Listrik dari Biogas

27 November 2019

Oleh: Janosch Ludwig

1. Pengantar

Indonesia menggunakan biogas sebagian besar untuk kompor memasak atau untuk membawa cahaya di gedung-gedung dengan lampu gas. Itu adalah cara paling langsung dan sederhana untuk menggunakan biogas untuk rumah tangga. Bahan energi semacam ini banyak entropi. Itu artinya kualitas energinya rendah. Dengan meningkatnya entropi, kualitas energi berkurang. Jadi panas berkualitas rendah tidak dapat ditransfer sepenuhnya ke dalam pekerjaan yang bermanfaat. Jika Anda ingin menghasilkan energi berkualitas tinggi dengan lebih sedikit entropi daripada transformasi ke listrik berkualitas tinggi adalah cara terbaik. Selain itu, listrik lebih mudah dan lebih efisien untuk transportasi jarak jauh. Karena Anda memasukkan daya ke dalam sistem jaringan listrik Indonesia dan mendistribusikan listrik ke seluruh negeri.

“Laporan Status Global Terbarukan” pada tahun 2011 menemukan bahwa di Indonesia hanya 50% rumah tangga yang memiliki sambungan listrik.[1] Namun, permintaan akan daya akan tumbuh di masa depan.

2. Penggunaan Listrik di Daerah Pedesaan

Untuk rumah tangga, juga dimungkinkan menggunakan kompor, lampu, lemari es dll dengan listrik. Diperkirakan 63 juta orang tidak memiliki akses langsung ke listrik karena tingginya biaya distribusi. Lebih mudah bagi rumah tangga dalam hal swasembada. Itu berarti rumah tangga tidak membutuhkan koneksi ke sistem jaringan listrik. Karena dengan transformasi dari biogas menjadi tenaga listrik masyarakat dapat menghasilkan listrik sendiri. Orang-orang berkeliling hilangnya jaringan listrik. Produksi dan pemanfaatan listrik berada di tempat yang sama. Salah satu keuntungannya adalah independensi dari jaringan listrik publik.

Pemadaman listrik tidak jarang terjadi di Indonesia, terutama di pulau-pulau. Namun, setiap orang yang memiliki biodigester untuk menghasilkan biogas mampu mandiri dengan transformasi menjadi listrik.

Lebih mudah menghasilkan daya dari tempat lain. Jika di daerah ini tidak ada jaringan listrik maka dimungkinkan untuk mengisi penyimpanan ponsel seperti baterai di mana Anda memiliki terlalu banyak energi. Sekarang Anda dapat memindahkan penyimpanan ini ke area tanpa listrik.

Ada suatu daerah berisi petani dengan biodigester kecil maka ia memiliki kesempatan untuk mengumpulkan biogas dari beberapa rumah tangga di satu tempat. Hubungkan pipa biogas dengan generator yang menghasilkan listrik. Jadi dengan jumlah gas yang lebih banyak, gas menjadi lebih efektif dan mereka dapat berbagi listrik sendiri.

3. Mengubah Biogas menjadi Listrik

Itu berarti bahwa rumah tangga dapat menghasilkan listrik di akhir rantai pasokan.

Biogas mengandung energi kimia dalam bentuk metana (CH4). Gas ini adalah bagian utama dari biogas dan mudah terbakar. Metana terdiri dari sejumlah besar atom karbon dan hidrogen. Energi disimpan dalam atom-atom ini dan menjadi bebas jika gasnya dibakar. Jadi sekarang setelah terbakar, Anda memiliki udara yang sangat panas. Dengan demikian Anda memiliki peluang berbeda apa yang ingin Anda lakukan dengan udara panas ini:

– Uap Air

http://storyoffuture.com/technology/gas-turbine-market-cutting-edge-insights/

Setelah membakar gas itu digunakan panas untuk air panas. Dengan demikian Anda memiliki aliran uap suhu tinggi. Aliran ini sekarang juga bertekanan tinggi dan mengubah turbin menjadi gerakan rotasi. Uap melintasi ke turbin dan mentransfer energi dari mengalir ke gerakan rotasi. Sekarang Anda memiliki rotasi yang sangat cepat hingga 1800-3600[2] rpm di turbin. Dengan bantuan induksi, Anda dapat menghasilkan listrik dengan memutar magnet.

– Mesin pembakaran internal

Bagian utama dari mesin ini adalah piston. Konstruksinya sama dengan piston di mobil atau motor. Gerakan setelah percikan kecil dan setelah terbakar di ruang bakar. Dengan rasio udara ke biogas yang tepat di inlet, Anda memiliki gas yang mudah terbakar. Setelah proses selesai ada karbon dioksida, air dan partikel dalam output. Gerakan piston mengubah poros engkol menjadi gerakan berputar. Energi mekanik ini dikonversi menjadi listrik dengan generator.[3]

– Mesin pembakaran eksternal (Stirling)

Robert Stirling menemukan mesin ini tahun 1816 dan digunakan saat ini dari Marinir AS.

Anda membutuhkan dua reservoir terpisah dan terisolasi dengan tingkat suhu yang berbeda. Setiap reservoir memiliki pistonnya sendiri. Satu piston disebut “power piston”, ia mengembalikan energi dari gerakan naik dan turun menjadi gerakan rotasi. Piston kedua adalah “pemindah”, ia hanya mengangkut udara hangat dan dingin dari satu ke sisi lain. Panas yang terus-menerus dihasilkan dari pembakaran biogas mengarah ke perluasan udara di dalam ruangan dan mendorong piston ke atas. “Pemindah” memindahkan udara dingin ke “power piston” sehingga ia bergerak ke bawah.

Gas hangat bergerak dari sektor panas ke sektor dingin dan mengubah energi menjadi gerakan mekanis.[4]

– Mesin Uap

Dengan air matang yang berubah menjadi uap di bawah tekanan. Sekarang Anda bisa memasukkan uap panas ke dalam piston. Uap mengembang ke segala arah dan menekan piston ke atas. Jadi batang panas datang dari atas dan tekan piston ke bawah. Setelah menekan katup untuk membiarkan uap yang lebih dingin keluar dari sistem. Crankshaft mengubah gerakan naik dan turun menjadi rotasi dalam generator. [5]

4. Efisiensi

Biogas hanya mengandung 51 hingga 55% metana yang mudah terbakar. Bagian besar lainnya adalah karbon dioksida dengan 44 hingga 48% dan beberapa elemen lainnya tidak mudah terbakar. Itu berarti Anda dapat membakar sekitar setengah bagian biogas.

Untuk mengubah biogas menjadi listrik, Anda selalu kehilangan panas. Mesin biogas besar dari 100 kWel dan 1 Mwel berada dalam kisaran antara 34-40% output listrik.[6]

Di Eropa, mesin memiliki efisiensi total hingga 85%.[7] Alasannya adalah Anda tidak hanya menggunakan listrik. Untuk meningkatkan efisiensi, panas dari mesin juga digunakan. Terutama bulan musim dingin di Eropa yang dingin dan Anda harus memanaskan bangunan. Dengan sistem pemanas lokal yang menghubungkan bangunan dan mesin biogas. Dimungkinkan juga untuk menggunakan panas mesin untuk menanam sayuran di rumah kaca atau mengeringkan kayu di aula.

Masalah dalam iklim Indonesia adalah Anda tidak perlu panas, jadi efisiensinya turun banyak. Juga untuk mesin kecil adalah efisiensinya tidak terlalu tinggi. Semakin kecil Anda membangun mesin, semakin kecil efisiensi. Lebih layak dengan lebih banyak biogas dan juga mesin yang lebih besar.

https://www.ijirset.com/upload/2017/april/81_20_Study_N.pdf

5. Biaya

Shenzhen E-sky Technology Co.,Ltd

Untuk pabrik biogas skala kecil adalah umum untuk menggunakan mesin pembakaran internal karena mereka lebih efisien. Juga, dibandingkan dengan mesin lain biayanya tidak terlalu tinggi. Bisa jadi pengguna menghabiskan lebih dari 50% investasi biodigester ke mesin untuk menghasilkan listrik.

Mesin biogas kecil mulai dari $ 363 untuk generator 650 W.[8] Jika Anda ingin lebih, ada mesin untuk $ 480 untuk maks. Generator 1,5 kW untuk 220 V dan 50 Hz.

6. Contoh

Di sebuah desa kecil dekat Tshwane, Afrika Selatan menanam investasi dalam generator biogas 3,5 MW untuk siklus hidup 20 tahun.[9]

Untuk menjalankan mesin pemerah susu mereka, sebuah peternakan di Oaxaca dan Tabasco memproduksi dengan pembangkit listrik biogas “Sistema.bio” dari biodigester 40 m³. Dalam satu tahun mereka menghemat 116 kg LPG dengan biodigester.[10]

Pada Oktober 2015 ada pabrik biogas pertama di Afrika Selatan yang memberi makan jaringan listrik nasional. Generator terpasang yang menghasilkan 4,2 MW listrik. Sekelompok investor besar seperti BMW, Bosch dan CAT mencoba untuk memindahkan bauran energi di Afrika Selatan lebih ke energi terbarukan. Dengan kawanan 30.000 sapi dan limbah campuran dari makanan, produsen adalah tanaman biogas ini yang besar. Bukan hanya aspek lingkungan untuk menghasilkan daya dari pabrik biogas. Selanjutnya, pemiliknya dapat menghemat banyak uang. Dia menghasilkan 31 persen dari konsumsi daya pertaniannya dan menghemat lebih dari 2.211.605 $ hingga 2018.[11]

Juga di Indonesia, beberapa proyek dimulai. Di Lampung, Sumatra perusahaan “Green New Energy” membangun biodigester dan ingin menghasilkan 3 MW listrik.

Atau proyek yang jauh lebih besar dengan kapasitas lebih dari 18 GW masih dalam pembangunan. Pada tahun 2020 pembangkit biogas harus mendukung 38.489 orang di wilayah Lampung dengan kekuatan.[12]

7. Kesimpulan

Ada banyak potensi untuk mengubah biogas menjadi listrik tidak hanya di Indonesia. Kekuatannya lebih mudah untuk diangkut melalui negara dan ada jaringan listrik yang ada yang mendukung masyarakat. Tapi itu hanya bisa disewa dengan sejumlah besar biogas. Di negara maju tidak mudah menemukan penghasil biogas sebesar itu. Juga, investasi untuk teknologi yang rumit itu mahal dan tidak semua orang mampu membayar uang ini.

Untuk setiap proses konversi energi, Anda mengalami kerugian yang efisien di suatu tempat. Tetapi jika Anda menginginkan energi berkualitas tinggi seperti listrik maka kerugian harus diterima.

Di Indonesia, Anda tidak perlu panas yang secara otomatis diproduksi dalam proses mesin. Untuk area yang lebih dingin lebih masuk akal untuk menginstal mesin CHP (menggabungkan panas dan daya).

Singkatnya, masuk akal bagi produsen biogas besar dan daerah di mana listrik lebih berguna atau lebih mudah ditangani daripada biogas.

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_in_Indonesia#cite_note-45

[2] https://www.explainthatstuff.com/steam-turbines.html

[3]     https://www.ee.co.za/article/developments-improved-internal-combustion-gas-engines.html

[4]     https://blog.mide.com/thermodynamic-theory-of-the-ideal-stirling-engine

[5]     https://www.britannica.com/technology/steam-engine

[6] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610217337840/pdf?md5=0cb79069294f4190dccdd47f7f449403&pid=1-s2.0-S1876610217337840-main.pdf

[7] http://www.bioenergyfarm.eu/de/klein-biogasanlagen-gulle-kleinanlagen/biogasnutzung/

[8] Taizhou Bison Machinery.,Ltd

[9] https://eepafrica.org/about-us/success-stories/bio2watt/

[10] https://sistema.bio/success-stories/

[11] https://www.bmwgroup.com/en/responsibility/sustainable-value-report/popup/bio.html

[12] https://www.gree-energy.com/ground-breaking-of-hamparan-project/