48616318 biogas dari kotoran sapi
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Krisis energi yang melanda negeri ini diperkirakan masih akan
berlangsung beberapa tahun ke depan. Di tengah persoalan tersebut,
pengembangan energi baru dan terbarukan menjadi solusi alternatif.
Pemerintah telah mengeluarkan Blue Print Pengelolaan Energi Nasional
Periode 2005 – 2025 yang merupakan penjabaran dari Kebijakan Energi
Nasional (Peraturan Presiden No.5 Tahun 2006). Dalam cetak biru itu,
peranan energi baru dan terbarukan ditargetkan meningkat menjadi 4,4%
pada tahun 2025. Kelangkaan sumber – sumber energi seperti gas elpiji dan
berkurangnya debit air akibat musim kemarau di waduk-waduk pembangkit
listrik membuat Pembangkit Listrik Tenaga Air kurang berfungsi dan
menyebabkan pemadaman listrik bergilir di beberapa daerah. Hal ini tentu
saja akan merugikan masyarakat yang kegiatan sehari-harinya menggunakan
listrik. Fenomena-fenomena tersebut dapat terjadi karena sampai sekarang
pemerintah dan masyarakat pada umumnya terkesan masih mengabaikan
keberadaan bioenergi atau sumber energi baru yang berpotensi sangat besar
untuk dikembangkan. Pengembangan bioenergi seperti biogas merupakan
salah satu langkah untuk mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap
sumber-sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Pemanfaatan bioenergi
sebagai sumber energi alternatif khususnya biogas di Indonesia merupakan
langkah yang tepat untuk mengurangi ketergantungan terhadap gas elpiji yang
harganya mahal dan keberadaannya yang langka di masyarakat. Selain itu,
biogas juga bisa menghasilkan energi listrik yang cukup besar.
Pengembangan biogas di daerah – daerah yang berpotensi untuk
memproduksinya adalah merupakan suatu langkah untuk membuka lapangan
kerja baru dan sekaligus untuk mengurangi jumlah sampah, khususnya
sampah organik.
Kebijakan Pemerintah tersebut menekankan pada sumber daya yang
1
dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak Salah satu
sumber energi alternatif adalah biogas. Gas ini berasal dari berbagai macam
limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan
dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses anaerobik digestion.
Proses ini merupakan peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif
sehingga akan mengurangi dampak penggunaan bahan bakar fosil. Biogas
sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2),
dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida
(H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen yang
kandungannya sangat kecil.
1.2 Rumusan Masalah
Mengapa Biogas harus dikembangkan, dikarenakan :
1. Polusi
Selama ini kotoran ternak menjadi permasalahan, karena
menimbulkan polusi udara dan air sehingga menjadi pemicu konflik sosial
antara peternak dan non peternak. Keberadaan peternakan di lokasi padat
peduduk sering mendapat tekanan dari masyarakat dan akhirnya
keberlasungannya terancam. Polusi udara ini disebabkan oleh bau dari
kotoran ternak.
2. Pemanasan Global
Gas Methan (CH4) merupakan kelompok gas rumah kaca (green
house gas) yang memberikan kontribusi terhadap peningkatan panas dunia
(global warming) setara dengan 21 kali karbon dioksida (CO2). Gas
methan ini jiga dihasilkan oleh ternak hidup yang dikeluarkan ternak
melalui mulut (sendawa) dan anus ternak, serta dari tumpukan kotoran
ternak. Gas methan yang dikeluarkan dari tubuh ternak, gas methan dari
luar peternakan, serta kelompok gas rumah kaca lainnya yang terlepas
keudara bebas secara bersama – sama menyebabkan terjadinya
peningkatan panas bumi. Peningkatan panas bumi ini dalam jangka
2
panjang dapat menurunkan kualitas lingkungan, musim kemarau lebih
panjang, produksi pertanian menurun dan menimbulkan ancaman bencana
alam.
Gambar 1. Proses Efek Rumah Kaca
3. Biogas Energi Alternatif
Saat ini minyak tanah sebagai bahan bakar utama bagi rumah
tangga menjadi langka dan mahal yang dapat menyebabkan kemiskinan.
Disisi lain terdapat energy alternative biogas yang dapat digunakan
sebagai pengganti bahan bakar minyak tanah. Bahan bakunya bisa
menggunakan bahan organik dari limbah kotoran ternak yang selama ini
belum begitu banyak dimanfaatkan.
1.3 Tujuan
a. Mahasiswa memperoleh wawasan tentang Energi alternative (pada
khususnya Biogas).
b. Mahasiswa memperoleh wawasan tentang Biogas dan pemanfaatannya.
c. Mahasiswa memperoleh ketrampilan dalam cara pengolahan dan
pembuatan Biogas.
d. Mahasiswa dapat mengetahui permasalahan yang terjadi di Dunia tentang
krisis energi.
3
1.4 Manfaat Biogas
Pengembangan biogas dari limbah peternakan dapat bermanfaat
antara lain :
a. Masyarakat dapat mandiri atau hemat Energi BBM
b. Penghematan keuangan rumah tangga
c. Bagi Negara terjadi penghematan ekonomi dalam bentuk
pengurangan subsidi.
d. Peternakan jadi ramah lingkungan (polusi udara, dan air) berkurang.
e. Pengurangan perambahan hutan untuk kayu bakar.
f. Populasi ternak terjaga, bahkan dapat terjadi peningkatan populasi
ternak.
g. Perbaikan manajemen pemeliharaan ternak
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sejarah Biogas
1. Cina
Sejak tahun 1975 "biogas for every household". Pada tahun 1992, 5
juta rumah tangga di China menggunakan biogas. Reaktor biogas yang
banyak digunakan adalah model sumur tembok dengan bahan baku kotoran
ternak dan manusia serta limbah pertanian.
2. India
Dikembangkan sejak tahun 1981 melalui "The National Project on
Biogas Development" oleh Departemen Sumber Energi non-Konvensional.
Tahun 1999, 3 juta rumah tangga menggunakan biogas. Reaktor biogas
yang digunakan model sumur tembok dan dengan drum serta dengan bahan
baku kotoran ternak dan limbah pertanian.
3. Indonesia
Mulai diperkenalkan pada tahun 1970-an, pada tahun 1981 melalui
Proyek Pengembangan Biogas dengan dukungan dana dari FAO dibangun
contoh instalasi biogas di beberapa provinsi. Penggunaan biogas belum
cukup berkembang luas antara lain disebabkan oleh karena masih relatif
murahnya harga BBM yang disubsidi, sementara teknologi yang
diperkenalkan selama ini masih memerlukan biaya yang cukup tinggi karena
berupa konstruksi beton dengan ukuran yang cukup besar. Mulai tahun
2000-an telah dikembangkan reaktor biogas skala kecil (rumah tangga)
dengan konstruksi sederhana, terbuat dari plastik secara siap pasang
(knockdown) dan dengan harga yang relatif murah.
2.2 Program Bio Energi Perdesaan (B E P)
Salah satu permasalahan nasional yang kita hadapi dan harus
dipecahkan serta dicarikan jalan keluarnya pada saat ini adalah masalah
energi, baik untuk keperluan rumah tangga, maupun untuk industri dan
5
transportasi. Terkait dengan masalah tersebut, salah satu kebijakan
pemerintah ialah rencana pengurangan penggunaan bahan bakar minyak
tanah untuk keperluan rumah tangga. Sejalan dengan hal itu pemerintah juga
mendorong upaya-upaya untuk penggunaan sumber-sumber energi
alternative lainnya yang dianggap layak dilihat dari segi teknis, ekonomi,
dan lingkungan, apakah itu berupa biofuel, biogas/gas bio, briket arang dan
lain sebagainya. Beberapa waktu yang lalu sempat menjadi wacana
kemungkinan digunakannya briket batu bara. Namun, belakangan upaya ke
arah itu agaknya tidak diteruskan atau sementara dihentikan dulu karena
dianggap belum layak dari segi lingkungan khususnya jika digunakan untuk
energi rumah tangga.
Dalam rangka pemenuhan keperluan energi rumah tangga khususnya
di perdesaan maka perlu dilakukan upaya yang sistematis untuk menerapkan
berbagai alternatif energi yang layak bagi masyarakat. Sehubungan dengan
hal tersebut maka salah satu upaya terobosan yang dilakukan adalah
melaksanakan program Bio Energi Perdesaan (BEP), yaitu suatu upaya
pemenuhan energi secara swadaya (self production) oleh masyarakat
khususnya di perdesaan, termasuk bagi masyarakat di desa-desa terpencil
seperti di daerah pedalaman dan kepulauan. Pelaksanaan program BEP juga
terkait dengan upaya – upaya pengembangan agrobisnis dalam rangka
peningkatan kesejahteraan masyarakat secara berkelanjutan dan ramah
lingkungan. Secara garis besar tujuan program BEP adalah berkembangnya
swadaya masyarakat dalam penyediaan dan penggunaan bio energi (bio gas,
bio massa, dan bio fuel) bagi keperluan rumah tangga termasuk untuk
kegiatan usaha industri rumah tangga khususnya di perdesaan. (reff:
dekfendy.blog.uns.ac.id/.../membuat-biogas-dari-kotoran-ternak/)
6
Tabel 1. Potensi Energi Terbarukan dan Kapasitas Terpasang di Indonesia
Sumber Energi
Terbarukan
Potensi
(MWe)
Kapasitas Terpasang
( MWe)
Penggunaan (%)
Gepthermal *) 19650 589 3.00
Micro-hydro*) 458.75 21 4.58
Solar/PV**) 156487 5 0.0032
Angin***) 9286 0.5 0.0054
Biomasa *) 49807 178 0.36
Total 2.36E+05 793.5 7.95
Reff: Ripebat; Dgeeu, 1977; Ace (2002)
jam operasi : 8 jam/hari
**) total area potensial 2 x106 km2
***) total luasan kincir angin per unit : 250 m x 250 m
2.3 Biogas
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik
yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam
kondisi anaerobik.
Komponen Biogas :
Tabel 2. Komposisi Biogas
Komponen Konsentrasi
Metana 50-75% vol.
Karbon Dioksida 25-45% vol.
Air 2-7% vol. (20-40 OC)
Hidrogen sulfide 20-20.000 ppm
Nitrogen < 2% vol.
Oksigen < 2% vol.
Hidrogen < 1% vol.
Sumber: Kaltscmitt dan Hartmann, 2001
7
2.3.1 Bahan Baku Biogas
Bahan baku biogas dapat diperoleh dari berbagai macam sumber :
Kotoran Ternak
Salah satu kotoran ternak yang dipakai untuk bahan bak pembuatan
biogas adalah kotoran ternak dari sapi. Sifat – sifat input dari kotoran
ternak sapi. Berdasarkan hasil riset yang pernah ada diketahui bahwa
setiap 1 kg kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter biogas.
Tabel 3. Komposisi Kotoran Ternak (Sapi)
Sumber: Kalle, G.P. & Menon, K.K.G.
Kotoran Hewan dan Kotoran Manusia
Berdasarkan hasil estimasi, seekor sapi dalam satu hari dapat
menghasilkan kotoran sebanyak 10 – 30 kg. Seekor ayam menghasilkan
25 gr/hari, dan seekor babi dewasa dengan berat 4,5-5,3 kg/hari.
Berdasarkan hasil riset yang pernah ada diketahui bahwa setiap 1 kg
kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter biogas dan 20 kg
kotoran babi dewasa bisa menghasilakan 1,379 liter biogas.
Sampah Padat Organik
Secara garis besar sampah dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu
anorganik, organik, dan khusus. Sampah organik berasal dari bahan-bahan
8
penyusun tumbuhan dan hewan yang diambil dari alam atau dihasilkan
dari kegiatan pertanian, perikanan, kegiatan rumah tangga, industri atau
kegiatan lainnya ( sampah dapur, sisa sayuran, kulit buah, buah busuk,
kertas, daun-daunan, jerami, dan sekam). Sampah organik ini dengan
mudah dapat diuraikan dalam proses alami. Berdasarkan hasil penelitian,
pembuatan biogas dari sampah organik menghasilkan biogas dengan
komposisi metana 51,33-58,58% dan gas CO2 41,82-48,67%.
Percampuran sampah organik tersebut dengan kotoran hewan dapat
meningkatkan komposisi metana dalam biogas.
Limbah Organik Cair
Limbah cair merupakan sisa pembuangan yang dihasilkan dari
suatu proses yang sudah tidak dipergunakan lagi. Kegiatan-kegitan yang
berpotensi sebagai penghasil limbah cair antara lain kegiatan industri,
rumah tangga, peternakan, dan pertanian. Saat ini, kegiatan rumah tangga
mendominasi jumlah limbah cair dengan persentase sekitar 40% dan
diikuti oleh limbah industri 30% dan sisanya limbah rumah sakit,
pertanian, peternakan, atau limbah lainnya. Komponen utama limbah cair
adalah air (90%), sisanya yaitu bahan padat yang bergantung pada asal
buangan tersebut. Tidak semua limbah cair dapat dimanfaatkan sebagai
bahan baku penghasil biogas. Limbah tersebut antara lain urin hewan
ternak, limbah cair rumah tangga, dan limbah cair industri seperti industri
tahu, tempe, tapioka, brem, dan rumah potong hewan. Pengolahan limbah
cair untuk biogas dilakukan dengan mengumpulkan limbah cair dalam
digester anaerob yang diisi dengan media penyangga yang berfungsi
sebagai tempat melekatnya bakteri anaerob. (Reff : Hambali, Erliza, dkk.
2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta:Agro Media)
9
Tabel 4. Komposisi biogas (%) kotoran sapi dan campuran kotoran
ternak dengan sisa pertanian.
Jenis gas
Biogas
Kotoran sapiCampuran kotoran + sisa
pertanian
Metan (CH4) 65,7 54 – 70
Karbon dioksida (CO2) 27,0 45 – 57
Nitrogen (N2) 2,3 0,5 - 3,0
Karbon monoksida (CO) 0 0,1
Oksigen (O2) 0,1 6,0
Propena (C3H8) 0,7 -
Hidrogen sulfida(H2S) - Sedikit
Nilai kalor (kkal/m2) 6513 4800 – 6700
Sumber: Harahap, dkk (1978)
2.3.2 Rasio C/N (Karbon per Nitrogen)
Hubungan antara jumlah Karbon dan Nitrogen yang terdapat
pada bahan organik dinyatakan dalam terminologi rasio karbon/nitrogen
(C/N). Apabila rasio C/N sangat tinggi, Nitrogen akan dikonsumsi
sangat cepat oleh bakteri metan sampai batas persyaratan protein dan tak
lama bereaksi kearah kiri pada kandungan karbon pada bahan. Sebagai
akibatnya produksi metan akan menjadi rendah. Sebaliknya, apabila
rasio C/N sangat rendah, nitrogen akan bebas dan berakumulasi dalam
bentuk amoniak (NH4), NH4 akan meningkatkan derajat pH bahan
dalam pencerna. pH lebih tinggi dari 8,5 akan mulai menunjukkan akibat
racun pada populasi bakteri metan.
10
Tabel 5. Rasio C/N dari beberapa bahan organik
Bahan Rasio C/N
Kotoran bebek 8
Kotoran manusia 8
Kotoran ayam 10
Kotoran kambing 12
Kotoran babi 18
Kotoran domba 19
Kotoran kerbau/sapi 24
Enceng Gondok (water hyacinth) 25
Kotoran gajah 43
Jerami (jagung) 60
Jerami (padi) 70
Jerami (gandum) 90
Sisa gergajian diatas 200
Sumber: Karki and Dixit (1984)
11
2.4 Reaksi Pembentukan Biogas
Gambar 2 Proses Reaksi Pembentukan Biogas
2.5 Alat pembuatan biogas
2.5.1 Digester
Merupakan tempat bahan organik dan tempat terjadinya proses
pencernaan bahan organik anaerob.
2.5.1.1 Prinsip digester
1. Kondisi digester anaerob atau tidak ada oksigen.
2. Memiliki inlet (saluran pemasukan) dan outlet (saluran pengeluaran
limbah, serta saluran pengeluaran gas).
3. Memiliki ruang kosong untuk gas metan
12
KarbohidratKarbohidrat
GlukosaGlukosa
LipidLipidProteinProtein
Asam AminoAsam Amino
Gliserol, InositolGliserol, Inositol
H2O,CO2,Format,AsetatH2O,CO2,Format,Asetat
Propionat,Butirat Valerat,Laktat, EtanolPropionat,Butirat Valerat,Laktat, Etanol
H2CO2,AsetatH2CO2,AsetatCH4 + CO2CH4 + CO2
Hidrolisis
Fermentasi
NH3
Metanogenesis
Asetogenesis
Metanogenesis
4. Temperatur (30 – 60 OC)
2.5.1.2 Bahan Baku Untuk membuat digester
Banyak bahan yang dapat digunakan untuk membuat digester antara lain:
1. Tembok atau Cor
2. Fiber
3. Plat besi
4. Drum : plat atau plastik
5. Plastik
2.5.1.3 Tipe – Tipe Digester
1. Balon Plastik ditanam horisontal (Ballon Plants)
2. Kubah Permanen (Fixed – Dome Plants)
3. Kubah yang dilengkapi drum terapung (Floating – drum Plant).
Macam – macam gambar digester :
Gambar 3. Digester Tipe Balloon Plants
13
Gambar 4. Digester Tipe Fixed Dome
Gambar 5. Digester Tipe Floating Dome
2.6 Bakteri yang Terlibat dalam Proses Pembentukan Biogas
Bakteri Methanogen
Famili methanogen (bakteri metan) digolongkan menjadi 4 genus
berdasarkan perbedaan-perbedaan sitologi.
Bakteri berbentuk batang:
1. Tidak berspora, metanobakterium
2. Berspora, Metanobacillus
3. Bakteri berbentuk lonjong :
a) Sarcine, metanosarcina
b) Tidak termasuk group sarcinal, metanococcus.
14
Bakteri metanogenik berkembang lambat dan sensitive terhadap
perubahan mendadak pada kondisi-kondisi fisik dan kimiawi. Sebagai contoh,
penurunan 2OC secara mendadak pada slurry mungkin secara signifikan
berpengaruh pada pertumbuhannya dan laju produksi gas. (reff : Langrange,
1979).
Karakteristik Bakteri Non Metanogen
Bakteri non metanogen bekerja lebih dulu dalam proses pembentukan
biogas untuk mengubah senyawa yang kompleks menjadi molekul yang lebih
sederhana . Bakteri non metanogen terbagi menjadi beberapa golongan, yaitu
bakteri aerob dan bakteri anaerob yang termasuk golongan bakteri hidrolitik,
fermentatif, dan asetogenik.(Madigan et al, 2003).
Golongan bakteri hidrolitik memiliki berbagai enzim hidrolitik
ekstraseluler yang disekresikan ke luar sel untuk memecah senyawa kompleks
seperti polisakarida, asam nukleat, dan lipid, menjadi molekul yang lebih
kecil sehingga dapat masuk ke dalam sel untuk digunakan sebagai sumber
karbon dan elekton donor (Bibiana,1994; Madigan et al, 2003), contoh
bakteri hidrolitik adalah bakteri genus Bacillus sp. Bacillus mampu hidup
dalam lingkungan aerob atau fakultatif aerob, dapat membentuk spora dengan
tipe sentral, atau terminal yang menyebabkan Bacillus lebih adaptif terhadap
perubahan lingkungan, jika lingkungan menguntungkan spora bergerminasi
kembali menjadi sel vegetatif. (Madigan et al, 2003).
Enzim yang dimiliki oleh bakteri hidrolitik diantaranya adalah
amilase, protease, lipase, gelatinase, selulase (Cappuccino & Sherman, 2005).
Enzim amilase mengkatalis hidrolisis polisakarida menjadi disakarida seperti
maltosa. Enzim protease mengkatalis hidrolisis pemutusan ikatan peptida.
Enzim lipase mengkatalis trigliserida menjadi asam lemak rantai panjang dan
gliserol.(Bibiana, 1994). Enzim gelatinase mengkatalis hidrolisis gelatin,
gelatin merupakan suatu protein yang dapat diperoleh dari hidrolisis kolagen
15
(Cappuccino & Sherman, 2005). Enzim selulase mengkatalis hidrolisis
selulosa (Makoi & Ndakidemi, 2008).
Secara umum terdapat tiga enzim selulose, yaitu endonuklease yang
memutuskan ikatan non kovalen pada struktur kristal selulosa, eksoselulose
yang menghidrolisis individu selulosa menjadi gula lebih sederhana, β-
glukosidase yang menghidrolisis disakarida dan tetrasakarida menjadi
glukosa (Criquet, 2002). Glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis
selulosa selanjutnya dimetabolisme oleh mikroorganisme lain, dalam kondisi
aerob glukosa dikonversi menjadi CO2 , sedangkan pada kondisi anaerob
glukosa dikonversi menjadi asam organik dan alkohol yang selanjutnya
menjadi CH4 dan CO2.(Rao, 1982). Menurut Atlas & Bartha (1981) Beberapa
mikroorganisme selulolitik diantaranya adalah Cellulomonas, Clostridium,
Corynebacterium, Pseudomonas, Vibrio, Chaetomium, Trichoderma,
Nocardia dan Streptomyces .(Hammond et al., 1984 ; Rao, 1982).
Hasil kerja bakteri hidrolitik akan digunakan oleh mikroorganisme
lain untuk metabolisme. Glukosa sebagai molekul yang dihasilkan dari proses
hidrolisis akan dikonversi menjadi asam organik dan alkohol oleh
mikroorganisme fermentatif dalam kondisi anaerob. (Rao, 1982). Umumnya
bakteri fermentatif ditemukan sebagai bakteri usus, memiliki dua jalur
fermentasi yaitu fermentasi asam campuran dan fermentasi 2,3-butanediol.
(Madigan et al, 2003). Tiga asam organik dihasilkan dalam fermentasi asam
campuran yaitu asam asetat, asam laktat, asam suksinat serta dihasilkan pula
etanol, CO2, dan H2. Dalam fermentasi 2,3-butanediol hanya dihasilkan
sedikit asam organik namun etanol, CO2, dan H2 merupakan produk utama.
Contoh bakteri yang dapat melakukan fermentasi asam campuran adalah
Escherichia coli, sedangkan contoh bakteri yang dapat melakukan fermentasi
2,3-butanediol adalah Enterobacter, Klebsiella, dan Serratia. Bakteri
fermentatif lain yang bukan golongan bakteri usus adalah Clostridium,
Bakteri golongan Clostridia mampu memfermentasi gula menghasilkan
sejumlah besar asam butirat sebagai produknya.(Madigan et al, 2003).
16
CO2 merupakan produk utama metabolisme bakteri golongan
kemoorganotrof yang banyak ditemukan pada kondisi anaerob. Terdapat dua
golongan bakteri yang dapat memanfaatkan CO2 sebagai akseptor elektron
dalam metabolismenya yaitu homoasetogen melalui proses asetogenesis dan
metanogen melalui proses metanogenesis. Contoh bakteri yang melakukan
proses asetogenesis adalah Acetoanaerobium noterae, Acetogenium kivui,
Clostridium aceticum, Desulfotomaculum orientis .(Madigan et al, 2003).
17
BAB III
METODOLOGI
3.1 Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan biogas :
Kotoran Ternak
Air
3.2 Alat
Sebelum membuat Biogas terlebih dahulu kita harus mengetahui instalasi
biogas itu seperti apa. Instalasi biogas itu cukup sederhana dan mudah
untuk dibuat.
Gambar 6. Model Instalasi Biogas
Keterangan gambar :
1. Digester (tabung pencerna)
18
2. Water trap (tabung perangkap uap air)
3. Gas holder (penampung gas)
4. Pemanen gas
A. Saluran pemasukan bahan organik (inlet)
B. Saluran keluar gas (outlet gas)
C. Saluran pembuangan
D. Bak penampung lumpur atau sludge atau limbah biogas
E. Selang penyalur yang menghubungkan digester dengan water trap
F. Selang penghubung water trap dengan gas holder
G. Selang penyalur gas menuju kompor
H. Selang penyalur ke genset
3.2.1 Instalasi biogas terdiri dari :
1. Digester
Merupakan tempat bahan organik dan tempat terjadinya proses
pencernaan bahan organik oleh mikroba anaerob.
2. Water Trap
Adalah sebuah tabung yang berfungsi untuk menangkap uap air
yang dihasilkan dari digester agar aliran gas bio tidak terhambat,
dan berfungsi juga sebagai alat pengaman.
3. Gas Holder
Disebut juga sebagai penampung gas, sesuai namanya fungsinya
adalah untuk menampung gas yang dihasilkan oleh digester
19
yang disalurkan melalui pipa penyalur/selang.
4. Pemanen gas
Alat ini dapat berupa kompor biogas atau genset.
3.2.2 Kelengkapan instalasi biogas :
1. Saluran masuk (inlet bahan organik)
Sebagai tempat memasukan bahan organik. Lebih baik jika
dilengkapi dengan corong plastik atau bak kontrol.
2. Saluran keluar gas (outlet gas)
Berfungsi tempat keluarnya gas sebelum masuk kedalam
penampungan (gas holder).
3. Saluran keluar lumpur (outlet sludge)
Merupakan saluran untuk mengeluarkan limbah bahan
organik dari digester.
4. Penampung sludge
Berfungsi untuk menampung sementara sludge atau limbah
bahan organik dari digester sebelum digunakan untuk
memupuk tanaman.
5. Selang penyalur gas
Berfungsi untuk menyalurkan gas dari digester ke water trap,
gas holder dan ke alat pemanen gas ( kompor biogas atau
genset)
20
3.3 Spesifikasi Reaktor
Tabel 6. Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga
No. Spesifikasi Teknis Kapasitas Skala Rumah Tangga
1. Volume reaktor (plastik) 4.000 liter
2. Volume penampung gas (plastik) 2.500 liter
3. Kompor Biogas 1 buah
4. Drum pengaduk bahan 1 buah
5. Pengaman gas 1 buah
6. Selang saluran gas ± 10 m
7. Kebutuhan bahan baku kotoran ternak dari 2-3 ekor sapi/
kerbau, atau 6 ekor babi
8. Biogas yang dihasilkan 4 m3 per hari (setara dengan 2,5 liter
minyak tanah).
(Reff: rntb.litbang.deptan.go.id/ind/2006/NP/perkembangandigester.doc)
3.4 Cara Pembuatan Biogas Secara Umum
1. Bio gas dari kotoran ternak berupa kotoran sapi diaduk ke dalam drum.
Komposisinya setengah drum diisi kotoran sapi sebanyak kira-kira tiga
argo (kereta dorong yang biasa untuk mengangkut bahan bangunan).
Lalu seperempatnya ditambahi air.
21
2. Setelah komposisi itu terpenuhi, kotoran sapi dan air diaduk merata.
Ampas kotoran dari rumput-rumputan yang belum halus oleh proses
pencernaan di dalam perut sapi dipisahkan. Ini dilakukan agar tidak
terjadi penyumbatan saat dimasukkan ke dalam reaktor.
3. Setelah dipastikan terpisah, campuran air dan kotoran sapi dimasukkan
ke dalam reaktor. Dulunya, di dalam reaktor itu diberikan obat
semacam perangsang pertumbuhan gas yang memang telah potensial
ada terkandung di dalam kotoran sapi. Tapi itu hanya sekali pakai saja
waktu pertama. Selanjutnya yang mudah saja seperti ini. Kotoran
sapinya diulet dengan air dan dimasukkan ke dalam reaktor.
4. Di dalam reaktor, proses pembuatan gas itu terjadi secara alami. Gas
ini pun langsung dapat dialirkan ke kompor melalui pipa penghubung
reaktor dan kompor dan nyala api pun bisa didapatkan. Kompor siap
dipakai. Dengan campuran sebanyak satu drum ini, kompor bisa
bertahan selama seharian penuh. Bahkan tidak mati walau dipakai
terus menerus selama 4 jam lamanya, jika bahan bakunya melimpah
dan reaktor terisi terus.
3.5 Cara Pengoperasian Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga1. Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 1
(bahan biogas).
2. Masukkan bahan biogas ke dalam reaktor melalui tempat pengisian
sebanyak 2000 liter, selanjutnya akan berlangsung proses produksi
biogas di dalam reaktor.
3. Setelah kurang lebih 10 hari reaktor biogas dan penampung biogas akan
terlihat mengembung dan mengeras karena adanya biogas yang
dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar, kompor
biogas dapat dioperasikan.
22
4. Sekali-sekali reaktor biogas digoyangkan supaya terjadi penguraian
yang sempurna dan gas yang terbentuk di bagian bawah naik ke atas,
lakukan juga pada setiap pengisian reaktor.
5. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu
sebanyak ± 40 liter setiap pagi dan sore hari.
6. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge (lumpur) secara otomatis
akan keluar dari reaktor setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas.
7. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat digunakan langsung
sebagai pupuk organik, baik dalam keadaan basah maupun kering.
3.6 Cara Pengoperasian Kompor Biogas
1. Buka sedikit kran gas yang ada pada kompor (memutar kesebelah kiri)
2. Nyalakan korek api dan sulut tepat diatas tungku kompor.
3. Apabila menginginkan api yang lebih besar, kran gas dapat dibuka lebih
besar lagi, demikian pula sebaliknya. Api dapat disetel sesuai dengan
kebutuhan dan keinginan kita.
Gambar 7. Cara mengoperasikan kompor Biogas
23
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Pembentukan Biogas
Gas metan dapat diperoleh dari kotoran ternak tersebut setelah
melalui serangkaian proses biokimia yang kompleks. Kotoran ternak
terlebih dahulu harus mengalami dekomposisi yang berjalan tanpa
kehadiran udara (anaerob).
4.1.1 Proses Hidrolisis
Dengan menggunakan mikroorganisme yang dapat
menghidrolisis polimer-polimer organik dan sejumlah lipid
menjadi monosakarida, asam-asam lemak, asam-asam amino, dan
senyawa kimia sejenisnya.
4.1.2 Proses Fermentasi
Dengan mikroorganisme pada proses hidrolisis produk
difermentasi menjadi asam-asam organik sederhana seperti asam
asetat. Oleh karena itu, mikroorganisme ini dikenal pula sebagai
mikroorganisme penghasil asam (acidogen).
4.1.3 Pembentukan Gas Metan
24
Mikroorganisme penghasil gas metan ini hanya bekerja
dalam kondisi anaerob dan dikenal dengan nama metanogen.
Metanogen terdapat dalam kotoran sapi yang akan digunakan
sebagai bahan pembuatan biogas. Gas metan dalam konsentrasi
tertentu dapat dihasilkan di dalam lambung sapi tersebut. Proses
pembuatan biogas dari kotoran sapi harus dilakukan dalam sebuah
reaktor atau digester yang tertutup rapat untuk menghindari
masuknya oksigen. Jumlah metanogen dalam kotoran sapi belum
tentu dapat menghasilkan gas metan yang diinginkan. Gas metan
diperoleh melalui komposisi metanogen yang seimbang. Jika
jumlah metanogen dalam kotoran sapi masih dinilai kurang, maka
perlu dilakukan penambahan metanogen tambahan berbentuk
strater atau substrat ke dalam reaktor.
4.2 Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses pembentukan
biogas
a. Nilai pH
Produksi biogas secara optimum dapat dicapai bila nilai pH dari
campuran input didalam pencerna berada pada kisaran 6 dan 7. Pada tahap
awal proses fermentasi, asam organik dalam jumlah besar diproduksi oleh
bakteri pembentuk asam, pH dalam pencerna dapat mencapai dibawah 5.
Keadaan ini cenderung menghentikan proses pencernaan atau proses
fermentasi. Bakteri-bakteri metanogenik sangat peka terhadap pH dan
tidak bertahan hidup dibawah pH 6,6. Kemudian proses pencernaan
berlangsung, konsentrasi NH4 bertambah pencernaan nitrogen dapat
meningkatkan nilai pH diatas 8. Ketika produksi metana dalam kondisi
stabil, kisaran nilai pH adalah 7,2 sampai 8,2.
b. Suhu
Bakteri metanogen dalam keadaan tidak aktif pada kondisi suhu
ekstrim tinggi maupun rendah. Suhu optimum yaitu 35 OC. Ketika suhu
udara turun sampai 10 OC produksi gas menjadi berhenti. Produksi gas
25
sangat bagus yaitu pada kisaran mesofilik, antara suhu 25 OC dan 30 OC.
Penggunaan isolasi yang memadai pada pencerna membantu produksi gas
khususnya di daerah dingin.
c. Laju Pengumpanan
Laju pengumpanan adalah jumlah bahan yang diumpankan
kedalam pencerna per unit kapasitas pencerna per hari. Pada umumnya, 6
kg kotoran sapi per m3 volume pencerna adalah direkomendasikan pada
suatu jaringan pengolah kotoran sapi. Apabila terjadi pengumpanan yang
berlebihan, terjadi akumulasi asam dan produksi metana akan terganggu.
Sebaliknya bila pengumpanan kurang dari kapasitas pencerna, produksi
gas juga menjadi rendah.
d. Waktu tinggal dalam pencerna (digester)
Waktu tinggal dalam pencerna adalah rerata periode waktu saat
input masih berada dalam pencerna dan proses pencernaan oleh bakteri
metanogen. Dalam jaringan pencerna dengan kotoran sapi, waktu tinggal
dihitung dengan pembagian volume total dari pencerna oleh volume input
yang ditambah setiap hari. Waktu tinggal juga tergantung pada suhu, dan
diatas 35 OC atau suhu lebih tinggi, waktu tinggal semakin singkat.
e. Toxicity
Ion mineral, logam berat dan detergen adalah beberapa material
racun yang mempengaruhi pertumbuhan normal bakteri patogen didalam
reaktor pencerna. Ion mineral dalam jumlah kecil (sodium, potasium,
kalsium, amonium dan belerang) juga merangsang pertumbuhan bakteri,
namun bila ion-ion ini dalam konsentrasi yang tinggi akan berakibat
meracuni. Sebagai contoh, NH4 pada konsentrasi 50 hingga 200 mg/l
merangsang pertumbuhan mikroba, namun bila konsentrasinya diatas 1500
mg/l akan mengakibatkan keracunan.
Tabel 7. Tingkatan racun dari beberapa zat penghambat
Zat Penghambat Konsentrasi
26
Sulfat (SO4-2) 5,000 ppm
Sodium Klorida atau garam (NaCl) 40,000 ppm
Nitrat (dihitung sebagai N) 0.05 mg/l
Tembaga (Cu+2) 100 mg/l
Khrom ( Cr+3) 200 mg/l
Nikel (Ni+3) 200 – 500 mg/l
Sodium (Na+) 3,500 – 5,500 mg/l
Potasium K+) 2,500 – 4,500 mg/l
Kalcium (Ca+2) 2,500 – 4,500 mg/l
Magnesium (Mg+2) 1,000 – 1,500 mg/l
Mangan (Mn ) diatas 1,500 mg/l
Sumber : Chengdu Biogas Research Institute, Chengdu, China (1989).
f. Slurry
Slurry adalah residu dari input yang keluar dari lubang pengeluaran
setelah mengalami proses fermentasi oleh bakteri metana dalam kondisi
anaerobik didalam pencerna. Setelah ekstraksi biogas (energi), slurry
keluar dari ruang pencerna sebagai produk samping dari sistem pencernaan
secara aerobik. Kondisi ini, dapat dikatakan manur dalam keadaan stabil
dan bebas pathogen serta dapat dipergunakan untuk memperbaiki
kesuburan tanah dan meningkatkan produksi tanaman.
4.3 Karakteristik Gas Metana (CH4)
Biogas kira-kira memiliki berat 20 persen lebih ringan dibandingkan udara
dan memiliki suhu pembakaran antara 650 sampai 750 OC.
Biogas tidak berbau dan berwarna yang apabila dibakar akan
menghasilkan nyala api biru cerah seperti gas LPG.
Nilai kalor gas metana adalah 20 MJ/ m3 dengan efisiensi pembakaran 60
persen pada konvesional kompor biogas.
4.4 Potensi Biogas
Tabel 8. Potensi produksi gas dari berbagai tipe kotoran hewan
27
Tipe Kotoran Hewan Produksi Gas Per Kg Kotoran (m3)
Sapi (sapi dan kerbau) 0.023 – 0.040
Babi 0.040 − 0.059
Peternakan ayam 0.065 − 0.116
Manusia 0.020 − 0.028
Sumber: United Nations (1984).
4.5 Sifat-sifat Input (Biogas)
Biogas dapat dibakar seperti elpiji, dalam skala besar biogas dapat
digunakan sebagai pembangkit energi listrik, sehingga dapat dijadikan
sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dan terbarukan.
Tabel 9. Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain 1 m3 Biogas
setara dengan:
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
Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi
metana (CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar
kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil
kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat
ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu
menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2).
Hidrogen sulphur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila
biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang
berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas
dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk
28
senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida atau sulphur
trioksida (SO2/SO3). senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan
membentuk Sulphur acid (H2SO3) suatu senyawa yang lebih korosif.
Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon dioksida
yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat
digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan
menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbulkan korosif.
Keuntungan teknologi ini dibanding sumber energi alternative yang lain
adalah:
1. Menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari hari
2. Kotoran yang telah digunakan untuk menghasilkan gas dapat digunakan
sebagal pupuk organik yang sangat baik.
3. Dapat mengurangi kadar bakteri patogen yang terdapat dalam kotoran
yang dapat menyebabkan penyakit bila kotoran hewan atau sampah
tersebut ditimbun begitu saja.
4. Yang paling utama yaitu bisa mengurangi permasalahan penanggulangan
sampah atau kotoran hewan menjadi sesuatu yang bermanfaat
4.6 Manfaat Biogas
Manfaat energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar
khususnya minyak tanah dan dipergunakan untuk memasak. Dalam skala
besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Di
samping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan sisa kotoran ternak
yang dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada
tanaman/budidaya pertanian.
4.7 Potensi Biogas
29
4.7.1 Potensi Pengembangan Biogas di Indonesia
Potensi pengembangan biogas di Indonesia masih cukup besar.
Hal tersebut mengingat cukup banyaknya populasi sapi, kerbau dan
kuda, yaitu 11 juta ekor sapi, 3 juta ekor kerbau dan 500 ribu ekor
kuda pada tahun 2005. Setiap 1 ekor ternak sapi atau kerbau dapat
dihasilkan 2 m3 biogas per hari.
4.7.2 Potensi Ekonomis Biogas
Potensi ekonomis Biogas adalah sangat besar, hal tersebut
mengingat bahwa 1 m3 biogas dapat digunakan setara dengan 0,62
liter minyak tanah. (reff : Dit.Pengolahan Hasil Pertanian,Ditjen PPHP
– Deptan)
4.8 Pemeliharaan dan Perawatan Reaktor Biogas
1. Hindarkan reaktor dari gangguan anak-anak, tangan jahil, ataupun dari
ternak yang dapat merusak reaktor dengan cara memagar dan
memberi atap supaya air tidak dapat masuk kedalam galian reaktor.
2. Isilah selalu pengaman gas dengan air sampai penuh. Jangan biarkan
sampai kosong karena gas yang dihasilkan akan terbuang melalui
pengaman gas.
3. Apabila reaktor tampak mengencang karena adanya gas tetapi gas
tidak mengisi penampung gas, maka luruskan selang dari pengaman
gas sampai reaktor, karena uap air yang ada didalam selang dapat
menghambat gas mengalir ke penampung gas. Lakukan hal tersebut
sebagai pengecekan rutin.
4. Cegah air masuk ke dalam reaktor dengan menutup tempat pengisian
disaat tidak ada pengisian reaktor.
5. Berikan pemberat di atas penampung gas (misalnya dengan karung-
karung bekas) supaya mendapatkan tekanan.
6. Bersihkan kompor dari kotoran saat memasak ataupun minyak yang
menempel.
4.9 Keunggulan Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga
30
1. Konstruksi sederhana mudah dan cepat pemasangannya ( tidak sampai
1 hari )
2. Harga terjangkau, sekitar Rp 2,5 juta sudah termasuk pemasangan dan
satu unit kompor biogas.
3. Awet, menggunakan material plastik khusus sehingga tahan hingga 6
tahun.
4. Mudah dalam perawatan dan penggunaan
5. Produksi gas setara dengan 2,5 liter minyak tanah/hari, lebih dari
cukup untuk dijadikan bahan bakar memasak.
4.10 Potensi Kotoran Ternak Untuk Menghasilkan Biogas
Satu unit reaktor biogas yang menggunakan umpan kotoran dari 2-4
ekor sapi mampu untuk memenuhi kebutuhan energi memasak satu rumah
tangga pedesaan dengan 6 orang anggota keluarga. Hasil biogas tersebut
setara dengan 1-2 liter minyak tanah/hari. Dengan demikian keluarga
peternak yang sebelumnya menggunakan minyak tanah untuk memasak bisa
menghemat penggunaan minyak tanah 1-2 liter/hari, jika harga minyak tanah
di pedesaa Rp 1.300/liter berarti keluarga tersebut saat ini bisa mengurangi
pengeluaran sebesar Rp 474.500 - Rp 949.000/tahun. (reff : www.
bioetanolindo.com)
31
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak
pemerintah telah menerbitkan Peraturan presiden republik Indonesia nomor 5
tahun 2006 tentang kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan sumber
energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak Proses ini merupakan
peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif sehingga akan mengurangi
dampak penggunaan bahan bakar fosil Biogas sebagian besar mengandung gas
metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang
jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta
hydrogen dan (H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil. Dari beberapa
macam sumber bahan baku biogas yang paling baik digunakan untuk membuat
biogas adalah kotoran ternak.
Keuntungan teknologi ini dibanding sumber energi alternative yang lain
adalah:
1. Menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari hari
32
2. Kotoran yang telah digunakan untuk menghasilkan gas dapat digunakan
sebagal pupuk organik yang sangat baik.
3. Dapat mengurangi kadar bakteri patogen yang terdapat dalam kotoran
yang dapat menyebabkan penyakit bila kotoran hewan atau sampah
tersebut ditimbun begitu saja.
4. Yang paling utama yaitu bisa mengurangi permasalahan
penanggulangan sampah atau kotoran hewan menjadi sesuatu yang
bermanfaat.
5.2 Saran
Tidak dapat dipungkiri lagi bahwa krisis energi di massa depan
akan benar – benar terjadi, jadi kita sebagai penghuni planet bumi
sebaiknya dalam menggunakan energi harus benar – benar diperhitungkan
dengan baik. Khususnya untuk energi fosil, kecenderungan hidup boros
harus dihilangkan dari sekarang, jika tidak mau mengalami krisis energi
yang cepat. Solusi sebagai pengganti energi fosil yaitu dengan sumber
energi alternatif yang kedepannya diyakini mampu untuk mengurangi
krisis sumber energi dunia. Sumber energi alternatif yang dapat
dikembangkan meliputi biofuel, biogas atau gas bio, briket arang dan lain
sebagainya.
33
DAFTAR PUSTAKA
Dit.Pengolahan Hasil Pertanian,Ditjen PPHP – Departemen pertanian.BioGas
Skala Rumah Tangga. Jakarta. 2006. www.goole.search.biogas.trubus-
online.com
Libec (Livestock Bioenergi Conversion) “Modul Pelatihan Pengembangan Biogas
Limbah Peternakan”. Fakultas Peternakan.Universitas Padjadjaran.
Wikan Widodo, Teguh &Asari, A. Teori dan Konstruksi Instalasi Biogas. Balai
Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Badan Litbang Pertanian,
Departemen Pertanian. Serpong,2009.
Sofian, Amat, Peningkatan Kualitas Biogas Sebagai Bahanbakar Motor Bakar
Dengan Cara Pengurangan Kadar Co2 Dalam Biogas Dengan
Menggunakan Slurry Ca(Oh) 2. Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.2008,
Sulaeman, Dede. Sepuluh Faktor Sukses Pemanfaatan Biogas Kotoran Ternak.
Ditjen PPHP. [email protected]. 2008
http :// www. bioetanolindo.Com
Hambali, Erliza, dkk. 2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta:Agro Media
Hasan, Rofiqi. 2008. Bali Bangun Proyek Pengolah Sampah Jadi Listrik. TEMPO
34
Interaktif. [html]. www.tempointeraktif.com. [26, 12, 2008
www.ntb.litbang.deptan.go.id/ind/2006/NP/perkembangandigester.doc
www.dekfendy.blog.uns.ac.id/.../membuat-biogas-dari-kotoran-ternak/
35