertumbuhannya sangat kecil dan  tidak sebanding dengan pertumbuhan penggunaan bahan bakar fosil.

Pengertian Energi Biomassa

Energi biomassa adalah jenis bahan bakar yang dibuat dengan mengkonversi bahan biologis seperti tanaman.

Bahan organik juga dapat diperoleh dari hewan dan mikroorganisme. Seperti diketahui, tumbuhan memproduksi makanan dengan bantuan sinar matahari melalui proses fotosintesis. Energi ini lantas ditransfer ke hewan dan manusia saat mereka mengkonsumsi tumbuhan. Biomassa, yang terutama terdiri dari tumbuhan, mampu memberikan sejumlah besar energi yang digunakan untuk berbagai keperluan.

Saat tidak dikonsumsi oleh hewan, tumbuhan lantas dipecah atau dimetabolisme oleh mikroorganisme untuk kemudian melepaskan karbon dioksida dan metana kembali ke atmosfer.

Hal tersebut merupakan proses berkesinambungan yang berkontribusi pada siklus karbon.

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 carnifora, 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.

Contoh Sumber Energi Biomassa

1. Limbah pertanian

Sejumlah limbah pertanian dapat digunakan untuk produksi energi biomassa. Berbagai limbah tersebut diantaranya adalah jerami, ampas tebu, kotoran ternak, serta kotoran unggas yang bisa digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan panas dan listrik.

2. Biogas

Biogas diproduksi melalui pemecahan bahan organik seperti kotoran manusia, material tanaman, pupuk kandang, dan lainnya. Semua bahan organik tersebut diuraikan melalui proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme anaerobik untuk menghasilkan karbon dioksida dan metana. Gas yang dihasilkan lantas digunakan untuk bahan bakar seperti menyalakan kompor, digunakan sebagai pemanas, atau untuk membangkitkan listrik.

3. Tanaman energi

Terdapat juga sejumlah tanaman energi yang ditanam secara komersial sebagai sumber energi. Tanaman ini dibudidayakan dalam skala besar dan diproses untuk menghasilkan bahan bakar. Berbagai tanaman sumber energi ini diantaranya adalah jagung, kedelai, rami, serta gandum.

Produk bahan bakar yang dihasilkan meliputi butanol, etanol, metanol, propanol, serta biodiesel.

4. Kayu

Kayu dibakar sebagai bahan bakar di banyak tempat di seluruh dunia. Kayu dianggap sebagai bentuk sederhana dari biomassa. Energi yang dilepaskan oleh pembakaran kayu digunakan untuk memasak, untuk menghasilkan panas, dan lainnya.

Kayu juga digunakan untuk produksi listrik pada skala besar seperti dalam kasus pembangkit listrik tenaga uap. Hanya saja, pembakaran kayu disertai dengan emisi sejumlah besar karbon dioksida ke udara yang merupakan gas rumah kaca.

Untuk menyeimbangkan polusi, lebih banyak pohon harus ditanam sehingga mampu menyerap kelebihan karbon dioksida dari atmosfer

Prinsip Kerja Sistem Pembangkit Listrik Energi Biomassa

Ada banyak cara yang dapat dilakukan untuk bisa mengolah sampah menjadi energi listrik, seperti di atas telah dijelaskan mengenai proses pengolahan sampah TPA suwung, maka sekarang akan dijelaskan mengenai prinsip kerja dari sistem pembangkit listrik energi biomassa pada umumnya.

Prinsip kerja sistem pembangkit energi biomassa pada gambar di atas adalah, pertama pada sebuah tunggu yang menggunakan bahan bakar sampah kemudian digunakan untuk memanaskan kompor atau  tungku yang diatasnya terdapat ketel sebagai tempat air, diaman pada bagian atas ketel tersebut terdapat saluran pipa sebagai keluaran dari proses pemanasan air berupa uap air, uap air yang keluar dari ketel tersebut akan mendorong dan memutar turbin kemudian akan memutar generator sebagai pembangkit listrik.

Perkembangan dari Pengembangan Sistem Pembangkit Listrik Energi Biomassa

Pengelolaan sampah menjadi energi listrik bukanlah barang baru di negara-negara maju, Austria dan Inggris. Namun di Indonesia , pemanfaatan teknologi GALFAD (Gassification, Landfill and Anaerobic Digestion) untuk mengubah sampah menjadi energi yang bernilai ekonomis ini akan baru dilakukan di Bali melalui pembangunan Instalasi Pengolahan Sampah Terpadu (IPST). Proyek pengolahan sampah yang melibatkan empat kabupaten / kota di Bali meliputi Denpasar, Badung, Gianyar dan Tabanan (Sarbagita) akhirnya mencapai titik terang.

Rencana  pembangunan  instalasi  pengolahan  sampah  terpadu  (IPST)  ini  nantinya  akan dipusatkan di tempat pembuangan akhir (TPA) Suwung dan akan menghasilkan produk utama energi  listrik.  Bila  investasi  yang  melibatkan  investor  dari  Inggris  ini  berhasil dilaksanakan, Bali merupakan provinsi yang pertama memanfaatkan teknologi mengubah sampah menjadi listrik di Indonesia. Pengunaan teknologi GALFAD oleh PT Navigat Organic Energy Indonesia (NOEI) ini akan mengolah sampah lama maupun sampah baru. Tentunya perlakuan  untuk  kedua  jenis  sampah  ini  berbeda  mengingat  karakteristik  yang  dimiliki. Namun yang jelas, kedua-duanya akan diolah untuk menghasilkan energi listrik yang bisa dijual kembali guna memenuhi kebutuhan energi masyarakat.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai pemanfaatan Teknologi GALFAD (Gassification, Landfill and Anaerobic Digestion) yang dilakukan di Bali dan berpusat di TPA Suwung.

1. Gassification

Pada proses Gassification maka sampah akan dimusnahkan melalui proses pembakaran, sehingga menghasilkan gas yang nantinya bisa digunakan sebagai penggerak Generator listrik.

Sebagai tahap awal, akan dipergunakan teknik pemisahan yang sesuai, sehingga berbagai jenis sampah dapat dipakai pada setiap jenis peralatan konversi energi. 

Dengan upaya ini, evisiensi konversi akan terjadi, sehingga bisa memaksimalkan seluruh persediaan sampah yang ada menjadi energi yang bernilai ekonomis. Pada tahap awal ketika sampah masuk ke TPA akan dilakukan pemisahan antara sampah basah dan kering dengan menggunakan floating tank dan metode lain. Bahkan untuk lebih memperketat pemilahan sampah ini, selain penggunaan teknologi juga akan dilibatkan SDM yang sudah memperoleh pengetahuan mengenai pemilahan sampah ini. Setelah sampah berhasil dipisah antara sampah basah dan sampah kering, kemudian untuk sampah basah akan dilakukan proses pencacahan sampah dengan menggunakan mesin pencacah (Shredder) dimana sampah akan dipecah menjadi lebih kecil dan memiliki ukuran yang sama besarnya. Setelah sampah dicacah, maka tahap selanjutnya adalah melalui proses pengeringan sampah seperti sampah kayu, daun, kertas yang basah. Setelah menjadi kering maka untuk proses selanjutnya akan sama dengan pengolahan sampah kering. Dimana sebelumnya sampah kering tersebut telah dilakukan proses pemotongan dengan menggunakan mesin shredder. Sampah kering tersebut dimasukkan ke dalam gasifier yaitu sebuah reaktor tertutup yang keluaran dari alat tersebut akan menghasilkan gas berupa synthetic gas (synergy) yang digunakan sebagai gas bahan bakar untuk menggerakkan motor gas yang selanjutnya bertugas memutar sebuah generator listrik.

Gambar berikut merupakan gambar reaktor untuk proses gassification

Prinsip kerja dari reaktor gasifier ini adalah melalui 4 proses, pertama sampah organik kering yang telah melalui proses shredder akan dimasukkan ke dalam suatu tangki reaktor gasifier dan kemudian akan melalui proses pengeringan dengan pembakaran sampah yang temperatur pembakarannya antara 100 – 200 ^oC, kemudian pada proses selanjutnya sampah berada pada daerah pirolisa dengan melakukan pembakaran dengan temperatur suhu antara 200-500^oC, pada proses ini sudah dapat menghasilkan gas berupa CO₂ (karbon dioksida), CO (karbon monoksida), CH₄ (metana), dan gas H₂ (hidrogen). Proses selanjutnya sampah akan melewati daerah oksidasi dimana gas yang dihasilkan berupa gas CO dan energi panas, temperatur suhu yang digunakan antara 1200-1400^oC.

Proses terakhir adalah sampah berada pada daerah reduksi dimana pada tahap ini dibakar dengan temperatur suhu antara 500-1200^oC dan dilakukan pencampuran gas udara, yang nantinya keluaran dari proses ini merupakan gas akhir berupa CO, H₂, CH₄, H₂, CO₂ dan gas lain yang tidak diperlukan, yang nantinya akan dipisahkan melalui proses treatment gas. Limbah yang dihasilkan proses gasifier ini adalah berupa abu dimana abu ini dapat dimanfaatkan sebagai pupuk kompos.

2. Anaerobic Digestion

Perlakuan berbeda diterapkan pada sampah organik basah seperti sampah buah-buahan dan sampah sayur-sayuran, pertama sampah akan direduksi menjadi partikel yang ukurannya kecil-keil, kemudian melalui proses anaerobic digestion maka sampah akan diolah menjadi gas dengan bantuan suatu bakteri, gas keluaran inilah yang nantinya digunakan untuk membangkitkan mesin pembangkit listrik. Gas buang yang dihasilkan dari proses ini akan disaring terlebih dahulu dengan menggunakan suatu filter untuk menghasilkan gas yang tidak membahayakan lingkungan.

Proses kerja dari anaerobic digestion adalah, pertama sampah yang sudah di shredder sedemikian rupa sehingga menjadi sampah yang berukuran kecil-kecil dimasuikan ke dalam sebuah tangki tertutup dan dibiarkan selama beberapa hari sampai terdapat mikroba pengurai. Mikroba-mikroba pengurai tersebut hidup dalam suasana tidak ada oksigen bebas, jadi pada tangki diharapkan tertutup rapat dan tidak ada celah udara keluar masuk tangki. Setelah sampah terurai oleh mikroba pengurai maka akan menghasilkan gas dan kemudian untuk proses selanjutnya gas tersebut diolah sehingga dapat digunakan.

3. Landfill

Khusus bagi sampah lama yang sudah bertumpuk di areal TPA Suwung dalam jangka waktu yang lama dipergunakan proses landfill gas. Penggunaan proses ini untuk menghindari gas metan yang sangat beracun lepas dari tumpukan sampah, dimana dalam banyak kasus telah ditumpuk jauh sebelum sistem Galfard ini diterapkan.

Pertama pada lahan dilakukan penggalian lahan dengan kedalaman tertentu kemudian pada dasar galian dilapisis dengan lapisan tanah liat yang padat, pada lapisan ini disebut ground linier. Selanjutnya tanah dilapisi kedua kalinya dengan bahan geo membran, lapisan mirip plastik berwarna dengan ketebalan 2,5 milimeter yang terbuat dari High Density Polyetilin, salah satu senyawa dari minyak bumi. Lapisan inilah yang nantinya akan menahan air kotor yang berbau yang berasal dari sampah sehingga tidak akan meresap ke dalam tanah dan mencemari air tanah di atas bumi. Di atas lapisan geo membran akan dilapisis dengan geo textile yang gunanya memfilter kotoran sehingga tidak bercampur dengan air kotoran tersebut.

Sebelum dipadatkan, sampah yang menumpuk di atas lapisan geo textile ini kemudia ditutup dengan menggunakan lapisan geo membran untuk mencegah menyebarnya gas metan akibat proses pembusukan sampah (yang dipadatkan) tanpa oksigen.

Satu jaringan pipa gas dimasukkan ke dalam tumpukan sampah, melalui pipa inilah gas disedot menuju ke sebuah treatment gas. Selanjutnya energi panas yang dihasilkan dari proses ini akan diolah menjadi listrik. Setelah masing-masing jenis sampah diolah, akan dihasilkan biogas yang dimasukkan dulu ke dalam fasilitas gas treatment sebelum menjadi gas bahan bakar bagi mesin pembangkit listrik. Dari fasilitas pengolahan sampah ini, dengan kapasitas pengolahan mencapai 500 ton per hari dapat dihasilkan listrik berkisar antara 5-8 MW secara kontinyu. Kapasitas pengolahan ini dapat diperbesar seiring dengan jumlah sampah yang dihasilkan keempat kabupaten/kota.

Pembangkit IPST di TPA Suwung ini dilandasi kegagalan melakukan hal yang sama di Tabanan beberap waktu lalu. Pembangunan IPST ini dikatakannya sudah memperoleh ijin dari Menteri Kehutanan sekitar April 2004 dengan luas lahan yang bisa digunakan 10 Hektar.

Disamping itu pemilihan TPA Suwung sebagai tempat pembangunan juga didasari telah digunakannya tempat tersebut sebagai TPA wilayah Denpasar dan Badung. Berdasarkan ijin yang dikeluarkan Departement Kehutanan, pembangunan IPST hanya boleh menggunakan lahan seluas 10 Hektar, dimana luas TPA Suwung seluruhnya adalah 40 Hektar. Untungnya investor Inggris yang bernaung di bawah PT Navigat Organic Energy Indonesia (NOEI) ini hanya memerlukan lahan seluas 6 Hektar untuk mewujudkan sistem pengolahan sampah menjadi energi listrik. Untuk saat ini sampah yang dihasilkan Badung dan Denpasar sekitar 2.000-2500 m³. Sedangkan bila digabung dengan wilayah Tabanan dan Gianyar, data tahun 2000 menunjukkan sampah yang dihasilkan mencapai 3.000 m³atau setara dengan 1.000 ton. Sampah yang ada di Bali pada umumnya merupakan sampah basah yang terdiri atas daun-daunan, janur dan sampah rumah tangga lainnya. Dengan demikian dibutuhkan energi yang luar biasa untuk mengubah sampah menjadi kebutuhan lain termasuk menjadikan energi listrik. Berbeda jika sampah itu berasal dari industri yang sebagian besar terdiri dari kertas (kering), sehingga tidak dibutuhkan energi yang terlalu besar untuk mengubahnya.

Syarat minimal pembangunan IPST di Bali adalah :

1.        Tersedianya lahan yang cukup luas sebagai tempat untuk beroperasinya mesin-mesin pengolahan sampah.

2.        Menghasilkan energi listrik untuk dapat memenuhi kebutuhan listrik di daerah sekitar pembangunan

Kelebihan dan Kekurangan Biomassa

Kelebihan Biomassa

1. Sumber energi terbarukan

Biomassa berasal dari sumber-sumber seperti tanaman dan hewan, singkatnya, merupakan sumber yang bisa diganti. Tanaman dapat tumbuh berulang-ulang pada lahan yang sama tanpa harus mengeluarkan biaya signifikan. Bahan baku yang selalu tersedia membuat biomassa merupakan sumber energi yang tidak pernah habis.

2. Mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil

Bahan bakar fosil seperti minyak bumi, batubara dan lain-lain terdapat dalam jumlah terbatas. Dibutuhkan jutaan tahun bagi pembentukan bahan bakar fosil sehingga tidak bisa digantikan dalam waktu singkat. Bahan bakar biomassa hadir sebagai sumber energi alternatif untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil.

3. Mengurangi polusi

Energi biomassa bisa mengurangi polusi dalam berbagai cara. Pertama-tama, biomassa menggunakan bahan limbah untuk kemudian mengubahnya menjadi sumber energi. Hal ini akan mengurangi jumlah sampah yang menjadi sumber berbagai pencemaran dan masalah lainnya. Pemanfaatan biomassa juga membantu mengurangi kadar metana yang dilepas karena dekomposisi bahan organik ke udara. Metana diketahui merupakan gas yang menyebabkan efek rumah kaca dan dengan demikian sangat berbahaya bagi lingkungan. Dengan menggunakan limbah organik sebagai sumber biomassa, maka masalah tersebut menjadi terpecahkan. Begitu juga, menanam tanaman yang digunakan sebagai bahan baku biomassa akan memperbanyak konsentrasi oksigen sekaligus mengurangi emisi karbon dioksida.

Kekurangan Biomassa

1. Mahal

Kelemahan listrik biomassa (misalnya) adalah bahwa energi tersebut sangat mahal untuk diproduksi. Dibutuhkan banyak sumber daya untuk mengubah bahan baku biomassa menjadi sumber energi yang bisa digunakan. Biaya produksi energi biomassa masih lebih tinggi dibandingkan biaya produksi bahan bakar fosil. Berbagai riset harus terus dilakukan untuk menekan biaya sehingga menjadikan energi biomassa lebih ekonomis.

2. Sumber terbatas

Meskipun merupakan sumber energi terbarukan, mendapatkan bahan biomassa bisa cukup sulit. Tanaman tertentu, misalnya, tidak tumbuh setiap tahun. Proses pemanenan (harvesting) serta pengolahan juga membutuhkan lebih banyak sumber daya dan energi.

3. Penyebab polusi

Poin ini bisa jadi merupakan ironi. Biomassa memang dikenal mampu mengurangi efek rumah kaca dengan mengontrol produksi metana. Hanya saja, jika tanaman dibakar langsung, maka aktivitas ini juga akan melepaskan gas rumah kaca sama seperti yang diemisikan oleh bahan bakar fosil.

DAFTAR PUSTAKA

Dalimunthe Chaeruddin. 2003. Pengkajian Sumber Energi Listrik Alternatif dan Mesin – mesin Listrik Alternatif. Angkasa Bandung.

https://www.amazine.co/27018/6-kelebihan-kekurangan-energi-biomassa/