Meniti Jejak Sejarah Produksi Biogas Hingga Kini

Secara global, terdapat peningkatan kesadaran bahwa penerapan teknologi 'sampah menjadi energi' adalah salah satu cara terbaik untuk mencapai pembangunan energi berkelanjutan. Pendekatan yang paling populer adalah konversi senyawa kaya organik menjadi produk bersih dan terbarukan melalui pencernaan anaerobik (AD). Biogas dapat dihasilkan dari sisa-sisa pertanian, sampah organik kota/industri, dan biomassa berkelanjutan, terutama bahan-bahan yang tersedia secara lokal.

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.

Metana dapat dibakar atau dioksidasi 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. Tulisan ini mengungkapkan  tentang sejarah panjang perjalanan produksi biogas hingga kini.

SEJARAH BIOGAS

Sejarah biogas mungkin dimulai pada abad ke-10 SM di Asyur, dimana biogas digunakan untuk memanaskan air mandi. Pada tahun 1630, ahli kimia dan dokter Flemish Jan Baptista van Helmont memperkenalkan istilah "gas" untuk menggambarkan produk sampingan dari dekomposisi bahan organik yang dilepaskan ke udara. 

Kemudian, pada akhir abad ke-18, Alessandro Volta, seorang fisikawan Italia, terinspirasi oleh esai Benjamin Franklin tentang topik "udara yang mudah terbakar", mengisolasi gelembung gas dari rawa Danau Maggiore dan menemukan sifat mudah terbakarnya dalam wadah tertutup. Beberapa tahun kemudian, pada tahun 1808, keberadaan metana (biogas) pada kotoran ternak AD terdeteksi oleh Humphrey Davey.

Pada tahun 1875, seorang petani Belanda, Wouter Sluys, pertama kali menggunakan gas alam untuk keperluan penerangan, dan hampir pada saat yang bersamaan (tahun 1884), murid Louis Pauster, Ulysses Gayon, menegaskan di depan Academy of Science pada tahun tersebut  bahwa proses fermentasi juga dapat menyediakan sumber bahan bakar yang efektif untuk pemanas dan penerangan (dia memperoleh sekitar 100 L biogas per meter kubik pupuk kandang yang difermentasi pada suhu 35 C). 

Sepuluh tahun kemudian, pada tahun 1895, pencerna lumpur air limbah pertama dibangun di Exeter, Inggris, yang menjadi bahan bakar lampu jalan. Pada tahun 1897, biogas dari kotoran manusia juga digunakan untuk penerangan di Rumah Sakit Kusta Matinga di Mumbai, India. Pada tahun 1900-an, teknologi AD telah digunakan di banyak belahan dunia.

TAHUN 1900

Upaya pertama untuk membangun pabrik untuk memproduksi biogas dari kotoran dibangun di Bombay, India pada tahun 1900, namun tidak terlalu berhasil sampai tahun 1937, ketika Desai, seorang ahli mikrobiologi di Institut Penelitian Pertanian India (IARI, yang saat itu bernama Imperial Agricultural Research Institute), memimpin commissioning pabrik AD, yang bekerja dengan memuaskan selama beberapa tahun [30]. 

Pada tahun 1906, insinyur Jerman Karl Imhoff mematenkan sebuah ruangan (tangki Imhoff), yang digunakan untuk menerima dan AD lumpur yang diekstraksi. Yang penting, proses AD juga dipelajari sebagai bagian penting dari aktivitas mikroba, dan pada tahun 1930an, bakteri anaerob pertama diidentifikasi, dan beberapa kondisi untuk mendorong produksi metana ditetapkan

Fasilitas pasokan biogas publik dikembangkan di Eropa terutama dengan cepat setelah Perang Dunia II, yang mendorong pencarian sumber energi alternatif . Misalnya, pada tahun 1957, penemu asal Inggris Harold Bate memodifikasi mobil agar dapat menggunakan biogas yang dihasilkan dari kotoran ayam dari peternakannya. Penggunaan AD untuk mengolah air limbah industri telah berkembang pesat, dan diperkirakan pabrik di Eropa mencakup 44% dari basis terpasang, sementara 14% sistem berlokasi di Amerika Utara, dan sejumlah besar sistem berlokasi di Amerika Selatan. 

Di negara-negara Asia, Amerika Latin dan Afrika, pertumbuhan penggunaan biogas paling jelas terlihat pada tahun 1970an . Selain itu, di Amerika Utara, AD mulai digunakan pada tahun 1970an [35], dan fokus utamanya adalah pada pembangkit listrik tenaga biogas pertanian; jumlahnya meningkat dari 25 pada tahun 2000 menjadi 176 pada tahun 2011. Pada tahun 2006, pemerintah Kanada menerapkan program Standar Energi Terbarukan, yang memberikan tarif lebih tinggi untuk listrik yang dihasilkan biogas dan membantu petani secara finansial dalam mengurangi biaya pembangunan reaktor .

TAHUN 2000

Pada tahun 2000, terdapat sekitar 850 pembangkit listrik berbasis pertanian di Jerman, dan jumlah tersebut meningkat menjadi sekitar 7.800 pabrik pada tahun 2014.  

Denmark berkomitmen terhadap peningkatan inisiatif energi yang akan melipatgandakan produksi biogas pada tahun 2000 dan melipatgandakannya pada tahun 2005 melalui AD. Amerika Serikat telah mencapai kemajuan yang signifikan dalam penggunaan fasilitas pengolahan sampah kota (MSW) secara komersial. Pada tahun 2003, Amerika Serikat menghasilkan 147 triliun BTU (British thermal unit) energi dari gas TPA, sekitar 0,6% dari total kebutuhan energi AS.

TAHUN 2014

Pada tahun 2014, diperkirakan Tiongkok memiliki 100.000 pabrik biogas dan 43 juta reaktor skala perumahan, yang menghasilkan sekitar 15 miliar m3 biogas. Pada tahun 2014, India memiliki sekitar 4,75 juta pembangkit listrik tenaga biogas, dibandingkan dengan potensi 12 juta pembangkit listrik tenaga biogas, yang dapat menghasilkan sekitar 10 miliar m3 biogas/tahun. India juga berencana memasang 110.000 pembangkit listrik tenaga biogas dari tahun 2014 hingga 2019.

Nepal merupakan salah satu program biogas paling sukses di dunia, dengan lebih dari 330.000 pembangkit listrik tenaga biogas rumah tangga yang terpasang . Di Afrika, berbagai upaya telah dilakukan oleh organisasi internasional dan lembaga asing untuk mempromosikan teknologi biogas. 

Diperkirakan oleh SNV Organisasi Pembangunan Belanda (berdasarkan FAOSTAT -- Database Statistik Perusahaan Organisasi Pangan dan Pertanian) bahwa rumah tangga yang memenuhi syarat untuk pemasangan reaktor kecil berjumlah 32,9 juta pada tahun 2018 (meningkat 78% dibandingkan tahun 2006 ), terutama di Ethiopia, Nigeria dan Uganda (masing-masing 5,4; 3,5; 3,1 juta rumah tangga) dan sekitar 2 juta rumah tangga di Tanzania, Kenya, Sudan dan Burkina Faso  Peningkatan "potensi teknis" bagi rumah tangga untuk menjalankan biodigester didorong oleh peningkatan akses terhadap pertumbuhan sektor susu di Afrika (ketersediaan kotoran) dan akses terhadap air. 

Standar minimum untuk pembakar kompor biogas diperkirakan sebesar 0,38 m3/jam di Tiongkok, 0,45 m3/jam di India, dan 0,5 m3/jam di Kenya, sedangkan untuk menghasilkan sekitar 1 m3 biogas setiap hari, setidaknya dibutuhkan 20--30 kg biogas. dibutuhkan kotoran segar. Oleh karena itu, rumah tangga tersebut secara teoritis harus memiliki 2 ekor sapi dewasa; namun, pada kenyataannya, setidaknya harus tersedia 3 atau 4 ekor sapi dewasa.

Namun, meskipun pembangkit listrik tenaga biogas skala kecil telah dibangun di seluruh benua, hanya sedikit yang digunakan karena kurangnya pengetahuan tentang AD dan potensi pembangkit listrik yang tidak memadai . Kurangnya pemahaman merupakan hambatan penting dalam penerapan, pengoperasian dan pemeliharaan pembangkit listrik tenaga biogas yang aman di banyak negara berkembang. 

Selain itu, tingginya biaya investasi sistem AD, meskipun biaya operasionalnya sangat rendah, dianggap sebagai faktor penting yang mempengaruhi pelaksanaan proyek biogas.  Saat ini, di daerah pedesaan dan semi-perkotaan di negara-negara berkembang, pembangkit listrik tenaga biogas tipe keluarga dipromosikan dan diduga sekaligus memberikan edukasi kepada rumah tangga .

TANTANGAN TAHUN 2024

Energi terbarukan memberikan peluang untuk meningkatkan ketahanan energi, mengurangi ketergantungan pada impor, dan menurunkan emisi gas rumah kaca. Gas alam, yang dipandang sebagai bahan bakar transisi dari batu bara ke energi terbarukan, tidak memiliki kelestarian lingkungan yang dapat diandalkan dan tidak berkontribusi terhadap kemandirian energi UE. 

Baru-baru ini, biometana mendapat perhatian sebagai alternatif pengganti gas alam. Diperoleh dari biogas yang dimurnikan atau "ditingkatkan", biogas ini menawarkan keuntungan lingkungan dan ekonomi. Beberapa teknologi yang dikembangkan, termasuk penyerapan, adsorpsi, pemisahan membran, dan pemisahan kriogenik, tersedia secara komersial. Namun, hal tersebut memerlukan banyak energi dan sumber daya.

Teknologi tersebut diklasifikasikan berdasarkan metode pemisahan (berdasarkan penambahan fase, berdasarkan zat padat, berdasarkan pembuatan fase, dan berdasarkan proses biologis), dan analisis setiap kategori dilakukan. Diskusi tersebut mencakup karakteristik ekonomi dan lingkungan, kompleksitas proses, dan prospek penelitian masa depan dalam teknologi berkelanjutan.

Kesepakatan Hijau Eropa memperkuat ambisi transisi hijau, yang mencakup target iklim yang bertujuan untuk mencapai net zero pada tahun 2050. Selain itu, hal ini menekankan perlunya teknologi mutakhir di sektor industri utama pada tahun 2030, dengan bidang prioritas termasuk bahan bakar alternatif dan penyimpanan energi.

 Ketergantungan Uni Eropa pada pasokan energi eksternal telah menghambat ketahanan energi dan mengakibatkan peningkatan biaya energi untuk rumah tangga dan industri, dengan Rusia dan Norwegia menjadi dua pemasok terbesar. Meningkatnya kekhawatiran mengenai pengamanan pasokan energi menyebabkan Strategi Keamanan Energi Eropa dan Uni Energi fokus pada pengurangan ketergantungan energi dari luar negeri.

 Ketergantungan eksternal ini menimbulkan risiko ekonomi, sosial, ekologi, dan fisik. Ketegangan di pasar energi akibat ketidakpastian geopolitik semakin meningkat. Perang mengubah sistem energi global, sehingga mendorong pemerintah untuk meningkatkan keamanan energi.

 Pada tahun 2021, seperempat pasokan energi UE berasal dari Rusia, hal ini menunjukkan pentingnya investasi pada infrastruktur jaringan gas yang kuat untuk mengintegrasikan pasar regional dengan lebih baik . UE berkomitmen untuk mengurangi ketergantungannya pada gas impor, mempercepat produksi dan integrasi energi terbarukan untuk mitigasi perubahan iklim, dan mendorong transisi energi dan agroekologi, selain merangkul ekonomi sirkular.

Rencana REPowerEU memberikan contoh langkah-langkah proaktif yang diambil oleh para pembuat kebijakan untuk meningkatkan keamanan energi dalam negeri setelah krisis tahun 2022 dan mencapai tujuan iklim, mendorong produksi biometana berkelanjutan hingga 35 miliar meter kubik pada tahun 2030 sebagai cara yang hemat biaya untuk mengurangi gas alam (NG). ) impor dari Rusia.

Keamanan pasokan energi mencakup dua dimensi: dimensi eksternal dan dimensi internal. Pada dimensi internal pengamanan energi, dilakukan upaya untuk mengurangi kebutuhan energi, meningkatkan sumber energi terbarukan, dan menciptakan pasar energi bersama. Oleh karena itu, keamanan pasokan energi sangat erat kaitannya dengan strategi dan target iklim UE, yang bertujuan untuk secara progresif mengurangi emisi gas rumah kaca (GRK) hingga tahun 2050 dan mencapai transformasi menuju ekonomi rendah karbon.

 Menghadapi transisi energi ini, gas alam akan memainkan peran penting dalam bauran energi UE (dipromosikan sebagai bahan bakar peralihan dari batu bara ke sumber daya terbarukan), namun perlu dilakukan diversifikasi impor berdasarkan negara dan jalur untuk semakin saling terhubung dalam negeri. jaringan gas guna mengatasi gangguan pasokan.

 Selain itu, kurangnya data yang dapat diandalkan mengenai keberlanjutan sebenarnya akibat emisi metana ke atmosfer sepanjang siklus hidupnya. Variabilitas ini antara lain dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti metode ekstraksi, moda transportasi, dan jarak. Metana merupakan gas rumah kaca terbesar kedua setelah karbon dioksida, yang memiliki kapasitas lebih besar dalam menahan panas di atmosfer. Dalam skala waktu 100 tahun, metana menunjukkan potensi pemanasan global 28 kali lebih besar dibandingkan karbon dioksida, dan potensinya meningkat hingga 84 kali lipat dalam skala 20 tahun. Namun, terdapat ketidakpastian yang cukup besar seputar total emisi, dan hasilnya sangat bervariasi antar penelitian, secara konsisten menunjukkan bahwa emisi metana kemungkinan besar diremehkan secara signifikan. Oleh karena itu, hal ini masih menjadi tantangan besar di sektor-sektor utama produksi biogas. Moga bermanfaat****