Dampak Biogas dan Biometana Terhadap Lingkungan

Pembangunan instalasi biogas pada peternak sapi atau babi di desa Pancasari mendapat kunjungan tim visitasi BPLDH Pusat untuk memastikan dan mengevaluasi  manfaat bagi masyarakat sasaran. 

Program ini merupakan program penelitian  yang dibiaya oleh Ford Foundation  dalam bentuk Ford Foundation - Community Resilience and Welfare (Dana TERRA) Project.  Kebetulan penulis  salah satu peneliti  dari 17 peneliti Di Indonesia yang mendapatkanya. 

Tim kami mmembangun  instalasi biogas  pada peternak., kemudian diteliti tentang kemampuan produksi peternak di sekitar  Kawasan cagar Alam Batukau, serta kualitas produksi biogas , validitas,kepraktisan,  efektivitas dan efisiensi produksi biogas dengan menggunakann formulasi mikroba  dalam bentuk formulasi  konsorsium  mikroorganisme lokal.  

Konsorsium  mikroorganisme lokal merupakan kumpulan dari sejumlah organisme yang sejenis hingga membentuk suatu komunitas dari sejumlah populasi yang berbeda. 

Mikroorganisme dapat berasosiasi dengan organisme lain secara fisik melalui dua  mekanisme, yaitu keberadaan suatu organisme yang umumnya memiliki ukuran lebih kecil sebagai ectosymbiont pada permukaan organisme lainnya yang umumnya berukuran lebih besar, hal tersebut biasa dikenal dengan istilah ectosymbiosis. Mekanisme lainnya adalah keberadaan suatu organisme endosymbiont pada organisme lain, yang dikenal dengan istilah endosymbiosis . 

Biogas merupakan energi terbarukan, dan memiliki dampak yang menguntungkan bagi lingkungan lebih dekat kawasan hutan dan pinggiran danau yang kini berkembang sangat masif untuk budidaya sayur mayur dan strawberry. 

Lahan pertanaian itu menggunakan pupuk kimia yang masif, sehingga kelebihan pupuk itu akan menyebabkan kesuburan gulma di danau Buyan dan Tamblingan. 

Kondisi  ini perlu dilakukan antisipasi. Solusinya adalah dengan biogas. Energi biogas dengan memanfaatkan kotoran peternak dipinggiran hutan digunakan untuk menghasilkan energi, sehingga dapat mengurangi penggunaan kayu bakar untuk menghasilkan energi. Selain itu slurry (lumpur) dapat digunakan sebagai pupuk  untuk mengurai penggunaan pupuk kimia.

BIOGAS ENERGI TERBARUKAN MASA DEPAN  

Berbagai upaya telah dilakukan untuk memperbaiiki limbah sampah perkotaan namun selama ini solusi optimalisasi biogas belum nampak berhasil khususnya di Indoensia, sebagai salah satu negera berkembang.

Biogas dihasilkan oleh mikroorganisme, seperti metanogen dan bakteri pereduksi sulfat, yang melakukan respirasi anaerobik. Biogas dapat merujuk pada gas yang diproduksi secara alami dan industri.

Pemanfaatan  teknologi biogas  bagi lingkungan terus diupayakan. Manfaat lingkungan dari teknologi biogas sering kali disoroti, sebagai alternatif bahan bakar fosil yang valid dan berkelanjutan. 

Bersama dengan pengurangan emisi gas rumah kaca (GRK), biogas dapat meningkatkan ketahanan energi, berkat potensi energinya yang tinggi.  Sebagai sumber energi terbarukan, hal ini memungkinkan eksploitasi produk sampingan pertanian dan zooteknik serta limbah kota, dengan dampak yang lebih rendah terhadap kualitas udara jika dibandingkan dengan strategi berbasis pembakaran untuk biomassa ini.

Setelah karbon dioksida dan hidrogen sulfida dihilangkan, gas tersebut dapat dikompresi dengan cara yang sama seperti gas alam dan digunakan untuk menggerakkan kendaraan bermotor. 

Di Inggris, misalnya, biogas diperkirakan berpotensi menggantikan sekitar 17% bahan bakar kendaraan. Negara ini memenuhi syarat untuk menerima subsidi energi terbarukan di beberapa negara di dunia. Biogas dapat dibersihkan dan ditingkatkan ke standar gas alam, ketika menjadi bio-metana. 

Biogas dianggap sebagai sumber daya terbarukan karena siklus produksi dan penggunaannya berkelanjutan, dan tidak menghasilkan karbon dioksida bersih. Dari sudut pandang karbon, jumlah karbon dioksida yang diserap dari atmosfer selama pertumbuhan sumber daya hayati primer sama banyaknya dengan jumlah karbon dioksida yang dilepaskan, ketika material tersebut pada akhirnya diubah menjadi energi.

Selain itu, abu dari pembakaran ditemukan dalam aplikasi agronomi yang langka, produk sampingan dari pencernaan anaerobik, yaitu pencernaan, tampak sebagai bahan yang dapat diandalkan untuk keperluan pertanian

Keuntungan penting lainnya dari teknologi biogas adalah skalabilitasnya yang mudah, memungkinkan pemanfaatan potensi energi dari desentralisasi sumber biomassa. Terakhir, biogas dapat ditingkatkan menjadi biometana, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan, atau disuntikkan ke jaringan gas alam nasional.

Berdasarkan data dari Asosiasi Bioenergi Dunia. Untuk Eropa, Tiongkok, dan AS, data dirinci berdasarkan sumber-sumber berikut: pupuk kandang, sisa pertanian, tanaman energi, fraksi organik limbah padat kota (MSW), limbah agroindustri dan lumpur limbah. Untuk total potensi biogas dunia, data hanya dibagi menjadi limbah (yaitu fraksi organik dari sampah perkotaan, limbah agroindustri, dan lumpur limbah) dan produk sampingan pertanian (yaitu pupuk kandang, sisa pertanian, dan tanaman energi).

Terlepas dari keuntungan-keuntungan yang disebutkan di atas, penolakan sosial sering kali terlihat terhadap pembangkit listrik tenaga biogas, umumnya didasarkan pada kekhawatiran terhadap masalah lingkungan dan kesehatan. Frekuensi terjadinya fenomena penolakan ini bergantung pada berbagai faktor, termasuk strategi inklusi dan strategi inklusi. dianggap sebagai negara.

 Untuk mengatasi hambatan sosial dan budaya yang menghambat penyebaran biogas yang lebih luas, evaluasi yang akurat dan lengkap mengenai dampak lingkungan dari proses-proses ini tetap menjadi isu yang memiliki relevansi ilmiah dan teknis yang tinggi. 

Tujuan pembahasan adalah untuk menjelaskan  pengetahuan terkini terkini tentang dampak biogas dan biometana terhadap lingkungan. Dalam ulasan ini, biogas, sumber-sumber bahan baku biogas dan pengolahan sampah untuk biogas (dari aspek teknologi dan peran mikroorganisme yang digunakan.

Biogas dihasilkan dari dekomposisi bahan organik yang menghasilkan produk utama gas metana sebagai penghasil energi. Energi biogas adalah energi dari gas yang merupakan produk akhir pencernaan atau degradasi anaerobik dari bahan-bahan organik yang dilakukan oleh bakteri anaerobik di dalam lingkungan bebas. 

Biogas adalah sumber energi terbarukan berbentuk gas  yang dihasilkan dari bahan mentah seperti limbah pertanian, pupuk kandang, limbah kota, bahan tanaman, limbah, limbah hijau, air limbah, dan limbah makanan. Biogas diproduksi melalui pencernaan anaerobik dengan organisme anaerobik atau metanogen di dalam pencerna anaerobik, biodigester, atau bioreaktor. 

Komposisi gas utamanya adalah metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) dan mungkin memiliki sejumlah kecil hidrogen sulfida (H2S), kelembaban dan siloksan. Gas metana dan hidrogen dapat terbakar atau teroksidasi dengan oksigen. 

Pelepasan energi ini memungkinkan biogas digunakan sebagai bahan bakar; dapat digunakan dalam sel bahan bakar dan untuk tujuan pemanasan, seperti memasak. Ini juga dapat digunakan dalam mesin gas untuk mengubah energi dalam gas menjadi listrik dan panas

BIOGAS DAN EFEK RUMAH KACA

Tujuan utama industri biogas adalah pengurangan konsumsi bahan bakar fosil, dengan tujuan akhir untuk mengurangi pemanasan global. Kondisi ini perlu dilakukan penelitian relevansi antara produksi biogas dengan gas-gas yang menyebabkan timbulnya efek rumah kaca.

Namun pencernaan anaerobik  yang terjadi dalam produksi biogas dikaitkan dengan produksi beberapa gas rumah kaca, yaitu karbon dioksida, metana, dan dinitrogen oksida. Sebagai konsekuensinya, langkah-langkah khusus harus diambil untuk mengurangi emisi tersebut perlu dilakukan.

Menurut Hijazi, langkah-langkah utama untuk meningkatkan potensi pengurangan pemanasan global dari pembangkit listrik tenaga biogas adalah: menggunakan suar untuk menghindari pelepasan metana, untuk menutup tangki, untuk meningkatkan efisiensi unit gabungan panas dan listrik (CHP), untuk meningkatkan strategi pemanfaatan tenaga listrik, memanfaatkan energi panas sebanyak-banyaknya, untuk menghindari kebocoran. Kesimpulan serupa diperoleh Buratti dan rekan kerjanya. untuk studi kasus spesifik tanaman serealia di Umbria, Italia.

 Rantai biometana melebihi nilai minimum penghematan GRK (35%) terutama karena penyimpanan cerna yang terbuka; Praktik yang biasa dilakukan untuk meningkatkan pengurangan GRK (hingga 68,9%) mencakup penggunaan panas dan listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga biogas (CHP), dan menutup tangki penyimpanan hasil pencernaan.

Dampak yang ditimbulkan oleh pembangkit listrik tenaga biogas terhadap pemanasan global perlu dipelajari kasus per kasus. Bachmaier dan rekan kerjanya  menghitung dampak GRK dari sepuluh pembangkit listrik tenaga biogas pertanian. Emisi GRK yang berasal dari produksi listrik di pembangkit biogas yang diteliti berkisar antara 85 hingga 251 g CO2-eq/kWhel, dan penghematan GRK adalah 2,31 -- 3,16 kWhfosil/kWhel.

 Hasil yang diperoleh juga menggarisbawahi bahwa perkiraan emisi GRK yang andal dalam hal produksi listrik dari biogas hanya dapat dibuat berdasarkan data pemantauan individual, misalnya: pengurangan emisi dan kebocoran metana langsung, pemanfaatan panas yang diperoleh dari kogenerasi, jumlah dan sifat bahan masukan, emisi dinitrogen oksida (misalnya dari budidaya tanaman energi) dan pengelolaan pencernaan. Battini dan rekan kerjanya, dalam studi kasus peternakan sapi perah intensif yang terletak di lembah Po (Italia), menghitung pengurangan emisi GRK akibat pencernaan anaerobik berkisar antara 23,7% dan 36,5%, tergantung pada pengelolaan pencernaan.

Dalam studi kasus di Finlandia, pengurangan pelepasan GRK diperkirakan setara dengan 177,0, 87,7 dan 125,6 Mg CO2 eq. yr1 masing-masing untuk peternakan sapi perah, babi dan babi. Mengoptimalkan semua parameter proses terlihat penting sehubungan dengan dampak akhir terhadap lingkungan: misalnya, studi kasus khusus mengenai pengolahan air limbah menunjukkan bahwa optimalisasi proses dapat menghasilkan pengurangan emisi sebesar 1.103 kg CO2 eq/d untuk N2O, 256 kg eq/d untuk CO2 dan 87 kg CO2 eq/hari untuk CH4.

EMISI GAS KARBONDIOKSIDA

Senyawa berbahaya dan kontaminan udara masuk ke lingkungan selama produksi dan penggunaan biogas melalui proses pembakaran dan emisi difusi. Mengingat karbon dioksida, pembakaran biogas menghasilkan oksidasi metana yang efisien dan konversi menjadi CO2, dengan laju 83,6 kg per GJ (berdasarkan biogas dengan 65% CH4 dan 35% CO2. 

Pelepasan lain dari kontaminan ini terkait dengan pengangkutan dan penyimpanan biomassa, serta penggunaan pencernaan. Dalam hal pembakaran biogas dan emisi biomassa/cerna, CO2 dianggap biogenik dan dianggap netral sehubungan dengan dampaknya terhadap iklim. 

Dengan mempertimbangkan pengurangan bahan bakar fosil, dapat ditunjukkan bahwa produksi biogas secara global mengarah pada mitigasi dampak rumah kaca antropogenik terhadap lingkungan. Poeschl dan rekan kerjanya  telah menyelidiki emisi CO2 yang terkait dengan produksi biogas dari beberapa bahan baku, dan kontribusi relatif dari pasokan bahan baku, pengoperasian dan infrastruktur pabrik biogas, pemanfaatan biogas dan pengelolaan pencernaan. 

Menurut penelitian ini, penggunaan biogas menimbulkan keseimbangan CO2 negatif karena kadar CO2 yang dihasilkan selalu lebih tinggi, dalam nilai absolut, dibandingkan emisi positif dari pasokan bahan baku dan pengoperasian instalasi biogas. Seperti yang diharapkan, produksi biogas dari produk sampingan (misalnya dari sisa makanan, pomace, limbah pemotongan hewan, kotoran ternak, dll.) merupakan pendekatan yang lebih berkelanjutan dibandingkan pemanfaatan tanaman energi seperti silase tanaman gandum utuh. 

Selain itu, pengelolaan pencernaan memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pengurangan total emisi dalam hal bahan baku tertentu seperti limbah padat perkotaan. Bagian khusus dari penelitian ini di bawah ini akan membahas dampak pencernaan secara lengkap, di paragraf 5.

EMISI GAS METANA

Metana yang dilepaskan oleh proses biogas dianggap tidak relevan untuk masalah kesehatan: meskipun paparan terhadap campuran hidrokarbon dapat berdampak buruk pada manusia, tidak ada bukti adanya interaksi yang relevan antara metana dan sistem biologis. 

Namun, metana adalah rumah kaca gas yang kekuatan pemanasan globalnya diperkirakan 28--36 kali lebih tinggi dibandingkan CO2 selama 100 tahun: dengan demikian, gas ini merupakan komponen utama kedua di antara bahan kimia rumah kaca antropogenik.[Kutipan29] Oleh karena itu, dalam mengevaluasi dampak industri biogas terhadap perubahan iklim, Emisi metana merupakan hal yang sangat penting. 

Metana dapat dilepaskan selama pembakaran biogas yang tidak sempurna; namun kontribusi besar terhadap kontaminan ini berasal dari emisi difusif yang terkait dengan penyimpanan biomassa dan pengelolaan pencernaan. Di sisi lain, strategi pengelolaan biomassa lainnya harus dipertimbangkan untuk mengurangi emisi terkait metana biogenik. 

Dalam penelitian Poeschl dan rekan kerjanya yang disebutkan di atas, emisi metana juga dibahas; dalam semua kasus yang diselidiki, tingkat emisi berada di bawah 5 g kg1. Mengingat kotoran ternak, pengurangan emisi metana yang penting berkaitan dengan pengolahan dan penanganan pencernaan, karena jenis biomassa ini ditandai dengan tingkat emisi metana yang tinggi ketika disebarkan di lapangan tanpa pengolahan terlebih dahulu.

NITROGEN OKSIDA

Selain CO2 dan CH4, dinitrogen oksida (N2O) merupakan GRK penting lainnya: Karena potensi efek rumah kaca yang tinggi, emisi N2O dari proses produksi biogas dapat memberikan kontribusi yang signifikan terhadap anggaran pemanasan global. Dampak relatif dari nitrous oksida sebagian besar bergantung pada metrik iklim yang dipilih: bahkan, dampak N2O bahkan dapat melebihi dampak CO2 dan CH4, jika metrik yang dipertimbangkan adalah Potensi Perubahan Suhu Global dengan jangka waktu 100 tahun (yaitu GTP-100).

Total emisi GRK untuk produksi energi dari biogas umumnya dihitung dalam kisaran antara 0,10 dan 0,40 kg CO2-eq/kWhel, yang berarti 22--75% lebih rendah dibandingkan emisi GRK yang disebabkan oleh bauran energi yang ada di Jerman saat ini.  Ketidakpastian yang luas mengenai perkiraan potensi mitigasi pemanasan global bergantung pada penilaian tingkat emisi N2O serta penyimpanan dan penggunaan cerna sebagai pupuk, sebagaimana dibahas dalam paragraf di bawah ini.

Karbon monoksida (CO) dihasilkan dalam semua proses oksidasi bahan yang mengandung karbon, dan merupakan produk sampingan penting dari pembakaran biogas yang tidak sempurna. Tingkat emisi metana masing-masing adalah 0,74 dan 8,46 g CO per Nm3 CH4 untuk pembakaran dan CHP. Emisi CO yang terkait dengan produksi energi diperkirakan berkisar antara 80 dan 265 mg CO MJ1, bergantung pada pabriknya efisiensi.

Emisi sulfur dioksida (SO2) dari instalasi biogas sangat bergantung pada tingkat desulfurisasi biogas yang dimasukkan. Tingkat emisi SO2 dari pembangkit listrik tenaga biogas CHP diperkirakan berada pada kisaran 19,2--25 mg MJ1.  National Society for Clean Air (NSCA) Inggris memperkirakan faktor emisi sebesar 80 dan 100 gSO2/ton limbah untuk pembakaran dan CHP.  Konsentrasi SO2 yang relatif tinggi di sekitar pembangkit biogas dapat bergantung pada berbagai alasan, misalnya: emisi langsung dari pembakaran biogas, oksidasi H2S dari emisi difusif, dan knalpot truk diesel.

Emisi NOx adalah salah satu titik paling kritis sehubungan dengan dampak lingkungan dari pembangkit listrik tenaga biogas. Menurut Kristensen dan rekan kerjanya, tingkat emisi NOx dari biogas, secara umum, lebih tinggi dibandingkan dengan mesin berbahan bakar gas alam. : rata-rata faktor emisi agregat adalah 540 g NOx GJ1, yang tiga kali lipat lebih tinggi dibandingkan mesin berbahan bakar gas. Ketika faktor emisi dilaporkan terhadap konsumsi metana, faktor emisi masing-masing sebesar 0,63 dan 11,6 g NOx/Nm3CH4 dapat diasumsikan untuk pembakaran metana dan CHP. Pentingnya pengendalian polutan ini ditunjukkan oleh beberapa studi kasus. 

Misalnya, Battini dan rekan kerjanya dalam studi kasus yang disebutkan di atas mengenai peternakan sapi perah intensif yang terletak di lembah Po (Italia) melaporkan peningkatan pengasaman yang rendah (5,5--6,1%), emisi materi partikulat (0,7--1,4 %) dan eutrofikasi (+0,8%), sementara di sisi lain telah dihitung peningkatan signifikan dalam potensi pembentukan ozon fotokimia (41,6--42,3%). 

Dalam studi kasus lainnya, Carreras-Sospedra dan rekan kerjanya memperkirakan potensi peningkatan emisi NOx hingga 10% pada tahun 2020 di California (AS); namun penelitian mereka mencakup pembakaran biogas dan biomassa. Memang benar, rendahnya emisi metana dari penyimpanan dan kredit dari listrik pengganti tidak cukup untuk mengkompensasi peningkatan emisi NOx dari pembakaran biogas.

Biogas adalah bahan bakar gas yang kaya akan senyawa organik yang mudah menguap (VOC), dibandingkan dengan gas alam: memang, konsentrasi VOC biasanya berkisar antara 5 dan 500 mg/Nm3, dan dalam beberapa kasus bahkan mencapai 1700 mg/Nm3.[Citation40,Citation41 ] Umumnya, hanya senyawa organik volatil non-metana (NMVOC) yang dipertimbangkan dalam penelitian ini. 

Jika pembakaran diasumsikan dapat menurunkan konsentrasi VOC sebesar 99%,[Citation42] emisi VOC dari pembakaran biogas secara umum lebih rendah dibandingkan dengan biofuel cair dan padat. Namun, isu penting yang spesifik dapat disoroti untuk formaldehida. Dalam studi kasus yang dilakukan di instalasi pengolahan limbah anaerobik di Barcelona (Spanyol), faktor emisi VOC berada pada kisaran 0,9 0,3 g s1, berkontribusi sebesar 0,3--0,9% dari total VOC di wilayah tersebut. 

Di sisi lain, faktor emisi formaldehida dari mesin biogas ditemukan antara 0,2 dan 3,0 mg s1, yang menghasilkan kontribusi 2% terhadap total emisi.[Kutipan43] Penting untuk diperhatikan bahwa pola emisi serupa juga terjadi pada emisi alami gas: memang, formaldehida adalah produk sampingan dari oksidasi metana. Dibandingkan dengan gas alam, emisi VOC pada mesin biogas 40% lebih rendah, sementara emisi formaldehida sedikit lebih rendah dan aldehida yang lebih tinggi (ada dalam gas alam karena adanya hidrokarbon yang lebih tinggi) hampir tidak ada.

Jelasnya, emisi siklus bahan bakar sangat dipengaruhi oleh bahan mentahnya. Misalnya, CO2, CO, NOx, hidrokarbon, dan partikel mungkin berbeda 3--4 kali lipat antara tanaman ley, jerami, produk samping bit gula, pupuk cair, limbah industri makanan, dan limbah padat perkotaan. Di sisi lain, perbedaan hingga 11 kali lipat dapat diamati pada emisi SO2, karena tingginya variabilitas H2S dan senyawa sulfur organik dalam biogas yang dihasilkan.

DAMPAK PENYIMPANAN DAN PENGOLAHAN BAHAN BAKU DAN PENCERNAAN

Dalam pengelolaan pembakaran biogas, penyimpanan dan pengolahan bahan baku dan cerna dapat menjadi proses yang paling penting untuk mencapai manfaat pemanasan global dari proses produksi biogas. Memang benar, dampak pembangkit listrik tenaga biogas terhadap emisi GRK sangat dipengaruhi oleh penyimpanan bahan baku: sebagian besar N2O dapat dikurangi bila penyimpanan tertutup digunakan untuk pupuk kandang dan pemberian makanan untuk pencernaan bersama.

Emisi dari penyimpanan biomassa yang tidak tertutup juga telah diidentifikasi sebagai sumber utama amonia di seluruh rantai produksi biogas, dan penyimpanan tertutup sangat disarankan.

Dalam studi kasus khusus di Perancis tentang pabrik penguraian anaerobik dan pengomposan untuk limbah padat perkotaan, Beylot dan rekan kerjanya  telah mengidentifikasi empat kondisi untuk pengoperasian proses, yang sangat mempengaruhi dampak keseluruhan pabrik; hal-hal tersebut adalah: (i) ciri-ciri degradasi fraksi yang dapat difermentasi; (ii) efisiensi pengumpulan aliran gas yang dikeluarkan oleh operasi biologis; (iii) efektivitas pengurangan polutan yang dikumpulkan; dan (iv) laju emisi NOx dari pembakaran biogas. 

Pentingnya langkah penyimpanan cerna telah disoroti oleh Battini dan rekan kerja, dalam studi kasus peternakan sapi perah intensif yang terletak di lembah Po (Italia) yang disebutkan di atas: pengurangan emisi GRK akibat AD, dihitung sama dengan 23,7%, dapat mencapai 36,5% bila tangki kedap gas digunakan untuk penyimpanan hasil cerna.

Desain dan pengelolaan unit penyimpanan bahan baku dan pencernaan yang tepat juga penting untuk mengurangi dampak bau pada pabrik. Memang benar, dua sumber utama gangguan penciuman adalah produksi penyimpanan biomassa biogas dan unit pengomposan cerna. Hidrolisis hidrotermal yang dioperasikan secara tertutup memiliki efek positif pada pengendalian bau busuk secara keseluruhan pada tanaman; di sisi lain, emisi berlebih selama pra-perawatan bersuhu tinggi dan tampaknya terbuka dapat menjadi sumber utama bau.

Kesimpulannya, penyimpanan gas yang ketat harus selalu disarankan, karena emisi gas rumah kaca dan amonia yang hilang jauh lebih penting dibandingkan emisi yang berasal dari pupuk. Seperti disebutkan di atas, menghindari kebocoran dan menggunakan tangki tertutup adalah salah satu cara paling penting untuk mengurangi kebocoran gas. dampak pemanasan global dari pembangkit biogas.

DAMPAK PENGGUNAAN AKHIR PENCERNAAN

Penggunaan produk sampingan pertanian dan zooteknik serta MSW sebagai pembenah tanah dan pupuk merupakan pendekatan berkelanjutan yang memungkinkan pengurangan produksi, pengangkutan dan penggunaan bahan kimia sintetik: namun, penyebaran biomassa yang tidak diolah di tanah terkadang menyebabkan pelepasan sejumlah besar biomassa ke atmosfer. 

Bahan kimia seperti metana, dinitrogen oksida, amonia, hidrokarbon yang mudah menguap, dll. Pencernaan biomassa secara anaerobik yang diikuti dengan penggunaan bahan cerna sebagai pupuk hayati adalah praktik umum yang terkait dengan produksi biogas. Dalam paragraf ini, pengetahuan terkini mengenai dampak lingkungan dari praktik ini dibahas secara singkat.

Sebuah studi baru-baru ini mengenai topik ini  menyimpulkan bahwa dampak langsung dari pencernaan anaerobik terhadap keberlanjutan jangka panjang dalam hal kesuburan tanah dan dampak lingkungan di tingkat lapangan tidak terlalu relevan; Memang benar, isu yang paling relevan (yang berkaitan dengan emisi ke atmosfer dan kesuburan tanah) adalah terkait dengan kemungkinan perubahan dalam sistem tanam. Menurut penelitian ini, dampak langsung utama dari pencernaan anaerobik adalah efek jangka pendek pada aktivitas mikroba tanah dan perubahan komunitas mikroba tanah. 

Dengan mempertimbangkan kualitas tanah, bahan pencernaan secara signifikan lebih lembam dibandingkan bahan organik dan atmosferik dibandingkan dengan biomassa itu sendiri: sifat ini menghasilkan tingkat degradasi bahan organik yang lebih rendah. 

Faktanya, fraksi biomassa asli yang labil seperti karbohidrat terdegradasi dengan cepat, menyebabkan pengayaan molekul yang lebih persisten seperti lignin dan lipid yang tidak dapat terhidrolisis. Dalam studi kasus khusus pada pencernaan anaerobik bubur babi, stabilitas biologis yang tinggi dari biomassa biomassa tercapai, dengan Indeks Respirasi Dinamis Potensial (PDRI) mendekati 1.000 mg O2 kg VS1 jam1.

Berkenaan dengan pencucian nitrat dan pelepasan amonia dan dinitrogen oksida ke atmosfer, pengetahuan yang ada saat ini perlu ditingkatkan: namun, dampaknya dianggap "dapat diabaikan atau setidaknya ambigu". "ambiguitas" penelitian sebelumnya , seperti yang disoroti oleh Penulis ini, kemungkinan disebabkan oleh dampak pencernaan yang berbeda-beda tergantung pada jenis tanah yang dipertimbangkan. 

Misalnya, Eickenscheidt dan rekan kerjanya menyelidiki emisi metana, dinitrogen oksida, dan amonia dari kotoran dan pencernaan yang tidak diolah yang diterapkan pada beberapa jenis tanah: meskipun emisi metana tidak berubah secara signifikan, emisi N2O yang tinggi teramati seiring dengan tingginya karbon pemuatan. Dampak signifikan interaksi kelembaban tanah-mineral-N terhadap emisi N2O juga diamati oleh Senbayram dan rekan kerjanya.

Mengingat N2O dan CH4, pencernaan dapat meningkatkan tingkat emisi yang signifikan ke atmosfer: namun, emisi ini umumnya lebih rendah dibandingkan biomassa yang tidak diolah. Sedangkan untuk dinitrogen oksida, produk yang dicerna lebih bandel dibandingkan bubur segar; dengan demikian, degradasi mikroba lebih lambat, sehingga menyebabkan relatif sedikitnya lokasi mikro yang anoksik dan emisi N2O yang buruk dibandingkan dengan penggunaan slurry segar. 

Sebaliknya, emisi metana dari pencernaan umumnya lebih rendah dibandingkan biomassa asli, karena potensi metanogeniknya lebih rendah. berkurang: hal ini sangat relevan dengan adanya pengurangan metana yang berasal dari kotoran ternak (Poeschl et al., 2012; Boulamanti et al., 2013). Mengenai emisi metana, terdapat pengecualian dalam kasus spesifik budidaya padi: memang, penambahan bahan pencernaan pada padi menghasilkan peningkatan laju emisi metana dari 16,9 menjadi 29,9 g m2, sementara tidak ada efek signifikan yang teramati untuk N2O.

Berdasarkan literatur yang dikutip di atas, emisi N2O dan CH4 dari pencernaan bukanlah hal yang kritis, sedangkan pelepasan amonia dan pencucian nitrat masih merupakan titik kritis. 

Misalnya, emisi amonia dari pencernaan yang lebih tinggi dibandingkan dari kotoran asli telah diamati dalam beberapa penelitian. Dilaporkan juga bahwa hingga 30% nitrogen dapat hilang melalui penguapan amonia, karena peningkatan kualitas tanah. pH.[Citation59,Citation60] 

Secara khusus, Matsunaka dan rekan kerjanya[Citation61] melaporkan 13% penguapan nitrogen sebagai amonia, ketika bubur ternak yang dicerna secara anaerobik digunakan sebagai pupuk tanah untuk padang rumput. Praktik pemupukan tanah dengan bahan-bahan yang dicerna secara anaerobik meningkatkan konsentrasi NO3 dalam tanah (+30/40% dibandingkan dengan bubur sapi mentah): hal ini terkait dengan peningkatan biomassa mikroba mikroba organik C organik empat kali lebih mudah terurai, sehingga mengurangi konsentrasi nitrogen dan oksigen dalam tanah. 

Tanah dan mengakibatkan peningkatan emisi CO2 dan N2O sebesar 10 kali lipat. Pengelolaan pencernaan yang tepat dapat mengurangi dampak lingkungan: tingkat emisi amonia dilaporkan berkisar antara 1,6 hingga 30,4, tergantung pada praktik yang diterapkan.

DAMPAK PADA MATERI PARTIKULAT

Berkenaan dengan bahan partikulat (PM), pembakaran biogas bukanlah sumber emisi yang signifikan jika dibandingkan dengan bahan bakar lain: faktor emisi masing-masing telah diperkirakan sebesar 0,238 dan 0,232 g/Nm3CH4 untuk flaring dan CHP. Namun, pembentukan PM sekunder dapat terjadi karena emisi NOx dari CHP dan penguapan NH3 dari penyimpanan dan penggunaan akhir hasil cerna. 

Memang benar, selama pembentukan PM sekunder, peran penting amonia dan NOx dipastikan. Seperti yang dilaporkan oleh Boulamanti dan rekan kerjanya, Emisi NOx secara umum merupakan sumber utama PM sekunder dari biogas. Seperti dibahas di atas, penyimpanan tertutup dapat mengurangi emisi amonia secara signifikan, yang juga berdampak pada pengurangan pembentukan PM secara global dari kontaminan ini.

DAMPAK PENINGKATAN BIOGAS MENJADI BIOMETANA

Produksi biometana merupakan pendekatan yang efisien untuk meningkatkan pangsa pasar biogas, sehingga menghasilkan pengurangan bahan bakar fosil lebih lanjut. Penghematan CO2 yang setara akan meningkat secara signifikan jika pelepasan metana dibatasi hingga 0,05%, sementara hasil prosesnya tidak lagi berkelanjutan ketika kehilangan metana mencapai 4%. Penggunaan biometana sebagai alternatif pengganti bahan bakar gas diharapkan dapat meningkatkan kualitas udara setempat, terkait dengan NOx dan partikel. 

Sebagai konsekuensinya, peningkatan biogas untuk keperluan bahan bakar kendaraan menghasilkan manfaat optimal sehubungan dengan pembentukan oksidan fotokimia, eutrofikasi laut, dan ekotoksisitas; di sisi lain, terdapat sedikit manfaat yang terlihat dalam hal perubahan iklim dibandingkan dengan pembakaran biogas di CHP.

Tergantung pada beberapa faktor seperti konsumsi energi, produksi dan pengangkutan material yang digunakan, limbah yang dihasilkan, dan pelepasan metana, dampak lingkungan dari produksi biometana bergantung pada peningkatan teknologi yang diterapkan. 

Dalam PSA, pemulihan sisa gas memainkan peran kunci.  Starr dan rekan kerjanya  melaporkan bahwa teknologi peningkatan yang paling hemat CO2 untuk biogas MSW adalah teknologi berbasis BABIU (bottom ash upgrading). pada abu yang dihasilkan oleh insinerator sampah kota. Syarat yang diperlukan adalah insinerator terletak dalam jarak 125 km dari instalasi peningkatan biogas. 

Mengingat penggosokan air dalam larutan basa, dampak yang lebih rendah dapat dicapai dengan mengganti KOH dengan NaOH. Air dari instalasi peningkatan biogas dapat didaur ulang dalam proses atau diolah sebagai air limbah, tergantung pada komposisi kimianya: VOC yang paling umum dalam air limbah instalasi peningkatan biogas adalah p-cymene, d-limonene dan 2-butanone  kandungan VOC maksimum terlihat di instalasi pengolahan sampah MSW, mencapai hingga 238 mg/L, namun tidak ada hambatan yang terlihat ketika air limbah didaur ulang di pabrik.

Seiring dengan dampaknya terhadap iklim, penggunaan biometana sebagai pengganti gasoil diharapkan dapat meningkatkan kualitas udara perkotaan, karena faktor emisi metana hingga 10 kali lebih rendah dibandingkan bahan bakar cair, mengingat PM, VOC, dan hidrokarbon aromatik polisiklik. Biometana injeksi ke jaringan listrik nasional juga dapat mengurangi konsumsi bahan bakar padat perumahan di beberapa wilayah tertentu, dengan manfaat yang relevan terhadap kualitas udara dalam ruangan dan kesehatan manusia.

Potensi emisi global

Potensi emisi yang terkait dengan pembangkit listrik tenaga biogas dilaporkan pada Gambar 2 (NOx dan CO) dan Gambar 3 (untuk formaldehida, NMVOC dan SO2). Untuk Eropa dan Tiongkok, kontribusi tanaman energi dilaporkan secara terpisah, karena penggunaannya sering diabaikan karena dampak negatifnya terhadap ketersediaan lahan untuk tanaman. makanan. Dalam hal potensi global, kontribusi relatif dari tanaman energi tidak tersedia.

KESIMPULAN

Biogas dapat memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pengurangan emisi gas rumah kaca. Namun, perhatian harus diberikan terhadap emisi metana dan dinitrogen oksida (N2O) yang tidak diinginkan. 

Anggaran emisi kedua senyawa tersebut hampir tidak berhubungan dengan pelepasan langsung dari pembakaran biogas/biometana, sementara penyimpanan biomassa dan pengelolaan pencernaan merupakan langkah-langkah yang sangat penting. Pertimbangan serupa juga berlaku untuk amonia: untuk mengurangi dampaknya terhadap pembentukan aerosol sekunder, penyimpanan biomassa dan hasil pencernaan yang efisien harus selalu direkomendasikan. 

Di antara semua polutan gas yang dipertimbangkan dalam emisi langsung dari pembakaran biogas, tingkat nitrogen oksida (NOx) patut menjadi perhatian dalam beberapa studi kasus. Di sisi lain, senyawa organik yang mudah menguap tampaknya bukan merupakan isu kritis. Mengingat dampak penyebaran pencernaan terhadap kualitas tanah, diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menilai dampak jangka panjangnya secara menyeluruh. 

Dalam jangka menengah-pendek, biomasa yang dicerna tampaknya lebih disukai dibandingkan dengan biomassa yang tidak diolah. Peningkatan penggunaan biometana secara umum dapat meningkatkan kualitas udara dan mengurangi emisi GRK; namun hilangnya metana dalam gas dapat mempengaruhi keberlanjutan keseluruhan proses.