Bioenergi, Energi dari Mahkluk Hidup

Bioenergi adalah semua energi yang berasal dari materi organik (makhluk hidup), baik yang dimanfaatkan secara langsung maupun tidak. Proses pembentukan bioenergi berlangsung dalam waktu yang singkat, apalagi dibandingkan dengan energi fosil yang membutuhkan waktu berjuta-juta tahun. Semua materi organik bisa dimanfaatkan sebagai bioenergi, dimana tiap materi membutuhkan proses perubahan menjadi energi yang berbeda-beda.

Tidak semua materi hidup diakui dunia sebagai bahan baku bioenergi yang menjadi substitusi energi fosil. Materi hidup yang masuk konservasi, terkait ketahanan pangan dunia, dan kemanusiaan tidak diekplorasi. Secara umum bahan baku bioenergi adalah hasil perkebunan dan limbahnya; pertanian dan limbahnya; kotoran manusia; limbah pemukiman; limbah peternakan; serta limbah industri.

Indonesia sebagai negara yang dilintasi garis katulistiwa, iklim tropis, dan memiliki tanah dan lautan yang luas, maka potensi bioenergi sangat-sangat besar. Kementerian ESDM memperkirakan potensi energinya sampai 50 Giga Watt (GW), tapi banyak ahli menyatakan potensi aslinya jauh diatas angka pemerintah tersebut. Coba bayangkan, jika sebagian besar potensi rumput laut digarap dengan maksimal dan diubah menjadi bioenergi, jumlahnya luar biasa. Departemen Energi Amerika Serikat menyebut, jika seluruh energi dipasok dari bioenergi ganggang, maka hanya butuh lahan di pesisir pantai seluas 39.000 km persegi. Kita tahu kebutuhan energi Amerika sangat besar.

1. Biofuel
Biofuel atau bahan bakar nabati (BBN) yang digunakan sebagai substitusi bahan fosil untuk mesin bensin dan diesel ( premium dan solar). Secara umum dibagi dua, yaitu bioetanol untuk mesin bensin dan biosolar untuk mesin diesel.

Isu utama dari penggunaan biofuel adalah ketahanan pangan. Sebab, untuk menghasilkan biofuel membutuhkan lahan dan air yang cukup untuk mendukung produksi tanaman. Penggunaan dalam skala besar dikhawatirkan akan mengurangi lahan dan air untuk tanaman pangan yang sangat dibutuhkan manusia.

1.1 Bioetanol
Pada saat harga minyak dunia tinggi (periode 2000-2010), dunia sempat melirik penggunaan etanol sebagai substitusi premium. Etanol dicampur ke premium dengan komposisi hingga 25%. Akibatnya, produksi dunia melonjak tiga kali lipat dari 17 miliar liter pada 2000 menjadi 52 miliar liter pada 2007. Amerika Serikat dan Brasil adalah dua negara yang telah menggunakan bahan bakar etanol secara luas. Keduanya memproduksi hampir 90% dari produksi etanol dunia. Di Amerika dan Brasil semua kendaraan bermotor bisa menggunakan campuran etanol dengan premium. Bahkan, semua sepeda motor di Brasil bisa menggunakan etanol murni sebagai bahan bakarnya. semua buah yang menjadi bahan baku minuman keras dapat dijadikan bahan untuk menghasilkan bioetanol. Bioetanol didapat dari hasil pertanian yang menghasilkan kabohidrat dan glukosa.

Banyak tanaman yang menghasilkan kabohidrat dan glukosa, tapi yang paling ekonomis untuk dijadikan bioetanol adalah, tebu dan singkong. Glukosa dibuat tumbuhan melalui proses pemasakan di daun (fotosintesis) dengan rumus :

6 CO2 + 6 H2O + cahaya matahari → C6H12O6 + 6 O2

Dalam proses fermentasi etanol, glukosa dipecah menjadi etanol dan dan karbon dioksida, dengan rumus :

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH+ 2 CO2 + panas

Secara umum proses produksi etanol melalui empat tahapan, yaitu,

A Pengolahan bahan baku
Mengolah bahan baku utama, seperti ketela atau tebu menjadi bahan siap fermentasi. Untuk ketela, proses yang dilakukan adalah pencucian, pengupasan, dan perebusan. Sementara, untuk tebu adalah memeras batang tebu untuk mendapatkan sari tebu.

B Fermentasi
Untuk menghasilkan etanol, bahan baku berupa ketela yang sudah matang atau sari tebu dilakukan difermentasi. Fermentasi yang terjadi adalah fermentasi mikroba pada glukosa.

C Destilasi
Proses fermentasi secara umum menghasilkan etanol dengan kadar air 8-10 persen atau etanol dengan kemurnian 90-92 persen. Untuk mengurangi kadar air hingga , dibutuhkan proses destilasi. Proses destilasi bisa meningkatkan kemurnian etanol hingga 96%.

D Dehidrasi
Bioetanol yang dapat dipakai untuk bahan bakar adalah yang memiliki kemurnian hingga 100% sehingga bisa dicampur pada bensin.

Destilasi merupakan proses pemurnian bioetanol dari 96% menjadi etanol murni 100%.Setelah proses destilasi bioetanol siap digunakan untuk menghasilkan energi.

1.2 Biodiesel
Biodiesel sebenarnya adalah bahan bakar yang pertama kali digunakan menyalakan mesin diesel. Penemu mesin diesel, yaitu Rudolf Diesel, warga negara Jerman, pada 10 Agustus 1893, menyalakan mesin diesel dengan bahan bakar minyak sayur dari kacang tanah (peanut oil). 10 Agustus telah dijadikan Hari Biodiesel Internasional.

Bahan dasar biodiesel adalah minyak nabati. Biodiesel juga bisa memakai lemak hewan sebagai bahan dasarnya. Banyak tanaman bisa menghasilkan minyak nabati, mulai dari produk pertanian, perkebunan, maupun kehutanan. Minyak sayur adalah bahan baku biodiesel yang paling populer di dunia. Indonesia memiliki beberapa tanaman yang potensial menjadi biodiesel, diantaranya :

1. Kelapa sawit (elaeis quineensis) 
2. Jarak (ricinus communis) 
3. Jarak pagar (jatropha curcas) 
4. Kapok (ceiba petandra), di Jawa disebut randu 
5. Nyamplung (chalopyllum inophyllum) 
6. Bidaro (ximena americana) 
7. Ganggang (algae) 

Keenam tanaman ini tidak bersinggungan dengan produksi pangan. Sehingga, pengembangannya tidak akan mengganggu ketahanan pangan nasional.Secara kimia, biodiesel merupakan cairan yang terdiri dari monoalkylester dari rantai panjang lemak. Untuk memproduksi biodiesel, minyak nabati melalui dua proses.

Pertama, reaksi esterifikasi yang bertujuan untuk menghilangkan asam lemak bebas (FFA) dan tambahan ester. Menghilangkan asam lemak bebas di biodiesel harus dilakukan karena asam ini bisa menyumbat saringan (filter) dan menimbulkan korosi pada logam mesin diesel. Reaksi bisa dilakukan sebelum reaksi transesterifikasi jika kandungan asam lemak bebasnya tinggi (>0,5%) dan sesudahnya jika kandungannya dibawahnya. Reaksi antara FFA dengan alkohol akan menghasilkan ester dan air.

Kedua, reaksi transesterifikasi Pada proses ini, minyak nabati direaksikan dengan alkohol. Jenis alkohol yang sering digunakan adalah metanol karena paling murah. Tigleserida bereaksi dengan alkohol membentuk gliserin dan ester. Pemisahan keduanya sangat mudah, gliserin berada di bawah dan ester alkil diatas. Kedua produk ini memiliki nilai ekonomi yang tinggi.

2. Biomassa
Biomassa adalah bahan biologis dari hewan mapun tumbuhan yang baru mati yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Biomassa adalah bentuk energi paling awal dan paling alami. Biomassa bisa berupa kayu, kulit, ranting, kotoran hewan, dan residu pabrik. Limbah terbiodegradasi yang dapat dibakar sebagai bahan bakar juga termasuk biomassa. Tungku masak kayu bakar adalah salah satu contoh penggunaan biomassa. Meskipun berasal dari hewan dan tumbuhan, bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batubara tidak termasuk biomassa karena merupakan materi organiknya telah tertransformasi oleh proses geologis selama jutaan tahun.

3. Biogas
Biogas adalah gas yang dihasilkan dari aktivitas anaerobik atau fermentasi bahan-bahan organik. Banyak bahan organik yang bisa dipakai sebagai bahan biogas, namun yang paling ekonomis adalah bahan organik berupa kotoran mahluk hidup (hewan dan manusia) dan limbah yang bisa terurai oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi (biodegradable). Hampir semua limbah biodegradable bisa dimanfaatkan, diantaranya limbah pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, rumah tangga, dan industri.

Biogas hasil proses aktivitas anaerobik atau fermentasi memiliki kandungan utama metana dan karbon dioksida. Karena berupa gas, penggunaannya bisa lebih luas, mulai dari skala rumah tangga hingga industri.

Pembuatan biogas dari limbah ternak dan sampah rumah tangga (yang kemudian disebut sebagai substrat/bahan organik yang akan diuraikan), dapat dilakukan dengan meletakkan substrat didalam reaktor yang disebut dengan biodegester. Reaktor ini dirancang untuk menangkap gas metana yang dilepaskan dari materi organik yang terurai. Jenis reaktor berdasarkan bahan pembuatannya yaitu, reaktor kubah (fixed dome), silinder (floating drum), balon, dan yang terbuat dari serat kaca.

Lama proses pembentukan gas berkisar 10 hari lebih. Setelah sepuluh hari, substrat harus ditambahkan setiap hari di tempat pemasukan (inlet). Penambahan rutin dibutukan agar reaktor setiap hari menghasilkan gas baru, sehingga produksi gas bisa dimanfaatkan setiap hari. Limbah biogas, yaitu kotoran ternak yang telah hilang gasnya (slurry), akan secara otomatis keluar di kotak pembuangan (outlet). Limbah biogas merupakan pupuk organik yang kaya unsur hara yang sangat dibutuhkan tanaman. Unsur hara ini lebih baik dibandingkan pupuk kimia.

Gas dikumpulkan hingga dalam jumlah dan komposisi yang tepat, yaitu yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi bagi alat memasak rumah tangga. Satu keluarga membutuhkan 2 ekor sapi berbobot 400-500 kg agar kebutuhan gas hariannya sebesar 2.000 liter gas. Sapi-sapi ini bisa menghasilkan kotoran 45,5 kg kotoran setiap harinya, atau setara dengan energi sebesar 42,99 kcal yang bisa menyalakan 4 lampu berdaya 75 watt selama 6 jam.

Oleh : ahmad senoadi
Dari berbagai sumber