Bioenergi

Rudolf Diesel mengembangkan mesin pengapian kompresinya pada tahun 1890-an, dengan model sukses pertama selesai pada 1897. Di Pameran Paris 1900, sebuah mesin Diesel kecil buatan perusahaan Otto dari Prancis didemonstrasikan berjalan dengan minyak kacang tanah atas permintaan pemerintah Prancis. Mesin itu dirancang untuk minyak biasa, tetapi beroperasi dengan minyak nabati tanpa modifikasi.

Biomassa dan biofuel bisa disimpan lama dan digunakan kapan pun energi dibutuhkan, sehingga memberi negara ketahanan energi sepanjang tahun. Namun, ini bergantung pada jenis biofuelnya, dan ada pengecualian. Masa simpan sangat bervariasi menurut bahan bakar, formulasi, dan kondisi penyimpanan, dan beberapa biofuel jauh kurang stabil dibanding yang lain ^{[58-64,66,68]}.

Misalnya, pelet kayu dan biomassa padat lainnya sangat dipengaruhi oleh kelembapan, suhu, ventilasi, dan penanganan. Kondisi yang buruk bisa menyebabkan penguraian biologis, hilangnya kandungan energi, atau pemanasan sendiri, sedangkan penyimpanan yang kering dan berventilasi baik bisa menjaga kualitasnya ^[60,61].

Biofuel tahan lama seperti HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) sangat tahan terhadap oksidasi dan menurut pemasok bisa bertahan sekitar 10 tahun sebelum terurai, asalkan kondisi penyimpanan yang tepat dijaga ^A. Riset independen juga mendukung stabilitas HVO yang relatif tinggi, termasuk saat dicampurkan ke dalam campuran biodiesel - diesel ^[64]. Stabilitas biodiesel FAME (fatty acid methyl esters) sangat bergantung pada komposisi asam lemaknya: FAME jenuh umumnya lebih stabil dan bertahan lebih lama daripada FAME tak jenuh, tergantung limbah yang dipakai untuk membuatnya. Karena itu, bahan baku awal yang digunakan untuk membuat biofuel bisa sangat memengaruhi masa simpannya ^[62,63].

Meski biodiesel mudah terurai secara hayati, kerusakan selama penyimpanan terutama disebabkan oleh oksidasi dan kontaminasi, bukan oleh kemampuan terurainya sendiri. Panas serta paparan udara, cahaya, air, atau logam tertentu bisa mempercepat penguraian, sedangkan antioksidan dan kondisi penyimpanan yang sesuai bisa memperlambatnya ^[58,62,63]. Satu studi melaporkan bahwa biodiesel dapat disimpan selama 6 bulan sebelum mulai terurai, dan setelah setahun mungkin tidak lagi cocok digunakan langsung di mesin ^[58,59].

Membuat campuran biofuel (misalnya mencampur biodiesel FAME dengan diesel minyak bumi atau HVO) bisa meningkatkan stabilitas, memperpanjang masa simpan, sekaligus menjaga efektivitasnya sebagai bahan bakar pengganti langsung untuk mesin standar, meski hasilnya bergantung pada bahan bakar dan perbandingan yang digunakan ^{[58,59,62,64]}.

Nano-biodiesel yang diformulasikan khusus ditingkatkan dengan nanopartikel yang mengurangi kerentanan terhadap oksidasi, sehingga bisa tetap stabil jauh lebih lama ^[59]. Bahan ini juga bisa meningkatkan pembakaran bahan bakar dan efisiensi energi sambil mengurangi beberapa polutan. Namun, dampaknya bergantung pada bahan, konsentrasi, bahan bakar, dan mesin, dan beberapa formulasi bisa meningkatkan emisi nitrogen-oksida ^B.

Biofuel punya masa simpan lebih pendek daripada bahan bakar fosil biasa (tetapi HVO adalah pengecualian penting). Meski begitu, biofuel tetap bisa membantu mengatasi masalah pasokan yang tidak stabil akibat energi angin/surya: bahkan biofuel yang disimpan berbulan-bulan, bukan bertahun-tahun, bisa menyediakan daya cadangan yang siap digunakan dan ketahanan energi saat produksi angin atau surya rendah, asalkan tersedia stok dan peralatan yang cukup ^[23,66,68]. Jika bahan baku dan rantai pasok dikelola secara berkelanjutan, biofuel bisa berkontribusi pada netralitas karbon dan upaya pengurangan emisi yang lebih luas ^{[19-22,72-76]}.

^A Cara Menyimpan Bahan Bakar HVO agar Awet dan Aman | Vectec

^B Penerapan nanoteknologi dalam pembakaran biodiesel dan tahap pascapembakaran | Renewable and Sustainable Energy Reviews

Bioenergi tidak otomatis netral karbon. Dampaknya pada iklim bergantung pada bahan baku, pertumbuhan kembali, apa yang akan terjadi pada lahan atau bahan itu jika tidak digunakan, emisi rantai-pasok, dan waktu yang dibutuhkan untuk menyerap kembali CO₂ yang dilepaskan. Jalur dari limbah dan sisa bahan bisa punya emisi yang relatif rendah, sementara perubahan penggunaan lahan atau pemanenan hutan yang tumbuh kembali dengan lambat bisa menciptakan utang karbon selama bertahun-tahun atau beberapa dekade.

Lihat: Akuntansi Karbon untuk Biofuel Berkelanjutan - Analisis | IEA

Di Brasil, jutaan hektare hutan hujan, sabana, dan ekosistem asli lainnya telah dibuka untuk pertanian, termasuk produksi kedelai dan tebu.

Trase mengaitkan panen kedelai Brasil tahun 2020 dengan 562.000 hektare - 5.620 kilometer persegi - deforestasi dan konversi vegetasi-asli baru-baru ini. Ini mencakup sekitar 76.400 hektare di Amazon dan 23.600 hektare di Hutan Atlantik, meski sebagian besar terjadi di Cerrado dan Pampas. Bioma Cerrado, wilayah penting untuk kedelai dan tebu, mengalami konversi lahan yang sangat luas ^[82,83]. Angka-angka ini menghubungkan produksi kedelai Brasil dengan konversi lahan yang diukur dalam ribuan kilometer persegi, termasuk kawasan hutan hujan yang luas.

Kedelai dan tebu sama-sama terkait dengan industri biofuel Brasil ^[78,80,81]. Sekitar setengah tebu Brasil diolah menjadi etanol ^C. Kedelai terutama ditanam untuk pakan ternak, tetapi menghasilkan minyak kedelai sebagai produk-sampingan yang menyumbang sekitar 70% biodiesel negara itu ^D. Di seluruh Amerika Selatan, luas lahan yang ditanami kedelai lebih dari dua kali lipat, dari 26,4 juta hektare pada 2000 menjadi 55,1 juta hektare pada 2019 ^[82]. Perluasan tanaman ini dapat mendorong deforestasi secara langsung, saat tanaman menggantikan vegetasi asli, atau secara tidak langsung, saat perluasan ke lahan pertanian yang sudah ada memindahkan penggembalaan sapi atau kegiatan lain ke wilayah yang baru dibuka ^[78-82,84].

Deforestasi-terkait kedelai di Brasil jauh lebih besar daripada pembukaan langsung untuk tebu ^[80-83]. Sejak 2009, kebijakan Zonasi Agroekologi Tebu (ZAE Cana) membatasi perluasan tebu di bioma penting seperti Amazon dan Pantanal (meski kebijakan ini dicabut pada 2019, sehingga kekhawatiran tentang deforestasi meningkat) ^[81]. Karena itu, budidaya tebu secara historis terkonsentrasi di wilayah tengah dan selatan di luar Amazon, sering kali di lahan pertanian yang sudah ada, padang rumput terdegradasi, atau Cerrado. Kontribusi langsungnya terhadap hilangnya hutan hujan Amazon jadi jauh lebih kecil daripada sapi atau kedelai. Meski begitu, perluasannya ke Cerrado atau padang rumput dapat menggantikan vegetasi asli atau memindahkan kegiatan pertanian lain, sehingga menambah tekanan deforestasi yang lebih luas ^[78,80,81]. Bahkan, satu studi pemodelan tahun 2010 memproyeksikan bahwa perluasan etanol tebu dapat secara tidak langsung menyumbang sekitar 50.000 km² (5 juta hektare) deforestasi pada 2020, terutama dengan memindahkan padang penggembalaan sapi ke arah kawasan berhutan ^[85].

Permintaan biofuel karena itu dapat menyumbang pada deforestasi dengan meningkatkan permintaan etanol tebu dan minyak kedelai untuk biodiesel. Namun, seluruh wilayah yang terdampak tidak bisa dikaitkan khusus dengan biofuel: kedelai juga memasok pakan ternak dan produk makanan, tebu juga memasok gula, dan sebagian besar vegetasi yang dikonversi adalah sabana atau padang rumput, bukan hutan hujan. Meski begitu, mengingat skala konversi terkait kedelai serta dampak langsung dan tidak langsung dari kedua tanaman, tetap masuk akal sebagai perkiraan order-of-magnitude bahwa ribuan kilometer persegi hutan hujan Brasil telah dibuka sebagian untuk memasok tanaman biofuel, meski bukan angka pasti yang khusus-biofuel ^[78-84].

^C Pembagian tebu Brasil antara gula dan etanol | Reuters

^D Sekitar 70% biodiesel Brasil berasal dari kedelai | Reuters

Bacaan tambahan:

Di Brasil, lonjakan tebu menjadi ancaman baru bagi Hutan Hujan Amazon | Sierra Club

Pertumbuhan tebu Brasil dapat memenuhi kebutuhan biofuel tanpa mendorong deforestasi: studi | Mongabay

KOREKSI: Sekitar 55% komitmen SAF dan perjanjian pasokan yang diumumkan secara publik oleh maskapai Eropa diperkirakan akan berasal dari minyak dan lemak bekas, termasuk lemak hewan, minyak goreng bekas, dan minyak limbah lainnya. Ini menggambarkan perjanjian dan kontrak yang direncanakan, bukan bahan bakar yang sudah digunakan seperti yang disebutkan dalam video.

BECCS hanya bisa menghasilkan emisi net-negatif ketika pertumbuhan kembali biomassa benar-benar menyerap CO₂ dari atmosfer, dan lebih banyak CO₂ yang disimpan secara permanen daripada yang dilepaskan sepanjang seluruh proses. Kenyataannya, ini bergantung pada lebih dari sekadar emisi yang dihasilkan di fasilitas bioenergi. Ini juga bergantung pada emisi rantai pasok dan penggunaan lahan serta neraca karbon jangka panjang yang terlibat. Ini mencakup karbon yang hilang dari vegetasi dan tanah; waktu yang dibutuhkan biomassa untuk tumbuh kembali; emisi dari budidaya dan pupuk, panen, pengolahan, transportasi; energi yang dipakai untuk menangkap, memampatkan, dan menyuntikkan CO₂, serta CO₂ apa pun yang tidak dikumpulkan sistem penangkapan. Gas rumah kaca lain, seperti metana dan dinitrogen oksida, juga harus dihitung. Jadi, keseimbangan akhirnya bergantung pada bahan baku, pengelolaan lahan, tingkat penangkapan, sumber energi, dan rentang waktu yang dipertimbangkan ^{[72-76,97-102,118-121]}.

Untuk penyimpanan jangka panjang, CO₂ yang ditangkap biasanya dimampatkan dan disuntikkan ke formasi batuan berpori yang dalam, seperti formasi air asin atau reservoir minyak dan gas yang sudah habis. Kenyataannya, CO₂ menempati ruang-ruang kecil di dalam batuan, bukan sekadar mengisi gua bawah tanah besar atau lubang tambang. Pemilihan lokasi yang cermat, sumur yang aman, pengelolaan tekanan, pemantauan, dan pengawasan jangka panjang sangat penting agar CO₂ tetap tersimpan ^{[118,127,128]}.

Kekhawatiran utama soal kebocoran adalah CO₂ yang ditangkap lolos saat transportasi atau penyuntikan, atau kemudian melalui patahan, retakan, atau sumur yang rusak atau kurang tersegel. Bukti dalam [125-128] sebagian besar membahas jalur kebocoran yang mungkin, eksperimen terkontrol, pemodelan, dan penilaian risiko; bukti itu tidak menunjukkan bahwa kebocoran umum terjadi di lokasi penyimpanan komersial yang dikelola dengan baik. Formasi geologi yang dipilih dan dipantau dengan baik diperkirakan akan menahan hampir semua CO₂ yang disuntikkan untuk waktu yang sangat lama, meski risikonya tidak bisa dianggap nol. CO₂ apa pun yang lolos harus dikurangkan dari total yang diklaim telah dihilangkan dari atmosfer dan ditangani lewat pemantauan serta pemulihan berkelanjutan.

Mikroalga bisa dibudidayakan di kolam terbuka atau fotobioreaktor tertutup di lahan non-pertanian, terdegradasi, asin, atau lahan bernilai rendah lainnya, sehingga tidak bersaing langsung dengan tanaman pangan biasa. Lokasi yang cocok tetap membutuhkan cukup cahaya, air, nutrisi, dan CO₂, sedangkan luas lahan yang dibutuhkan bergantung pada jenis alga, iklim setempat, dan sistem budidaya. Karena alga tumbuh cepat dan bisa menghasilkan lebih banyak bahan bakar per satuan lahan daripada tanaman biofuel biasa, kebutuhan lahannya secara keseluruhan bisa jauh lebih rendah ^[129-134].

Rumput laut tidak membutuhkan lahan pertanian maupun air tawar. Tambak rumput laut bisa menciptakan habitat sementara bagi ikan dan invertebrata, menyerap kelebihan nutrisi, meningkatkan kadar oksigen dan pH setempat, serta mengurangi energi gelombang. Manfaat bagi keanekaragaman hayati bergantung pada spesies yang dibudidayakan, ukuran dan tata letak tambak, pergerakan air, lokasi, dan cara panen. Pemilihan lokasi yang cermat bisa memaksimalkan manfaat ini sambil menghindari kerusakan pada habitat yang sudah ada seperti padang lamun atau masuknya spesies non-asli ^[135-140].

Sel bahan bakar mikroba menggunakan bakteri untuk menguraikan bahan organik dalam air limbah dan memindahkan elektron yang dilepaskan ke elektroda, sehingga menciptakan arus listrik. Menghilangkan bahan organik ini membantu membersihkan air limbah, meski MFC biasanya tidak menyediakan semua tahap pengolahan sendiri: pengolahan lanjutan mungkin tetap diperlukan untuk menghilangkan sisa bahan organik, nutrisi, dan patogen ^[141-144].

Pada kenyataannya, manfaat ekonomi utamanya mungkin berasal dari berkurangnya listrik yang dibutuhkan untuk pengolahan, bukan dari menghasilkan banyak daya berlebih yang bisa dipakai di tempat lain. Pengolahan air limbah konvensional memakai banyak energi untuk memompa oksigen ke dalam air. MFC dapat mengurangi sebagian aerasi ini sambil memulihkan sedikit energi kimia air limbah sebagai listrik, sehingga berpotensi menurunkan kebutuhan energi keseluruhan instalasi pengolahan. Bersama-sama, manfaat ini pada akhirnya bisa membuat pengolahan air limbah lebih murah. Namun untuk saat ini, biaya pembangunan dan material yang tinggi berarti hal ini belum terbukti secara konsisten dalam skala komersial ^[141-143].

Untuk mencapai titik itu, MFC mungkin tidak perlu memaksimalkan keluaran listrik. Dengan kata lain, sistem yang menghasilkan listrik paling banyak belum tentu merupakan sistem pengolahan yang paling ekonomis. Sebuah studi tekno-ekonomi menemukan bahwa bahan elektroda yang lebih murah dapat menyediakan pengolahan air limbah yang lebih hemat biaya meski menghasilkan lebih sedikit listrik ^E. Ini menunjukkan bahwa pengembangan MFC yang praktis mungkin lebih baik memprioritaskan pengolahan yang terjangkau daripada keluaran listrik maksimum.

Namun, keluaran listriknya tetap rendah, terutama saat air limbah makin bersih dan bahan organik yang tersisa untuk dikonsumsi bakteri makin sedikit. Sistem yang lebih besar juga harus mengatasi biaya elektroda dan membran, fouling, kinerja yang tidak merata, dan keandalan jangka panjang. Sebuah studi percontohan 1.000-liter telah menunjukkan bahwa teknologi ini dapat beroperasi dengan air limbah kota nyata, tetapi hanya mencapai pengolahan sebagian dan menghasilkan listrik dalam jumlah kecil. Jadi untuk saat ini, MFC terutama masih menjadi metode eksperimental untuk menggabungkan pengolahan air limbah dengan pemulihan energi skala kecil, bukan sumber listrik utama ^[141-144].

^E Mengorbankan daya demi pengolahan yang lebih hemat biaya: Pendekatan tekno-ekonomi untuk merekayasa sel bahan bakar mikroba | Chemosphere