BIOGAS

KP4 UGM Th. 2012

Latar Belakang

Potensi dan permasalahan:

Masyarakat banyak yang memelihara ternak :

sapi , kambing dll, dipekarangan rumah.

Sampah rumah tangga hanya dibuang, belum

dimanfaatkan.

Sampah dan kotoran ternak menjadi masalah

kebersihan,terakumulasi dan berdampak negatif.

Belum adanya usaha untuk menerapkanteknologi tepat guna dalam menangani sampahdan limbah ternak sekaligus menghasilkan energi.

Biasanya :

sampah dibuang ke TPS atau TPA, dibuang

ke pekarangan (ditimbun), dibuang ke

sungai.

kotoran ternak ditumpuk di dekat

kandang atau dikomposkan

Uraian Total (%)

Sampah Organik* 71,85

Kertas 12,45

Plastik 7,60

Logam 0,90

Kaca/gelas 0,90

Karet 0,54

Kain 1,94

Lain-lain 3,82

Contoh Komposisi Sampah

*Sampah organik antara lain: sisa makanan, daun-daunan (bukan bahan keras/kayu dll)

Sekilas Sampah dan Limbah

Sampah

Rumah Tangga

SampahBelum diolah

Mencemari lingkungan

Sifat-sifatnya :

Berbau

Media pembiakan kuman

Beracun

Potensi pencemar air tanah

Mengganggu estetika

Kotoran ternak

1. Daun-daunan

2. Sisa makanan

3. Plastik (dipisahkan)

4. Kertas (dipisahkan)

5. Logam/kaca (dipisahkan)

6. Kayu (dipisahkan)

BAGAIMANA JIKA TIDAK

DIKELOLA ?

Kotoran yang menumpuk akan terbawa

oleh air masuk ke dalam tanah atau sungai

yang kemudian mencemari air tanah dan

air sungai.

Limbah organik mengandung racun dan

mikroba yang membahayakan kesehatan

manusia dan lingkungannya.

Kotoran Ternak

Peternakan Sapi

Limbah (feces, Urine, dll)

Limbah Padat Limbah Cair

Penggunaan

langsung

Dikeringkan

utk dijual

Penimbunan

Manure

Tangki Penampungan

Saluran AirPupuk Tanaman Ditimbun di

Area pemukiman

Polusi

Gambar 1. Dampak Umum dan Manajemen Limbah Ternak

Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa

tinja sapi mengandung 22.59% sellulosa,

18.32% hemi-sellulosa, 10.20% lignin, 34.72%

total karbon organik, 1.26% total nitrogen,

27.56:1 ratio C:N, 0.73% P, dan 0.68% K

(Lingaiah dan Rajasekaran, 1986).

Sampah

Pemanfaatan Sampah dan Kotoran

Ternak

Kompos/pupuk (teknologi sederhana)

Biogas (teknologi sederhana)

Bio Oil (teknologi tinggi)

Bio Etanol (teknologi tinggi)

Yang menghasilkan energi dan pupuk

dengan teknologi sederhana BIOGAS

Teknologi Sederhana Pemanfaatan Sampah

dan Kotoran Ternak

Digester

biogas

Gas mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan

dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh

bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam

kondisi tanpa oksigen yang ada dalam udara).

Limbah + Kotoran sapi CH4 + CO2

Kompos

KEUNTUNGAN DIGESTER

1. Limbah dapat diubah menjadi biogas

untuk bahan bakar alternatif sehingga

mengurangi pemakaian bahan bakar.

2. Sisa limbah yang sudah diolah dapat

dijadikan kompos atau pupuk tanaman.

3. Lingkungan menjadi lebih bersih, tidak

berbau.

Apa itu biogas ?

Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang

dihasilkan dari proses fermentasi (pembusukan) bahan-bahan

organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup

dalam kondisi tanpa oksigen yang ada dalam udara).

Bahan-bahan organik adalah bahan-bahan yang dapat terurai

kembali menjadi tanah, misal sampah dan kotoran sapi

Proses fermentasi ini sebetulnya terjadi secara alamiah, tapi

waktu lama, tidak dimanfaatkan gas sering terbentuk di

bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah

Akhir (TPA)

Sejarah Penemuan Biogas

Gas methan digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas.

Proses fermentasi untuk menghasilkan gas methanpertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta (1776).

Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan oleh William Henry pada tahun 1806.

Yang memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan adlh Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882)

Pembangkit biogas pertama dibangun pada tahun 1900.

Akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis

Selama Perang Dunia II : petani di Inggris dan Benua Eropa membuat pembangkit biogas untuk menggerakkan traktor.

Karena BBM mudah dan murah pada 1950 pemakaian biogas mulai ditinggalkan.

Tetapi, di India produksi biogas tetap dilakukan.

Di China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Nugini, dilakukan riset dan pengembangan alat penghasil biogas

Teknologi biogas juga dikembangkan di negara maju seperti Jerman [8].

KEGUNAAN BIOGAS

Cocok digunakan sebagai b

ahan bakar alternatif

pengganti minyak tanah

karena...

Nilai kalori dari 1 meter kubik Biogas

sekitar 6.000 watt jam yang setara

dengan setengah liter minyak tanah.

Campuran gas bio mudah terbakar jika

kandungan gas methan lebih dari 50 %.

Gas dibakar warna biru menghasilkan

energi panas.

Kira-kira : 5200-5900 Kcal /m3 gas

atau memanaskan air 65 -73 L dari 20oC sampai

mendidih

atau menyalakan lampu 50-100 watt selama 3- 8 jam.

Potensi Gas yang Dihasilkan

Asumsi : 1 Kg kotoran sapi bisa

menghasilkan 0,03 m3 gas

jumlah kotoran : 10 kg/hari/ekor sapi

dewasa

maka perkiraan jumlah sapi dewasa (berat

500 Kg) yang dibutuhkan untuk

menghasilkan sejumlah gas dapat dilihat

pada tabel berikut

No

Ukuran

Biogas

(m3)

Jumlah

Sapi

(ekor)

Kotoran

(Kg)Energi (Kcal)

1 2 2-3 20-30 10400-18000

2 3 3-4 30-40 15600-17700

3 4 4-6 40-60 20800-23600

4 6 6-10 60-100 31200-35400

5 8 12-15 120-150 41600-47200

KOMPOSISI BIOGAS

1. Methana (CH4) 40 – 70 %

2. Karbondioksida (CO2) 30 –60 %

3. Hidrogen (H2) 0 - 1 %

4. Hidrogen Sulfida (H2S) 0 – 3 %

5. dll

Prinsip Pembuatan Biogas

Prinsip pembuatan biogas

Bahan organik (kotoran sapi dan sampah setelah dihancurkan) dicampur air lalu dimasukan ke dalam ruang/tabung tertutup bebas/kedap udara yang disebut DIGESTER

Proses :

Bahan organik + air hidrolisa

fermentasi biogas (CH4 +

CO2) + slurry

Tahapan Peruraian Bahan Organik menjadi Biogas

Tahap pelarutan bahan-bahan organik, bahan padat yang mudah larut atau yang sukar larut akan berubah menjadi senyawa organik yang larut seperti karbohidrat, asam amino, dan asam lemak hidrolisis

Tahap asidifikasi atau pengasaman, merupakan tahap terbentuknya asam-asam seperti hidrogen sulfida, asetat dan pertumbuhan sel bakteri.

Tahap metanogenik, menghasilkan gas methana (CH4), karbon dioksida, dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya

Biogas mulai terbentuk kurang lebih setelah 1 minggu.

Proses tsb memerlukan bakteri methan dan bakteri asam

Secara alami bakteri ini terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, misal kotoran binatang, manusia, sampah rumah tangga

Jumlah kedua bakteri hrs berimbang agar kelangsungan hidup bakteri methan terganggu produksi biogas terganggu

Proses hidrolisa dan fermentasi ini harus dilakukan dalam kondisi an aerob atau kedap udara digester harus dibuat sedemikian sehingga kedap udara

Selulosa

Glukosa

Asam Lemak

dan Alkohol

Metan + CO2

(C6H10O5)n + nH2O n(C6H12O6)

selulosa glukosa

1. Hidrolisis

2. Pengasaman

3. Metanogenik

(C6H12O6)n + nH2O CH3CHOHCOOH

glukosa asam laktat

CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2

asam butirat

CH3CH2OH + CO2

etanol

4H2 + CO2 2H2O + CH4

CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + CH4

CH3COOH + CO2 CO2 + CH4

CH3CH2CH2COOH + 2H2 + CO2 CH3COOH + CH4

Gambar 2. Tahap Pembentukan Gasbio (FAO, 1978)

Jenis Bakteri

Bakteri pembentuk asam antara lain:

Pseudomonas, Escherichia, Flavobacterium, dan

Alcaligenes yang mendegradasi bahan organik

menjadi asam-asam lemak.

Bakteri metana antara lain: Methanobacterium,

Methanosarcina, dan Methanococcus yang

mengubah asam-asam lemak menjadi biogas

Bagan produksi biogas

MATERIALORGANIK

Mengandung zat tepung, zat gula dll

FASE INPUTFiltrasi, pencampuran,

pengenceran

FASA PRODUKSIPembentukan asam,

kombinasi gas

FASA OUTPUTBIOGASMemasak

LUBERANPupuk padat/cair

Sampah

dipilahKotoran ternak

Faktor-faktor yang mempengaruhi

pembentukan biogas

Bahan baku

Kondisi operasi

Pengadukan

Bahan penghambat

Bahan baku

Bahan organik (mengandung unsur karbon dan hidrogen serta nitrogen): sampah, limbah pertanian, kotoran

◦ Unsur nitrogen diperlukan bakteri untuk pembentukan sel.

◦ Agar fermentasi lebih cepat, bahan yg kasar harus digiling atau dirajang dulu

◦ Bahan baku berbentuk bubur kandungan air hrs cukup tinggi(optimum : 7 - 9%).

◦ Kadar air dlm kotoran sapi kira-kira 18 % (rata-rata hewan 11-25%), maka perlu diencerkan dengan perbandingan 1 : 1

Air yang tidak mengandung zat-zat yang dapat menghambat pengembangbiakan bakteri

Perbandingan unsur karbon dan nitrogen

(C/N) paling baik untuk pembentukan

biogas adalah 30.

◦ Rasio C/N untuk sampah mendekati nilai 12.

◦ Rasio C/N kotoran kuda dan babi adalah 25

◦ Rasio C/N sapi dan kerbau adalah 18.

Kondisi operasi

Temperatur◦ Perkembangbiakan bakteri sangat dipengaruhi

temperatur. Fermentasi anaerobik berlangsung pada 5oC - 55oC.

◦ Temperatur kerja yang optimum 35oC.

Derajat Keasaman (pH)◦ Pada awal proses, pH bahan dalam digester bisa

turun sampai 6 atau lebih rendah akibat degradasi bahan organik oleh bakteri aerobik.

◦ Kemudian pH mulai naik disertai perkembangbiakan bakteri pembentuk metana dan hasil pencernaan yang optimum adalah pada pH 6,8 sampai 8.

Pengadukan

◦ Bahan baku yang sukar dicerna (misal jerami) dan sisa bahan akan membentuk lapisan kerak pada permukaan cairan.

◦ Lapisan perlu diaduk sehingga hambatan terhadap laju biogas yang dihasilkan dapat dikurangi.

Bahan Penghambat

◦ Yang menghambat pertumbuhan mikroorganisme: misalnya logam berat (tembaga, cadmium, dan kromium), desinfektan, deterjen dan antibiotik.

◦ Karena itu air yang digunakan sebagai pencampur tidak mengandung bahan-bahan tersebut.

PERHITUNGAN BIAYA

PEMBUATAN DIGESTER: 6m3 Rp 12.000.000,- (harga sdh

termasuk biaya instalasi – utk 12 m).

Harga jogja.

Utk generator: Rp 4.850.00,- (1.500 W)

dpt menghasilkan listrik sampai 1.000 W

Kompor 1 tungku Rp 500.000,-

Chooper : Rp 8.500.00,-