TUGAS TEKNOLOGI BIOPROSES
BIOGAS
DISUSUN OLEH : KELOMPOK 3 / KELAS 2-A
•
Rabiah
•
Hasti Dewi Poernama
•
Sari Wardani Ali
•
Mariana Tasik
•
Wahyuni Baharuddin
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah segala puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT atas Rahmat dan Karunia-Nya sehingga tugas yang berjudul “Biogas” ini dapat terselesaikan dengan baik. Penyusunan makalah ini dilakukan untuk memenuhi tugas studi Teknologi Bioproses dan untuk menambah wawasan mengenai Biogas. Adapun kendala-kendala yang penyususn hadapi saat membuat makalah ini baik itu secara materi maupun kendala lainnya, akan tetapi penyusun mengucap syukur dan berterimah kasih karena penulis dapat melewati semuanya itu sampai selesai dengan baik. Terima kasih penyusun ucapkan kepada : •
Muhammad Saleh, S.T, M.Si
selaku pembimbing bidang studi Teknologi
Bioproses yang telah membimbing dan membantu dalam penyelesaian makalah ini. •
Teman-teman yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas makalah ini Penyusun menyadari bahwa keberadaan laporan ini masih jauh dari kesempurnaan,
oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun penyusun sangat mengharapkan untuk kesempurnaan pembuatan makalah selanjutnya. Akhirnya, harapan penyusun semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya pengembangan ilmu pengetahuan.Amin
Makassar, Juni 2013
Kelompok III
2
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................... ....................................
i
KATA PENGANTAR ................................................... ....................................................................................... ....................................
ii
DAFTAR ISI .............................................. .................................................................................................... ...................................................... .
iii
BAB I PENDAHULUAN •
Latar Belakang ..................................................... ...........................
1
•
Rumusan Msalah ................................................. ............................................................................. ............................
2
•
Tujuan Penyusunan ...................................................... ...................
2
•
Manfaat Penyusunan ..................................................... ...................
2
BAB II Pembahasan A. Pergertian Biogas ................................................. ............................................................................. ............................
3
B. sejarah Biogas ...................................................................................
3
C. Bahan-bahan Pembuatan Biogas ...................................................... .
4
D. Proses Pembuatan Biogas ................................................................. ..................................... ............................
5
E. Komposisi Biogas ............................................................................ .
13
F. Bentuk dan Jenis-Jenis Biogas ................................................ .......................................................... ..........
13
BAB III Manfaat Biogas A. Manfaat Biogas ...................................................... ...........................
16
B. Kelebihan dan Kekurangan Biogas .................................................. .
18
BAB IV PENUTUP Kesimpulan .............................................. ............................................................................................ ..............................................
19
DAFTAR PUSTAKA
3
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial didunia. Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Selain itu, peningkatan harga minyak dunia hingga mencapai U$ 100 per barel juga menjadi alasan yang serius yang menimpa banyak negara didunia terutama Indonesia. Lonjakan harga minyak dunia akan memberikan dampak yang besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak pemerintah telah menerbitkan Peraturan presiden RI No. 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai bahan bakar minyak. kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai alternatif pengganti bahan bakar minyak. Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerob atau fermentasi dari bahan bahan organik berupa organik berupa kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable. Ada pun faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas biogas yang dihasilkan terdiri dari bahan organik, temperatur, pH, tekanan dan kelembaban udara. Salah satu sumber energi altrnatif adalah Biogas. Gas ini berasal dari berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan dapat dimanfatkan menjadi energi melalui proses anaerobic digestion. Proses ini merupakan peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif sehingga akan mengurangi dampak penggunaan bahan bakar fosil. Sejarah penemuan biogas diawalai dari proses anaerobik yang tersebar dibenua Eropa. Ilmuwan Volta menemukan as yang ada dirawa-rawa pada tahun 1770, kemudian
4
avogadro mengidentifikasi tentang gas metana. Setelah tahun 1875 dipastikan bahwa biogas merupakan produk dari proses anaerobik digestion. Pastoer melakukan penelitian tentang biogas menggunakan kotoran hewan pada tahun 1884. Era penelitian Pastoer menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga saat ini.
1.2 Rumusan Masalah
Dengan memperhatikan latar belakang tersebut, agar kita dapat mendapatkan hasil yang diinginkan maka dalam makalah ini penyusun mengemukakan beberapa rumusan masalah sebagai berikut: 1. Pengertian biogas 2. Proses pembuatan biogas 3. Kompenen-komponen yang terdapat dalam biogas 4. Manfaat biogas 5. Kelebihan dan kekurangan biogas 1.3 Tujuan Penyusunan
Adapun tujuan penyusunan makalah ini yaitu: 1. Sebagai salah satu tugas kelompok dalam mata kuliah Teknologo Bioproses. 2. Untuk menambah dan mengembangkan ilmu pengetahuan terutama mengenai biogas. 1.4 Manfaat Penyusunan
Adapun manfaat dari penyusunan makalah ini yaitu agar kita bisa memahami mengenai biogas dan bisa mengaplikasikan di dalam
kehidupan terutama terutama dalam
pengembangan ilmu pengetahuan.
5
BAB II PROSES PEMBENTUKAN BIOGAS 2.1 Bahan- Bahan Pembuatan Biogas
Biogas berasal dari hasil fermentasi bahan-bahan organik diantaran ya:
Limbah tanaman : tebu, rumput-rumputan, tongkol dan jagung , dan lain-lain.
Limbah dan hasil produksi : minyak, bagas, penggilingan padi, limbah sagu.
Hasil samping industri : tembakau, limbah pengolahan buah-buahan dan sayuran, dedak, kain dari tekstil, ampas tebu dari industri gula dan tapioka, limbah cair industri tahu.
Limbah perairan : tumbuh-tumbuhan air, eceng gondonk
Limbah peternakan : kotoran sapi, kotoran kerbau, kotoran kambing, kotoran unggas. Table 1. Produksi biogas dari berbagai bahan organik
No. Bahan Organik 1 2 3 4
Kotoran Sapi Kotoran Kerbau Kotoran Babi Kotoran Ayam
Jumlah (Kg) 1 1 1 1
Biogas (lt) 40 30 60 70
Tabel 2. Perbandingan jumlah kotoran/tinja yang dihasilkan ternak dan manusia No.
Jenis Ternak
Jml. Tinja Persentase Bahan Kering per hari/kg Kandungan Air 1 Sapi 28 80 20 2 Sapi perah 28 80 20 3 Kerbau 35 83 17 4 Kambing 1,13 74 26 5 Domba 1,13 74 26 6 Babi 3,41 67 33 7 Ayam/kampung/ras 0,18 72 28 8 Itik 0,34 62 38 9 Manusia 0,15 77 23 Sumber : Buku saku petenakan, Dit.Bina Program Dirjen Peternakan
6
2.2 Mikroba yang Berperan dalam Pembentukan Biogas
Ada tiga kelompok dari bakteri dan Arkhaebakteria yang berperan dalam proses pembentukan biogas, yaitu: 1. Kelompok bakteri fermentatif: Steptococci, G Bacteriodes, dan beberapa jenis Enterobactericeae
2. Kelompok bakteri asetogenik: Desulfovibrio 3. Kelompok
Arkhaebakteria
dan
bakteri
metanogen:
Mathanobacterium,
Mathanobacillus, Methanosacaria, dan Methanococcus
2.3 Mekanisme Pembentukan Biogas
Reaksi pembentukan metana (Price and Paul, 1981) dari bahan
–
bahan organik
yang dapat terdegradasi dengan bantuan enzim maupun bakteri dapat dilihat sebagai berikut:
Kondisi operasi pada pembuatan biogas antara lain : 40 oC (paling optimum pada T = 35 oC)
Temperatur
= 20
Tekanan gas
= 20 - 25 cmH2O atau 0,02
Rasio C/N
= 30
pH
= 6,8
–
–
–
0,024 atm
8,0
Rasio bahan baku/air = 2 : 3
7
Tahap-tahap proses pencernaan material organik: 1. Reaksi Hidrolisa / Tahap pelarutan Pada tahap ini bahan yang tidak larut seperti selulosa, polisakarida dan lemak diubah menjadi bahan yang larut dalam air seperti karbohidrat dan asam lemak. Tahap pelarutan berlangsung pada suhu 25o C di digester.
2. Reaksi Asidogenik / Tahap pengasaman Pada tahap ini, bakteri asam menghasilkan asam asetat dalam suasana anaerob. Tahap ini berlangsung pada suhu 25o C di digester.
3. Methanogenesis. Pada tahap ini, bakteri metana membentuk gas metana secara perlahan secara anaerob. Proses ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu 25 o C di dalam digester. Pada proses ini akan dihasilkan 70% CH 4, 30 % CO2, sedikit H 2 dan H2S .
Gambar 1. Proses dalam reaktor biogas (Sufyandi, (Suf yandi, 2001).
8
2.4 Proses Pembuatan Biogas yang Berasal dari Kotoran Ternak
Berikut adalah contoh proses pembuatan biogas dari kotoran ternak. a. Yang pertama dilakukan adalah menyediakan wadah atau bejana untuk mengolah kotoran organik menjadi biogas. Kalau hanya diperuntukkan secara pribadi, cukup menggunakan bak yang terbuat dari semen yang cukup lebar atau drum bekas yang masih cukup kuat. Selain itu perlunya kesediaan kotoran hewan (baik sapi maupun kambing) yang merupakan bahan baku biogas. b. Proses kedua adalah mencampurkan kotoran organik tersebut dengan air. Biasanya campuran antara kotoran dan air menggunakan perbandingan 1:1 atau bisa juga menggunakan perbandingan 1:1,5. Air berperan sangat penting di dalam proses biologis pembuatan biogas. Artinya jangan terlalu banyak (berlebihan) juga jangan terlalu sedikit (kekurangan). c. Temperatur selama proses berlangsung, karena ini menyangkut "kesenangan" hidup bakteri pemroses biogas antara 27 - 28 derajat celcius. Dengan temperatur itu proses p roses pembuatan biogas akan berjalan b erjalan sesuai dengan waktunya. Tetapi berbeda kalau nilai temperatur terlalu rendah (dingin), maka waktu untuk menjadi biogas akan lebih lama. d. Kehadiran jasad pemroses, atau jasad yang mempunyai kemampuan untuk menguraikan bahan-bahan yang akhirnya membentuk CH4 (gas metan) dan CO2. Dalam kotoran kandang, lumpur selokan ataupun sampah dan jerami, serta bahan bahan buangan lainnya, banyak jasad renik, baik bakteri ataupun jamur pengurai bahan-bahan tersebut didapatkan. Tapi yang menjadi masalah adalah hasil uraiannya belum tentu menjadi CH4 yang diharapkan serta mempunyai kemampuan sebagai bahan bakar. e. Untuk mendapatkan biogas yang diinginkan, bak penampung (bejana) kotoran organik harus bersifat anaerobik. Dengan kata lain, tangki itu tak boleh ada oksigen dan udara yang masuk sehingga sampah-sampah organik yang dimasukkan ke dalam bioreaktor bisa dikonversi mikroba. Keberadaan udara menyebabkan gas CH4 tidak akan terbentuk. Untuk itu maka bejana pembuat biogas harus dalam keadaan tertutup rapat.
9
f. Setelah proses ini selesai, maka selama dalam kurun waktu 1 minggu didiamkan, maka gas metan sudah terbentuk dan siap dialirkan untuk keperluan memasak. Namun ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam memanfaatkan biogas. Seperti misalnya sifat biogas yang tidak berwarna, tidak berbau dan sangat cepat menyala. Karenanya kalau lampu atau kompor mempunyai kebocoran, akan sulit diketahui secepatnya. Berbeda dengan sifat gas lainnya, sepeti elpiji, maka karena berbau akan cepat dapat diketahui kalau terjadi kebocoran pada alat yang digunakan. Sifat cepat menyala biogas, juga merupakan masalah tersendiri. Artinya dari segi keselamatan pengguna. Sehingga tempat pembuatan atau penampungan biogas harus selalu berada jauh dari sumber api yang kemungkinan dapat menyebabkan ledakan kalau tekanannya besar. Perlu diketahui bahwa laju pembentukan gas CH4 dalam reaktor biogas sangat dipengaruhi oleh temperatur. Temperatur ini akan berhubun dengan kemampuan bakteri yang ada dalam reaktor. Faktor pendukung untuk mempercepat proses fermentasi adalah kondisi lingkungan yang optimal bagi pertumbuhan bakteri perombak. Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap produksi biogas sebagai berikut (Simamora dkk, 2006) : 1. Kondisi anaerob atau kedap udara. Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh mikroorganisme anaerob. Karena itu, instalasi pengolah biogas harus kedap udara (keadaan anaerob). 2. Bahan baku isian Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan baku isian ini harus terhindar dari bahan baku anorganik seperti pasir, batu, plastik dan beling. Bahan isian ini harus mengandung berat kering sekitar 7-9 %. Keadaan ini dapat dicapai dengan melakukan pengenceran menggunakan air 1:1-2 (bahan baku: air).
10
3. Rasio karbon nitrogen(C/N) Rasio karbon (C) dan Nitrogen (N) yang terkandung dalam bahan organik sangat menentukan kehidupan dan aktivitas mikroorganisme. Rasio C/N yang optimum bagi mikroorganisme perombak adalah 25-30. Tabel 3. Rasio C/N untuk berbagai bahan organik Bahan Organik Kotoran Manusia Kotoran sapi Kotoran babi kotoran ayam Kotoran Kuda kotoran Domba Jerami Lucemes Alga Gandum serbuk Jerami Ampas Tebu Serbuk Gergaji Kol Tomat Mustard (Runch) Kulit Kentang Sekam Bongkol Jagung daun yang Gugur Batang kedelai Kacang Toge Sumber : Kaltwasser, 1980
N dalam % 6 1.7 3.8 6.3 2.3 3.8 4 2.8 1.9 1.1 0.5 0.3 0.1 3.6 3.3 1.5 1.5 0.6 0.8 1 1.3 0.6
C/N 5.9-10 16.6-25 6.2-12.5 5-7.1 25 33 12.5-25 16.6 100 50 100-125 140 200-500 12.5 12.5 25 25 67 50 50 33 20
4. Derajat keasaman (pH). Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8- 7,8. Pada tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam (asam organik) yang akan menurunkan pH. Mencegah terjadinya penurunan pH dapat dilakukan dengan menambahkan larutan kapur (Ca(OH)2) atau kapur (CaCO3).
11
5. Temperatur. Produksi biogas akan menurun secara cepat akibat perubahan temperatur yang mendadak didalam instalasi pengolah biogas. Upaya praktis untuk menstabilkan temperatur adalah dengan menempatkan instalasi biogas didalam tanah. 6. Starter. Starter diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organic hingga menjadi biogas. Starter merupakan mikroorganisme perombak yang telah dijual komersial. Bisa juga menggunakan lumpur aktif organik atau isi rumen. 2.5 Komposisi Biogas
Komponen terbesar biogas adalah Methana (CH4, 54-80%-vol) dan karbondioksida (CO2, 20-45%-vol) serta sejumlah kecil H2, N2 dan H2S. Komposisi biogas bervariasi tergantung dengan asal proses anaerobik yang terjadi. Pada literature lain komposisi biogas secara umum ditampilkan dalam tabel berikut : Tabel 4. Komposisi biogas secara umum Komponen
Persentase
Metana (CH4)
55
–
75%
Karbon dioksida(CO2)
25
–
45%
Nitrogen (N2)
0
–
0,3%
Hidrogen (H2)
1
–
5%
Hidrogen sulfide (H2S)
0
–
3%
Oksigen (O2)
0,1
–
0,5%
Sumber : Juanga, 2007
12
2.6 Bentuk dan jenis-jenis reaktor biogas: a. Reaktor kubah tetap (Fixed-dome)
Gambar 2.Reaktor kubah tetap (Fixed-dome) Reaktor ini disebut juga reaktor China. Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat pertama kali di China sekitar tahun 1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri,baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentuk gas metana. Bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karna menahan gas agar tidak terjadi kebocoran. Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixeddome). Dinamakan kubah tetap karena bentuknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah. Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunakan reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah. Kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya. b. Reaktor floating drum
Gambar 3.Reaktor floating drum
13
Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di India pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan. Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya. Akibat tempat penyimpanan yang terapung menyebabkan tekanan gasnya konstan. Kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. Faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap. c.
Reaktor balon
Gambar 4.Reaktor Balon Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. Reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.
14
BAB III MANFAAT BIOGAS 3.1 Manfaat Biogas Manfaat pembuatan biogas dari kotoran ternak antara lain : 1) Gas yang dihasilkan dapat mengganti fuel seperti LPG atau natural gas . Pupuk sapi yang dihasilkan dari satu sapi dalam satu tahun dapat dikonversi menjadi gas metana yang setara dengan lebih dari 200 liter gasoline gasoline 2) Gas yang dihasilkan dapat digunakan untuk sumber energi menyalakan lampu, dimana 1 m 3 biogas dapat digunakan untuk menyalakan lampu 60 Watt selama 7 jam. Hal ini berarti bahwa 1m3 biogas menghasilkan energi = 60 W x 7 jam = 420 Wh = 0,42 kWh. 3) Limbah digester biogas, baik yang padat maupun cair dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik
Gambar 5.Penggunaan biogas untuk berbagai aplikasi (Kosaric dan Velikonja, 1995) Tabel 5.Kesetaraan biogas dengan sumber bahan bakar lain Bahan Bakar
Jumlah
Elpiji
0,46 kg
Minyak tanah
0,62 liter
Minyak solar
0,52 liter
Bensin
0,80 liter
Gas kota
1,50 m3
Kayu bakar
3,50 kg
15
Berikut beberapa faktor yang bisa menjadi pertimbangan Indonesia memiliki prospek yang baik dalam penggunaan biogas: 1. Indonesia memiliki banyak peternakan, menurut statistik data website departemen pertanian Indonesia, setiap provinsi memiliki rata-rata ternak sekitar 500 ribu yang jika dijumlahkan Indonesia memiliki sekitar 13 juta sapi perah dan sapi potong, serta 28 juta kambing, domba, dan kerbau. Namun pengolahan kotoran ternak belum dimanfaatkan secara optimal dan bahkan menimbulkan masalah. 2. Biogas mampu mendukung energi bagi industri rumah tangga dan industri kecil menegah 3. Meninjau TPA di Indonesia yang masih banyak mengalami masalah sampah organik yang bercampur dengan sampah anorganik. Sampah organik bisa digunakan sebagai bahan dasar biogas. 4. Harga minyak yang mahal sehingga memungkinkan biogas menjadi sumber energi alternatif 5. Kenaikan biaya sumber energi seperti tarif listrik, harga LPG, premium, minyak tanah, dan minyak bakar lainnya 6. Prospek diutamakan pada tempat-tempat banyak yang masih dalam masa pembangunan (kompleks perumahan baru, gedung perkantoran baru dan pedesaan) dan tempat peternakan. 7. Penggunaan biogas relatif tidak menimbulkan polusi. 8. 3.2 Pemanfaat Biogas Menjadi Bahan Bakar Rumah Tangga Saat ini berbagai jenis bahan dan ukuran peralatan biogas telah dikembangkan sehingga dapat disesuaikan dengan karakteristik wilayah, jenis, jumlah dan pengelolaan kotoran ternak. Peralatan dan proses pengolahan dan pemanfaatan biogas ditampilkan pada gambar berikut.
16
Gambar 6. Proses pemanfaatan dan pengolahn biogas menjadi bahan bakar rumah tangga Bangunan utama dari instalasi biogas adalah Digester yang berfungsi untuk menampung gas metan hasil perombakan bahan bahan organik oleh bakteri. Jenis digester yang paling banyak digunakan adalah model continuous feeding dimana pengisian bahan organiknya dilakukan secara kontinu setiap hari. Besar kecilnya digester tergantung pada kotoran ternak yamg dihasilkan dan banyaknyaÿ biogas yang diinginkan. Lahan yang diperlukan sekitar 16 m2. Untuk membuat digester diperlukan bahan bangunan seperti pasir, semen, batu kali, batu koral, bata merah, besi konstruksi, cat dan pipa prolon. Digester dapat dibuat dari bahan plastik Polyetil Propilene (PP), fiber glass atau semen, sedangkan ukuran bervariasi mualai dari 4 hingga 35 m3. Biogas dengan ukuran terkecil dapat dioperasikan dengan kotoran ternak 3 ekor sapi, 7 ekor babi atau 500 ekor unggas. Gambar 7. Macam-macam Digester
Biogas yang dihasilkan dapat ditampung dalam penampung plastik atau digunakan langsung pada kompor untuk memasak, menggerakan generator listrik, patromas biogas, penghangat ruang/kotak penetasan telur dll. Lokasi yang akan dibangun sebaiknya dekat dengan kandang sehingga kotoran ternak dapat langsung disalurkan kedalam digester. Disamping digester
17
harus dibangun juga penampung sludge (lumpur) dimana slugde tersebut nantinya dapat dipisahkan dan dijadikan pupuk organik padat dan pupuk organik cair. Setelah pengerjaan digester selesai maka mulai dilakukan proses pembuatan biogas dengan langkah langkah sebagai berikut: 1. Mencampur kotoran sapi dengan air sampai terbentuk lumpur dengan perbandingan 1:1 pada bak penampung sementara. Bentuk lumpur akan mempermudah pemasukan pemasukan kedalam digester. 2. Mengalirkan lumpur kedalam digester melalui lubang pemasukan. Pada pengisian pertama kran gas yang ada diatas digester dibuka agar pemasukan lebih mudah dan udara yang ada didalam digester terdesak keluar. Pada pengisian pertama ini dibutuhkan lumpur kotoran sapi dalam jumlah yang banyak sampai digester penuh. 3. Melakukan penambahan starter (banyak dijual dipasaran) sebanyak 1 liter dan isi rumen segar dari rumah potong hewan (RPH) sebanyak 5 karung untuk kapasitas digester 3,5
–
5,0 m2.
Setelah digester penuh, kran gas ditutup supaya terjadi proses fermentasi. 4. Membuang gas yang pertama dihasilkan pada hari ke-1 sampai ke-8 karena yang terbentuk adalah gas CO2. Sedangkan pada hari ke-10 sampai hari ke-14 baru terbentuk gas metan (CH4) dan CO2 mulai menurun. Pada komposisi CH4 54% dan CO2 27% maka biogas akan menyala. 5. Pada hari ke-14 gas yang terbentuk dapat digunakan untuk menyalakan api pada kompor gas atau kebutuhan lainnya. Mulai hari ke-14 ini kita sudah bisa menghasilkan energi biogas yang selalu terbarukan. Biogas ini tidak berbau seperti bau kotoran sapi. Selanjutnya, digester terus diisi lumpur kotoran sapi secara kontinu sehingga dihasilkan biogas yang optimal Pengolahan kotoran ternak menjadi biogas selain menghasilkan gas metan untuk memasak juga mengurangi pencemaran lingkungan, menghasilkan pupuk organik padat dan pupuk organik cair dan yang lebih penting lagi adalah mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar minyak bumi yang tidak bisa diperbaharui.
18
Gambar 8. Kompor Gas dari pengolah biogas 3.3 Pemanfaat Biogas Menjadi Pebangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTB)
Sistem instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) dapat dibuat skema sebagai berikut:
Gambar 9.Bagan sistem instalasi pembangkit listrik dari biogas kotoran sapi. Perubahan biogas menjadi energi listrik dilakukan dengan memasukkan gas dalam tabung penampungan kemudian masuk ke conversion kit yang berfungsi menurunkan tekanan gas dari tabung sesuai dengan tekanan operasional mesin dan mengatur debit gas yang bercampur dengan udara didalam mixer, dari mixer bahan bakar bersama dengan udara masuk kedalam mesin dan terjadilah pembakaran yang akan menghasilkan daya untuk menggerakkan generator yang menghasilkan energi listrik. Karakterisrik pembakaran yang terjadi pada mesin diesel berbeda dengan pembakaran pada mesin bensin. a.
Karakteristik pembakaran biogas didalam mesin diesel 19
Bahan bakar biogas membutuhkan rasio kompresi yang tinggi untuk proses pembakaran sebab biogas mempunyai titik nyala yang tinggi 645 0C
–
750 0C
dibandingkan titik nyala solar 220 0C, maka mesin diesel umumnya digunakan secara dualfuel dengan rasio kompresi sekitar 15
–
18. Proses pembakaran pada mesin
dualfuel, bahan bakar biogas dan udara masuk ke ruang bakar pada saat langkah hisap dan kemudian dikompresikan didalam silinder seperti halnya udara dalam mesin diesel biasa. Bahan bakar solar dimasukkan lewat nosel pada saat mendekati akhir langkah kompresi, dekat titik mati atas (TMA) sehingga terjadi pembakaran. Temperatur awal kompresi tidak boleh lebih dari 80 0C karena akan menyebabkan terjadinya knocking dan peristiwa knocking yang terjadi pada mesin dualfuel hampir sama dengan yang terjadi pada mesin bensin, yaitu terjadinya pembakaran yang lebih awal akibat tekanan yang tinggi dari mesin diesel. Hal ini disebabkan karena bahan bakar biogas masuk bersama-sama dengan udara ke ruang bakar, sehingga yang dikompresikan tidak hanya udara tapi juga biogas. b. Karakteristik pembakaran biogas di dalam mesin bensin Mesin bensin dengan rasio kompresi yang hanya berkisar antara 6
–
9,5 tidak cukup
untuk melakukanpembakaran biogas karena titik nyala biogas yang tinggi 645 0C - 750 0C, untuk itu dilakukan penambahan rasio kompresi mesin menjadi 10
–
12. Proses
pembakaran biogas sama seperti pada mesin bensin normal, yaitu biogas dan udara masuk ke ruang bakar dan pada akhir langkah kompresi terjadi pembakaran, pembakaran ini terjadi karena bantuan loncatan bunga api dari busi. c.
Pemilihan Mesin Penggerak Berdasarkan hasil survey lapangan bahwa mesin yang dapat digunakan untuk mesin penggerak generator PLTBG adalah mesin diesel dan bensin. Di pasaran untuk mesin bensin harganya jauh lebih mahal dari mesin diesel dengan daya yang sama dan untuk daya yang besar hanya mesin diesel yang dapat digunakan sebab tidak adanya mesin
20
bensin dengan daya besar di pasaran. Penggunaan kedua jenis mesin tersebut dalam kenyataannya menghasilkan efisiensi yang rendah sehingga perlu adanya modifikasi. Modifikasi yang perlu dilakukan untuk mengubah mesin diesel menjadi mesin berbahan bakar biogas adalah dengan cara menambahkan conversion kit dan mixer. Fungsi conversion kit adalah untuk mengatur debit dan menurunkan tekanan aliran bahan bakar sesuai dengan tekanan operasional yang diinginkan sedangkan mixer berfungsi sebagai pencampur bahan bakar dengan udara. Pemasangan mixer terletak pada saluran masuk udara dan conversion kit terpasang antara mixer dan tabung gas (Gas holder). Sistem modifikasi ini menggunakan sistem dualfuel yaitu mesin menggunakan dua bahan bakar yang dilakukan secara bersamaan dengan komposisi 20% solar dan 80% biogas . Hal ini dilakukan karena titik nyala pembakaran biogas sangat tinggi yaitu sekitar 645°C-750°C.
Gambar 10. Skema pemasangan mixer dan conversion kit pada mesin diesel Modifikasi mesin bensin hampir sama dengan mesin diesel yaitu dengan cara menambah Conversion kit dan mixer. Perbedaannya adalah pada mesin bensin bahan bakar biogas dapat digunakan 100%, hal ini dikarenakan adanya busi sehingga bahan bakar biogas akan cepat terbakar. Pemasangan mixer terletak antara saringan udara dan karburator, sedangkan Conversion kit terpasang antara mixer dan tabung gas (gas holder).
21
Perkiraan biaya untuk pembelian Conversion kit dan mixer yaitu sekitar Rp. 4.800.000,00 untuk kondisi alat baru. -
Perhitungan Ekonomi PLTBG Perhitungan ekonomi penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG)
untuk peternakan sedang dan besar dengan pemakaian mesin diesel dan bensin , dan dibandingkan dengan keuntungan listrik yang dihasilkan yang disesuaikan dengan tarif dasar listrik PLN. Biaya investasi dari mesin diesel lebih kecil dari pada mesin bensin, sehingga mesin diesel lebih menguntungkan dari segi ekonomi. Di lain sisi dari aspek perawatan mesin diesel dan mesin bensin dapat dikatakan sebanding dan membutuhkan biaya yang relatif sama. Dilihat dari aspek operasi mesin diesel lebih mudah, mempunyai umur operasi yang lama dan menggunakan sedikit bahan bakar untuk penyediaan daya yang sama dibandingkan dengan mesin bensin. Hal ini dapat dijadikan alasan bahwa mesin diesel lebih menguntungkan sebagai mesin penggerak pada PLTBG. Keuntungan dari membangkitkan listrik dari PLTBG adalah energi listrik yang dapat hasilkan dikalikan dengan harga listrik yang harus dibayar pemakai jika menggunakan listrik dari PLN. Harga listrik Rp. 545/kWh dan biaya beban Rp. 30.000,00/kVA. Nilai rupiah yang dapat dihasilkan dari membangkitkan listrik dari biogas pada peternakan sedang dengan daya d aya 3 kW (4 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan tiap hari 24 jam adalah Rp. 15.762.600,00. -
Pengembangan Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Listrik dari Sampah Kota Menanggapi tulisan
yang berjudul Energi masa lalu, kini dan masa depan kita selaku kota yang baru berdiri harus
bercermin
kepada
kota
yang
sudah
menghadapi
masalah
dan
mampu
menyelesaikannya, khususnya terhadap permasalahan ketersediaan energi yang sangat pokok dan penting tetapi mampu memecahkan permasalahan lainnya. Sampah telah menjadi masalah besar terutama di kota-kota besar di Indonesia. Hingga tahun 2020 mendatang, volume sampah perkotaan di Indonesia diperkirakan akan meningkat lima kali
22
lipat. Tahun 1995 saja, menurut data yang dikeluarkan Asisten Deputi Urusan Limbah Domestik, Deputi V Menteri Lingkungan Hidup, Chaerudin Hasyim, di Jakarta baru-baru ini, setiap penduduk Indonesia menghasilkan sampah rata-rata 0,8 kilogram per kapita per hari, sedangkan pada tahun 2000 meningkat menjadi 1 kilogram per kapita per hari. Pada tahun 2020 mendatang diperkirakan mencapai 2,1 kilogram per kapita per hari. Saat ini, rencana pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTB) dari sampah di Jawa Barat dan Banten memang masih dalam tahap MoU. Selain mengatasi masalah sampah kota, diharapkan pemanfaatan sampah untuk listrik tersebut juga bisa membantu PLN dalam mengatasi krisis enerji listrik. Paling tidak, listrik penduduk di seputar TPA tak akan sering-sering byar pet. Bila PLTB di TPA Leuwigajah tersebut beroperasi, pada mulanya akan memberikan kontribusi pasokan listrik sebesar 1 MW (mega watt) terhadap jaringan PLN di wilayah Distribusi Jawa Barat dan Banten, dengan kapasitas maksimumnya 10 MW. Meski kontribusi listrik sebesar 1 MW tergolong relatif kecil, namun jika disalurkan kepada pelanggan rumah tangga daya tersambung 450 atau 900 VA (volt ampere) dengan pemakaian rata-rata misalnya 100 kwh (kilo watt hour) perbulan, diperkirakan dapat memasok kepada sekira 10 ribu pelanggan. Menurut Direktur Utama PT Navigat Organic Energy Indonesia, Sri Andini, selain ingin turut memberikan kontribusi enerji listrik, pembangunan PLTB itu diharapkan pula mampu memberikan solusi terhadap permasalahan sampah selama ini. Upaya tersebut sekaligus pula agar masyarakat terbebas dari hal-hal yang membahayakan lingkungan, terutama akibat limbah sampah yang dapat mengeluarkan gas-gas beracun. Selain membutuhkan waktu yang tidak sebentar untuk membangun PLTB dari sampah, yakni mulai dari pembangunan instalasi, pengeboran, maupun infrastruktur lainnya, juga akan memakan waktu lama untuk mencapai keuntungan ekonomis. BEP (break event point atau titik impasnya saja baru dapat tercapai selama 9 sampai 10 tahun mendatang. Pembangkit listrik tenaga biogas tersebut merupakan yang pertama di Indonesia. Kalau di negara-negara lain terutama di Eropa, termasuk di Asia seperti Korea Selatan, Malaysia maupun Thailand sudah berjalan. Di Inggris misalnya, pembangkit listrik tenaga biogas sampah sudah berjalan selama 15 tahun dengan kapasitas mencapai 400 MW.
23
PLTB merupakan salah satu upaya untuk menjaga kelestarian lingkungan, terutama dalam menangani limbah sampah utamanya sampah organik. Sekaligus menjadi salah satu alternatif memberikan pasokan energi listrik yang dinilai cukup terbatas selama ini. Serta masih banyak menggantungkan pada pembangkit listrik seperti PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), dsb. 3.2 Kelebihan dan Kekurangan Biogas
Selain bermanfaat sebagai pengganti bahan bakar, ada sejumlah kelebihan yang dapat diperoleh dari biogas terhadap lingkungan, antara lain: a. Masyarakat tak perlu menebang pohon untuk dijadikan kayu bakar. b. Proses memasak jadi lebih bersih, dan sehat karena tidak mengeluarkan asap. c. Kandang hewan menjadi semakin bersih karena limbah kotoran kandang langsung dapat diolah. d. Sisa limbah yang dikeluarkan dari biodigester dapat dijadikan pupuk sehingga tidak mencemari lingkungan. e. Dapat berkontribusi menurunkan emisi gas rumah kaca melalui pengurangan pemakaian bahan bakar kayu dan bahan bakar baka r minyak. f. Realatif lebih aman dari ancaman bahaya kebakaran. g. Mengurangi penggunaan bahan bakar lain (minyak tanah, kayu, dsb) oleh rumah tangga atau komunitas h. Menghasilkan pupuk organik berkualitas tinggi sebagai hasil sampingan i.
Menjadi metode pengolahan sampah (raw waste) yang baik dan mengurangi pembuangan sampah ke lingkungan (aliran air/sungai)
j.
Meningkatkan kualitas udara karena mengurangi asap dan jumlah karbodioksida akibat pembakaran bahan bakar minyak/kayu bakar
k. Secara ekonomi, murah dalam instalasi serta menjadi investasi yang menguntungkan dalam jangka panjang
24
Adapun kekurangannya adalah : a. Memerlukan dana tinggi untuk aplikasi dalam da lam bentuk instalasi biogas. b. Tenaga kerja tidak memiliki kemampuan memadai terutama dalam proses produksi. c. Belum dikenal masyarakat. d. Tidak dapat dikemas dalam bentuk cair dalam tabung.
25
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan
Biogas adalah gas yang mudah terbakar dan dihasilkan oleh aktifitas anaerob atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya; kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. sistem biogas sederhana. Disamping itu di daerah yang banyak industri pemrosesan makanan antara lain tahu, tempe, ikan pindang atau brem bisa menyatukan saluran limbahnya ke dalam system biogas. Sehingga limbah industri tersebut tidak mencemari lingkungan disekitarnya. Hal ini memungkinkan karena limbah industri tersebut diatas berasal dari bahan organik yang homogen. Harga bahan bakar minyak yang makin meningkat dan ketersediaannya yang makin menipis serta permasalahan emisi gas rumah kaca merupakan masalah yang dihadapi oleh masyarakat global. Upaya pencarian akan bahan bakar yang lebih ramah terhadap lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan solusi dari permasalahan energi tersebut. Untuk itu indonesia yang memiliki potensi luas wilayah yang begitu besar, diharapkan untuk segera mengaplikasi bahan bakar nabati. Komposisi biogas terdiri atas metana (CH4) 55-75%, Karbon dioksida (CO2) 2545%, Nitrogen (N2) 0-0.3%, Hidrogen (H2) 1-5%, Hidrogen sulfide (H2S) 0-3%, Oksigen (O2) 0.1-0.5%. Nilai kalori dari 1 meter kubik Biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu Biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil. 4.2 Saran
Kebutuhan bahan bakar di era perkembangan saat sangat besar sehingga permintaan akan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui semakin meningkat dan membuat bahan
26
bakar menjadi langka sehingga dibutuhknnya bahan bakar alternative lainnya seperti biogas. Gunakanlah bahan bakar yang ramah lingkungan, seperti biogas karena mudah untuk diproduksi. Biogas dihasilkan dari bahan limbah yang ada di lingkungan tidak seperti bahan bakar yang berasal dari bahan fosil yang membutuhkan bertahun-tahun untuk memproduksi bahan bakar tersebut serta tidak bisa terbaharukan kembali.
27
DAFTAR PUSTAKA
http:// Biogas bio.bakteri.htm http://Biogas Energi Alternatif Masa Depan Tugas Akhir Semester SAS Biogas Ganesha.html http://Cara Cepat Membuat Biogas Dari Kotoran Hewan dan Sampah Dirumah.htm http://Hasil Penelusuran Gambar Google untuk http bp.blogspot.com P7FQp5qvvt0 UAt8BOVqbnI AAAAAAAAAfc JIiTuxglPxI s1600 tabel4.jpg.htm http://irbmevonnovembri.blogspot.com/2011/08/biogas-sebagai-alternatif-energi.html http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas http://makalah-pembuatan-biogas.html http:// makalah-biogas.html
28
