Potensi Sistem Pembangkit Listrik Biomassa-Surya Terintegrasi Gasifier Dua Tahap Sebagai Sumber Energi Terbarukan Secara Efisien

Bahan bakar minyak/energi fosil menjadi sumber bahan bakar utama bagi sektor energi selama berabad-abad. Sejak tahun 1960-an hingga saat ini, ketersediaan minyak telah terkuras sebesar 80%. Menurut Kementrian Energi Dan Sumber Daya Mineral, Indonesia sendiri diperkirakan akan kehabisan cadangan minyak bumi pada tahun 2030. Sedangkan sumber energi lainnya yaitu gas alam diperkirakan akan habis pada tahun 2075 dan batu bara pada tahun 2090. Artinya, sumber energi alternatif harus segera dipertimbangkan dan biomassa merupakan sumber bioenergi masa depan yang ramah lingkungan dan menguntungkan (Kementerian Energi Dan Sumber Daya Mineral, 2018).

Seiring dengan semakin menipisnya cadangan minyak dan gas Indonesia, pencarian energi terbarukan mulai intensif. Pemerintah mulai mengandalkan energi hijau khususnya bioenergi yang diperoleh dari pengolahan biomassa termasuk kayu. Indonesia yang terletak di wilayah tropis memang diberkahi dengan sumber daya yang melimpah. Itu sebabnya pemerintah yakin untuk beralih ke penggunaan biomassa.

Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (Dirjen EBTKE) Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) menjelaskan, istilah biomassa awalnya hanya merujuk pada tanaman yang menghasilkan energi yang dapat dikonsumsi, seperti singkong, jagung dan tebu. Namun dalam menghadapi ketahanan pangan, pemerintah mulai mencari alternatif lain seperti bahan nonpangan yaitu limbah pertanian (sekam padi, tongkol jagung, jerami), sektor kehutanan seperti pohon mati, sektor industri seperti limbah pabrik kertas, limbah hasil perkotaan berupa sampah, dan bahkan dari alga.

Oleh karena itu, istilah biomassa mencakup bahan organik yang relatif muda yang berasal dari tumbuhan atau hewan. Kepala Subdirektorat Penyiapan Program Bioenergi Direktorat Bioenergi Dirjen EBTKE Kementerian ESDM mengatakan biomassa yang tersebar di seluruh Indonesia memiliki potensi 32,6 gigawatt.

Dua cara utama untuk mengubah biomassa menjadi energi adalah proses termokimia dan proses biokimia/biologis. Proses termokimia lebih efisien dibandingkan proses biologis karena waktu reaksinya yang singkat dan efisiensi konversi yang tinggi. Misalnya lignin dapat terurai seluruhnya melalui proses termokimia, namun hanya sebagian yang dapat terurai melalui proses biologis (Zhang dkk., 2010). Pada proses termokimia diantaranya meliputi pembakaran langsung, gasifikasi, pirolisis, torefaksi, dan pencairan hidrotermal. Sedangkan proses biologis melewati tiga jalan utama, yaitu fermentasi, pencernaan aerobik dan anaerobik, serta hidrolisis enzimatik atau asam.

Pembangkit listrik hibrida terintegrasi gasifikasi dua tahap sebagai pemanfaatan energi biomassa dan surya secara efektif.

Proses gasifikasi biomassa merupakan serangkaian reaksi kompleks, dimana bahan baku biomassa dipanaskan terlebih dahulu, kemudian dipirolisis untuk menghasilkan tar dan arang, kemudian tar dipecah dan arang digasifikasi dengan agen gasifikasi (misalnya CO2 atau uap) untuk menghasilkan gas sintetik yang tidak dapat terkondensasi (Bai dkk., 2017). Gasifier ini dibangun dengan zona drop-tube untuk pirolisis cepat dan trickle bed untuk gasifikasi arang. Trickle bed menggunakan pengemasan terstruktur untuk mengatur porositas keseluruhan zona gasifikasi, membuat partikel arang bertahan lebih lama namun tetap membiarkan radiasi melewatinya. Kinerja reaktor dua zona dievaluasi secara eksperimental dan dibandingkan dengan pengaturan tabung tetes tradisional (Kruesi dkk., 2014).

Baca juga : Pembangkit Listrik Tenaga Air Harus Sinergi Dengan Konservasi

Energi matahari terkonsentrasi sebagai sumber panas dipergunakan untuk menggerakkan proses gasifikasi biomassa dan menghasilkan bahan bakar kimia. Gasifikasi biomassa yang hanya didukung oleh energi panas matahari bersuhu tinggi menyebabkan kerusakan eksergi yang lebih besar. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, digunakan konsep gasifikasi dua tahap untuk mengoptimalkan proses reaksi gasifikasi biomassa.

Proses gasifikasi biomassa dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu pirolisis dan gasifikasi pada temperatur reaksi yang berbeda. Syngas yang dihasilkan atau bahan bakar surya, digunakan langsung untuk pembangkit listrik dalam Advanced Combined Cycle. Energi matahari terkonsentrasi mengaktifkan gasifikasi biomassa, dan gas sintesis yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar surya dalam siklus gabungan untuk menghasilkan listrik.

Sistem pembangkit listrik biomassa surya yang diusulkan terdiri dari subsistem gasifikasi biomassa berbantuan surya dan subsistem pembangkit listrik. Selama proses gasifikasi, pirolisis biomassa awalnya menghasilkan tar dan arang pada suhu lebih rendah dari 400°C. Energi panas matahari yang dibutuhkan dikonsentrasikan oleh kolektor surya linefocus (LFC), uap sebagai agen gasifikasi juga dihasilkan oleh LFC. Selanjutnya point focus collector (PFC) dengan konsep beam down diterapkan untuk menyediakan panas reaksi gasifikasi untuk proses perengkahan tar dan gasifikasi arang pada suhu di atas 726°C untuk produksi syngas. Partikel padat abu dan komponen korosif lainnya seperti H2S dikeluarkan dari syngas yang dihasilkan melalui kondensasi dan pembersihan. PFC memusatkan radiasi matahari dari heliostat untuk menghasilkan energi panas bersuhu tinggi. Heliostat dengan lebar dan panjang 12 meter berputar pada sumbu ganda untuk melacak sinar matahari.

Di sisi lain energi matahari yang digunakan untuk pirolisis dikonsentrasikan oleh LPC. Medan surya dihubungkan oleh banyak putaran matahari dan kolektor ET-150 digunakan dalam sistem ini. Medan surya dipasang pada arah selatan-utara dan melacak sinar matahari secara otomatis.

Biomassa langsung digasifikasi dengan O2 murni dan gas sintesis yang digasifikasi digunakan dalam siklus gabungan untuk menghasilkan tenaga. Kinerja sistem pada konsep gasifikasi biomassa surya dua tahap pada kondisi nominal pertama kali dilakukan, daya yang dihasilkan bersih adalah 42,11 MW, dengan laju umpan biomassa sebesar 4,6 kg/s dan energi surya yang dimasukkan sebesar 74,8 MW. Dalam proses gasifikasi biomassa surya, pangsa bersih tenaga surya adalah sekitar 49,61%, sedangkan efisiensi energi sistem secara keseluruhan dan efisiensi eksergi masing-masing mencapai 27,93% dan 31,62% (Bai dkk., 2017).

Terakhir, yang memenuhi syarat sebagai bahan bakar gas langsung dimasukkan ke dalam siklus gabungan untuk menghasilkan tenaga. Bai dkk. (2016), Pada subsistem pembangkit tenaga listrik, sistem siklus gabungan Brayton-Rankine menggunakan turbin gas tipe SGT-800. Blok siklus uap terdiri dari generator uap pemulihan panas bertekanan ganda (HRSG) dengan tekanan tinggi 55 bar dan tekanan rendah 6,9 bar. Syngas yang digasifikasi dibakar dengan udara panas matahari di ruang bakar, dan gas bersuhu tinggi yang memenuhi syarat digunakan untuk menggerakkan turbin gas untuk menghasilkan listrik (Xu dkk., 2023).

Baca juga : Asosiasi Praktisi Hukum Migas dan Energi Terbarukan Resmi Dibentuk

Gambar 1. Skema pembangkit listrik tenaga biomassa-surya (Bai dkk.,2017)

KEUNGGULAN

Baca juga : Kemenhub Dirikan PPIT Sebagai Simpul Pembiayaan Kreatif Non APBN

Penghancuran eksergi selama proses gasifikasi dan pemanenan energi matahari dapat dikurangi menjadi sekitar 23,25% dan 20,22% dibandingkan gasifikasi satu tahap. Tingkat energi panas matahari yang dimasukkan ke dalam sistem gasifikasi biomassa matahari dua tahap meningkat dari 0,68 menjadi 0,9, menghasilkan tingkat peningkatan laju energi sebesar 32,35% dibandingkan dengan 21,62% untuk mode gasifikasi satu tahap. Efisiensi energi bruto dan efisiensi energi surya menjadi tenaga listrik dari sistem baru yang diusulkan masing-masing mencapai 27,93% dan 19,89% (Bai dkk., 2017).

Daftar Pustaka

Bai, Z., Liu, Q., Lei, J., Hong, H., & Jin, H. (2017). New solar-biomass power generation system integrated a two-stage gasifier. Applied Energy, 194, 310-319.

Xu, D., Gu, X., & Dai, Y. (2023). Concentrating solar assisted biomass-to-fuel conversion through gasification: A review. Frontiers in Energy Research, 10, 1029477.

Mufid Ansori
Mahasiswa Prodi S1 Kimia

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.