Pengertian Biomassa, Komponen, Jenis dan Manfaatnya

Biomassa adalah istilah yang digunakan untuk merujuk pada senyawa organik apa pun yang berasal dari tanaman pertanian, gulma, dan limbah organik. Klasifikasi biomassa dibagi menjadi biomassa berkayu, biomassa non-kayu dan biomassa sekunder. Biomassa juga dapat dibagi menjadi limbah pertanian, limbah kehutanan, tanaman kebun energi dan limbah organik. Sifat kimia, sifat fisik, kelembaban dan kekuatan mekanik sangat berbeda dan bervariasi dalam biomassa yang berbeda. Biomassa adalah sumber energi terbarukan yang berkualitas rendah.

Teknologi konversi energi panas menggunakan biomassa sangat kompleks dan harus disesuaikan dengan penggunaannya. mereka bervariasi tergantung pada aplikasi dan relatif kompleks. Dalam proses gasifikasi, karakteristik utama biomassa terkait dengan analisis proksimat, analisis akhir, suhu abu leleh, sifat penghancuran dan laju ekspansi.

Biomassa terdiri dari sejumlah besar senyawa organik. Sebagian besar biomassa terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein. Sisanya adalah mineral, terdiri dari natrium, fosfor, kalsium dan zat besi. Komponen utama biomassa adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin. Ketiga senyawa ini membentuk dinding sel pada tumbuhan. Biomassa dapat digunakan sebagai bahan bakar secara langsung atau dengan briket. Selain itu, biomassa digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan listrik.

Istilah "biomassa" pertama kali digunakan dalam literatur pada tahun 1934. Seorang ilmuwan Rusia bernama Bogorov menggunakan kata biomassa sebagai nomenklatur biologis dalam Journal of the Marine Biology Association. Dalam jurnal tersebut, biomassa didefinisikan sebagai berat plankton laut kering yang digunakan untuk mempelajari perubahan musim dalam pertumbuhan plankton. Biomassa sekarang didefinisikan sebagai bahan massa energi yang diperoleh secara langsung atau tidak langsung dari tanaman. Biomassa adalah biomassa tidak langsung yang diperoleh dari peternakan dan industri makanan.

Sumber daya biomassa berasal dari berbagai jenis tumbuhan darat dan tumbuhan laut. Biomassa dapat diperoleh dari pertanian, perkebunan, limbah sisa, limbah industri dan kotoran hewan. Berdasarkan siklus karbon menggunakan fotosintesis, sumber daya biomassa tidak terbatas dan dapat digunakan kembali. Sumber daya biomassa berkelanjutan sepenuhnya dipengaruhi oleh ekosistem tanaman, dengan mempertimbangkan faktor tanaman, tingkat pertumbuhan, dan perlindungan lingkungan.

Komponen-Komponen Penyusun Biomassa

1. Selulosa

Sebagian besar fraksi biomassa terdiri dari senyawa selulosa. Persentase kandungan bervariasi untuk setiap jenis tanaman, dari 33% hingga 90%. Rumus kimia selulosa adalah C6H10O5. Selulosa adalah polimer glukosa dengan panjang rantai hingga 10.000 molekul. Pada kayu kering dan padat, jumlah selulosa mencapai 40% hingga 44%. Peran selulosa dalam biomassa adalah sebagai penghasil resin selama pirolisis.

2. Hemiselulosa

Hemiselulosa adalah polimer yang terdiri dari lima atom karbon glukosa. Pangsa hemiselulosa dalam biomassa mencapai 15% hingga 35%. Selama pirolisis, kandungan hemiselulosa menurun lebih cepat dibandingkan selulosa dan lignin. Hemiselulosa dapat menghasilkan gula arabinosa dan furfur jika dimasak pada suhu 200 °C.

3. Lignin

Biomassa memiliki makromolekul esensial yaitu lignin yang merupakan makromolekul yang tersusun dari senyawa fenolik utama. Lignin digunakan sebagai surfaktan dalam bentuk lignosulfonat. Sulfat ini digunakan untuk melindungi kestabilan lumpur pemboran. Sifat lignin adalah tahan terhadap efek termal, penurunan nilai kandungannya terjadi pada akhir proses pirolisis (350-500˚C). Sebagai hasil dari pengurangan kandungan lignin setelah gasifikasi, mengarah pada pembentukan senyawa tar dan fenolik dalam gas, yang berbahaya bagi kesehatan manusia. Kontak udara, yang terjadi pada resin dan senyawa fenolik, menyebabkan depolimerisasi, yang menyebabkan endapan pada pipa gas.

4. Pati

Pati adalah polisakarida yang mengandung glukosa terkait dengan glikosida. Sebagian besar jenis pati larut dalam air panas, sementara yang lain larut. Pati memiliki nilai yang tinggi dalam makanan, sehingga dapat ditemukan pada biji, umbi atau batang tanaman.

5. Protein

Protein adalah senyawa makromolekul yang mengandung sejumlah besar asam terpolimerisasi. Sifat-sifat protein ditentukan oleh jenis asam terpolimerisasi dan derajat keasaman. Biomassa mengandung lebih sedikit protein dibandingkan selulosa, hemiselulosa dan lignin.

6. Organik dan Anorganik

Komponen organik dan anorganik ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil dalam biomassa. Komponen organik utama adalah gliserida dan sukrosa, sisanya adalah alkaloid, pigmen, terpen dan zat lilin. Komponen anorganik berupa abu terdiri dari unsur kalsium, kalium, fosfor, magnesium, silikon, aluminium, besi, dan natrium.


Dalam proses gasifikasi, biomassa memiliki sifat-sifat tertentu. Pada proses gasifikasi, sifat biomassa diperoleh melalui analisis proksimat dan analisis ultimat. Setelah analisis segera, kelembaban, abu, zat pengeboran dan sifat kalor diperoleh. Dalam analisis akhir, jumlah karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan belerang diketahui. Selain itu, proses gasifikasi menunjukkan adanya suhu leleh abu, sifat hancur dan indeks ekspansi dalam biomassa.

1. Kadar Air

Biomassa memiliki kadar air bebas dan kadar air terikat. Kelembaban bebas menghilang selama pengeringan dan berubah sesuai dengan kelembaban udara. Namun, air yang terperangkap harus dihilangkan dengan pengeringan karena terletak di pori-pori biomassa.

2. Abu

Pembakaran biomassa menghasilkan bahan organik berupa abu. Kandungan utama abu ini adalah silikon dioksida, aluminium, besi, kalsium, magnesium, titanium, natrium dan kalium. Biaya pengolahan abu pada akhir proses gasifikasi dan teknologi konversi yang digunakan ditentukan oleh kadar abu. Faktor utama dalam pemilihan teknologi gasifikasi ditentukan oleh sifat abu pada temperatur tinggi. Temperatur kerja produksi gas harus lebih tinggi dari nilai temperatur abu cair, jika abu yang dikeluarkan berupa terak. Sedangkan pada pembangkit gas limbah abu kering, suhu operasi tidak boleh melebihi nilai suhu leleh abu.

3. Zat Terbang

Ketika biomassa mengalami proses pemanasan atau pemanggangan, ia melepaskan senyawa yang disebut volatil. Gas volatil terdiri dari gas hidrogen, karbon monoksida, karbon dioksida, metana, hidrokarbon ringan, tar, amonia, belerang dan oksigen. Setelah melalui proses pirolisis, biomassa masih disebut sebagai padatan karbon. Padatan ini sebagian besar mengandung karbon.

4. Nilai Kalor

Biomassa yang mengalami pembakaran sempurna dan stoikiometrik menghasilkan pelepasan energi yang disebut nilai kalor bruto atau panas pembakaran. Nilai kalori dapat dinyatakan sebagai nilai kalori yang lebih tinggi atau nilai kalori kotor, dan juga dapat dinyatakan sebagai nilai kalori yang lebih rendah atau nilai kalori bersih. Perbedaan antara nilai kalor dan nilai kalor adalah panas kondensasi air bahan bakar. Suhu referensi untuk merekam nilai kalori dan nilai kalori adalah 25 C.

Jenis-Jenis Biomassa

1. Biogas

Biogas adalah biomassa dalam bentuk gas metana. Gas ini dihasilkan oleh fermentasi anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri metana atau bakteri anaerob. Sampah yang mengandung bahan organik (biomassa) dipecah oleh bakteri untuk menghasilkan gas metana.

Biogas ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Ketika kotoran manusia atau hewan disimpan dalam wadah kedap udara, prosesnya menghasilkan biogas, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif.

2. Etanol

Etanol adalah bahan bakar yang berasal dari gula. Etanol dapat diperoleh dari tebu, jagung, kentang dan gandum. Etanol

memiliki berbagai fungsi, dapat digunakan sebagai bahan kimia, bahan kosmetik, bahan bakar dan minuman beralkohol. Selain itu, serat kayu diubah menjadi etanol. Selama ini kayu sebagai bahan bakar merupakan contoh penggunaan etanol dalam kehidupan sehari-hari.

3. Biodesel

Biodiesel adalah jenis biomassa yang terdapat pada tanaman seperti kelapa sawit, kelapa dan kapuk. Di Indonesia, biodiesel merupakan sumber bahan bakar dan industri yang populer. Produk biodiesel yang paling banyak digunakan adalah minyak sawit mentah. Produk ini dapat digunakan sebagai bahan bakar dan konsumsi.

Manfaat Biomassa

1. Seumber Energi Terbarukan

Biomassa merupakan salah satu bahan baku untuk produksi bioenergi. Sumber biomassa yang digunakan dalam bioenergi berasal dari limbah padat perkotaan. Biomassa menghasilkan energi primer dalam bentuk cair sebagai biofuel. Dalam bentuk gas, biomassa digunakan sebagai biogas, dalam bentuk padat sebagai biobriket. Ketiga energi utama ini digunakan sebagai bahan bakar untuk transportasi 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.

Konversi biomassa menjadi energi dapat melalui proses termokimia, biokimia, atau ekstraksi biji yang berminyak. Pada konversi biomassa dengan alur termokimia, biomassa mengalami proses pembakaran, gasifikasi, pirolisis, torefaksi dan hidrotermal.[21] Panas pembakaran bahan bakar padat diubah menjadi energi panas dan gas cerobong yang terdiri dari karbon dioksida dan uap air. Panas pembakaran selanjutnya dimanfaatkan pada pemanas fluida kerja turbin kukus untuk produksi kukus. Panas hasil pembakaran juga dimanfaatkan untuk berbagai kegiatan usaha yang memerlukan reaksi kimia. Bahan bakar padat berbentuk arang dengan kualitas yang lebih tinggi dari biomassanya dapat diperoleh dengan proses pirolisis. Selain itu, proses pirolisis menyebabkan degradasi biomassa, yang menghasilkan bahan organik cair. Senyawa yang dihasilkan adalah tar, hidrokarbon berat dan asam organik. Selama pirolisis, gas seperti karbon monoksida, karbon dioksida, uap air, asetilena, etilena dan etana juga terbentuk. Proporsi senyawa yang dihasilkan oleh proses pirolisis dalam biomassa ditentukan oleh suhu akhir pirolisis dan laju pemanasan.

2. Bioproduk

Biomassa juga digunakan untuk menggantikan bahan bakar minyak pada mobil dengan memproduksi bioetanol. Selain itu, biomassa dapat menghasilkan energi panas dan listrik melalui produksi biogas, gas sintetis dan biopellet. Penerapan teknologi biorefining pada biomassa dapat menghasilkan bioetanol dengan biaya produksi yang rendah. Selain itu, baik energi maupun produk sampingan dapat dihasilkan dalam proses ini. Bahan baku untuk mengubah biomassa menjadi bioetanol dari limbah pertanian atau perkebunan yang mengandung pati atau lignoselulosa. Bahan baku ini diubah menjadi etanol pada tahap awal hidrolisis dan fermentasi. Proses hidrolisis menggunakan enzim selulase melalui metode enzimatik atau termokimia. Ragi digunakan dalam proses fermentasi. Pati digunakan untuk etanol, sedangkan lignin dan hemiselulosa digunakan untuk menghasilkan produk sampingan seperti xylitol, lem, lignin sulfonat, dan biosurfaktan.

3. Teknologi Gasifikasi

Biomassa digunakan dalam proses gasifikasi untuk menghasilkan bahan bakar gas. Proses gasifikasi dilakukan dengan reaksi kimia pada suhu tinggi antara biomassa dan agen gasifikasi. Agen gasifikasi dapat berupa udara, oksigen atau uap. Proses pembentukan bahan bakar gas dalam biomassa menggunakan proses pirolisis. Biomassa digunakan sebagai gasifikasi makanan karena mengandung komponen utama berupa karbon, hidrogen dan oksigen.

Penggunaan biomassa dalam teknologi gasifikasi memperhitungkan sifat kandungan air, bentuk partikel dan ukuran partikel. Kadar air biomassa tidak lebih dari 30% dapat diperoleh dengan pengeringan. Biomassa kering udara memiliki kadar air 10 sampai 15%. Partikel biomassa harus berbentuk bulat atau kubus. Partikel yang berbentuk gumpalan atau serbuk tidak boleh digunakan karena dapat menghambat aliran gas di dalam reaktor. Partikel biomassa yang digunakan untuk gasifikasi umpan harus berukuran antara 0,5 dan 5,0 cm. Kepadatan massa minimum partikel biomassa adalah 250 kg/m2. Ukuran partikel biomassa dibagi menjadi partikel besar, partikel kecil, partikel sewenang-wenang dan kebun energi atau budaya campuran. Untuk partikel besar, kepadatan partikel tinggi dengan kadar air < 30% sedikit abu. Partikel kecil memiliki kadar air atau abu yang tinggi, tetapi kerapatan partikelnya rendah. Partikel dengan bentuk acak memiliki kadar air yang tinggi atau sangat basah atau sangat basah. Ukuran partikel biomassa terbesar adalah kebun energi atau budidaya tanaman. Syarat utama penggunaan biomassa sebagai bahan baku gasifikasi adalah ketersediaannya dalam jumlah yang cukup untuk pemanfaatan yang berkelanjutan.

Previous

Next