Pemulihan energi

Pemulihan energi mencakup teknik atau metode apa pun untuk meminimalkan input energi ke sistem secara keseluruhan dengan pertukaran energi dari satu sub-sistem dari sistem keseluruhan dengan yang lain. Energi dapat dalam bentuk apa pun di kedua subsistem, tetapi sebagian besar sistem pemulihan energi menukar energi panas baik dalam bentuk yang nyata maupun laten.

Dalam beberapa situasi, penggunaan teknologi yang memungkinkan, baik penyimpanan energi panas harian atau penyimpanan energi panas musiman (STES, yang memungkinkan penyimpanan panas atau dingin di antara musim yang berlawanan), diperlukan agar pemulihan energi dapat dilakukan. Salah satu contohnya adalah limbah panas dari mesin pendingin udara yang disimpan dalam tangki penyangga untuk membantu pemanasan di malam hari.

Prinsip

Aplikasi umum dari prinsip ini adalah pada sistem yang memiliki aliran buangan atau aliran limbah yang ditransfer dari sistem ke sekitarnya. Beberapa energi dalam aliran material tersebut (sering kali berupa gas atau cairan) dapat ditransfer ke aliran material make-up atau input. Aliran massa masukan ini sering kali berasal dari lingkungan sistem, yang berada pada kondisi sekitar, berada pada suhu yang lebih rendah daripada aliran limbah. Perbedaan suhu ini memungkinkan terjadinya perpindahan panas dan dengan demikian perpindahan energi, atau dalam hal ini, pemulihan. Energi panas sering kali dipulihkan dari aliran limbah cair atau gas ke udara segar dan asupan air di dalam gedung, seperti untuk sistem HVAC, atau sistem proses.

Pendekatan sistem

Konsumsi energi adalah bagian penting dari sebagian besar aktivitas manusia. Konsumsi ini melibatkan konversi satu sistem energi ke sistem energi lainnya, misalnya: Konversi energi mekanik ke energi listrik, yang kemudian dapat menyalakan komputer, lampu, motor, dll. Energi input menggerakkan pekerjaan dan sebagian besar diubah menjadi panas atau mengikuti produk dalam proses sebagai energi output. Sistem pemulihan energi memanen daya output dan menyediakannya sebagai daya input untuk proses yang sama atau proses lainnya.

Sistem pemulihan energi akan menutup siklus energi ini untuk mencegah daya input dilepaskan kembali ke alam dan lebih baik digunakan dalam bentuk lain dari pekerjaan yang diinginkan.

Contoh

Pemulihan panas diimplementasikan pada sumber panas seperti misalnya pabrik baja. Air pendingin yang dipanaskan dari proses tersebut dijual untuk memanaskan rumah, toko, dan kantor di daerah sekitarnya.

• Pengereman regeneratif digunakan pada mobil listrik, kereta api, derek berat, dll. Di mana energi yang dikonsumsi saat menaikkan potensi dikembalikan ke pemasok listrik saat dilepaskan.
• Sistem pengurangan tekanan aktif di mana tekanan diferensial dalam aliran fluida bertekanan dipulihkan daripada diubah menjadi panas dalam katup pengurangan tekanan dan dilepaskan.
• Ventilasi pemulihan energi
• Daur ulang energi
• Daur ulang panas air
• Ventilasi pemulihan panas
• Pembangkit uap pemulihan panas
• Mesin Pembangkit Panas Limbah Siklon
• Generator turboexpander hidrogen
• Dioda termal
• Pengoksidasi termal
• Modul Termoelektrik
• Unit pemulihan panas limbah

Senyawa Turbo Listrik (ETC)

Electric Turbo Compounding (ETC) adalah solusi teknologi untuk tantangan meningkatkan efisiensi bahan bakar mesin gas dan diesel dengan memulihkan energi limbah dari gas buang.

STES

• Di sebuah pengecoran logam di Swedia, limbah panas dipulihkan dan disimpan dalam massa besar batuan dasar asli yang ditembus oleh sekelompok 140 lubang bor yang dilengkapi dengan penukar panas (diameter 155mm) sedalam 150m. Penyimpanan ini digunakan untuk memanaskan pabrik yang berdekatan sesuai kebutuhan, bahkan berbulan-bulan kemudian.
• Komunitas Tenaga Surya Drake Landing di Alberta, Kanada menggunakan STES untuk memulihkan dan memanfaatkan panas alami yang akan terbuang percuma. Komunitas ini menggunakan sekelompok sumur bor di batuan dasar untuk penyimpanan panas antar musim, dan ini memungkinkan untuk mendapatkan 97 persen pemanas ruangan sepanjang tahun dari kolektor panas matahari di atap garasi.
• Suhu musim dingin dapat dipulihkan dengan mengedarkan air melalui menara pendingin kering dan menggunakannya untuk mendinginkan akuifer dalam atau kelompok lubang bor. Suhu dingin ini kemudian dipulihkan dari penyimpanan untuk AC musim panas. Dengan koefisien kinerja (COP) 20 hingga 40, metode pendinginan ini bisa sepuluh kali lebih efisien daripada AC konvensional.

Dampak lingkungan

Ada potensi besar untuk pemulihan energi dalam sistem yang ringkas seperti industri besar dan utilitas. Bersama dengan konservasi energi, seharusnya dapat mengurangi konsumsi energi dunia secara dramatis. Efek dari hal ini adalah:

• Berkurangnya jumlah pembangkit listrik tenaga batu bara
• Berkurangnya partikel di udara, NOx dan CO2 - peningkatan kualitas udara
• Memperlambat atau mengurangi perubahan iklim
• Tagihan bahan bakar yang lebih rendah untuk transportasi
• Ketersediaan minyak mentah yang lebih lama
• Perubahan industri dan ekonomi yang belum sepenuhnya diteliti

Pada tahun 2008, Tom Casten, ketua Pengembangan Energi Daur Ulang, mengatakan bahwa "Kami pikir kami dapat menghasilkan sekitar 19 hingga 20 persen listrik AS dengan panas yang saat ini dibuang oleh industri."

Sebuah studi Departemen Energi tahun 2007 menemukan potensi 135.000 megawatt gabungan panas dan listrik (yang menggunakan pemulihan energi) di AS, dan studi Lawrence Berkley National Laboratory mengidentifikasi sekitar 64.000 megawatt yang dapat diperoleh dari energi limbah industri, tidak termasuk CHP. Studi-studi ini menunjukkan bahwa sekitar 200.000 megawatt, atau 20%, dari total kapasitas listrik dapat berasal dari daur ulang energi di AS. Penggunaan daur ulang energi secara luas dapat mengurangi emisi pemanasan global sekitar 20%. Memang, pada tahun 2005, sekitar 42% polusi gas rumah kaca di AS berasal dari produksi listrik dan 27% dari produksi panas.

Sulit untuk mengukur dampak lingkungan dari implementasi pemulihan energi global di beberapa sektor. Hambatan utamanya adalah:

• Kurangnya teknologi yang efisien untuk rumah-rumah pribadi. Sistem pemulihan panas di rumah-rumah pribadi dapat memiliki efisiensi serendah 30% atau kurang. Mungkin lebih realistis untuk menggunakan konservasi energi seperti insulasi termal atau bangunan yang lebih baik. Banyak daerah yang lebih bergantung pada pendinginan paksa dan sistem untuk mengekstraksi panas dari tempat tinggal untuk digunakan untuk keperluan lain tidak tersedia secara luas.
• Infrastruktur yang tidak efektif. Pemulihan panas khususnya membutuhkan jarak yang pendek dari produsen ke konsumen agar dapat berjalan. Solusinya adalah memindahkan konsumen besar ke sekitar produsen. Hal ini dapat menimbulkan komplikasi lainnya.
• Sektor transportasi belum siap. Dengan sektor transportasi yang menggunakan sekitar 20% dari pasokan energi, sebagian besar energi dihabiskan untuk mengatasi gravitasi dan gesekan. Mobil listrik dengan pengereman regeneratif tampaknya menjadi kandidat terbaik untuk pemulihan energi. Sistem angin pada kapal sedang dalam pengembangan. Sangat sedikit pekerjaan pada industri penerbangan yang diketahui di bidang ini.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Desain proses

Dalam teknik kimia, desain proses adalah pemilihan dan pengurutan unit untuk transformasi fisik dan/atau kimiawi bahan yang diinginkan. Desain proses adalah pusat dari teknik kimia, dan dapat dianggap sebagai puncak dari bidang tersebut, yang menyatukan semua komponen bidang tersebut.

Desain proses dapat berupa desain fasilitas baru atau dapat berupa modifikasi atau perluasan fasilitas yang sudah ada. Desain dimulai dari tingkat konseptual dan pada akhirnya berakhir dalam bentuk rencana fabrikasi dan konstruksi.Desain proses berbeda dengan desain peralatan, yang lebih dekat dengan desain operasi unit. Proses sering kali mencakup banyak operasi unit.

Dokumentasi

Dokumen desain proses berfungsi untuk mendefinisikan desain dan memastikan bahwa komponen desain saling cocok. Dokumen ini berguna dalam mengkomunikasikan ide dan rencana kepada insinyur lain yang terlibat dalam desain, kepada badan pengatur eksternal, vendor peralatan, dan kontraktor konstruksi.

Dalam urutan yang semakin rinci, dokumen desain proses meliputi:

• Diagram aliran blok (BFD): Diagram yang sangat sederhana yang terdiri dari persegi panjang dan garis yang menunjukkan aliran material atau energi utama.
• Diagram aliran proses (PFD): Biasanya merupakan diagram yang lebih kompleks dari operasi unit utama serta garis aliran. Diagram ini biasanya mencakup neraca material, dan terkadang neraca energi, yang menunjukkan laju aliran tipikal atau desain, komposisi aliran, serta tekanan dan suhu aliran dan peralatan. Ini adalah dokumen utama dalam desain proses.
• Diagram perpipaan dan instrumentasi (P&ID): Diagram yang menunjukkan setiap pipa dengan kelas pipa (baja karbon atau baja tahan karat) dan ukuran pipa (diameter). Diagram ini juga menunjukkan katup beserta lokasi instrumen dan skema kontrol proses.
• Spesifikasi: Persyaratan desain tertulis dari semua item peralatan utama.

Perancang proses biasanya menulis manual operasi tentang cara memulai, mengoperasikan, dan mematikan proses. Mereka juga sering mengembangkan rencana kecelakaan dan proyeksi operasi proses terhadap lingkungan.

Dokumen-dokumen tersebut disimpan setelah pembangunan fasilitas proses untuk menjadi acuan bagi personel yang mengoperasikan. Dokumen-dokumen tersebut juga berguna ketika ada modifikasi pada fasilitas yang direncanakan. Metode utama untuk mengembangkan dokumen proses adalah diagram alir proses.

Pertimbangan desain

Ada beberapa pertimbangan yang perlu dibuat saat merancang unit proses kimia. Konseptualisasi dan pertimbangan desain dapat dimulai setelah kemurnian produk, hasil, dan laju produksi ditentukan.

Tujuan yang mungkin ingin dimasukkan dalam desain:

• Laju keluaran
• Hasil proses
• Kemurnian produk

Batasan-batasan meliputi:

• Biaya modal
• Ruang yang tersedia

Masalah keamanan: pertimbangan terhadap analisis risiko kecelakaan industri atau bahan kimia berbahaya.

• Dampak lingkungan dan proyeksi limbah dan emisi
• Produksi/daur ulang limbah
• Biaya operasional dan pemeliharaan

Faktor-faktor lain yang dapat disertakan oleh perancang adalah:

• Keandalan
• Redundansi
• Fleksibilitas
• Variabilitas

Sumber informasi desain

Desainer biasanya tidak memulai dari awal, terutama untuk proyek yang kompleks. Seringkali para insinyur memiliki data pabrik percontohan yang tersedia atau data dari fasilitas operasi skala penuh. Sumber informasi lain termasuk kriteria desain eksklusif yang disediakan oleh pemberi lisensi proses, data ilmiah yang dipublikasikan, eksperimen laboratorium, dan pemasok bahan baku dan utilitas.

Proses desain

Desain dimulai dengan sintesis proses - pilihan teknologi dan kombinasi unit industri untuk mencapai tujuan. Desain yang lebih rinci berlanjut ketika insinyur dan pemangku kepentingan lainnya menandatangani setiap tahap: konseptual hingga desain terperinci.

Perangkat lunak simulasi sering digunakan oleh para insinyur desain. Simulasi dapat mengidentifikasi kelemahan dalam desain dan memungkinkan para insinyur memilih alternatif yang lebih baik. Namun, para insinyur masih mengandalkan heuristik, intuisi, dan pengalaman saat merancang suatu proses. Kreativitas manusia adalah elemen dalam desain yang kompleks.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Diagram alir proses

Diagram alir proses (PFD) adalah diagram yang biasa digunakan dalam teknik kimia dan proses untuk menunjukkan aliran umum proses dan peralatan pabrik. PFD menampilkan hubungan antara peralatan utama dari fasilitas pabrik dan tidak menunjukkan detail kecil seperti detail perpipaan dan peruntukan. Istilah lain yang umum digunakan untuk PFD adalah diagram alir proses. Ini adalah dokumen utama dalam desain proses.

Konten khas dari diagram alir proses

Biasanya, diagram alir proses dari satu unit proses meliputi yang berikut ini:

• Pemipaan proses
• Item peralatan utama
• Koneksi dengan sistem lain
• Aliran pintas dan resirkulasi (daur ulang) utama
• Data operasional
• Nama aliran proses

Diagram aliran proses umumnya tidak menyertakan:

• Kelas pipa atau nomor jalur perpipaan
• Detail instrumentasi
• Jalur pintas kecil
• Instrumentasi
• Pengontrol seperti Kontrol Level atau Kontrol Aliran
• Katup isolasi dan penutup
• Ventilasi dan saluran pembuangan perawatan

Contoh diagram aliran proses

Diagram alir proses di bawah ini menggambarkan satu proses unit teknik kimia yang dikenal sebagai pabrik pengolahan amina:

Beberapa unit proses dalam pabrik industri

Diagram alir proses di bawah ini adalah contoh diagram alir skematik atau diagram alir blok dan menggambarkan berbagai unit proses dalam kilang minyak biasa:

Hal-hal lain yang menarik

PFD dapat dibuat dengan komputer dari simulator proses (lihat Daftar Simulator Proses Kimia), paket CAD, atau perangkat lunak diagram alir dengan menggunakan perpustakaan simbol teknik kimia. Aturan dan simbol tersedia dari organisasi standardisasi seperti DIN, ISO atau ANSI. Seringkali PFD diproduksi di atas lembaran kertas berukuran besar.

PFD dari banyak proses komersial dapat ditemukan dalam literatur, khususnya dalam ensiklopedia teknologi kimia, meskipun beberapa di antaranya mungkin sudah ketinggalan zaman. Untuk menemukan yang terbaru, basis data paten seperti yang tersedia dari Kantor Paten dan Merek Dagang Amerika Serikat dapat berguna.

Standar

• ISO 15519-1: 2010 (en): Spesifikasi diagram untuk industri proses - Bagian 1: Aturan umum
• ISO 15519-2:2015 (en): Spesifikasi diagram untuk industri proses - Bagian 2: Pengukuran dan kontrol
• ISO 10628-1:2014 (en): Diagram untuk industri kimia dan petrokimia - Bagian 1: Spesifikasi diagram
• ISO 10628-2:2012 (en): Diagram untuk industri kimia dan petrokimia - Bagian 2: Simbol grafis
• ANSI Y32.11: Simbol Grafis Untuk Diagram Aliran Proses (ditarik pada tahun 2003)
• SAA AS 1109: Simbol Grafis Untuk Diagram Alir Proses Untuk Industri Makanan

Disadur dari: en.wikipedia.org

Bioenergi

Bioenergi adalah jenis energi terbarukan yang berasal dari tanaman dan kotoran hewan. Biomassa yang digunakan sebagai bahan input terdiri dari organisme yang baru saja hidup (tetapi sekarang sudah mati), terutama tanaman. Dengan demikian, bahan bakar fosil tidak termasuk dalam definisi ini. Jenis biomassa yang biasa digunakan untuk bioenergi termasuk kayu, tanaman pangan seperti jagung, tanaman energi, dan limbah dari hutan, pekarangan, atau pertanian.

Bioenergi dapat membantu mitigasi perubahan iklim, namun dalam beberapa kasus, produksi biomassa yang dibutuhkan dapat meningkatkan emisi gas rumah kaca atau menyebabkan hilangnya keanekaragaman hayati lokal. Dampak lingkungan dari produksi biomassa dapat menjadi masalah, tergantung bagaimana biomassa diproduksi dan dipanen.

Skenario Net Zero pada tahun 2050 dari IEA menyerukan agar bioenergi tradisional dihapuskan secara bertahap pada tahun 2030, dengan pangsa bioenergi modern meningkat dari 6,6% pada tahun 2020 menjadi 13,1% pada tahun 2030 dan 18,7% pada tahun 2050.4 Bioenergi memiliki potensi mitigasi perubahan iklim yang signifikan jika diterapkan dengan benar.5 Sebagian besar jalur yang direkomendasikan untuk membatasi pemanasan global mencakup kontribusi substansial dari bioenergi di tahun 2050 (rata-rata sebesar 200 EJ).6 B 7.4 

Definisi dan terminologi

Laporan Penilaian Keenam IPCC mendefinisikan bioenergi sebagai "energi yang berasal dari segala bentuk biomassa atau produk sampingan metaboliknya" Laporan tersebut kemudian mendefinisikan biomassa dalam konteks ini sebagai "bahan organik tidak termasuk bahan yang menjadi fosil atau tertanam dalam formasi geologi". Ini berarti bahwa batu bara atau bahan bakar fosil lainnya bukanlah bentuk biomassa dalam konteks ini.

Istilah biomassa tradisional untuk bioenergi berarti "pembakaran kayu, arang, sisa-sisa pertanian dan/atau kotoran hewan untuk memasak atau memanaskan dalam api terbuka atau kompor yang tidak efisien seperti yang umum terjadi di negara-negara berpenghasilan rendah"

Karena biomassa juga dapat digunakan sebagai bahan bakar secara langsung (misalnya kayu gelondongan), istilah biomassa dan bahan bakar nabati terkadang digunakan secara bergantian. Namun, istilah biomassa biasanya menunjukkan bahan baku biologis bahan bakar tersebut. Istilah biofuel atau biogas umumnya digunakan untuk bahan bakar cair atau gas.

Bahan masukan

Kayu dan residu kayu adalah sumber energi biomassa terbesar saat ini. Kayu dapat digunakan sebagai bahan bakar secara langsung atau diolah menjadi bahan bakar pelet atau bentuk bahan bakar lainnya. Tanaman lain juga dapat digunakan sebagai bahan bakar, misalnya jagung, switchgrass, miscanthus, dan bambu. Bahan baku limbah utama adalah limbah kayu, limbah pertanian, limbah padat kota, dan limbah manufaktur. Peningkatan biomassa mentah menjadi bahan bakar bermutu lebih tinggi dapat dilakukan dengan berbagai metode, yang secara luas diklasifikasikan sebagai termal, kimia, atau biokimia:

Proses konversi termal menggunakan panas sebagai mekanisme dominan untuk meningkatkan biomassa menjadi bahan bakar yang lebih baik dan lebih praktis. Alternatif dasarnya adalah torrefaction, pirolisis, dan gasifikasi, ini dipisahkan terutama oleh sejauh mana reaksi kimia yang terlibat diizinkan untuk dilanjutkan (terutama dikontrol oleh ketersediaan oksigen dan suhu konversi).

Banyak konversi kimia didasarkan pada proses berbasis batu bara yang sudah mapan, seperti sintesis Fischer-Tropsch. Seperti halnya batu bara, biomassa dapat dikonversi menjadi berbagai bahan kimia komoditas. Proses biokimia telah berkembang di alam untuk memecah molekul-molekul penyusun biomassa, dan banyak di antaranya yang dapat dimanfaatkan. Dalam banyak kasus, mikroorganisme digunakan untuk melakukan konversi. Proses-proses ini disebut pencernaan anaerobik, fermentasi, dan pengomposan.

Aplikasi

Biomassa untuk pemanasan

Sistem pemanas biomassa menghasilkan panas dari biomassa. Sistem ini dapat menggunakan pembakaran langsung, gasifikasi, gabungan panas dan daya (CHP), pencernaan anaerobik atau pencernaan aerobik untuk menghasilkan panas. Pemanasan biomassa dapat sepenuhnya otomatis atau semi-otomatis, dapat menggunakan bahan bakar pelet, atau dapat juga menggunakan gabungan sistem panas dan listrik.

Bahan bakar nabati untuk transportasi

Berdasarkan sumber biomassa, bahan bakar nabati diklasifikasikan secara luas ke dalam dua kategori utama, tergantung pada apakah tanaman pangan digunakan atau tidak.

Bahan bakar hayati generasi pertama (atau "konvensional") dibuat dari sumber makanan yang ditanam di lahan subur, seperti tebu dan jagung. Gula yang ada dalam biomassa ini difermentasi untuk menghasilkan bioetanol, bahan bakar alkohol yang berfungsi sebagai bahan tambahan untuk bensin, atau dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik. Bioetanol dibuat melalui fermentasi, sebagian besar dari karbohidrat yang dihasilkan dari tanaman gula atau pati seperti jagung, tebu, atau sorgum. Bioetanol banyak digunakan di Amerika Serikat dan Brasil. Biodiesel diproduksi dari minyak misalnya rapeseed atau bit gula dan merupakan bahan bakar nabati yang paling umum digunakan di Eropa.

Bahan bakar hayati generasi kedua (juga disebut "bahan bakar hayati canggih") memanfaatkan sumber biomassa berbasis non-pangan seperti tanaman energi abadi dan residu/limbah pertanian. Bahan baku yang digunakan untuk membuat bahan bakar dapat tumbuh di lahan subur tetapi merupakan produk sampingan dari tanaman utama, atau ditanam di lahan marjinal. Limbah dari industri, pertanian, kehutanan dan rumah tangga juga dapat digunakan untuk bahan bakar nabati generasi kedua, dengan menggunakan misalnya pencernaan anaerobik untuk menghasilkan biogas, gasifikasi untuk menghasilkan syngas atau dengan pembakaran langsung. Biomassa selulosa, yang berasal dari sumber non-pangan, seperti pohon dan rerumputan, sedang dikembangkan sebagai bahan baku untuk produksi etanol, dan biodiesel dapat diproduksi dari produk makanan sisa seperti minyak nabati dan lemak hewani.

Aspek iklim dan keberlanjutan

Dampak iklim dari bioenergi sangat bervariasi, tergantung dari mana bahan baku biomassa berasal dan bagaimana cara menanamnya. Sebagai contoh, pembakaran kayu untuk energi melepaskan karbon dioksida; emisi tersebut dapat diimbangi secara signifikan jika pohon-pohon yang telah ditebang digantikan dengan pohon-pohon baru di hutan yang dikelola dengan baik, karena pohon-pohon baru tersebut akan menyerap karbon dioksida dari udara ketika tumbuh. Namun, pembangunan dan penanaman tanaman bioenergi dapat menggusur ekosistem alami, mendegradasi tanah, dan menghabiskan sumber daya air serta pupuk sintetis. Sekitar sepertiga dari seluruh kayu yang digunakan untuk pemanasan dan memasak tradisional di wilayah tropis dipanen secara tidak berkelanjutan.

Bahan baku bioenergi umumnya membutuhkan energi yang signifikan untuk dipanen, dikeringkan, dan diangkut; penggunaan energi untuk proses-proses tersebut dapat menghasilkan emisi gas rumah kaca. Dalam beberapa kasus, dampak dari perubahan penggunaan lahan, budidaya, dan pengolahan dapat menghasilkan emisi karbon yang lebih tinggi secara keseluruhan untuk bioenergi dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar fosil.

Penggunaan lahan pertanian untuk menanam biomassa dapat mengakibatkan berkurangnya lahan yang tersedia untuk menanam makanan. Di Amerika Serikat, sekitar 10% dari bensin motor telah digantikan oleh etanol berbasis jagung, yang membutuhkan proporsi yang signifikan dari hasil panen. Di Malaysia dan Indonesia, pembukaan hutan untuk memproduksi minyak kelapa sawit untuk biodiesel telah menimbulkan dampak sosial dan lingkungan yang serius, karena hutan-hutan ini merupakan penyerap karbon yang sangat penting dan habitat bagi berbagai spesies. Karena fotosintesis hanya menangkap sebagian kecil dari energi di bawah sinar matahari, menghasilkan sejumlah bioenergi membutuhkan lahan yang luas dibandingkan dengan sumber energi terbarukan lainnya.

Bahan bakar hayati generasi kedua yang diproduksi dari tanaman non-pangan atau limbah mengurangi persaingan dengan produksi pangan, tetapi mungkin memiliki efek negatif lainnya termasuk pertukaran dengan area konservasi dan polusi udara lokal. Sumber biomassa yang relatif berkelanjutan termasuk ganggang, limbah, dan tanaman yang ditanam di tanah yang tidak cocok untuk produksi pangan.

Dampak lingkungan

Bioenergi dapat memitigasi (yaitu mengurangi) atau meningkatkan emisi gas rumah kaca. Ada juga kesepakatan bahwa dampak lingkungan lokal dapat menjadi masalah.[rujukan] Sebagai contoh, peningkatan permintaan biomassa dapat menciptakan tekanan sosial dan lingkungan yang signifikan di lokasi di mana biomassa diproduksi. Dampaknya terutama terkait dengan kepadatan daya permukaan biomassa yang rendah. Kepadatan daya permukaan yang rendah memiliki efek bahwa area lahan yang lebih luas diperlukan untuk menghasilkan jumlah energi yang sama, dibandingkan dengan misalnya bahan bakar fosil.

Pengangkutan biomassa jarak jauh telah dikritik sebagai pemborosan dan tidak berkelanjutan, dan ada protes terhadap ekspor biomassa hutan di Swedia dan Kanada.

Skala dan tren masa depan

Pada tahun 2020, bioenergi menghasilkan 58 EJ (exajoule) energi, dibandingkan dengan 172 EJ dari minyak mentah, 157 EJ dari batu bara, 138 EJ dari gas alam, 29 EJ dari nuklir, 16 EJ dari hidro, dan 15 EJ dari gabungan angin, matahari, dan panas bumi Sebagian besar bioenergi global dihasilkan dari sumber daya hutan.Secara umum, ekspansi bioenergi turun 50% pada tahun 2020. Cina dan Eropa adalah dua wilayah yang melaporkan ekspansi yang signifikan pada tahun 2020, masing-masing menambah kapasitas bioenergi sebesar 2 GW dan 1,2 GW.

Hampir semua residu penggergajian kayu yang tersedia telah digunakan untuk produksi pelet, sehingga tidak ada ruang untuk ekspansi. Agar sektor bioenergi dapat berkembang secara signifikan di masa depan, lebih banyak kayu pulp yang dipanen harus masuk ke pabrik pelet. Namun, pemanenan kayu pulp (penipisan pohon) menghilangkan kemungkinan pohon-pohon tersebut menjadi tua dan oleh karena itu memaksimalkan kapasitas penyimpanan karbonnya Dibandingkan dengan kayu pulp, residu penggergajian kayu memiliki emisi bersih yang lebih rendah: "Beberapa jenis bahan baku biomassa dapat bersifat netral karbon, setidaknya dalam jangka waktu beberapa tahun, termasuk residu penggergajian kayu. Ini adalah limbah dari operasi hutan lainnya yang tidak menyiratkan adanya pemanenan tambahan, dan jika dibakar sebagai limbah atau dibiarkan membusuk, bagaimanapun juga akan melepaskan karbon ke atmosfer."

Disadur dari: en.wikipedia.org

Pengendalian proses

Pengendalian proses adalah disiplin rekayasa yang melibatkan mekanisme dan algoritme untuk mengendalikan keluaran dari suatu proses dengan hasil yang diinginkan. Contohnya, temperatur reaktor kimia harus dikendalikan untuk menjaga keluaran produk.

Pengendalian proses banyak sekali digunakan pada industri dan menjaga konsistensi produk produksi massal seperti proses pada pengilangan minyak, pembuatan kertas, bahan kimia, pembangkit listrik, dan lainnya. Pengendalian proses mengutamakan otomasi sehingga hanya diperlukan sedikit personel untuk mengoperasikan proses yang kompleks.

Sebagai contoh adalah sistem pengaturan temperatur ruangan agar temperatur ruangan terjaga konstan setiap saat, misalnya pada 20 °C. Pada kasus ini, temperatur disebut sebagai variabel terkendali. Selain itu, karena temperatur diukur oleh suatu termometer dan digunakan untuk menentukan kerja pengendali (apakah ruangan perlu didinginkan atau tidak), temperatur juga merupakan variabel input. Temperatur yang diinginkan (20 °C) adalah setpoint. Keadaan dari pendingin (misalnya laju keluaran udara pendingin) dinamakan variabel termanipulasi karena merupakan variabel yang terkena aksi pengendalian.

Alat pengendalian yang umum digunakan adalah Programmable Logic Controller (PLC). Alat ini digunakan untuk membaca input analog maupun digital, melakukan serangkaian program logika, dan menghasilkan serangkaian output analog maupun digital. Pada kasus sistem pengaturan temperatur, temperatur ruangan menjadi input bagi PLC.

Pernyataan-pernyataan logis akan membandingkan setpoint dengan masukan nilai temperatur dan menentukan apakah perlu dilakukan penambahan atau pengurangan pendinginan untuk menjaga temperatur agar tetap konstan. Output dari PLC akan memperbesar atau memperkecil aliran keluaran udara pendingin bergantung pada kebutuhan. Untuk suatu sistem pengendalian yang kompleks, perlu digunakan sistem pengendalian yang lebih kompleks daripada PLC. Contoh dari sistem ini adalah Distributed Control System (DCS) atau sistem SCADA.

Tipe proses

Dalam praktiknya, sistem pengendalian proses dapat dikarakteristikkan dalam bentuk:

• Diskrit – Terdapat pada aplikasi manufaktur dan pengemasan. Pemasangan dengan bantuan robot, seperti yang umum digunakan pada produksi otomotif, dapat dikarakteristikkan sebagai pengendalian proses diskrit. Sebagian besar proses manufaktur diskrit melibatkan produksi bagian produk secara diskrit, seperti pembentukan logam.
• Partaian – Beberapa aplikasi membutuhkan digabungkannya beberapa bahan baku spesifik dengan cara tertentu pada jangka waktu tertentu untuk menghasilkan produk samping atau produk akhir. Contohnya adalah pada produksi lem dan perekat, yang umumnya membutuhkan pencampuran bahan baku dalam suatu reaktor yang dipanaskan selama periode waktu tertentu. Contoh lain adalah pada produksi makanan dan obat. Proses partaian biasanya dilakukan untuk memproduksi produk dengan kapasitas rendah hingga sedang.
• Kontinu – Seringkali proses produksi berlangsung secara terus menerus tanpa terhenti. Pengendalian temperatur air pada jaket pemanas secara terus menerus adalah contoh pengendalian proses secara kontinu. Contoh produksi yang berlangsung secara kontinu adalah produksi bahan bakar. Proses kontinu pada proses produksi digunakan untuk memproduksi produk dengan kapasitas besar.

Sumber: id.wikipedia.org

Pencernaan anaerobik

Pencernaan anaerobik adalah serangkaian proses di mana mikroorganisme memecah bahan yang dapat terurai secara hayati tanpa adanya oksigen. Proses ini digunakan untuk keperluan industri atau rumah tangga untuk mengelola limbah atau menghasilkan bahan bakar. Sebagian besar fermentasi yang digunakan secara industri untuk menghasilkan produk makanan dan minuman, serta fermentasi rumahan, menggunakan pencernaan anaerob.

Pencernaan anaerobik terjadi secara alami di beberapa tanah dan di sedimen danau dan cekungan samudra, di mana biasanya disebut sebagai "aktivitas anaerobik." Ini adalah sumber gas rawa metana yang ditemukan oleh Alessandro Volta pada tahun 1776.

Proses pencernaan dimulai dengan hidrolisis bakteri dari bahan masukan. Polimer organik yang tidak larut, seperti karbohidrat, dipecah menjadi turunan yang dapat larut yang tersedia untuk bakteri lain. Bakteri asidogenik kemudian mengubah gula dan asam amino menjadi karbon dioksida, hidrogen, amonia, dan asam organik. Dalam asetogenesis, bakteri mengubah asam organik yang dihasilkan ini menjadi asam asetat, bersama dengan tambahan amonia, hidrogen, dan karbon dioksida di antara senyawa lainnya. Akhirnya, metanogen mengubah produk ini menjadi metana dan karbon dioksida. Populasi arkea metanogenik memainkan peran yang sangat diperlukan dalam pengolahan air limbah anaerobik.

Pencernaan anaerobik digunakan sebagai bagian dari proses untuk mengolah limbah yang dapat terurai secara hayati dan lumpur limbah. Sebagai bagian dari sistem pengelolaan limbah terpadu, penguraian anaerobik mengurangi emisi gas TPA ke atmosfer. Pencerna anaerobik juga dapat diberi makan dengan tanaman energi yang ditanam dengan tujuan tertentu, seperti jagung.

Penguraian anaerobik banyak digunakan sebagai sumber energi terbarukan. Proses ini menghasilkan biogas, yang terdiri dari metana, karbon dioksida, dan jejak gas 'kontaminan' lainnya.Biogas ini dapat digunakan secara langsung sebagai bahan bakar, dalam mesin gas panas dan listrik gabunganatau ditingkatkan menjadi biometana berkualitas gas alam. Digestat yang kaya nutrisi juga dapat digunakan sebagai pupuk.

Dengan penggunaan kembali sampah sebagai sumber daya dan pendekatan teknologi baru yang telah menurunkan biaya modal, penguraian anaerobik dalam beberapa tahun terakhir telah mendapat perhatian lebih di kalangan pemerintah di sejumlah negara, di antaranya adalah Inggris (2011), Jerman, Denmark (2011), dan Amerika Serikat.

Proses

Banyak mikroorganisme yang mempengaruhi pencernaan anaerobik, termasuk bakteri pembentuk asam asetat (asetogen) dan arkea pembentuk metana (metanogen). Organisme ini mendorong sejumlah proses kimiawi dalam mengubah biomassa menjadi biogas.

Oksigen gas dikeluarkan dari reaksi dengan penahanan fisik. Anaerob menggunakan akseptor elektron dari sumber selain gas oksigen. Akseptor ini dapat berupa bahan organik itu sendiri atau dapat disuplai oleh oksida anorganik dari dalam bahan input. Ketika sumber oksigen dalam sistem anaerobik berasal dari bahan organik itu sendiri, produk akhir 'antara' terutama adalah alkohol, aldehida, dan asam organik, ditambah karbon dioksida. Dengan adanya metanogen khusus, zat antara diubah menjadi produk akhir 'akhir' berupa metana, karbon dioksida, dan sedikit hidrogen sulfida. Dalam sistem anaerobik, sebagian besar energi kimia yang terkandung di dalam bahan awal dilepaskan oleh archaea metanogenik sebagai metana.

Populasi mikroorganisme anaerobik biasanya membutuhkan waktu yang cukup lama untuk membentuk diri mereka sendiri agar sepenuhnya efektif. Oleh karena itu, praktik yang umum dilakukan adalah memasukkan mikroorganisme anaerobik dari bahan dengan populasi yang sudah ada, sebuah proses yang dikenal sebagai "penyemaian" digester, yang biasanya dilakukan dengan penambahan lumpur limbah atau bubur ternak.

Tahapan proses

Empat tahap utama pencernaan anaerobik melibatkan hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis. Keseluruhan proses dapat digambarkan dengan reaksi kimia, di mana bahan organik seperti glukosa dicerna secara biokimiawi menjadi karbon dioksida (CO2) dan metana (CH4) oleh mikroorganisme anaerobik.

Hidrolisis

Dalam banyak kasus, biomassa terdiri dari polimer organik yang besar. Agar bakteri dalam pengurai anaerobik dapat mengakses potensi energi dari bahan tersebut, rantai-rantai ini harus dipecah terlebih dahulu menjadi bagian-bagian penyusunnya yang lebih kecil. Bagian-bagian penyusun ini, atau monomer, seperti gula, sudah tersedia untuk bakteri lain. Proses pemutusan rantai ini dan pelarutan molekul-molekul yang lebih kecil ke dalam larutan disebut hidrolisis. Oleh karena itu, hidrolisis komponen polimer dengan berat molekul tinggi ini merupakan langkah pertama yang diperlukan dalam pencernaan anaerobik. Melalui hidrolisis, molekul organik kompleks dipecah menjadi gula sederhana, asam amino, dan asam lemak.

Asetat dan hidrogen yang dihasilkan pada tahap pertama dapat digunakan secara langsung oleh metanogen. Molekul lain, seperti asam lemak volatil (VFA) dengan panjang rantai lebih besar dari asetat harus terlebih dahulu dikatabolisme menjadi senyawa yang dapat langsung digunakan oleh metanogen.

Asidogenesis

Proses biologis asidogenesis menghasilkan pemecahan lebih lanjut dari komponen yang tersisa oleh bakteri asidogenik (fermentatif). Di sini, VFA dibuat, bersama dengan amonia, karbon dioksida, dan hidrogen sulfida, serta produk sampingan lainnya. Proses asidogenesis mirip dengan proses pembuatan susu asam.

Asetogenesis

Tahap ketiga dari pencernaan anaerobik adalah asetogenesis. Di sini, molekul sederhana yang dibuat melalui fase asidogenesis dicerna lebih lanjut oleh asetogen untuk menghasilkan sebagian besar asam asetat, serta karbon dioksida dan hidrogen.

Metanogenesis

Tahap akhir dari pencernaan anaerobik adalah proses biologis metanogenesis. Di sini, metanogen menggunakan produk perantara dari tahap sebelumnya dan mengubahnya menjadi metana, karbon dioksida, dan air. Komponen-komponen ini membentuk sebagian besar biogas yang dikeluarkan dari sistem. Metanogenesis sensitif terhadap pH tinggi dan rendah dan terjadi antara pH 6,5 dan pH 8. Sisa bahan yang tidak dapat dicerna yang tidak dapat digunakan oleh mikroba dan sisa-sisa bakteri yang mati membentuk digestate.

Konfigurasi

Pencerna anaerobik dapat dirancang dan direkayasa untuk beroperasi menggunakan sejumlah konfigurasi yang berbeda dan dapat dikategorikan ke dalam mode proses batch vs kontinu, kondisi suhu mesofilik vs termofilik, porsi padatan yang tinggi vs rendah, dan proses satu tahap vs multi tahap. Proses kontinu membutuhkan desain yang lebih kompleks, tetapi tetap saja, ini mungkin lebih ekonomis daripada proses batch, karena proses batch membutuhkan lebih banyak biaya pembangunan awal dan volume digester yang lebih besar (tersebar di beberapa batch) untuk menangani jumlah limbah yang sama dengan digester proses kontinu.

Energi panas yang lebih tinggi diperlukan dalam sistem termofilik dibandingkan dengan sistem mesofilik, tetapi sistem termofilik membutuhkan waktu yang jauh lebih singkat dan memiliki kapasitas keluaran gas yang lebih besar dan kandungan gas metana yang lebih tinggi, sehingga kita harus mempertimbangkan pertukaran itu dengan cermat. Untuk kandungan padatan, rendah akan menangani kandungan padatan hingga 15%. Di atas tingkat ini dianggap sebagai kandungan padatan yang tinggi dan juga dapat dikenal sebagai pencernaan kering. Dalam proses satu tahap, satu reaktor menampung empat langkah pencernaan anaerobik. Proses multistage menggunakan dua atau lebih reaktor untuk pencernaan untuk memisahkan fase metanogenesis dan hidrolisis.

Batch atau kontinu

Pencernaan anaerobik dapat dilakukan sebagai proses batch atau proses kontinu. Dalam sistem batch, biomassa ditambahkan ke reaktor pada awal proses. Reaktor kemudian ditutup selama proses berlangsung. Dalam bentuknya yang paling sederhana, pemrosesan batch membutuhkan inokulasi dengan bahan yang sudah diproses untuk memulai pencernaan anaerobik. Dalam skenario tipikal, produksi biogas akan terbentuk dengan pola distribusi normal dari waktu ke waktu. Operator dapat menggunakan fakta ini untuk menentukan kapan mereka yakin bahwa proses pencernaan bahan organik telah selesai. Mungkin ada masalah bau yang parah jika reaktor batch dibuka dan dikosongkan sebelum prosesnya selesai dengan baik.

Jenis pendekatan batch yang lebih maju telah membatasi masalah bau dengan mengintegrasikan pencernaan anaerobik dengan pengomposan di dalam kapal. Dalam pendekatan ini, inokulasi dilakukan melalui penggunaan perkolat degasifikasi yang disirkulasi ulang. Setelah pencernaan anaerobik selesai, biomassa disimpan di dalam reaktor yang kemudian digunakan untuk pengomposan di dalam kapal sebelum dibuka. Karena pencernaan batch sederhana dan membutuhkan lebih sedikit peralatan dan tingkat pekerjaan desain yang lebih rendah, ini biasanya merupakan bentuk pencernaan yang lebih murah menggunakan lebih dari satu reaktor batch di pabrik dapat memastikan produksi biogas yang konstan.

Dalam proses pencernaan berkelanjutan, bahan organik ditambahkan secara konstan (campuran lengkap berkelanjutan) atau ditambahkan secara bertahap ke reaktor (aliran sumbat kontinu; masuk pertama - keluar pertama). Di sini, produk akhir secara konstan atau berkala dibuang, menghasilkan produksi biogas yang konstan. Satu atau beberapa digester secara berurutan dapat digunakan. Contoh bentuk pencernaan anaerobik ini termasuk reaktor tangki berpengaduk kontinu, selimut lumpur anaerobik aliran atas, lapisan lumpur granular yang diperluas, dan reaktor sirkulasi internal.

Disadur dari: en.wikipedia.org