Pahami bagaimana mungkin mengubah sampah organik menjadi energi listrik, yang disebut biomassa
Biomassa adalah semua bahan organik nabati atau hewani yang digunakan untuk menghasilkan energi, seperti arang, kayu bakar, ampas tebu, dan lain-lain. Karena ini adalah sumber energi yang tersebar dan berefisiensi rendah, yang secara tradisional digunakan di negara-negara berkembang rendah, terdapat kekurangan data tertentu mengenai keterwakilan sumber energi ini untuk matriks energi dunia. Namun, menurut laporan ANEEL, sekitar 14% energi yang dikonsumsi di dunia berasal dari sumber ini dan, menurut studi lain oleh Jornal Brasileiro de Pneumologia, 90% rumah di daerah pedesaan di negara-negara miskin menggunakan energi dari pembakaran biomassa ( kayu, arang, kotoran hewan atau limbah pertanian), terutama di sub-Sahara Afrika dan Asia.
Penggunaan biomassa pada pembangkit listrik termoelektrik menjadi semakin umum dan digunakan untuk menjangkau daerah-daerah yang tidak terjangkau oleh jaringan pasokan listrik, seperti masyarakat pedesaan yang terisolasi. Penggunaan sistem kogenerasi, yang mendamaikan pembangkitan energi listrik melalui biomassa dan produksi panas, meningkatkan efisiensi energi sistem produksi, juga menjadi semakin umum.
Apa itu kogenerasi?
Biomassa, seperti batu bara atau kayu bakar, adalah yang menggerakkan sebagian besar generator termoelektrik. Terlepas dari jenis bahan bakar dan mesinnya, generator ini kehilangan sebagian besar energi yang terkandung dalam bahan bakar dalam bentuk panas. Rata-rata, energi biomassa yang hilang ke lingkungan dalam bentuk panas mewakili 60% hingga 70% dari total energi bahan bakar. Dengan demikian efisiensi generator berkisar antara 30% sampai 40%.
Karena banyak bangunan dan industri memerlukan pemanas (untuk lingkungan internal atau untuk memanaskan air), sistem kogenerasi dikembangkan, di mana panas yang dihasilkan dalam pembangkitan listrik dimasukkan ke dalam proses produksi dalam bentuk uap. Keunggulan utama sistem ini adalah penghematan bahan bakar untuk proses pemanasan. Dengan demikian, efisiensi energi sistem meningkat, mencapai 85% dari energi biomassa bahan bakar.
Biomassa di Brasil
Saat ini, sumber daya dengan potensi terbesar untuk digunakan sebagai biomassa pembangkit listrik di Tanah Air adalah ampas tebu. Sektor gula dan alkohol menghasilkan limbah dalam jumlah besar, yang dapat digunakan sebagai biomassa, terutama dalam sistem kogenerasi. Varietas sayuran lain yang berpotensi besar untuk menghasilkan listrik adalah kelapa sawit, yang memiliki produktivitas tahunan rata-rata per hektar empat kali lebih tinggi dari tebu, buriti, babassu dan andiroba. Mereka muncul sebagai alternatif pasokan listrik di masyarakat terpencil, terutama di wilayah Amazon.
Ketika etanol diproduksi dari tebu, sekitar 28% tebu diubah menjadi ampas tebu. Ampas tebu ini adalah biomassa yang biasa digunakan di pabrik untuk produksi uap tekanan rendah, yang digunakan dalam turbin tekanan balik di peralatan ekstraksi (63%) dan pembangkit listrik (37%). Sebagian besar uap tekanan rendah yang meninggalkan tanaman digunakan untuk proses dan pemanasan jus (24%) dan dalam peralatan distilasi. Rata-rata, setiap perangkat membutuhkan sekitar 12 kWh listrik, nilai yang dapat dipasok oleh residu biomassa itu sendiri. Residu pertanian lain yang berpotensi tinggi untuk digunakan sebagai biomassa dalam produksi listrik adalah sekam padi, kacang mete dan sabut kelapa.
Rute konversi biomassa
Sumber biomassa dapat diklasifikasikan sebagai: sayuran berkayu (kayu), sayuran bukan kayu (sakarida, selulosa, bertepung dan akuatik), residu organik (pertanian, industri, perkotaan) dan biofluida (minyak nabati). Rute konversi biomassa beragam, dan berkat teknologi konversi ini dimungkinkan untuk memperoleh beberapa varietas biofuel seperti etanol, metanol, biodiesel dan biogas. Proses konversi biomassa utama adalah:
Pembakaran langsung
Bahan seperti kayu dan semua jenis sampah organik (pertanian, industri, dan perkotaan) dapat dibakar untuk menghasilkan energi. Proses pembakaran terdiri dari pengubahan energi kimia dalam sumber biomassa ini menjadi panas. Untuk keperluan energi, pembakaran biomassa langsung dilakukan di dalam oven dan kompor. Terlepas dari kepraktisannya, proses pembakaran langsung cenderung kurang efisien. Selain itu, bahan bakar yang dapat digunakan dalam proses umumnya memiliki kelembapan yang tinggi (20% atau lebih untuk kayu bakar) dan kepadatan energi yang rendah, sehingga sulit untuk disimpan dan diangkut.
Gasifikasi
Ini adalah teknologi yang diterapkan pada limbah organik perkotaan dan industri dan kayu. Gasifikasi terdiri dari pengubahan sumber biomassa padat menjadi gas melalui reaksi termokimia, yang melibatkan uap panas dan udara atau oksigen dalam jumlah yang kurang dari minimum untuk pembakaran. Komposisi gas yang dihasilkan merupakan campuran karbon monoksida, hidrogen, metana, karbondioksida dan nitrogen, sehingga proporsi tersebut bervariasi sesuai dengan kondisi proses terutama yang berkaitan dengan udara atau oksigen yang digunakan dalam oksidasi. . Bahan bakar yang dihasilkan dari pembakaran biomassa ini lebih serbaguna (dapat digunakan di mesin pembakaran internal dan juga di turbin gas) dan bersih (senyawa seperti sulfur dapat dihilangkan selama proses) daripada versi bahan bakar padat. Selain itu,dimungkinkan untuk menghasilkan gas sintetis dari gasifikasi, yang dapat diterapkan dalam sintesis hidrokarbon apa pun.
Pirolisis
Pirolisis, juga dikenal sebagai karbonisasi, adalah proses tertua dalam mengubah sumber biomassa (biasanya kayu) menjadi bahan bakar lain (arang) dengan kepadatan energi dua kali lebih tinggi dari bahan sumber. Sampah organik asal pertanian juga sering mengalami pirolisis - dalam hal ini sampah perlu dipadatkan terlebih dahulu. Metode ini terdiri dari memanaskan material dalam lingkungan yang "hampir tidak ada" udara. Pirolisis juga menghasilkan bahan bakar gas, tar dan pyro-wood, bahan yang banyak digunakan di sektor industri. Hasil dari proses tersebut sangat bervariasi dari kondisi bahan asli (kuantitas dan kelembaban). Untuk produksi satu ton arang, Anda mungkin membutuhkan empat hingga sepuluh ton kayu bakar.
Transesterifikasi
Ini adalah proses kimiawi yang mengubah biomassa minyak nabati menjadi produk antara, dari reaksi antara dua alkohol (metanol dan etanol) dan basa (natrium atau kalium hidroksida). Produk untuk transesterifikasi dari jenis biomassa ini adalah gliserin dan biodiesel, bahan bakar yang memiliki kondisi yang mirip dengan diesel dan dapat diaplikasikan pada mesin pembakaran internal, untuk penggunaan kendaraan atau stasioner.
Pencernaan anaerobik
Seperti pirolisis, pencernaan anaerobik harus berlangsung di lingkungan dengan "hampir tidak ada" oksigen. Biomassa asli mengalami dekomposisi oleh aksi bakteri, seperti yang terjadi secara alami dengan hampir semua senyawa organik. Sampah organik, seperti kotoran hewan dan limbah industri, dapat diolah melalui pencernaan anaerobik (yang terjadi tanpa oksigen) di reaktor biogas. Tindakan bakteri menyebabkan pemanasan yang diperlukan agar dekomposisi terjadi, namun, di daerah atau waktu dingin, penerapan panas tambahan mungkin diperlukan. Produk akhir dari pencernaan anaerobik adalah biogas, yang pada dasarnya terdiri dari metana (50% sampai 75%) dan karbon dioksida. Limbah yang dihasilkan dapat digunakan sebagai pupuk.
Fermentasi
Ini adalah proses biologis yang dilakukan oleh mikroorganisme (biasanya ragi) yang mengubah gula yang ada dalam sumber biomassa, seperti tebu, jagung, bit, dan spesies nabati lainnya, menjadi alkohol. Hasil akhir dari fermentasi biomassa adalah produksi etanol dan metanol.
Penerapan biomassa
Biomassa dianggap sebagai sumber energi terbarukan dan telah digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil, seperti minyak dan batu bara, untuk menghasilkan listrik di pembangkit listrik termoelektrik dan untuk mengeluarkan jumlah gas pencemar yang lebih rendah dibandingkan dengan yang tidak terbarukan. Namun, meski bukan bahan bakar fosil, menurut sebuah penelitian, pembakaran biomassa adalah salah satu sumber gas beracun, materi partikulat, dan gas rumah kaca terbesar di dunia.
Dalam kasus pembakaran area yang luas, baik hutan, sabana, atau jenis vegetasi lainnya, emisi sulfur menyebabkan perubahan pH air hujan, yang berkontribusi pada terjadinya hujan asam. Emisi metana dan karbon dioksida berkontribusi pada intensifikasi efek rumah kaca, dan merkuri menyebabkan kontaminasi badan air dan memungkinkan pembentukan metilmerkuri, zat yang berbahaya bagi kesehatan manusia.
Paparan berulang dan berkepanjangan terhadap bahan yang dihasilkan dari proses pembakaran biomassa di dalam ruangan (kompor kayu, perapian, dll.) Telah dikaitkan dengan peningkatan infeksi saluran pernapasan akut pada anak-anak, yang dianggap sebagai penyebab utama kematian. di negara berkembang. Selain itu, dikaitkan juga dengan peningkatan penyakit paru obstruktif kronik, pneumokoniosis (penyakit akibat menghirup debu), tuberkulosis paru, katarak dan kebutaan. Dalam kasus pembakaran jerami tebu, penduduk yang tinggal di sekitar perkebunan tebu terpapar debu dari biomassa yang terbakar selama kurang lebih enam bulan sepanjang tahun.
Untuk alasan ini, Dewan Lingkungan Nasional (Conama) menetapkan batas emisi polutan udara dari proses pembangkitan panas dari pembakaran eksternal biomassa tebu, yang memungkinkan untuk mengatur emisi dan mengurangi dampak sosial-lingkungan yang terkait dengan pembakaran biomassa.
Biomassa juga menawarkan kemungkinan diproduksi dari berbagai macam bahan, memberikan fleksibilitas dan keamanan pasar, berbeda dari bahan bakar fosil itu sendiri, terutama minyak. Poin lainnya adalah, ketika menggunakan limbah pertanian, industri, dan perkotaan organik untuk menghasilkan listrik, mereka menerima tujuan yang lebih “berkelanjutan” daripada pembuangan sederhana. Menurut sebuah penelitian, sebagian besar sisa pertanian di Brasil adalah jagung, kedelai, beras, dan gandum, dua yang pertama merupakan bahan mentah yang sering digunakan untuk produksi biodiesel.
Brasil memiliki kondisi yang menguntungkan untuk produksi energi dari biomassa, seperti adanya area pertanian yang luas, yang dapat digunakan untuk produksi biomassa, dan menerima radiasi matahari yang intens sepanjang tahun. Namun demikian, terdapat kekhawatiran mengenai produksi biofuel generasi pertama yang menggunakan bahan baku nabati secara langsung. Dalam hal ini, biofuel dapat melawan situasi persaingan untuk lahan subur dengan sektor pertanian, yang menempatkan ketahanan pangan penduduk dalam risiko. Masalah lain yang terkait dengan luasnya lahan adalah masalah pelestarian lingkungan. Selain bersaing dengan pertanian, bahan bakar nabati pada akhirnya dapat memberi tekanan pada area yang ditujukan untuk pelestarian lingkungan.
