Bahan Bakar Biomasa dan Mobil Listrik

 Dunia seharusnya semakin hijau, begitulah harapan semua orang yang paham dan peduli lingkungan. Banyak sudah aksi nyata untuk terus membuat dunia semakin hijau atau hijau kembali. Bahan bakar fossil adalah faktor kerusakan lingkungan yang telah membuat konsentrasi CO2 di bumi lebih dari 400 ppm. Dampaknya adalah perubahan iklim dan pemanasan global, dan ini menjadi fokus perbaikan lingkungan saat ini. Selain itu praktek penggundulan hutan adalah faktor lain yang membuat bumi semakin tandus dan gersang. Dampaknya sangat besar pada rantai ekosistem termasuk pangan manusia dan potensi bencana alam.

Gambar diambil dari sini

Dalam era kurang lebih 10 tahun mendatang Indonesia akan akan kehabisan cadangan minyak buminya dan saat ini sudah sebagai nett importer minyak bumi karena produksi minyak buminya sudah tidak mampu memenuhi konsumsi dalam negerinya. Bukankah Indonesia masih memiliki cadangan gas, sehingga bisa digunakan hingga 50 tahun ke depan? Walaupun secara teknis sangat bisa dilakukan, tetapi penggunaan gas alam menggantikan bahan bakar minyak bumi tidak menjadi solusi untuk masalah lingkungan atau tidak sejalan dengan arah dunia untuk perbaikan lingkungan. Hal tersebut karena baik bahan bakar minyak dan gas alam adalah bahan bakar fossil atau bahan bakar karbon positif yang berkontribusi meningkatkan konsentrasi CO2 di atmosfer. Sehingga penggunaan gas alam tidak menjadi solusi.

Mobil listrik adalah upaya mengurangi atau mengeliminasi emisi CO2 di sektor transportasi. Saat ini telah mulai banyak mobil listrik diproduksi untuk menggantikan mobil berbahan bakar minyak bumi atau juga mobil hybrid sebagai "jembatan" peralihannya. Beberapa produsen mobil listrik saat ini antara lain Tesla, Toyota, BMW, Mitsubishi, Ford dan sebagainya. Mobil listrik sejauh ini telah mendapat tanggapan positif dari berbagai kalangan, tetapi karena harga jual masih relatif mahal dan ketersediaan unit-unit pengisian baterai yang masih minim saat ini penggunanya masih terbatas. Tetapi bisa saja dalam beberapa waktu ke depan segera membanjiri jalanan apabila kebijakan lingkungan untuk pengurangan dan pembatasan energi fossil ditingkatkan.

Pertanyaan fundamental dari aspek lingkungan adalah darimana mobil listrik tersebut mendapat pasokan listrik sebagai sumber energinya? Apabila mobil listrik tersebut mendapat listrik dari pembangkit listrik berbahan bakar fossil seperti batubara, gas alam dan sebagainya, itu sama saja bohong karena hanya memindahkan lokasi penghasil emisi CO2 dari mobil-mobil ke pembangkit-pembangkit listrik. Biomasa khususnya kayu-kayuan ataupun limbah-limbah pertanian dapat sebagai sumber energi khususnya energi listrik tersebut. Hal tersebut berarti bahwa biomasa tersebut harus diubah menjadi listrik dan digunakan untuk mengisi baterai mobil listrik tersebut. 

Power gasifier, stirling engine, ORC (Organic Rankine Cycle) dan sebagainya adalah teknologi untuk mengubah biomasa tersebut menjadi energi listrik. Pembangkit-pembangkit listrik biomasa seperti power gasifier dan stirling engine bisa berukuran kecil sehingga bisa banyak tersebar di seluruh pelosok negeri. Kebun-kebun energi akan banyak dibuat untuk hal tersebut demikian juga pemanfaatan limbah-limbah pertanian juga semakin dioptimalkan sehingga tidak mencemari lingkungan lagi. Sedangkan abu dari pembakaran dapat dikembalikan ke lahan-lahan perkebunan dan pertanian sebagai pupuk.

Hal di atas tersebut secara teknis berbeda dengan penggunaan gasifier ataupun stirling engine untuk penggerak kendaraan, walaupun secara aspek lingkungan sama. Pada era krisis minyak beberapa dekade lalu gasifier dipasang pada bagian belakang mobil untuk menyuplai gasnya sebagai bahan bakar mobil tersebut. Sedangkan pada stirling engine karena merupakan external combustion engine atau heat engine, maka ada unit pembakaran atau produksi panas yang digunakan untuk sumber energi stirling engine tersebut. Pada mobil listrik tidak perlu memasang gasifier atau heat producer tetapi cukup dengan memasang baterai sebagai penghasil listrik yang diubah menjadi energi mekanik. 

Penggunaan biomasa sebagai sumber bahan bakar bisa dengan dibuat wood chip atau wood pellet tergantung faktor teknis dan ekonominya. Ketika jarak dengan pembangkit listriknya dekat sehingga biaya transportasi murah, maka biomasa tersebut cukup dibuat wood chip sedangkan kalau jaraknya jauh, maka dibuat wood pellet akan menghemat biaya transportasinya. Pada akhirnya supaya benar-benar mobil listrik ini sebagai solusi lingkungan, maka sumber energinya juga harus dari sumber terbarukan dan biomasa adalah sumber energi paling potensial di Indonesia. Integrasi perkebunan energi dan peternakan akan menjadi solusi jitu dan benar-benar akan membuat dunia semakin hijau, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Selain itu sumber energi biomasa khususnya kayu-kayuan sangat layak dikembangkan di Indonesia dan lebih unggul daripada Solar PV, lebih detail baca disini. 

Heat Gasifier dan Stirling Engine Untuk Solusi Listrik Desa Terpencil

Desa-desa terpencil yang jauh dari jaringan listrik PLN akan sulit mendapatkan pasokan listrik, apalagi yang berada di pulau-pulau kecil dengan penduduk terbatas. Desa-desa terpencil tersebut juga pada umumnya merupakan desa-desa tertinggal sehingga masih perlu perhatian khusus. Saat ini desa-desa seperti itu masih sangat banyak ditemukan di Indonesia, yakni 60% atau sekitar 50.000 desa, sebagai gambaran lebih riil di Jawa dengan rasio rata-rata 3 dari 10  sedangkan di Sumatra rasionya rata-rata 7 dari 10 dan Irian 9 dari 10 desa masuk desa tertinggal. Salah satu upaya memberi perhatian dan mengembangkan desa-desa tersebut adalah dengan tersedianya aliran listrik untuk berbagai keperluan mereka termasuk akses informasi dengan dunia luar. Ketersediaan energi khususnya listrik juga mendorong mereka untuk bisa mandiri dengan berabagai macam produksi. 

Berdasarkan kondisi di atas sehingga dibutuhkan pembangkit-pembangkit kecil yang bisa dioperasikan di desa-desa terpencil tersebut. Konsep desentralisasi akan mampu menjangkau daerah-daerah tersebut. Untuk menjalankan pembangkit-pembangkit tersebut dengan mudah juga dibutuhkan sumber energi yang banyak terdapat di desa-desa tersebut dan biomasa khususnya kayu-kayuan pada umumnya banyak dan berlimpah di daerah-daerah pedesaan tersebut. Bahkan untuk mendapatkan pasokan sumber energi kayu-kayuan tersebut bisa juga dilakukan secara khusus misalnya dengan pembuatan kebun energi. Kebun energi dengan tanaman leguminoceae seperti kaliandra akan sangat efektif dan efisien untuk terus menjaga pasokan kayu pada pembangkit-pembangkit tersebut. Selain itu kebun energi juga sangat dimungkinkan untuk diintegrasikan dengan peternakan seperti domba dan sebagainya.

Gasifikasi adalah teknologi yang banyak digunakan untuk pembangkit listrik dari biomasa atau masuk kelompok power gasifier. Masalah operasional pada gasifikasi biasanya pada pembersihan gas. Tar adalah pengotor utama unit gasifikasi sehingga perlu sering perawatan untuk menjaga gasnya tetap bersih. Semakin baik unit pembersihan gas (syngas cleaning system) maka periode perawatan semakin jarang dan begitu juga sebaliknya. Semakin baik unit tersebut biasanya juga akan semakin rumit dan semakin mahal. Mesin motor bakar (internal combustion engine) selalu membutuhkan pasokan bahan bakar bersih untuk bisa beroperasi secara stabil. Bahan bakar kotor akan mengganggu operasional pembangkit tersebut, seperti kerak dan penyumbatan pada ruang bakar dan sebagainya. 

Alternatif lain pembangkit listrik biomasa tersebut adalah dengan stirling engine. Stirling engine memiliki kesamaan dengan internal combustion engine yakni alat atau konverter yang menghasilkan energi mekanik yang selanjutnya diubah menjadi listrik dengan generator. Perbedaannya stirling engine adalah heat engine yang mengubah panas menjadi energi mekanik. Sedangkan produksi panas dilakukan diluar alat tersebut, sehingga stirling engine bisa juga sebagai external combustion engine apabila sumber panas berasal dari pembakaran diluar unit tersebut. Dalam hal inilah sehingga gasifikasi juga bisa digunakan, tetapi diposisikan sebagai heat producer atau penghasil panas yang digunakan untuk oleh stirling engine. Gasifier yang menggunakan biomasa untuk menghasilkan panas masuk kelompok heat gasifier. Konfigurasi heat gasifier lebih sederhana dibandingkan dengan power gasifier, hal ini dikarenakan pada heat gasifier tidak dibutuhkan perangkat pembersihan dan pengkondisian gas yang rumit seperti pada power gasifier. Apalagi yang digunakan adalah jenis downdraft gasifier yang jumlah pengotor tarnya sudah minimal.

Skema dari power gasifier

Skema dari heat gasifier

Stirling engine sama seperti gasifikasi juga bukan hal baru. Kedua teknologi ini banyak digunakan ketika terjadi krisis energi beberapa dekade lalu. Saat itu kedua teknologi tersebut banyak digunakan untuk menggerakan berbagai sarana transportasi dan juga pembangkit listrik. Ketika kondisi saat ini kesadaran penggunaan bahan bakar fossil semakin harus dikurangi atau bahkan tidak boleh menggunakan bahan bakar fossil atau karena tekanan aspek lingkungan maka energi terbarukan menjadi pilihan dan teknologi seperti gasifikasi dan stirling engine muncul kembali. Faktor spesifik untuk kondisi Indonesia juga turut menjadi daya dorong adalah daerah yang luas dan masih banyak berada di daerah terpencil sedangkan pasokan khususnya bahan bakar minyak sulit didapat sementara biomasa kayu-kayuan melimpah dan sangat mudah didapat. Solusi pembangkit listrik biomasa skala kecil yang praktis, mudah operasional, efisien dan minim perawatan akan menjadi solusi kelistrikan Indonesia dan juga solusi lingkungan. 

InsyaAllah Tidak Lama Lagi, Pembangkit Listrik Kita Hanya Seukuran Kulkas

 Sekitar pertengahan tahun 1980an, listrik baru masuk ke tempat tinggal saya di Bantul, Yogyakarta. Sedangkan di tempat nenek saya di Kulon Progo, Yogyakarta malah lebih lama lagi, yakni akhir 1980an atau awal 1990an. Sudah hampir 30 tahun listrik telah menjadi bagian tak terpisahkan dalam kehidupan kita. Berbagai aktivitas manusia menjadi lebih mudah dengan adanya listrik tersebut. Bahkan sejumlah aktivitas dan profesi sangat tergantung dengan penggunaan listrik tersebut, sebagai contoh di industri manufaktur modern. Beberapa dari kita mungkin ada yang bertanya secara umum seperti,  bagaimana listrik tersebut dihasilkan, dimana pembangkit listrik tersebut, mengapa belum semua daerah di Indonesia mendapat aliran listrik, dengan apa listrik bisa dibangkitkan, mengapa tarif atau biaya listrik terus naik setiap waktu, dan sebagainya. Lebih sedikit lagi mungkin ada yang menanyakan seperti apakah mungkin membangkitkan dan mencukupi kebutuhan sendiri listriknya, apakah ada kaitannya produksi listrik yang selama ini kita gunakan dengan peningkatan karbon (CO2) di atmosfer, dan bisakah menjadi bagian dari solusi terhadap penurunan CO2 di atmosfer dengan membangkitkan sendiri listrik tersebut. Tentu saja sederet pertanyaan diatas membutuhkan jawaban yang panjang lebar sehingga menjelaskan salah satu masalah penting tentang di sektor energi, khususnya listrik.

Sekitar 20 tahun lalu, apabila memiliki minat besar pada go green atau energi terbarukan, efisiensi energi dan lingkungan berkelanjutan (sustainable environment) maka itu adalah sesuatu hal aneh dan membuat peminatnya "terisolir". Tetapi setelah 20 tahun berlalu ternyata minat tersebut sekarang malah menjadi bagian cara berpikir dan hidup dalam keseharian, dan bukan mustahil tidak lama lagi akan menjadi mainstream. Indikasinya pasar untuk energi dan teknologi ramah lingkungan semakin berkembang. Listrik juga merupakan bentuk energi yang sangat fleksibel dalam penggunaannya sehingga bisa bisa menjadi dikonversi ke bentuk lain, seperti mekanik, panas, cahaya dan sebagainya.

Sebagai muslim ketika kita membaca dan mengimplementasikan Al Qur'an maka biomasa khususnya kayu-kayuan adalah jawaban sumber energi tersebut. Petunjuk Al Qur'an tersebut dalam QS Yaasiin : 80, QS Al Waqi'ah : 71-72, dan QS An Nuur : 35 dan untuk penjelasan lebih rinci bisa dibaca disini. Faktor lainnya yakni kesadaran masyarakat global untuk menurunkan suhu bumi dengan tidak menambah CO2 di atmosfer, sehingga biomasa sebagai solusi jitu. Wood pellet sebagai produk biomasa kayu-kayuan untuk sektor energi sangat populer dan menjadi perhatian dunia saat ini. Termasuk juga untuk pembangkit listrik, bahkan penggunaan untuk pembangkit listrik ini sangat mendapat perhatian serius. Dengan menjadi produk wood pellet tersebut maka sisi transportasi, pengemasan hingga penggunaannya menjadi lebih mudah. Harga wood pellet pun sangat bersaing dan menjadi produk energi paling murah ditinjau dari kandungan kalorinya atau nilai panasnya.

Biomasa kayu-kayuan berasal dari pepohonan atau tanaman yang bisa tumbuh hampir di semua tempat di Indonesia. Berdasarkan hal tersebut seharusnya pembangkit listrik juga bisa disebarkan di seluruh lokasi yang berdekatan dengan sumber biomasa tersebut, bahkan pembangkit listrik kecil untuk rumah tangga juga bisa dibuat. Sebuah pembangkit listrik hanya seukuran kulkas seperti gambar dibawah ini telah digunakan di sejumlah negara di Eropa dengan bahan bakar wood pellet. Sedikit modifikasi bisa dilakukan di Indonesia, karena iklimnya tropis yang tidak pernah mengalami musim dingin hingga dibawah 0 C, sehingga selain untuk pembangkit listrik juga bisa untuk memasak, sedangkan di Eropa selain listrik juga menyediakan panas untuk pemanas ruangan atau biasa dengan sebutan CHP (Combine Heat and Power). Stirling engine banyak digunakan dalam CHP engine tersebut karena ukurannya kecil dan efektif hingga kapasitas 100 KW. Gasifikasi dan ORC (Organic Rankine Cycle) juga banyak digunakan untuk kapasitas menengah. Baik Stirling engine, maupun ORC mendapatkan panas dari pembakaran biomasa, sedangkan pada gasifikasi ada pembatasan udara/oksigen dimasukkan dan bertujuan untuk memaksimalkan produk gasnya. Selain pembakaran (combustion) dan gasifikasi, ada lagi route thermal biomasa yang juga banyak diaplikasikan yakni pirolisis. Bedanya pirolisis lebih banyak digunakan untuk produksi bahan bakar, baik bahan bakar padat berupa arang terutama dengan karbonisasi atau slow pyrolysis, maupun bahan bakar cair atau biooil terutama dengan fast pyrolysis. Ada lagi satu varian proses pirolisis yang terutama untuk menghasilkan bahan bakar biomasa yang memiliki karakter hidropobik seperti batubara, yakni torefaksi (torrefaction) atau mild pyrolysis. Bahkan juga sebelumnya pembangkit listrik dengan kapasitas yang lebih kecil hanya bisa untuk elektronik daya kecil seperti gadget telah dibuat dan dipasang pada kompor-kompor masak.

Lalu bagaimana untuk bisa terus memproduksi wood pellet secara berkesinambungan atau berkelanjutan (sustainable)? Jawabnya yakni dengan kebun energi. Kebun energi juga sudah menjadi solusi di Eropa ketika krisis minyak tahun 1970an, karena Eropa tidak memiliki sumber energi fossil yang memadai sehingga energi biomasa menjadi pilihan utama. Termasuk teknologi pemadatan biomasa (biomass densification) seperti pembriketan dan pemelletan juga berkembang pesat sewaktu krisis tersebut. Dan hingga saat inipun sejumlah negara Eropa dengan ribuan hektar kebun energi untuk menyuplai bahan bakar pembangkit listriknya. Beberapa negara di Eropa yang memiliki kebun energi yang luas yakni Swedia, Inggris, Jerman dan Spanyol. Lalu bagaimana dengan Indonesia? Konsep kebun energi terdengar masih asing di tellinga kita, walaupun potensinya juga luar biasa besar di Indonesia. Setelah sekian lama menjadi produsen minyak bumi sehingga menjadi anggota OPEC waktu itu, saat ini kondisinya berbeda yakni menjadi pengimport minyak bumi. Kondisi aktual terkini itu seharusnya mendorong energi biomasa khususnya dalam bentuk wood pellet dengan bahan baku dari kebun energi.

Jangan sampai kondisinya terlambat ketika krisis energi telah terjadi lalu secara panik mengambil apa saja yang bisa dijadikan energi dan berdampak buruk bagi lingkungan. Tetapi bukankah Indonesia masih memiliki sumber energi yang melimpah seperti gas dan batubara? Menurut estimasi gas baru habis dalam kurun waktu 30 tahun lagi dan batubara 80 tahun lagi. Ya tetapi bahan bakar diatas adalah carbon positif dan tidak sustainable. Padahal saat ini secara bertahap sedang diusahakan untuk dikurangi oleh banyak negara untuk menurunkan suhu bumi. Tentu akan lebih baik berpartisipasi sebagai bagian dari solusi untuk menurunkan suhu bumi dengan energi dari biomasa tersebut. Motivasi besar lainnya kita dapat dari hadist Nabi Muhammad SAW :

"Tidak akan terjadi hari kiamat, sebelum harta kekayaan telah tertumpuk dan melimpah  ruah,  hingga  seorang  laki-laki  pergi  ke  mana-mana  sambil membawa  harta  zakatnya  tetapi  dia  tidak  mendapatkan  seorangpun  yang bersedia  menerima  zakatnya  itu.  Dan  sehingga  tanah Arab  menjadi  subur makmur  kembali  dengan  padang-padang  rumput  dan  sungai-sungai "  (HR.Muslim).

Bumi sekali lagi akan menjadi makmur sebelum kiamat. Secara umum kebun-kebun dan hutan-hutan seperti itu juga menjadi penyebab munculnya mata-mata air (QS 36 : 34) yang pada waktunya akan mengalir ke sungai-sungai  (QS 19 : 24-25) dan juga menjadi kesenanganmu dan binatang ternakmu (QS 79 : 31). Solusi kebun energi dan peternakan domba/Kambing juga ibarat sekali dayung, 2-3 pulau terlampaui, yakni energi dan pangan. Indonesia saat ini baru menggenjot salah satu unsur pangan, yakni karbohidrat terutama beras karena juga sebagai makanan pokok dan disektor itupun saat ini belum swasembada dengan import beras mencapai jutaan ton. Padahal selain karbohidrat komposisi makananan kita meliputi protein, lemak, vitamin dan mineral. Logikanya ketika di sektor yang pokok saja masih kedodoran, apalagi unsur-unsur penunjang yang lain. Peternakan domba/kambing sebagai penyedia unsur penunjang tetapi sangat penting peranannya yakni protein. Pada kesempatan lain insyaAllah bisa kita bahas keterkaitan energi dan pangan lewat kebun energi dan peternakan domba/kambing ini secara lebih rinci.

Kapan pembangkit listrik kita hanya seukuran kulkas? Tidak lama lagi, ketika bumi kembali hijau, kebun energi dan produksi wood pellet bertebaran dimana-mana. InsyaAllah

Memanfaatkan Panas Limbah Untuk Produksi Listrik , Yang Digunakan Untuk Menjalankan Pabrik Wood Pellet

Sebagian besar industri pengolahan kayu membutuhkan proses pengeringan sebelum kayu tersebut diolah lebih lanjut, misalnya pada industri kayu lapis dan barecore. Pada proses pengeringan tersebut pada umumnya juga dihasilkan banyak panas limbah atau panas yang hilang dan terbuang percuma. Panas limbah tersebut sebenarnya bisa dimanfaatkan dengan teknologi ORC (Organic Rankine Cycle) yakni pembangkit listrik yang menggunakan fluida organik yang memiliki titik didih rendah sebagai penggerak turbinnya sehingga kebutuhan panas juga tidak besar. Semakin besar industri pengolahan kayu otomatis juga semakin besar volume kayu yang dikeringkan dan juga panas limbah yang dihasilkan.

Perbedaan utama ORC dengan pembangkit listrik pada umumnya (steam turbine) terletak pada fluida yang digunakan, yakni pada ORC menggunakan fluida organik yang harganya lebih mahal dibandingkan dengan hanya air sebagai bahan baku steam untuk penggerak turbin. Fluida organik yang biasa digunakan pada ORC adalah refrigerant R-123 dan keuntungan lain dari teknologi ini adalah pembangkit listrik bisa dibuat kapasitas kecil, mulai sekitar 500 KW. Sedangkan pada steam turbine kapasitas terkecil pembangkitnya dikisaran 5 MW atau sangat besar untuk kebutuhan industri pada umumnya. Saat ini juga teknologi ORC juga belum banyak dikenal apalagi untuk diterapkan di Indonesia. 

Pada industri pengolahan kayu seperti barecore dan kayu lapis juga dihasilkan banyak limbah kayu. Limbah kayu baik berupa serbuk gergaji, limbah planner dan potongan-potongan kayu adalah bahan baku untuk pabrik wood pellet.  Industri pengolahan kayu dengan kapasitas besar yang cocok untuk konfigurasi tersebut, yakni dengan produksi limbah kayu rata-rata diatas 3 ton/jamnya dan mampu menghasilkan listrik dari ORC diatas 500 KW. Penentuan kapasitas pabrik wood pellet 3 ton/jam adalah karena kapasitas minimal yang memberi keuntungan menarik.  Disamping itu untuk produksi wood pellet bahan baku limbah-limbah kayu tersebut juga perlu disesuaikan untuk produksi wood pellet baik ukuran maupun kekeringannya. Keuntungan dari limbah-limbah yang dihasilkan dari industri kayu adalah limbah-limbah tersebut memiliki tingkat kekeringan yang tinggi sehingga juga tidak memerlukan proses pengeringan untuk produksi wood pellet tetapi sebaliknya yakni  malah dibasahi dengan air sampai kadar air tertentu sehingga bisa digunakan untuk produksi wood pellet.  Skema konfigurasi pembangkit listrik ORC dan listriknya digunakan untuk produksi wood pellet tampak seperti skema dibawah ini.

Selain teknologi ORC, panas limbah (waste heat) yang dihasilkan dari pengeringan kayu juga bisa sebagai pembangkit listrik dengan teknologi stirling engine. Tetapi teknologi stirling engine saat ini hanya efektif baru sampai kapasitas 100 KW sehingga tidak cocok apabila digunakan untuk operasional pabrik wood pellet. Pemanfaatan panas limbah untuk produksi listrik dengan teknologi strirling engine mungkin lain waktu bisa kita bahas. Bahkan untuk pemanfaatan energi panas menjadi listrik pada skala kecil atau mikro juga dapat kita saksikan pada kompor masak, dengan menggunakan teknologi thermo-electric generator (TEG). Panas sebagai suatu energi tidak semestinya kita buang percuma tetapi harus dimanfaatkan pada berbagai hal yang bermanfaat.