Perubahan cuaca yg semakin tak menentu. Peningkatan suhu dunia. Kemerosotan kualiti alam sekitar. Sampai bila nak berterusan begini kan? Apa solusi para saintis, para jurutera?

Pernah dengar renewable energy (tenaga keterbaharuan) ?

Tenaga keterbaharuan ialah salah satu inisiatif kejuruteraan untuk mengatasi krisis pemanasan global. Jurutera dan saintis dari pelbagai disiplin telah berganding bahu untuk mengoptimumkan tenaga ini dari peringkat kajian hinggalah pengkomersilan. Jom baca !

1.0 Tenaga Keterbaharuan

Secara umumnya, tenaga elektrik dijana dengan menukarkan satu bentuk tenaga (kinetik, kimia, keupayaan dll) ke tenaga elektrik. Sumber tenaga ini datangnya dari pelbagai sumber antaranya gas asli, solar, arang batu dll.  Setiap sumber ini berbeza dan punyai kelebihan & kekurangan tersendiri. Sebagai contoh, bahan bakar fosil mempunyai kandungan tenaga yg tinggi namun pembakarannya menghasilkan gas karbon dioksida yg pastinya akan menjejaskan alam sekitar.

Tenaga keterbaharuan didefinisikan sebagai tenaga yg bersumberkan sumber semulajadi di mana kadar penghasilan sumber itu lebih tinggi daripada kadar ianya digunakan. Rumit sangat? Ok saya ringkaskan dalam bentuk jadual:

Jenis Tenaga Sumber Ketersediaan Sumber (Source availability) Sumber boleh diperbaharui?
Bahan Bakar Fosil Minyak, gas asli, arang batu Terhad

(bergantung simpanan minyak, gas asli)

Tidak
Solar Matahari Sepanjang siang

(bergantung cuaca, musim)

Ya
Hidro-elektrik Pergerakan air sungai/ tasik Sepanjang masa
(di kawasan sumber air & taburan hujan yg mencukupi)
Ya

Komponen penting tenaga keterbaharuan ialah ketersediaan (availability) sumber tenaga. Sumbernya haruslah lestari & mampu dihasilkan dalam jangka masa yg berterusan. Tenaga keterbaharuan ini kebiasaannya bersumberkan dari alam sekitar seperti angin, biomas, hidroelektrik, geotermal, solar dan sebagainya.

2.0 Apa itu biofuel?

Tenaga keterbaharuan ini boleh dipecahkan lagi mengikut sumbernya.

  • Biofuel ialah tenaga keterbaharuan yg bersumber dari hidupan; sama ada tumbuhan, haiwan mahupun manusia.
  • Perkataan bio itu sendiri bermaksud hidupan
  • Contoh biofuel: biogas, biodiesel, bioethanol

 

 

 

2.1 Biogas

Apa itu biogas Campuran gas yg terhasil daripada proses pencernaan sebatian organik (pereputan) oleh bakteria anaerobik dalam keadaan tiada oksigen (anaerobik). Komposisi utama biogas ini ialah metana (50-60%), karbon dioksida (30-40%) & hidrogen sulfida (0-1,000 ppm).

Metana ialah gas hidrokarbon yg boleh dibakar untuk menjana tenaga elektrik/ haba.  Selain sumber tenaga elektrik, biogas juga boleh dimanfaatkan sebagai CNG (Compressed Natural Gas) dan gas memasak

Pengenalan Biogas yang terhasil dari proses pereputan sebatian organik (sisa tanaman, najis lembu, kumbahan) telah mula dimanfaatkan sejak kurun ke-17. Biogas juga terhasil secara semulajadi di tanah bencah (paya, tanah gambut).
Proses Komponen utama penghasilan gas biogas ini ialah anaerobic bakteria (hydrolysis, acetogenic, acidogenic, methanogenic). Dalam keadaan anaerobik (rendah/ tiada oksigen), bakteria ini akan menguraikan sebatian organik ini kepada gas metana, karbon dioksida & hidrogen sulfida.

Proses penghasilan biogas boleh dibahagi mengikut parameter;

  • Suhu: thermophilic (50-60C) & mesophilic (30-40C)
  • Kandungan air dalam feedstock: Wet & dry fermentation

Biogas boleh dihasilkan daripada sisa agrikultur & kumbahan seperti najis lembu, babi atau sisa efluen kilang kelapa sawit.

Kelebihan Sumber tenaga yg murah. Sisa agrikultur/ kumbahan/ makanan/ sampah yg tidak lagi digunakan boleh dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas.

Mengurangkan masalah pencemaran. Dengan menggunakan sisa agrikultur sebagai sumber tenaga, ia membantu menyelesaikan masalah pencemaran dari sampah, mahupun sungai. Pembebasan gas rumah hijau juga dapat dikurangkan.

Konsep Biogas [Sumber: biogas-info]

Anaerobic Digester [Sumber: IGWsrl]

2.1 Biodiesel

Biodiesel
Apa itu biodiesel Bahan api bersih (alkil ester) yg dihasilkan daripada sumber bio (tumbuhan, haiwan, sisa minyak goreng) untuk menggantikan bahan api diesel.
Pengenalan Biodiesel dihasilkan dari pelbagai sumber minyak sayuran; kelapa sawit, soya, rapeseed, bunga matahari & minyak haiwan di loji penapisan biodiesel.

Di Malaysia, biodiesel dicampurkan ke dalam diesel biasa dalam peratusan tertentu. Buat masa ini, diesel di Malaysia menggunakan gred B7. (B7: 7% biodiesel + 93% diesel)

Proses Biodiesel di hasilkan dalam beberapa siri proses kimia yg berbeza:

  1. Pra-proses: Minyak sayuran/ haiwan di rawat untuk mengasingkan bendasing (air, pasir dll) yg akan menjejaskan proses seterusnya.
  2. Transesterifikasi: Minyak tersebut di pam ke dalam reactor bersama-sama methanol/ ethanol dan pemangkin. Tindakbalas minyak & alcohol ini akan menghasilkan mono alkil ester (biodiesel) & glycerin.
  3. Alkil ester kemudiannya dikumpulkan manakala glycerin, alcohol & pemangkin akan diasingkan di dalam proses yg berlainan. Alkohol & pemangkin akan digunakan semula di dalam proses transesterifikasi yg sama.
Kelebihan
  1. Karbon neutral (penghasilan karbon semasa pembakaran biodiesel = penyerapan karbon semasa fotosintesis tumbuhan biodiesel
  2. Memanfaatkan sisa minyak goreng daripada dibuang (pendapatan tambahan untuk pengusaha premis makanan)
  3. Pembakaran biodiesel menghasilkan kurang karbon dioksida & karbon monoksida berbanding diesel. (Chattopadhyay S., 2013)
  4. Mengurangkan pergantungan pada bahan bakar dari luar negara

Konsep Karbon Neutral [Sumber: Fleetcare]

Loji Biodiesel [Sumber: biodieselmagazine]

2.2 Bioethanol

Bioethanol
Apa itu bioethanol Ethanol (C2H5OH) yg dihasilkan daripada sumber tumbuhan seperti tebu atau sisa agrikultur. Bioethanol digunakan sebagai bahan bakar di dalam enjin kenderaan, dan komposisinya dikelaskan dgn gred E. Contoh, E85 – 85% ethanol, 15% gasoline.
Pengenalan Etanol telah mula dihasilkan secara besar besaran sejak ribuan tahun dahulu apabila minuman keras mula diperkenalkan. Ianya terhasil dalam proses penapaian gula dari buah-buahan ataupun gandum.
Proses Etanol boleh dikelaskan kepada 2 jenis, mengikut proses penghasilannya. Etanol sintetik dihasilkan melalui tindakbalas kimia ethylene (C2H4) & wap air manakala bioethanol dihasilkan melalui proses penapaian biomas dari tumbuhan.

C2H4 + H2O -> C2H5OH [tindakbalas etanol sintetik]

Bioetanol dihasilkan melalui proses penapaian gula dgn bantuan tindakbalas enzim dari yis. Sumber gula ringkas ini pula datang dari pelbagai sumber seperti tebu, jagung, hampas selulosa dll.

Proses penghasilan bioetanol sedikit berbeza utk jagung & sumber selulosa lain. Jagung & sisa hampas agrikultur tidak mengandungi gula ringkas seperti tebu. Ianya perlu di uraikan dgn bantuan enzim amylase terlebih dahulu untuk menghasilkan gula ringkas.

C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2 [tindakbalas penapaian etanol]

Etanol yg terhasil tidak akan melebih 15% kepekatan dan ianya akan seterusnya disulingkan untuk memperoleh kepekatan 95-100%.

Kelebihan 1. Karbon neutral (penghasilan karbon semasa pembakaran biodiesel = penyerapan karbon semasa fotosintesis tumbuhan biodiesel)

2. Gas ekzos yg lebih bersih, kurang pembebasan CO & CO2

3. Sumber bahan mentah yg mudah didapati & murah (sisa agrikultur)

4. Mengurangkan pergantungan pada bahan bakar dari luar negara

 

Loji Bioethanol [Sumber: agrinet]

Biofuel juga ada kekurangan & kekangannya yg tersendiri. Kebanyakan loji pemprosesan biofuel memerlukan kos kapital yg tinggi dan menghasilkan output tenaga yg rendah jika dibandingkan dgn stesen janakuasa konvensional. Sumber biofuel itu sendiri juga boleh menjadi satu lagi kekangan. Sumber biofuel yg berasaskan makanan akan meningkatkan harga makanan tersebut secara tidak langsung kerana peladang akan sentiasa mengutamakan keuntungan dari setiap jualan produk tanaman mereka.

[Sumber: CM Heavy Industries]

 

Shares