Halaman ini berisi artikel tentang sumber energi. Untuk massa makhluk hidup di suatu area pada waktu tertentu, lihat
biomassa (ekologi).
Biomassa adalah sebuah istilah yang digunakan untuk menyebut semuasenyawa organik yang berasal daritanaman pertanian,alga, dansampah organik. Pengelompokan biomassa terbagi menjadi biomassakayu, biomassa bukan kayu, dan biomassa sekunder. Biomassa juga dapat dikategorikan menjadilimbahpertanian, limbahkehutanan, tanaman kebun energi, dan limbah organik. Sifatkimia, sifat fisik,kadar air, dan kekuatan mekanis pada berbagai biomassa sangat beragam dan berbeda-beda. Biomassa merupakan sumberenergi terbarukan dengan kualitas yang rendah. Teknologitransformasi energitermal yang menggunakan biomassa sangat rumit dan harus disesuaikan dengan pemanfaatannya. beragam tergantung pemanfaatannya dan relatif rumit. Dalam prosesgasifikasi, karakteristik utama biomassa berkaitan dengan analisisproksimat, analisis ultimat, temperaturabu fusi, sifat mempan gerus, dan indeks pengembangan.[1]
Biomassa tersusun dari berbagai macamsenyawa organik. Sebagian besar biomassa tersusun darikarbohidrat,lemak, danprotein. Sisanya merupakanmineral yang tersusun darinatrium,fosfor,kalsium, danbesi. Senyawa utama yang membentuk biomassa adalahselulosa,hemiselulosa, danlignin.[2] Ketiga senyawa ini merupakan pembentukdinding sel pada tanaman.[3] Biomassa dapat digunakan sebagaibahan bakar secara langsung atau melalui proses pembriketan. Selain itu, biomassa juga digunakan sebagai bahan bakar penghasilenergi listrik.[4]
Istilah ''biomassa'' pertama kali digunakan dalam suatuliteratur pada tahun 1934.Ilmuwan berkebangsaanRusia yang bernama Bogorov menggunakan kata biomassa dalamJournal of Marine Biology Association sebagaitata nama biologi. Dalam jurnal tersebut, biomassa dirujuk sebagai suatu bobotplankton laut yang teah dikeringkan untuk menyelidiki perubahan pertumbuhan musiman pada plankton.[5] Kini, biomassa diartikan sebagai bahan massal penghasil energi yang diperoleh dari tanaman secara langsung maupun tidak langsung. Biomassa secara tidak langsung merupakan biomassa yang diperoleh daripeternakan dan industri makanan.[5]
Sumber daya biomassa berasal dari berbagai spesiestanaman darat dan tanaman laut. Biomassa dapat diiperoleh melalui pertanian, perkebunan, limbahresidu, limbah industri, dankotoran hewan.[5] Berdasarkansiklus karbon yang memanfaatkanfotosintesis, sumber daya biomassa bersifat tidak terbatas dan dapat digunakan berulang kali.[6] Sumber daya biomassa yang berkelanjutan sepenuhnya dipengaruhi olehekosistem tanaman yang memperhatikan faktorpanen, laju pertumbuhan dan perlindungan lingkungan.[7]
Sebagian besar kandungan biomassa tersusun dari senyawa selulosa. Persentase kandungan berbeda-beda pad tiap jenis tanaman dengan kisaran mencapai 33% hingga 90%.Rumus kimia selulosa adalah C6H10O5. Selulosa memilikipolimer dariglukosa dengan panjang rantai hingga 10.000molekul. Pada kayu kering denganmassa jenis yang padat, kandungan selulosa mencapai 40% hingga 44%. Peran selulosa dalam biomassa adalah sebagai penghasiltar selama prosespirolisis.[8]
Hemiselulosa merupakanpolimer yang terdiri dari senyawa glukosa dengan lima atomkarbon. Persentase hemiselulosa di dalam biomassa mencapai 15% hingga 35%. Kandungan hemiselulosa mengalami penurunan lebih cepat dibandingkan dengan selulosa danlignin selama proses pirolisis. Hemiselulosa dapat menghasilkan gula arabinosa danfurfural apabila mengalamiperebusan dengan temperatur 200 ˚C.[8]
Biomassa memilikimakromolekul pengikat yaitu lignin yang merupakan makromolekul dari senyawa dasarfenolik. Lignin digunakan sebagaisulfaktan dalam bentuk ligno-sulfonat. Sulfaktan ini dimanfaatkan sebagai penjaga kestabilanlumpurpengeboran. Sifat yang dimiliki lignin yaitu tahan pengaruhtermal, penurunan nilai kandungan terjadi di akhir proses pirolisis (350–500˚C). Hasil penurunan nilai kandungan lignin setelah gasifikasi akan menghasilkan tar dan senyawa fenolik pada gas dan sifatnya berbahaya bagi kesehatan manusia. Kontak udara yang terjadi pada tar dan senyawa fenolik menyebabkan depolimerisasi yang membentukdeposisi dalam saluran gas.[9]
Pati merupakanpolisakarida yang mengandung glukosa dan terikat olehglikosida. Sebagian besar jenis pati dapat larut di dalam air panas, sedangkan sebagian lainnya tidak dapat larut. Pati memiliki nilai yang tinggi pada makanan sehingga dapat ditemukan padabiji,umbi, atau batang pada tanaman.[10]
Protein merupakan senyawa makromolekul dengan kandunganasam dipolimerisasi yang tinggi. Sifat-sifat protein ditentukan oleh jenis asam dipolimerisasi danderajat keasaman. Dalam biomassa, jumlah protein lebih sedikit dibandingkan dengan selulosa, hemiselulosa dan lignin.[10]
Dalam biomassa, komponenorganik dananorganik ditemukan dalam jumlah yang sangat sedikit. Komponen organik yang utama ialahgliserida dansukrosa, sedangkan sisanya yaitualkaloid,pigmen,terpena, dan bahan berlilin. Komponen anorganik berupa abu yang tersusun dari unsurkalsium,kalium,fosforus,magnesium,silikon,aluminium, besi, dannatrium.[11]
Biomassa memiliki karateristik tertentu dalam proses gasifikasi. Dalam proses gasifikasi, karakteristik biomassa diperoleh melalui analisis proksimat, dan analisis ultimat. Pada analisis proksimat diperoleh karakteristikkadar air,abu, zat terbang dan nilaikalor. Pada analisis ultimat diketahui kadar karbon,hidrogen,oksigen, nitrogen, dansulfur. Selain itu, proses gasifikasi juga memperlihatkan adanya temperatur fusi abu, sifat mempan gerus, dan indeks pengembangan pada biomassa.[1]
Biomassa memiliki kadar air bebas dan kadar air terikat. Selama prosespengeringan, kadar air bebas menghilang dan mengalami perubahan sesuai dengan tingkatkelembaban udara. Sedangkan peleyapan kadar air terikat harus dilakukan dengan teknik pengeringan karena berada di dalampori-pori biomassa.[12]
Biomassa yang dibakar akan menghasilkan bahan-bahan organik berbentuk abu. Kandungan utama dari abu ini berupasilika, aluminium, besi, kalsium,magnesium,titanium, natrium, dan kalium. Biaya penanganan abu pada akhir proses gasifikasi dan teknologi konversi yang digunakan, ditentukan oleh kadar abu.[13] Faktor utama dalam pemilihan teknik gasifikasi ditentukan oleh karakteristik abu pada keadaan temperatur tinggi. Temperatur operasi pembuatan gas harus melebihi nilai temperatur abu fusi ketika abu yang dibuang berbentukterak. Sedangkan pada penghasil gas dengan abu buangan berbentuk abu kering, temperatur operasi tidak boleh melebihi nilai temperatur abu fusi.[14]
Ketika biomassa mengalami proses pemanasan ataupemanggangan, terjadi pelepasan senyawa-senyawa yang disebut zat terbang. Zat terbang tersusun dari gas hidrogen,karbon monoksida,karbon dioksida,metana,hidrokarbon ringan, tar,amonia, sulfur, dan oksigen. Setelah melalui proses pirolisis, pada biomassa masih tersisa padatan yang disebut karbon terikat. Padatan ini sebagaian besar mengandung karbon.[13]
Biomassa yang mengalami pembakaran secara sempurna danstoikiometrik akan menghasilkan pelepasan energi yang disebut dengan nilai kalor atau panas pembakaran. Nilai kalor dapat dinyatakan dalam nilai kalor lebih tinggi atau nilai kalori kotor, dan dapat pula dinyatakan dalam nilai kalor lebih rendah atau nilai kalor bersih. Perbedaan antara nilai kalor kotor dan nilai kalor bersih terletak pada nilai panaspengembunan air hasil pembakaran. Temperatur acuan yang digunakan untuk mencatat nilai kalor kotor dan nilai kalor bersih adalah 25 ˚C.[13]
Biomassa kayu merupakan biomassa yang berbentuk kayu pohon yang diperoleh dari hasilpenebangan hutan. Selain itu, biomassa kayu juga berbentuk sisa-sisa kayu yang tidak diperlukan dalam industrikehutanan. Pohon-pohon yang ditebang tidak memiliki nilaikomersial sehingga dapat dijadikan sebagai bahan energi biomassa. Pohon yang ditanam sebagai hutan penghasil biomassa dibuat berjarak agartunggul pohon memiliki ruang untuk mengalami pertumbuhan. Padaiklim sedang, siklus penebangan diulang dalam jangka waktu berkisar 50 hingga 100 tahun.[15]
Biomassa herba merupakan biomassa yang berbentuk tanaman liar,tanaman pangan, residu tanaman pangan,rumput,bambu, danlegum. Rumput merupakan biomassa herba yang dapat menghasilkan bahan energi dalam waktu yang singkat. Legum merupakan biomassa herba yangramah lingkungan karena mampu mengikat nitrogen melalui bantuan bakterirhizobium sehingga mengurangi penggunaanpupuk kimia nitrogen dalam produk biomassa.[16]
Biomassa dalam bentukgula dan pati dapat diubah menjadibiofuel. Limbah residu yang mengandung selulosa dan hemiselulosa pada pati dan gula dapat diubah menjadi glukosa melalui prosesfermentasi. Tanaman pati yang dapat menjadi biomassa secara langsung yaitupadi,kentang,ubi jalar,gandum, barli,ubi kayu, dansagu. Sedangkan tanaman gula yang dapat menjadi biomassa secara langsung yaitutebu danbit gula.[17]
Biomassa penghasil minyak merupakan biji atau buah tanaman yang dapat menghasilkanlemak danminyak. Jenis biomassa ini digunakan untuk bahan makanan,bahan baku industri, dan penggantiminyak dieselmineral dalamproduksibiodiesel.[18] Biomassa penghasil minyak yang utama adalahkedelai,sesawi dankelapa sawit.[19]
Biomassa merupakan salah satu bahan baku dalam produksibioenergi. Sumber biomassa yang digunakan pada bioenergi berasal darisampah kota. Biomassa menghasil energi primer yang berbentuk cair sebagai bahan bakar nabati. Pada bentuk gas, biomassa digunakan sebagaibiogas, sedangkan dalam bentuk padat biomassa dimanfaatkan sebagai biobriket. Ketiga energi primer ini dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk saranatransportasi atau industri. Selain itu, energi primer ini dapat diubah lagi menjadi energi sekunder yaitu energi listrik berbahan bakar nabati. Penggunaan biomassa untuk menghasilkan produk bioenergi tidak memerlukan proses khusus dan dapat langsung digunakan sebagai energi primer.[20]
Konversi biomassa menjadi energi dapat melalui prosestermokimia,biokimia, atauekstraksi biji yang berminyak. Pada konversi biomassa dengan alur termokimia, biomassa mengalami proses pembakaran, gasifikasi, pirolisis, torefaksi danhidrotermal.[21] Panas pembakaran bahan bakar padat diubah menjadi energi panas dan gas cerobong yang terdiri dari karbon dioksida danuap air. Panas pembakaran selanjutnya dimanfaatkan pada pemanasfluida kerja turbin kukus untuk produksi kukus. Panas hasil pembakaran juga dimanfaatkan untuk berbagai kegiatan usaha yang memerlukanreaksi kimia.[22] Bahan bakar padat berbentukarang dengan kualitas yang lebih tinggi dari biomassanya dapat diperoleh dengan proses pirolisis. Selain itu, proses pirolisis menyebabkandegradasi biomassa yang menghasilkan senyawa organik berbentuk cair. Senyawa yang dihasilkan yaitu tar, hidrokarbon berat dan asam-asam organik. Proses pirolisis juga menghasilkan gas-gas yaitu karbon monoksida, karbon dioksida, uap air,asetilena,etena, danetana. Pecahan senyawa yang dihasilkan oleh proses pirolisis pada biomassa ditentukan oleh temperatur akhir pirolisis dan laju pemanasan.[23]
Biomassa juga digunakan untuk menggantikanbahan bakar minyak padakendaraan bermotor dengan produksi bioetanol. Selain itu, biomassa dapat menghasilkan energi panas dan energi listrik dengan pembuatan biogas,gas sintesis, dan biopellet.[24] Penerapan teknologikilang hayati pada biomassa dapat menghasilkan bioetanol dengan biaya produksi yang murah. Selain itu, cara ini dapat menghasilkan energi sekaligus produk sampingan.[25] Bahan baku yang digunakan pada konversi biomassa menjadi bioetanol berasal dari limbah pertanian atau limbah perkebunan yang mengandungpati atau lignoselulosa. Bahan baku ini diubah menjadi etanol melalui tahapan awal yaitu hidrolisis dan fermentasi. Proses hidrolisis memanfaatkanenzimselulase dengan cara enzimatis atau termokimia. Sedangkan proses fermentasi memanfaatkankhamir. Pati digunakan untuk menghasilkan etanol, sedangkan lignin dan hemiselulosa digunakan untuk menghasilkan produk sampingan berupaxilitol,perekat, lignosulfonat, dan biosurfaktan.[26]
Biomassa dimaanfaatkan selama proses gasifikasi untuk menghasilkan gas bahan bakar. Proses pembentukan gas dilakukan melalui reaksi kimia pada temperatur tinggi antara biomassa dengan agen gasifikasi. Bahan agen gasifikasi dapat berupaudara, oksigen, atau uap air.[27] Proses pembentukan gas bahan bakar pada biomassa memanfaatkan proses pirolisis. Biomassa dijadikan sebagai umpan gasifikasi karena memiliki komponen utama berupa karbon, hidrogen dan oksigen.[23]
Pemanfaatan biomassa dalam teknologi gasifikasi memperhatikan karakteristik kadar air, bentukpartikel dan ukuran partikel. Kadar air biomassa tidak lebih dari 30% dan dapat dicapai dengan pengeringan. Pada biomassa kering udara, kadar air berkisar antara 10–15%. Partikel biomassa harus menyerupai bentuk bulat ataukubus. Partikel berbentuk pipih atauserbuk tidak boleh digunakan karena dapat menghambat aliran gas di dalamreaktor. Partikel biomassa yang digunakan sebagai umpan gasifikasi harus berukuran antara 0,5 – 5,0cm. Kepadatan massal partikel biomassa minimum 250kg/m2.[28] Ukuran partikel biomassa dibedakan menjadi partikel besar, partikel kecil, partikel serampangan, dan kebun energi atautumpang sari. Pada partikel besar, densitas partikel tinggi dengan kadar air < 30% dan kadar abu rendah. Partikel kecil memiliki kadar air atau kadar abu yang tinggi, tetapi densitas partikel rendah. Partikel dengan bentuk serampangan memiliki kadar air yang tinggi atau sangat basah basah sekali. Ukuran partikel biomassa yang terbesar ialah kebun energi atau tumpang sari.[29] Persyaratan utama untuk pemanfaatan biomassa sebagai umpan gasifikasi yaitu harus tersedia dalam jumlah yang cukup untuk digunakan secara berkelanjutan.[2]
Biomassa termasukbahan bakar karbon netral sehingga tidak menghasilkanefek rumah kaca. Pembakaran biomassa hanya akan menghasilkan karbon dioksida yang sama seperti pada penggunaanbahan bakar fosil. Penyeimbangan karbon dioksida didapatkan melaluipenanaman kembali tanaman baru yang akan menyerap karbon dioksida.[30] Biomassa juga memberikan permasalahan pada penggunaan lahan yang luas untuk pembuatan kebun energi. Penggunaan biomassa sebagai sumberenergi terbarukan akan mengurangi jumlahlahan pertanian danhutan produksi.[6]
- ^abSutanto 2018, hlm. 5.
- ^abSutanto 2018, hlm. 11.
- ^Hermiati 2019, hlm. 4.
- ^Direktorat Bioenergi 2016, hlm. 21.
- ^abcJapan Institute of Energy 2008, hlm. 1.
- ^abJapan Institute of Energy 2008, hlm. 3.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 4.
- ^abSutanto 2018, hlm. 12.
- ^Sutanto 2018, hlm. 13.
- ^abJapan Institute of Energy 2008, hlm. 25.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 26.
- ^Sutanto 2018, hlm. 5-6.
- ^abcSutanto 2018, hlm. 6.
- ^Sutanto 2018, hlm. 7.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 35-36.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 39.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 46.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 50.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 50-51.
- ^Direktorat Bioenergi 2016, hlm. 4.
- ^Sutanto 2018, hlm. 8.
- ^Sutanto 2018, hlm. 8-9.
- ^abSutanto 2018, hlm. 9.
- ^Hermiati 2019, hlm. 1.
- ^Hermiati 2019, hlm. 2.
- ^Hermiati 2019, hlm. 3.
- ^Sutanto 2018, hlm. 14.
- ^Sutanto 2018, hlm. 9-10.
- ^Sutanto 2018, hlm. 10.
- ^Japan Institute of Energy 2008, hlm. 2.
