Membuat Pembangkit Listrik tenaga Angin

Anda akan menemukan materi yang bagus di sini tentang cara untuk mengevaluasi situs Anda untuk tenaga angin (sangat penting), bagaimana sistem angin bekerja, bagaimana ukuran angin untuk sistem anda, kebutuhan dan banyak informasi di DIY dan turbin angin buatan sendiri dan sebuah sistem komersial.

Coba kita melihat perhitungan kecepatan angin yang dibutuhkan oleh turbin pembangkit angin 

Kecepatan angin yang dibutuhkan untuk turbin angin bisa melihat rumus dibawah ini

Perkiraan output energi tahunan dari turbin angin (dalam kilowatt-jam per tahun) adalah cara terbaik untuk menentukan apakah dan menara akan menghasilkan listrik yang cukup untuk memenuhi kebutuhan Anda.

Sebuah pembangkit turbin angin dapat membantu Anda memperkirakan produksi energi yang dapat Anda harapkan. Pembangkit akan menggunakan perhitungan berdasarkan faktor-faktor:

• Khusus kurva daya turbin angin
• Rata-rata kecepatan angin tahunan di daerah Anda
• Tinggi menara yang Anda berencana untuk menggunakan
• Frekuensi distribusi perkiraan-angin merupakan jumlah jam yang angin akan bertiup dengan kecepatan masing-masing selama satu tahun rata-rata.

Pembuatan ini juga harus menyesuaikan perhitungan bagi peningkatan angin di daerah Anda.
Untuk mendapatkan perkiraan awal dari kinerja turbin angin tertentu, Anda dapat menggunakan rumus berikut:

AEO= 0.01328 D ² V ³ AEO = 0,01328 D ² V ³

Dimana:

• AEO (Annual energy output) = Tahunan energi keluaran (kilowatt-jam [kWh] / tahun)
• D = Rotor diameter, feet 
• V = kecepatan angin rata-rata Tahunan, mil per jam (mph), di daerah Anda

Catatan: perbedaan antara kekuasaan dan energi adalah bahwa kekuasaan (kilowatt = kW) adalah tingkat di mana listrik dikonsumsi, sementara energi (kilowatt-jam [kWh]) adalah jumlah yang dikonsumsi.
 

Output Tahunan (KWH / tahun) = 0,01328 (D ^ 2) (V ^ 3) sumber ...

Dimana D ^ 2 adalah diameter pisau di kaki persegi, dan V ^ 3 adalah kecepatan angin di mph potong dadu - ini adalah sepanjang tahun rata-rata kecepatan angin - angin lihat peta di bawah ini.
 Jadi, 10 ft diameter turbin angin di 12 mph angin rata-rata bisa menghasilkan sekitar (0,01328) (10 ^ 2) (12 ^ 3) = 2300 KWH / tahun

Perhatikan bahwa energi yang dihasilkan adalah proporsional terhadap kecepatan angin kubus - memiliki kecepatan angin cukup rata-rata adalah segalanya dalam turbin angin. Gunakan peta angin dibahas di bawah ini dan survei angin dari situs Anda untuk menentukan apakah sebuah turbin angin benar-benar akan hasil.

Grafik adalah persamaan energi angin yang ditampilkan di atas untuk berbagai kecepatan angin dan pisau diameter turbin. --------------->

Setelah mengetahui kecepatan rata-rata angin di daerah anda, maka tinggal menggunakan baling-baling berjenis apa dan jumlah berapa ?

Macam dan Tipe Solar Cell

Secara Umum, solar cell atau dikenal PV Module adalah media yg mengconversi energy surya (Irradiance W/m2) menjadi Power (voltage - Current).Dengan dasar ini berbagai media diciptakan dengan karakteristik berdasar materi penyusunnya.
Silicon(setelah ditemukan bequarel 1826)dikenal paling ampuh dan sangat bagus dalam hal ini, tapi sejak harganya yang tinggi segala macam cara dilakukan.

1 silicon murni (tebalnya dalam 200-400 micro meter)

2. Poly crystalline (telah dicampur dengan bahan intrinsik lain)

3. Amorphous Silicon, bahan yg murah dengan charakteristik yang unik

4. Cadmium Teluride (CadTel) Campuran Cadmium sangat sensitif dalam merespon spectral dan irradian matahari

5. CIGS (Cupper Indium Diselinide) bahan ini sangat lentur dan effeciencynya cukup baik(3,4,5 adalah materi yang dikenal thin film tebalnya 800nanometer-1 micro meter)

6. Hydrogen, bahan ini diciptakan dengan concentrator yang cukup mahal, dan dengan ketelitian yang baik (lihat situs)http://www.shec-labs.com/process.php dalam pasaran (komersial) no1-5 yang banyak beredar,effecieny 20-28 % (no1-2), sedang 8-16 % untuk (no3-5) kalau memilih sekali lagi, silikon murni (single ataupun poly cystalline) sangat mahal dibanding no3-5.thin film (no3-5) sangat menarik saat ini, mesti sedikit rendah efficiencynya, tapi harganya jauh lebih murah. serta karakteristiknya sangat baik untuk daerah tropis.

Seperti diketahui, solar cell di operasikan pada suhu 25-30 derajat diatas suhu test manufacture (STC/standar test condition : yakni 1000 w/m2 irradiance, 25 derajat celcius 1.5 air mass ) sehingga hampir semua solar cell akan mengalami perubahan secara segnifican saat di operasikan di actual condition. sehingga semua data baik itu effeciancy, power yang dihasilkan, temperature coefficient, fill factor yg terdapat pada manualnya akan tidak sama dengan actualnya saat dioperasikan. semua material akan mengalami penurunan efeciency power saat meningkat temperature operasinya khususnya materi Crystalline (singgle dan Poly) sehingga kurang tepat untuk Indonesia yg suhu operasinya module bisa 5-10 kali suhu abient /suhu rata2 di sekitar solar module. materi amorphous sangat yang mana pada kenaikan suhu operasi malah memberi recovery dari degradation efeciecny ini yang dikenal dengan annealing. nah berapa persen, kapan dlll secara khusus mungkin kita diskusikan lain waktu, artinya ini berpengaruh pada kemampuan energy production amorphous lebih baik untuk daerah tropis dengan materi lain khususnya single/poly crystalline silicon. sekalilagi, lebih murah, dan lebih baik.

Pembuatan Sel Surya Silikon

Ketika trio Bell Laboratories, Chapin, Fuller dan Pearson, menemukan sebuah fenomena p-n­ junction yang dapat mengubah radiasi sinar matahari menjadi tenaga listrik pertama kalinya pada tahun 1954, material yang dipergunakan berupa silikon (Si). Sayangnya fenomena yang mereka sebut sebagai ‘photocell’ kala itu masih belum menarik banyak perhatian kalangan peneliti untuk dijadikan sebuah mata kajian serius. Dugaan penulis pribadi ialah karena saat itu booming penelitian dalam bidang fisika zat padat (solid state physics) atau zat mampat (condensed matter) tengah mewabah. Ditambah lagi dengan semakin terbukanya teknologi semikonduktor dan teknologi vakum membuka industrialisasi besar-besaran produk elektronika terutama untuk kalangan rumah tangga pada era 1950-1960-an.

Minimnya perhatian pada fenomena photocell berlangsung hingga hampir 20 tahun lamanya sampai meletusnya krisis minyak bumi selama pecahnya perang Arab-Israel di awal tahun 1970-an akibat embargo minyak oleh negara Arab terhadap dunia Barat.

Tersentaknya dunia atas krisis minyak tersebut berimbas pada kebijakan mencari sumber-sumber energi baru selain bersandar pada minyak bumi/energi fosil di mana ‘photocell’ menjadi salah satu sumber energi baru yang dilirik. Nama photocell yang kemudian berubah menjadi solar cell/sel surya dengan sangat cepat menjadi salah satu topik utama penelitian di bidang energi baru dan terbaharukan. Hal ini sangat jelas beralasan pada kemampuannya mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik secara langsung dan mudah serta sangat menjanjikan. Yang sama pentingnya ialah, munculnya topik penelitian di bidang ini telah berhasil menyadarkan masyarakat pada masa itu bahwa energi matahari memiliki potensi yang selama ini belum teroptimalkan dalam memenuhi kebutuhan energi dunia.

Sel surya dengan berbahan baku silikon hingga saat ini masih merupakan jenis sel surya yang paling banyak diteliti, dikembangkan serta dipasarkan. Selain dilatarbelakangi oleh penemuan pertama sel surya, mapannya pengetahuan akan silikon, terbuktinya kehandalan silikon dalam aplikasi sel surya, dan jumlah cadangan silikon di perut bumi berupa pasir silica yang berlimpah menjadi beberapa bahan pertimbangan utama. Belum ditambah oleh dukungan infrastruktur industri semikonduktor yang memang mengambil material silikon sebagai bahan dasar utama produk elektronika yakni microchip atau microprocessor.

Mantapnya silikon sebagai sel surya yang paling banyak diproduksi patut berterima kasih pada dukungan industri semikonduktor tersebut. Pada masa-masa awal industrialisasi sel surya, silikon sebagai bahan dasar sel surya merupakan bahan buangan dari industri semikonduktor. Silikon yang tidak terpakai pada industri semikonduktor dikarenakan, misal, kadar kemurnian silikon yang rendah, dipakai pada industri sel surya yang memang tidak terlalu membutuhkan material silikon dengan kemurnian yang sangat tinggi. Baru pada beberapa tahun belakangan inilah beberapa pabrik pemurnian silikon mulai memproduksi bahan material silikon khusus untuk aplikasi sel surya dengan berkaca pada pesatnya produksi sel surya silikon di dunia saat itu, maupun proyeksi pemasaran sel surya di masa depan. Saat ini, sel surya jenis silikon menempati pangsa pasar sekitar 82-85% pasar sel surya dunia.

Sebagaimana disinggung di atas, sel surya pertama memanfaatkan p-n junction silikon, yang menjadi cara kerja fundamental sel surya jenis apapun. Silikon jenis p (p-type) disambung dengan silikon jenis n (n-type) menghasilkan sambunagn p-n. p-type ini maksudnya silikon dengan kelebian muatan positif (surplus hole) dan n-type merupakan material silikon berkelebihan muatan negatif (surplus elektron). Adanya sambungan p-n ini memungkinkan kedua muatan positif (hole) maupun negatif (elektron) dapat berpindah dan mengalir ke arah yang berlawanan. Jika kedua ujung sambungan p-n ini dihubungkan dengan sebuah rangkaian listrik, maka elektron dan hole dapat mengalir ke rangkaian. Sinar mataharilah (photon) yang menggerakkan elektron dan hole tersebut menuju rangkaian tadi. (Mekanisme sel surya ini disederhanakan demikian saja,  mekanisme sel surya yang lebih detail ditulis pada artikel Melihat prinsip kerja sel surya lebih dekat (Bagian Pertama). Gambar dibawah ini merupakan struktur komponen dasar sel surya pada umumnya. Penulis mendapatkannya pada link berikut.

Proses pembuatan sel surya silikon ini terbilang paling sederhana diantara semua jenis sel surya. Meski merupakan sebuah proses dalam dunia semikonduktor yang identik dengan proses high-tech, namun jika mencermati proses pembuatan sel surya secara lebih detil, kesan tersebut berangsur-angsur hilang. Penulis kebetulan pernah mengunjungi sebuah pabrik –tepatnya sebuah industri kecil-menengah- yang memproduksi sel surya di sebuah kota industri di Korea Selatan; dari pembuatan silikon n type hingga enkapsulasi sel surya yang siap dijual. Tidak terlampau rumit mengerjakannya, meski perlu disadari bahwa industri ini membutuhkan investasi yang tidak kecil.

Tahapan umum pembuatan sel surya silikon :

1. Pemesanan dan spesifikasi silikon wafer yang dibutuhkan.
Pembuatan sel surya silikon ini bermula dari pemesanan silikon khusus untuk aplikasi sel surya yang dikenal sebagai “Cz-Si wafers (Czochralski Silicon wafers) di mana Cz merupakan proses utama pembuatan silikon wafer dari bijih silikon. Yang disebut dengan khusus ialah silikon wafer ini telah dimodifikasi menjadi silikon p-type dari pabrikan. Silikon wafer untuk sel surya ini berbentuk bujur sangkar dengan sudut yang diratakan, sebagaimana ditunjukkan pada di bawah. Dimensi silikon wafer ini ialah 10-15 cm dengan ketebalan antara 200-350 micron (0.2-0.35 mm).

2. Pembersihan permukaan silikon wafer.
Silikon wafer yang dipesan ini memiliki tipikal permukaan yang sangat kasar akibat pemotongan atau pengerjaan selama di pabrik pembuatan wafer. Untuk itu, permukaan silikon di etch (dikikis) dengan menggunakan larutan asam atau basa. Cukup dengan merendam silikon wafer ke dalam larutan tersebut, maka permukaan silikon wafer kira-kira sedalam 10 mikron akan terkikis secara merata.

3. Teksturisasi permukaan silikon wafer.
Agar silikon wafer yang dipergunakan dapat secara optimal menyerap sinar matahari, pada umumnya permukaan silikon diberi perlakuan khusus berupa teksturisasi dengan menggunakan larutan basa NaOH atau KOH dengan konsentrasi, temperatur maupun lama perlakuan tertentu. Dengan mencelupkan wafer ke dalam laruan tersebut, permukaan silikon menjadi kasar dengan tekstur menyerupai piramida. Tekstur wafer seperti piramida ini dapat mengurangi pemantulan sinar matahri yang dating serta meningkatkan penyerapan sinar matahari oleh permukaan wafer.

4. Difusi fosfor dan pembuatan lapisan n-type silikon.
Fosfor dikenal luas sebagai elemen tambahan (dopant) untuk membuat semikonduktor silikon berjenis n atau silikon n-type. Setelah proses teksturisasi, silikon wafer ini dimasukkan ke dalam dapur pemanas bertemperatur tinggi yang dilengkapi dengan larutan POCl₃ sebagai sumber fosfor. Dengan meniupkan gas inert nitrogen ke dalam larutan, maka uap fosfor akan keluar dan dapat dialirkan ke dalam dapur. Suhu di dalam furnace dijaga sekitar 900-950⁰C sehingga uap fosfor tersebut dapat berdifusi masuk ke dalam silikon melalui sisi sisi permukaannya. Proses difusi biasanya dihentikan setelah 10-15 menit hinga terbentuknya lapisan silikon n-type di permukaan silikon dengan ketebalan lapisan sekitar 10-20 micron. Lapisan n-type ini berfungsi sebagai pelengkap sambungan p-n pada struktur sel surya dan lapisan konduktif yang mengalirkan elektron ke rangkaian listrik.

5. Penghilangan lapisan silikon n-type pada bagian sisi wafer.
Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 4, lapisan silikon n-type terdapat pula di bagian sisi wafer yang bila ini terjadi maka ia dapat menghubungkan dua permukaan wafer. Untuk itu lapisan silikon n-type di sisi wafer perlu dihilangkan dengan memotong lapisan tersebut atau yang lebih presisi ialah dengan menggunakan plasma yang mengikis habis lapisan silikon n-type ini.

6. Pembuatan lapisan anti-refleksi.
Selain teksturisasi untuk memaksimumkan penyerapan sinar matahari, maka penggunaan lapisan anti-refleksi (anti-reflection coating/ARC) di atas lapisan silikon n-type. Lapisan ARC ini merupakan lapisan transparan/tembus cahaya yang dapat meneruskan sinar matahari yang jatuh di permukaan wafer namun tidak memantulkannya. Indeks refraksi lapisan ARC yang besar ini-lah yang menyebabkan ia tidak memantulkan sinar matahari. Material untuk ARC ini biasanya ialah TiO₂ /titanium dioksida atau Magnesium Fluorida (MgF₂). Teknik pembuatannya dapat memanfaatkan teknik penguapan kimia (chemical vapor deposition/CVD) yang mereaksikan uap senyawaan titanium atau magnesium organik yang dicampur dengan uap air pada suhu yang relatif rendah yakni 200⁰C.

7. Metalisasi.
Agar dapat dihubungkan dengan kabel, silikon diberi lapisan metal yang konduktif sehingga dapat mengalirkan elektron/hole dari sel surya. Logam yang cocok untuk bertuas sebagai konduktor ini ialah Ag (perak). Ia memiliki sifat konduktifitas yang tinggi, memiliki daya rekat ke silikon wafer yang sangat baik serta berdaya tahan tinggi. Perak yang dipasang di silikon wafer sangat tipis dan pemasangannya menggunakan metode screen printing. Pasta larutan perak dioleskan di atas sebuah pola dengan bagian bagin tertentu yang memungkinkan pasta larutan perak mengisi permukaan wafer. Setelah selesai dioleskan di atas wafer, dengan pemanasan dan pengeringan 100-200⁰C, pasta akan mengering. Proses metalisasi ini dikerjakan pula di bagian belakang silikon wafer.

8. Pemanasan (co-firing).
Pemanasan pada suhu yang tinggi diperlukan untuk memantapkan lapisan metal konduktif karena masih terdapatnya residu/bahan bahan sisa organik selama pengeringan pada suhu rendah. Pada pemasan yang lebih tinggi, perak sebagai komponen konduktif menjadi semakin padat dan mampu mempenetrasi lapisan ARC dan akhirnya menyentuh lapisan silikon n-type tanpa merusak lapisan ARC sendiri. HIngga tahap ini, komponen sel surya sudah secara utuh terbuat.

9. Pengujian dan pemilihan sel.
Ini ialah tahap akhir dari pembuatan sel surya yakni menguji sel dan memeriksa efisiensi sel maupun akititas quality control lainnya.
10. Enkapsulasi dan pembuatan modul sel.
Sebagaimana disebutkan di awal, sel surya hanya berukuran 10×10 atau 15×15 cm. Agar sel dapat dipergunakan, dan menghasilkan daya yang bias dipasarkan, sel dirangkai menjadi sebuah modul yang lebih besar dan tersusun atas 20-30 sel. Dalam tahap ini, proses enkapsulasi modul dengan kaca/plastik dan pemasangan frame aluminum dikerjakan hingga siap untuk dipakai (lihat gambar modul surya di bawah). Tanpa enkapsulasi yang berfungsi pula sebagai pelindung sel surya terhadap lingkungan luar, sel atau modul tidak dapat dimanfaatkan secara optimal.

Sebagai penutup. Tulisan ini salah satunya saya tujukan untuk mengetahui secara umum bagaimana proses pembuatan sel surya jenis silikon yang paling banyak dijual di pasaran. Dan juga, atas banyaknya pertanyaan seputar bagaimana investasi untuk membuat sel surya silikon sendiri di Indonesia. Diharapkan, ada semacam gambaran umum mengenai kerumitan -atau justru kesederhanaan- proses pembuatan sel surya silikon sehingga menjawab pertanyaan apakah sel surya silikon dapat diproduksi sendiri di Indonesia, sebuah respon terhadap berita di Kompas yang penulis kutip di Blog ini.

sumber : disini

Pasir sebagai Energi Alternatif

Indonesia merupakan negara yang mempunyai potensi energi alternatif yang cukup besar. Dengan sebutan negara agraris, negara maritim, negara penuh gunung api, negara dengan seribu hutannya, dan masih banyak lagi sebutannya merupakan lahan bagi energi alternatif.
Dengan pemakaian energi fosil yang cukup besar membuat membuat menipisnya simpanan hasil tambang membuat negara-negara berlomba-lomba untuk memakai energi alternatif. Sayang dibeberapa negara dengan keadaan alamnya yang terbatas membuat kesulitan untuk menghasilkan energi alternatif.
Begitu juga Indonesia, disini keuntungan dari Indonesia, dengan jumlah sumber alam yang cukup banyak membuat energi alternatif menjadi cukup mudah, tetapi hal itu harus didukung dengan pemerintah dengan membuat kebijakan yang mengarah untuk perkembangan pembuatan dan pemakaian energi alternatif.
Ketika saya bersurfing ria menemukan suatu post (artikel) yang cukup menarik. Pemakaian pasir menjadi energi alternatif.

Pada pertemuan tahunan para ahli silisium bulan Mei 2000 di Tromse, Norwegia, seperti yang diberitakan majalah Stren tanggal 9 November 2000, diperoleh ide untuk memanfaatkan pasir sebagai sumber energi alternatif masa depan yang diungkapkan oleh Prof Nobert Auner dari Universitas Frankfurt, Jerman.

Ide ini diperolehnya setelah dia mendengarkan presentasi Gudrun Tamme dari PT Wacker, Berghausen, Jerman, tentang "Silisium dan Tembaga Dioksida dalam Produksi Silikon merupakan Campuran yang Berbahaya?".

Tema ini diangkat berdasarkan pengalaman PT Wacker pada tahun 1998 yang memproduksi silan (produk antara dalam proses produksi silikon).

Silo tempat penyimpanan silisium dan tembaga dioksida menunjukkan kenaikan temperatur yang sangat tinggi, dari suhu ruang menjadi 200 derajat Celsius dan bahan campuran dalam silo tersebut menjadi sangat keras.

Selanjutnya silo tersebut dikurangi isinya hingga separuh, dengan harapan suhu akan turun. Akan tetapi, suhu dalam silo masih tetap tinggi, bahkan suhu di tengah silo menunjukkan angka 400 derajat Celsius.

Para pekerja berupaya menurunkan suhu silo dengan cara menyiramkan air pada bagian luar silo, karena sangat berbahaya apabila air bereaksi dengan silisium maka akan terjadi reaksi panas yang luar biasa, bahkan bisa menimbulkan ledakan pada silo.

Usaha ini belum berhasil, kemudian ditempuh upaya dengan mengalirkan gas nitrogen dan selanjutnya gas argon untuk menurunkan suhu silo. Usaha yang ditempuh terakhir ini menunjukkan hasil positif, suhu silo kembali normal.

Pada saat dilakukan penyaluran gas argon ke dalam silo, diketahui adanya "lava" dalam bahan campuran di dalam silo tersebut.

Lava ini yang memberikan ide bagi Prof Nobert Auner untuk memanfaatkan pasir yang memiliki penyusun utamanya silisium dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif masa depan.

Kondisi tersebut merupakan ide dasar untuk menggunakan pasir sebagai bahan bakar. Berdasarkan kondisi yang terjadi di PT Wacker tersebut dan hasil penelitian di Universitas Frankfurt, maka ada beberapa kemungkinan dalam pemanfaatan pasir tersebut.

1. Pasir terdapat di banyak tempat, baik dalam bentuk batuan atau pasir seperti yang terdapat di gurun pasir. Pasir sebagian besar tersusun oleh silisiumdioksida, sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku produksi silisium.

Dalam proses pengolahan silisiumdioksida menjadi silisium atau bahan metal yang berwarna abu-abu dapat digunakan energi yang ramah lingkungan dan disediakan oleh alam, yaitu energi angin atau tenaga dari sinar matahari.

Silisium merupakan bahan tidak beracun serta memiliki kandungan energi seperti karbon, yang merupakan inti energi fosil.

Energi dalam silisium tersimpan dengan aman karena adanya ikatan kimia, serta dapat dipindahkan ke tempat yang lain dengan aman. Sebagai bahan pembanding pada tabel I ditampilkan besarnya energi yang dihasilkan oleh beberapa sumber energi alternatif.

2. Silisium murni merupakan bahan baku industri yang bernilai miliaran dollar, karena silisium merupakan bahan baku untuk memproduksi chip komputer dan silikon.

Dari silikon masih dapat diproduksi beberapa macam barang lanjutan seperti bahan pembuatan cat, payudara buatan, bahan kosmetik, contact-lens, keramik, dan ban mobil.

Saat dilakukan proses produksi silisium menjadi silikon diperoleh produk samping cair, Tetramethylsilan (TMS) yang memiliki energi bakar sebesar bensin dari minyak bumi. Apabila TMS ini dibakar, maka akan dihasilkan energi serta gas CO2 yang lebih sedikit dibandingkan bensin serta pasir bersih.

Dengan demikian, TMS ini bisa digunakan sebagai bahan bakar alternatif masa depan, walaupun perlu diperhatikan pasir yang dihasilkan selama proses pembakaran.

3. Reaktor silisium merupakan reaktor yang ramah lingkungan, karena dalam proses pembakaran untuk menghasilkan energi, reaktor ini menggunakan gas O2 dan N2 yang banyak tersedia di udara bebas.

Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran dapat digunakan untuk menjalankan turbin yang dapat menghasilkan energi listrik.

Selain dihasilkan energi panas, dalam proses pembakaran juga dihasilkan pasir dan silisium nitrit, yang dapat digunakan untuk memproduksi keramik atau gelas. Selain itu, silisium nitrit bisa digunakan sebagai bahan pelapis yang tahan goresan, kelembaban udara, api, dan asam.

Di samping itu juga dihasilkan gas yang mempunyai komposisi 80 persen gas N2, CO2, dan O2 yang mirip dengan komposisi gas di udara bebas sehingga tidak banyak menimbulkan masalah polusi.

Adapun dari silisium nitrit sendiri dapat dihasilkan gas NH3 atau amoniak, yang juga dapat digunakan sebagai bahan bakar penggerak motor atau mobil di masa yang akan datang. Di samping itu amoniak juga bisa digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk urea atau pupuk nitrogen.

Apabila hal ini bisa dilaksanakan, maka akan dapat dilakukan perbaikan proses untuk menghasilkan pupuk urea, yaitu dengan tidak digunakannya lagi proses klasik Haber-Bosch yang membutuhkan temperatur dan tekanan yang tinggi serta memerlukan biaya proses yang mahal.

Selain itu, gas CO2, yang dikeluarkan selama proses dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan methan, bahan bakar pengganti bensin. Pembakaran gas methan juga akan menghasilkan gas CO2 lagi, tetapi menurut Daniel Herbst dari Universitas Karlsruhe, Jerman, dapat pula dihasilkan cairan bahan bakar yang bebas CO2 melalui proses bioteknologi atau elektrolisa.

Pengetahuan awal tentang penggunaan pasir sebagai bahan bakar alternatif di masa mendatang masih perlu dikembangkan lebih lanjut. Tetapi terobosan ilmiah ini perlu mendapat perhatian dari semua pihak baik pemerintah, perusahaan, dan lembaga penelitian atau perguruan tinggi yang memberikan prioritas dalam pengembangan energi masa depan.

Di Indonesia yang selama ini dimanja dengan berbagai fasilitas kekayaan alamnya, masih sangat rendah perhatiannya terhadap penggunaan energi secara efektif.

Hal ini sangat perlu diubah untuk mengantisipasi era globalisasi yang semakin dekat, karena isu penggunaan energi atau manajemen energi maupun manajemen lingkungan hidup akan menjadi isu penting dari produk-produk perdagangan dunia.

Dengan diberlakukannya ISO 14000 tentang manajemen lingkungan serta ISO 14040 mengenai Life Cycle Assessment (LCA) semakin menyadarkan kita bahwa pengelolaan lingkungan hidup, kekayaan alam, serta manajemen energi pasti akan menjadi salah satu isu penting di dunia perdagangan internasional.

Sumber : disini

Sumber Energi Alternatif

Penghematan ini sebetulnya harus telah kita gerakkan sejak dahulu karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi adalah sumber energi fosil yang tidak dapat diperbarui (unrenewable), sedangkan permintaan naik terus, demikian pula harganya sehingga tidak ada stabilitas keseimbangan permintaan dan penawaran. Salah satu jalan untuk menghemat bahan bakar minyak (BBM) adalah mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbarui (renewable).

Kebutuhan bahan bakar bagi penduduk berpendapatan rendah maupun miskin, terutama di pedesaan, sebagian besar dipenuhi oleh minyak tanah yang memang dirasakan terjangkau karena disubsidi oleh pemerintah. Namun karena digunakan untuk industri atau usaha lainnya, kadang-kadang terjadi kelangkaan persediaan minyak tanah di pasar. Selain itu mereka yang tinggal di dekat kawasan hutan berusaha mencari kayu bakar, baik dari ranting-ranting kering dan tidak jarang pula menebangi pohon-pohon di hutan yang terlarang untuk ditebangi, sehingga lambat laun mengancam kelestarian alam di sekitar kawasan hutan.

Sebetulnya sumber energi alternatif cukup tersedia. Misalnya, energi matahari di musim kemarau atau musim kering, energi angin dan air. Tenaga air memang paling banyak dimanfaatkan dalam bentuk pembangkit listrik tenaga air (PLTA), namun bagi sumber energi lain belum kelihatan secara signifikan.

Energi terbarukan lain yang dapat dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai untuk daerah pedesaan adalah energi biogas dengan memproses limbah bio atau bio massa di dalam alat kedap udara yang disebut digester. Biomassa berupa limbah dapat berupa kotoran ternak bahkan tinja manusia, sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daun-daunan sortiran sayur dan sebagainya. Namun, sebagian besar terdiri atas kotoran ternak.

Teknologi biogas

Gas methan terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri methan atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangi sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik (biomassa) sehingga terbentuk gas methan (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Sebetulnya di tempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat, (Kompas, 17 Maret 2005). Gas methan sama dengan gas elpiji (liquidified petroleum gas/LPG), perbedaannya adalah gas methan mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak.

Orang pertama yang mengaitkan gas bakar ini dengan proses pembusukan bahan sayuran adalah Alessandro Volta (1776), sedangkan Willam Henry pada tahun 1806 mengidentifikasikan gas yang dapat terbakar tersebut sebagai methan. Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan.

Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Jerman dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua Perang Dunia dan beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama Perang Dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena harga BBM semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun 1950-an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. (FAO, The Development and Use of Biogas Technology in Rural Asia, 1981).

Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit gas bio dengan prinsip yang sama, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyaluran gas bio yang terbentuk.

Dengan teknologi tertentu, gas methan dapat dipergunakan untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan energi listrik, menjalankan kulkas, mesin tetas, traktor, dan mobil. Secara sederhana, gas methan dapat digunakan untuk keperluan memasak dan penerangan menggunakan kompor gas sebagaimana halnya elpiji.

 

Alat pembangkit biogas

Ada dua tipe alat pembangkit biogas atau digester, yaitu tipe terapung (floating type) dan tipe kubah tetap (fixed dome type). Tipe terapung dikembangkan di India yang terdiri atas sumur pencerna dan di atasnya ditaruh drum terapung dari besi terbalik yang berfungsi untuk menampung gas yang dihasilkan oleh digester. Sumur dibangun dengan menggunakan bahan-bahan yang biasa digunakan untuk membuat fondasi rumah, seperti pasir, batu bata, dan semen. Karena dikembangkan di India, maka digester ini disebut juga tipe India. Pada tahun 1978/79 di India terdapat l.k. 80.000 unit dan selama kurun waktu 1980-85 ditargetkan pembangunan sampai 400.000 unit alat ini.

Tipe kubah adalah berupa digester yang dibangun dengan menggali tanah kemudian dibuat bangunan dengan bata, pasir, dan semen yang berbentuk seperti rongga yang ketat udara dan berstruktur seperti kubah (bulatan setengah bola). Tipe ini dikembangkan di China sehingga disebut juga tipe kubah atau tipe China (lihat gambar). Tahun 1980 sebanyak tujuh juta unit alat ini telah dibangun di China dan penggunaannya meliputi untuk menggerakkan alat-alat pertanian dan untuk generator tenaga listrik. Terdapat dua macam tipe ukuran kecil untuk rumah tangga dengan volume 6-10 meter kubik dan tipe besar 60-180 meter kubik untuk kelompok.

India dan China adalah dua negara yang tidak mempunyai sumber energi minyak bumi sehingga mereka sejak lama sangat giat mengembangkan sumber energi alternatif, di antaranya biogas.

Di dalam digester bakteri-bakteri methan mengolah limbah bio atau biomassa dan menghasilkan biogas methan. Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa, gas tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut dapat digunakan untuk keperluan memasak dan lain-lain. Biogas dihasilkan dengan mencampur limbah yang sebagian besar terdiri atas kotoran ternak dengan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya, dengan air yang cukup banyak.

Untuk pertama kali dibutuhkan waktu lebih kurang dua minggu sampai satu bulan sebelum dihasilkan gas awal. Campuran tersebut selalu ditambah setiap hari dan sesekali diaduk, sedangkan yang sudah diolah dikeluarkan melalui saluran pengeluaran. Sisa dari limbah yang telah â?dicernaâ? oleh bakteri methan atau bakteri biogas, yang disebut slurry atau lumpur, mempunyai kandungan hara yang sama dengan pupuk organik yang telah matang sebagaimana halnya kompos sehingga dapat langsung digunakan untuk memupuk tanaman, atau jika akan disimpan atau diperjualbelikan dapat dikeringkan di bawah sinar matahari sebelum dimasukkan ke dalam karung.

Untuk permulaan memang diperlukan biaya untuk membangun pembangkit (digester) biogas yang relatif besar bagi penduduk pedesaan. Namun sekali berdiri, alat tersebut dapat dipergunakan dan menghasilkan biogas selama bertahun-tahun. Untuk ukuran 8 meter kubik tipe kubah alat ini, cocok bagi petani yang memiliki 3 ekor sapi atau 8 ekor kambing atau 100 ekor ayam di samping juga mempunyai sumber air yang cukup dan limbah tanaman sebagai pelengkap biomassa. Setiap unit yang diisi sebanyak 80 kilogram kotoran sapi yang dicampur 80 liter air dan potongan limbah lainnya dapat menghasilkan 1 meter kubik biogas yang dapat dipergunakan untuk memasak dan penerangan. Biogas cocok dikembangkan di daerah-daerah yang memiliki biomassa berlimpah, terutama di sentra-sentra produksi padi dan ternak di Jawa Tengah, Jawa Timur, Sulawesi Selatan, Bali, dan lain-lain.

Pembangkit biogas juga cocok dibangun untuk peternakan sapi perah atau peternakan ayam dengan mendesain pengaliran tinja ternak ke dalam digester. Kompleks perumahan juga dapat dirancang untuk menyalurkan tinja ke tempat pengolahan biogas bersama. Negara-negara maju banyak yang menerapkan sistem ini sebagai bagian usaha untuk daur ulang dan mengurangi polusi dan biaya pengelolaan limbah. Jadi dapat disimpulkan bahwa biogas mempunyai berbagai manfaat, yaitu menghasilkan gas, ikut menjaga kelestarian lingkungan, mengurangi polusi dan meningkatkan kebersihan dan kesehatan, serta penghasil pupuk organik yang bermutu.

Untuk menuai hasil yang signifikan, memang diperlukan gerakan secara massal, terarah, dan terencana meliputi pengembangan teknologi, penyuluhan, dan pendampingan. Dalam jangka panjang, gerakan pengembangan biogas dapat membantu penghematan sumber daya minyak bumi dan sumber daya kehutanan. Mengenai pembiayaannya mungkin secara bertahap sebagian subsidi BBM dialihkan untuk pembangunan unit-unit pembangkit biogas. Melalui jalan ini, mungkin imbauan pemerintah mengajak masyarakat untuk bersama-sama memecahkan masalah energi sebagian dapat direalisasikan.

Energi Gelombang Laut

Laut melingkupi 70 persen permukaan bumi. Gelombangnya menyimpan energi besar yang dapat menggerakkan turbin-turbin sehingga mengasilkan listrik. Problemnya agak sulit memperkirakan kapan gelombang laut cukup besar sehingga memproduksi energi yang cukup.


Solusinya adalah dengan menyimpan sebagian energi ketika gelombang cukup besar. Sungai Timur kota New York saat ini sedang menjadi proyek percobaan dengan enam turbin bertenaga gelombanng air. Sedangkan Portugis justru sudah lebih dulu mempraktikan teknologi ini dan sukses menerangi lebih dari 1500 rumah.

Tenaga Surya

Energi surya yang sampai di bumi terbentuk dari photon, dapat dikonversikan menjadi listrik atau panas. Beberapa perusahaan dan perumahan sudah berhasil menggunakan aplikasi ini. Mereka memakai sel surya dan termal surya lain sebagai media pengumpul energi.

 

Sumber : google

Memproduksi Minyak Secara Alami

Ada proses bernama thermo-depolymerization, suatu proses yang sama dengan bagaimana alam memproduksi minyak. Misalnya limbah berbasis karbon jika dipanaskan dan diberi tekanan tepat, mampu menghasilkan bahan minyak. Secara alamiah proses ini membutuhkan waktu jutaan tahun. Dari eksperiman yang sudah-sudah, kotoran ayam kalkun mampu memproduksi sekitar 600 pon petroleum.

sumber : google

Diperlukan Peta Potensi Energi Alternatif

Menghadapi krisis energi yang dihadapi bangsa, pemerintah daerah diimbau membuat peta potensi berbagai energi alternatif yang ada di wilayah masing-masing, khususnya potensi energi terbarukan.

"Pemerintah daerah perlu memetakan energi terbarukan sehingga pengembangan energi alternatif bisa segera dilakukan sesuai dengan potensi setiap wilayah," kata anggota staf pengembangan program Pusat Studi Energi Universitas Gadjah Mada, Rita Kristiyani, kepada wartawan, Jumat (30/5) di Gedung Rektorat UGM, Yogyakarta.

Rita mencontohkan, potensi air untuk dikembangkan menjadi pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTM) masih sangat besar di berbagai wilayah di Indonesia. Potensi air cukup mudah ditemukan di daerah yang topografinya berbukit-bukit. Selain untuk listrik, pengembangan PLTM juga bermanfaat dalam menjaga kelestarian lingkungan, yaitu hutan, tanah, dan air. Karena itu, pemerintah daerah perlu lebih serius mengembangkan potensi tenaga mikrohidro ini.

Berdasarkan data sekunder dan analisis hidrologi yang tepat, pembuatan PLTM bisa dirancang dengan baik. Dengan bantuan pemetaan potensi energi alternatif, perancangan PLTM maupun sumber-sumber energi alternatif lain bisa segera ditindaklanjuti.

Untuk menghemat energi, Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Tumiran juga mengusulkan agar masyarakat ekonomi mampu memasang sel surya atau pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) skala rumah tangga di rumah masing-masing. Dengan menggunakan PLTS, keluarga mampu diharapkan tidak lagi menggunakan listrik dari PLN.

"Penghematan bisa mencapai Rp 10 triliun per tahun. Industri baterai berkembang, lapangan kerja akan terbuka," kata Tumiran.

Sumber : Kompas

Alpukat dalam Tangki Bahan Bakar Biodiesel

Saat ini, hampir 80% kebutuhan energi dunia dipenuhi oleh bahan bakar fosil. Padahal, seperti kita ketahui, penggunaan bahan bakar fosil menimbulkan dampak yang negatif bagi lingkungan karena turut berkontribusi terhadap timbulnya global warming. Oleh karena itu, sudah saatnya kita melepaskan diri dari ketergantungan terhadap bahan bakar fosil dan mulai beralih ke bahan bakar alternatif. Salah satu bahan bakar alternatif tersebut yaitu biodiesel.
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari alkil ester rantai pendek yang diperoleh melalui trans-esterifikasi minyak nabati atau lemak hewan. Nama jarak pagar, malapari, sawit tentunya sudah familiar bagi kita sebagai sumber biodiesel yang populer di Indonesia saat ini. Namun, pernahkah teman-teman mendengar biodiesel dari alpukat? Buah yang sering kita konsumsi dalam bentuk juice atau potongan-potongan kecil dalam es campur.
Bagi penjaja es campur, mungkin biji alpukat hanya menjadi jatah keranjang sampah. Setelah dagingnya diambil, biji kemudian dibuang percuma. Namun beberapa tahun kedepan, biji Persea americana pasti bakal jadi rebutan. Minyak biji alpukat mengandung fatty acid methyl esters yang berpotensi sebagai bahan bakar alternatif: avocado biodiesel. Alpukat memiliki kandungan minyak yang cukup tinggi. Pada tabel di bawah ini akan ditunjukkan perolehan minyak/ha lahan dari beberapa tumbuhan.

Tanaman	Perolehan [kg/ha]	Perolehan [liter/ha]
kedelai	375	446
jarak	1590	1892
bunga matahari	800	952
alpukat	2217	2638
kacang tanah	890	1059
sawit	5000	5950

Dari tabel, dapat dilihat bahwa kandungan minyak alpukat lebih tinggi dibandingkan tanaman-tanaman seperti kedelai, jarak, bunga matahari, dan kacang tanah. Namun, kandungan minyak alpukat masih lebih rendah dibandingkan sawit.
Image “sebutir buah sejuta manfaat” sesaat lagi bakal disandang alpukat. Daging buah yang lezat berpadu dengan minyak biji yang dapat digunakan sebagai biodiesel. Kelak bisa saja mobil berbahan bakar minyak alpukat akan melintas dijalanan layaknya mobil biasa. Apakah mungkin? Jawabnya mungkin saja. Sebab hal itu sudah terjadi di Amerika Serikat sejak akhir 2004. Serombongan ekolog yang dipimpin Zak Zaidman melakukan melakukan perjalanan dari California ke Costarica berkendaraan bus berbahan bakar biodiesel alpukat. Bus keluaran sebuah pabrik di Amerika serikat tahun 1974 itu diisi dengan 130 liter minyak alpukat. Bus melintasi Guatemala, El Savador, Honduras, Nicaragua, dan terakhir Costarica dengan bahan bakar tersisa 55 liter. Hal itu karena kadar belarang dalam Persea americana kurang dari 15 ppm (kadar belerang solar umumnya 1500-4100 ppm) sehingga pembakaran berlangsung sempurna. Emisi CO dan CO2 bisa ditekan sehingga polusi udara pun bisa dikurangi.
Beragam penelitian mendukung penggunaan minyak alpukat sebagai biodiesel. The National Biodiesel Foundation (NBF), telah meneliti buah alpukat sebagai bahan bakar sejak 1994. Joe Jobe, executive director NBF, memaparkan bahwa alpukat mengandung lemak nabati yang tersusun dari senyawa alkyl ester. Bahan ester itu memiliki komposisi sama dengan bahan bakar diesel solar, bahkan lebih baik nilai cetane nya dibandingkan solar sehingga pantas bila gas buangannya pun lebih ramah lingkungan.
Indonesia sebagai negara agraris, kaya akan berbagai jenis tanaman. Alpukat hanyalah satu dari berbagai jenis tanaman tersebut. Masih banyak tanaman-tanaman lain yang berpotensi digunakan sebagai sumber biodiesel. Bahkan mungkin tanaman-tanaman tersebut ada di sekitar kita, tetapi kita tidak menyadari potensi yang dimilikinya. Semoga artikel ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan bagi teman-teman.
sumber klik sini

Biomass To Liquid

Sebagian besar sumber energi yang digunakan di dunia saat ini berasal dari sumber daya alam yang tak terbarukan yaitu minyak bumi. Minyak bumi umumnya digunakan sebagai bahan bakar pada sektor pembangkit listrik dan sektor transportasi. Pada sektor pembangkit listrik, ketergantungan terhadap minyak bumi dapat dikurangi dengan penggunaan beberapa sumber energi alternatif seperti batu bara, angin, panas bumi, tenaga surya, dan sebagainya. Sebaliknya, ketergantungan minyak bumi di sektor transportasi, yang merupakan 21% konsumsi energi primer di dunia, tidak dapat digantikan dengan sumber-sumber energi alternatif tersebut karena hingga saat ini, dengan mempertimbangan teknologi existing dan berbagai karakteristik berbagai macam bahan bakar, bahan bakar minyak (atau cair) merupakan satu-satunya bahan bakar yang dapat digunakan untuk kendaraan.
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?
sumber klik sini

Co-production of Bioethanol

Seperti yang telah kita ketahui bersama, Indonesia kaya akan biomassa, apapun itu bentuknya. Oleh karena itu, pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi sangat potensial untuk dikembangkan. Berikut ini adalah paparan ringkas tentang produksi bioetanol dari bahan baku biomassa (bahan berselulosa) yang dikaitkan dengan produksi biofuel yang lain serta sedikit pembahasan tentang bio/catalytic refineries dan integrasinya dengan conventional refineries.

 

 

Hydrogen Production

Konversi biomassa menjadi hidrogen secara biologi dapat dilakukan dengan proses photofermentation maupun darkfermentation. Perolehan hidrogen dengan dark fermentation hanya mencapai 10-20% dari jumlah kandungan hidrogen dalam bahan organik teoretik. Perolehan hidrogen bervariasi dari 0,52 mol/mol heksosa yang diperoleh jika menggunakan subtrat molase dalam batch culture Enterobacter aerogenes, hingga 2,3 mol/mol heksosa jika menggunakan glukosa sebagai substrat dalam continuous culture Clostridium butyricum. Selain perolehan yang rendah, permasalahan lain yang ada dalam produksi hidrogen secara fermentasi adalah konsumsi hidrogen oleh organisme lain seperti metanogenik sehingga substrat awal harus di sterilisasi terlebih dahulu dan menggunakan inokulum yang dalam keadaan murni. Proses produksi hidrogen yang berdiri sendiri dengan cara ini masih tidak laik untuk diaplikasikan saat ini.

Methane Production

Dalam ekosistem anaerobik degradasi biomassa (yang tak tersterilisasi) secara normal dapat mengikuti jalur yang diilustrasikan pada Fig 1. Jika tidak ada akseptor elektron anorganik seperti sulfat atau nitrat, metana menjadi produk akhir proses karena semua senyawa intermediet dari bakteri fermentasi dapat di degradasi menjadi metana, karbondioksida, dan air. Hampir 90% energi dalam biomassa terkonversi menjadi produk akhir dan hanya 10% digunakan untuk bakteri fermentasi. Dalam tahap akhir proses pembentukan metana, karbon (dalam biomassa) hampir sepenuhnya diubah menjadi keadaan paling teroksidasi (CO₂) dan paling tereduksi (CH₄). Hanya 4% energi digunakan unuk mikroorganisme dan 86% energi terkandung dalam metana.
Dalam proses fermentasi metanogenik secara umum diperoleh perolehan metana mendekati perolehan maksimum teoretik 3 mol CH₄/mol glukosa.

Production Biofuels Using the Maxifuel Concept

Proses produksi hidrogen, metana, dan bioetanol dapat dilangsungkan secara terintegrasi, seperti dalam Maxifuel concept (ilustrasi Fig 2). Konsep ini didesain untuk produksi Etanol dari bahan lignoselulosa, untuk menghasilkan jumlah biofuel yang maksimum per unit raw material dan memanfaatkan residu untuk konversi lebih lanjut menjadi energi. Produk utama bioetanol digunakan untuk bahan bakar transportasi dan penekanan proses ini untuk optimasi produksi etanol. Produksi biofuel yang lain seperti metana, hidrogen, dan produk bernilai lain seperti bahan bakar padat akan menambah nilai lebih pada proses. Proses ini juga ramah lingkungan karena dilakukan recycle dan reuse aliran keluaran. Pengembangan produksi etanol berbasis bahan lignoselulosa dapat diintegrasikan lebih lanjut dalam produksi bioetanol konvensional dari bahan jagung, dimana residu jagung dan fiber dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan produktivitas 20% seperti tertera pada ilustrasi Fig 3.
Lebih dari 19% bahan baku terpisahkan sebagai padatan, yang dapat dimanfaatkan untuk proses pembakaran. Jika diinginkan, fraksi ini dapat ditingkatkan, sebaliknya jika tidak diinginkan dapat diresirkulasi pada proses pretreatment bersama dengan bahan baku. Neraca massa dari proses Maxifuel dapat dilihat pada ilustrasi Fig 4. Pilot plant proses ini telah di buat di Technical University of Denmark, DTU (ilustrasi Fig 5) dan konsep ini akan didemonstrasikan pada tahun 2008.
Proses Maxifuel yang telah dipatenkan terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut:

1. Pretreatment
   Proses pretreatment dari bahan lignoselulosa lebih intensif dibandingkan dengan bahan gula dan bahan berpati. Metode pretreatment bahan lignoselulosa sekarang ini mengonsumsi 30-40% biaya total untuk produksi bioetanol.
2. Hydrolysis
   Hidrolisa keluaran tahap pretreatment direaksikan dengan enzim untuk memecah selulosa dan hemiselulosa menjadi heksosa dan pentosa sehingga dapat di fermentasi mejadi etanol. Harga enzim sangat mahal, sehingga penelitian untuk mendapatkan enzim dengan aktivitas tinggi dan harga murah adalah kunci untuk mengatasi hambatan ini. Adapun cara lain untuk mereduksi biaya adalah dengan melakukan recycle loops untuk mengumpan balik enzim dalam tangki hidrolisis enzimatik.
3. Fermentation of C6 sugars
   Tahap hidrolisis dapat dioptimalkan dengan melakukan kombinasi hidrolisis enzymatik bersamaan dengan proses fermentasi oleh ragi (simultaneous saccharification and fermentation, SSF). Temperatur optimum enzim yang lebih tinggi dari pada temperatur optimum ragi dapat mengurangi keuntungan menggunakan proses SSF dibandingkan dengan proses terpisah. Ragi roti Saccharomyces cerevisiae digunakan untuk menghasilkan etanol, dan telah banyak digunakan dalam produksi skala industrial. Produktivitas etanol yang besar serta toleran terhadap etanol dan inhibitor lain dalam hidrolisa biomassa adalah alasan penting digunakannya organisme ini, meskipun proses fermentasi xylose organisme ini kurang.
4. Separation
   Setelah fermentasi glukosa oleh ragi dalam konsep Maxifuel, lignin dipisahkan dengan menggunakan filter, yang sangat mungkin didapatkan lignin dengan berat kering yang tinggi untuk menghindari pembuangan xylose dan etanol yang berada dalam fasa likuid.
5. Fermentation of C5 sugars
   Gula residu dalam hidrolisat setelah proses fermentasi oleh ragi di fermentasikan lagi menggunakan mikroorganisme termofilik, Thermobacter BG1. Modifikasi genetik pada mikroorganisme ini dapat menghasilkan 38,7 g/L atau 5,4% v/v etanol dalam sistem kontinu dari hidrolisa bahan nondetoxified lignoselulosa. Temperatur pertumbuhan pada 75^oC memberi kemudahan untuk proses distilasi etanol dari reaktor. Operasi pada kondisi termofilik dapat menurunkan pengaruh kontaminasi, yang merupakan hambatan utama proses fermentasi pada kondisi mesofilik. Selama proses fermentasi gula residu ini, 0,5 sampai 1,1 mol hidrogen/mol substrat dihasilkan sebagai produk samping. Untuk optimasi kelayakan, proses fermentasi termofilik bioetanol dilakukan dalam sistem reaktor terimobilisasi. Imobilisasi organisme ini dalam up flow reactor meningkatkan toleransi etanol, meningkatkan konversi substrat, dan menurunkan sensitivitas ketidakseimbangan proses fermentasi
6. Anaerobic digestion of process water and recirculation
   Efluen dari produksi bioetanol masih mengandung bahan organik yang besar, kecuali karbohidrat. Anaerobik digestion telah lama digunakan untuk mengolah limbah yang mengandung zat organik dalam konsentrasi yang tinggi. Keuntungan proses ini antara lain menstabilkan aliran limbah, efisiensi reduksi kandungan zat organik tinggi, dan produksi metana sebagai bahan baku energi. Pendapatan dari produksi metana dapat mengurangi biaya produksi bioetanol hingga mencapai 34%. Efluen dari tahap fermentasi mengandung lignin berberat molekul rendah yang dihasilkan selama proses fisik-kimia pada tahap pretreatment, yang berupa senyawa aromatik. Senyawa aromatik ini secara umum sukar di degradasi pada proses anaerob, dan jika digunakan kembali akan menginhibisi proses fermentasi. Oleh karena itu, pencapaian dalam proses purifikasi anaerobik yang dapat mendegradasi senyawa ini sangat penting dilakukan.

Bio/Catalytic Refineries

Perkembangan lanjut biorefineries dapat dilakukan dengan teknik hibrida menggabungkan proses konversi biologi dengan proses hilir katalitik. Proses dalam autothermal reformer dengan efisiensi tinggi dapat mengubah 1 mol etanol menjadi 5 mol hidrogen. Jika digabungkan dengan proses biologi dimana 2 mol etanol dihasilkan dari setiap molekul gula (glukosa) perolehan hidrogen dalam dua tahap menjadi 83 % dari nilai maksimum teoretik, lebih besar jika dibandingkan dengan proses fermentasi yang hanya mencapai 10-20%. Selain itu, dihasilkan juga hidrogen dari proses fermentasi termofilik yang akan menambah perolehan hidrogen pada keseluruhan proses mendekati nilai maksimal teoretik yaitu 12 mol hidrogen/mol monosakarida.
Hidrogen dipandang sebagai salah satu energi masa depan. Pengenalan proses hilir konversi katalitik biofuel memungkinkan digunakannya bahan bakar yang tidak memerlukan perlakuan yang lebih kompleks (etanol untuk menghasilkan hidrogen) untuk alat transportasi dengan menggabungkan teknologi fuel cell.

Integrated Conventional and Bio/Catalytic Refineries

Adanya perhatian dan perkembangan yang pesat pemanfaatan biomassa sebagai bahan baku energi, tidak menutup kemungkinan bahan bakar minyak akan terganti semua dalam kurun waktu 50 tahun. Integrasi antara conventional refineries dengan bio/catalytic refineries akan menimbulkan kesinergian dalam proses, ketersediaan bahan kimia, dan logistik. Beberapa aliran proses, limbah, dan panas dari conventional refinery dapat dimanfaatkan dalam biorefinery (ilustrasi Fig 6). Air pendingin dan beberapa aliran efluen dapat digunakan sebagai air proses dalam biorefinery. Conventional refinery memiliki sejumlah besar energi dengan temperatur rendah yang dapat ditukar dan dimanfaatkan untuk energi proses dalam biorefinery. Produk biorefinery dapat digunakan sebagai bahan baku untuk bermacam-macam proses dalam conventional refinery. Sebagai contoh, etanol digunakan sebagai bahan campuran produk gasolin.
Hidrogen yang dihasilkan dari proses biologi dapat dimanfaatkan untuk proses hidrogenasi dalam conventional refiery. Methane dari proses biorefinery dapat digunakan untuk bahan bakar, dan dapat juga digunakan sebagai bahan baku proses reformasi katalitik untuk menghasilkan hidrogen. Dapat juga digunakan untuk menghasilkan gas sintesis (CO/H₂), yang dapat dimanfaatkan dalam proses gas to liquids atau produksi metanol. Adanya tahap proses katalitik antara kedua refinery ini dapat meningkatkan keuntungan dua kali lipat , karena hidrokarbon keluaran proses katalitik dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku proses refining lebih lanjut pada coventional refinery.
sumber klik sini