Gasifikasi Sekam Padi sebagai Solusi Penyediaan Listrik dari Sumber Energi Terbarukan dengan Teknologi Solid Oxide Fuel Cell

Di zaman modern ini, energi telah menjadi kebutuhan primer bagi manusia. Mulai dari aktivitas sehari-hari seperti mandi, bepergian, menyalakan barang elektronik, hingga memasak, semuanya membutuhkan energi agar semua aktivitas tersebut bisa berjalan dengan baik. Penyediaan energi sekarang ini masih didominasi dari sumber energi tak terbarukan seperti minyak dan gas bumi. Namun, semua sumber energi tak terbarukan jumlahnya akan menurun dari waktu ke waktu dan akan habis suatu saat nanti. Di Indonesia sendiri, selama tahun 2009 – 2013 produksi minyak mentah dan kondensat menunjukkan kecenderungan menurun dengan tingkat penurunan rata-rata sebesar 3,43 persen per tahun. Begitu juga dengan produksi gas bumi yang mengalami penurunan dari tahun 2010 – 2013 (BPS, 2014). Dari kenyataan tersebut, diperkirakan apabila tidak ditemukan sumber baru lagi, maka minyak bumi kita akan habis dalam 11 tahun dan batubara sendiri akan habis selama 100 tahun.

Dewasa ini, manusia sudah mulai menyadari bahwa ketergantungan terhadap sumber energi tak terbarukan akan membawa dunia menuju krisis energi. Pemerintah Indonesia sendiri telah menyadari hal tersebut dan menindaklanjutinya dengan menerbitkan Perpres No. 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional dimana energi (primer) mix pada tahun 2025 akan meningkatkan porsi sumber energi terbarukan seperti bahan bakar nabati (biofuel) yang sekarang hanya sekitar 1% menjadi 5% dari total energi mix di 2025 nanti.

Listrik merupakan salah satu bentuk energi yang bisa langsung digunakan (final energy) selain bahan bakar minyak (BBM) dan gas. Sumber energi yang digunakan untuk membangkitkan listrik biasanya berasal dari BBM, gas alam, angin, air, dan masih banyak lagi. Pembangkit listrik yang ada di Indonesia sendiri sebagian besar masih berbasis bahan bakar fosil (minyak, gas, dan batubara) yang tidak terbarukan. Padahal masih banyak sumber energi terbarukan yang belum dimanfaatkan secara maksimal. Misalnya panas bumi, air, mikrohidro, surya, angin, uranium, dan biomassa.

Indonesia memiliki potensi yang sangat besar dalam pengembangan energi berbasis biomassa. Indonesia Memiliki lama penyinaran cahaya matahari cukup tinggi sekitar 12 jam sehari dan tanah yang subur merupakan nilai lebih bagi Indonesia untuk mengembangkan potensi biomassa menjadi salah satu sumber energi terbarukan. Teknologi yang kita miliki di bidang penyediaan energi dari biomassa juga mulai berkembang. Salah satu teknologi yang cukup menjanjikan untuk mengkonversi biomassa menjadi final energy seperti listrik adalah teknologi gasifikasi biomassa.

Proses gasifikasi memerlukan umpan yang banyak mengandung komponen karbon, seperti biomassa. Hampir semua biomassa seperti limbah sisa pertanian maupun perkebunan dapat digunakan langsung sebagai umpan reaktor gasifikasi. Pemilihan biomassa yang digunakan untuk umpan gasifikasi harus memperhatikan kegunaan biomassa di bidang lain, terutama ketahanan pangan. Tanaman pangan seperti jagung, singkong, sawit juga menjadi sumber energi terbarukan yang cukup menjanjikan. Pemanfaatan bahan pangan tersebut sebagai sumber energi tidak boleh mengganggu stabilitas kebutuhan bahan pangan. Oleh sebab itu, harus dicari bahan lain yang jika dikonversi secara besar-besaran menjadi energi tidak akan mengganggun stabilitas pangan. Salah satu potensi biomassa yang belum begitu termanfaatkan dan cukup mudah ditemukan adalah sekam padi.

Nasi merupakan makanan pokok sebagian besar masyarakat Indonesia. Nasi merupakan hasil pengolahan dari padi. Oleh sebab itu, produksi padi di Indonesia sangat besar untuk memenuhi kebutuhan makanan pokok masyarakat. Produksi padi pada tahun 2015 berdasarkan angka ramalan (ARAM) I BPS mencapai 75,551 juta ton gabah kering giling (GKG) setara dengan 43,940 juta ton beras (Sulaiman, 2015). Selisih Antara massa beras dan gabah kering siap giling yang mencapai 31,611 juta ton merupakan massa sekam dan sebagian kecil massa dedak padi. Jumlah yang sangat besar ini masih belum dimanfaatkan secara optimal. Masyarakat hanya menggunakan sebagian sekam padi untuk dibuat briket arang, dibakar langsung, atau sebagai media tanam.

Tabel 1. Analisis proximate dan ultimate sekam padi

Selain itu, dari table 1 dapat dilihat bahwa kandungan karbon yang cukup tinggi. Jumlah yang cukup melimpah serta kandungan karbon yang cukup tinggi menjadikan sekam padi merupakan salah satu bahan baku yang cocok digunakan untuk proses gasifikasi.

Gasifikasi sekam padi diawali dengan memasukkan sekam ke dalam reaktor gasifikasi (gasifier). Proses awal yang terjadi di dalam reaktor adalah tahap pengeringan dengan temperatur sekitar 100 – 250^oC. Pada temperatur ini, kadar air dalam sekam padi akan berkurang. Uap air dari proses pengeringan ini akan keluar bersama aliran gas hasil gasifikasi. Tahap selanjutnya dalam reaktor adalah pirolisis. Proses ini terjadi pada temperatur 250 – 500^oC. Pada temperatur ini, sekam padi mulai mengalami pemecahan molekul besar menjadi molekul-molekul yang lebih kecil akibat pengaruh temperatur tinggi. Hasil dari tahap pirolisis adalah arang, uap air, uap tar, dan gas-gas minor lain. Tahap selanjutnya adalah tahap reduksi yang berlangsung pada temperatur 600^oC. Arang berekasi dengan uap air dan karbon dioksida menghasilakn hidrogen dan karbon monoksida. Dua gas hasil reduksi inilah yang menjadi komponen utama dalam gas keluaran reaktor. Tahap yang terakhir dalam reaktor adalah oksidasi. Proses ini berlangsung pada temperatur tinggi, yaitu sekitar 1200^oC. Temperatur yang tinggi ini disebabkan oleh pembakaran sisa biomassa yang menhasilkan kalor. Pada suhu tinggi ini, uap tar juga mengalami proses lebih lanjut menjadi molekul-molekul kecil yang akhirnya terbakar (Herri, 1985).

Keluaran dari reaktor gasifikasi ini adalah gas H₂, CO, H₂O, CO₂, partikel kecil (ash), dan sedikit gas SO₂. Sebelum dapat digunakan, gas ini harus dibersihkan terlebih dahulu melalu gas cleaning system untuk mendapatkan konsentrasi H₂ dan CO yang tinggi. Proses yang ada di unit pembersih gas adalah pemisahan partikel kecil dari gas, desulfurisasi, dry gas cleaning, dan pemersihan dari gas minor lain. Setelah dibersihkan dari pengotor, syngas dimasukkan ke dalam water gas shift reactor untuk menghilangkan gas CO dengan merekasikannya dengan uap bertekanan tinggi sehingga dihasilkan H₂ dan CO2. Setelah itu, syngas yang kaya dengan H₂ dialirkan ke dalam SOFC (solid oxide fuel cell). Di dalam sel elektrokimia ini, terjadi reaksi antara H₂ bereaksi secara elektrokimia dengan O₂ yang berasal dari udara. Konversi energi kimia menjadi energi listrik menggunakan sel bahan bakar karena efisiensinya yang lebih tinggi daripada proses pembakaran. Arus listrik yang dihasilkan dari SOFC dikonversi terlebih dahulu dari arus DC ke arus AC sehingga dapat digunakna langsung untuk kebutuhan listrik sehari-hari.

Untuk menghasilkan listrik, kendala utama dari penggunaan sumber energi biomassa adalah transmisi listrik dari reaktor sampai ke konsumen. Kendala inilah yang seharusnya juga menjadi perhatian dari pemerintah. Salah satunya adalah pembangunan instalasi listrik di daerah terpencil untuk mentransmisikan listrik dari reaktor gasifikasi ke rumah warga. Selain itu, jangan terlalu berlebihan dalam memanfaatkan sumber daya energi. Bukan hanya sumber daya energi tak terbarukan, tapi juga sumber daya energi terbarukan. Walaupun energi terbarukan dapat diperbaharui, namun energi ini juga membutuhkan waktu untuk memperbaharui dirinya. Jika kita mengambil terlalu cepat dalam jumlah yang banyak, sumber daya terbarukan pun lama-kelamaan akan habis pula.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa teknologi gasifikasi sekam padi untuk menghasilkan listrik melalui proses elektrokimia menggunakan SOFC merupakan salah satu solusi penyediaan energi terbarukan di Indonesia. Selain karena sekam padi tersedia dalam jumlah besar di Indonesia, kandungan karbon yang cukup tinggi menjadikan sekam padi sebagai umpan proses gasifikasi yang paling baik saat ini. Selain itu, peran pemerintah sebagai penentu kebijakan juga sangat penting dalam upaya pembangkitan listrik dari sumber energi terbarukan, khususnya biomassa.

Sumber:

Anis S, Karnowo, Wahyudi. (n.d.). Studi Eksperimen Pemanfaatan Sekam Padi sebagai Bahan Bakar Gasifikasi Penghasil Syngas. Diakses dari : http://etalase.unnes.ac.id/

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. 2014. Outlook Energi Indonesia 2014. Pusat Teknologi Pengembangan Sumberdaya Energi. Jakarta.

Keairns, Dale L. dan Richard A. Newby. Integrated Gasification Fuel Cell (ICGFC) System. 11^th Annual SECA Workshop 2010. Pittsburgh. US.

Susanto, Herri. Sekilas Teknologi Gasifikasi. Diunduh dari http://esptk.fti.itb.ac.id/herri/ pada tanggal 3 Oktober 2015 pukul 11.34.

Treacy, Megan. 2013. New fuel cell technology could cost one-tenth the price of Bloom. Diunduh dari http://www.treehugger.com/clean-technology/new-fuel-cell-technology-could-cost-one-tenth-price-bloom.html pada tanggal 8 Oktober 2015 pukul 15.10.

Gheady Wheland Faiz Muhammad
13013065
Mahasiswa Teknik Kimia ITB