Bahagian 2. Sumber Biojisim 2.1 Pengkelasan Biojisim 2.1.1 Definisi Biojisim Seperti dinyatakan dalam Bab 1.1, “Apakah Itu Biojisim?”, perkataan biojisim adalah terdiri daripada “bio” + “jisim”, dan asalnya digunakan dalam bidang ekologi untuk merujuk kepada jumlah haiwan dan tumbuhan. Selepas isu kejutan minyak berlaku, makna perkataan itu diperluaskan melampaui bidang ekologi dan maknanya kini termasuklah “sumber biologi sebagai sumber tenaga”, memandangkan terdapatnya desakan supaya sumber tenaga alternatif (baru) dipromosikan. Sehingga kini, masih tiada definisi spesifik untuk biojisim dan ia boleh berbeza daripada satu bidang ke bidang yang lain. Daripada perspektif sumber tenaga, definisi umumnya adalah “istilah umum untuk sumber haiwan dan tumbuhan dan juga sisa berpunca daripadanya, dimana ia terkumpul untuk suatu jangka masa tertentu (tidak termasuk sumber fosil)”. Seiring dengan itu, biojisim merangkumi pelbagai jenis termasuklah tanaman pertanian, balak, tumbuhan perairan, dan juga pertanian konvensional yang lain, perhutanan, sumber perikanan dan juga mendapan pulpa, cairan hitam, sisa fermentasi alkohol, dan lain-lain bahan buangan organik daripada industri, sisa perbandaran seperti buangan dapur dan sisa kertas dan juga mendapan kumbahan. Oleh kerana sesetengah negara tidak mengklasifikasikan sisa perbandaran sebagai biojisim, maka ia harus dipertimbangkan semasa penggunaan statistik data.

2.1.2 Definisi Biojisim (Tenaga) Dari Segi Undang-Undang Sebagai contoh definisi daripada segi undang-undang, situasi negara Jepun ditunjukkan seperti berikut. Pada Januari 25, 2002, Undang-undang Khas untuk Tindakan Khas Bagi Memudahkan Penggunaan Sumber Tenaga Baru (Undang-undang - 17-

Asian Biomass Handbook

Tenaga Baru) dipinda secara separa dan buat pertama kalinya, biojisim dikenalpasti sebgai sumber tenaga baru di Jepun. Gambarajah. 2.1.1 menunjukkan kedudukan biojisim dikalangan “tenaga-tenaga baru”. Biojisim secara asalnya dianggap sebagai salah satu jenis sumber boleh diperbaharui, akan tetapi dengan pindaan undangundang itu maka ia kini dianggap sebagai satu kategori bebas bagi tenaga baru. Akan tetapi, sesetengah sisa seperti sisa kertas, sisa makanan, sisa perobohan, dan sisa cairan hitam boleh juga dianggap sebagai sumber boleh kitar semula berdasarkan keadaan tertentu dan ia tidak boleh diklasifisikan secara tegas.

Gambarajah. 2.1.1. Definisi Tenaga Biojisim di Jepun.

2.1.3 Sifat-sifat Tenaga Biojisim Menjelang abad ke 19, biojisim dalam bentuk kayu api dan kayu arang merupakan sumber utama tenaga namun ia telah digantikan oleh arang batu dan minyak pada abad ke 20. Namun begitu, pada abad ke 21, biojiisim telah menunjukkan petanda ia akan muncul semula berdasarkan sifat-sifatnya yang berikut: ia boleh diperbaharui, boleh disimpan dan digantikan, sangat banyak dan ia adalah neutral karbon.

- 18-

Asian Biomass Handbook

2.1.4 Kategori Biojisim Tiada cara tertentu untuk mengkategorikan biojisim, memandangkan ia didefinisikan berlainan bergantung kepada bidang; dan kategori boleh berubah berdasarkan tujuan dan penggunaannya. Secara umumnya, terdapat 2 cara untuk mengkategorikan biojisim, salah satu daripadanya ialah pengkategorian biologi berdasarkan jenis biojisim yang sedia ada (pengkategorian berdasarkan ekologi atau jenis tumbuh-tumbuhan) atau berdasarkan kegunaan dan aplikasi sebagai sumber. Jenis yang kedua adalah lebih signifikan untuk penggunaan tenaga (sumber) yang lebih efektif.

2.1.5 Contoh Pengkategorian Biojisim (Berdasarkan Penggunaan dan Aplikasi) Contoh pengkategorian biojisim ditunjukkan dalam Gambarajah 2.2.1. Dalam pengkategorian ini, biojisim merangkumi produk dan sisa konvensional daripada pertanian, perhutanan, perikanan dan juga termasuk biojisim tanaman. Pengkategorian berdasarkan sumber adalah penting untuk mereka sistem penggunaan biojisim.

Gambarajah. 2.1.2. Pengkategorian Biojisim (berdasarkan penggunaan dan aplikasi)

- 19-

Asian Biomass Handbook

Kandungan lembapan merupakan faktor utama untuk dipertimbangkan apabila menggunakan biojisim terutamanya sebagai tenaga. Oleh kerana kandungan lembapan didefinisikan secara berlainan untuk setiap bidang, perhatian adalah perlu apabila membaca petunjuk kandungan lembapan. Dalam bidang tenaga, kandungan lembapan seringkali didefinisikan sebagai. (kandungan lembapan) = (berat lembapan)/(jumlah berat)x100 [100%]

(2.1.1)

(jumlah berat) = (berat kering biojisim) + (berat lembapan)

(2.1.2)

Menggunakan definisi ini, maka kandungan lembapan tidak akan melebihi 100%. Untuk bidang perhutanan dan ekologi, kandungan lembapan sering didefinisikan sebagai berikut: (kandungan lembapan) = (berat lembapan)/(berat kering biojisim) x 100 [%] (2.1.3) Sebagai tujuan keseragaman, buku panduan ini menggunakan Persamaan. (2.1.1) untuk mendefinisikan kandungan lembapan. Biojisim terdiri daripada kompaun makromolekul semulajadi seperti selulosa, lignin, dan protin. Terdapat pelbagai jenis biojisim dengan kandungan lembapan yang tinggi disebabkan biojisim berasal daripada organisma hidup. Gambarajah. 2.1.3 menunjukkan kandungan lembapan untuk pelbagai jenis biojisim. Terdapat julat yang luas daripada biojisim jenis kering seperti kayu kering dan sisa kertas dengan kandungan lembapan sebanyak 20% kepada biojisim dengan kandungan lembapan melebihi 95% seperti mikroalga, sisa fermentasi, dan mendapan. Untuk tujuan penukaran tenaga, proses yang dipilih haruslah mampu untuk mengadaptasikan kandungan lembapan itu.

- 20-

Asian Biomass Handbook

Gambarajah. 2.1.3. Perkaitan diantara kandungan lembapan dan nilai pemanasan Maklumat Lanjut Ogi, T. in “Biomass Handbook”, Japan Institute of Energy Ed., Ohm-sha, 2002, pp.2-6 (in Japanese)

2.2 Kebolehsediaan Biojisim Dunia mempunyai bekalan biojisim yang amat besar meliputi kawasan yang luas termasuklah hutan dan lautan. Jumlah biojisim di dunia adalah sebanyak 1,800 billion ton di darat dan 4 billion ton di lautan, termasuklah sejumlah yang wujud di dalam tanah. Jumlah biojisim di darat adalah sebanyak 33,000 EJ berasaskan tenaga iaitu bersamaan dengan 80 kali atau lebih penggunaan tenaga sedunia untuk setahun. - 21-

Asian Biomass Handbook

Akan tetapi, hanya sebahagian biojisim digunakan sebagai makanan untuk benda hidup termasuklah manusia, dan juga untuk kegunaan lain selain daripada makanan untuk memenuhi keperluan kehidupan manusia. Oleh yang demikian, adalah penting untuk menganggarkan kuantiti sumber biojisim yang boleh digunakan sebagai sumber tenaga.

2.2.1 Anggaran Potensi Sisa Biojisim Sisa biojisim termasuklah sisa dan baki yang dibuang daripada kehidupan seharian kita. Kuantiti penghasilan ini kini dirujuk sebagai “penghasilan sisa biojisim”. Sisa biojisim mempunyai kepelbagaian penggunaan bukan sahaja untuk tenaga tetapi juga sebagai bahan suapan atau baja. Sebaliknya, untuk biojisim yang kini belum lagi digunakan tetapi boleh ditukarkan kepada tenaga dirujuk sebagai “tenaga potensi biojisim”. Di dalam bahagian ini, kaedah anggaran kuantiti sumber akan ditunjukkan, merujuk kepada sisa biojisim yang dihasilkan daripada pertanian, perhutanan dan industri ternakan. (a) Jumlah penghasilan sisa biojisim Adalah penting untuk mengetahui penghasilan sisa biojisim untuk tujuan anggaran stok sisa biojisim yang terkini. Akan tetapi, adalah rumit untuk menentukan jumlah penghasilan sisa biojisim untuk setiap negara dan kawasan di seluruh dunia. Oleh yang demikian, penghasilan sisa biojisim seringkali dianggarkan berdasarkan anggapan nisbah penghasilan sisa relatif kepada penghasilan sumber biojisim. Contoh parameter untuk anggaran penghasilan sisa biojisim adalah seperti dalam Jadual 2.2.1. Perhatian bahawa parameter-parameter ini adalah menyeluruh berdasarkan asas global, dan adalah penting untuk mengubah parameter ini bagi setiap kawasan untuk kajian yang meliputi kawasan yang terhad. Gambarajah. 2.2.1. menunjukkan simpanan terkini sisa biojisim yang dianggar menggunakan parameter di atas berdasarkan prosedur berikut: - 22-

Asian Biomass Handbook



Jumlah penghasilan sisa pertanian dan perhutanan dianggarkan dengan mengubahsuai penghasilan pertanian (200) dan perhutanan (1999) dengan menggunakan statistik FAO dan kemudiannya didarab dengan nisbah penghasilan sisa.



Jumlah penghasilan sisa ternakan dianggarkan dengan menentukan bilangan ternakan (2000) dan dengan menggunakan jumlah najis yang dihasilkan untuk setiap ternakan.



Simpanan biojisim yang terkini dianggarkan berdasarkan penghasilan sisa biojisim didarab dengan pekali penukaran tenaga.

Simpanan terkini (nilai tahunan) untuk sisa biojisim dianggarkan sebagai lebih kurang 43 EJ untuk biojisim ternakan, 48 EJ untuk biojisim pertanian, dan 37 EJ untuk biojisim perhutanan dengan jumlah keseluruhan sebanyak 128 EJ. Lebih kurang 22 EJ daripada najis lembu merupakan sumber terbesar dan diikuti dengan lebih kurang 20 EJ daripada sisa balak. Jadual 2.2.1. Parameter yang digunakan untuk menganggarkan penghasilan sisa biojisim dan jumlah sumber Nisbah sisa penghasilan (t/t)

Pemalar penukaran tenaga (GJ/t)

Padi

1.4

16.3

Gandum

1.3

17.5

Jagung

1.0

17.7

Akar dan Tuber Sisa tebu (bahagian atas dan daun)

0.4

6.0

0.28

17.33

Lembu

1.10 (t/y/kepala)

15.0

Khinzir

0.22 (t/y/ kepala)

17.0

Ayam dan Itik

0.037(t/y/ kepala)

13.5

Kuda

0.55 (t/y/ kepala)

14.9

Spesis Biojisim

- 23-

Asian Biomass Handbook

Kerbau dan Unta

1.46 (t/y/ kepala)

14.9

Kambing biri-biri dan kambing

0.18 (t/y/ kepala)

17.8

Kayu industri

1.17

16.0

Kayu bahan api

0.67

16.0

Sisa kayu 0.784 * kadar penghasilan najis, asas tan kering

16.0

Gambarajah. 2.2.1. Jumlah sisa biojisim di seluruh dunia. (b) Potensi Tenaga daripada Sisa Biojisim Sebahagian simpanan sisa biojisim telah pun digunakan untuk aplikasi yang lain, maka adalah lebih sukar untuk mendapatkan kembali kesemua jisim dan kemudiannya menggunakan ia semula sebagai sumber tenaga. Sebagai contohnya, sebahagian jerami padi digunakan sebagai bahan makanan ternakan buat masa kini. Adalah hampir mustahil untuk mengumpul najis lembu di padang rumput ternak. Oleh yang demikian, adalah perlu untuk mengambil kira kebolehsediaan berikut supaya - 24-

Asian Biomass Handbook

anggaran kuantiti simpanan biojisim dikira sebagai sebahagian daripada sumber tenaga yang boleh didapati daripada keseluruhan stok yang sedia ada. Nisbah kebolehsediaan yang dicadangkan oleh Hall et al. ditunjukkan seperti dalam Jadual 2.2.2. Jadual 2.2.2. Spesis biojisim dan nisbah tenaga kebolehsediaan Spesis Biojisim

Nisbah Tenaga Kebolehsediaan (%)

Sisa pertanian

Padi, Gandum, Jagung, Akar dan Tuber, Tebu (sisa tanaman)

25

Sisa ternakan

Lembu, Kambing biri-biri dan kambing, Khinzir, Kuda, Kerbau dan Unta, Ayam dan Itik

12.5

Sisa perhutanan

Kayu industri

75

Kayu bahan api

25

Sisa kayu

100

[Hall et al., 1993] Potensi tenaga daripada sisa biojisim dianggarkan dengan menggunakan nisbah kebolehsediaan seperti ditunjukkan dalam Gambarajah. 2.2.2. Nisbah terbesar potensi tenaga daripada sisa biojisim (nilai tahunan) disumbang oleh biojisim sisa perhutanan sebanyak 22 EJ berdasarkan asas tahunan. Terutamanya, sisa kayu menyumbang sebanyak 15 EJ , iaitu dua pertiga daripada jumlah sisa perhutanan biojisim dan juga 36% daripada jumlah keseluruhan sisa biojisim. Terdapat lebih kurang 15 EJ sisa biojisim pertanian berdasarkan asas tahunan. Setiap spesis biojisim yang wujud dalam biojisim pertanian menyumbang dalam lingkungan 1.5-3.5 EJ secara purata. Untuk biojisim jenis ternakan, ia adalah sebanyak 5.4 EJ berdasarkan asas tahunan, dimana penyumbang utamanya adalah najis lembu iaitu sebanyak 2.8 EJ.

- 25-

Asian Biomass Handbook

Gambarajah. 2.2.2. Kebolehsediaan sisa biojisim di dunia. Maklumat Lanjut FAO (The Food and Agriculture Organization of the United Nations), FAO Statistical Database, (http://www.fao.org/) Hall, D. O. et al. (1993), “Biomass for Energy: Supply Prospects”, In: Renewable Energy, Johansson, T. B.eds., pp.594, Washington, Island Press.

2.3 Komposisi Biojisim 2.3.1 Gambaran keseluruhan komposisi biojisim Terdapat pelbagai jenis biojisim dan komposisinya juga adalah berlainan. Diantara komponen utama adalah selulosa, hemiselulosa, lignin, kanji dan protin. Pokok biasanya terdiri daripada selulosa, hemiselulosa dan lignin seperti tumbuhan herba walaupun peratus komponen adalah berbeza antara satu sama lain. Biojisim jenis yang berlainan mempunyai komponen yang berlainan, sebagai contoh bijirin - 26-

Asian Biomass Handbook

mempunyai kandungan kanji yang tinggi, manakala sisa ternakan mempunyai protin yang tinggi. Oleh kerana komponen-komponen ini mempunyai struktur kimia yang berlainan, maka kereaktifannya juga berbeza. Daripada segi penggunaan tenaga, biojisim berlignoselulosa yang terdiri daripada selulosa dan lignin seperti pokokpokok wujud dalam kuantiti yang banyak dan berpotensi tinggi.

2.3.2 Komponen tipikal biojisim (a) Selulosa Merupakan sejenis polisakarida dimana D-glukosa disambung secara seragam oleh

ikatan

β-glukosida.

Formula

molekulnya

ialah

(C6H12O6)n.

Darjah

pempolimerannya, ditunjukkan sebagai n adalah luas dan julatnya adalah daripada beberapa ribu kepada berpuluh-puluh ribu. Hidrolisis lengkap selulosa menghasilkan D-glukosa (sejenis monosakarida), akan tetapi hidrolisis separa menghasilkan disakarida (selobiosa) dan polisakarida dimana tertib n diantara 3 ke 10. Selulosa mempunyai struktur hablur dan mempunyai rintangan tinggi terhadap asid dan alkali. Gambarajah. 2.3.1 menunjukkan formula struktur bagi selulosa. (b) Hemiselulosa Sejenis polisakarida dimana unit-unitnya adalah terdiri daripada monosakarida dengan 5 karbon seperti D-xilosa, D-arabinosa dan monosakarida 6 karbon seperti Dmanosa, D-galaktosa dan D-glukosa. Bilangan monosakarida 5 karbon melebihi monosakarida 6 karbon dan formula molekul puratanya ialah (C5H8O4)n. Oleh kerana darjah pempolimeran n ialah diantara 50 ke 200, iaitu lebih kecil daripada selulosa, maka ia boleh terurai lebih mudah daripada selulosa, dan banyak jenis hemiselulosa boleh larut dalam larutan alkali. Hemiselulosa yang umum adalah xilan, dimana ia terdiri daripada xilosa dengan ikatan 1,4. Gambarajah. 2.3.1c menunjukkan formula struktur bagi xilan. Hemiselulosa yang lain termasuklah glukomanan, akan tetapi hemiselulosa mempunyai jumlah yang berlainan bergantung kepada spesis pokok dan juga bahagian tumbuhan itu sendiri. - 27-

Asian Biomass Handbook

(c) Lignin Merupakan kompaun dimana unit komponennya, fenilpropana dan terbitannya diikat secara 3 dimensi. Strukturnya adalah kompleks dan setakat ini tidak dapat lagi difahami secara teliti. Gambarajah 2.3.1d menunjukkan unit terbitannya. Struktur 3 dimensi yang kompleks ini menyebabkan ia sukar untuk diuraikan oleh mikroorganisma dan bahan kimia. Berdasarkan pemerhatian ini, maka adalah disimpulkan bahawa lignin memberikan kekuatan mekanikal dan juga perlindungan bagi tumbuhan itu sendiri. Selulosa, hemiselulosa dan lignin boleh ditemui secara universal di dalam pelbagai jenis biojisim dan merupakan sumber karbon semulajadi di bumi. (d) Kanji Seperti selulosa, kanji merupakan polisakarida dimana unit komponennya adalah D-glukosa, akan tetapi ia disambung oleh ikatan α-glikosida. Oleh kerana perbezaan dalam struktur ikatan, maka selulosa tidak larut dalam air manakala sebahagian kanji (lihat Gambarajah. 2.3.1.b) boleh larut dalam air panas (amilosa, dengan berat molekul diantara 10,000 ke 50,000, merangkumi hampir 10%-20% daripada kanji) dan sebahagian lagi tidak boleh larut (amilopektin, dengan berat molekul diantara 50,000 ke 100,000, merangkumi hampir 80%-90% daripada kanji). Kanji ditemui di dalam biji, tuber (akar) dan batang, dan mempunya nilai yang tinggi sebagai makanan. (e) Protin Ia merupakan kompaun makromolekul dimana asid amino dipolimerkan pada darjah yang tinggi. Sifat-sifatnya adalah berbeza bergantung kepada jenis dan nisbah bahan terbitan asid amino disamping darjah pempolimeran itu sendiri. Protin bukan komponen utama di dalam biojisim dan hanya meliputi nisbah yang lebih rendah jika dibandingkan dengan 3 komponen yang sebelumnya. (f) Komponen-komponen lain (organik dan inorganik) Jumlah komponen organik yang lain adalah berbeza bergantung kepada jenis spesis, akan tetapi terdapat juga komponen organik bernilai tinggi sepergi gliserida - 28-

Asian Biomass Handbook

(contoh termasuklah minyak biji sesawi, minyak sawit dan minyak sayuran yang lain) dan sukrosa di dalam tebu dan gula bit. Contoh yang lain termasuklah alkaloid, pigmen, terpena dan bahan berlilin. Walaupun komponen ini ditemui dalam jumlah yang sedikit, namun ia mempunyai nilai tambahan yang tinggi sebagai ramuan farmaseutikal. Biojisim bukan sahaja terdiri daripada kompaun organik makromolekul tetapi juga mengandungi bahan inorganik (abu) dalam jumlah yang sangat kecil. Elemen logam primer termasuklah Ca, K, P, Mg, Si, Al, Fe dan Na. Bahan dan jumlahnya adalah berbeza bergantung kepada jenis bahan mentah.

Gambarajah. 2.3.1 Struktur kimia komponen biojisim yang utama

2.3.3 Analisis komponen biojisim Jadual 2.3.1 menunjukkan komposisi untuk jenis-jenis biojisim yang utama. Walaupun terdapat pengecualian, namun secara umumnya, komponen utama biojisim daratan daripada turutan tertinggi kepada yang terendah ialah selulosa, hemiselulosa, lignin dan protin. Biojisim lautan mempunyai komposisi yang berbeza. Jadual 2.3.1 menunjukkan biojisim tumbuhan manakala Jadual 2.3.2 memberikan komposisi mendapan dan sisa biojisim dengan kandungan lembapan yang tinggi. Jadual 2.3.1 dan 2.3.2 menggunakan klasifikasi komposisi yang berlainan. Selulosa dan lignin di dalam Jadual 2.3.1 adalah diwakili oleh gentian dalam Jadual 2.3.2 manakala hemiselulosa di dalam Jadual 2.3.1 adalah dibawah karbohidrat untuk Jadual 2.3.2. - 29-

Asian Biomass Handbook

Jadual 2.3.1. Analisis kimia tipikal untuk beberapa jenis biojisim (Bahagian 1) (% berat) Lautan

Air Tawar

Herba

Kayu

Sisa

Kategori Biojisim

Rumpai Laut Perang Gergasi

Keladi Bunting

Rumput Bermuda

Poplar Hibrid

Bahan api janaan sampah (RDF)

Selulosa

4.8

16.2

31.7

41.3

65.6

Hemiselulosa

—

55.5

40.2

32.9

11.2

Lignin

—

6.1

4.1

25.6

3.1

Mannitol

18.7

—

—

—

—

Alginin

14.2

—

—

—

—

Protin mentah

15.9

12.3

12.3

2.1

3.5

Abu

45.8

22.4

5.0

1.0

16.7

—

112.5

93.3

102.9

100.1

Jumlah*

* Jumlah tidak semestinya 100 disebabkan setiap komponen diukur menggunakan kaedah yang berlainan. Jadual 2.3.2. Analisis kimia tipikal untuk beberapa jenis biojisim (Bahagian 2: Sisa biojisim dengan kandungan lembapan yang tinggi). (% berat) Suapan biojisim

Sisa Fermentasi alkohol (Padi)

Sisa Fermentasi Akuatik Mendapan Mendapan Microalga alkohol Keladi Kumbahan kanji (Dunaliella) (ubi keledek) Bunting

Kandungan lembapan

76.7

88.6

82.2

78.4

85.2

76.7

Abu a)

1.3

4.4

23

23.6

19.6

16.4

b) Lemak

8.3

1.8

0.7

20.5

2.5

12.9

Protin

56.5

28.5

59.6

63.6

24.4

42.3

- 30-

Asian Biomass Handbook

Serat mentah

2.1

11.9

5.4

1.2

20.6

18.1

Karbohidrat

33

57.8

34.3

14.7

52.5

26.7

b) C

47.9

47.3

44.6

53.3

47.6

51.4

H

6.7

7

7.2

5.2

6.1

7.9

N

7.5

4.2

9

9.8

3.7

6.5

O

37.9

41.5

48.2

31.7

42.1

40.7

a) Berdasarkan jisim kering b) Berdasarkan kandungan organik Maklumat Lanjut Ogi, T. in “Biomass Handbook”, Japan Institute of Ed., Ohm-sha, 2002, PP.12-15 (In Japanese)

2.4 Kandungan Tenaga Biojisim 2.4.1 Petunjuk kandungan tenaga biojisim Untuk menentukan sistem tenaga biojisim, kandungan tenaga setiap jenis suapan biojisim haruslah ditentukan terlebih. Nilai pemanasan seringkali digunakan sebagai petunjuk kepada kandungan tenaga yang dimiliki oleh biojisim. Nilai pemanasan adalah jumlah haba yang dihasilkan apabila bahan menjalani pembakaran lengkap ataupun nama lain baginya ialah haba pembakaran. Nilai pemanasan ditentukan melalui nisbah komponen dan juga jenis dan nisbah elemen di dalam biojisim itu sendiri (terutamanya kandungan karbon). (a) Nilai pemanasan tinggi dan rendah Biojisim terdiri daripada bahan organik seperti karbon, hidrogen, dan oksigen dan apabila ia dibakar secara lengkap, ia akan menghasilkan air dan karbon dioksida. Air dan wap air yang terhasil mengandungi haba pendam yang terbebas semasa kondensasi. Nilai pemanasan yang mengambil kira haba pendam dipanggil sebagai - 31-

Asian Biomass Handbook

nilai pemanasan tinggi (HHV), manakala bagi nilai dimana haba pendam ditolak daripadanya dipanggil nilai pemanasan rendah (HHV). (b) Haba tersedia Nilai pemanasan, QO adalah jumlah haba yang terhasil daripada pembakaran lengkap per unit bahan dibawah keadaan piawaian. Biojisim sebenar mengandungi lebih banyak lembapan dan abu, yang mana ia harus dipertimbangkan apabila tenaga dihasilkan. Penilaian hanya berdasarkan nilai haba rendah adalah tidak mencukupi sebagai petunjuk untuk menentukan sama ada biojisim dalam keadaan semulajadinya akan dapat mengekalkan pembakaran atau tidak. Tenaga yang diperlukan untuk meningkatkan udara sekitaran kepada suhu yang diperlukan untuk mengekalkan api dan juga tenaga endotermik abu haruslah juga diambil kira. Jumlah haba yang diperlukan atau dipanggil sebagai haba tersedia dikira berdasarkan persamaan di bawah: Haba tersedia Q = Q0 (1-W) – 1000W – [haba serapan serombong]- [haba serapan abu] * (w: kandungan lembapan) Gambarajah. 2.1.3. menggunakan nilai pengiraan bagi haba tersedia, Q pada 900oC. Nilai haba tersedia, Q haruslah positif (+) untuk pembakaran berlaku.

2.4.2 Nilai pemanasan untuk pelbagai jenis biojisim Jadual 2.4.1 memberikan data untuk kandungan lembapan, kandungan bahan organik, kandungan abu, dan nilai pemanasan untuk beberapa jenis biojisim. Jadual 2.4.1. Analisis tipikal dan nilai pemanasan untuk beberapa jenis biojisim, batu arang dan gambut.

Kategori Sisa

Biojisim Najis lembu

Kandungan lembapan* [% berat]

Bahan organik [% berat kering]

Abu** [% berat]

Nilai pemanasan tinggi [MJ/kg-kering]

20—70

76.5

23.5

13.4

- 32-

Asian Biomass Handbook

Biopepejal diaktifkan Bahan api janaan sampah (RDF) Habuk gergaji Tumbuhan herba Tumbuhan akuatik

Tumbuhan berkayu

Terbitan

90—97

76.5

23.5

18.3

15—30

86.1

13.9

12.7

15—60

99.0

1.0

20.5

Jelai manis

20—70

91.0

9.0

17.6

Rumput switch

30—70

89.9

10.1

18.0

Rumpai laut perang gergasi

85—97

54.2

45.8

10.3

Keladi bunting

85—97

77.3

22.7

16.0

Kayu putih

30—60

97.6

2.4

18.7

Poplar hibrid

30—60

99.0

1.0

19.5

Sycamore

30—60

99.8

0.2

21.0

Kertas

3—13

94.0

6.0

17.6

Kulit kayu pain

5—30

97.1

2.9

20.1

Serat Padi

5—15

80.8

19.2

15.2

5—10

91.3

8.7

28.3

70 —90

92.3

7.7

20.8

Batu arang Bitumen Illinois Gambut

Rusiga Reed

* Kandungan lembapan ditentukan daripada kehilangan jisim selepas pemanasan pada suhu 105oC dibawah tekanan atmosfera. ** Kandungan abu ditentukan daripada berat sisa (logam oksida) yang tinggal selepas pemanasan pada suhu 800oC. Kandungan lembapan adalah berbeza dan bergantung kepada jenis biojisim itu sendiri. Sebagai contoh, peratusan lembapan untuk kertas adalah 3% manakala 98% di dalam mendapan. Untuk kebanyakan jenis biojisim, kandungan airnya adalah melebihi dua pertiga maka haba tersedianya adalah negatif (-). Oleh yang demikin, walaupun nilai pembakaran biojisim itu sendiri adalah tinggi, akan tetapi jika ia mempunyai kandungan lembapan yang tinggi dalam keadaan semulajadinya, maka ia adalah tidak sesuai untuk pembakaran. Sebagai contohnya, keladi bunting dan mendapan - 33-

Asian Biomass Handbook

kumbahan mempunyai nilai pemanasan yang tinggi apabila ia dikeringkan, akan tetapi kandungan lembapannya ialah 95% semasa persampelan, maka sebenarnya ia adalah tidak sesuai untuk pembakaran. Jumlah bahan organik diperolehi dengan menolak kandungan abu daripada jumlah bahan kering. Oleh kerana nilai abu sebagai tenaga adalah sifar, maka kandungan bahan organik yang tinggi bermakna nilai pemanasan yang lebih tinggi. Nilai pemanasan yang tinggi adalah diperlukan sebagai sumber tenaga. Tambahan pula, bahan organik mempunyai nilai pemanasan yang berlainan bergantung kepada jenis dan nisbah elemen unsur (Lihat 2.3 Komposisi Biojisim). Jadual 2.4.2 menunjukkan keputusan analisis unsur dan nilai pemanasan untuk contoh setiap jenis biojisim dan juga bahan api organik yang lain. Oleh kerana biojisim mengandungi lebih oksigen dan kurang karbon dan hidrogen daripada batu arang dan petroleum, maka ia mempunyai nilai pemanasan per unit berat yang lebih rendah. Biojisim jenis kayu dan herba mempunyai kandungan karbon diantara 45-50% dan kandungan hidrogen diantara 5%-6%, dimana ia memberikan nisbah molar H:C sebanyak 2 dan variasinya adalah kecil. Ini adalah kerana nisbah ini dipengaruhi oleh komposisinya, dimana komponen utamanya adalah selulosa dan lignin. Jadual 2.4.2 Komposisi elemen tipikal dan nilai pemanasan bagi contoh biojisim, batu arang dan gambut. Sumber Tenaga

Karbon [% berat] Hidrogen [% berat] Oksigen [% berat] Nitrogen [% berat]

Rumpai laut Keladi Sisa Selulosa Pain RDF Mendapan Gambut Bitumen perang Bunting ternakan gergasi 44.44

51.8

27.65

41.1

35.1

41.2

43.75

52.8

69.0

6.22

6.3

3.73

5.29

5.3

5.5

6.24

5.45

5.4

49.34

41.3

28.16

28.84

33.2

38.7

19.35

31.24

14.3

—

0.1

1.22

1.96

2.5

0.5

3.16

2.54

1.6

- 34-

Asian Biomass Handbook

Sulfur [% berat] Abu [% berat] Nilai Pemanasan [MJ/kgkering]

—

0

0.34

0.41

0.4

0.2

0.97

0.23

1.0

—

0.5

38.9

22.4

23.5

13.9

26.53

7.74

8.7

17.51

21.24

10.01

16.00

13.37 12.67

19.86

20.79

28.28

Merujuk kepada kandungan lembapan dan sifat-sifat lain, keputusan analisis unsur diperolehi dalam keadaan kering.

2.4.3 Anggaran nilai pemanasan melalui pengiraan Nilai pemanasan untuk setiap jenis biojisim yang ditunjukkan dalam Jadual 2.4.1 dan 2.4.2 telah disukat. Nilai pemanasan boleh juga dianggar melalui pengiraan dengan menggunakan maklumat seperti nilai-nilai yang didapati daripada analisis unsur bahan. Beberapa persamaan telah dicadangkan, dimana salah satu daripadanya diberi seperti dibawah. Nilai pemanasan tinggi (HHV) [MJ/kg-kering] = 0.4571 (% C asas kering) – 2.70 Jadual 2.4.3 membandingkan nilai pemanasan yang dikira menggunakan persamaan di atas dan melalui ukuran sebenar. Selain daripada mendapan dan biopepejal, keputusan lain yang ditunjukkan adalah hampir sama. Jadual 2.4.3. Perbandingan nilai pemanasan daripada pengiraan dan pengukuran sebenar Jenis biojisim

Nilai pemanasan tinggi [Ukuran]

Nilai pemanasan tinggi [Pengiraan]

Ralat [%]

Selulosa

17.51

17.61

+0.59

Pain

21.24

20.98

–1.23

Rumpai laut perang gergasi

10.01

9.94

–0.70

- 35-

Asian Biomass Handbook

Keladi bunting

16.00

16.09

+0.54

Najis lembu

13.37

13.34

–0.19

Biopepejal

19.86

17.30

–12.90

Bitumen

28.28

28.84

+1.98

Maklumat Lanjut Ogi, T. in “Biomass Handbook”, Japan Institute of Ed., Ohm-sha, 2002, PP.12-15 (In Japanese).

2.5 Kitaran Karbon 2.5.1 Anggaran Karbon Global Karbon di dunia adalah disimpan di atmosfera, lautan, biosfera, dan litosfera. Komponen-komponen karbon ini boleh bertukar diantara tempat-tempat simpanan ini dalam bentuk fasa gas (CO2) dan juga dalam fasa organik dan inorganik. Menurut kepada IPCC 4th Assessment Report, 2007, pembebasan bahan api fosil global termasuk penggunaan bahan api fosil dan daripada industri simen adalah 6.4 GtC/tahun pada tahun 90an, dan pembebasan melalui perubahan penggunaan tanah ialah 1.6 GtC/tahun. Sebaliknya, adalah dianggarkan kejituan penyerapan bersih tanah dan lautan adalah 2.6GtC/tahun dan 2.2 GtC/tahun. Imbangan karbon bersih untuk atmosfera pada 1990 ialah 3.2 GtC/tahun (=8.0-2.6-2.2) seperti ditunjukkan dalam Jadual 1. Nilai imbangan karbon ini telah dinilai berdasarkan pemeriksaan perbandingan terhadap pelbagai data yang berkaitan dengan kitaran karbon. Kadar pembebasan CO2 oleh bahan api fosil di seluruh dunia dan juga imbangan bersih karbon ke atmosfera umumnya telah diketahui, akan tetapi data yang selainnya di dalam Jadual 2.5.1 adalah berkemungkinan kurang tepat. Selain daripada itu, terdapat juga kitaran karbon di tanah dan biosfera lautan, maka imbangan karbon bersih adalah juga berkaitan dengan aktivitinya. Status kitaran karbon untuk setiap jenis simpanan adalah dikawal oleh pengurusan hutan dan perubahan cuaca. Protokol Kyoto, yang - 36-

Asian Biomass Handbook

berkuat kuasa daripada Febuari 2005 mengambil kira imbangan pengurangan sasaran pembebasan CO2 daripada pengasingan hutan melalui pengurusan hutan. Peraturan yang berkaitan dengan pengurusan yang efektif telah memfokuskan perhatian mereka terhadap peranan biosfera daratan di dalam kitaran karbon skala global. Oleh yang demikian, data yang tepat adalah diperlukan untuk simpanan dan juga kitaran karbon ke atas pelbagai ekosistem daratan. Namun begitu, ketidaktentuan masih wujud tentang perubahan dalam simpanan karbon daripada pengurusan hutan dan juga kesan daripada pertukaran CO2 ekosistem kepada perubahan cuaca. Jadual 2.5.1. Belanjawan Karbon Global berdasarkan cara konvensional, fluks CO2 meninggalkan tadahan atmosfera . (i.e. “tadahan CO2”) mempunyai tanda negatif. Angka-angka dalam kurungan adalah julat nilai. Unit: GtC/tahun. NA: Tiada maklumat berkaitan. (IPCC 4 th Assessment Report, 2007) 1980an

1990an

2000-2005

3.2 ± 0.1

4.1 ± 0.1

Pembebasan (bahan api fosil + simen)

3.3 ± 0.1 5.4 ± 0.3

6.4 ± 0.3

7.0 ± 0.3

Fluks Lautan-atmosfera

−1.8 ± 0.8

2.2 ± 0.4

−2.2 ± 0.4

Fluks perubahan penggunaan tanah

1.3

1.6

NA

(0.3 to 2.8)

(0.5 to 2.8)

−1.6

−2.6

(−4.0 to 0.3)

(−4.3 to -1.0)

Peningkatan atmosfera

Tadahan sisa daratan

NA

2.5.2 Kitaran Karbon dalam ekosistem hutan Jumlah global karbon di dalam ekosistem hutan adalah 330 GtC bagi biojisim hutan dan 780 GtC di dalam tanah (Dixson et al., 1994). Tambahan pula, kadar penyerapan bersih karbon oleh ekosistem hutan diregulasikan melalui proses fotosintesis dan respirasi dan dikawal melalui sifat meteorologi dan ekofisiologi pokok-pokok di hutan dan tumbuhan tingkat bawah. Jumlah simpanan karbon di dalam - 37-

Asian Biomass Handbook

ekosistem hutan diklasifikasikan kepada tumbuhan atas tanah, tumbuhan bawah tanah, sarap dan sisa kayu, dan juga karbon organik di dalam tanah. Hutan dan tanah secara global mengandungi simpanan terbesar bahan organik, dan karbon organik di dalam tanah mempunyai potensi untuk membebaskan lebih CO2 melalui respirasi tanah dan untuk meningkatkan kepekatan tinggi CO2 dibawah keadaan panas pada masa hadapan. Batang pokok adalah berguna sebagai balak dan sebahagian balak adalah tersimpan di dalam rumah untuk jangka masa yang panjang. Pertumbuhan tumbuhan boleh distimulasikan dengan cara meningkatkan kepekatan CO 2 di atmosfera dan pemendapan nutrien (kesan pembajaan). Namum begitu, dalam bidang kajian ini, kesan pembajaan terhadap ekosistem hutan adalah tidak jelas.

2.5.3 Model kitaran karbon Untuk pengurusan yang teratur terhadap peruntukan karbon pada masa hadapan, model ekosistem tanah yang berguna untuk pengawasan ekosistem dan penilaian peruntukan karbon adalah diperlukan. Untuk mengekstrapolasikan keputusan berdasarkan data pemerhatian dalam skala ruang dan masa, lebih banyak kajian adalah diperlukan untuk memajukan satelit penderiaan jauh dan model statistikal ekosistem. Dengan menggunakan model penggunaan tanah dan model kitaran karbon ekosistem daratan, kita boleh menjangka turun naik dalam imbangan karbon disebabkan oleh aktiviti manusia (i.e. pengurusan karbon daratan) dan perubahan cuaca pada masa hadapan. Selain daripada itu, kita juga boleh menilai potensi pengurusan karbon. Oikawa dan Ito telah menghasilkan model kitaran karbon berdasarkan proses (Sim-CYCLE) dan telah disahkan melalui data pemerhatian di pelbagai tempat pengukuran. Perubahan imbangan karbon dan simpanan daripada masa kini kepada masa hadapan (selepas 70 tahun di bawah 2 kali ganda kepekatan atmosfera CO 2 dan suhu udara yang lebih tinggi iaitu 2,1oC) telah dianggar dengan menggunakan SimCYCLe model. Seperti ditunjukkan dalam Jadual. 2.5.1 (T. Oikawa, 2002), simpanan karbon di dalam tanah dan tumbuh-tumbuhan untuk ekosistem daratan, masing-masing - 38-

Asian Biomass Handbook

akan meningkat daripada 642.3, 1495.1 GtC pada waktu kini kepada 835.1, 1559.0 GtC di masa hadapan.

Gambarajah. 2.5.1. Perubahan imbangan karbon dan simpanan daripada masa kini kepada masa hadapan (selepas 70 tahun di bawah 2 kali ganda kepekatan atmosfera CO2 dan suhu udara yang lebih tinggi iaitu 2,1oC) dengan menggunakan anggaran Sim-CYCLe model. (T. Oikawa, 2002) Maklumat Lanjut Dixson, R.K., Brown,S.A., Solomon, A.M., Trexler, M.C. and Wisniewski, J., Carbon pools and flux of grobal forest ecosystems. Science 263,185-190 (1994) IPCC Fourth Assessment Report, 2007: A report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Oikawa, T. Land ecosystem response to global warming (in Japanese), Suuri-Kagaku, 2002, No.470,78-83.

2.6 Biojisim berkayu 2.6.1 Jenis bahan biojisim berkayu dan sifat-sifatnya Industri perhutanan menyediakan bahan biojisim berkayu sebagai hasil sampingan daripada sisa pembalakan dan juga sebagai produk utama yang ditebang daripada pokok-pokok dan hutan. Hutan yang ditanam kebiasannya akan dijarangkan untuk mengekalkan ruang pertumbuhan diantara tunggul kayu. Pokok-pokok yang - 39-

Asian Biomass Handbook

ditebang ini boleh digunakan untuk bahan tenaga biojisim, memandangkan ia tidak mempunyai nilai komersial dan seringkali ditinggalkan selepas operasi penebangan. Kitaran penebangan untuk zon iklim sederhana adalah diantara 50 kepada 100 tahun dan sebanyak 0.36m3 dahan-dahan dan 0.22m3 tunggul akan ditinggalkan sebagai sisasisa kayu untuk menghasilkan 1m3 balak. Sisa-sisa ini adalah digunakan sebagai sumber tenaga biojisim moden dan juga tradisional di kebanyakan negara. Bahan api kayu meliputi 53% daripada jumlah kayu yang dihasilkan di dunia. Namun begitu, pada masa kini, bahan api kayu hanya merangkumi beberapa peratus di kebanyakan negara perindustrian walaupun suatu masa dahulu, ia pernah bergantung sepenuh terhadapnya sehingga tahun 1960an. Untuk kes Jepun, hutan kayu keras yang kebanyakannya berada berdekatan komuniti luar bandar telah digunakan sebagai sumber utama untuk bahan api kayu dan batu arang. Kini, hutan kayu keras tidak lagi digunakan sebagai sumber berkayu disebabkan nilai balak kayu keras adalah lebih murah berbanding kayu lembut. Walaupun hutan kayu keras tidak mempunyai nilai komersial setakat ini, namum ia mempunyai potensi tinggi sebagai sumber tenaga diperbaharui untuk meringankan masalah pemanasan global. Disamping itu, spesis yang boleh tumbuh dengan cepat seperti willow (Salix), poplar (Populus), dan birch (Retula) telah ditanam untuk menghasilkan bahan tenaga biojisim.

2.6.2 Kadar pertumbuhan Penggunaan tenaga biojisim berkayu telah berkembang kegunaannya sebagai salah satu usaha untuk mengurangkan kebergantungan terhadap sumber tenaga tidak boleh diperbaharui seperti bahan api fosil. Walaupun biojisim berkayu membebaskan karbon ke atmosfera apabila ia dibakar untuk menghasilkan tenaga, pokok-pokok yang ditanam semula akan menyerap jumlah karbon yang sama daripada atmosfera kedalam ekosistem hutan melalui fotosintesis dimana ia berkadaran dengan kadar pertumbuhan spesis pokok. Kadar pertumbuhan adalah bergantung kepada suhu, pemendakan, sifat tanah dan faktor persekitaran yang lain. Secara umum, kadar pertumbuhan adalah rendah di zon subartik dan tinggi di zon tropika. Spesis yang tumbuh dengan cepat - 40-

Asian Biomass Handbook

seperti kayu putih (Eucalyplus), poplar dan Acasia manngium di Asia Tenggara boleh menyerap daripada 5 ke 15 tan karbon per hektar setiap tahun. Manakala Sugi (Cryptomeria japonica) salah satu spesis penanaman di Jepun menyerap karbon daripada 2 ke 3.5 tan karbon per hektar setiap tahun. Pertumbuhan biojisim hutan menunjukkan kadar yang tinggi pada peringkat awal dan menurun apabila ia mula dewasa. Jadual 2.6.1 menunjukkan bagaimana hutan buatan manusia menyimpan karbon di dalam biojisimnya. Hutan kayu keras yang bertempat berdekatan dengan komuniti luar bandar di Japan pernah menjadi sumber utama bahan api kayu. Jadual 2.6.2 menunjukkan peningkatan hutan-hutan ini untuk setahun. Jika difokus hanya pada kuantiti tanpa mengira kualiti balak, adalah munasabah untuk menjalankan giliran penebangan pada peningkatan maksimum setahun yang mana secara umumnya adalah lebih muda daripada giliran tuaian balak yang biasa digunakan. Jadual 2.6.1 Karbon biojisim terkumpul daripada hutan buatan manusia Usia

Jisim biojisim (tan/ha)

10

13.5

20

59.2

30

105.8

40

145.9

50

172.0

60

189.5

70

198.0

80

203.0

90

206.5

100

208.6

- 41-

Asian Biomass Handbook

Jadual 2.6.2. Karbon biojisim terkumpul daripada hutan kayu keras Usia

Jisim Biojisim (tan/ha)

Min Peningkatan Tahunanan (tan/ha)

10

18.3

1.8

20

41.6

2.1

30

59.9

2.0

40

74.0

1.9

50

85.2

1.7

60

93.7

1.6

70

100.0

1.4

80

104.9

1.3

90

109.2

1.2

100

112.0

1.1

2.6.3 Sumber biojisim berkayu Merujuk kepada statistik FAO, jumlah kawasan hutan adalah 4 bilion hektar, iaitu bersamaan dengan purata 0.62 hektar per kapita. Kawasan hutan ini meliputi satu pertiga daripada jumlah tanah global. Namun begitu, pembasmian hutan adalah masalah yang signifikan dimana 13 juta hektar tanah hutan telah pupus setiap tahun. Tambahan pula, China dan India kini sedang agresif meluaskan penanaman baru setiap tahun mengakibatkan kehilangan bersih kawasan hutan sedunia untuk jangka waktu 2000-2005 dianggarkan pada 7.3 juta hektar setiap tahun. Disamping pembasmian hutan, terdapat juga lebih kurang 1.6 bilion hektar hutan yang telah terdegradasi. Ia adalah sangat penting untuk memulihara semula hutan terdegradasi ini untuk persekitaran global dan pembangunan mampan. Jika biojisim berkayu dihadkan kepada biojisim batang kayu, terdapat 250 bilion tan biojisim kering di dalam ekosistem hutan dunia. Satu pertiga daripada biojisim berkayu kering ini terdapat di Amerika Selatan. - 42-

Asian Biomass Handbook

Kawasan hutan ladang adalah 140 juta hektar dan telah meningkat kepada 2.8 juta hektar setiap tahun untuk jangka waktu 2000-2005. Hutan ladang di negara-negara tropika terdiri secara umumnya daripada spesis-spesis dimana kadar pertumbuhannya adalah 15-50m3 untuk Eucalyptus grandis, 14-25m3 untuk Acacia mearnsii, 12-35m3 untuk Pinus radiate, dan 20-50m3 untuk Pinus caribaea. Kadar pertumbuhan tahunan ini adalah 3 kali ganda daripada spesis Jepun untuk hutan ladang. Hutan ladang di negara-negara topikal mempunyai potensi yang besar untuk menyediakan biojisim berkayu dengan penggiliran yang pendek dan kos yang rendah. Walaupun hutan ladang berskala besar adakalanya dikritik kerana biodiversitinya yang kurang, akan tetapi hutan ladang boleh mengharmonikan diantara operasi penghasilan balak dan juga fungsi dan perkhidmatan lain hutan jika ia diuruskan secara baik dibawah konsep pengurusan hutan mampan. Konsep ini kebiasannya memerlukan pengurusan hutan untuk menjaga bukan sahaja hutan ladang tetapi juga hutan semulajadi dengan spesis asli. Maklumat Lanjut FAO, Global Forest Resources Assessment 2005, FAO, 2006 FAO, Forest Resources Assessment 1990, 7, FAO, 1995

2.7 Biojisim herba 2.7.1. Maksud biojisim herba Biojisim herba termasuklah rumput-rampai dah legum yang tumbuh di padang rumput. Ini termasuklah spesis liar yang jarang digunakan disamping tanaman foraj berkualiti lebih tinggi. Secara umumnya, tanaman makanan seperti padi, gandum, jagung dan tebu mewakili sumber biojisim herba. Hasil sampingan atau sisa-sisa seperti jerami padi juga dianggap sebagai biojisim herba, akan tetapi penggunaannya sebagai biojisim herba bergantung kepada isu kualiti. Buluh (Phyllastachys spp.) dan - 43-

Asian Biomass Handbook

sasas (Sasa spp.) juga dianggap sebagai spesis biojisim berkayu jenis rumput. Rumput-rampai tropika tumbuh lebih cepat daripada pokok dan menghasilkan lebih banyak biojisim untuk jangka masa yang singkat. Rumput-rampai diklasifikasikan berdasarkan spesis tahunan dimana ia termasuklah pelbagai bijirin, dan spesis saka seperti foraj. Legum terdiri daripada pokok-pokok renek, vinil dan jenis kayu dimana pokok-pokok renek dan vinil dianggap sebagai biojisim herba. Salah satu komponen penting legum adalah kebolehannya untuk mengikat nitrogen melalui simbiosis dengan bakteria Rhizobium yang terdapat di nodul-nodul akar. Ia adalah penting daripada segi ekonomi untuk mengurangkan penggunaan baja kimia nitrogen sebagai komponen dalam penghasilan biojisim. Dengan cara penggiliran atau penyemaian campuran kultur foraj dan spesis legum di padang ragutan penghasilan biojisim, aplikasi baja nitrogen boleh diminimakan. Penghasilan biojisim daripada spesis legum adalah 8-17 tan per hektar/tahun untuk alfalfa (Medicago sativa) di wilayah Aichi yang beriklim sederhana dan 5-19 tan per hektar setahun untuk legum tropika di Pulau Ishigaki yang beriklim subtropika. Tahap penghasilan ini adalah jauh lebih rendah daripada rumput-rampai tropika.

2.7.2 Spesis C3 dan spesis C4 Kadar pertumbuhan tumbuh-tumbuhan adalah dikawal oleh kebolehan fotosintetiknya disamping pelbagai faktor persekitaran yang lain. Rumput-rampai adalah diklasifikasikan kepada spesis C3 dan spesis C4 berdasarkan rangkaian fotosintetiknya yang unik. Adalah penting untuk dinyatakan bahawa terdapat perbezaan daripada segi anatomi bagi sel daun dan sel selaput berkas yang terdapat pada rumput-rampai C3 dan C4. Secara kebiasannya, keamatan cahaya optimum untuk spesis C4 adalah 50,000-60,000 lux dan 2 kali ganda lebih daripadanya untuk spesis C3 (15,000-30,000 lux). Kecekapan fotosintetik tertinggi untuk spesis C4 secara umumnya dicapai pada suhu dan keamatan cahaya yang tinggi, dimana ia merupakan sifat kawasan tropika. Namun bagi spesis C4, ia tidak boleh mengekalkan kecekapan fotosintetiknya yang tinggi dibawah keamatan cahaya dan suhu yang rendah. Jadual - 44-

Asian Biomass Handbook

2.7.1 menunjukkan rumput gajah merekodkan hasil sebanyak 85 tan per hektar setahun dan hasil tebu sebagai 64/tan per hektar setahun dengan masing masing mempunyai nilai purata sebanyak 232 kg per hektar sehari, dan 176 tan per hektar sehari. Hasil tebu dan rumput kuda di kawasan subtropika ialah 50 tan per hektar (140 kg per hektar sehari) dan sebahagian daripada rumput-rampai tropika menghasilkan 25-30 tan per hektar (50-80 kg per hektar sehari). Oleh kerana foraj secara umumnya menunjukkan pertumbuhan semula yang pantas dan ketegaran, ia telah

digunakan

untuk

penghasilan

biojisim

yang

berinput

rendah

dan

berkebolehlanjutan. Salah satu contoh, rumput kuda “Natsuyutaka” telah mencapai 40 tan per hektar (kesemua dalam bentuk jisim bahan kering) bagi purata 7 tahun di Pulau Ishigaki, Okinawa yang beriklim subtropika. Di kawasan beriklim sederhana, rumput-rampai tropika yang tahan musim sejuk seperti rumput bermuda dan rumput Bahia menghasilkan 20-30 tan per hektar setahun (50-80 kg per hektar sehari), akan tetapi ia akan menjadi dorman pada musim sejuk. Bagi rumput-rampai beriklim sederhana, ia boleh menghasilkan 15-26 tan per hektar setahun (40-70 kg per hektar sehari) akan tetapi ia akan menjadi dorman pada musim luruh. Kebaikan utama dalam penggunaan rumput-rampai saka C3 dan C4 untuk penghasilan biojisim ialah ia memerlukan kurang penyenggaraan dan ia boleh bertahan untuk 5-10 tahun dan menghasilkan bekalan biojisim yang stabil. Jadual 2.7.1. Biojisim daripada foraj saka Hasil bahan kering

Hasil bahan kering

(tan per hektar setahun)

harian (kg per hektar)

Rumput gajah

84.7

232.1

Puerto Rico

Rumput Kuda

51.1

140.0

Ishigaki, JP

Tebu

49.5

135.6

Okinawa, JP

Spesis

Tempat

Spesis C4

- 45-

Asian Biomass Handbook

Spesis C3 Rumpur rai saka

26.6

72.8

New Zealand

Rumput Orchad

22.0

60.3

New Zealand

Fescue tinggi

15.0

41.1

Kumamoto, JP

Timothy

15.0

41.1

Kumamoto, JP

Jadual 2.7.2. Biojisim daripada tanaman saka foraj tahunan Spesis

Hasil bahan kering (tan per hektar setahun)

Jumlah hari

Hasil bahan kering harian

Tempat

(kg per hektar)

Spesis C4 Betari

46.6

210

221.9

California

Betari (green A)

28.8

190

151.6

Nagano, JP

Jagung

34.0

140

245.7

Italy

Jagung

27.2

104

261.5

Ohita, JP

Padi (Akihikari)

19.2

134

221.9

Iwate, JP

Gandum (Akiba-komugi)

14.3

219

65.3

Ibaraki, JP

Bijirin

16.4

193

85.0

Hyogo, JP

Rai

15.6

195

80.0

Tochigi, JP

Rumput rai tahunan

14.8

230

4.3

Chugoku, JP

Spesis C3

Untuk spesis tahunan C4 seperti jagung yang menunjukkan pembenihan yang bermutu tinggi daripada percambahan boleh menghasilkan daripada 13-34 tan per hektar kepada 132-260 kg per hektar sehari untuk 5 bulan. Hasil ini adalah setara dengan yang dihasilkan daripada rumput saka napier. Data ini mencadangkan bahawa hasil tertinggi di kawasan tropika boleh dicapai di waktu musim panas di kawasan beriklim sederhana dengan menggunakan tanaman C4. Walaupun padi adalah tanaman C3, namun ia boleh bersaing dengan spesis C4 dan menghasilkan jumlah biojisim yang - 46-

Asian Biomass Handbook

banyak di kawasan beriklim sederhana. Walaupun bijirin musim sejuk seperti gandum, foraj tahunan menghasilkan hasil yang lebih rendah sehari akan tetapi ia boleh ditanam semasa musim sejuk.

2.7.3 Penghasilan utama dan jumlah biojisim herba yang sedia ada Biojisim yang wujud di savana tropika adalah lebih rendah daripada yang ada di hutan hujan tropika. Penghasilan utama daripada savana tropika yang mana ia mempunyai rizosfera yang banyak disamping rumput-rampai yang tumbuh secara lebat adalah hampir sama dengan hutan hujan tropika, dimana rizosferanya adalah nipis dan berkualiti rendah. Oleh yang demikian, savana tropika menyumbang secara signifikan terhadap pengurangan CO2 jika dibandingkan dengan hutan hujan tropika. Dengan kemajuan yang dicapai menerusi teknik fermentasi dan penggasan, penggunaan biojisim herba sebagai bahan api bio telah menarik minat banyak pihak. Penghasilan tahunan hasil sampingan daripada biojisim herba adalah dianggarkan pada 18.95 juta tan (Mt) daripada hampas dan jerami padi, 1.90Mt daripada barli dan gandum, 0.5Mt daripada tebu. Tambahan daripada itu, adalah dianggarkan penghasilan foraj ialah 40 tan per hektar daripada 560,000 hektar padang terbiar, 40 tan per hektar daripada 79,000 hektar sawah padi terbiar. 5-20 tan per hektar daripada tanah yang tidak digunakan untuk jumlah kesemua sebanyak 32.08Mt. Jumlah biojisim herba yang wujud adalah hampir 53.43Mt/tahun untuk negara Jepun. Akan tetapi sebahagiannya digunakan sebagai foraj untuk lembu.

2.7.4 Rumput Switch (a) Apakah itu rumput switch? Rumput switch (Panicum birgatum L.) adalah rumput saka tropikal (spesis C4) berasal dari Great Plains, Amerika Syarikat. Kaum asli di kawasan itu menggelarkan padang rumput yang terdiri daripada rumput s

- 47-

Asian Biomass Handbook

Switch itu sebagai “Lautan rumput”. Ketinggian tumbuhan itu boleh mencecah ca. 90150cm, panjang lai daun ialah diantara 15-45cm, lebar diantara 0.6-1.3cm, dengan rizom yang pendek. Rumput switch mempunyai keupayaan untuk mengadaptasikan kepada keadaan tanah yang basah dan subur dan juga mempunyai rintangan terhadap keadaan banjir dan kemarau. Hasil bahan kering tahunan adalah 15 tan per hektar (Beberapa data menunjukkan hasil hampir 30 tan per hektar ) dan juga seperti spesis foraj yang lain, nilai nutrisinya akan berkurangan selepas ia berbunga. Hasil biji benih adalah ca. 230 kg per hektar daripada taburan secara meluas dan ca. 690 kg per hektar daripada taburan secara baris. Jisim 1000 biji benih adalah sebanyak 1.07-1.22g. (b) Kelebihan rumput switch sebagai bahan mentah untuk penghasilan bahan api bio Di Amerika Syarikat, rumput switch telah mendapat perhatian sebagai bahan mentah untuk penghasilan bioetanol melalui penapaian selulosa. Akan tetapi rumput ini adalah tidak begitu berfaedah untuk penghasilan bahan api bio di Jepun disebabkan hasil bahan keringnya adalah hampir sama dengan foraj di kawasan beriklim sederhana dan iklim tropika. Sebagai contohnya, jika ca. 16 tan per hektar rumput kering dituai dan 300L etanol dihasilkan daripada 1 tan rumput kering, berdasarkan harga bahan mentah, kos untuk penghasilan 1 gelen etanol daripada rumput switch adalah dianggarkan pada 0.51-0.89USD, yang mana ia adalah lebih rendah daripada kos 0.71-1.21 USD apabila jagung digunakan. Laporan ini mencadangkan bahawa potensi penukaran ca. 33 juta hektar padang ragut yang terdiri daripada tanah yang kurang subur dan digunakan untuk penghasilan tanaman rumput kering berkualiti rendah untuk makanan kuda kepada jagung akan mengakibatkan peningkatan yang mendadak terhadap hakisan tanah. Akan tetapi, jika rumput switch ditanam dikawasan ini, ca. 520 juta tan rumput kering boleh dihasilkan dan boleh membantu untuk mengatasi masalah hakisan yang berpunca daripada tanaman jagung tahunan. Ini adalah sangat penting untuk negara Amerika Syarikat, yang ingin mengekalkan padang rumput yang besar dan pada masa yang sama mempunyai keperluan untuk

- 48-

Asian Biomass Handbook

menetapkan sistem penanaman untuk rumput-rampai saka foraj seperti rumput switch untuk penghasilan bahan api bio. Apabila padang rumput switch telah bertapak, maka sistem penanaman yang berkebolehlanjutan dan mempunyai input yang rendah untuk penghasilan bahan api bio mungkin boleh diamalkan. Sistem ini akan menyerupai seakan sistem di Jepun yang menggunakan Miscanthus untuk tujuan yang sama. Satu defisit spesis ini adalah kedormanan bijih benihnya. Biji benihnya bercambah secara tidak radikal dan lebih daripada setahun mungkin diperlukan untuk mencapai dirian penuh. (c) Kultivar rumput Switch Beberapa jenis kultivar yang dimajukan di Amerika Syarikat diterangkan seperti di bawah. (1) Alamo Perkhidmatan Pemuliharaan Tanah (SCS) dan Stesyen Eksperimen Pertanian Texas (AES) dipilih daripada koleksi di Texas dan dibebaskan pada 1978. Ia merupakan “jenis tanah rendah”, berbunga 1 atau 2 bulan kemudian selepas cv.Blackwell, lebih tinggi, daun yang lebih lebar dengan rintangan garam yang sederhana dan produktiviti yang tinggi. Ia boleh tumbuh dengan baik di hampir kesemua jenis tanah dengan 630mm atau lebih untuk kerpasan tahunan daripada Iowa ke Florida. (2) Blackwell SCW di Kansas telah membangunkan kultivar ini daripada satu tanaman yang dikumpul di Blackwell, UK dan dibebaskan pada 1994. Ia merupakan “jenis tanah tinggi” dengan ketinggian sederhana dan mempunyai batang kayu yang sederhana besar, pembenihan yang lebih cergas, penghasilan foraj yang tinggi, dan tumbuh dengan baik di pelbagai jenis tanah dengan 500mm atau lebih kerpasan tahunan di Kansas, Oklahoma, Nebraska selatan dan Texas utara. (3) Cave In The Rock SCS dan Missouri AES telah membangunkan kultivar ini daripada koleksi di Cave in the Rock, IL dan dibebaskan pada 1973. Ia merupakan “jenis tanah rendah” - 49-

Asian Biomass Handbook

dengan pembenihan yang cergas, tahan penyakit dan loging. Ia juga tahan banjir dan kemarau dan tumbuh dengan baik di Iowa, Kansan dan Missouri. (4) Dacotah SCS dan Makmal penyelidikan di Northern Great Plains telah memilih 10 tumbuhan daripada koleksi di Dakota Utara dan kultivar itu dibebaskan pada 1989. Ia berbunga 27 hari lebih awal daripada cv. Forestburg, 45 hari lebih awal daripada cv. Blackwell dan cv. Pathfinder. Ia adalah lebih rendah daripada segi ketinggian dan menunjukkan rintangan tinggi terhadap kemarau. Ia tumbuh dengan baik di Dakota utara, Minnesota dan Montana. (6) Kanlow AES di Kansan telah membangunkan kultivar ini daripada koleksi di Oklahoma dan dibebaskan pada tahun 1963. Ia merupakan “jenis tanah rendah”, tinggi dan juga produktif serta berkemampuan untuk beradaptasi di kawasan tanah rendah dimana terdapatnya masalah air yang berlebihan disamping kawasan tanah tinggi dimana tanah adalah tidak terlalu nipis atau kering. (7) Pathfinder Nebraska AES telah membebaskan kultivar ini sebagai “jenis F” daripada ujian koleksi progeni kacukan berbilang pada 1967. Ia merupaka “jenis tanah tinggi”, berbunga lewat, tahan musim sejuk, cergas, berdaun dan tahan kemarau dan karat. Ia tumbuh dengan baik di Nebraska dan kawasan bersebelahannya. (8) Shelter SCS di New York telah membangunkan kultivar ini daripada koleksi yang dibuat di Virginia Barat dan ia telah dibebaskan pada 1986. Kultivar ini mempunyai batang yang lebih tebal dan daun yang lebih kurang jika dibandingkan dengan kultivar lain kecuali cv. Kanlow. Ia adalah lebih tinggi dan berbunga lebih awal 7-10 hari daripada cv. Blackwell tetapi menunjukkan pembenihan yang kurang cergas semasa tahun pertama pertumbuhannya. Ia tumbuh dengan baik di kawasan yang luas daripada pantai timur ke Arkansas di tengah Amerika Syarikat. (9) Trail Blazer - 50-

Asian Biomass Handbook

Nebraska AES telah menghasilkan kultivar ini daripada koleksi yang berasal dari Nebraska dan Kansas dan telah dibebaskan pada 1984. Ia merupakan “jenis tanah tinggi” dan menunjukkan nilai dan hasil foraj yang tinggi, berbunga pada masa yang sama dengan cv. Blackwell. Ia tumbuh dengan baik di tengah Great Plains dan negerinegeri di kawasan timur. Kultivar tambahan lain yang telah dibebaskan tetapi tidak diterangkan ialah seperti berikut; cv. Sunburst, cv. Caddo, cv. Summer etc. Maklumat Lanjut Long, S.P. et al. (eds.): Primary productivity of grass ecosystems of the biosphere, 1267,Chapman & Hall (1992) Nakagawa, H.: Development and cultivation of forage grasses and crops for clean bio-methanol production to keep gobal environment, Farming Japan Vol. 35-2:22-31(2001) Nakagawa H. and Momonoki T.: Yield and persistence of guineagrass and rhodesgrass cultivars on subtropical Ishigaki Island, Grassland Science, Vol. 46, pp. 234-241 (2000) Sakai, M., and Nakagawa H.: A new biofuel towards 21st century, The Chemical Daily Co. Ltd., (in Japanese), pp. 1-197 Burnhart, S., Management guide for the production of switchgrass for biomass fuel in Southern

Iowa,

http://www.extension.iastate.edu/Publications/PM1710.pdf,

(2003) Nakagawa, H., Forage crops in tropics, Association for International Cooperation of Agriculture and Forestry, Tokyo (in Japanese) (1998) United States Department of Agriculture, Grass varieties in the United States, CRC Press, Boca Raton. (1995) Vogel, P. K., Energy production from forages (or American Agriculture – back to the future), Journal of Soil and Water Conservation, Vol. 51, No. 2, 137-139. (1996)

- 51-

Asian Biomass Handbook

2.8 Tanaman Gula dan Kanji 2.8.1 Skop Umum untuk tanaman gula dan kanji Kanji dan gula boleh ditapai kepada bahan api bio seperti etanol, akan tetapi sakarida berserat seperti selulosa dan hemiselulosa di dalam sisa bahan buangan tidak mudah untuk dihidrolisiskan kepada karbohidrat boleh ditapai seperti glukosa. Tanaman kanji primer adalah seperti Padi (Oryza sativa dan Oryza glaberrima), ubi kentang (Solanum tuberosum L.), ubi keledek (Ipomoea batatas (L.) Lam.), jagung (Zea mays L.), gandum (Triticum L.), barli (Hordeum spontaneum C. Koch (barli liar jenis ‘two rowed’); H. vulgare L. (barli ‘six rowed’); H. distichum L. (barli ‘two rowed’))), ubi kayu (ubi kayu pahit, ubi kayu, ‘manioc’,’manihot’, pokok ubi keledek, ‘tapioca’, tumbuhan ‘tapioca’, ‘yuca’; Manihot esculenta Crantz), dan pokok rumbia (Metroxylon sagu Rottb.). Sebagai tanaman gula primer, tebu (Saccharum officinarum L.) dan bit gula (Beta vulgaris var. altissima) umumnya telah diketahui. Hasil ketiga-tiga bijirin primer ini (jagung, gandum dan Padi) telah meningkat masing-masing kepada 725, 6.33 dan 6.06 juta tan, dengan jumlah sebanyak 1,963 juta tan, dimana 86% daripada jumlah penghasilan bijirin iaitu 22.74 juta tan (2004), telah dicapai daripada kultivar yang baru melalui kemajuan dalam teknologi penanaman (Gambarajah. 2.8.1). Akan tetapi, akibat sekatan teknologi yang sedia ada, perluasan kawasan penanaman memerlukan teknologi yang baru seperti modifikasi genetik untuk menghasilkan kultivar yang tahan sejuk, kemarau dan halo. Penghasilan tebu telah meningkat kepada 1,332 juta tan (2004), manakala bit gula pula meningkat kepada 200 juta tan (Gambarajah 2.8.2). Jumlah penghasilan tanaman gula dan kanji (4,572 juta tan (2004)) telah menyumbang kepada pengambilan nutrisi tinggi (2,808 kcal/kapita/hari (2003)) untuk 6,370 juta populasi di dunia (2004). Akan tetapi, lebih kurang 800 juta manusia kebanyakannya di kawasan letupan populasi di Asia dan Afrika masih terbelenggu dengan masalah kebuluran. Oleh yang demikian, kritikan adalah wajar jika tanaman ini digunakan sebagai tanaman tenaga ‘bukan makanan’. Kita seharusnya meningkatkan jumlah bahan makanan dengan meningkatkan kawasan penanaman dan hasil tanaman dengan teknologi baru seperti modifikasi genetik - 52-

Asian Biomass Handbook

sementara menggalakkan penanaman tanaman tenaga dan memajukan teknologi baru untuk menukarkan sisa tanaman kepada bahan api bio.

Gambarajah. 2.8.2. Penghasilan Gambarajah. 2.8.1. Penghasilan sedunia tanaman gula. sedunia tanaman kanji. (ref. FAOSTAT: http://www.faostat.fao.org/default.aspx)

2.8.2 Ubi kayu Ubi kayu (Manihot esculenta) ialah semak-samun berkayu dan ditanam secara meluas di kawasan tropika dan subtropika di dunia. Pada 2006, jumlah penghasilan didunia ialah 226 juta tan di 18.6 juta hektar kawasan tuaian. Penghasil utama ubi kayu ialah Nigeria diikuti oleh Brazil, Thailand dan Indonesia (Gambarajah 2.8.3). Hasil ubi kayu di Thailand berkedudukan pertama dengan 21 tan per hektar di atas lebih 1.1 juta hektar kawasan tuaian (Gambarajah. 2.8.4).

Gambarajah. 2.8.3. Negara utama di dunia dalam penghasilan ubi kayu pada 2006. - 53-

Gambarajah. 2.8.3. Kawasan tuaian dan jumlah ubi kayu. Asian Biomass Handbook

Ubi kayu boleh dibiakbaka melalui pemotongan kayu, dimana ia ditanam di atas tanah pada kedudukan menegak dan condong. Ia boleh tumbuh dengan baik walaupun di atas tanah yang tidak subur dan juga tahan kemarau. Akarnya yang berubi dan kaya dengan kanji boleh dituai lebih kurang 12 bulan selepas ia ditanam, akan tetapi ia juga boleh dituai seawal 8 bulan atau selewat-lewatnya selepas 24 bulan. Kandungan kanji di akar berubi di Thailand adalah dalam lingkungan 25%. Di Thailand, hasil ubi kayu telah meningkat disebabkan perkembangan jenis yang lebih baik (Gambarajah. 2.8.5). Buat masa kini, Rayong 9 dengan hasil sebanyak 30 tan per hektar telah diagihkan semenjak 2006. Akar bertuber untuk kebanyakan jenis mengandungi sianida dan ia harus dibuang dengan cara merendam tepung ubi kayu itu. Ubi kayu telah digunakan sebagai sumber karbohidrat asas untuk manusia di kebanyakan negara-negara tropika, bahan untuk makanan ternakan haiwan, dan juga sebagai sumber kanji. Penghasilan bioetanol daripada kanji ubi kayu sedang dimajukan. Penghasilan ubi kayu di Thailand pada 2007 adalah 27 juta tan dan carta aliran (Gambarajah. 2.8.6) menunjukkan pecahan kegunaan ubi kayu untuk makanan, suapan dan bahan api.

Gambarajah. 2.8.5. Sejarah statistik ubi Gambarajah. 2.8.6. Penggunaan ubi kayu di Thailand. kayu di Thailand.

- 54-

Asian Biomass Handbook

2.8.3 Tebu Tebu adalah rumput saka tinggi dan ditanam secara meluas di kawasan tropika dan subtropika untuk penghasilan gula. Ia adalah daripada genus Saccharum dan jenis yang paling komersial adalah jenis hybrid dengan S.officinarum. Pada 2006, jumlah penghasilan tebu sedunia adalah sebanyak 1,392 juta tan di 20.4 juta tan kawasan tuaian. Penghasil tebu terbesar adalah Brazil dan diikuti India, China, Mexico dan Thailand (Gambarajah. 2.8.7). Hasil tebu di Thailand adalah dalam 49.4 tan per hektar di atas purata keseluruhan 0.97 juta hektar kawasan penuaian (Gambarajah. 2.8.8).

Gambarajah. 2.8.7. Negara-negara utama di dunia dalam penghasilan tebu pada 2006

Gambarajah. 2.8.8. Kawasan tuaian dan hasil tebu

Mata tunas daripada batang pokok yang dipotong telah digunakan untuk penanaman. Tebu ialah sejenis tanaman C4 dengan kebolehan fotosintesis yang tinggi. Suhu optima adalah diantara 20-35oC dan keperluan minima taburan hujan adalah 1,2000 mm setahun. Batang tebu boleh dituai diantara 9 dan 14 bulan selepas penanaman menggunakan tangan atau mesin penuai. Selepas ditanam, tebu boleh dituai untuk beberapa kali oleh kerana batang yang baru dipanggil ladun boleh tumbuh semula daripada tunggul. Bahagian atas tebu yang dibuang semasa tuaian boleh digunakan sebagai makanan ternakan haiwan disesetengah kawasan. Untuk 10 tahun kebelakangan ini, penghasilan tebu di Thailand adalah tidak stabil dan berubah akibat keadaan cuaca dari tahun ke tahun.

- 55-

Asian Biomass Handbook

Hasil sampingan daripada kilang gula adalah hampas tebu, kerak turas (sisa jus tebu)

dan

molases.

1

tan

tebu

memberikan 105 kg gula, 500 kg air, 280 kg hampas tebu, 30 kg keras turas dan 55 kg molases. Hampas tebu adalah sisa

serat

selepas

diperah

dan

kebiasannya disuap kembali kedalam dandang untuk menghasilkan stim bagi

Gambarajah. 2.8.9. Sejarah statistik tebu di kegunaan kilang itu sendiri. Thailand. Ini menjadikan kilang itu adalah mampu diri daripada segi tenaga. Kerak turas kebiasaannya digunakan sebagai baja. Hasil sampingan yang paling berharga adalah molases yang boleh diproses lanjut kepada etanol atau monosodium glutamat. Hampir separuh daripada tebu yang dihasilkan di Brazil digunakan sebagai etanol. Etanol, yang dibuat bukan sahaja daripada molases tetapi juga jus tebu dicampur dengan gasoline (gasohol) sebagai bahan api pengangkutan. Buat masa ini, tebu merupakan tanaman paling ekonomi dan mesra alam untuk penghasilan bioetanol.

2.9 Biojisim penghasil minyak 2.9.1 Apakah itu biojisim penghasil minyak Biojisim penghasil minyak menghasil dan mengumpul lemak dan minyak daripada biji atau buah. Komponen utama lemak dan minyak adalah asid lemak triester dan gliserin. Lemak dan minyak diguna secara meluas sebagai makanan, bahan mentah industry dan penghasilan biodisel sebagai alternatif kepada minyak mineral disel. Contoh biojisim penghasil minyak adalah seperti berikut: (a) Kacang soya (Glycine max Merrill) USA, Brazil, Argentina dan China adalah negara penghasil utama. Minyak kacang soya mengandungi asid oleik (20-35%), asid linoleik (50-57%) dan asid - 56-

Asian Biomass Handbook

linolenik (3-8%). Ia digunakan secara meluas sebagai minyak makan dan bahan mentah untuk cat dan varnis. (b) Pokok sesawi (Brassica campestris L) Pokok sesawi ditanam di kawasan yang luas dari Asia ke Eropah disebabkan ia boleh tumbuh walaupun di kawasan beriklim sejuk. Negara pengeluar utama adalah China, Kanada, India, Jerman dan Perancis. Minyak biji sesawi diekstrak daripada biji sesawi mengandungi asid oleik (55-59%), asid linoleik (21-32%) dan asid linolenik (915%). Ia digunakan secara umumnya sebagai makanan seperti minyak masak dan minyak salad. (c) Pokok kelapa sawit (Elaeis guineenis Jacq) Negara pengeluar utama adalah Malaysia dan Indonesia. Kelapa sawit mempunyai produktiviti minyak tertinggi di kalangan biojisim penghasil minyak disebabkan buah sawit boleh dituai beberapa kali dalam setahun. Minyak sawit diperah daripada buah sawit mengandungi asid lemak tepu seperti asid palmitik (35-38%) dan asid stearik (3-7%) dan ia bukan sahaja digunakan di dalam industri makanan tetapi juga dalam industri bahan pencuci.

2.9.2 Cara penghasilan lemak dan minyak Untuk

pengasingan

lemak

dan

minyak

daripada

biji/buah,

proses

pemisahmampatan atau proses pengekstrakan pelarut telah digunakan. (a) Proses pemisahmampatan Digunakan untuk biji dengan kandungan minyak yang tinggi seperti biji sesawi dengan cara hempasan kasar dengan menggunakan kisar giling, pengelupasan, pemanasan pada 75-85oC dan pemisahmampatan menggunakan perah asak. (b) Proses pengekstrakan pelarut Digunakan untuk biji dengan kandungan minyak yang rendah seperti kacang soya melalui pengekstrakan menggunakan heksana.

2.9.3 Isipadu penghasilan oleh biojisim penghasil minyak - 57-

Asian Biomass Handbook

Penghasilan minyak biji dan lemak dan minyak sedunia (2005/06) di simpulkan dalam jadual di bawah. Isipadu penghasilan buah sawit dikira menggunakan isipadu penghasilan minyak sawit dan kandungan minyak dalam buah sawit. Jadual 2.9.1 Penghasilan minyak biji dan lemak dan minyak sedunia (2005/06, juta tan) Kacang soya Penghasilan minyak biji Penghasilan lemak dan minyak

Biji Bunga Kelapa sesawi matahari

220

43

30

5.3 (Kopra)

34.8

17.7

10.5

3.3

Isirung kelapa sawit

Sawit Lain-lain Jumlah

9.4

180 (Buah)

78.3

566

4.1

35.2

16.3

121.9

2.9.4 Bahan api biodisel Asid lemak metil ester dihasilkan melalui transesterifikasi lemak dan minyak dengan metanol yang mempunyai sifat fizikal yang serupa seperti minyak disel mineral daripada segi nilai pemanasan, kelikatan, nombor setana dan ia boleh digunakan sebagai bahan api biodisel (alternatif kepada minyak disel). Minyak biji sesawi di EU, minyak kacang soya di Amerika Syarikat dan minyak sawit di Asia digunakan sebagai bahan mentah untuk penghasilan biodisel. Di negara-negara EU, biodisel telah berkembang sejak dari 2002 dan penggunaannya telah mencapai 4 juta tan pada 2005.

2.9.5 Minyak sawit Pokok kelapa sawit (Elaeis guineensis) berasal dari Afrika barat. Ia pertama kalinya diperkenalkan ke Malaysia sebagai tanaman hiasan. Pada 1917, tanaman pertama komersil telah dijalankan di Estet Tennamaran, Selangor yang merupakan asas pertama untuk penanaman kelapa sawit secara besar-besaran dan industri kelapa sawit di Malaysia. Pada tahun 1960an, kerajaan telah memperkenalkan skim tanah - 58-

Asian Biomass Handbook

penempatan untuk penanaman kelapa sawit sebagai salah satu cara untuk menghapuskan kemiskinan bagi petani-petani yang tidak bertanah dah pemegang kecil. Kini, penanaman kelapa sawit di Malaysia kebanyakannya adalah berdasarkan sistem pengurusan estet dan skim pemegang kecil. Kini, lebih dari 4 juta hektar tanah di Malaysia adalah untuk penanaman kelapa sawit dengan penghasilan minyak sawit sebanyak 16 juta tan pada 2006. Kelapa sawit adalah tanaman yang mengeluarkan kedua-dua bunga jantan dan betina di pokok yang sama. Setiap pokok menghasilkan 12-20 tandan setiap tahun (kebiasannya dirujuk sebagai tandan buah segar, FFB ) dengan berat diantara 10-20 kg dengan lebih daripada 1000 biji buah untuk setiap tandan. Setiap buah berbentuk sfera atau lonjong. Secara umumnya, buah berwarna ungu gelap atau hampir hitam dan warnyanya akan bertukan kepada oren kemerahan apabila ia telah masak. Setiap buah terdiri daripada isirung keras (biji) di dalam tempurung (endokarpa) yang dikelilingi oleh mesokarpa yang berisi. Kelapa sawit menghasilkan 2 jenis minyak, minyak sawit mentah daripada mesokarpa dan minyak isirung kelapa sawit daripada isirung atau biji. Batang pokok tanaman muda dan dewasa disarung di dalam pelepah yang memberikan ia bentuk rupa yang agak kasar. Pokok yang lebih tua mempunyai batang pokok yang lebih licin disamping kesan parut yang ditinggalkan oleh dahan-dahan yang telah layu dan gugur. Pokok kelapa sawit mula berbuah selepas 3 tahun. Jangka hayat paling ekonomik adalah diantara 10-15 tahun, walaupun pokok kelapa sawit boleh terus berbuah sehingga 25-30 tahun. Selepas itu, ia akan menjadi terlalu tinggi (20 m ketinggian), dan kebiasaannya ia akan ditebang untuk penanaman semula dengan pokok atau klon baru. Di Malaysia, pokok-pokok yang ditanam kebanyakannya daripada variasi tenera, hibrid diantara dura dan pisifera. Variasi tenera boleh menghasilkan 4-5 tan minyak sawit mentah (CPO) per hektar setiap tahun dan lebih kurang 1 tan isirung sawit. Pokok kelapa sawit adalah paling cekap, memerlukan hanya 0.25 hektar untuk menghasilkan 1 tan minyak dibandingkan dengan kacang

- 59-

Asian Biomass Handbook

soya, matahari, dan biji sesawi yang masing-masing memerlukan 2.15, 1.50 dan 0.75 hektar.

2.9.6 Kelapa (a) Taksonomi tumbuhan Pokok kelapa adalah dibawah Alam Tumbuhan iaitu Divisi Magnoliophyta, Kelas Liliopsida, Tertib Arecales, Keluarga Arecaceae dan Genus Cocos. (b) Asal Terdapat 2 pandangan yang berbeza tentang asal kelapa. Salah satu daripadanya ialah ia berasal dari Amerika disebabkan beberapa spesis di dalam genus Cocos hanya boleh ditemui di Amerika dan kehadiran kelapa di Amerika pada tarikh awal telah direkodkan dalan sejarahnya. Namun begitu, terdapat juga orang lain yang mengatakan bahawa kelapa berasal dari Asia seperti yang ditunjukkan melalui penemuan biji daripada spesis Cocos di dalam deposit Pleiocene di Auckland utara, New Zealand, kehadiran lebih kepelbagaian variasi kelapa di Asia tenggara berbanding dengan Amerika dan juga sebab-sebab lain (Banzon, 1982). (c) Gambaran Peneroka Sepanyol yang awal memanggilnya sebagai koko, yang bermaksud “muka monyet” kerana 3 lekuk (mata) pada biji berbulu itu menyerupai kepala dan muka seekor monyet. Nucifera bermaksuk “biji berbuah”. Pokok kelapa seringkali digambarkan sebagai pokok saka. Pokok kelapa mempunyai batang pokok yang panjang dan beberapa dahan atau daun keluar daripada batang di bahagian atas, dengan dedaun hijau, bebungai putih yang tidak ketara, dan buah berwarna coklat. Pokok kelapa berbunga secara berterusan dengan penghasilan buah dan biji bermula sepanjang tahun dan berterusan. Dedaun dikekalkan daripada tahun ke tahun. Pokok kelapa mempunyai jangka hayat yang sederhana relatif kepada spesis tumbuhana yang lain dan kadar pertumbuhan yang juga sederhana. Pada tahap dewasa, pokok kelapa kebiasaannya boleh mencapai setinggi 20 m. (d) Ekologi - 60-

Asian Biomass Handbook

Kelapa merupakan tumbuhan yang sukakan matahari dan memerlukan cahaya matahari yang cukup untuk fotosintesis dan menaikkan suhu udara. Ia boleh tumbuh paling baik pada purata suhu 20oC dan adalah sensitif pada suhu yang rendah. Adalah juga diperhatikan bahawa kelapa tumbuh dengan baik pada taburan hujan diantara 1,300 ke 2,300 mm setahun. Ia mungkin juga tumbuh dengan baik pada 3,800 mm atau lebih jika tanahnya mempunyai saliran yang baik. Ia juga boleh tumbuh dengan sangat baik pada cuaca lembap. Tanah yang terbaik untuk kelapa adalah tanah gebu yang dalam seperti berpasir atau geluh berlodak atau tanah liat dengan struktur bergranular. (e) Pembuahan Variasi yang berlainan akan berbuah pada usia yang berbeza. Variasi kerdil akan mula berbuah selepas 3-4 tahun penanaman manakala variasi yang tinggi akan bermula selepas 5-7 tahun. Kadar cahaya matahari, taburan hujan dan suhu yang kompleks mengakibatkan keberkalaan dalam hasil di bulan-bulan yang berbeza dalam setahun. Hasil kajian menunjukkan hasil yang lebih banyak adalah diperolehi pada bulan Mac sehingga Jun. (f) Buah Buah kelapa adalah sebenarnya pepauh yang sebiji. Di luarnya adalah “kulit” yang asalnya berwarna hijau tetapi bertukar coklat apabila ia dikutip dan dikeringkan. Di dalam bahagian luar buah terdapat mesokarpa yang terdiri daripada pembuluh. Serat ini dipanggil “sabut” dan digunakan untuk membuat tikar dan tali. Apa yang kita beli di kedai runcit adalah sebenarnya “batu” pepauh itu yang mempunyai “tempurung”, endokarpa dan biji yang berada di dalam tempurung itu. Tempurung boleh digunakan sebagai bekas dan digunakan secara meluas oleh para artis untuk membuat barang perhiasan dan sebagai hiasan. Seterusnya terdapat lapisan biji yang nipis dan kemudiannya adalah isi putih atau dipanggil sebagai “kopra” atau “susu kelapa”. Kedua-dua kopra dan susu adalah endosperma kepada biji ini. Pokok kelapa adalah unik diantara tumbuhan disebabkan kandungan cecair endosperma yang melimpahi embrio yang muda itu. Pada asalnya, susu itu adalah agak manis dan kopra adalah nipis, akan tetapi apabila biji itu telah mula matang, cecair itu akan ditukarkan kepada - 61-

Asian Biomass Handbook

pepejal endosperma yang kaya dengan minyak (trigliserida). Endosperma yang keras itu, kopra dituai, dikeringkan dan kemudiannya ditekan untuk membebaskan minyak yang digunakan secara meluas sebagai bahan utama untuk syampu dan perapi rambut. (g) Bentuk produk daripada kelapa Kelapa dipanggil sebagai pokok kehidupan disebabkan kegunaannya yang banyak. Produk utama kelapa adalah termasuk minyak kelapa, kelapa parut, kelapa segar dan kopra (kelapa matang yang kering). Produk utama kelapa yang dihasilkan di Filipina adalah kopra, kek kopra, minyak kelapa, kelapa parut, kelapa muda segar dan sabut kelapa. Daripada senarai di atas, kelapa parut, kelapa muda segar “buko” dan minyak kelapa adalah produk dengan permintaan yang paling tinggi di pasaran asing. Adalah dianggarkan daripada 14 juta kelapa yang dihasilkan di dalam negara setiap tahun pada 2001-2005, lebih kurang 90% telah diproses kepada kopra. Penghasilan kopra setahun adalah dianggarkan pada 2 juta MT. Baki yang selebihnya (10%) daripada jumlah penghasilan kelapa dikhaskan untuk pembuatan kelapa parut (5%) dan produk kelapa yang lain seperti susu kelapa, “buko” dan untuk kegunaan harian. Daripada jumlah kopra yang dihasilkan, 62% diproses kepada CNO mentah – 60% daripadanya dieksport manakala 40% lagi yang tinggal digunakan untuk kegunaan domestik. Kek kopra atau yang tinggal sebagai hasil sampingan daripada penghasilan kopra mewakili 34% baki yang tinggal. Pemprosesan produk kelapa menghasilkan produk lain seperti bahan pencuci, sabun mandi, syampu, kosmetik, marjerin, minyak masak, bahan manisan, cuka dan juga “nata de coco”. Bahan perantara kelapa termasuklah oleokimia seperti asid lemak dan alkohol lemak. Baru-baru ini, minyak kelapa mentah telah ditukarkan kepada ester kokometil atau lebih popular dikenali sebagai biodiselkoko. Disepanjang proses penukaran, 2 produk samping telah dihasilkan yang dinamakan kopra dan gliserin. (h) Hasil sampingan kelapa Hasil sampingan utama daripada kelapa adalah tempurung kelapa, sabut kelapa dan pelepah kelapa. Tempurung kelapa boleh ditukarkan menjadi karbon teraktif - 62-

Asian Biomass Handbook

manakala sabut kelapa boleh diproses untuk menghasilkan arang tempurung kepala, sabut kelapa dan habuk sabut. Perbincangan yang seterusnya merujuk kepada kombinasi hasil sampingan kelapa yang utama: sabut kelapa, tempurung kelapa dan pelepah kelapa. Jumlah sisa yang dihasilkan setahun di dalam negara adalah bersamaan dengan hasil nilai nisbah sisa kepada produk (RPR) untuk sisa yang tertentu dan penghasilan tahunan tanaman atau produk. Nilai RPR untuk tanaman utama diberi di Jadual 2.9.1. Jadual 2.9.1. Nisbah sisa kepada produk (RPR). Sisa Pertanian

RPR

Tempurung kelapa

0.15

Sabut kelapa

0.33

Pelepah kelapa

0.33

Jadual 2.9.2 menunjukkan nilai pemanasan untuk sisa kelapa yang biasa digunakan di industri. Jadual 2.9.2. Nilai pemanasan sisa kelapa. Jenis sisa kelapa Tempurung kelapa Arang tempurung kelapa Arang sabut kelapa

Nilai pemanasan, Kcal.kg 4.436 (I. Cruz) 6,540 (Lozada) 6,320 (Lozada)

(i) Kegunaan sisa kelapa Tempurung kelapa digunakan kebanyakannya untuk perusahaan komersial bagi tujuan tenaga disebabkan nilai pemanasannya yang tinggi. Pengguna utama tempurung kelapa adalah restoran dan pemilik perusahaan makanan. Tempurung kelapa juga digunakan untuk pengeringan tanaman seperti kopra dan getah. Kegunaan tenaga yang lain bagi tempurung kelapa termasuklah dalam industri seramik dan dalam pemanasan. Kebanyakan sabut kelapa yang digunakan untuk pengeringan kopra menggunakan cara tradisional yang dipanggil “tapahan”. Baki selebihnya sabut kelapa - 63-

Asian Biomass Handbook

digunakan sebagai bahan api oleh kilang roti, pengeringan ikan, pembuatan tembikar, seramik, batu-bata dan persediaan makanan secara komersil. Pelepah kelapa digunakan sebagai bahan api untuk pengeringan kopra manakala yang lain pula digunakan di restoran, kilang roti, pengeringan ikan dan sebagainya.

2.9.7 Jatropha Nama genus Jatropha berasal daripada perkataan Greek iatros (doktor) dan trophe (makanan) yang membayangkan kegunaan perubatannya. Jatropha curcas L. berasal daripada Euphorbiaceae atau keluarga pokok spurge. Curcas purgans Medic. Nama umum/vernakular: Inggeris – physic nut, purging nut; Thailand – sabudam; Indonesia – jarak pagar; Cina – yu-lu-tzu, Filipina tubang-bakod; Brazil – mundubi-assu; Tanzania – makaen. Berdasarkan definisinya, ia adalah merupakan Gambarajah 2.9.1. Bahagian penting Jatropha Curcas: adahan berbunga, b-kulit kayu, c-urat daun, d-bunga pistilai, e-bunga jantan, fkeratan rentas buah yang belum matang, g-buah, hkeratan melintang buah; Sumber: Physic nut, Joachim Heller, IPGRI, p.11.

pokok saka kecil atau pokok renek kecil yang boleh mencapai ketinggian hampir kepada 6m. Tumbuhan itu yang berasal daripada Amerika tengah tumbuh secara utamanya di Asia dan Afrika dan dikenali sebagai Pourghere disana. Ia ditanam di kawasan tropika dan semi

tropika sebagai pagar. Namun begitu, bijinya adalah toksik kepada manusia dan kebanyakan haiwan dan spesis ini mempunyai rintangan terhadap tahap kekontangan yang tinggi dan disebabkan itu ia tidak bersaing dengan tanaman makanan. Ia boleh tumbuh tanpa perlindungan dan boleh digunakan sebagai pagar hidup untuk melindungi ladang tanaman dan juga rumah para petani. Jatropha menghasilkan biji dengan kandungan minyak sebanyak 37%. Apabila biji dihancurkan, minyak yang terhasil daripadanya boleh diproses untuk mendapatkan bahan api biodisel yang - 64-

Asian Biomass Handbook

berkualiti tinggi (diantara 30-35% hasil minyak boleh didapat daripada 1 kg biji) tanpa perlu ditapis terlebih dahulu dan boleh diaplikasikan pada enjin disel. Hasil sampingannya adalah kerak tekan yang merupakan baja organik yang baik, disamping minyak yang boleh digunakan sebagai racun serangga. Hasil sampingan gliserin daripada penghasilan biodisel boleh menyumbang kepada pendapatan sampingan. Kegunaan Lain: Daun – Daun muda mungkin selamat untuk dimakan sama ada selepas dikukus atau dididih. Apabila dimasak dengan daging kambing, ia dikatakan boleh menghilangkan baunya. Bunga – sebagai tumbuhan madu. Kekeras – Kadang-kala dipanggang dan dimakan walaupun ia adalah sejenis julap. Ia boleh dibakar seperti buah keras. Juga digunakan sebagai alat pencegah kehamilan. Biji – Minyak boleh digunakan untuk kegunaan pencahayaan, sabun, lilin, pengadukan minyak zaitun, dan untuk membuat minyak merah Turki. Minyak merah Turki juga dipanggil minyak jarak tersulphonat (atau tersulfat) adalah satu-satunya minyak yang larut sepenuhnya di dalam air. Ia dibuat dengan menambahkan asid sulfurik kepada minyak Jatropha tulen. Ia merupakan detergen sintetik pertama selepas sabun, memandangkan ia mudah digunakan untuk pembuatan bahan pencuci badan. Ia juga digunakan untuk perumusan minyak pelicir, pelembut and membantu dalam pencelupan. Bijinya adalah dihargai oleh populasi disesetengah kawasan sebagai makanan selepas ia direbus atau dibakar. Sebab untuk keadaan ini adalah tidak jelas sama ada ia adalah kerana kewujudan variasi Jatropha yang tidak bertoksik di Mexico dan Amerika Tengah atau disebabkan biji itu boleh dimakan selepas ia dimasak. Adalah juga dilaporkan bahawa biji Jatropha boleh dimakan apabila embrionya dikeluarkan. Akan tetapi, terdapat juga kemungkinan ia disebabkan biji ini datang daripada variasi tempatan yang tidak bertoksik.

- 65-

Asian Biomass Handbook

Akar – Abunya boleh menggantikan garam. Ia boleh digunakan untuk membunuh siput babi dan sebagai racun manusia, racun ikan dan racun tikus. Kulit kayu - Digunakan sebagai racun ikan Lateks – Ia boleh merencat virus “watermelon mosaic”.

Sap – Ia boleh bertanda pada linen. Kadangkala digunakan sebagai penanda. Pokok renek – Orang Mexico menaman pokok renek ini sebagai hos untuk serangga lak yang boleh digunakan sebagai ubat untuk hepatoprotektif dan ubat anti obesiti. Juga digunakan untuk kawalan hakisan. Maklumat Lanjut Banzon, J. A.; Velasco, J. R. Coconut: production and utilization. (1982)

2.10 Biojisim Tumbuhan Akuatik 2.10.1 Apakah itu biojisim tumbuhan akuatik Biojisim tumbuhan akuatik dihasilkan daripada air tawar dan persekitaran marin serta mempunyai potensi untuk digunakan oleh manusia. Antara biojisim tumbuhan akuatik yang terkini termasuklah tumbuhan bijian, rumpai laut dan mikroalga dimana kebanyakannya dihasilkan secara semulajadi dan ada juga melalui penanaman manusia dengan penghasilan kultur. Biojisim tumbuhan biji di air tawar adalah termasuk tumbuhan air (Eichihornia crassipes (Mart.) Solms) dan juga kiambang. E. crassipes berasal dari Brazil tumbuh secara aktif pada 18-32oC tetapi tidak menunjukkan pertumbuhan yang positif untuk suhu di atas 34oC dan dibawah 0oC. Setakar ini tiada spesis kiambang termasuklah hampir 30 spesis yang terekod pernah dipilih untuk penggunaan biojisim. Di dalam 60 spesis terangkum di dalam 13 genus dan 3 famili (Hydrocharitaceae, Zosteraceae dan Cymodoceaceae) untuk tumbuhan bijian marin (rumput laut) di dalam dunia, rumput belut (Zostera marina L.) dan spesis yang - 66-

Asian Biomass Handbook

berkaitan yang mana taburannya diantara latitud tengah dan tinggi telah menarik paling banyak minat untuk digunakan sebagai biojisim (Hartog, 1970). Alga termasuklah makroalga bermultisel (rumpai laut) dan mikroalga satu sel (fitoplankton). Rumpai laut tinggal kebanyakannya di air laut dan biojisim daripadanya digunakan secara aktif daripada 220 spesis alga merah, 88 spesis alga perang dan 27 spesis alga hijau di dunia (Indergaard, 1982). Mikroalga adalah tersebar secara meluas di kedua-dua air tawar dan marin walau spesisnya adalah berbeza. Buat masa kini, spesis yang paling menarik untuk dijadikan biojisim adalah alga hijau daripada Chlorella Scenedesmus dan Dunaliella dan alga biru hijau daripada Spiriluna di air tawar. Strain yang terpilih dikultur secara tiruan untuk penggunaan biojisim dan sesetengah strain air tawar dikultur di air laut selepas rawatan aklimasi.

2.10.2 Produktiviti Produktiviti E. crassipes telah direkodkan sebagai 11-23 kgFW (berat segar)/m2 setahun (0.5-1.2 kgDW (berat kering)/m2 setahun) semasa musim pertumbuhan di Jepun dan boleh mencapai 21.1 kgDW/m2 setahun dibawah pencahayaan dan nutrien yang mencukupi. Produktiviti rumput belut adalah 0.3-0.8 kgDW/m2 setahun (120-320 gC/m2 setahun), dan Thalassia mencapai 5 gDW/m2 sehari sepanjang tempoh 8 bulan di Florida, Amerika Syarikat. Alga merah, Hypnea mempunyai produktiviti sebanyak 12-17 gDW/m2 sehari di tangkai luar (Slesser and Lewis, 1973). Produktiviti mikroalga secara purata adalah 2-10 gDW/m2 sehari di tangki luar dan boleh meningkat sehingga 500 gDW/m2 sehari di bawah keadaan optima.

2.10.3 Penggunaan praktikal sumber terkini E. crassipes mengandungi kesemua asid amino yang penting dan merupakan sumber makanan ternakan terbaik untuk haiwan seperti khinzir dan ayam walaupun logam berat yang terkandung dalam tumbuhan haruslah disingkirkan terlebih dahulu - 67-

Asian Biomass Handbook

sebelum digunakan. Untuk kegunaan tenaga, 373 m3/tonFW biogas dengan 60-80% kandungan metana dan ca. 5,300 kcal/m3 untuk pembakaran kalori telah dihasilkan melalui fermentasi E. crassipes. Oleh kerana E.crassipes mengandungi 3.2% nitrogen, 0.7% fosforus dan 2.8% kalium di dalam jumlah bersih DW, maka aplikasi sebagai baja dan agen pengubahsuaian tanah adalah dalam pertimbangan. Biojisim rumput belut digunakan sebagai sebahagian daripada makanan ternakan untuk babi laut dan manati di akuarium. Teknologi untuk penanaman tiruan untuk rumput belut belum lagi dihasilkan setakat ini. Biojisim rumpai laut telah digunakan secara meluas di dunia (Jadual 2.10.1). Penuaian tahunan untuk rumpai laut adalah ca. 1.3 M(juta) tan FW untuk alga perang dan ca. 0.81 tan FW untuk alga merah. Kebanyakan daripadanya adalah semulajadi dan penanaman secara tiruan telah meningkat kini. Rumpai laut telah digunakan sebagai makanan ternakan kering, makanan manusia, baja, agen pengubahsuaian tanah dan sebagainya. Bahan-bahan berguna yang terkandung dalam rumpai laut seperti polisakarida yang unik, iodin dan sebagainya digunakan sebagai bahan mentah untuk mengekstrak bahan yang berguna (Indergaard, 1982). Kelpa mengandungi asid alginik di dalam 13-45% daripada DW dan digunakan untuk menghasilkan makanan, ubatubatan, kosmetik, pencelup warna, cat, pembuatan kertas, bahan penyudah dalam, minyak pelincir dan sebagainya. Sesetengah alga merah mengandungi agar-agar dan juga seakan agar-agar yang dipanggil karagenan. Jadual 2.10.1. Hasil tahunan penghasilan rumpai laut dan potensi produktiviti di seluruh dunia. (x103 tan FW, Michanek 1975 (dirujuk daripada Indergaard 1982) Alga merah

Alga perang

1971-73

Kawasan

1971-73

Hasil tahunan

Produktiviti Potensi

Hasil tahunan

Produktiviti Potensi

18 Lautan artik

-

-

-

-

21 NW Atlantik

35

100

6

500

- 68-

Asian Biomass Handbook

27 NE Atlantik

72

150

208

2,000

31 W Atlantik Tengah

-

(10)

1

1,000

34 E Atlantik Tengah 37 Mediterranean, Laut Hitam

10

50

1

150

50

1,000

1

50

41 SW Atlantik

23

100

75

2,000

47 SE Atlantik

7

100

13

100

51 W Hindia

4

120

5

150

57 E Hindia

3

100

10

500

61 NW Pasifik

545

650

825

1,500

67 NE Pasifik

-

10

-

1,500

71 W Pasifik Tengah

20

50

1

50

77 E Pasifik Tengah

7

50

153

3,500

81 SW Pasifik

1

20

1

100

87 SE Pasifik

30

100

1

1,500

Jumlah

807

2,610

1,301

14,600

Nombor kawasan mewakili klasifikasi FAO untuk kawasan lautan dunia. Mikroalga mengandungi peratus protin yang tinggi mencecah 50-70% untuk DW. Pelbagai penggunaan mikroalga telah didapati seperti bahan tambahan untuk penjagaan kesihatan, bahan mentah untuk mengekstrak pigmen seperti karetenoid dan fikobilin, vitamin dan sebagai makanan ternakan untuk organisma akuatik. Disebabkan saiznya yang mikro dan kepekatan biojisim yang rendah secara semulajadi, maka biojisim mikroalga disediakan melalui penanaman tiruan menggunakan tangki, kolam atau terusan di tanah kawasan latitud rendah atau pertengahan yang sesuai untuk penanaman sepanjang tahun. Model perniagaan telah dicadangkan untuk mengkultur mikroalga dengan makanan kulit siput menggunakan air laut dalam yang bernutrisi tinggi (Roels et al., 1979). - 69-

Asian Biomass Handbook

2.10.4 Sumber dirian untuk sumber biojisim Sumber dirian untuk biojisim daripada lapisan rumput laut semulajadi adalah 0.1-0.5 kgDW/m2 secara purata dan boleh mencecah sehingga 2kgDW/m2 di kawasan komuniti padat. Lapisan rumput laut semaking berkurangan akibat daripada perubahan persekitaran dan penebusgunaan tanah di dunia dan juga ketidakcekapan teknik penyenggaraan secara tiruan dan pemulihan. Berdasarkan anggapan 0.3 kgDW/m2 untuk purata ketumpatan dan 90% kandungan air di dalam rumput belut, adalah dijangka terdapat lebih daripada 10 Mtan biojisim rumput belut di seluruh dunia. Berdasarkan anggaran yang dibuat berasaskan sumber semulajadi rumpai laut oleh Jensen (1978, selepas Indergaard, 1982), permintaan untuk asid alginik adalah 50,000 tan setahun yang memerlukan sebanyak 1,300 MtanFW rumpai laut. Permintaan tahunan untuk karagenan, agar, “nori”, ”wakame” dan kelpa masingmasing sebanyak 30,000, 20,000, 35,000, 30,000, 250,000 tan dan kuantiti rumpai laut yang diperlukan untuk setiap di atas adalah sebanyak 0.40, 0.50, 0.40, 0.20 dan 2.00 MtanFW. Ini adalah 1.1-3.0 kali lebih tinggi jika dibandingkan dengan permintaan pada lewat 1970an. Tambahan pula, terdapat beberapa MtanFW rumpai laut yang diperlukan untuk pasaran makanan rumpai laut, industri kimia, kegunaan tenaga dan industri bahan kimia ketulenan tinggi. Untuk memenuhi keperluan rumpai laut yang meluas ini, adalah penting untuk peningkatan penghasilan rumpai laut terutamanya di kawasan pesisiran dan juga di kawasan air terbuka pada masa hadapan. Maklumat Lanjut Hartog, C. den. Seagrasses of the world. North Holland, Amserdam. pp.275 (1970) Indergaard, M. The aquatic resource. In Biomass utilization (ed. W. A. Cote) Plenum Press, New York, pp.137-168 (1982) Mann, K. H. Ecology of coastal waters: a systems approach. Univ. Calif. Press, pp.322. (1982) Roel, O. A.; Laurence, S.; Farmer, M. W.; Hemelryck, L. Van. The utilization of cold, nutrient-rich deep ocean water for energy and mariculture. Ocean Mangement, 5,199-210 (1979). - 70-

Asian Biomass Handbook

Slesser, M. and C. Lewis. Biological energy resources. E. & F. N. Spon Ltd., London (1979).

2.11 Sisa Pertanian Sisa pertanian merujuk kepada sisa yang dihasilkan di ladang atau kebun semasa tuaian dan aktiviti-aktiviti lain. Sebagai sumber tenaha, sisa pertanian yang ada termasuklah daripada bijian, tanaman rizom dan tebu. Disamping itu, terdapat sejumlah besar dan juga variasi daripada sisa sayur-sayuran yang boleh dihasilkan tetapi tidak dipertimbangkan sebagai sumber tenaga memandangkan kesukaran untuk pengumpulan secara efisien untuk skala besar.

2.11.1 Jenis dan ciri-ciri sisa pertanian (a) Padi dan gandum Sisa daripada padi dan gandum kebanyakannya adalah daripada sekam dan jerami. Daripada kesemua ini, sekam secara umumnya merujuk kepada yang terdapat daripada padi. Ini adalah kerana sekam gandum tidak akan gugur apabila dituai dan ia boleh diproses tanpa perlu ditanggalkan terlebih dahulu. Sekam padi adalah hampir seragam daripada segi bentuk dah saiz dan sesuai untuk pemprosesan dan pengangkutan. Akan tetapi, sekam padi mempunyai struktur yang keras dan kurang sesuai untuk fermentasi, disebabkan kandungan lignin dan silika (SiO 2) yang tinggi. Kebanyakan sekam padi digunakan sebagai bahan api untuk pembakaran. Akan tetapi, kandungan silika di dalam sekam sehingga 10 kepada 20 % berat akan menyebabkan kerosakan pada insinerator semasa pembakaran. Akan tetapi, walaupun jerami juga mengandungi lignin, silika dan sebagainya, namun ia boleh difermentasi berbanding dengan sekam dan kini digunakan sebagai sumber tenaga untuk pembakaran dan juga fermentasi. (b) Jagung dan tanaman rizom Sisa jagung dihasilkan bukan sahaja sebagai hasil di ladang (daum, batang pokok, dan sebagainya) tetapi juga sebagai batang jagung selepas pemprosesan. Isirong jagung mempunyai kandungan kanji yang tinggi dan digunakan untuk penghasilan etanol melalui fermentasi di Amerika Syarikat. - 71-

Asian Biomass Handbook

Tanaman rizom meninggalkan dedaun dan batang sebagai sisanya. (c) Tebu Semua bahagian tebu melainkan batangnya, seperti bahagian atas tebu yang hanya mempunyai kandungan gula yang rendah, dedaun dan akar akan ditanggalkan sebelum batangnya dipindahkan ke kilang gula dan tinggal sebagai sisa daripada ladang.

2.11.2 Isipadu penghasilan Walaupun mod dan isipadu penghasilan sisa pertanian mungkin berbeza daripada segi kawasan penghasilan, akan tetapi kadar penghasilan sisa relatif kepada hasil tanaman dilaporkan setinggi 140% untuk padi, 130% untuk gandum, 100% untuk jgung dan 40% untuk tanaman rizom (Hal et al., 1993). Dalam rujukan ini, kadar penghasilan sisa tebu daripada batang, dedaun dan bahagian atas yang dihasilkan di ladang semasa penuaian dilaporkan sebagai 28% relatif kepada hasil tanaman. Penghasilan tahunan sisa pertanian adalah dianggarkan dengan menentukan penghasilan setiap jenis tanaman berdasarkan statistik FAO (2000) dan dengan menggunakan kadar penghasilan sisa seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah. 2.11.1. Lebih kurang 3 billion jumlah sisa pertanian dihasilkan diseluruh dunia, dimana sisa padi adalah yang terbesar dengan 836 juta tan. Sisa daripada tanaman rizom berjumlah sebanyak 272 juta tan, manakala sisa gandum dan jagung yang tidak dihasilkan di Jepun masing-masing berjumlah sebanyak 754 dan 591 juta tan.

Jadual. 2.11.1. Penghasilan sisa bijian dan hampas tebu - 72-

Asian Biomass Handbook

2.11.3 Potensi biotenaga sedunia Potensi biotenaga sedunia untuk sisa pertanian untuk tahun 2000 dipamerkan dalam Jadual 2.11.1. Nilai-nilai ini adalah dianggar berdasarkan hasil sisa dikalikan dengan faktor penukaran tenaga, faktor ketersediaan dan sebagainya (Hall et al., 1993). Sisa padi memberikan nilai terbesar iaitu sebanyak 3.4EJ, diikuti oleh sisa tebu dan sisa gandum iaitu masing-masing sebanyak 3.3EJ. Jadual 2.11.1. Potensi biotenaga daripada sisa pertanian Potensi biotenaga (PJ/tahun) Sisa Padi

3,407

Sisa Gandum

3,299

Sisa Jagung

2,614

Sisa tanaman rizom

407

Sisa tebu

1,550

Jumlah

11,27 7

Further information Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO Statistical Database, FAO Statistical Database, (http://www.fao.org/) Hall, D. O.; Rosillo-Calle, F.; Williams, R. H.; Woods, J. “Biomass for Energy: Supply Prospects”, In: Renewable Energy, Johansson, T. B. eds., (1993) pp.594, Washington, Island Press.

2.12 Sisa Kayu 2.12.1 Sifat-sifat dan kepentingan persekitaran Karbon berasaskan kayu daripada hutan mampan, di mana jumlah yang dituai adalah kurang daripada jumlah pertumbuhan, berkitar di hutan, komuniti manusia dan atmosfera. Kayu daripada hutan mampan dipanggil “neutral karbon” kerana ia tidak - 73-

Asian Biomass Handbook

akan mengakibatkan peningkatan kepekatan karbon dioksida di atmosfera. Penggunaan bahan api fosil untuk penghasilan perhutanan adalah lebih kecil jika dibandingkan dengan pertanian atau perikanan, dan lebih kurang tenaga digunakan untuk menghasilkan produk perkayuan seperti kayu gergaji, atau bangunan berkayu daripada untuk menghasilkan produk keluli dan sebagainya. Galakan untuk penggunaan kayu boleh menyumbang kepada pengurangan karbon dioksida. Akan tetapi, hanya 30% biojisim karbon kayu boleh didapati daripada produk akhir kayu seperti bangunan berkayu. Oleh yang demikian, adalah penting untuk mencapai keseimbangan diantara sumber melalui kitaran semula bahan dan penjimatan bahan api fosil dengan cara menggunakan sisa kayu untuk tenaga. Ketumpatan kayu dan komposit kayu adalah diantara 0.2 sehingga 1.0 g/cm3, dan berat kayu berketumpatan rendah adalah berbeza sehingga 3 kali ganda bergantung pada kandungan lembapannya. Oleh yang demikian, untuk kebanyakan kayu yang digunakan di Jepun, ketumpatannya adalah dianggarkan sebanyak 0.42 g/cm3. Kandungan karbon ialah 0.5. Akan tetapi, kadang-kala nilai kandungan karbon sebanyak 0.45 digunakan untuk komposit kayu seperti papan partikal atau papan serabut ketumpatan sederhana yang mengandungi 10% berat nisbah perekat sebagai bahagian terbitan kayu

2.12.2 Sisa daripada industri kayu Jenis dan kandungan lembapan sisa kayu daripada kilang pemprosesan kayu seperti kilang papan dan kilang papan lapis adalah berbeza antara satu sama lain. Sisa yang lebih besar akan dijadikan serpai kayu dan dijual untuk pulpa atau komposit kayu seperti kepingan balak daripada kilang papan atau kupasan teras daripada kilang papan lapis. Sisa lebih kecil seperti kulit kayu, habuk gergaji, habuk ketam atau sisa venir adala digunakan sebagai alas haiwan ternakan di ladang berhampiran, sebagai bahan api dandang di kilang atau sebagai kompos. Hanya 7% daripada jumlah anggaran 12 juta m3 sisa kayu yang dihasilkan pada tahun 2005 yang dibakar tanpa kegunaan atau pun dibazirkan. - 74-

Asian Biomass Handbook

Di dalam kilang berskala besar, penghasilan dengan pembebasan sifar boleh dicapai dengan mengkitar semula sisa untuk generasi kuasa elektrik atau stim daripada pengeringan kayu. Tetapi untuk kilang papan yang kecil tanpa kemudahan pengeringan atau pengisar, sistem penggunaan sisa seperti sistem pengumpulan berskala kecil haruslah diadakan. Kebelakangan ini, penghasilan pelet kayu daripada kulit kayu atau habuk kayu semakin meningkat kerana ia mudah untuk dikendalikan dan mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi.

Gambarajah. 2.12.1. Aliran kayu di Jepun.

- 75-

Asian Biomass Handbook

Jadual 2.12.1. Penghantaran produk kayu utama untuk sektor penggunaan (1,000m3) (2005).

2.12.3 Sisa daripada penggunaan kayu Untuk tahun 2005, adalah dianggarkan 22 juta m3 sisa dihasilkan di sektor pembinaan, perabut, pengangkutan dan kejuruteraan awam. Sisa daripada kejuruteraan awam termasuklah pokok-pokok yang ditebang semasa kerja pembinaan. Hanya 10% sisa dikitar semula sebagai bahan; 1.6 juta m3 untuk papan partikel, dll., dan 0.8 juta m3 untuk pulpa. “Undang-undang Kitaran Semula Pembinaan” menetapkan bahawa sisa buangan kayu daripada sektor pembinaan dan kejuruteraan awam haruslah diasingkan dan dikitar semula. Pada 2005, adalah dianggarkan 62.8% daripada 15 juta m3 sisa yang dihasilkan telah dikitar semula dalam pelbagai cara terutamanya untuk generasi tenaga kecuali untuk pengurangan isipadu melalui penunuan Untuk tempoh komitmen pertama bagi Protokal Kyoto, kenaikan harga petroleum telah memberikan insentif tambahan untuk banyak industri seperti loji jana kuasa, kilang besi, kilang simen dan kilang kertas untuk menggunakan sisa kayu untuk penghasilan tenaga. Syarikat kitar semula juga mendapat faedahnya disebabkan yuran - 76-

Asian Biomass Handbook

pelupusan yang dikenakan untuk pengumpulan sisa daripada penggunaan kayu. Menerusi usaha-usaha di atas, objektif “Undang-undang Kitaran Semula Pembinaan” boleh dicapai dan terdapat kemungkinan bekalan sisa kayu tidak mencukupi untuk keperluan berikut. Kitaran semula bahan untuk sumber pemuliharaan haruslah diutamakan. Akan tetapi, sumber dengan bahan perekat atau cat tidak boleh digunakan untuk serpai kayu dan hampir kesemua sisa papan kayu tidak boleh dikitar semula sebagai bahan. Sisa kayu kecil atau komposit yang memerlukan kos tinggi untuk dikitar semula sebagai baha haruslah dihancurkan atau digunakan sebagai serpai kayu. Maka dengan cara ini, lebih daripada separuh sisa kayu boleh dikitar semula sebagai tenaga tanpa pembaziran dan ini boleh mengurangkan penggunaan bahan api fosil lebih daripada 1 juta tan C.

2.12.4 Teknologi untuk penggunaan tenaga Kecuali untuk pokok yang ditebang untuk projek kejuruteraan kimia, kandungan lembapan untuk sisa daripada penggunaan kayu dianggap sebanyak 15% berdasarkan asas kering. Kecekapan tenaga untuk pembakaran terus sebagai bahan api serpai kayu adalah tinggi secara relatif. Terdapat juga kemungkinan penggasan untuk generasi kuasa elektrik atau penghasilan bahan api gas atau cecair. Akan tetapi, terdapat pertimbangan lebih lanjut yang diperlukan apabila menggunakan sisa daripada industri kayu untuk penghasilan tenaga disebabkan kandungan lembapan yang boleh mencapai hampir 100% dalam asas kering dan juga disebabkan terdapat banyak jenis sisa. Habuk gergaji dan kulit kayu yang hanya memerlukan tenaga yang kecil boleh digunakan sebagai pelet kayu. Kerajaan negara Jepun berhasrat untuk menghasilkan 2 juta kL bioetanol daripada sisa kayu menjelang 2020. Lignin mengelilingi selulosa dan sebagainya di dalam dinding sel kayu, maka pensakaridaan dan fermentasi adalah rumit tanpa pra pemprosesan. Terdapat pandangan bahawa automobil haruslah berkuasa elektrik dan bukan melalui bahan api cecair di masa hadapan. - 77-

Asian Biomass Handbook

Maklumat Lanjut Ministry

of

Land,

Infrastructure

and

Transport

Japan:

Investigation

of

construction byproducts 2005(2006) (in Japanese) Mayu Takagi, Hachiro Takeda, Takeshi Okano: Trends in the carbon transferred from forests to the populated area of Japan –Estimates from timber supply and demand statistics-, Wood Industry,62(8), 354-357(2007) (in Japanese) Mario Tonosaki, Yuko Tsunetsugu, Masayuki Ozawa, Kenji Hanaoka: Wood utilization for Japanese forestry, Journal of the Japan Institute of Energy, 84, 973-979(2005) (in Japanese)

2.13 Sisa Buangan Haiwan 2.13.1 Apakah itu sisa buangan haiwan Najis dan air kencing daripada haiwan ternakan adalah produk utama sisa buangan haiwan dan ia meliputi sebahagian besar jumlah bahan buangan organik domestik di Jepun. Najis dan air kencing mengandungi banyak bahan organik boleh urai dan juga bahan nutrien seperti nitrogen and fosforus. Kuantiti dan kualiti najis dan air kencing adalah sangat berbeza bergantung pada jenis haiwan ternakan, berat, makanan ternakan, jumlah air minuman, sistem pembiakanbakaan, musim dan keadaan haiwan ternakan. Berdasarkan sifat-sifatnya, najis dan air kencing adalah diproses dan disimpan atau digunakan berdasarkan kaedah yang sesuai. Produk lain daripada sisa haiwan termasuklah sisa daripada rumah sembelihan atau hasil sampingan hasil pemprosesan daging.

2.13.2 Sifat-sifat sisa buangan haiwan Jadual 2.13.1 menunjukkan jumlah sisa perkumuhan untuk jenis haiwan ternakan utama. Jumlah najis dan air kencing yang dikumuh untuk setiap jenis haiwan ternakan dikira berdasarkan syarat-syarat keadaan standard untuk makanan ternakan - 78-

Asian Biomass Handbook

berdasarkan jenis haiwan dan berat badan. Secara umumnya, najis lembu mempunyai kandungan karbon yang tinggi (nisbah C/N: nisbah kandungan karbon dan nitrogen), akan tetapi mengandungi banyak bahan organik yang secara relatifnya sukar untuk diuraikan. Najis poltri mengandungi kepekatan tinggi bahan kimia nutrien seperti nitrogen, fosforus dan kalium dan juga mengandungi banyak jenis bahan organik yang secara relatifnya mudah untuk diuraikan. Kategori sisa untuk sisa daripada rumah sembelihan termasuklah bahan yang tidak sesuai untuk dijadikan makanan (bahagian tidak boleh dimakan seperti visera, tulang, lemak, darah, kulit dan bulu). Jadual 2.13.1. Jumlah bahan perkumuhan standard daripada haiwan ternakan utama. Jenis haiwan ternakan

Najis

Jumlah berat

Nitrogen

Fosforus

(kg/kepala/d)

(gN/kepala/d)

(gP/kepala/d)

Air kencing

Jumlah

Najis

Air kencing

Jumlah

Najis

Air kencing

Jumlah

Bersusu

45.5

13.4

58.9

152.8

152.7

305.5

42.9

1.3

44.2

Tidak bersusu

29.7

6.1

35.8

38.5

57.8

96.3

16.0

3.8

19.8

Lembu betina muda

17.9

6.7

24.6

85.3

73.3

158.6

14.7

1.4

16.1

Lembu pembiakbakaan

17.8

6.5

24.3

67.8

62.0

129.8

14.3

0.7

15.0

20.0

6.7

26.7

62.7

83.3

146.0

15.8

0.7

16.5

Baka tenusu

18.0

7.2

25.2

64.7

76.4

141.1

13.5

0.7

14.2

Khinzir penggemukan

2.1

3.8

5.9

8.3

25.9

34.2

6.5

2.2

8.7

Khinzir betina dewasa

3.3

7.0

10.3

11.0

40.0

51.0

9.9

5.7

15.6

Ayam

Anak Ayam

0.059

-

0.059

1.54

-

1.54

0.21

-

0.21

penelur

Dewasa

0.136

-

0.136

3.28

-

3.28

0.58

-

0.58

Dewasa

0.130

-

0.130

2.62

-

2.62

0.29

-

0.29

Lembu tenusu

Lembu daging

Khinzir

Ayam pedaging

(dibawah usia 2 tahun) Lembu pembiakbakaan (usia 2 tahun dan keatas)

2.13.3 Penghasilan sisa buangan haiwan Berdasarkan data yang ditunjukkan di Jadual 2.13.1, jumlah penghasilan tahunan sisa buangan haiwan ternakan di Jepun dianggarkan sebanyak 60.7 juta tan najis dan 27.7 juta tan air kencing (Jadual 2.13.2). Sisa buangan haiwan ternakan di Jepun mengadungi 670 ribu tan nitrogen dan 108 ribu tan fosforus. Kandungan ini - 79-

Asian Biomass Handbook

adalah sangat besar dengan mengambil kira jumlah nitrogen dan forforus yang digunakan sebagai baja di Jepun masing-masing adalah 480 ribu tan dan 250 ribu tan. Statistik untuk jumlah sisa daripada rumah sembelihan tidak diperolehi, akan tetapi kuantitinya (lebih kurang 1.5 juta tan) adalah 2% daripada jumlah besar sisa buangan hawain. Jadual 2.13.2. Jumlah penghasilan tahunan sisa buangan haiwan ternakan di Jepun.

Jenis

Sisa Buangan Haiwan

Bahan oganik, N and P dalam sisa

Ternakan

buangan

(ribu tan)

(ribu tan)

Angka (ribu) Najis

Air kencing

Jumlah

Bahan organik

Nitrogen

Fosforus

Lembu Tenusu

1,683

21,206

6,261

27,467

3,424.2

134.9

18.8

Lembu daging

2,805

18,990

6,872

25,862

3,452.5

130.9

15.9

Khinzir

9,724

7,857

14,586

22,443

1,644.3

151.5

32.3

Ayam penelur

174,550

7,698

7,698

1,154.6

154.0

29.3

Ayam pedaging

104,950

4,975

4,975

746.2

99.5

11.4

88,444

10,421.9

670.8

107.6

Jumlah

60,725

27,719

2.13.4 Rawatan umum dan penggunaan sisa buangan daripada haiwan Dr. Haga (Pertubuhan Penyelidikan Pertanian dan Makanan Nasional) telah meringkaskan sistem utama yang telah digunakan untuk rawatan sisa buangan haiwan ternakan di Jepun (Gambarajah. 2.13.1). Berdasarkan hasil penyiasatan oleh Biro Penghasilan Pertanian dari Jabatan Industri Haiwan Ternakan, bahagian pepejal najis kebiasaannya hanya dikumpul atau dikendalikan dengan proses pengomposan yang mudah manakala bahagian cecair akan disimpan atau digunakan di ladang sendiri sebagai baja di kebanyakan ladang lembu tenusu dan lembu daging. Untuk kes pembiakbakaan khinzir, sistem pengomposan dengan pengudaraan paksa merupakan kaedah utama yang digunakan untuk memproses bahagian pepejal dan sistem penulenan air buangan telah digunakan di kebanyakan ladang untuk merawat bahagian - 80-

Asian Biomass Handbook

cecair. Tambahan pula, untuk kebanyakan kes selepas rawatan pengeringan, najis ayam pedaging dan penelur akan dijual dan digunakan di ladang yang lain. Secara umumnya, petani lembu tenusu dan daging memiliki tanah sendiri untuk penternakan manakala petani khinzir dan poltri pula tidak memiliki tanah sendiri. Ini merupakan sebab utama mengapa terdapatnya perbezaan rawatan sisa buangan haiwan ternakan. Sisa daripada rumah sembelihan dan hasil sampingan lain daripada pemprosesan daging adalah dirawat melalui proses yang dipanggil “tebus guna”, dan kebanyakan daripadanya digunakan sebagai lemak dan minyak boleh makan atau sebagai sumber industri.

Gambarajah. 2.13.1. Jenis pembiakbakaan utama dan sifat-sifat najis untuk setiap jenis haiwan ternakan

- 81-

Asian Biomass Handbook

2.13.5 Nilai sisa buangan haiwan dan jumlah amaun sedunia Untuk mengira nilai sisa buangan haiwan ternakan sebagai sumber, pertimbangan haruslah diberikan kepada nilainya sebagai 1) sumber nutrisi untuk tumbuh-tumbuhan (nitrogen, fosforus, dan sebagainya), 2) sebagai sumber sebatian organik dengan kesan positif terhadap pertumbuhan tanaman dan 3) sebagai sumber tenaga. Disebabkan terdapatnya perbezaan diantara keadaan pembiakbakaan, maka adalah sukar untuk mengira secara tepat amaun nutrisi seperti nitrogen and fosforus di dalam najis untuk kesemua haiwan ternakan ini untuk seluruh dunia. Berdasarkan statistik FAO, jumlah amaun nutrisi di dalam najis untuk kesemua haiwan ternakan di dunia telah dianggarkan sebanyak 140-150 kali lebih besar daripada yang dihasilkan di Jepun.

2.14 Enap Cemar Kumbahan 2.14.1 Apakah itu enap cemar kumbahan Enap cemar kumbahan didefinisikan di dalam teks ini sebagai bahan pepejal yang dibebaskan daripada kemudahan rawatan air buangan enap cemar kumbahan diaktifkan sebagai hasil rawatan air buangan tindakbalas aerob. Enap cemar kumbahan ini kebiasaannya adalah campuran bahan boleh mendap di dalam enap cemar dan mikroorganisma, serta mempunyai kandungan bahan organik yang tinggi boleh dipertimbangkan sebagai biojisim boleh guna semula.

2.14.2 Jenis-jenis dan sifat-sifat enap cemar kumbahan Proses standard enap cemar diaktifkan digambarkan dibawah dalam Gambarajah. 2.14.1 sebagai proses biasa rawatan air buangan tindakbalas aerob.

- 82-

Asian Biomass Handbook

Gambarajah. 2.14.1 Proses standard asas enap cemar diaktifkan Untuk proses enap cemar diaktifkan, bahan boleh mendap terkandung di dalam kumbahan yang masuk akan dikeluarkan di pencampur primer dan ditinggalkan sebagai kumbahan mentah. Kumbahan ini kemudiannya disalurkan kepada besen pengudaraan dimana kumbahan ini akan dicampur semula dengan enap cemar diaktifkan, diudarakan dan diaduk dengan kuat. Campuran kumbahan dan enap cemar diaktifkan di dalam basin pengudaraan ini dipanggil campuran likuor. Kebanyakan bahan pencemar organik telah pun dikeluarkan daripada fasa cecair melalui penjerapan bio dan akhirya terurai melalui asimilasi mikrob terhadap enap cemar diaktifkan itu. Campuran likuor itu kemudiannya disalurkan kepada pencampur akhir dimana pepejal terampai (enap cemar diaktifkan) akan terenap akan disingkirkan sebagai enap cemar diaktifkan kembali. Sebahagian daripada enap cemar kembali ini dibebaskan daripada faciliti sebagai enap cemar berlebihan dan kuantiti ini adalah bersamaan dengan bilangan mikrob yang dihasilkan di basin pengudaraan. Enap cemar kumbahan ini merupakan sama ada campuran enap cemar mentah dan enap cemar berlebihan atau setiap enap cemar ini dibebaskan secara berasingan. Enap cemar kumbahan yang dibebaskan ini akan dipekatkan dan dinyahairkan sebelum menjalani proses akhir pelupusan tanah buangan atau dikitar semula selepas rawatan pertengahan seperti penunuan atau pencairan penggasan. Proses biasa untuk rawatan dan pelupusan untuk enap cemar kumbahan ditunjukkan di Jadual 2.14.2 dibawah.

- 83-

Asian Biomass Handbook

Gambarajah. 2.14.2. Proses rawatan biasa untuk enap cemar kumbahan

2.14.3 Penggunaan enap cemar kumbahan Dengan pelbagai darjah rawatan termasuklah pencernaan anaerob, penyahairan, pengeringan, penunuan dan/atau pengeringan, enap cemar kumbahan ini boleh dikitar semula dan digunakan seperti yang ditunjukkan di Gambarajah. 2.14.3.

Gambarajah. 2.14.3. Contoh kitar semula enap cemar kumbahan. - 84-

Asian Biomass Handbook

Melalui rawatan pencernaan anerob, bahagian organik daripada enap cemar kumbahan ini akan diuraikan oleh mikrob anaerob dan ditukarkan kepada biogas. Disebabkan biogas kebanyakannya terdiri daripada metana dan karbon dioksida, maka ia boleh digunakan sebagai bahan api untuk enjin gas atau dandang gas untuk menghasilkan elektrik da/atau stim/air panas yang mana ia boleh digunakan untuk kemudahan faciliti rawatan air buangan. Hasil sampingan daripada rawatan penyahairan, penunuan dan pencairan enap cemar kumbahan boleh digunakan sebagai baja/ pembaik tanah untuk aplikasi pertanian atau sebagai bahan pembinaan seperti agregat, jubin, atau blok boleh telap air untuk aplikasi kejuruteraan kimia. Perkembangan mendadak kitar semula dan penggunaan hasil sampingan daripada rawatan enap cemar kumbahan dijangka akan berterusan pada masa hadapan. Maklumat Lanjut Japan Sewage Works Association: Sewage facilities planning, policy and explanation (second part) 2001, pp.15-47, Japan (2001) (In Japanese) Japan Sewage Works Association: Sewage facilities planning, policy and explanation (second part) 2001,pp.335, Japan (2001) (In Japanese) Japan Sewage Works Association: Japan Sewage Works 2005, pp.141, Aikosha (2005) (In Japanese) The Japan Institute of Energy: Biomass Handbook, Ohmsha, pp.70-72, Ohmsha (2002) (In Japanese)

2.15 Sisa buangan pepejal perbandaran Komponen utama biojisim di dalam sisa buangan pepejal perbandaran adalah sisa makanan dan kertas, dan maka proses biologi (2.15.1 dan 2) atau termal (2.15.3 dan 5) adalah digunakan untuk mendapatkan semula tenaga daripada bahagian biojisim. - 85-

Asian Biomass Handbook

2.15.1 Perolehan semula metana daripada tapak pelupusan Di tapak pelupusan yang mengandungi sisa buangan organik, penguraian bio anaerob biojisim akan menghasilkan gas metana disebabkan oksigen terbaur daripada atmosfera akan digunakan berhampiran pada permukaan tapak pelupusan. Gas daripada tapak pelupusan boleh menyebabkan kerosakan pada kilang yang berhampiran dan berkemungkinan untuk menyebabkan letupan pada bangunan berdekatan. Oleh yang demikian, kaedah kawalan gas termasuklah pembakaran telah diimplementasikan semenjak 1960an. Untuk tapak pelupusan berskala besar, perigi menegak telah dipasang untuk mengepam keluar gas berikut yang kemudiannya digunakan di tapak untuk generasi kuasa atau dijual sebagai bahan api. Purata kadar perolehan semula gas adalah daripada 120 kepada 150 m3/tan untuk MSW kering, iaitu bersamaan dengan nilai pemanasan sebanyak 2500 MJ/tan (kepekatan metana di tapak pelupusan adalah di dalam 55%). Semenjak lewat 1990an, kebanyakan kajian daripada Amerika Syarikat telah mengkaji “bioreaktor tapak pelupusan” dimana kandungan lembapan dikawal dengan cara memaksimakan penguraian bio. Bioreaktor juga boleh meningkatkan kadar generasi gas dan akibatnya meningkatkan kadar pemulihan semula tenaga. Secara kontrasnya, gas tapak pelupusan tidak dikumpul semula di Jepun berdasarkan 2 sebab iaitu tapak pelupusan mengandungi kandungan organik yang rendah disebabkan amalan biasa penunuan dan kebanyakan tapak pelupusan diudarakan melalui pengunaan struktur tapak pelupusan semi aerob dimana perolakan semulajadi dijalankan untuk membentuk zon aerob disekeliling paip pengumpulan bahan larut lesap dibawah tapak pelupusan. Tapak pelupusan Chuo Botahei di Teluk Tokyo ada menjalankan aktiviti pengumpulan semula metana, akan tetapi generasi kuasa tahunan (purata 20 tahun) adalah 3000 MWh iaitu kuasa yang hanya mencukupi untuk 850 rumah sahaja.

- 86-

Asian Biomass Handbook

2.15.2 Penggasan bio (fermentasi metana) Penggasan bio, merupakan sejenis teknologi untuk mengumpul semula gas metana daripada bahan organik di dalam reaktor anaerob dan juga dinamakan sebagai “pencernaan anaerob”. Proses ini telah dikembangkan pada 1980an untuk merawat bahan organik air buangan. Pada 1997, 90 fasiliti telah beroperasi di seluruh dunia (jumlah lepas ialah 3.5 juta tan setahun). Jepun mempunyai 12 fasiliti untuk merawat sisa buangan manusia dan makanan dan 3 daripadanya hanya merawat sisa buangan makanan. Gambarajah. 2.15.1 menunjukkan proses-proses utama untuk penggasan bio. Pepejal berkepekatan rendah (6-10%) dirawat menggunakan “sistem basah”, manakala pepejal berkepekatan tinggi (25 sehingga 40%) telah dirawat menggunakan “sistem kering”. Sistem rawatan jugak diklasifikasikan berdasarkan mikroorganisma dominan: “methophilic” (digunakan pada 30 sehingga 40oC) atau termofilik (digunakan pada 50 sehingga 60oC).

Gambarajah. 2.15.1. Aliran proses penggasan bio

2.15.3 Penunuan dengan pemulihan semula tenaga MSW menghasilkan nilai pemanasan lebih kurang satu pertiga daripada haba daripada arang, dan boleh terbakar pada suhu setinggi 1000oC. Apabila gas - 87-

Asian Biomass Handbook

pembakaran disejukkan kepada suhu diantara 200 dan 300 oC dengan menggunakan peralatan kawalan gas, tenaga boleh diperolehi dengan menggunakan sistem dandang. Untuk insinerator berskala kecil kebiasaannya akan menggunakan semula haba sisa buangan untuk pemanasan dan bekalan air panas, manakala fasiliti berskala besar akan menggunakan stim bersuhu tinggi untuk generasi kuasa. Pada 2005, lebih daripada 60% insinerator MSW menggunakan semula air panas dan 20% menghasilkan kuasa. Akan tetapi, secara purata, insinerator MSW hanya menghasilkan kecekapan generasi kuasa setinggi 10% sahaja, iaitu jauh lebih rendah daripada loji janakuasa arang. Ia tidak mampu untuk menghasilkan kecekapan yang tinggi disebabkan suhu stim haruslah dikekalkan rendah untuk mengelakkan hakisan pada suhu 320oC atau lebih tingi; insentif daripada segi ekonomi adalah juga rendah disebabkan harga rendah elektrik yang dijana dan kos tinggi yang diperlukan untuk menjana kuasa. Insinerator dengan kapasiti 600 tan sehari boleh menyediakan perkhidmatan pemanasan pusat untuk 1000 kepada 1500 rumah. Akan tetapi, kebiasaannya ia adalah tidak mungkin disebabkan insinerator MSW terletak jauh daripada kawasan perumahan. Untuk meningkatkan kecekapan tenaga, sistem pengurusan sisa buangan haruslah digabungkan dengan perancangan bandar.

2.15.4 Penghasilan bahan api janaan sampah dan generasi kuasa Bahan api janaan sampah (RDF) adalah bahan api yang diperolehi semula daripada sisa buangan. Ia meliputi jenis bahan api yang meluas termasuklah gas dan minyak, walaupun kebiasaannya dirujuk sebagai sisa buangan telah disiat dimana bahan tak terbakarkan telah dikeluarkan. Di Jepun, RDF dihasilkan buat kali pertama daripada sisa buangan komersial seperti kertas atau plastik, dan pada lewat 1980an, penghasilan RDF mula menggunakan sisa buangan rumah. Dihasilkan selepas beberapa siri proses termasuklah pengasingan bahan tak terbakarkan, pengeringan, siatan, dan pelet, RDF boleh disimpan dan diangkut dengan mudah dan disebabkan ini telah dipilih sebagai kaedah alternatif kepada penunuan di bandar-bandar kecil dan sederhana. Selepas masalah berkaitan dioksin yang menghadkan penggunaan RDF - 88-

Asian Biomass Handbook

sebagai bahan api untuk dandang berskala kecil, generasi kuasa RDF setempat (dimana RDF dihasilkan di perbandaran sekeliling digunakan untuk loji jana kuasa tengah) menjadi salah satu pilihan paling menjanjikan apabila penunuan berskala kecil terpencar adalah tidak mungkin. Jika dibandingkan dengan bahan buangan tidak diproses, RDF menyediakan nilai pemanasan yang lebih tinggi dan komposisi yang lebih seragam dan hasilnya boleh meningkatkan kecekapan generasi kuasa. 5 loji generasi kuasa RDF telah beroperasi semenjak 2001 di Jepun. Ia telah dijangkakan mampu untuk menghasilkan daya pemprosesan sebanyak 160 sehingga 310 tan sehari, kecekapan generasi kuasa sehingga 20 dan 30%, dan output sebanyak 3000 sehingga 20,000 kW. Namun yang demikian, salah satu daripada tangki simpanan RDF telah meletup di salah satu loji pada 2003, dan kaji selidik mendalam yang telah dijalankan mendapati kemalangan yang serupa pernah berlaku sebelum itu, dan disebabkan itu, sebahagian RDF kini dihantar ke tapak pelupusan. Semenjak 2004, 43 fasiliti penghasilan RDF telah beroperasi atau sedang dalam pembinaan, akan tetapi teknologi ini telah diragui di Jepun disebabkan rekod keselamatannya yang tidak baik. Amerika Syarikat buat masa kini mempunyai 15 insinerator RDF yang sedang beroperasi, akan tetapi untuk negara itu, RDF hanya mengandungi sisa buangan boleh bakar yang telah disiat dipanggil sebagai “RDF lembut” (atau RDF kasar).

2.15.5 Pirolisis Pada lewat 1990an, masalah berkaitan dengan dioksin telah menggalakkan pengusaha insinerator untuk memajukan sistem pirolisis (atau penggasan) di samping sistem pencairan. Sisa buangan pepejal akan dipanaskan kepada suhu sekitar 500 oC di dalam atmosfera rendah atau kurang oksigen, dan sisa gas atau pepejal yang dihasilkan daripada proses itu akan dibakar pada suhu diantara 1200 dan 1500 oC untuk mencairkan abu. Proses ini dijangka akan menghasilkan faedah-faedah seperti pembebasan dioksin yang rendah, kecekapan generasi kuasa yang tinggi dan kitar semula sanga leburan, dan setakat ini 77 fasiliti telah beroperasi pada 2005. Akan - 89-

Asian Biomass Handbook

tetapi, kajian terkini telah menemui bukti bahawa fasiliti ini memerlukan pengunaan bahan api tambahan dan elektrik yang tinggi dan hanya menghasilkan kadar kitaran semula sanga yang rendah. Untuk meminimakan kelemahan ini, bahagian pertama sistem pencairan pirolisis digunakan sebagai pengkarbonan. Char yang merupakan produknya boleh digunakan sebagai alternatif kepada arang, pembaik tanah dan juga untuk penggunaan relau bagas. Secara kontrasnya, di Kesatuan Eropah, pirolisis digunakan sebagai teknologi alternatif untuk menghasilkan tenaga daripada sisa buangan, akan tetapi sasarannnya adalah gas pirolisis. Maklumat Lanjut R.Stegmann, “Landfill gas utilization: An overview” in Landfilling of waste: Biogas (ed.T.H.Christensen, R.Cossu, R.Stegmann), E&FN SPON (1996) Tadashi Abe, “Beikoku ni-okeru Gomi-hatsuden no Hatten”, Waste Management Research 7(4), 305-315(1996) (in Japanese) Hideaki Fujiyoshi, “Toshi-gomi no Tanka-nenryo-ka Shisetsu”, ENERGY, 57-59 (2001-4) (in Japanese) Shigeo Shikura, Hideki Harada, “Toshi-haikibutsu no Kenkisei-shoka”, Waste Management Research 10(3), 241-250(1999) (in Japanese) Website of Tokyo-to, http://www2.kankyo.metro.tokyo.jp/tyubou/ (in Japanese) Toru Furuichi, Norio Nishi (ed), “Biocycle”, Kankyo-Shinbunsha (2006) (in Japanese) Tsukasa Kagiya, “RDF Hokanji no Hatsunetsu to Kongo-no Taio”, Kankyo-Shisetsu 94, 48-55 (2003) (In Japanese) “RDF Hatsuden-shisetsu o Kaku to-suru Gomi-shori Koiki-ka ni Kadai”, KankyoShisetsu 94, 42-47 (2003) (In Japanese) Hideaki Fujiyoshi, “Gasu-ka Yoyu-ro no Unten Kanri to Kaizen Jirei”, KankyoGijutsu-Kaishi 129, 6-99 (2007) (In Japanese)

- 90-

Asian Biomass Handbook

2.16 Likuor Hitam 2.16.1 Likuor hitam Likuor hitam merupakan campuran sisa buangan organik terhasil daripada kayu sebagai hasil sampingan semasa penghasilan pulpa kimia. Dan kebiasaannya ia dibakar sebagai bahan api cecair di dalam dandang pemulihan semula di kilang pulpa. Hampir 1.5 tan likuor hitam dihasilkan untuk penghasilan 1 tan pulpa. Secara umumnya, nilai pemanasan kalorimetrik untuk likuor hitam ialah 12.6 MJ/kg dan tenaganya digunakan untuk proses pembuatan kertas dan pulpa.

2.16.2 Proses generasi likuor hitam Terdapat beberapa proses berbeza yang boleh digunakan untuk mengasingkan serat kayu. Dan pulpa yang dihasilkan boleh dibahagikan kepada 2 jenis. Satu daripadanya ialah pulpa mekanikal yang dihasilkan melalui proses pengisaran. Satu lagi ialah pulpa kimia yang dihasilkan melalui proses masakan dimana serat selulosa akan dimasak daripada kayu. Likuor hitam akan dihasilkan semasa proses masakan. Dalam bab ini, maklumat lanjut mengenai generasi likuor hitam akan diterangkan daripada segi proses kraft disebabkan proses ini merupakan proses utama untuk menghasilkan pulpa buat masa ini (Gambarajah. 2.16.1). Kayu, iaitu bahan mentah kertas terdiri daripada serat kayu yang mengandungi selulosa, hemiselulosa dan lignin yang merupakan bahagian penting diantara serat. Nisbah selulosa, hemiselulosa dan lignin adalah dalam lingkungan 55:20:25. Proses untuk mengekstrak lignin daripada serpai kayu melalui penguraian dan pelarutan dipanggil proses masakan. Dalam proses kraft. Na 2S dan NaOH ditambah sebagai bahan kimia untuk memasak dan campuran ini kemudiannya dipanaskan ke 140-170oC dan disimpan untuk beberapa jam. Walaupun ia adalah tidak penting sama ada serat selulosa atau hemiselulosa rosak semasa proses itu, namun yang demikian sebahagian daripada serat selulosa dan kebanyakan hemiselulosa akan terurai dan larut. - 91-

Asian Biomass Handbook

Secara umumnya, separuh daripada bahan organik di dalam kayu akan bertukar kepada pulpa dan sebahagian lagi menjadi likuor hitam.

Gambarajah. 2.16.1 Aliran utama pempulpaan Likuor hitam mengandungi lignin, hemiselulosa dan Na dan S yang telah terurai dan terlarut. Selepas proses masakan, kepekatan likuor kebiasaannya adalah 15 sehingga 20%. Likuor ini kemudiannya dipekatkan sehingga mencecah 70 kepada 75%. Akhirnya, ia dibakar di dalam dandang dipanggil dandang pemulihan semula. Untuk serpai kayu keras pula, 1 tan daripada pulpa akan menghasilkan 1.5 tan likuor - 92-

Asian Biomass Handbook

hitam. Secara umumnya, nilai pemanasan kalorimetrik untuk likuor hitam ialah 12.6 MJ/kg. Semasa dalam proses, Na dan S yang telah cair dan terkandung di dalam likuor akan diekstrak dan kemudiannya dilarutkan di dalam air panas. Selepas itu, ia akan menghasilkan Na2S dan NaOH semasa proses kaustik dan kemudiannya ia digunakan semula dalam proses masakan. Disamping itu, serat kayu yang diasingkan sebelum ini akan ditukarkan menjadi pulpa melalui proses pencucian dan pelunturan. Akhirnya, ia boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk kertas.

2.16.3 Sifat-sifat dan signifikan likuor hitam Seperti diterangkan, pembakaran likuor hitam di dalam dandang pemulihan semula ialah proses untuk mendapatkan tenaga. Pada masa yang sama, ia menghasilkan bahan kimia untuk penghasilan pulpa. Adalah penting untuk menggunakan likuor hitam di dalam kilang penghasilan pulpa kraft. Oleh yang demikian, kesemua kilang pulpa kraft mempunyai proses untuk membakar likuor hitam. 2.0 tan likuor hitam akan dihasilkan sebagai hasil sampingan daripada 1 tan pulpa kayu keras atau 1.5 tan daripada pulpa kayu lembut. Umumnya, hampir semua likuor hitam digunakan sebagai tenaga biojisim. Penghasilkan pulpa kraft di Jepun adalah sebanyak 9,000,000 tan setahun dan 14,000,000 tan likuor hitam dihasilkan semasa proses itu. Dan jumlah likuor yang dhasilkan adalah bersamaan dengan 4,710,000 kiloliter minyak mentah daripada segi tenaga. Pada 1999, penghasilan pulpa kimia di seluruh dunia adalah 119,000,000 tan. Oleh yang demikian, penghasilan likuor hitam dianggarkan sebanyak 200,000,000 tan. Ini adalah bersamaan dengan 60,000,000 kiloliter minyak mentah (Jadual 2.16.1). Industri pulpa dan kertas di Jepun dan negara Asean telah menggunakan kayu yang ditanam sebagai bahan pulpa dan penghasilannya semakin meningkat kebelakangan ini. Industri ini telah dimajukan dengan cara menghasilkan kedua-dua - 93-

Asian Biomass Handbook

bahan dan tenaga daripada pengurusan hutan mampan yang menghasilkan sumber untuk pulpa. Penggunaan likuor hitam sudah pasti adalah asas untuk pengurusan ini. Kini, penggunaan likuor hitam adalah dihadkan sebagai sumber tenaga untuk kilang kertas dan pulpa. Akan tetapi pelbagai jenis bahan boleh dihasilkan seperti asid lignosulfonik dengan cara mengasingkan lignin daripada likuor hitam dan asid nukleik dengan cara pengkulturan yis menggunakan gula di dalam likuor hitam itu. Adalah dijangka loji penapis bio yang menggunakan likuor hitam akan lebih dimajukan pada masa hadapan. Jadual 2.16.1. Penghasilan pulpa

Maklumat Lanjut

(100 tan)

Keiichi Tsuchiya, Makoto Iwasaki, Tadanori

1989

Oihata, Yoshihiro Sakaguchi, Keiichi Tushiya, “Pulp and Paper Manufacturing Technology Complete Book, Vol. 2 Kraft Pulp”, 11-20, 185-223 (1996) JAPAN TAPPI (dalam Bahasa Jepun)

1994

1999

Dunia

113,803111,304119,260

Eropah

19,381 20,219 22,502

Amerika Utara 58,053 62,714 61,934 Asia

17,490 13,755 17,252

Amerika Latin 5,517 7,527 9,652

JAICAF Edition, “World Forest White Paper 1997”, JAICAF (In Japanese) JAPAN TAPPI Energy Committee, “Survey on Energy Consumption in the Pulp and Paper Mills in Japan Part 1”, 55, 573-591 (2001) JAPAN TAPPI (In Japanese) JAPAN TAPPI Edition “Pulp and Paper technical handbook”, 105-136 (1971) JAPAN TAPPI (In Japanese) Yuuichi Hayase, “Seishi-koujou kara-no Fukuseigenryou ”, 50, 1253-1259, Thermal and Nuclear Power Engineering Society (In Japanese) Masahiro Kitazume, “Sekai no Kami Parupu”, 8-15, September (2000) Kami-Parupu (in Japanese) Keiichi Nakamata, “Kami to Shinrin no Kakawari” Global Environmental Policy in Japan the 1st report, 1-9 (1999) Chuo University Press (In Japanese)

- 94-

Asian Biomass Handbook

2.17 Sisa Buangan Pemprosesan Makanan 2.17.1 Potensi sisa buangan pemprosesan makanan Di dalam bab ini, Thailand dijadikan contoh untuk menunjukkan penggunaan buangan sisa pemprosesan makanan. Sebagai negara yang berasaskan pertanian, sektor industri makanan memainkan peranan yang penting di dalam ekonomi Thai dan merupakan bahagian yang besar dengan nilai eksport yang tinggi setiap tahun. Pemprosesan makanan dan komoditi yang berkaitan seringkali melibatkan rawatan termal, mekanikal dan kimia dan sebagai akibatnya menyebabkan masalah persekitaran akibat rawatan terhadap sisa buangan pemprosesan makanan ini. Secara umumnya, sisa buangan pemprosesan makanan boleh dikategorikan kepada 2 jenis, berdasarkan keadaan fizikalnya iaitu sisa buangan pepejal dan cecair. Sisa buangan pepejal

terdiri

daripada

tandan

kosong

kelapa

sawitn,

hampas

tebu,

tunggul/jerami/sekam padi, sisa buangan daripada kilang kanji ubi kayu, dan batang jagung. Di samping itu, sisa buangan cecair kebanyakannya berasal daripada sebarang pemprosesan makanan yang melibatkan pencucian, pembersihan dan pengekstrakan menggunakan air atau sebarang pelarut yang lain. Secara lazimnya, sisa buangan pepejal telah dikembalikan semula ke dalam dandang untuk menghasilkan stim bagi pemprosesan loji itu sendiri atau untuk penghasilan kuasa. Dengan teknologi biojisim seperti penggasan, sisa buangan pepejal ini akan dapat digunakan pada kecekapan penukaran tenaga yang lebih efisien jika dibandingkan dengan pembakaran tidak terkawal. Disebabkan sisa buangan cecair harus dikawal untuk kepentingan persekitaran, loji pemprosesan diwajibkan untuk membina sistem rawatan air buangan. Seringkali sistem ini menggunakan teknologi pencernaan anaerob dimana bio boleh dihasilkan daripadanya dan digunakan sebagai sumber tenaga untuk loji. Daripada penilaian Kementerian Tenaga pada 2000, 9 industri pertama dengan potensi paling tinggi untuk penghasilan biogas adalah ubi kayu, gula, kelapa sawit, - 95-

Asian Biomass Handbook

makanan laut dalam tin, keluaran sejuk beku, rumah sembelihan, nanas dalam tin, soda berkarbonat dan likuor. Penyelidikan yang terkini terhadap air buangan daripada kilang ubi kayu, gula, kelapa sawit, nenas dalam tin dan etanol untuk menilai potensi biogas telah dijalankan oleh TRF (http://www.trf.or.th). Keputusannya ditunjukkan di Jadual 2.17.1 dibawah. Tanaman ubi kayu mempunyai potensi paling tinggi untuk menghasilkan biogas, iaitu lebih 2 kali ganda daripada kilang etanol yang menduduki tempat kedua. Diantara sebab-sebab untuk potensi yang rendah untuk penghasilan biogas di industri tertentu adalah disebabkan oleh pengurusan sistem rawatan air buangan yang lebih baik dan juga pengunaan hasil sampingan yang lebih baik. Jadual 2.17.1 Potensi penghasilan biogas daripada industri yang berbeza Industri

Data biogas untuk 2005 Penghasilan Tenaga setara (Mm3 setahun) (ktoe setahun)

MWe

Tenaga yang digantikan oleh biogas Kapasiti loji % Kapasiti Minyak bahan loji api setara (ML) (GWh/ setahun)

Ubi kayu

344

167

57

413

82.2

158

Etanol

149

97

20.5

179

100

69

Kelapa sawit

84

39

14

100

82.2

39

Nenas dalam tin

13

6

3.7

16

50

6

Gula

4.2

0.7

3.6

5

27.4

0.3

Jumlah

594.2

309.7

98.8

713

272.3

Sumber: TRF (Tabung Penyelidikan Thailand) laporan akhir projek, 2007 Nota: Minyak bahan api setara dikira berdasarkan kandungan metana dalam biogas dengan faktor penukaran seperti berikut: 1m3 CH4 = 33.8 MJ, 1m3 biogas = 0.46 L minyak bahan api setara = 1.2 kWh

2.17.2 Hampas tebu Hampas tebu ialah sisa buangan pepejal berserat dihasilkan daripada batang tebu yang dihancurkan semasa mengekstrak jus gula di kilang gula. Secara umumnya, lebih kurang 25-30% penghasilan tebu ialah hampas tebu dan menyumbang kepada lebih kurang 10.9-22.3 Tg setahun (Mt setahun) daripada penghasilan tebu sebanyak - 96-

Asian Biomass Handbook

43.5-74.3 Tg setahun (Mt setahun) untuk jangka masa diantara 1998 dan 2007 di Thailand. Buat masa kini, hampir semua hampas tebu daripada kilang gula di Thailand telah digunakan sebagai bahan api biojisim untuk menghasilkan tenaga dimana sebahagiannya daripadanya digunakan untuk pemprosesan gula di dalam kilang itu sendiri dan baki yang kecil untuk kegunaan yang lain. Seperti yang ditunjukkan di bawah, lebih daripada separuh cawangan janakuasa biojisim pada tahun 2007 menggunakan hampas tebu sebagai bahan apinya. Semenjak 1994, terdapat 37 SPP (Pengeluar Kuasa Kecil) dan VSPPs (Pengusaha Kuasa Sangat Kecil) yang beroperasi menggunakan hampas tebu dengan kemuatan terpasang melebihi 780 MW dengan hampir 300 MW dijual semula kepada pencawang. Peningkatan mendadak dalam loji jana kuasa hampas tebu adalah disebabkan sokongan dan galakan yang kuat daripada kerajaan untuk generasi elektrik.

Gambarajah 2.17.1. Pecahan loji jana

Gambarajah. 2.17.2. Sejarah loji kuasa

kuasa biojisim berdasarkan jenis bahan

hampas tebu di Thailand.

api untuk 2007. Sumber: Diadaptasikan (http://www.efe.or.th)

daripada

Pertubuhan

Tenaga

untuk

Persekitaran

Tambahan pula, hampas tebu boleh digunakan untuk menghasilkan produk nilai tambahan yang lain seperti bekas makanan terbiodegradasikan (seperti ditunjukkan di bawah) dan papan partikal. Sisa hampas tebu dan abu daripada loji janakuasa boleh - 97-

Asian Biomass Handbook

dimampatkan untuk membentuk batu-bata pembinaan dengan berat 3.2 kg/batu, boleh menahan beban 80-90 kg/cm2 dan hanya berkos sebanyak 4 Baht/batu (jika dibandingkan dengan batu-bata pembinaan biasa dengan kekuatan 5.8 kg, 70 kg/cm2 dan berkos 8 Baht/batu).

Gambarajah. 2.17.3 Bekas makanan terbiodegradasi daripada serat hampas tebu

2.17.3 Batang Jagung Walaupun jagung bukan merupakan tanaman ekonomi yang paling utama di Thailand, akan tetapi terdapat peningkatan dalam penggunaan batang jagung untuk penghasilan kuasa dan bahan api pepejal dengan tujuan untuk mencapai tujuan sisa buangan sifar di dalam industri pemprosesan jagung. Gambarajah dibawah menunjukkan penghasilan jagung sedunia untuk 2006 dimana Amerika Syarikat meliputi hampir separuh daripada jumlah penghasilan sedunia dan juga dengan hasil tertinggi. Walaupun China mempunyai sejumlah tanah yang hampir sama untuk penanaman jagung seperti Amerika Syarikat, akan tetapi hasilnya yang lebih rendah menyebabkan jumlah penghasilannya adalah hanya separuh daripada Amerika Syarikat.

Gambarajah 2.17.5. Kawasan tuaian dan hasil jagung untuk 2006.

Gambarajah 2.17.4. Negara pengeluar utama jagung sedunia untuk 2006. - 98-

Asian Biomass Handbook

Untuk 10 tahun kebelakangan ini di Thailand, hasilnya telah meningkat secara beransur tetapi tidak secepat yang cukup untuk menampung tanah penanaman yang semakin berkurangan, dan sebagai akibatnya pengurangan dalam penghasilan jagung seperti ditunjukkan di Gambarajah 2.17.6. Pada 2006, hasilnya adalah 411 g/m2 (4.11 tan/hektar) di atas purata 9000 km2 (0.9 juta hektar) kawasan yang dituai. Hampir kesemua penghasilan jagung di Thailand adalah untuk tujuan industri makanan dan makanan ternakan; dimana kedua-duanya akan menghasilkan batang jagung sebagai sisa buangan pepejal daripada loji. Pada 2006, 33 Gg (0.33 Mt) batang jagung telah dihasilkan dimana 200 Gg (0.2 Mt) datang dari bahagian utara di Thailand terutamanya Phetchabun (76 Gg (0.076 Mt)), Tak (35 Gg (0.035 Mt)) dan Nakornsawan (33 Gg (0.033 Mt)). Batang jagung ini kebiasaannya dikeringkan terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam dandang untuk menghasilkan stim bagi generasi kuasa, sebagai contohnya 10 MW unit generasi kuasa di loji etanol Pornvilai International Group Co. Salah satu daripada produk nilai tambahan lain daripada batang jagung ialah arang jagung, dimana batang jagung dipanaskan terlebih dahulu kepada suhu 900-1000oC sebelum dipaletkan dengan menggunakan penyatu unit. Selepas itu,

Gambarajah 2.17.6. Sejarah statistik jagung di Thailand.

pengeringan terakhir dijalankan pada 120oC untuk 12 jam untuk mendapatkan arang dengan kelembapan kurang daripada 5%.

2.17.4 Molases Molases adalah hasil sampingan pemprosesan gula daripada tebu. Sirap pekat hitam ini tinggal selepas gula telah diestrak daripada jus gula. Di Thailand, industri gula dikawal secara rapat oleh OCSB (Pejabat Lembaga Tebu dan Gula) melalui Akta - 99-

Asian Biomass Handbook

Tebu dan Gula 1984. OCSB memainkan peranan penting untuk memastikan pengagihan adil hasil diantara kilang gula dan juga penanam tebu.

Gambarajah 2.17.7. Penanaman tebu (hijau) dan kilang gula (merah) di Thailand.

Gambarajah 2.17.8. Penghasilan tebu dan molases di Thailand

Seperti dipamerkan di atas, lebih kurang 10,000 km2 (1 juta hektar) kawasan penanaman tebu (hijau) berkelompok di 4 kawasan (meliputi 49 jajahan) dan menunjukkan kesemua 45 kilang gula (merah). Penghasilan molases sangat bergantung kepada penghasilan tebu. Secara umumnya, 1 Mg (1 tan) tebu akan menghasilkan molases sebanyak 45-50kg, dan 1 Mg (1 tan) molases boleh diproses untuk menghasilkan 260 dm3 etanol. Untuk 60 Tg (Mt) penghasilan tebu pada 2007, 3 Tg (Mt) molases akan dihasilkan. Daripada 3 Tg (Mt) ini, 1 Tg (Mt) ini akan digunakan untuk industri minuman keras, yis, sos masakan, MSG (mono sodium glutamat), cuka dan makanan ternakan manakala 2 Tg (Mt) lagi akan digunakan untuk menghasilkan etanol sejumlah 530 dam3 setahun (juta L setahun) atau 1.4 dam3 sehari (juta L sehari). Asalnya, Kementerian Tenaga memerlukan perlesenan untuk loji bahan api etanol akan tetapi kemudiannya, ia tidak lagi diperlukan. Buat masa ini, terdapat sejumlah 7 loji bahan api etanol (6 daripada molases/gula dan 1 daripada ubi kayu) telah beroperasi pada kapasiti 1 dam3 sehari (juta L sehari). Lebih kurang 12 lagi loji - 100-

Asian Biomass Handbook

kini dalam pembinaan dengan separuh daripadanya menggunakan ubi kayu sebagai bahan suapan. Jumlah kapasiti tambahan ini adalah 1.97 dam3 sehari (juta L sehari). Galakan untuk pembinaan kapasiti etanol ini merupakan hasil daripada inisiatif kerajaan untuk menggunakan 10% gasolin adunan etanol atau dipanggil sebagai “gasohol E10” untuk kedua-dua pengkadaran oktana 91 dan 95. Baru-baru ini, gasohol E20 (pengkadaran oktana 95) atau 20% gasolin adunan etanol boleh didapati secara komersial di stesyen-stesyen gas tertentu bermula Januari 1, 2008. Untuk pasaran eksport molases, Thailand telah menjadi salah satu pengeksport terbesar (bernilai pada $41.6 juta pada 2004), di mana kedua dan ketiga terbesar adalah Amerika Syarikat dan Guatemala. Lebih kurang 37% daripada eksport adalah ke negara-negara Asean dan yang baik 53% dieksport ke negara-negara lain di Asia. Negara-negara lain pengeksport molases yang berdekatan termasuklah Filipina, Indonesia dan Australia.

- 101-

Asian Biomass Handbook