Orang Amerika membakar 20,6 juta barel minyak bumi setiap hari pada tahun 2006. Itu berarti lebih dari 865 juta galon minyak. Ini mendorong perjalanan Anda. Ini memberi kekuatan pada pabrik. Hal ini mendasari perekonomian global. Tapi minyak mentah terbatas. Dibutuhkan sepuluh juta tahun untuk terbentuk dari kehidupan laut purba. Kita menggunakannya jauh lebih cepat daripada yang diciptakan alam.
Produksi akan mencapai puncaknya. Pasokan akan menyusut. Para ahli tidak sepakat mengenai kapan. Ada yang mengatakan hal itu sudah terjadi. Yang lain mengatakan segera. Hasilnya sama. Kita menghadapi krisis energi yang akan datang. Apa yang terjadi jika tangki mengering?
Sektor energi menghabiskan miliaran dolar untuk mencari alternatif selain bensin. Bahan bakar baru harus melakukan lebih dari sekedar menyediakan tenaga. Kita memerlukan pilihan yang bersih untuk menghentikan gas rumah kaca. Kami membutuhkan keterjangkauan. Kami membutuhkan stabilitas ekonomi. Transisinya harus cepat. Kita tidak boleh mengalami stagnasi selama satu atau dua dekade.
Hal ini memerlukan bahan bakar ajaib. Namun ada satu yang muncul. Setelah beberapa tahun melakukan penelitian, seorang pesaing telah muncul. Itu memenuhi setiap persyaratan.
Etanol adalah kuncinya. Ini adalah etil alkohol. Itu berasal dari karbohidrat nabati. Para ilmuwan telah mengetahui potensinya selama beberapa dekade. Menjadikannya murah dan efisien adalah masalahnya. Itu berubah baru-baru ini.
Masukkan switchgrass. Rumput ini tumbuh dengan cepat. Ini tumbuh subur di AS. Tumbuh di Kanada. Ini menyebar ke seluruh Amerika Tengah dan Selatan. Sebagian Afrika juga cocok. Jika tren saat ini terus berlanjut, switchgrass dapat menjadi bahan bakar mobil Anda dalam waktu dua puluh tahun. Bagaimana rumput menjadi bahan bakar?
Jawabannya terletak pada ramalan cuaca cerah untuk switchgrass.
Kebanyakan penelitian biofuel menemui jalan buntu. Kami telah melihat lemak ayam. Kami telah memandangi serpihan kayu. Hasilnya? Rasio energi bersih yang suram. Anda memasukkan lebih banyak energi daripada yang Anda dapatkan kembali. Dan biayanya? Curam. Ekstraksi dari sumber tumbuhan dan hewan saat ini terlalu mahal untuk bersaing di tingkat pompa.
Lalu ada switchgrass.
Datanya bergeser. Jumlahnya terus meningkat. Sepertinya yang sebenarnya.
Rumput Yang Tumbuh Sendiri
Switchgrass tidak eksotik. Ini adalah tanaman asli abadi di Amerika. Ia tumbuh subur di dataran terbuka. Itu sulit. Kuat. Di beberapa wilayah, hal ini praktis invasif.
Sebuah penelitian selama tiga tahun di North Dakota (diterbitkan pada tahun 2005) memberi kita angka-angka yang sulit. Jika dibiarkan, varietas tertentu menghasilkan lebih dari tujuh ton biomassa per hektar. Biomassa hanyalah bahan tanaman yang dipanen. Curah hujan dan jenis tanah mempengaruhi tonase pastinya. Tapi tujuh ton? Itu penting.
Tidak perlu banyak bantuan. Tahan kekeringan. Minim pupuk.
Pikirkan tentang dampaknya terhadap masukan bahan bakar fosil. Traktor membakar solar. Pompa irigasi menguras listrik. Produksi pupuk memerlukan banyak energi. Kurangnya ketiga hal tersebut berarti lebih sedikit penggunaan bahan bakar fosil. Biaya lebih sedikit. Lebih sedikit emisi gas rumah kaca.
Para pendukungnya berpendapat bahwa hal ini juga meningkatkan keamanan energi AS. Mengapa mengimpor bahan bakar jika Anda bisa menanamnya di Amerika?
Dari Selulosa menjadi Etanol
Bahan bakar di sini adalah etanol selulosa. Ini dimulai dengan bahan baku switchgrass—bahan tanaman mentah.
Prosesnya memecah selulosa. Itulah komponen struktural dinding sel tumbuhan. Setelah Anda memecah selulosa menjadi komponen dasar, Anda menambahkan ragi. Fermentasi terjadi. Anda mendapatkan alkohol. Sempurnakan itu. Anda memiliki bahan bakar etanol.
Proposisi nilainya sederhana: lebih banyak selulosa berarti lebih banyak etanol. Switchgrass mengandung sekitar 70% karbohidrat kompleks. Selulosa.
Ada bonusnya. Lignin. Produk sampingan ini terbentuk ketika air dihilangkan dari selulosa. Ini menjanjikan. Jika lignin dapat menggerakkan pabrik produksi etanol, maka proses tersebut akan dapat berjalan secara mandiri. Bahan bakar menghasilkan bahan bakar.
Matematika Energi
Michael Wang di Laboratorium Nasional Argonne menghitung angka-angkanya. Dia melacak semuanya mulai dari produksi pupuk hingga distribusi etanol.
Temuannya sangat mengejutkan. Satu unit masukan energi menghasilkan sepuluh unit keluaran.
Bandingkan dengan etanol jagung. Switchgrass menang dengan mudah.
Bandingkan dengan bensin. Bensin memiliki rasio energi 0,81. Anda memasukkan lebih banyak energi daripada yang Anda keluarkan. Ini adalah kerugian bersih.
Wang juga melihat emisi. Etanol Switchgrass mungkin memerlukan bahan bakar fosil 70% lebih sedikit untuk diproduksi dibandingkan bensin. Dan etanol E85—campuran 85% etanol dan 15% bensin—mengeluarkan gas rumah kaca 86% lebih sedikit dibandingkan bensin murni.
Kedengarannya sempurna. Semuanya selaras.
Jadi kenapa tidak ada di tangki Anda?
Proses pemurnian secara teoritis sederhana. Secara relatif. Tapi kenyataannya lebih berantakan. Pembuatan etanol dari switchgrass menghadapi tantangan yang spesifik dan berat. Distilasi bukanlah masalahnya. Kesulitannya terletak pada hal lain.
Kami akan menggali mengapa menyuling etanol dari rumput ini sangat sulit di halaman berikutnya.
Janji switchgrass sebagai penyelamat energi masa depan semakin meningkat, namun “masa depan” memberikan banyak pengaruh dalam hal ini. Saat ini, mengambil selulosa dari pabrik merupakan mimpi buruk secara logistik dan finansial.
Enzim menangani pemecahannya. Katalis biologis ini mencerna karbohidrat kompleks dan mengeluarkan selulosa dan karbon dioksida. Tangkapannya? Harganya mahal. Anda membutuhkan sekitar 20 sen per galon etanol murni hanya untuk enzimnya. Fermentasi menimbulkan masalah lain. Ragi membutuhkan campuran enzim spesifiknya sendiri, sehingga semakin meningkatkan biaya.
Albert Kausch, seorang ahli genetika tanaman, memberi label harga pada kenyataan ini pada tahun 2006. Metode saat ini menempatkan etanol selulosa pada harga $2,70 per galon. Lebih murah dari bensin tentunya. Namun menurut Kausch, harganya seharusnya mendekati $1,00. Bagaimana? Dengan mengembangkan enzim yang lebih murah. Idealnya, kita memerlukan satu enzim yang dapat memecah selulosa dan memfermentasi etanol. Satu alat. Dua pekerjaan. Nol limbah.
Logistik Bahan Bakar Korosif
Mendapatkan bahan bakar dari kilang ke pompa juga sama rumitnya. Etanol menggerogoti logam. Itu korosif. Anda tidak dapat mengalirkannya melalui jaringan pipa yang sama yang digunakan untuk minyak dan minyak bumi.
Jadi, Anda mengirimkannya. Truk tanker besar. Ini mematikan rasio energi. Anda membakar bahan bakar fosil untuk menggerakkan bahan bakar itu sendiri. Perolehan energi bersih menyusut.
Michael Wang di Laboratorium Nasional Argonne melihat adanya perbaikan. Sistem kereta api. “Saat Anda memurnikannya di Midwest dan memindahkannya ke Barat, transportasi menjadi masalah,” catat Wang. Gunakan kereta api untuk jangka panjang. Jarak pendek? Truk baik-baik saja. Pukulan energi dapat diabaikan di sana. Tapi lintas negara? Kereta api adalah satu-satunya cara untuk menjaga keseimbangan energi agar tidak runtuh.
Batas Lahan dan Sasaran Hasil
Tidak ada cukup lahan untuk pengambilalihan switchgrass secara total. Analisis Universitas Tennessee mengamati angka-angka yang sulit. Mereka juga memperhitungkan sisa tanaman switchgrass—batang, biji, dan sisa setelah panen.
Hasilnya? 153 juta ton kering setiap tahunnya. Itu maksimal. Apa manfaatnya bagi kita? Pengurangan 5,3 persen konsumsi bensin tahunan AS. Itu saja.
Presiden George W. Bush menginginkan 35 miliar galon bahan bakar terbarukan pada tahun 2017. Jumlah ini masih jauh dari target tersebut. Angka ini sangat kecil jika dibandingkan dengan konsumsi nasional.
Jason Grumet dari Komisi Nasional Kebijakan Energi (NCEP) mempunyai sudut pandang berbeda. Teknologi. Dia menyarankan untuk membiakkan strain switchgrass dengan hasil ton per hektar yang lebih tinggi. Jika kita dapat meningkatkan hasil, efisiensi produksi etanol akan melonjak sepertiganya. Dan jika kita memadukannya dengan menggandakan efisiensi bahan bakar kendaraan? Perhitungannya mulai bekerja.
Siapa yang Membayar Impiannya?
Uang tunainya ada di sana. Pemain besar bertaruh besar.
BP Amoco memberikan $500 juta ke Universitas California – Berkeley dan Universitas Illinois – Champaign untuk fasilitas penelitian bersama. Chevron memberi University of California – Davis $25 juta dan Georgia Tech $12 juta. Departemen Energi AS menyerahkan $125 juta kepada Laboratorium Nasional Oak Ridge.
Ini bukan hanya amal perusahaan. Perusahaan-perusahaan ini menginginkan bantuan pemerintah. Mereka meminta jaminan investasi dan keringanan pajak. Mereka membutuhkan pemodal agar merasa aman dalam berinvestasi pada teknologi selulosa.
Antusiasmenya terlihat jelas. Dukungan publik tinggi. Uang mengalir. Sangat mudah untuk membayangkan sebuah dunia di mana switchgrass memenuhi tangki Anda dalam beberapa dekade.
Namun masih ada pihak yang skeptis. Beberapa orang meragukan rumput dapat memberikan hasil. Yang lain khawatir tentang konsekuensinya jika terjadi.
Kritik Bahan Bakar Nabati
Pertarungan Switchgrass vs. Etanol Jagung
Perjuangan untuk masa depan bahan baku biofuel semakin memanas. Ini adalah jagung versus switchgrass, dan taruhannya bersifat regional. Karena geografi menentukan tempat tumbuhnya tanaman, banyak daerah mempunyai kepentingan dalam menentukan hasil panen yang akan diperoleh. Jika Anda melihat angka-angka yang sulit—biaya produksi, rasio energi, dan emisi gas rumah kaca—etanol berbahan dasar jagung tidak bisa bersaing dengan etanol yang berasal dari switchgrass.
Prosesnya berbeda. Etanol jagung hanya menggunakan biji-bijian. Tahukah Anda, bagian yang dimakan manusia. Sisanya adalah sampah. Ironisnya, residu limbah tersebut secara teoritis dapat digunakan untuk pembuatan etanol selulosa, namun secara komersial, limbah tersebut dibuang. Switchgrass mengambil rute yang berbeda. Ini memproses seluruh tanaman, atau setidaknya bagian berserat penting yang diabaikan oleh jagung.
Penggunaan Lahan dan Efisiensi Hasil
Persyaratan lahan mendukung rumput abadi. Di Iowa, yang tanahnya di atas rata-rata, hasil jagung sekitar 4,8 ton per hektar. Itu bagus. Namun penelitian tahun 2005 di North Dakota menunjukkan switchgrass menghasilkan sekitar tujuh ton per hektar. Lebih penting lagi, switchgrass tidak membutuhkan lapisan atas tanah yang prima. Ia tumbuh subur di lahan marginal.
Laboratorium Nasional Oak Ridge melakukan perhitungan untuk meningkatkan skala ini. Laporan mereka menyimpulkan bahwa mengisi bahan bakar 50% kendaraan di AS dengan etanol akan membutuhkan 180 juta hektar switchgrass. Itu adalah 40% dari seluruh lahan pertanian AS. Kedengarannya seperti sebongkah besar bumi.
Jason Grumet dari Koalisi Kemajuan Jagung ke Etanol Nasional mempunyai pendapat yang berlawanan. Dia yakin kemajuan penelitian dan pengembangan yang stabil dapat mengurangi kebutuhan lahan menjadi 30 juta hektar dalam 20 hingga 30 tahun. Jumlah tersebut penting karena kira-kira sama dengan luas areal yang ada di Program Cagar Konservasi (CRP).
Kontroversi Program Cagar Konservasi
CRP membayar petani untuk membiarkan lahan kosong. Ini mengurangi dampak lingkungan pertanian. Argumen Grumet menyiratkan bahwa kita dapat menanam bahan bakar di lahan kosong yang ada. Kritikus mempunyai pandangan berbeda.
Mereka yang skeptis berpendapat bahwa lahan CRP disisihkan justru karena tidak dapat menghasilkan tanaman berkualitas tinggi. Jika perusahaan energi besar mulai mengeluarkan uang untuk produksi switchgrass, tujuan mereka adalah hasil maksimal. Hasil yang tinggi membutuhkan tanah yang baik. Oleh karena itu, perusahaan pada akhirnya mungkin lebih memilih lahan subur dibandingkan lahan marjinal.
Hal ini menimbulkan konflik langsung. Produksi energi dapat mengkanibal produksi pangan.
Dinamika Makanan vs. Bahan Bakar
Kami sudah menggunakan sebagian kecil tanaman pangan untuk bahan bakar. Jika biofuel menjadi sumber energi utama kita, persaingan untuk mendapatkan lahan akan semakin ketat. Eric Holt-Gimenez dari Institut Kebijakan Pangan dan Pembangunan memperingatkan dampak riak ekonomi.
Ketika harga bahan bakar naik, harga pangan pun ikut naik. Ini tentang biaya produksi dan transportasi. Holt-Gimenez berpendapat bahwa jika pangan dan energi bersaing memperebutkan lahan yang sama, maka hubungan tersebut akan bersifat timbal balik. Harga pangan dapat menaikkan biaya energi, sama seperti biaya energi yang menaikkan biaya pangan.
Ada juga kekhawatiran kemanusiaan. Kelebihan program pangan untuk negara-negara yang kelaparan mungkin akan berkurang. Mengapa? Karena kelebihan makanan lebih mudah diubah menjadi biomassa untuk etanol dibandingkan diangkut sebagai bantuan.
Skeptisisme dan Momentum
Tidak semua orang yakin. Beberapa peneliti percaya bahwa hype seputar etanol selulosa terlalu menggembirakan. Mereka mengutip penelitian yang menunjukkan rasio energi lebih rendah daripada yang diiklankan. Studi-studi ini jumlahnya lebih sedikit. Perhatian mereka jauh lebih sedikit.
Narasi yang ada lebih optimis. Jika pendanaan dan opini publik menjadi indikatornya, switchgrass etanol sedang bergerak maju. Teknologinya masih belum sempurna. Rantai pasokan belum terbukti dalam skala besar. Tapi arahnya jelas.
Kita sedang beralih dari model yang mengutamakan makanan menjadi model yang mengutamakan energi. Tanah akan menentukan tanaman mana yang akan tumbuh. Pasar akan menentukan label harga mana yang akan diterapkan. Hasilnya masih belum pasti.
Biaya Sebenarnya dari Bensin Ramah Lingkungan
Angka-angka di halaman mudah disalahartikan. Anda melihat hasil laboratorium dan mengira revolusi telah tiba. Tidak.
Etanol jagung merupakan sumber energi yang hilang jika Anda menghitung setiap tetes solar yang digunakan oleh traktor dan setiap kilowatt-jam yang menyalakan penyulingan. Pengembalian investasi energi sangat kecil. Marjinal. Switchgrass mengubah perhitungannya.
Tumbuh di tanah yang tidak bisa disentuh jagung. Tidak perlu penanaman kembali setiap tahun. Anda memanennya sekali, menunggu dua tahun, dan memanennya lagi. Sistem root tetap ada. Itu menahan tanah. Hal ini menyerap karbon dengan cara yang tidak pernah dilakukan oleh tanaman baris.
Mengapa Switchgrass Mengalahkan Jagung
Kebanyakan orang berasumsi bahwa semua biofuel diciptakan sama. Sebenarnya tidak.
Jagung membutuhkan pupuk nitrogen yang berat. Pupuk tersebut melepaskan dinitrogen oksida, gas rumah kaca yang jauh lebih kuat dibandingkan CO2. Ganti rumput? Ia memperbaiki nitrogennya sendiri dari udara. Tidak diperlukan pupuk setelah tahun kedua.
Hasil per hektarnya lebih rendah dari kandungan pati jagungnya ya. Namun biaya inputnya mendekati nol. Anda tidak membeli benih setiap musim semi. Anda tidak mengerjakan setiap musim gugur. Anda baru saja memotong rumput.
“Penelitian Switchgrass bertujuan untuk menciptakan etanol untuk menggerakkan kendaraan dengan harga $1 per galon.” — Newswise, Desember 2006
Titik harga itu bukanlah keajaiban. Itu agronomi. Itu biologi. Inilah perbedaan antara memberi makan mesin dan memberi makan rumput.
Kesenjangan Infrastruktur
Mengetahui itu berhasil adalah satu hal. Memasukkannya ke dalam tangki Anda adalah hal lain.
Kami tidak memiliki pompa. Kami tidak memiliki silo penyimpanan etanol selulosa dalam skala besar. Kilang yang ada saat ini dibangun untuk jagung. Mereka panas, asam, dan rapuh. Switchgrass lebih tangguh. Berat lignin. Ini membutuhkan enzim yang berbeda. Profil panas yang berbeda.
Departemen Energi mengucurkan dana untuk penelitian dan pengembangan. Laboratorium Nasional Oak Ridge sedang memecahkan kode hidrolisis enzimatik. Mereka ingin memecah selulosa tanpa membakarnya. Tanpa limbah.
Namun kebijakan bergerak lebih lambat dibandingkan ilmu pengetahuan. Kredit pajak menguntungkan tanaman yang sudah mapan. Lobi jagung berkantong tebal. Switchgrass adalah tanaman abadi di dunia tanaman semusim.
Dimana Tumbuhnya?
Tidak di semua tempat.
Ia tumbuh subur di lahan-lahan marginal. Dakota Utara Barat. Keluarga Dakota. Di wilayah Midwest, hasil jagung menurun karena kualitas tanah. Ia tidak bersaing dengan produksi pangan karena tidak ingin menjadi pangan.
Di Brazil, etanol tebu bekerja karena iklim. Di Amerika, kami mempunyai lahan yang luas. Kami hanya kekurangan rantai pemrosesan.
Cadangan Minyak Strategis tidak digunakan, diisi dengan minyak mentah dari wilayah yang secara geopolitik tidak stabil. Bayangkan mengisi tangki tersebut dengan etanol dari switchgrass lokal. Ketahanan energi bukan berarti menemukan lebih banyak minyak. Ini tentang pemisahan diri dari harga spot global.
Intinya
Apakah ini lebih baik bagi lingkungan?
Ya. Namun bukan karena warnanya “hijau”. Karena efisien.
Etanol jagung mungkin menghemat 20% energi bersih. Ganti rumput? Perkiraan berkisar antara 200% hingga 900% tergantung pada studi dan metode pemrosesan. Wang di Argonne National Lab menunjukkan penurunan GRK yang signifikan. Lang di Cornell skeptis terhadap jagung. Dia tidak terlalu keras terhadap rumput.
Teknologi itu ada. Hasil panennya ada. Tanah itu ada.
Kita hanya perlu berhenti mencoba menyuling biji-bijian dan mulai menyaring limbah.
