Inovasi Teknologi dalam Konversi Biomassa: Meningkatkan Efisiensi dan Mengurangi Emisi

Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik dalam bentuk produk maupun limbah. Contoh biomassa meliputi tanaman, pohon, rumput, ubi jalar, limbah pertanian, limbah hutan, kotoran hewan, dan pupuk kandang. Selain digunakan untuk makanan, pakan ternak, minyak nabati, bahan bangunan, dan sebagainya, biomassa juga digunakan sebagai sumber energi atau bahan bakar. Jenis biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar adalah material yang memiliki nilai ekonomi rendah atau limbah setelah produk utamanya diambil. Keuntungan sumber energi biomassa adalah biomassa merupakan sumber energi terbarukan sehingga dapat menyediakan sumber energi yang berkelanjutan. Prinsip dasar biomassa adalah tumbuhan akan menyerap energi dari matahari melalui proses fotosintesis dengan memanfaatkan air dan nutrisi dari tanah serta CO2 dari atmosfer, yang akan menghasilkan bahan organik untuk memperkuat jaringan dan membentuk struktur tumbuhan. Ketika biomassa diubah menjadi energi, CO2 akan dilepaskan ke atmosfer. Pada tahap ini, siklus CO2 akan lebih singkat dibandingkan dengan CO2 yang dihasilkan dari pembakaran minyak bumi atau gas alam. Artinya, CO2 yang dihasilkan tidak mempengaruhi keseimbangan CO2 di atmosfer. Oleh karena itu, kelebihan ini dimanfaatkan untuk mendukung penciptaan energi berkelanjutan.

Akibat penggunaan energi ini adalah dampaknya, yaitu peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfer. Semakin banyak digunakan, semakin parah dampaknya. Di sisi lain, penggunaan energi ini sangat berkontribusi terhadap pemanasan global dan perubahan iklim. Oleh karena itu, penggunaan bahan bakar fosil di masa depan harus segera digantikan. Penggunaan energi di masa depan merujuk pada penggunaan energi alternatif yang memberikan manfaat lebih besar bagi kehidupan manusia dan lingkungan. Sektor energi terus memainkan peran utama dalam perekonomian nasional dan merupakan faktor strategis. Tidak hanya sebagai sumber utama pendapatan negara dalam APBN, tetapi juga dengan mendistribusikan energi, bahan baku industri, menciptakan lapangan kerja, menarik investasi, dan mendukung kemakmuran regional. Sebagai negara agraris dengan banyak sawah dan perkebunan, tidak sulit untuk mendapatkan limbah pertanian di Indonesia, terutama limbah dari sawah dan perkebunan kelapa sawit. Dalam hal ini, limbah kelapa sawit dianggap memiliki industri dan pasar tersendiri untuk dimanfaatkan. Namun, limbah dari padi dan tanaman lain, seperti jagung, tebu, dan lainnya, jelas kurang dimanfaatkan. Di setiap lahan pasca panen, misalnya, masih terdapat sisa-sisa kulit padi yang terbakar, yang menunjukkan bahwa limbah padi tidak dikelola dengan baik. Indonesia terus mengalami peningkatan permintaan energi akibat pertumbuhan ekonomi dan populasi. Pertumbuhan rata-rata permintaan energi Indonesia selama sepuluh tahun terakhir sekitar 7%. Dengan cadangan bahan bakar fosil yang relatif kecil, Indonesia menghadapi kesulitan dalam menyediakan energi berkelanjutan. Indonesia memiliki populasi sekitar 3,4% dari populasi global, meskipun cadangan bahan bakar fosilnya jauh lebih kecil. Indonesia sebenarnya memiliki potensi besar untuk energi terbarukan.

Berdasarkan Peraturan Presiden Nomor 112 Tahun 2022 tentang percepatan pengembangan energi baru dan terbarukan (EBT) untuk penyediaan listrik, biomassa merupakan salah satu sumber EBT yang memiliki potensi besar untuk dimanfaatkan. Salah satunya sebagai bahan bakar untuk Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa (PLTBm) dan penerapan co-firing di PLTU. Hal ini sejalan dengan komitmen Indonesia untuk mencapai 23% EBT pada tahun 2025. Pada tahun 2023, terjadi pengurangan emisi sebesar 1,05 juta ton CO2 akibat penerapan co-firing di 43 PLTU yang mengonsumsi 1 juta ton/tahun biomassa.

Komitmen Indonesia untuk mencapai 23% EBT pada tahun 2025 merupakan bentuk pemenuhan tujuan Kebijakan Energi Nasional (KEN) dan Perjanjian Paris dalam Konvensi Kerangka Kerja PBB tentang Perubahan Iklim (Perjanjian Paris dalam Konvensi Kerangka Kerja PBB tentang Perubahan Iklim) pada tahun 2015, di mana Indonesia berkomitmen untuk mengurangi emisi gas rumah kaca sebesar 29% (834 juta ton CO2) dan 41% (1.081 juta ton CO2) dengan dukungan internasional untuk emisi gas rumah kaca BAU/Business As Usual (2.869 juta ton CO2) pada tahun 2030, dengan harapan Indonesia dapat mencapai Net Zero Emissions (NZE) seperti negara-negara maju. Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) mengatakan dalam diskusi panel “The Road to COP26: Identifying Indonesia's Young Generation to Combat Climate Change and Support Clean Energy” bahwa program NZE berkomitmen pada pembangunan dan industri negara untuk mencapai emisi CO2 nol pada tahun 2060.

Tabel 1. Data tentang beberapa PLTU PLN yang telah melakukan co-firing

Sumber: PLTU PLN

PLTU	Kapasitas (MW)	Jenis-jenis Biomassa
Paiton	800	Serbuk Kayu
Jeranjang	150	Sampah-SRF
Sanggu	14	Cangkang kelapa
Ketapang	20	Cangkang kelapa
Suralaya	1600	Kulit padi
Barru	100	Sampah-SRF
Pacitan	630	Serbuk Kayu
Anggrek	56	Sampah-SRF
Rembang	630	Pelet Kayu
Labuan	600	Sampah-SRF
Lontar	945	Kulit padi
Adipala	660	Serbuk Kayu
Pelabuhan Ratu	1050	Serbuk Kayu

Gasifikasi, pirolisis, dan potensi hidrogen merupakan proses konversi energi canggih yang berperan penting dalam meningkatkan efisiensi energi. Gasifikasi mengubah bahan-bahan yang mengandung karbon menjadi gas sintesis berenergi tinggi dengan efisiensi termal hingga 90%, yang memungkinkan aplikasi energi fleksibel seperti listrik dan bahan bakar cair. Demikian pula, pirolisis, melalui konversi biomassa menjadi bio-oil, biochar, dan gas pirolitik dengan efisiensi tinggi, menyediakan solusi energi berkelanjutan sambil meminimalkan kerugian energi dalam proses. Hidrogen, dengan densitas energinya yang tinggi, lebih lanjut mendukung efisiensi energi dengan mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan memfasilitasi produksi energi yang lebih bersih melalui sumber terbarukan. Semua proses ini memainkan peran penting dalam mendorong transisi menuju sistem energi yang lebih bersih dan berkelanjutan sambil mengoptimalkan penggunaan energi di berbagai sektor. Berikut adalah dampak gasifikasi terhadap efisiensi:

1. Efisiensi Konversi Energi Tinggi

• Gasifikasi menghasilkan syngas dengan nilai kalor tinggi, efisiensi termal mencapai 70-90%, lebih baik daripada pembakaran langsung (20-40%).

• Gas sintesis dapat diolah menjadi listrik, panas, atau bahan bakar cair.

2. Pemanfaatan Panas Buang (CHP)

• Penggunaan teknologi CHP untuk memanfaatkan panas buang meningkatkan efisiensi total menjadi 90%, menjadikannya ekonomis dan ramah lingkungan.

3. Fleksibilitas Energi

• Gas sintesis dapat digunakan langsung untuk listrik atau dikonversi menjadi bahan bakar cair (metanol/DME), mendukung kebutuhan energi yang beragam.

4. Pengurangan Kerugian Energi

• Proses gasifikasi mengolah biomassa basah tanpa pengeringan intensif, mengurangi energi yang terbuang selama pengolahan.

5. Efisiensi Pembangkitan Listrik yang Lebih Tinggi

• Teknologi IGCC dapat mencapai efisiensi listrik 45-55%, melebihi pembangkit berbasis batu bara.

  
  

Pirolisis adalah proses mengubah bahan organik (seperti biomassa) menjadi produk bernilai tinggi melalui pemanasan tanpa oksigen. Dalam pirolisis, biomassa dipanaskan pada suhu tinggi (sekitar 400-700°C) dalam kondisi anaerobik (tanpa oksigen). Dampak Pirolisis terhadap Efisiensi dapat dilihat sebagai berikut:

1. Konversi Energi Langsung

• Pirolisis mengubah biomassa menjadi bio-oil, biochar, dan gas pirolitik dengan efisiensi konversi energi hingga 70-80%.

• Produk bio-oil memiliki densitas energi yang lebih tinggi daripada biomassa mentah.

2. Pemanfaatan Produk Samping

• Biochar dapat digunakan sebagai pupuk atau penyimpanan karbon, meningkatkan nilai tambah proses.

• Gas pirolitik dapat digunakan kembali sebagai bahan bakar untuk mendukung proses pirolisis itu sendiri, mengurangi kebutuhan energi eksternal.

3. Pengolahan Biomassa Basah

• Pirolisis mampu mengolah biomassa dengan kandungan air rendah hingga sedang tanpa proses pengeringan intensif, meningkatkan efisiensi energi secara keseluruhan.

4. Efisiensi Transportasi dan Penyimpanan Energi

• Bio-oil yang dihasilkan lebih mudah disimpan dan diangkut dibandingkan biomassa mentah, mengurangi energi yang diperlukan untuk logistik.

5. Kekuatan Fleksibilitas dalam Pembangkitan Energi

• Bio-oil dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar untuk pembangkitan listrik atau diolah lebih lanjut menjadi bahan bakar transportasi, mendukung fleksibilitas dalam kebutuhan energi.

  
  

Potensi hidrogen merujuk pada kemampuan hidrogen sebagai sumber energi masa depan yang dapat digunakan di berbagai sektor untuk menggantikan bahan bakar fosil, mengurangi emisi karbon, dan mendukung transisi ke ekonomi yang lebih bersih dan berkelanjutan. Dampak Potensi Hidrogen terhadap Efisiensi dapat dilihat sebagai berikut:

1. Efisiensi Energi Tinggi dalam Penggunaan

• Hidrogen memiliki nilai energi tinggi per satuan massa, lebih efisien daripada bahan bakar fosil untuk transportasi dan aplikasi industri.

• Proses konversi hidrogen menjadi energi (misalnya dalam sel bahan bakar) menghasilkan efisiensi hingga 60%, lebih tinggi daripada pembakaran bahan bakar fosil.

2. Penggunaan Energi Terbarukan untuk Produksi

• Hidrogen dapat diproduksi melalui elektrolisis air menggunakan listrik dari sumber energi terbarukan (misalnya tenaga surya atau angin), mengoptimalkan efisiensi penggunaan energi bersih.

• Penggunaan energi terbarukan untuk produksi hidrogen mengurangi ketergantungan pada energi konvensional yang lebih efisien.

3. Pengurangan Kerugian Energi dalam Penyimpanan dan Transportasi

• Hidrogen dalam bentuk gas atau cair dapat disimpan dan diangkut dengan lebih efisien daripada sumber energi lain, memudahkan distribusi energi tanpa kerugian yang signifikan.

4. Peningkatan Efisiensi Sistem Energi

• Penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar dapat mengurangi pemborosan energi di sektor transportasi (misalnya mobil hidrogen) dan industri, memberikan efisiensi penggunaan energi yang lebih baik daripada kendaraan berbahan bakar bensin atau diesel.

5. Integrasi dengan Sistem Energi Terbarukan

• Hidrogen dapat berfungsi sebagai penyimpanan energi dari sumber terbarukan yang fluktuatif (seperti angin dan matahari), meningkatkan efisiensi sistem energi secara keseluruhan dengan mengatasi masalah ketidakstabilan pasokan energi.

Tiga teknologi di atas menawarkan cara untuk mengurangi emisi dengan pendekatan yang berbeda. Gasifikasi adalah teknologi yang mengubah biomassa menjadi syngas dalam kondisi terkendali, menghasilkan polutan seperti partikel, dioksida belerang (SO₂) dan oksida nitrogen (NOₓ) dalam jumlah yang lebih sedikit dibandingkan dengan pembakaran langsung. Proses ini juga mencegah pelepasan metana (CH₄), gas rumah kaca yang lebih kuat, dan memungkinkan penggunaan syngas sebagai pengganti bahan bakar fosil, sehingga mengurangi emisi karbon. Selain itu, gasifikasi dapat dikombinasikan dengan teknologi penangkapan karbon (CCS) untuk mendukung netralitas karbon. Proses pirolisis memproses biomassa tanpa oksigen, menghasilkan produk seperti bio-oil, biochar, dan gas pirolitik dengan emisi yang lebih rendah dibandingkan pembakaran langsung. Proses ini juga mengurangi pembentukan polutan seperti SO₂ dan NOₓ serta mencegah pelepasan metana dari pembusukan biomassa. Produk sampingan seperti biochar dapat dimanfaatkan untuk penyimpanan karbon, membantu mengurangi jejak karbon secara keseluruhan. Sementara itu, teknologi hidrogen menyediakan solusi rendah emisi dengan menyediakan energi bersih yang hanya menghasilkan uap air saat digunakan dalam sel bahan bakar. Hidrogen dapat diproduksi melalui elektrolisis air menggunakan energi terbarukan, yang menghindari emisi CO₂ dari pembakaran bahan bakar fosil. Hidrogen juga dapat menggantikan bahan bakar fosil di sektor transportasi dan industri, mengurangi emisi gas rumah kaca serta polusi udara. Selain itu, teknologi ini memungkinkan penyimpanan energi terbarukan yang fluktuatif, meningkatkan integrasi energi bersih ke dalam jaringan listrik, dan mengurangi ketergantungan pada energi konvensional yang lebih polutif.

Ada perusahaan yang telah menggunakan salah satu teknologi ini. Perusahaan Nel ASA. Nel ASA adalah perusahaan global yang berfokus pada solusi hidrogen, khususnya dalam produksi hidrogen hijau melalui elektrolisis air menggunakan energi terbarukan. Teknologi ini memungkinkan produksi hidrogen tanpa emisi karbon, berkontribusi secara signifikan dalam pengurangan emisi gas rumah kaca. Nel menyediakan elektroliser berbasis membran pertukaran proton (PEM) dan elektroliser alkali atmosferik, yang digunakan di berbagai industri, termasuk pupuk, baja hijau, dan semen. Dengan demikian, Nel ASA mendukung transisi ke ekonomi rendah karbon melalui penyediaan solusi hidrogen ramah lingkungan. Nel ASA berfokus pada pengembangan produksi hidrogen hijau melalui teknologi elektrolisis, yang memfasilitasi transisi ke energi bersih. Mereka menawarkan elektroliser PEM dan alkali, yang mendukung berbagai sektor seperti pupuk, baja hijau, dan semen. Fasilitas Herøya di Norwegia memiliki kapasitas produksi 1 GW, menjadikannya salah satu pabrik elektroliser otomatis terbesar di dunia. Selain itu, Nel juga terlibat dalam proyek inovatif seperti produksi hidrogen lepas pantai dari energi terbarukan. Mereka bertujuan untuk meningkatkan efisiensi produksi hidrogen sambil menjadikannya alternatif yang layak untuk bahan bakar fosil.