Makalah Biofuel

PENDAHULUAN Latar Belakang Bahan bakar hayati atau biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Ada tiga cara untuk pembuatan biofuel: pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah tangga, limbah industri dan pertanian); fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas (mengandung hingga 60 persen metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester. Dimana pada pembahasan ini akan membahas salah satu jenis Biofuel yaitu biodiesel dengan menjadikan biodiesel sebagai bahan bakar pada sebuah pembangkit listrik. Pada dasarnya biofuel dan biogas tidaklah sama, tetapi biogas termasuk salah satu jenis dari pada biofuel. Dikarenakan biogas termasuk jenis gas yang dibuat, tidak halnya jenis gas yang sudah tersedia di alam.

Tujuan Penulisan 1.

Diajukan sebagai laporan presentasi pembangkit listrik yang menggunakan biofuel di Jurusan Teknik Elektro Itenas.

2.

Menambah wawasan dan pengetahuan mengenaui pembangkit listrik terbharukan yang ada pada saat ini khususnya pembangkit listrik menggunakan bahan bakar biofuel.

Metode Penulisan Metode pembuatan makalah ini menggunakan pencarian data di internet. Dengan mencari sumber sumber yang terpercaya.

1

TEORI Pengertian Biofuel

Bahan bakar hayati atau biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Ada tiga cara untuk pembuatan biofuel: pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah tangga, limbah industri dan pertanian); fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas (mengandung hingga 60 persen metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester; dan energi dari hutan (menghasilkan kayu dari tanaman yang cepat tumbuh sebagai bahan bakar).

Proses fermentasi menghasilkan dua tipe biofuel: alkohol dan ester. Bahan-bahan ini secara teori dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil tetapi karena kadang-kadang diperlukan perubahan besar pada mesin, biofuel biasanya dicampur dengan bahan bakar fosil. Uni Eropa merencanakan 5,75 persen etanol yang dihasilkan dari gandum, bit, kentang atau jagung ditambahkan pada bahan bakar fosil pada tahun 2010 dan 20 persen pada 2020. Sekitar seperempat bahan bakar transportasi di Brazil tahun 2002 adalah etanol.

2

Biofuel menawarkan kemungkinan memproduksi energi tanpa meningkatkan kadar karbon di atmosfer karena berbagai tanaman yang digunakan untuk memproduksi biofuel mengurangi kadar karbondioksida di atmosfer, tidak seperti bahan bakar fosil yang mengembalikan karbon yang tersimpan di bawah permukaan tanah selama jutaan tahun ke udara. Dengan begitu biofuel lebih bersifat carbon neutral dan sedikit meningkatkan konsentrasi gas-gas rumah kaca di atmosfer (meski timbul keraguan apakah keuntungan ini bisa dicapai di dalam prakteknya). Penggunaan biofuel mengurangi pula ketergantungan pada minyak bumi serta meningkatkan keamanan energi.

Ada dua strategi umum untuk memproduksi biofuel. Strategi pertama adalah menanam tanaman yang mengandung gula (tebu, bit gula, dan sorgum manis [2]) atau tanaman yang mengandung pati/polisakarida (jagung), lalu menggunakan fermentasi ragi untuk memproduksi etil alkohol. Strategi kedua adalah menanam berbagai tanaman yang kadar minyak sayur/nabatinya tinggi seperti kelapa sawit, kedelai, alga, atau jathropa. Saat dipanaskan, maka keviskositasan minyak nabati akan berkurang dan bisa langsung dibakar di dalam mesin diesel, atau minyak nabati bisa diproses secara kimia untuk menghasilkan bahan bakar seperti biodiesel. Kayu dan produk-produk sampingannya bisa dikonversi menjadi biofuel seperti gas kayu, metanol atau bahan bakar etanol. Jenis – Jenis Biofuel 

Energi Bahan Bio dari Limbah Penggunaan limbah biomassa untuk memproduksi energi mampu mengurangi berbagai permasalahan manajemen polusi dan pembuangan, mengurangi penggunaan bahan bakar fosil, serta mengurangi emisi gas rumah kaca. Uni Eropa telah mempublikasikan sebuah laporan yang menyoroti potensi energi bio yang berasal dari limbah untuk memberikan kontribusi bagi pengurangan pemanasan global. Laporan itu menyimpulkan bahwa pada tahun 2020 nanti 19 juta ton minyak tersedia dari biomassa, 46% dari limbah bio: limbah padat

3

perkotaan, residu pertanian, limbah peternakan, dan aliran limbah terbiodegradasi yang lain.

Tempat penampungan akhir sampah menghasilkan sejumlah gas karena limbah yang dipendam di dalamnya mengalami pencernaan anaerobik. Secara kolektif gas-gas ini dikenal sebagai landfill gas (LFG) atau gas tempat pembuangan akhir sampah. Landfill gas bisa dibakar baik secara langsung untuk menghasilkan panas atau menghasilkan listrik bagi konsumsi publik. Landfill gas mengandung sekitar 50% metana, gas yang juga terdapat di dalam gas alam.

Biomassa bisa berasal dari limbah materi tanaman. Gas dari tempat penampungan kotoran manusia dan hewan yang memasuki atmosfer merupakan hal yang tidak diinginkan karena metana adalah salah satu gas rumah kaca yang potensil pemanasan globalnya melebihi karbondioksida. Frank Keppler dan Thomas Rockmann menemukan bahwa tanaman hidup juga memproduksi metana CH4.

-

Proses pembuatan baku limbah buah papaya Peralatan yang dibutuhkan: 1. Mesin parut untuk menghancurkan buah. Kalau mesin parut susah didapat, bisa juga pakai manual dengan cara ditumbuk. 2. Drum atau bak untuk menampung bahan baku. 3. Drum atau bak fermentasi 4. Timbangan kecil. Bisa pakai timbangan kue. 5. Ethanol meter. Kalau alat ini perlu dibeli di kota. Biasanya ada di tokotoko yang menjual alat-alat laboratorium. 6. Distilator. Alat ini harus dipesan ke produsennya. Sesuaikan kapasitas distilator dengan kapasitas produksi ethanolnya. 7. Peralatan pendukunh lainnya, seperti: ember, gayung, parang, dan lainlain.

4

- Bahan-bahan 1. Limbah buah, jelas ini adalah bahan baku utamanya. 2. Ragi roti. Bisa pakai ragi roti yang banyak dijual di toko yang menjual bahan baku kue/roti. 3. Urea dan NPK (15-15-15), untuk nutrisi tambahan ragi.

-

Resep Bahan Ragi = 0.5% x kadar gula x volume sari buah Urea = 0.5% x kadar gula x volume sari buah NPK = 0.2% x kadar gula x volume sari buah Sebagai contoh kadar gula sari buah adalah 10%, maka untuk setiap 1 drum volume 200 liter penambahan bahan-bahannya adalah: – 100 gr Ragi – 100 gr Urea – 40 gr NPK

-

Cara pembuatan 1. Buah dihancurkan terlebih dahulu dengan menngunakan parutan atau ditumbuk.

5

2. Masukkan Urea & NPK ke dalam drum dan dicampur hingga merata.

3. Encerkan yeast dengan air hangat-hangat kuku, diaduk sampai muncul buihnya. 4. Masukkan ragi ke dalam sari buah dan diaduk sampai tercampir merata. 5. Campuran ragi roti dan NPK harus diaduk sampai tercampur merata. 6. Sari buah difermentasi minimal selama 72 jam atau 3 hari, sampai tidak muncul buihnya lagi. 7. Sari buah diperas dan diambil airnya.

8. Air perasan ini kemudian didistilasi untuk mendapatkan ethanol.

6



Minyak sayur Minyak sayur dapat digunakan sebagai makanan atau bahan bakar; kualitas dari minyak dapat lebih rendah untuk kegunaan bahan bakar. Minyak sayur dapat digunakan dalam mesin diesel yang tua (yang dilengkapi dengan sistem injeksi tidak langsung, tapi hanya dalam iklim yang hangat. Dalam banyak kasus, minyak sayur dapat digunakan untuk memproduksi biodiesel, yang dapat digunakan kebanyakan mesin diesel bila dicampur dengan bahan bakar diesel konvensional. MAN B&W Diesel, Wartsila dan Deutz AG menawarkan mesin yang dapat digunakan langsung dengan minyak sayur. Minyak sayur bekas yang diproses menjadi biodiesel mengalami peningkatan, dan dalam skala kecil, dibersihkan dari air dan partikel dan digunakan sebagai bahan bakar.

Alat untuk pembuat biofuel

7

Siklus pengolahan minyak bekas/jelantah menjadi biodiesel



Biodiesel

Biodiesel merupakan biofuel yang paling umum di Eropa. Biodiesel diproduksi dari minyak atau lemak menggunakan transesterifikasi dan merupakan cairan yang komposisinya mirip dengan diesel mineral. Nama kimianya adalah methyl asam lemak (atau ethyl) ester (FAME). Minyak 8

dicampur dengan sodium hidroksida dan methanol (atau ethanol_ dan reaksi kimia menghasilkan biodiesel (FAME) dan glycerol. 1 bagian glycerol dihasilkan untuk setiap 10 bagian biodiesel.

Biodiesel dapat digunakan di setiap mesin diesel kalau dicampur dengan diesel mineral. Di beberapa negara produsen memberikan garansi untuk penggunaan 100% biodiesel. Kebanyakan produsen kendaraan membatasi rekomendasi mereka untuk penggunaan biodiesel sebanyak 15% yang dicampur dengan diesel mineral. Di kebanyakan negara Eropa, campuran biodiesel 5% banyak digunakan luas dan tersedia di banyak stasiun bahan bakar. Di AS, lebih dari 80% truk komersial dan bis kota beroperasi menggunakan diesel. Oleh karena itu penggunaan biodiesel AS bertumbuh cepat dari sekitar 25 juta galon per tahun pada 2004 menjadi 78 juta galon pada awal 2005. Pada akhir 2006, produksi biodiesel diperkirakan meningkat empat kali lipat menjadi 1 miliar galon. Proses pembuatan biodesel mempunyai Senyawa utamanya adalah ester. Ester mempunyai rumus bangun sebagai berikut :

Rumus bangun ester

Biodiesel dapat dibuat dari transesterifikasi asam lemak. Asam lemak dari minyak lemak nabati direaksikan dengan alkohol menghasilkan ester dan produk samping berupa gliserin yang juga bernilai ekonomis cukup tinggi.

9

Biodiesel telah banyak digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar. Bahan baku biodiesel yang dikembangkan bergantung pada sumber daya alam yang dimiliki suatu negara, minyak kanola di Jerman dan Austria, minyak kedelei di Amerika Serikat, minyak sawit di Malaysia, dan minyak kelapa di Filipina Indonesia mempunyai banyak sekali tanaman penghasil minyak lemak nabati, diantaranya adalah kelapa sawit, kelapa, jarak pagar, jarak, nyamplung, dan lain-lain. Beberapa tanaman yang potensial untuk bahan baku biodiesel dapat dilihat pada Tabel di bawah.\

Agar dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar, biodiesel harus mempunyai kemiripan sifat fisik dan kimia dengan minyak solar. Salah satu sifat fisik yang penting adalah viskositas. Sebenarnya, minyak lemak nabati sendiri dapat dijadikan bahan bakar, namun, viskositasnya terlalu tinggi sehingga tidak memenuhi persyaratan untuk dijadikan bahan bakar mesin diesel. Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dengan minyak solar disajikan pada Tabel dibawah

10

perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dan solar

Dibandingkan dengan minyak solar, biodiesel mempunyai beberapa keunggulan. Keunggulan utamanya adalah emisi pembakarannya yang ramah lingkungan karena mudah diserap kembali oleh tumbuhan dan tidak mengandung SOx. Perbandingan emisi pembakaran biodiesel dengan minyak solar disajikan dalam Tabel di bawah

perbandingan emisi pembakaran biodiesel dengan solar

11

Selain itu, beberapa keunggulan biodiesel yang lain adalah : ♠

Lebih aman dalam penyimpanan karena titik kilatnya lebih tinggi

♠

Bahan bakunya terbaharukan

♠

Angka setana tinggi

Trigliserida Minyak atau lemak adalah substansi yang bersifat non soluble di air (hidrofobik) terbuat dari satu mol gliserol dan tiga mol asam lemak. Minyak atau lemak juga biasa dikenal sebagai trigliserida (Sonntag, 1979). Struktur kimia trigliserida disajikan pada Gambar di bawah.

R1, R2, dan R3 merupakan rantai hidrokarbon yang berupa asam lemak dengan jumlah atom C lebih besar dari sepuluh. Senyawa inilah yang akan dikonversi menjadi ester melalui reaksi transesterifikasi.

Indonesia memiliki banyak sekali tumbuhan penghasil minyak lemak nabati bahan baku produksi biodiesel. Kekayaan alam ini masih belum banyak dikembangkan. Kandungan dan komposisi asam lemak dari berbagai tumbuhan di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2.4.

12

Kandungan dan Komposisi minyak nabati beberapa tumbuhan



Bioethanol

Alkohol yang diproduksi secarai biologi, yang umum adalah ethanol, dan yang kurang umum adalah propanol dan butanol, diproduksi dengan aksi

13

mikroorganisme dan enzym melalui fermentasi gula atau starch, atau selulosa. Biobutanol seringkali dianggap sebagai pengganti langsung bensin, karena dapat digunakan langsung dalam mesin bensin. Butanol terbentuk dari fermentasi ABE (aseton, butanol, etanol) dan eksperimen modifikasi dari proses tersebut memperlihatkan potensi yang menghasilkan energi yang tinggi dengan butanol sebagai produk cair. Butanol dapat menghasilkan energi yang lebih banyak dan dapat terbakar "langsung" dalam mesin bensin yang sudah ada (tanpa modifikasi mesin).Dan lebih tidak menyebabkan korosi dan kurang dapat tercampur dengan air dibanding ethanol, dan dapat didistribusi melalui infrastruktur yang telah ada. Dupont dan BP bekerja sama untuk menghasilkan butanol. Bahan bakar etanol merupakan biofuel paling umum di dunia, terutama bahan bakar etanol di Brasil. Bahan bakar alkohol diproduksi dengan cara fermentasi gula yang dihasilkan dari gandum, jagung, bit gula, tebu, molasses dan gula atau amilum yang dapat dibuat minuman beralkohol (seperti kentang dan sisa buah, dll). Produksi etanol menggunakan digesti enzim untuk menghasilkan gula dari amilum, fermentasi gula, distilasi dan pengeringan. Proses ini membutuhkan banyak energi untuk pemanasan (seringkali menggunakan gas alam). Produksi etanol selulosa menggunakan tanaman non-pangan atau produk sisa yang tak bisa dikonsumsi, yang tidak mengakibatkan dampak pada siklus makanan. Memproduksi etanol dari selulosa merupakan langkah-tambahan yang sulit dan mahal dan masih menunggu penyelesaian masalah teknis. Ternak yang memakan rumput dan menggunakan proses digestif yang lamban untuk memecahnya menjadi glukosa (gula). Dalam laboratorium ethanol selulosik, banyak proses eksperimental sedang dilakukan untuk melakukan hal yang sama, dan menggunakan cara tersebut untuk membuat bahan bakar ethanol.

14

Beberapa ilmuwan telah mengemukakan rasa prihatin terhadap percobaan teknik genetika DNA rekombinan yang mencoba untuk mengembangkan enzym yang dapat memecah kayu lebih cepat dari alam, makhluk mikroskopik tersebut dapat tidak sengaja terlepas ke alam, tumbuh secara eksponensial, disebarkan oleh angin, dan pada akhirnya menyebabkan kerusakan struktur seluruh tanaman, yang dapat mengakhiri produksi oksigen yang dilepaskan oleh proses fotosintesis tumbuhan. Ethanol dapat digunakan dalam mesin bensin sebagai pengganti bensin; ethanol dapat dicampur dengan bensin dengan persentase tertentu. Kebanyakan mesin bensin dapat beroperasi menggunakan campuran ethanol sampai 15% dengan bensin. Bensin dengan ethanol memiliki angka oktan yang lebih tinggi, yang berarti mesin dapat terbakar lebih panas dan lebih efisien. Bahan bakar etanol memiliki BTU yang lebih rendah, yang berarti memerlukan lebih banyak bahan bakar untuk melakukan perjalan dengan jarak yang sama. Dalam mesin kompresi-tinggi, dibutuhkan bahan bakar dengan sedikit ethanol dan pembakaran lambat untuk mencegah pra-ignisi yang merusak (knocking). Ethanol sangat korosif terhadap sistem pembakaran, selang dan gasket karet, aluminium, dan ruang pembakaran. Oleh karena itu penggunaan bahan bakar yang mengandung alkohol ilegal bila digunakan pesawat. Untuk campuran ethanol konsentrasi tinggi atau 100%, mesin perlu dimodifikasi. Ethanol yang meyebabkan korosif tidak dapat disalurkan melalui pipa bensin, oleh karena itu diperlukan truk tangki stainless-steel yang lebih mahal, meningkatkan konsumsi biaya dan energi yang dibutuhkan untuk mengantar ethanol ke konsumen.

15

Banyak produsen kendaraan sekarang ini memproduksi kendaraan bahan bakar fleksibel, yang dapat beroperasi dengan kombinasi bioethanol dan bensin, sampai dengan 100% bioethanol. Alkohol dapat bercampur dengan bensin dan air, jadi bahan bakar etanol dapat tercampur setelah proses pembersihan dengan menyerap kelembaban dari atmosfer. Air dalam bahan bakar ethanol dapat mengurangi efisiensi, menyebabkan mesin susah dihidupkan, menyebabkan gangguan operasi, dan mengoksidasi aluminum (karat pada karburator dan komponen dari besi). Proses pembuatan bioethanol Produksi ethanol/bioethanol (atau alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat dan tetes menjadi bioethanol ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Konversi Bahan Baku Tanaman Yang Mengandung Pati Atau Karbohidrat Dan Tetes Menjadi Bio-Ethanol

lukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam dan Hydrolisa enzyme. Berdasarkan kedua jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa enzyme lebih banyak dikembangkan, sedangkan hydrolisa asam (misalnya dengan asam sulfat)

16

kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan dengan hydrolisa enzyme. Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi 1 dan 2. H2O (C6H10O5)n ----------------------------N C6H12O6 (1) enzyme (pati) ------------------------------------ (glukosa) (C6H12O6)n ----------------------------2 C2H5OH + 2 CO2. (2) yeast (ragi) (glukosa) -------------------------------- (ethanol) I. Persiapan Bahan Baku Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya. Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah dikupas dan dibersihkan dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik.

17

II. Liquifikasi dan Sakarifikasi Kandungan karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula komplex (dextrin). Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup. Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut : -Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase bekerja. -Pengaturan pH optimum enzim. -Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang dihasilkan) .

18

III. Fermentasi Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27 s/d 32 derajat celcius selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara anaerob). Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak terkontaminasi oleh mikroba lainnya. Dengan kata lain,dari persiapan baku,liquifikasi,sakarifikasi,hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan. Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2. Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10 % ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi itu sendiri dan mematikan aktifitasnya.

19

IV. Distilasi. Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 95 derajat celcius. Uap ethanol didalam distillator akan dialirkan kebagian kondensor sehingga terkondensasi menjadi cairan ethanol. Kegiatan penyulingan ethanol merupakan bagian terpenting dari keseluruhan proses produksi bioethanol. Dalam pelaksanaannya dibutuhkan tenaga operator yang sudah menguasai teknik penyulingan ethanol. Selain operator, untuk mendapatkan hasil penyulingan ethanol yang optimal dibutuhkan pemahaman tentang teknik fermentasi dan peralatan distillator yang berkualitas. Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara : 1. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional). Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20 s/d 30 %. 2. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat). Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai 90-95 % melalui 2 (dua) tahap penyulingan. V. Dehidrasi Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau disebut ethanol kering. Untuk pemurnian ethanol 95 % diperlukan proses dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain : 1. Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping 2. Cara Fisika ditempuh melalui proses penyerapan menggunakan Zeolit Sintetis. Hasil dehidrasi berupa ethanol berkadar 99,6-99,8 % sehingga dapat dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak

20

digunakan sebagai bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses pemurnian ini disebut Dehidrator.

21

V. Hasil samping penyulingan ethanol. Akhir proses penyulingan (distilasi) ethanol menghasilkan limbah padat (sludge) dan cair (vinase). Untuk meminimalisir efek terhadap pencemaran lingkungan, limbah padat dengan proses tertentu dirubah menjadi pupuk kalium,bahan pembuatan biogas,kompos,bahan dasar obat nyamuk bakar dan pakan ternak. Sedangkan limbah cair diproses menjadi pupuk cair. Dengan demikian produsen bioethanol tidak perlu khawatir tentang isu berkaitan dengan dampak lingkungan.

22

Latar Belakang Kebutuhan Biodiesel di Indonesia Bahan bakar mesin diesel yang berupa ester metil/etil asam-asam lemak. Dibuat dari minyak-lemak nabati dengan proses metanolisis/etanolisis. Produk-ikutan: gliserin. Atau dari asam lemak (bebas) dengan proses esterifi-kasi dgn metanol/etanol. Produk-ikutan : air Kompatibel dengan solar, berdaya lumas lebih baik. Berkadar belerang hampir nihil,umumnya < 15 ppm. BXX = camp. XX %-vol biodiesel dengan (100 – XX) %-vol solar. Contoh: B5, B20, B100. Sudah efektif memperbaiki kualitas emisi kendaraan diesel pada level B2 !.

Keuntungan Pemakaian Biodiesel 1. Dihasilkan dari sumber daya energi terbarukan dan ketersediaan bahan bakunya terjamin 2.Cetane number tinggi (bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar berdasar sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin) 3. Viskositas tinggi sehingga mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik daripada solar sehingga memperpanjang umur pakai mesin 4. Dapat diproduksi secara lokal 5. Mempunyai kandungan sulfur yang rendah 6. Menurunkan tingkat opasiti asap 7. Menurunkan emisi gas buang 8.

Pencampuran biodiesel dengan petroleum diesel dapat meningkatkan

biodegradibility petroleum diesel sampai 500 %

23

Pembangkit listrik Biodiesel

Terminologi pembangkit listrik berbahan bakar minyak pada umumnya diidentikkan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Walau pada kenyataannya bahan bakar minyak juga terkadang digunakan pada PLTG. Prinsip kerja PLTD adalah dengan menggunakan mesin diesel yang berbahan bakar High Speed Diesel Oil (HSDO). Mesin diesel bekerja berdasarkan siklus diesel. Mulanya udara dikompresi ke dalam piston, yang kemudian diinjeksi dengan bahan bakar kedalam tempat yang sama. Kemudian pada tekanan tertentu campuran bahan bakar dan udara akan terbakar dengan sendirinya. Proses pembakaran seperti ini pada kenyataannya terkadang tidak menghasilkan pembakaran yang sempurna. Hal inilah yang menyebabkan efisiensi pembangkit jenis ini rendah, lebih kecil dari 50 %. Namun apabila dibandingkan dengan mesin bensin (otto), mesin diesel pada kapasitas daya yang besar masih memiliki efisiensi yang lebih tinggi, hal ini dikarenakan rasio kompresi pada mesin diesel jauh lebih besar daripada mesin bensin. Mesin Diesel Keuntungan utama penggunaan pembangkit listrik berbahan bakar minyak atau sering disebut dengan PLTD adalah dapat beroperasi sepanjang waktu selama masih tersediannya bahan bakar. Keandalan pembangkit ini tinggi karena dalam operasinya tidak bergantung pada alam seperti halnya PLTA. Mengingat waktu startnya yang cepat namun ongkos bahan bakarnya tergolong mahal dan bergantung dengan perubahan harga minyak dunia yang cenderung meningkat dari tahun ke tahun, PLTD disarankan hanya dipakai untuk melayani konsumen pada saat beban puncak.

24

Investasi awal pembangunan PLTD yang relatif murah, kebutuhan energi di daerah-daerah terisolasi yang mendesak dan kebutuhan energi daerah-daerah yang belum terlalu besar, pemerintah Indonesia berinisiatif membangun PLTD yang berfungsi sebagai base-supply untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah-daerah ini, untuk mengurangi biaya transmisi dan rugi-rugi jaringan dalam menyalurkan energi listrik dari kota terdekat.

Dengan digunakannya bahan bakar konvensional maka adanya kemungkinan pembangkit ini akan sulit dioperasikan di masa depan karena persediaan minyak bumi dunia yang semakin menipis. Harga minyak yang terus meningkat menjadi pertimbangan utama dalam menggunakan pembangkit ini. Harga minyak yang mahal diakibatkan karena pasar minyak dunia yang tidak stabil dan ongkos transportasi untuk membawa minyak tersebut ke daerah yang dituju. Padahal di sisi beban, PLN dipaksa menjual dengan harga murah. Inilah yang menyebabkan PLN rugi besar

Komponen PLTD

Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD) ialah Pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel sebagai penggerak mula (prime mover). Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Mesin diesel sebagai penggerak mula PLTD berfungsi menghasilkan tenaga mekanis yang dipergunakan untuk memutar rotor generator.

25

Dari gambar di atas dapat kita lihat bagian-bagian dari Pusat Listrik Tenaga Diesel, yaitu :

-

Tangki penyimpanan bahan baker.

-

Penyaring bahan bakar.

-

Tangki penyimpanan bahan bakar sementara (bahan bakar yang disaring).

-

Pengabut.

-

Mesin diesel.

-

Turbo charger.

-

Penyaring gas pembuangan.

-

Tempat pembuangan gas (bahan bakar yang disaring).

-

Generator.

-

Trafo.

-

Saluran transmisi. Prinsip Kerja PLTD

Bahan bakar di dalam tangki penyimpanan bahan bakar dipompakan ke dalam tanki penyimpanan sementara namun sebelumnya disaring terlebih dahulu. Kemudian disimpan di dalam tangki penyimpanan sementara (daily tank). Jika bahan bakar adalah bahan bakar minyak (BBM) maka bahan bakar dari daily tank dipompakan ke Pengabut (nozzel), di sini bahan bakar dinaikan temperaturnya hingga manjadi kabut. Sedangkan jika bahan bakar adalah bahan bakar gas (BBG) maka dari daily tank dipompakan ke convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk diatur tekanannya. Menggunakan kompresor udara bersih dimasukan ke dalam

26

tangki udara start melalui saluran masuk (intake manifold) kemudian dialirkan ke turbocharger. Di dalam turbocharger tekanan dan temperatur udara dinaikan terlebih dahulu. Udara yang dialirkan pada umumnya sebesar 500 psi dengan suhu mencapai ±600°C.

Udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi dimasukan ke dalam ruang bakar (combustion chamber). Bahan bakar dari convertion kit (untuk BBG) atau nozzel (untuk BBM) kemudian diinjeksikan ke dalam ruang bakar (combustion chamber)

Di dalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimanfaatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (35 – 50 atm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis yang menimbulkan ledakan bahan bakar. Ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak torak/piston yang kemudian pada poros engkol dirubah menjadi energi mekanis. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.

27

Poros engkol mesin diesel digunakan untuk menggerakan poros rotor generator. Oleh generator energi mekanis ini dirubah menjadi energi listrik sehingga terjadi gaya geral listrik (ggl).

PEMBANGKIT LISTRIK BIOETANOL

Pada dasarnya pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar bioethanol sama dengan pembangkit listrik yang mengguanakan biodiesel, disini kita akan mengambil contoh pada genset yang menggunakan bahan bakar biofuel yaitu bioethanol Agar bioethanol (dengan kadar ethanol 85%) dapat digunakan untuk menggerakkan mesin (awalnya bahan bakar bensin) diperlukan alat yang disebut Konverter Kit Bioethanol. Alat konversi ini dipasang pada mesin berbahan bakar bensin sehingga bisa menggunakan bahan bakar bioethanol.

Konverter Kit Bioethanol terdiri dari tangki bioethanol dan sebuat reaktor bioethanol. Konverter Kit Bioethanol ini dapat dipasang pada banyak mesin dengan bahan bakar bensin atau pertamax. Misalnya pada Genset (generator listrik), Pompa air, mesin tempel (perahu), mobil, sepeda motor, mesin parut kelapa, padi, jagung dan banyak lagi.

28

Di bawah ini adalah salah satu contoh pengaplikasian Konverter Kit Bioethanol pada sebuat genset Honda GX 390 (generator listrik) dengan daya 5000 Watt.

29

PERHITUNGAN 

Komponen A

Merupakan fixed cost, yakni biaya yang harus tetap dikeluarkan terlepas dari pembangkit listrik tersebut dioperasikan atau tidak. Komponen ini umumnya terdiri dari biaya konstruksi PLT (Pembangkit Listrik Tenaga …) seperti pekerjaan sipil, biaya pembelian turbin, generator, dan lain-lain.



Komponen B dan D

Kedua komponen ini dikenal dengan nama variable cost dan biasanya nilainya kecil. Selain itu, keduanya juga sering disebut sebagai OM Cost yang berarti biaya yang dikeluarkan untuk operasi dan maintenance si pembangkit. -

komponen B

merupakan fixed OM Cost, seperti gaji pegawai/karyawan, biaya manajemen, dan lain-lain -

komponen D

merupakan variable OM Cost, seperti biaya untuk pelumas. Semakin sering dan berat kerja si pembangkit, semakin dibutuhkan pulalah pelumas. Maka, biaya komponen D ini akan meningkat. Dan demikian pulalah sebaliknya. 

Komponen C

Komponen ini merupakan fuel cost atau biaya bahan bakar. Beberapa faktor yang mempengaruhi harga komponen ini misalnya banyaknya konsumsi bahan bakar yang diperlukan, jenis bahan bakarnya, lama waktu penyalaan pembangkit, dan beberapa hal lainnya.

30



Komponen E (optional)

Biaya ini tidak merupakan biaya wajib yang harus ada dalam komponen biaya pembangkitan. Namun, saat kita berada dalam posisi IPP (Independent Power Producer) atau penyedia listrik non-PLN (Pemerintah), terkadang komponen biaya ini turut kita perhitungkan. Komponen E ini adalah komponen biaya saluran dari trafo step-up yang ada di pembangkit kita ke gardu induk PLN terdekat. Misalnya kita membangun PLTU sendiri di pinggir pantai. Sementara itu, gardu induk PLN terdekat berada pada jarak 5 km dari PLTU Anda. Nah, untuk menghubungkan output trafo step-up di pembangkit Anda ke gardu induk tersebut tentu dibutuhkan saluran listrik kan. Biaya instalasi saluran inilah yang dikenal dengan nama komponen E dan biasanya dibebankan ke PLN selaku pembeli. Kemudian, setelah komponen-komponen tadi diketahui nilainya, kita tinggal menjumlahkannya untuk mendapatkan nilai yang dikenal dengan nama BPP (Biaya Pokok Pembangkitan). Inilah biaya pembangkitan sebenarnya yang dikeluarkan oleh si pembangkit. Berikut ini adalah contoh perhitungan beberapa komponen biaya : Komponen A

Capital Cost (CC) adalah biaya konstruksi PLT. Biaya ini meliputi biaya turbin, generator, switchgear, BOP (Balance of Plant), dll. - CRF (Capital Recovery Factor) atau faktor pengembalian investasi biasanya direpresentasikan oleh persamaan berikut:

31

dengan i = interest dan n = masa manfaat - kapasitas merupakan kapasitas total pembangkit. - 8760 dinyatakan dalam jam, yang merupakan lamanya jam dalam satu tahun. Hal ini mewakili waktu nyala si pembangkit dalam selama satu tahun. - CF (Capacity Factor) merupakan faktor kesediaan PLT dalam memproduksi listrik. Nilai CF ini umumnya bervariasi antara 0,8-0,9. 2. Komponen C Besarnya komponen C dipengaruhi oleh harga bahan bakar per satuan (misalnya Rp/liter untuk diesel) dan harga SFC (Specific Fuel Consumption) yang dinyatakan dalam satuan per kwh (misalnya liter/kwh untuk diesel) Contoh kasus 1: Sebuah pembangkit memiliki kapasitas 3×1000 kW dengan masa manfaat 5 tahun. Harga capital cost adalah $ 300/kWh. Bahan bakar solar (diesel) yang digunakan memiliki efisiensi 0,275 liter/kWh. Besarnya komponen B dan D adalah sebagai berikut berturut-turut (dalam cent dollar) 0,3 dan 0,6. Hitunglah BPP bila: (a) Take or Pay (b) PLT bekerja sebagai peaker yang hanya menyala 2 jam/hari Jawab Total kapasitas pembangkit adalah 3X1000 kW. Capital cost totalnya adalah : $ 300/kW x 3000 kW = $ 900.000

32

Masa manfaatnya (n) adalah 5 tahun Dengan mengasumsikan nilai i = 30%, maka

Dengan menggunakan harga diesel untuk industri (Rp 8.800/kWh), komponen C akan bernilai : Rp 8.800/liter x 0,275 liter/kWh = Rp 2420/kWh

CF sendiri kita asumsikan sebesar 0,8. Jadi:

(a) Saat pembangkit digunakan take or pay, itu berarti pembangkit akan menjadi IPP yang menjual listriknya sepanjang tahun. Maka

Dan dengan mengambil kurs 1$ = Rp 9.000, maka BPP menjadi :

BPP = (0,018 x 9000) + ((0,3+0,6)/100 x 9000) + 2420

= Rp 2663/kWh

(b) Saat pembangkit digunakan sebagai peaker dengan waktu menyala 2 jam/hari = 2 x 365 hari = 730 jam/tahun, maka

Dan dengan mengambil kurs 1$ = Rp 9.000, maka BPP menjadi :

BPP = (0,211 x 9000) + ((0,3*+0,6)/100 x 9000) + 2420

= Rp 4400/kWh

33

Contoh kasus 2: Kebutuhan listrik Pulau Bali, dengan beban puncak 406 MW ( 2006 ), dipasok dari PLTD Pesanggaran, PLTG Pesanggaran, PLTG Gilimanuk, PLTG Pemaron dan dari paiton melalui saluran 150 kV Paiton Banyuwangi-Gilimanuk-Ke Gardu Induk Kapal. Studi ini dimaksud untuk menjajaki kembali kelayakan ekonomi pembangunan saluran 500 kV Jawa-Bali yang pernah direncanakan pada tahun 1990an, tapi dibatalkan pembangunannya. Pembangunan saluran transmisi 500kV ini akan mengurangi, mensubsitusi pemakaian minyak (HSD) pembangkit di Bali dengan menambah pasokan dari PLTU Batubara Paiton, yang lebih murah biaya bahan bakarnya. SIMULASI PASOKAN LISTRIK BALI Dengan memakai asumsi efisiensi termis (kolom 4), nilai panas (kolom 5), harga bahan bakar (kolom 7) pada tabel 1, dapat dihitung perbandingan pemakaian bahan bakar spesifik (kolom 6) dan biaya pemakaian bahan bakar dari 4(empat) pembangkit di Bali yang memakai HSD dan biaya bahan bakar dari PLTU Paiton (kolom 8) Tabel 1. Catatan : Pemakaian Bahan Bakar Spesifik dihitung menurut rumus : (860 [kcal/kWh] / (Efesiensi Termis [%] / 100) / Nilai Panas [kcal/ltr, kcal/kg]. Contoh PLTD Pesanggaran : ( 860/0,32 ) / 9500 = 0,283 [ltr/kWh]. Biaya Bahan Bakar dihitung menurut rumus : Pemakaian bahan baker spesifik [ltr/kWh,kg/kWh] x Harga Bahan Bakar [ Rp/ltr, Rp/kg ]. Contoh PLTD Pesanggaran : 0,083 x 6000 = 1697,4 [Rp./kWh]. Tabel 2 menghitung besarnya pemakaian bahan bakar (kolom 5) dan biaya bahan bakar (kolom 7) dari tiap pembangkit di Bali dan dari PLTU Paiton. Berdasarkan jumlah energ2 yang dibangkitkan dari pusat pembangkitan di Bali dan pasokan dari Jawa tahun 2005 (kolom 1), Tabel 2 (dikutip dari lampiran 1, Data Pengusahaan Sistem Ketenagalistrikan Bali 2005), serta dengan memakai perkiraan pemakaian bahan bakar spesifik (kolom 4) dan biaya bahan bakar spesifik (kolom 6) dari Tabel 1.

34

Catatan : Pemakaian Bahan Bakar dihitung menurut rumus : Energi Dibangkitkan [kWh] x Pemakaian Bahan Bakar Spesifik [ltr,kg /kWh]. Contoh PLTD Pesanggaran : 127 487 000 x 0.283 = 0.036 [juta kliter]. Biaya Bahan Bakar dihitung menurut rumus : Energi Dibangkitkan [kWh] x Harga Bahan Bakar [Rp/kWh]. Contoh PLTD Pesanggaran : 127 487 000 x 1697.4 = 216.39 [ Milyar Rp ]. ASIL PERHITUNGAN JumlahPemakaian di Bali Tahun 2005 : 0.495 [Juta kiloliter]. (kolom 5 Tabel 2). Jumlah Biaya Pembangkitan di Bali Tahun 2005 (dari pembangkit di Bali dan pasokan dari Paiton) adalah : 3080.70 [milyar Rp] atau 334.86 [Juta US$] mengacu nilai tukar Rp. 9200 = 1 US$. Bila Seluruh Pembangkitan di Bali sebesar : 2352558.7 [MWh] diganti dengan pembangkitan dari PLTU Paiton, maka besarnya biaya pemakaian bahan baker adalah : 2322558700 x 110.55 = 257.93 [Milyar Rp.] Atau 28.04 [Juta US$]. Penghematan Biaya Bahan Bakar dengan mengganti pemakaian BBM dengan batubara dari PLTU Paiton : (334,86-28,04) = 306.82 [Juta US$/tahun ]. Perkiraan biaya pembangunan Saluran Transmisi 500 kV Paiton – Kapal 278 [Juta US$]. Sedangkan penghematan biaya subsitusi pemakaian bahan bakar minyak (HSD) dengan batubara dari PLTU Paiton adalah 306.82 [Juta US$]. Ini berarti Pay back period pembangunan saluran 500 kV dari Paiton – Kapal adalah : (278/306,82) = 0.91 [tahun] atau 10.87 [bulan]. KESIMPULAN Penggantian pemakaian BBM di Bali dengan batubara dari Jawa, menjustifikasi pembangunan saluran transmisi 500 kV Jawa-Bali, Kelayakan pembangunan saluran trasmisi 500 kV Paiton-Banyuwangi-GilimanukKapal dengan biaya 278 Juta US$ akan terbayar kembali dalam waktu kurang dari 1 (satu) tahun, dari penghematan / subsitusi pemakaian BBM (HSD) dengan batubara. Kemampuan daya salur satu sirkuit 500 kV sebesar 1000-1100 MW. Dengan tingkat pertumbuhan kebutuhan listrik 7% pertahun, adanya saluran 500 kV ini, dalam kurun waktu 13-14 tahun mendatang tidak perlu ada penambahan pembangkit di Bali.

35

Masih diperlukan berbagai penelitian terkait dengan : Berapa besarnya daya dan energi yang dapat diserap dari Jawa ke Bali melalui saluran transmisi 500 kV tersebut dan apakah daya/energi yang murah cukup tersedia di PLTU Paiton untuk dapat disalurkan ke Bali. Demi ketelitian pemakaian BBM dari ke-empat pembangkit di Bali diperlikan efesiensi atau pemakaian BBM actual, dan bukan berdasarkan asumsi efesiensi termis seperti yang dipakai pada Tabel 1 diatas. Aliran daya (load flow) saluran 500 kV dari Jawa ke Bali dan di jaringan 150 kV, di Bali, untuk menetapkan dimana injeksi 500 kV ke 150 kV akan dilakukan. Susut saluran 500 kV diperkirakan sebesar 1-2 % diabaikan pada studi ini. Studi merupakan analisis short-run marginal. Untuk cakupan long-run marginal dapat dilanjutkan dengan menggunakan program computer WASP misalnya.

36