Proses Pengolahan Awal Biomassa

Pendahuluan

Ada beberapa teknologi pengolahan awal biomassa (biomass pretreatment technologies) yang telah dikembangkan sampai saat ini. Beberapa di antaranya adalah proses mekanik dan termokimia. Proses mekanik bertujuan untuk menurunkan ukuran partikel sehingga memudahkan biomassa untuk diproses lebih lanjut. Proses termokimia seperti pyrolysis dan gasifikasi menghasilkan produk-produk yang berbeda (seperti bio-oil atau syngas) yang dapat digunakan lebih lanjut. Tulisan kali ini memfokuskan pada pengolahan awal biomassa untuk memisahkan cellulose, hemicellulose, dan lignin. Bagaimana caranya?

Proses pengolahan awal biomassa di industri biofuel

Tujuan proses ini adalah untuk mempersiapkan fraksi cellulose agar bisa dengan mudah diuraikan oleh enzyme dalam reaksi hidrolysisnya, dan berikutnya oleh yeast (ragi) dalam reaksi fermentasinya. Fraksi hemicellulose juga kadang kala digunakan juga sebagai bahan baku, tergantung dari teknologi siapa yang digunakan. Pada dasarnya, proses pengolahan awal di industri biofuel ini adalah untuk menghasilkan area kontak yang luas dan mempersiapkan cellulose dan hemicelluloses untuk si enzyme dan yeast.

Tujuan ini dapat dicapai dengan langkah-langkah berikut:

  • Meningkatkan luas permukaan (dan porositas) biomassa
  • Menyingkirkan senyawa penghambat pertumbuhan yeast seperti senyawa2 turunan furan dari gula C5, yang berasal dari hemicelluloses. Hal ini dilakukan lewat:
    • Mengendalikan reaksi hydrolysis hemicelluloses agar tidak memproduksi senyawa turunan furan (seperti mengubah kondisi operasi atau desain reactor)
    • Menyingkirkan hemicelluloses langsung dari biomassa
  • Menghancurkan ikatan antara lignin dan cellulose-hemicellulose, dengan:
    • Menghancurkan struktur lignin
    • Melarutkan lignin
  • Menurunkan derajat kekristalan cellulose karena struktur kristal cellulose tidak mampu ditembus oleh air.

Secara skematis, teknologi pengolahan awal ditunjukkan di Gambar 1.

1

Gambar 1. Skema pengolahan senyawa lignocellulosic (1)

Beberapa teknologi komersial saat ini adalah:

  1. Teknologi peledakan steam (Steam explosion technology) yang dikombinasikan dengan asam encer (dilute acid) seperti proses Advanced SteamExTM oleh ANDRITZ. Reactor ini digunakan di pabrik bioethanol generasi kedua POET-DSM di Iowa(1). Teknologi ini ditunjukkan di Gambar 2.

2

Gambar 2. Proses Advanced Steam-ExTM oleh Andritz (3; 4) yang digunakan di pabrik bioethanol generasi kedua POET-DSM

Di project Liberty (POET-DSM), gula dari cellulose dan hemicellulose difermentasi untuk memproduksi bioethanol(2). Lignin yang tesisa dikirimkan ke unit pengolahan anaerobic untuk menghasilkan biogas. Biogas ini kemudian digunakan di unit pembangkit energy untuk menjalankan pabrik biofuel tersebut(3). Skema pabrik tersebut ditunjukkan di Gambar 3.

3

Gambar 3. Gambar skematis proyek Liberty POET-DSM

  1. Teknologi peledakan steam juga dengan kombinasi asam encer yang dikembangkan oleh ENEA (Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development). Teknologi ini telah digunakan di pabrik bioethanol milik perusahaan bernama Beta Renewables, di Crescentino (4; 5). Gambar 4 menampilkan unit pengolahan peledakan steam yang dikembangkan oleh ENEA (lembaga riset Italia).

4

Gambar 4. Teknologi peledakan steam oleh ENEA (9)

Di pabrik Crescentino ini, gula dari cellulose dan hemicellulose difermentasi menjadi bioethanol, sementara lignin digunakan sebagai sumber energi(6).

  1. Teknologi peledakan steam dengan kombinasi ammonia encer, yang dikembangkan secara bersamaan oleh DuPont dan NREL (7; 8), digunakan di pabrik bioethanolnya DuPont(9).

 

Proses pengolahan awal biomassa di industri pulp & paper

Tujuan pengolahan awal ini adalah untuk mempertahankan semaksimal mungkin struktur cellulose dan menyingkirkan hemicellulose dan lignin. Di proses Kraft yang terdapat di industri pulp & paper, biomassa dicampur dengan white liquor (campuran NaOH dan Na2S). Hemicellulose dan lignin akan larut ke dalam white liquor tersebut dan menyebabkan larutan tersebut menjadi berwarna hitam (black liquor). Black liquor ini kemudian diuapkan lewat multi-stage evaporator, dan sisanya dikirim ke boiler. Sisanya lagi merupakan cairan berwarna hijau (green liquor). Green liquor ini kemudian ditambahkan dengan lime untuk kembali menghasilkan white liquor(10). Proses Kraft ini ditunjukkan di.

5

Gambar 5. Proses Kraft (15)

Cellulose yang tersisa dicuci dan diputihkan. Hasilnya inilah yang kita sebut sebagai pulp. Pulp ini terlihat di Gambar 6. Pulp cellulose ini kemudian dikirim ke pabrik pembuatan kertas.

6

Gambar 6. Pulp cellulose

Industri pembuatan pulp dan kertas bisa dibilang sebagai industri tertua dengan pemilik teknologi seperti ANDRITZ atau Metso. Reaktor (digester) dari Metso yang bernama Compact Cooking G2 ditunjukkan.

7

Gambar 7. Digester bernama Compact Cooking G2 dari Metso (16)

Lignin yang terdapat di black liquor telah berhasil diekstrak secara komersial oleh proses bernama LignoBoost. Teknologi ini dimiliki oleh Valmet(11) dan telah diaplikasikan di pabrik pulp Domtar di Plymouth, North Carolina(12). Lignoboost ditunjukkan secara skematis di Gambar 8.

8

Gambar 8. Proses Lignoboost untuk mengambil lignin dari black liquor (17)

Tulisan2 berikutnya akan memberikan gambaran yang sedikit lebih detail mengenai beberapa proses pengolahan awal biomassa yang telah komersial, sedang dalam skala pilot, maupun dalam skala lab.