2. Biomass energy
• Sumber bahan bakar biomas
• Biomass listrik / panas
• Biomass biofuels
• Biogas
3. OVERVIEW
• Biomass adalah sumber energi renewable yang
diperoleh dari organisme hidup.
• Biomass termasuk bahan biologi, bukan bahan
organis seperti batubara.
• Energy yang diperoleh dari biomass umumnya
digunakan untuk membangkitkan listrik atau
menghasilkan panas.
• Energi panas diambil melalui cara
pembakaran, pirolisa atau gasifikasi.
• Biomass bisa diolah secara kimia atau biokimia
untuk merubah menjadi energi.
8. • Biomas menarik sebagai sumber energi karena sifat
netralitas terhadap Carbon. Karena jumlah CO2 yang dilepas
pada waktu biomas dibakar, sebenarnya sebelumnya
berasal dari atmosfer ketika CO2 dikonversikan melalui
proses photosinthesa menjadi carbon yang terkandung
dalam tanaman (biomas)
• Sehingga kita memiliki sumberdaya yang berkesinambungan
dengan produksi CO2 bersih = nol, selama kita selalu
memperbaharui / menamam kembali jumlah biomas yang
kita konsumsi.
Netralitas terhadap Carbon
11. Energi Biomas (Biomass energy)
• Renewable
• Multi manfaat – makanan, perumahan, energi, bahan bangunan
• Dampak lingkungan temasuk lahan, penggunaan air, pupuk dan nutrisi lain
• Secara alamiah menyebar- pengambilan dan transportasi penting
• Biomas energi adalah bentuk perubahan dari energi surya
• Energi surya ditangkap melalui photosinthesa sebagai carbon dioksida yang
menjadi carbon tetap selama pertumbuhan biomas
12. • Energi panas yang diperoleh dari pembakaran, secara praktis
ekivalen kerapatan energinya, berkisar antara 8 MJ/ kg
(pohon kayu basah) dan 15 MJ/ kg (kayu kering), hingga
sekitar 40 MJ/ kg (minyak) dan 56 MJ/ kg (methane)
• Namun biomas sebagian besar adalah bahan carbohidrad
dengan panas pembakaran sekitar 20 MJ/ kg
• Biomas bisa dihasilkan sekitar 10 ton /ha/ tahun = 5 kW/ ha
• Efisiensi konversi dari energi surya ke biomas adalah sekitar
0,5 %
Kandungan energi pada Biomas
13. • Global potensial dari biomas adalah sekitar 50 TW. Dari
sejumlah ini yang dimanfaatkan menjadi energi hanya
sekitar 1,6 TW dan sekitar 0,5 TW sebagai makanan. Secara
prosentase pemanfaatan energi global yang berasal dari
biomas adalah sekitar 12 %
• Pemanfaatan biomas sebagai energi terutama (sekitar 70 %)
untuk keperluan memasak dan pemanasan di negara
berkembang atau sekitar 1/3 pemakian energinya. Sebagai
contoh di china sekitar 20 % dan India sekitar 40 %
• Ketika dipakai untuk memasak sebagaian besar energi
biomas terbuang karena efisiensi pembakaran langsung
hanya 5 %
Potensi biomas dan pemanfaatannya
14.
15. Biomass –Supply and process chain
Forest and agriculture crops
& residues
Municipal & Industrial waste
Collection & storage
Pre-treatment
Solid biofuels
Combustion
for heat and
Electricity
Liquid Biofuels
Ethanol
(hydrolysis and fermentation)
Bio-diesel
(extraction/purification/modification)
Biochemicals
Fermentation
(Thermochemical
(pyrolysis, HTU, syngas)
21. Energy dari pembakaran Biomass
• Biomass
– Wood
– Limbah pertanian
– Plantations
– Charcoal (arang)
– Kotoran hewan
• Umum di negara berkembang
22.
23. Apa itu wood biomass ?
Wood Biomass adalah bahan biomas dari bawah atau
diatas tanah maupun seperti, akar, kayu, dahan, daun
dari pohon hidup maupun mati
Potensi asal sumber
• Limbah kayu perkotaan
• Limbah pembersihan hutan
• Limbah perhutanan
• Limbah pertanian
• Kotoran hewan
• Hutan tanaman energi
24. Potensi manfaat menggunakan Wood
• Manajemen hutan dapat:
Mengurangi kebakaran hutan secara liar
Penanganan hutan menjadi lebih baik dan sehat
Memperbaiki ekosistim habitat liar yg langka
• Secara domestik sumber energi yang tersedia banyak
• Dapat menghasilkan limbah dengan kandungan
sulfur, nitrogen, and mercury lebih rendah dari pada
fossil fuels
• Suatu cara untuk mengolah limbah kayu
• Carbon neutral
• Creates local jobs
25. Potential Concerns about Using Wood
• Long term sustainable yields
• Reduced soil fertility
• Habitat change
Potential Solutions:
• Best management practices
• Sustainable forestry
• Forest certification
• Unfamiliar technology
• Cost, compared to alternatives
*although cheaper than other renewables
26. Penanganan dan transportasi Biomass
• Tujuannya adalah Pengiriman energi, bukan volume atau berat
• Biaya Transport bisa mencapai bahkan lebih 50% dari total costs
• Nilai energinya rendah perlu penanganan yang lebih baik
• Biaya transport dipengaruhi oleh :
– ukuran biomas dikecilkan, metoda pemuatannya, jenis serta kapasitas alat
angkutnya
– Kandungan air dan kandungan abu pada biomas
– Kandungan energi per bahan biomas kering
27. Four Year Old
Eucalyptus: Hawaii
Eucalyptus: produce high amounts
Of biomass under drier conditions
Than hemp. Very hardy species.
32. • Pembakaran langsung
• Untuk panas langsung
• Lebih diutamakan inputnya yg kering dan homogen
• Pyrolysis
• Biomas dipanaskan tanpa udara atau pembakaran sebagian dari
biomas dengan jumlah udara terbatas
• Produknya bervariasi gas , uap, cairan/ minyak dan bahan padat
, arang dan abu. Outputnya tergantung pada temperatur, bahan
input dan proses penanganannya
• Dalam beberapa proses diperlukan adanya air sehingga bahan
bakunya tidak harus kering.
• Bila outputnya mayoritas adalah gas yang dapat dibakar, prosesnya
disebut gasifikasi
• Proses thermokimia lainnya
• Dalam produksi methanol
Proses thermokimia
33.
34.
35. 36
Gasification-based fuels from biomass and/or coal
Feed Preparation
and Gasification
Gas
Conditioning
Acid Gas
Removal
Liquid Fuel
Synthesis
Refining
Power
Generation
feedstock
Oxygen
Production
air
Onsite
Electricity
Finished
Fuels
CO2 H2S,COS
Vent to atmosphere
or compress for transport/injection.
• Semua komponen teknologi konversinya sdh tersedia secara
komersial
• CO2 removal merupakan bagian dari proses.
36. Gasification
Gasification adalah proses thermochemical dimana biomas
pada temperatur tinggi dirubah langsung dari bahan bakar
padat menjadi bahan bakar gas disebut syngas atau synthetic
gas (suatu campuran CO, H2 dan CH4).
37. Pyrolysis
Pyrolysis adalah degradasi thermal dari komponen organic dalam
biomass tanpa kehadiran oxygen. Produk utamanya adalah minyak,
gas, dan arang.
38. 39
Gasification-based conversion of biomass
Air, O2, and/or
steamBagasse, Trash
Gasification
(1 to 30 bar)
Drying
Sizing
Gas cleaning
Gas Turbine Heat Recovery Steam Turbine
Electricity
Process steamBGCC
Water Gas Shift
(CO+H2O H2+CO2)
Catalytic
Synthesis
Distillation
or Refining
CO2 Removal
Steam & Power
Generation
Process steam/elec.
Liquid
Fuel
CO, H2, CH4, CO2
Biomass to Liquids
Fermentation
Distillation
or Refining
Steam & Power
Generation
Process steam/elec.
Alcohols
Hybrid thermochem/biochem fuels production (one example)
39. Biomass Gasification
Basic Process Chemistry
• Konversi dari solid fuels
menjadi campuran
combustible gas (CO + H2 +
CH4)
• Biomass diproses melalui
pembakaran sebagian
• Terdapat 4 proses dalam
gasifier viz.
• Drying
• Pyrolysis
• Combustion
• Reduction
41. • PLTU Dendro :
– Sama dengan PLTU biasa hanya perlu adanya hutan/ kebun energi,
sistem pengangkutan kayu, sistem penyimpanan kayu, sistem
pengeringan dan pemotongan kayu
– Biomas yg digunakan berasal dari limbah kayu hasil hutan atau
membuat kebun energi (biasanya pohon Lamtorogung, Acasia,
Caliandra, Eucaliptus atau Pinus)
– Produksi kayu lamtorogung : 25 ton/ha/th
– Per MW /th diperlukan lebih kurang 300 ha
– Teknologi yang digunakan bisa pembakaran langsung atau melalui
proses gasifikasi.
– Cocok untuk kebutuhan didaerah terpencil dengan kebutuhan listrik
sedikit.
– Harga listriknya mahal karena biaya investasinya mahal.
Beberapa aplikasi konversi
Wood Energy
42. • PLTU Limbah :
– Biomas yg digunakan berasal dari limbah/ sampah
– Sama dengan PLTU biasa hanya perlu adanya , sistem pengangkutan
sampah, sistem penyimpanan sampah, sistem pemisahan sampah
kering/ basah, organik/ anorganik
– Teknologinya adalah pembakaran langsung. Suhu pembakaran harus
tinggi seitar 800 oC agar dapat menghilangkan bau dan abunya kering
– Per MW/ hari dapat membakar sekitar 100 ton sampah
– Pembakaran tidak sempurna bila tumpukan sampah terlalu padat,
oleh karena itu biasanya dicampur dengan minyak bakar untuk
meningkatkan efisiensi.
– Perlu ada pengaturan agar lingkungan sekitar tidak tercemar serta
pengaturan pembuangan sisa sampah yanag tidak terbakar.
– Harga listriknya mahal karena biaya investasinya mahal.
Beberapa aplikasi konversi
Wood Energy
43. • PLTD Dendro :
– Biomas yg digunakan berasal dari kebun kayu, limbah industr kayu
atau limbah pertanian
– Biomas diolah dulu dengan teknologi gasifikasi atau pyrolysis guna
menghasilkan gas dengan nilai kalori yang agak rendah. Selanjutnya
gas tersebut dibakar pada suatu motor bakar atau mesin diesel.
– Oleh karena nilai kalor yang rendah, untuk keperluan start masih
diperlukan bantuan BBM sekitar 20 %.
– Teknologi ini pada skala kecil bisa dipraktekkan pada kendaraan
bermotor.
Beberapa aplikasi konversi
Wood Energy
44. Applications
Power Generation Thermal Applications
• Irrigation Pumping
• Village Electrification
• Captive Power (Industries)
• Grid-fed Power
• Simultaneous Charcoal and
Power Production
• Hot Air Generators
• Dryers
• Boilers
• Thermic Fluid Heaters
• Ovens
• Furnaces & Kilns
45. 1.2 MWe, Grid connected Power Plant using Agri-Residues as Biomass
52. Some U.S. bioenergy
history
1850s: Ethanol used for lighting (http://www.eia.doe.gov/
kids/energyfacts/sources/renewable/ethanol.html#motorfuel)
1860s-1906: Ethanol tax enacted (making it no
longer competitive with kerosene for lights)
1896: 1st ethanol-fueled automobile, the Ford
Quadricycle
(http://www.nesea.org/greencarclub/factsheets_ethanol.pdf)
Bioenergy is not new!
53. More bioenergy
history
1908: 1st flex-fuel car, the Ford Model T
1919-1933: Prohibition banned ethanol unless mixed
with petroleum
WWI and WWII: Ethanol used due to high oil costs
Early 1960s: Acetone-Butanol-Ethanol industrial
fermentation discontinued in US
Today, about 110 new U.S. ethanol refineries in
operation and 75 more planned
(photo from http://www.modelt.org/gallery/picz.asp?iPic=129)
58. • Masalah pada
Petrochemicals
– Sumber terbatas
– CO2 pollution
– Senjata Strategic dan
political
– Low security of supply
– Murah
• Solusi
Biomass (ethanol and diesel)
– Renewable
– CO2 neutral
– Dapat ditanam dan eksploitasi
dimana saja
– High security of supply
– Masih mahal
– Bahan bakar cair hasilnya dapat
dikombinasikan dengan bahan
bakar padat
59. Methods of Biomass to Energy
Conversion
Direct combustion
Pyrolysis: thermal decomposition into gas or liquid
Involves high temperatures (500-900°C), low oxygen
Biochemical processes:
Anaerobic digestion by methanogens
Controlled fermentation produces alcohols:
Ethanol (grain alcohol)
Methanol (wood alcohol)
60. Mengkonversi bahan tumbuhan
menjadi Liquid Biofuel
• Biofuels
– Ethanol and biodiesel
– Crops can be grown in most countries
– No net increase in carbon dioxide emissions
– Available now
• Sustainability
61.
62.
63. • Aerobic digestion
• Dengan bantuan udara, metabolisme microbial aerobic menghasilkan
panas dngan emisi CO2
• Tidak digunakan secara komersial pada bioenergi
• Anaerobic digestion
• Tanpa oksigen, organisme tertentu dapat memperoleh pasokan energi
ketika bereaksi dengan campuran guna menghasilkan CO2 dan CH4
• Prosesnya bisa dikatakan sebagai “fermentasi”, tetapi biasanya disebut
“digestion” karena mirip dengan proses pencernaan pada binatang
• Campuran CO2, CH4 dan gas2 lain disebut biogas
• Alkoholic fermentattion
• Ethanol adalah bahan bakar cair yang mudah menguap yang dapat dipakai
sebagai pengganti BBM. Diproduksi melalui proses fermentasi dengan bantuan
microorganisme
• Fermantasi konvensional sebagai bahan bakunya adalah sugar
• Biophotolysis
• Photolysis adalah penguraian air menjadi hidrogen dan oksigen dengan bantuan
cahaya. Beberapa organisme dapat membantu proses ini
Biochemical proses
64.
65.
66. Anaerobic Digester
Mengkonversi kotoran hewan atau
tanaman menjadi methane (CH4)
Typical wastes:
Manure (feed lots, pig farms, poultry)
Olive oil mill waste
Potato processing waste
68. Aerobic Digestion
Aerobic digestion adalah proses dimana bakteri
menggunakan oksigen untuk mengkonversi bahan
organik menjadi CO2. Produknya meliputi pupuk dan
kompos.
70. Fermentation
Fermentation is a biological process in which enzymes
produced by microorganisms cause chemical reactions to
occur. Products include ethanol, commercial levels of
therapeutic and research enzymes, antibiotics, and specialty
chemicals.
71. Tahapan produksi ethanol melalui
fermentasi
Terdapat empat tahapan proses :
1. Penanaman , panen dan pengiriman bahan baku ke
alcohol plant;
2. Proses pre-treatment atau conversion bahan baku
menjadi substrate atau bahan yang siap untuk dilakukan
fermentation menjadi ethanol;
3. Proses fermentation dari substrate menjadi
alcohol, aproses pemurnia purification melalui
distillation; and
4. Proses treatment dari sisa fermentation guna mengurangi
pollution dan memanfaatkan kembali hasil samping.
72. Tiga tipe bahan baku bioethanol
(a) sugar from sugarcane, sugar beet and
fruit, which may be converted to
ethanol directly;
(b) starches from grain and root
crops, which must first be hydrolysed to
fermentable sugars by the action of
enzymes; and
(c) cellulose from wood, agricultural
wastes etc., which must be converted to
sugars using either acid or enzymatic
hydrolysis.
http://www.viscostar.dk/application/food.htm
Terdapat 3 klasifikasi bahan baku untuk produksi
bioethanol :
75. Aplikasi Biofuel : cair
Ethanol dan Butanol: dapat
digunakan pada gasoline engines
(mesin bensin) dengan campuran
hingga 10%, untuk campuran yang
lebih tinggi mesinnya perlu
dimodifikasi
Biodiesel: dapat dipakai baik
dicampur dengan fossil diesel atau
dlm bentuk murni.
76. Kenapa Butanol?
Lebih mirip dengan gasoline dari pada
ethanol
Butanol dapat:
Ditransportasikan melalui jaringan pipa yang
ada (ethanol tdk bisa)
Dipakai langsung pada mesin bensin tanpa
modifikasi (ethanol tdk bisa)
Diproduksi dari biomass (biobutanol)
sebagai mana petroleum (petrobutanol)
Masalah pencemaran tdk lebih jelek dari
gasoline
77. • Biodiesel dpt diproduksi dari berbagai macam bahan baku tanaman yang
biasa untuk menghasilkan minyak sperti kelapa dan sejenisnya, bahkan
minyak goreng bekas bisa juga dipakai sebagai bahan baku
• Biodiesel secara karakteristik mirip dengan petrodiesel, oleh karena itu
biasanya digunakan campuran keduanya 20% biodiesel, jarang yang murni
biodiesel
78. Beberapa keuntungan & kendala
pemanfaatan energi biomas
• Mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil
• Mengurangi efek rumah kaca, memperbaiki lingkungan
• Memperbaiki keamananan pasokan energi primer
• Kesempatan memperbaiki ekonomi pedesaan
• Mengurangi masalah terhadap limbah, polusi
Beberapa kendala yang harus diatasi :
• Ketersediaan lahan bersaing dengan kebutuhan pangan
• Pemilihan jenis tanaman yg cocok
• Biaya produksi ( US$/ GJ) harus bisa bersaing
• Logistik atau keamanan pasokan bahan baku
• Keseimbangan sumber dan lingkungan
79. 80
Biochemical conversion of biomass
• Current technology
– Separate pretreatment hydrolysis using purchased enzymes (cellulases) to liberate C5 and
C6 sugars C6 fermentation.
– C5 fermentation has been demonstrated at pilot scale.
• Near future technology
– Pretreatment + combined enzyme hydrolysis and fermentation
• More future technology
– Consolidated bioprocessing: one reactor for enzyme production, hydrolysis, fermentation.
Pretreatment
Fermentation
Recovery &
Distillation
Enzyme
production
Solids
separation
Steam & power
generation
Ethanol
Process steam & electricity
Raw Biomass
Hydrolysis
Combining of two steps proposed: simultaneous
saccharification and fermentation – SSF
Combining of three steps proposed:
consolidated bioprocessing – CBP
• May 2009 study from U.S. National Academy of Sciences:
– Ethanol yield with current known technology: ~260 liters/dry t biomass
– Future-technology yield: ~330 liters/dry t biomass
Notes de l'éditeur
Carbon is constantly circulating through our ecosystems every day. Every living plant absorbs and releases carbon every day. Every living animal releases carbon every day. Every organism stores some carbon in its body that is released after it dies. This amount of carbon is huge – on the order of billions of tons. This carbon cycle is natural and normal and does not contribute to global warming.When we take fossilized carbon out of the ground (in the form of natural gas, oil, and coal) and burn it, we add that carbon to the global carbon budget. While we could plant more trees to sequester that carbon, we would need to plant more trees every day and there would not be enough land surface to handle all the carbon in the atmosphere. Scientists suggest that reducing our use of fossil fuels is the best way to avoid adding atmospheric carbon to the system, thus reducing or slowing climate change.
Woody biomass is trees and woody plants, including limbs, tops, needles, leaves, and other woody parts, forest grown, from woodlands, or rangelands. Woody biomass can come as fiber straight from the forest, harvesting residues, mill residues, urban and municipal wood waste, and short rotation woody crops.We can obtain woody biomass for energy and other products from a variety of sources. Communities will vary on whether or not they have access to and to what degree things like urban waste wood or land-clearing debris.Forest residues represent a large available source of woody biomass. The Billion Ton Report identified 67 million dry tons annually of logging residues and other removals and more than 8 billion dry tons of biomass as potentially treatable biomass in terms of fuel load reduction in the nation’s forested lands. Hybrid poplars and willows specifically grown as energy feedstock offer further opportunity for woody biomass to assist in energy production. The fast-growing nature of these as well as other tree species can be harvested in four to eight year increments. In some cases these woody plantations can be combined with wastewater disposal efforts such as sewage and waste water from food processing factories.Production agriculture is another source of biomass. Corn has received a lot of attention in terms of ethanol production. Oilseed crops such as soybeans can be refined to produce biodiesel. The non-food portions of biomass left after harvest such as corn stover and nutshells are also useful; they can be combusted for heat energy or converted into transportation fuels such as ethanol. Perennial grasses are another form of biomass. Fairly low nutrient requirements, geographic growing range, and high energy yield make these grasses an ideal biomass source. And let’s not forget waste from animal farms. This waste can be burned directly or used for methane production.
As a feedstock source, harvesting residues are generally delivered in one of three ways:1 – unconsolidated material – stumps, bark, leaves, needles, branches, tree trunks, etc.2 – comminuted – size reduced material done by shredding, grinding, and the most common form, chipping.3 – bundled – composite residue logs (CRL) gathered in 2 to 2.5 feet diameter bales by specialized machinery. Transportation can be the limiting factor when deciding whether a biomass for energy or other bioproducts operation will be economically feasible. Remember, delivering energy, not volume or weight, is the objective. Because energy values are lower than most traditional wood markets, the less the material is handled is better.
Sawdust and wood chips are the most common types of woody biomass used in aerobic digestion. In this process, organic wastes from mill lagoons, where naturally occurring bacteria use oxygen to convert the waste into carbon dioxide, water, energy, and more bacteria, are collected. Additional feedstock and water mix with aerators daily to ensure constant turnover of the sludge. This process can be expensive as well as energy demanding because of the need for constant mixing. Nutrient-rich fertilizers and composts are the major product that results from aerobic digestion of woody biomass.
Anaerobic digestion is the decomposition of biomass by bacteria in the absence of oxygen. Biogas (methane) is the primary product produced. Anaerobic digestion is governed by several factors. They are temperature, retention time, chemical composition of the influent, and presence of toxicants. These factors, in turn, affect quantity and quality of the biogas produced.
Producing commercial products through fermentation of lignocellulosic material is a multi-step process involving: 1) pre-treatment and hydrolysis (deconstruction of acompound by reaction with water)of the material torelease fermentable simple sugars, 2) fermentation of these sugars by living organisms to produce hydrocarbons, 3) recovery from the fermentation broth of the desired products, and 4) utilization of the byproducts. Fermentation is also used to produce ethanol as well as commercial levels of therapeutic and research enzymes, antibiotics, and many more intermediate and specialty chemicals involved in the make up of industrial and consumer products.
