Komposisi Dasar Biofuel

Salah satu dari banyak solusi untuk membantu mengekang pemanasan global adalah dengan mencari sumber energi alternatif. Panel surya dan turbin angin dapat mendukung kebutuhan listrik global, termasuk mobil listrik, tetapi saat ini ketergantungan pada bahan bakar fosil untuk menggerakkan mobil, truk, pesawat terbang, generator, dan mesin lainnya perlu ditujukan. Biofuel seperti biodiesel menggunakan bahan bakar cair yang dibuat dari bahan tumbuhan yang dapat menggantikan pembakaran bahan bakar fosil.

Bahan bakar fosil berasal dari minyak bumi yang tidak dimurnikan. Minyak mentah ini adalah zat yang terbentuk dari sisa-sisa kehidupan tumbuhan dan hewan yang telah ditahan di bawah tekanan luar biasa selama jutaan tahun.

Tiga jenis utama bahan bakar fosil adalah minyak bumi, batu bara, dan gas alam, yang tidak ada yang terbarukan. Artinya bahan bakar fosil yang ada saat ini mungkin suatu saat akan habis. Untuk mempersiapkan munculnya penipisan bahan bakar fosil, biofuel telah dan sedang dibuat.

Bahan Bakar Nabati berasal dari bahan tanaman hidup atau baru saja hidup seperti jagung atau switchgrass, rumput abadi yang dapat tumbuh setinggi 8 kaki hingga 10 kaki. Bahan curah ini disebut biomassa dan dianggap sebagai sumber energi terbarukan karena bahan tanaman dapat ditumbuhkan kembali.

Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan karbon dioksida, dan karbon dioksida ekstra ini telah lama diketahui meningkatkan efek rumah kaca alami dari atmosfer bumi.

Secara singkat, efek rumah kaca adalah energi matahari yang mencapai Bumi, menghangatkannya, kemudian dipancarkan kembali ke atmosfer. Gas rumah kaca seperti karbon dioksida atau metana menyerap energi ini dan memancarkan kembali sebagiannya kembali ke Bumi. Ini membantu menghangatkan atmosfer ke suhu global rata-rata sekitar 16 derajat Celcius (59 derajat Fahrenheit), yang mampu mendukung kehidupan.

Bahan bakar fosil mempercepat efek rumah kaca dengan menempatkan lebih banyak karbon dioksida ke atmosfer, dan ini meningkatkan suhu planet, efek yang dikenal sebagai pemanasan global. Pergeseran suhu ini dapat menyebabkan perubahan iklim karena iklim bumi yang biasa menjadi tidak seimbang.

Pembakaran biofuel juga menghasilkan karbon dioksida, sejumlah kecil karbon monoksida dan partikulat lainnya seperti halnya bahan bakar fosil. Perbedaannya tidak begitu banyak dalam isi pembakaran, tetapi biomassa, dalam pertumbuhan terakhir mereka, menggunakan karbon dioksida atmosfer selama fotosintesis.

Asumsinya adalah bahwa biofuel yang terbakar menggantikan karbon dioksida asli yang diambil oleh fotosintesis. Karena itu, biofuel dianggap memiliki emisi karbon dioksida bersih nol selama umur mereka.

Bahan bakar fosil terdiri dari hidrokarbon dalam bentuk rantai dan aromatik, tetapi biofuel terdiri dari rantai hidrokarbon dengan gugus oksigen yang terikat. Komposisi kimianya mungkin termasuk asam, alkohol, dan ester.

Biofuel lebih merupakan pendekatan transisi ke nol emisi karbon karena pembakaran biomassa masih menghasilkan karbon dioksida, partikulat dan dengan tambahan oksigen, bahkan dapat membuat racun seperti formaldehida dalam pembakaran proses.

Biofuel memiliki generasi. Generasi pertama produksi biofuel adalah bahan bakar berbasis tanaman seperti jagung atau tebu. Generasi kedua berasal dari limbah hewan atau nabati, dan generasi ketiga biofuel berasal dari alga.

Berbagai jenis biofuel ada, dan banyak yang saat ini digunakan dalam campuran dengan bahan bakar fosil bensin atau solar. Di bawah ini adalah biofuel umum yang saat ini digunakan dan definisi, komposisi dan produksi serta kegunaannya.

Definisi dasar biodiesel adalah bahan bakar berwarna keemasan sampai coklat tua yang dimaksudkan sebagai pengganti solar. Komposisi biodiesel sebagian besar adalah trigliserida yang tergolong ester. Ester diproses melalui transesterifikasi. Minyak biologis dari lemak nabati dan hewani — ini termasuk minyak bekas dari memasak — bereaksi dengan alkohol rantai pendek dan katalis dalam kondisi panas.

Transesterifikasi mengubah ester, asam lemak rantai panjang, menjadi biodiesel dan gliserin. Meskipun campuran, rumus kimia dasar biodiesel adalah C₁₇H₃₄HAI₂, dengan gugus ester –CO₂CH₃ di ujung rantai karbon yang panjang.

Biodiesel digunakan dalam mesin yang dirancang untuk bahan bakar diesel. Biodiesel menghasilkan lebih sedikit belerang dalam proses pembakaran tetapi menghasilkan lebih sedikit energi daripada diesel berbasis minyak bumi. Modifikasi mesin minimal diperlukan untuk menggunakan biodiesel; biasanya, hanya pemasangan selang dan seal karet sintetis di sistem bahan bakar karena biofuel mendegradasi karet alam.

Pada suhu rendah, biofuel konsentrasi tinggi menjadi terlalu kental untuk bekerja di mesin dan tidak akan cocok untuk suhu di bawah 13 derajat Celcius (55 derajat Fahrenheit) karena korosi pada bagian-bagian mesin dapat terjadi. Campuran kurang dari 20 persen biofuel dan 80 persen atau lebih solar mengelilingi masalah viskositas ini.

Biodiesel dapat dibeli di stasiun bahan bakar tertentu dan umumnya didistribusikan sebagai B100, 100 persen biofuel, atau B20, campuran 20 persen biofuel dan 80 persen solar. Jarak tempuh gas menurun di atas peringkat biodiesel B20. Penurunan ini meniadakan keuntungan apa pun yang dimiliki diesel dibandingkan bensin, terutama saat bepergian dengan kecepatan lebih tinggi.

Definisi dasar etanol adalah cairan tidak berwarna yang dihasilkan oleh fermentasi alami gula. Etanol terdiri dari karbon, hidrogen dan gugus hidroksida, dan itu berasal dari jagung, bit gula dan tebu. Proses yang digunakan adalah fermentasi. Proses yang lebih ekonomis adalah menggiling jagung menjadi konsistensi seperti tepung sebelum difermentasi.

Setelah proses fermentasi, etanol disuling (dimurnikan) hingga konsentrasi tinggi. Rumus kimia untuk molekul etanol adalah C₂H₅OH.

Etanol dapat digunakan dalam mesin yang dirancang untuk bensin. Setiap kendaraan yang dijual di Amerika Serikat dapat menggunakan campuran 10 persen etanol dan 90 persen bensin tanpa timbal. Kebanyakan bensin yang dijual sekarang dicampur dengan etanol.

Etanol membantu bensin terbakar lebih sempurna; ini meningkatkan hasil energi, tetapi berpotensi memberikan kontribusi lebih banyak polutan asap ke lingkungan.

Definisi metanol dasar adalah cairan tak berwarna yang disuling dari bahan tanaman atau dengan mengoksidasi metana. Metanol terdiri dari karbon, hidrogen dan hidroksida. Ini adalah alkohol paling sederhana dengan rumus kimia CH₃OH. Metanol lebih murah untuk diproduksi daripada etanol dan dapat berasal dari bahan tanaman apa pun atau dari gas TPA atau emisi pembangkit listrik.

Metanol diproduksi melalui reaksi sintesis karbon monoksida dan hidrogen. Komponen-komponen ini dapat dihasilkan dari pembakaran batu bara, gas, atau biomassa. Menggunakan produk limbah dari satu proses, seperti gas dari pembakaran batu bara, untuk produk awal yang lain proses, seperti pembuatan metanol, adalah daur ulang industri dan akan mengurangi pelepasan polutan ke dalam suasana.

Metanol dapat digunakan dalam mesin bertenaga bensin. Keuntungan menggunakan metanol sebagai bahan bakar termasuk volume yang lebih rendah dari racun dan partikulat dari pembakaran dibandingkan bensin. Hingga 15 persen metanol berdasarkan volume dapat dicampur dalam mesin bensin tanpa modifikasi mesin apa pun.

Meskipun metanol secara signifikan lebih murah, pengurangan jarak tempuh gas membatalkan efektivitas biaya. Selain itu, sulit untuk menghilangkan air dari metanol, dan ini dapat menimbulkan korosi pada selang dan segel mesin.

Definisi dasar biobutanol adalah bahan bakar cair tidak berwarna yang terbuat dari tanaman tertentu, kebanyakan jagung. Komposisi dasar butanol terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Ini adalah alkohol empat karbon (butil alkohol) dengan rumus kimia C₄H₁₀HAI.

Biobutanol terutama berasal dari fermentasi bahan baku jagung. Dalam fermentasi gula sederhana dari bahan baku, butanol, etanol dan aseton diproduksi. Pemisahan produk sampingan ini meningkatkan biaya produksi, meskipun setiap pabrik pengolahan yang menghasilkan etanol juga dapat memproduksi butanol.

Biobutanol kurang korosif dan menyediakan hampir 25 persen lebih banyak energi daripada etanol dan dapat dicampur dengan bensin untuk membantu mengurangi gas rumah kaca. Butanol dapat dicampur dengan bensin sebelum transportasi sementara etanol harus diangkut secara terpisah dan dicampur di outlet bahan bakar.

Biobutanol menyediakan lebih sedikit energi daripada bensin, tetapi memiliki senyawa beracun yang jauh lebih sedikit pada pembakaran. Setiap mobil yang menggunakan bensin dapat menggunakan campuran biobutanol. Sebagian besar produsen mobil akan menerima campuran biobutanol dengan bensin hingga 15 persen tanpa modifikasi mesin.

Definisi dasar biofuel alga adalah bahan bakar cair hijau muda yang terbuat dari alga. Seperti tumbuhan, alga mengubah sinar matahari menjadi energi melalui fotosintesis. Ada lebih dari 100.000 ganggang yang beragam secara genetik, dari protozoa kecil di kolam hingga rumput laut besar di laut.

Alga memiliki konsentrasi tinggi lipid atau lemak, molekul yang mengandung minyak. Lipid ini perlu diekstraksi dan dapat diubah menjadi biofuel. Ada banyak jenis alga, tetapi rumus kimia biofuel alga yang umum adalah C₁₀₆H₂₆₃HAI₁₁₀tidak₁₆.

Chlorella dan spirulina lebih cocok untuk biosintesis daripada alga lainnya, tetapi dimodifikasi secara genetik ganggang menciptakan organisme dengan kandungan lipid yang lebih tinggi yang dapat meningkatkan hasil energi hingga 40 persen.

Alga dapat dibudidayakan di kolam terbuka besar atau sistem mirip kolam. Sistem loop tertutup tidak terbuka ke udara dan karbon dioksida harus dipompa masuk. Menggunakan CO₂ dari cerobong asap dapat mendaur ulang produk limbah dari satu proses untuk bahan bakar yang lain. Pertumbuhan alga melimpah, dan produk dapat dikumpulkan rata-rata setiap lima hari.

Untuk memisahkan lipid, ganggang perlu menjadi bubuk kering. Seringkali, pengeringan alga membutuhkan lebih banyak energi daripada energi yang disediakan bahan bakar saat dibakar sebagai bahan bakar yang dapat digunakan. Teknologi baru sedang dikembangkan yang melewatkan proses pengeringan dan memiliki ganggang dalam keadaan suspensi cair sementara jet pelarut mengekstrak lipid.

Seperti minyak nabati, alga mengandung lipid, dan bahan bakar alga dapat diubah menjadi biodiesel. Ini dapat digunakan di semua mesin diesel.

Campuran dapat dibuat mulai dari B5, 5 persen biofuel dalam 95 persen diesel, hingga B50, 50 persen biofuel, dan 50 persen diesel. Campuran B30 sedikit lebih efisien daripada bahan bakar diesel dalam satu penelitian, dan dalam penelitian lain, CO₂ emisi lebih tinggi daripada bahan bakar fosil.

Biofuel membutuhkan pertumbuhan tanaman sebagai dasarnya. Di dunia dengan populasi yang terus meningkat — diperkirakan akan mencapai 9,6 miliar pada tahun 2050 — menggunakan tanah subur untuk menanam tanaman sebagai bahan bakar mungkin bukan kepentingan terbaik manusia. Namun, jika area lahan terdegradasi dimanfaatkan, seperti lahan pertanian terlantar, itu akan mengimbangi kekhawatiran ini.

Dari biofuel yang terdaftar, biodiesel adalah yang paling demokratis. Seorang konsumen dapat, dengan start-up dan ruang yang murah, membuat biofuel di halaman belakang mereka. Minyak goreng bekas dapat dikumpulkan dari restoran lokal, disaring dan kemudian dimasukkan ke dalam wadah untuk transesterifikasi.

Biaya biofuel tetap tinggi jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil. Namun, ini juga karena subsidi pemerintah terhadap bahan bakar fosil. Subsidi bahan bakar fosil di Amerika Serikat bisa mencapai triliunan dolar per tahun. Jika bahan bakar terbarukan disubsidi pada tingkat ini, biaya produksi dapat diturunkan, dan bahan bakar nabati terbarukan dapat bersaing dengan bahan bakar fosil.