Upload
nguyennhu
View
247
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ECHO Asia Note #19, Desember 2013:
Biogas sebagai Bahan Bakar Mesin
Diesel
Oleh Gordon Hirst, Konsultan; Sebelumnya bekerja sebagai Chief Engineer di Lao Institute for Renewable Energy (LIRE),
Vientiane, Laos.
[Catatan Editor: Semakin meningkatnya popularitas sumber energi alternatif dan terbarukan yang
berasal dari kegiatan pertanian, kami menerima banyak pertanyaan mengenai penerapan biogas
yang bersumber dari pertanian untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin berukuran kecil. Artikel
ini berusaha untuk membahas salah satu kemungkinan penggunaan biogas yang berasal dari pupuk
kandang sebagai bahan bakar untuk mesin diesel kecil]
Pengantar oleh Penulis
Banyak kelompok masyarakat desa-desa terpencil di mana LIRE bekerja yang berada di lokasi-lokasi
yang tidak masuk dalam jaringan distribusi listrik. Saya pertama berkenalan dengan pekerjaan
pembangunan masyarakat desa di sebuah rumah sakit pedesaan yang terletak di sebelah utara
Vientiane, Republik Demokratik Rakyat Laos. Meskipun terletak di lokasi yang terpencil, baru-baru ini
rumah sakit tersebut memasang mesin pengolah biogas bawah tanah bervolume 10 m³ yang akan
digunakan untuk memasak di rumah sakit dan di rumah dokter. Bahan baku yang digunakan
dihasilkan oleh 20 ekor sapi milik rumah sakit ini. Rumah sakit ini juga memiliki mesin diesel kecil
buatan China dengan kapasitas 10 kW, yang telah terhubung ke sebuah generator dengan sumber
tunggal atau sumber tegangan AC untuk memberikan penerangan dan mengisi ulang baterai ponsel
selama beberapa jam di malam hari.
Tugas saya adalah menggunakan gas yang dihasilkan oleh pengolah biogas untuk menjalankan mesin
diesel tersebut; tugas ini mengawali sebuah program pembangunan yang mendatangkan frustasi
namun sekaligus memberikan pencerahan. Upaya-upaya awal yang masih mentah ini semakin
diperkaya dengan proyek serupa yang saya lakukan belakangan selama menjalankan tugas di Laos
Institute for Renewable Energy (LIRE) (http://lao-ire.org/) atas nama FACT Foundation
(http://www.fact-foundation.com).
Dalam artikel ini, saya membagikan pengalaman saya dalam proses pembangunan ini. Tentu saja
pengalaman ini tidak sempurna dan mungkin juga tidak 100% benar secara ilmiah. Namun
pelajaran-pelajaran nyata ini saya dapatkan dari pengalaman menjalankan uji coba di daerah
terpencil dengan sumber daya yang sangat terbatas. Saya juga berusaha untuk menyampaikannya
secara sederhana dan menghindari penggunaan istilah-istilah teknis.
Ringkasan
Menjalankan sebuah mesin diesel dengan bahan bakar biogas benar-benar DAPAT dilakukan; namun
ada sejumlah faktor yang harus diperhitungkan sebelum hal ini dijadikan sebagai pilihan yang serius
dalam sebuah program pembangunan. Artikel ini akan membahas beberapa pertimbangan pokok
yang diperlukan ketika mencoba untuk membakar biogas di dalam sebuah mesin diesel.
Informasi Dasar Mengenai Latar Belakang
Pertama, membedakan berbagai jenis mesin diesel adalah hal yang penting. Menjalankan mesin-
mesin diesel cukup mirip satu sama lain dan telah berlangsung di sekitar kita sejak Rudolf Diesel
pertama kali mengembangkan mesin tersebut tahun 1800-an. Mesin-mesin ini mengandalkan
pemantik melalui kompresi (CI) dari sejumlah kecil bahan bakar solar yang disuntikkan ke dalam
ruang pembakaran. Pada waktu yang bersamaan, sebuah katup dibuka untuk memungkinkan udara
mengalir ke dalam ruang pembakaran. Katup kemudian tertutup dan piston mengempa campuran
tersebut. Ketika udara/campuran bahan bakar tersebut mencapai 'titik stoikiometri' (yaitu titik di
mana rasio bahan bakar: udara cukup untuk melakukan pembakaran kimiawi), maka campuran ini
menyala di bawah tekanan yang tercipta pada saat piston mencapai posisi paling atas dalam gerakan
piston/Top Dead Centre (TDC), yang normalnya ada di sekitar rasio kompresi 17:1. Saat campuran
menyala, piston dipaksa bergerak ke bawah, mendorong batang torak dan dengan demikian
menjalankan mesin. Mesin diesel mobil modern memiliki sistem bahan bakar yang canggih dan
sistem manajemen mesin yang membuat mesin sangat efisien tetapi lebih 'mudah tersinggung';
sehingga memasukkan gas tidak murni (seperti biogas) ke dalam persamaan yang telah ada ini
tentunya akan memicu berbagai masalah.
Motor mekanis kecil yang banyak digunakan di seluruh Asia, yang lebih dikenal dengan sebutan tok
tok, adalah desain yang lebih kasar dan lebih sederhana serta sistem injeksi bahan bakarnya
menggunakan 'injeksi umum' yang sederhana. Bahkan yang lebih sederhana lagi adalah mesin gaya-
Lister, yang diciptakan untuk sanggup mengatasi goncangan apa saja yang menimpanya . Sifat
stasioner dari pengolah biogas berarti bahwa pembangkit listriknya akan bersifat stasioner, sehingga
lebih cocok untuk tok tok atau mesin jenis-Lister yang secara mekanis dapat dihubungkan ke output
(generator/pompa/mesin).
Sistem Bahan Bakar
Berbeda dengan mesin berbahan bakar bensin, mesin diesel tidak memiliki katup
penghambat/penutup (throttle). Sebagai gantinya mesin diesel menggunakan governor yang
mengatur kecepatan mesin. Pada mesin yang lebih canggih, governor ini dapat bersifat
elektro/mekanik, atau hidro/mekanik. Namun, mesin tok tok menggunakan governor yang
sepenuhnya mekanik, sederhana namun berputar dengan efektif. Fungsi governor adalah untuk
menjaga kecepatan mesin tanpa mempedulikan bebannya (jenis governor lainnya dapat
menanggung beban dalam kecepatan berapa saja namun sekali lagi, ini lebih canggih dan lebih
mahal). Governor mengatur permintaan bahan bakar sehingga dapat mempertahankan kecepatan
yang telah ditetapkan. Kecepatan mesin disesuaikan oleh 'rak' yang diatur oleh operator untuk
mencapai kecepatan tertentu yang diinginkan. Oleh sebab itu, sesungguhnya operator menggunakan
posisi rak sebagai pengendali katup penghambat, meskipun fungsinya berbeda dari mesin bensin
karena dalam hal ini yang diatur adalah bahan bakarnya dan bukan udaranya, namun hasil akhirnya
tetap sama. Hal ini penting untuk diketahui, karena ketika kita memperkenalkan biogas ke dalam
sistem, kita mengganti udara yang 'lembam' dengan campuran yang mudah meledak/eksplosif
sehingga seluruh fisika yang terlibat dalam proses pembakarannya benar-benar mengalami
penataan ulang. Untungnya, kita tidak harus lebih dulu menjadi ahli termodinamika supaya dapat
membuat semuanya berjalan. Pada kenyataannya, sistem cenderung menyeimbangkan dirinya
sendiri dan rasio campuran eksplosif tersebut terbentuk secara otomatis.
Jenis Mesin
Biogas tidak dapat menyalakan dirinya sendiri di bawah tekanan/kompresi, sehingga sedikit solar
masih diperlukan untuk pemantik. Berdasarkan penelitian di belakang meja dan eksperimen saya
sendiri, rasio optimal yang dapat dicapai saat menggunakan biogas sebagai bahan bakar utama
adalah sekitar 20% solar untuk 80% biogas. Menambahkan sedikit solar ke dalam campuran juga
penting untuk melumasi injektor bahan bakar, ini adalah fungsi sekunder solar.
Jika Anda ingin menjalankan sebuah mesin sepenuhnya menggunakan biogas murni, maka
diperlukan sebuah 'mesin gas'. Mesin gas ini pada dasarnya adalah mesin diesel dengan pemantik
percikan, berbeda sekali dengan mesin diesel sejati, yang menggunakan kompresi untuk memantik
campuran bahan bakar/udara. Mesin gas tersedia dalam ukuran relatif kecil, tetapi harganya
cenderung lebih mahal dan sulit dicari dibandingkan mesin diesel biasa. Karena mesin gas memiliki
sistem pemantik, maka mesin tersebut cenderung lebih kompleks. Keunggulan mesin diesel adalah
kesederhanaannya; mesin diesel murni dapat berfungsi dengan mengandalkan unsur-unsur mekanik
saja. Penambahan gulungan, busi, waktu pemantik, dll hanya membuat sistem menjadi lebih
kompleks sehingga lebih menuntut perawatan dan meningkatkan kemungkinan terjadinya kegagalan
mekanis.
Informasi Latar Belakang Biogas
Biogas dapat dimasukkan langsung ke dalam saluran udara masuk yang ada di mesin diesel sehingga
bisa dibakar. Karena menggunakan sistem injeksi rak, maka rak akan secara otomatis menyesuaikan
diri dengan asupan yang diterimanya (Gambar 1). Mungkin ‘nada’ mesin mengalami perubahan saat
menyesuaikan dengan asupan biogas. Mesin mungkin menunjukkan peningkatan dan/atau
penurunan putaran per menit (rpm), bergantung kepada: a) kondisi mesin dan b) kondisi biogas.
Namun yang terpenting adalah bagaimana pun nada dan RPM-nya, mesin harus terus berjalan
dengan sendirinya.
Gambar 1. Sistem Bahan Bakar Mesin Diesel
Biogas merupakan kombinasi dari berbagai gas. Metana (CH4) adalah gas yang terpenting untuk
menghasilkan tenaga. Kandungan metana mungkin sebanyak 40% sampai 75% dari total volume gas.
Jumlah gas-gas lainnya bervariasi (Tabel 1).
Table 1: Kandungan utama Biogas
Komponen Simbol kimiawi (Unit) Jumlah
Metana CH4 (% vol) 60 -75*
Karbon dioksida CO2 (% vol) 19 - 33
Nitrogen N2 (% vol) 0 - 1
Oksigen O2 (% vol) < 0.5
Uap air H2O (% vol) 6 (@40 ° C)
Sulfur dioksida H2S (mg/m3) 3.000 – 10.000
Amonia NH3 (mg/m3) 50 - 100
* variasi musiman
Efek Jangka Panjang Biogas pada Mesin
Meskipun sebagian besar gas penyusun biogas itu tidak berbahaya, terpaparnya komponen-
komponen mesin oleh hidrogen sulfida (H2S) akan merugikan elemen-elemen mekanik mesin. Jika
kita mengharapkan mesin tahan lama, maka H2S harus dihilangkan dari gas (dengan cara dibuang).
Komponen utama biogas lainnya, seperti uap air (H2O) dan karbon dioksida (CO2), tidak
menyebabkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki pada mesin. Namun, CO2 merupakan salah satu
unsur utama dalam gas yang dapat membuat pemantik menjadi tidak efisien. Uap air juga tidak
berbahaya, tetapi jika mengembun setelah digunakan dan dibiarkan begitu saja dalam jangka waktu
yang lama, oksida besi (karat) akan terbentuk pada komponen-komponen silinder.
Kondisi Mesin
Dalam eksperimen-eksperimen awal saya di rumah sakit di Laos, mesin yang digunakan dalam
keadaan yang sangat membutuhkan perbaikan. Peralatan untuk mengukur rasio kompresi tidak
tersedia, tetapi saya memperkirakan bahwa kompresinya serendah 13: 1 atau 12: 1. Hasilnya
mengecewakan, karena saya hanya mampu mencapai rasio bahan bakar maksimum 20:80 (20%
biogas untuk setiap 80% solar).
Berbagai Tes Konsumsi Biogas Saya mengukur rasio biogas: konsumsi solar menggunakan suntikan besar yang dipasang di saluran
bahan bakar (Gambar 2). Suntikan itu penuh dengan solar dalam jumlah yang diketahui. Mesin
dijalankan dan kecepatannya diukur menggunakan tachometer (sering hanya disebut tacho -
Gambar 3).
Di beberapa negara, Tacho sulit didapatkan, dan kami tidak bisa mendapatkannya di Laos. Saya
membeli tacho laser buatan China di e-bay seharga $25, dan Tacho itu tampaknya bekerja dengan
baik. Konsumsi Jumlah solar yang diketahui (yang ada dalam suntikan) dihitung waktunya
menggunakan 100% solar pada kecepatan mesin yang sudah ditetapkan. Kemudian uji ini diulangi
dengan mengisikan biogas ke dalam mesin sedemikian rupa sehingga campuran bahan bakar mesin
itu hanya sesedikit mungkin memakai solar dan sebanyak mungkin memakai biogas.
Pada percobaan-percobaan awal yang saya lakukan, saya memodifikasi filter udara dengan cara
memasukkan sebuah inlet dengan katup dan selang konektor ke tempat filter udara (Gambar 4).
Biogas kemudian dihubungkan langsung dari pengolah biogas ke saluran masuk udara melalui
sebuah selang. Semakin besar selang, semakin baik; kami menggunakan selang ¾" dan katup ¾".
Seharusnya mesin bisa dihidupkan menggunakan biogas namun demi kepraktisan, saya merasa lebih
mudah untuk menyalakan mesin menggunakan solar murni dan kemudian membuka katup biogas
pada filter udara.
Gambar 2. Suntikan untuk mengukur konsumsi solar, juga ditunjukkan ‘ruang pusaran’.
3.Tachometer buatan China seharga Rp.260.000 yang berfungsi dengan baik
Gambar 4. Koneksi biogas ke jalan masuk udara Gambar 5. Ruang Pusaran
Ruang Pusaran
Suntikan
Selama melakukan percobaan-percobaan awal, saya juga membuat dan menguji 'ruang pusaran'
(Gambar 5) dalam usaha untuk lebih mencampur oksigen dan biogas sebelum pembakaran; Saya
membuat ruang pusaran ini dari sebuah tabung baja dengan pembaur di tengah (Gambar 5). Alasan
saya menggunakan 'ruang pusaran' adalah karena molekul metana sangat kecil dibandingkan dengan
molekul oksigen. Dalam beberapa artikel di internet, dianjurkan untuk membuat 'ruang pusaran,'
dan sebagian mobil modern menggunakan ruang seperti ini. Dalam eksperimen terbaru yang saya
lakukan, menurut saya keberadaan ruang ini tidak menghasilkan perbedaan dalam kinerja mesin.
Namun, dalam beberapa hal lainnya mungkin ruang ini akan bermanfaat, dan Anda mungkin dapat
mempertimbangkan untuk mencoba membuatnya jika Anda menjumpai masalah dalam
menghasilkan pembakaran yang efisien.
Percobaan di atas dilakukan menggunakan mesin diesel tua dalam kondisi yang buruk (Gambar 6).
Pengujian lainnya saya lakukan dengan menggunakan mesin Kubota silinder tunggal yang relatif baru
(Gambar 7). Dengan mesin baru, hasilnya lebih mengesankan karena mesin ini langsung 'jalan'
segera setelah katup biogas dibuka. Rak disesuaikan ke titik di mana nada mesin (kecepatannya)
serupa dengan mesin yang menggunakan solar murni. Pengoperasian mesin secara lancar dihasilkan
dengan menggunakan rasio campuran sekitar 80% biogas dan 20% solar.
Tekanan yang dihasilkan biogas untuk menjalankan mesin diesel tidak perlu tinggi, dan alat pengukur
yang kami gunakan bukanlah yang berkualitas tinggi. Saya memperkirakan tekanan biogas adalah
sekitar 10 kPa (sekitar 1,5 psi). Aktivitas di dalam mesin itu sendiri akan cukup kuat untuk menarik
bahan bakar ke dalam sistem, sehingga tidak diperlukan sistem bertekanan untuk menjalankan
sebuah mesin diesel.
Mesin ini hanya dihidupkan untuk jangka waktu yang singkat, karena mengkonsumsi jumlah gas yang
sangat besar.
Letak Lubang Masuk Gas
Pastikan untuk memasukkan gas ke mesin di tempat yang tepat. Dalam berbagai eksperimen yang
saya lakukan, saya memasukkan gas ke dalam saringan udara. Setelah mencoba melakukan hal ini
beberapa kali dan membicarakannya dengan orang lain yang telah melakukan eksperimen yang
sama, saya menyadari bahwa tindakan ini ternyata salah. Lubang masuk biogas harus ditempatkan
Gambar 7. Mesin diesel baru Gambar 6. Mesin diesel tua dalam kondisi buruk
dalam manipol saluran masuk udara, tepat sebelum memasuki mesin (Gambar 8 & 9). Anda dapat
mengaitkan gelontoran biogas ke dalam saluran masuk udara ini dengan membuat lubang dan
mengelas sebuah soket berulir ke pipa masuk, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.
Lab di km-19
Saya melakukan proyek penelitian lainnya dengan LIRE, kali ini untuk menghitung jumlah energi yang
akan dihasilkan dari sejumlah asupan bahan bakar yang sudah diketahui. Laboratorium ini terletak di
sebuah peternakan babi di luar Vientiane di km 19. Peternakan babi ini juga menyuling wiski beras
lokal yang dinamai 'Laos Laos'. Biogas yang dihasilkan oleh peternakan babi digunakan untuk
memasak dan untuk api penyuling. Mereka kemudian menggunakan 'buburnya ' untuk memberi
makan babi sehingga menciptakan siklus asupan dan keluaran yang nyaris sempurna, meskipun pada
kenyataannya asupan yang dibutuhkan lebih banyak daripada hanya bubur dan biogas.
Gambar 8. Titik lubang masuk biogas yang tepat ditandai dengan tanda X putih pada saluran masuk udara.
Saluran Udara
Lubangi pipa lubang masuk dan
las soket ¾”
Katup ¾” dan selang konektor
Lubang masuk ke mesin
Gambar 9. Modifikasi saluran masuk udara
Dengan mengukur asupan dan keluaran dari produksi biogas, kita bisa menghitung berapa banyak
pupuk kandang (dalam hal ini kotoran babi) yang dibutuhkan untuk per kWh energi yang dihasilkan
mesin diesel yang berjalan dengan bahan bakar campuran solar dan biogas. 'Laboratorium' kami
mempunyai pengolah biogas bawah tanah dengan volume tetap 8 m3.. Setelah diproduksi, biogas
dimasukkan ke dalam balon biogas berukuran 5 m3 untuk disimpan. Untuk keluaran daya listrik, kami
menggunakan sebuah mesin kecil bersilinder tunggal buatan China berukuran 4,8 kW. Kami
mengukur daya keluaran menggunakan 'Prony brake’ yaitu pengereman yang dipasang pada poros
keluar, pelopor sederhana dynamometer modern.
[Catatan: Rincian mengenai Prony brake tidak dimasukkan dalam laporan ini. Jika dibutuhkan
informasi lebih lanjut tentang 'Prony Brake' yang diinginkan, silahkan hubungi penulis.]
Sebagai bagian dari percobaan kami di Vientiane, kami menguji keefektifan upaya 'menggosok' gas
sebelum gas tersebut mencapai mesin. Kami melakukan sejumlah pengujian untuk menentukan
metode yang paling efisien dan praktis guna menghilangkan gas dalam konteks pedesaan (Gambar
10 & 11).
Gambar 10. Skema Lab biogas
Manometer (pengukur
tekanan)
Penggosokan gas
Penyimpana
n gas 5m3
Ruang pusaran
Mesin
Gambar 11. Lab Biogas
Menggosok Biogas
Saya mengetahui dua cara yang efektif dan mudah diakses untuk menghilangkan, atau 'menggosok'
H2S (Hidrogen sulfida). Kedua cara ini dapat diterapkan dengan menggunakan teknologi tepat guna.
Memang ada penggosok yang diproduksi secara komersial, tetapi harga dan ketersediaannya
membuat penggosok ini tidak pas untuk digunakan di pedesaan. Untuk kualitas gas yang memenuhi
syarat, Anda perlu mengusahakan agar kandungan H2S dalam biogas kurang dari 100 ppm (satu
bagian per juta). Umumnya, biogas akan memerlukan lebih banyak gosokan daripada yang Anda
perkirakan.
Menggosok Menggunakan Natrium Hidroksida
Natrium hidroksida (NaOH), lebih dikenal sebagai 'soda kaustik/soda api' atau 'Lai', adalah media
penggosok berspektrum luas yang juga akan menghilangkan CO2 serta H2S. Natrium hidroksida
banyak tersedia bahkan di pedesaan terpencil sekalipun dan biasanya dapat dibeli di toko alat dan
bahan bangunan lokal. Supaya dapat menggosok biogas dengan natrium hidroksida, Anda perlu
membangun sebuah menara 'air'. Menara air ini dapat dibangun menggunakan bahan lokal (Gambar
12-13). Di menara, gas ditiupkan melalui larutan air dan natrium hidroksida dengan rasio air
dibanding NaOH (menurut beratnya) sama dengan 3:1. Gas dipompa melalui menara air ke manipol
yang memiliki serangkaian lubang kecil (Gambar 12). Tujuannya adalah untuk menciptakan
gelembung sekecil mungkin sehingga meningkatkan luas permukaan gas saat gas melewati larutan
air dan natrium hidroksida. Selanjutnya akan terjadi sebuah reaksi kimia yang menyebabkan H2S dan
CO2 mengendap dan membentuk semacam bubur di dasar menara.
Gambar 12. Skema Menara Air
Air (dilarutkan) masuk
Biogas yang sudah digosok
Air dan Natrium
hidroksida
‘bubur’
Air (dilarutkan)
keluar
Ketika menggunakan pendekatan ini, kami menyadari beberapa kelemahan serius dalam prosesnya:
1. Desain menara air menghasilkan menara yang canggung dan tidak praktis, baik untuk
memasukkan larutan maupun untuk mengeluarkan larutan encer dan buburnya. Namun
akhirnya, biogas berhasil dibersihkan dari kandungan H2S dan CO2, tetapi proses ini
menghasilkan bubur beracun yang perlu dibuang.
2. Menangani soda api adalah sesuatu yang berbahaya, dan alat-alat pelindung (sarung
tangan dan kacamata) HARUS dikenakan (Gambar 14). Alat-alat pelindung ini jauh lebih sulit
diperoleh daripada soda api. Selain itu, ada juga potensi hambatan budaya yang harus
diatasi dalam penggunaan APD (Alat Pelindung Diri). Catatan: sangat berguna untuk
menyiapkan sebotol cuka yang siap dijangkau, karena cuka bersifat asam; jika soda api
tumpah dan mengenai kulit, cuka dapat digunakan untuk menetralkan basa yang kuat.
3. Biogas harus mendapat tekanan yang cukup supaya kita dapat mendorong gas bergerak
melewati menara air (yaitu harus ada cukup 'kepala' untuk melakukan hal ini). Dalam operasi
normal, tekanan dalam balon biogas kemungkinan besar tidak cukup untuk mengatasi
kepala; oleh karena itu, perlu digunakan pompa gas tambahan. Di lokasi pedesaan mungkin
tidak ada akses ke daya listrik 240V atau pompa gas yang dapat memberikan tekanan ekstra
yang diperlukan untuk menggunakan menara air.
Dalam percobaan yang kami lakukan, kami mengedarkan 5 m3 biogas melalui menara dan kembali
ke balon penyimpanan. Meskipun kami tidak mencatat pembacaan akhir, kami memperkirakan
bahwa untuk menyelesaikan siklus penggosokan ini akan diperlukan waktu sekitar 10 jam, dan akan
menghasilkan bubur beracun sebanyak beberapa kilogram.
Menggosok Menggunakan Besi Oksida/Ferioksida (Tahi besi/Karat)
Penggosok oksida besi (karat) adalah metode biasa 'yang tepat' untuk menggosok biogas, karena
jenis penggosok ini pembuatannya sederhana. Karat terdiri dari oksida besi terhidrasi (Fe2O3.nH2O)
dan besi oksida-hidroksida (FeO (OH).Fe (OH)3). Saat gas bergerak melewati karat, terjadi sebuah
reaksi kimia, dan H2S mengendap keluar dari biogas (Gambar 15). Namun, berbeda dari penggosok
natrium hidroksida, metode ini tidak dapat menghilangkan CO2.
Gambar 13. Menara Air dengan Pompa Gas dan Meter
Gambar 14.Mengisi Menara Air. Perhatikan penggunaan Alat Keselamatan
Tantangan utama dalam menggunakan metode ini adalah mendapatkan baja atau besi sebagai
bahan baku untuk penggosok. Idealnya, orang akan mencari serutan dari toko mesin, sering disebut
sebagai, ‘serpihan’, 'serutan,' atau 'serbuk pengisi.' Bola-bola bantalan (bearings) yang sudah tua
merupakan bahan yang ideal karena memiliki area permukaan yang luas terhadap rasio volume,
tetapi mungkin sulit untuk mendapatkannya sesuai jumlah yang dibutuhkan. Partikel-partikel halus
‘serbuk pengisi’ tidak berguna karena gas harus dapat melalui tabung yang terisi penuh oleh serbuk
pengisi. Setelah mendapatkan serpihan, maka serpihan harus dibiarkan berkarat dengan cara
membiarkannya terpapar cuaca selama dua atau tiga minggu. (Kemungkinan besar serpihan
awalnya sudah diminyaki untuk mencegah agar bahan dasarnya tidak berkarat, sehingga hal
pertama yang harus dilakukan adalah menghilangkan minyak tersebut dengan larutan sabun
sehingga serpihan benar-benar bebas dari minyak). Setelah serpihan dibiarkan terpapar cuaca
selama beberapa minggu maka pasti akan cukup banyak karatnya. Kemudian serpihan harus
dikemas ke dalam tabung PVC (saya menggunakan tabung sepanjang 1,4 m dengan diameter 75
mm) dengan outlet dan inlet di masing-masing ujungnya (Gambar 16, 17). Beberapa pelat berlubang
dapat membantu perakitan karena menciptakan kolom bagi serpihan tersebut dalam tabung PVC
(Gambar 18). Serpihan yang ada di dalam kolom memungkinkan gas dapat bebas melewatinya tetapi
memiliki luas permukaan yang mencukupi untuk terjadinya reaksi oksida besi dan H2S. Saya anjurkan
agar tabung PVC ditutup dengan topi penutup yang bisa dilepas, sebab penutupnya perlu dilepas jika
Anda perlu mengganti serpihan yang digunakan.
Satu-satunya masalah nyata yang saya temui dalam melakukan penggosokan dengan metode ini
adalah sulitnya membuat tabung udara/gas benar-benar tertutup rapat. Akhirnya, saya
menyimpulkan bahwa karena rendahnya tekanan maka hanya ada sedikit sekali gas yang lolos.
Berbeda dari metode natrium hidroksida, kita tidak membutuhkan pompa gas untuk memaksa
biogas melalui serpihan-serpihan tersebut. Sesudahnya, saya mengukur keefektifan penggosokan
dengan mengalirkan gelembung gas melalui larutan timbal asetat , dan mengukur jumlah timbal
sulfida (yaitu belerang/sulfur yang tidak terhapus selama penggosokan) (* Untuk rincian tentang tes
timbal asetat, silahkan hubungi penulis). Berdasarkan tes timbal asetat, saya menyimpulkan bahwa
diperlukan empat tahap penggosokan berikutnya untuk menghapus semua Sulfur dioksida. Kedua
pendekatan ini sama-sama membutuhkan studi kelayakan sebelumnya.
Gambar 15. Skema Penggosok Ferioksida
Biogas yang sudah digosok
Ferioksida
Gambar 16. Penggosok gas Ferioksida
Gambar 17. Dipenuhi dengan serpihan logam
Gambar 18. Piringan berlubang di dalam Penggosok
Menggosok Uap Air
Meskipun uap air tidak menjadi masalah bagi proses pemantikan, masuknya uap air ke dalam
silinder dapat menyebabkan kondensasi dan akan mendorong terbentuknya karat. Sebab itu
menambahkan 'perangkap air ' sebelum biogas memasuki mesin akan bermanfaat.
Sebuah perangkap air sederhana dapat dibuat dengan menggunakan tabung baja yang diberi inlet di
satu ujung dan outlet di ujung lainnya. Tabung baja harus ditempatkan di lokasi yang lebih dingin
dibandingkan gas yang ada di dalam tabung, sehingga menyebabkan uap air mengembun ke bagian
dalam tabung. Bagaimana mewujudkan hal ini akan sangat bergantung kepada sumber-sumber
pendingin yang tersedia secara lokal. Sumber-sumber pendingin seperti pendingin termal bawah
tanah, air mengalir, dll mungkin sangat sulit ditemukan di pedesaan. Tabung ini panjangnya harus
sekitar 6 meter dan juga harus memiliki keran saluran pembuangan untuk menghilangkan air yang
mengembun.
Dalam percobaan-percobaan yang saya lakukan, ‘sumber pendingin’ tidak tersedia, jadi saya
memutuskan untuk tidak menghilangkan uap air. Ternyata tanpa menghilangkan uap air, biogas
dapat dibakar dalam mesin tanpa ada masalah. Meskipun demikian, penggunaan biogas pada mesin
diesel dalam jangka panjang tanpa digosok dapat menyebabkan timbulnya karat pada silinder dan
terjadinya kegagalan mekanik.
Berapa Banyak Daya Listrik yang dapat dihasilkan dengan menggunakan
Biogas?
Dalam banyak hal, produksi biogas lebih merupakan seni ketimbang ilmu. Ada banyak variabel yang
perlu dipertimbangkan. Ketika gas digunakan untuk memasak, sebagian besar perilaku biogas
terselubung oleh konversinya yang sederhana (melalui pembakaran) menjadi panas dan cahaya.
Namun ketika biogas digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin, variasinya menjadi lebih jelas dan
kentara. Anda perlu mengingat hal ini pada saat mengkaji hasil dari uji coba biogas sebagai bahan
bakar mesin (seperti yang saya uraikan di bawah). Dalam situasi yang berbeda, dapat hasil tes yang
berbeda akan muncul karena perbedaan metode-metode produksi biogas dan pemanfaatan bahan
baku. Gunakan hasil-hasil berikut ini hanya sebagai panduan kasar.
Data dari uji coba dan hasil-hasil empiris: 1 kg pupuk kandang = 60 - 100 liter biogas
Diperlukan sekitar 550 liter CH4 per kWh daya listrik yang dihasilkan pada poros output mesin.
Biogas rata-rata mengandung 60% metana; sehingga akan diperlukan sekitar 900 liter biogas mentah
per kWh energi yang ingin dihasilkan.
Jadi akan diperlukan 9-15 kg pupuk kandang per kWh listrik yang diinginkan.
Perhitungan Nyata
Jika Anda menjalankan generator 10 kW selama 3 jam, energi yang dihasilkan akan berjumlah 30
kWh, dan ini membutuhkan 270-450 kg pupuk kandang sebagai bahan baku untuk dimasukkan ke
dalam pengolah biogas.
Ingatlah bahwa hasil tersebut adalah untuk sebuah mesin diesel. Untuk pembangkit listrik, poros
output harus dihubungkan ke generator dengan menggunakan sabuk dan katrol atau rantai dan gigi
jentera. Perlu disadari bahwa untuk mengatasi perlawanan elektromagnetik dalam kumparan-
kumparan generator juga akan memerlukan asupanenergi sehingga, sekali lagi, secara keseluruhan
akan mengurangi efisiensi. Untuk generator kecil (katakanlah hingga 50 kW ), sediakan kemungkinan
bertambahnya pengurangan daya listrik sebesar 15%.
Apakah Biogas Praktis sebagai Pembangkit Tenaga Listrik?
Biogas memungkinkan sebagai pembangkit listrik. Namun ada sejumlah pertimbangan praktis yang
perlu dicari jalan keluarnya. Untuk menjalankan sebuah mesin dengan bahan bakar biogas akan
membutuhkan sangat banyak biogas, yang memerlukan bahan baku dalam jumlah besar, sehingga
membutuhkan banyak tenaga kerja dan infrastruktur. Selain itu diperlukan investasi teknis dan
tenaga kerja yang cukup besar untuk memenuhi berbagai persyaratan teknis dan bahan-bahan
penggosok serta bahan asupan lainnya.
Saya menyimpulkan bahwa menggunakan biogas sebagai bahan bakar mesin diesel sebagai
pembangkit listrik dan/atau untuk pekerjaan mekanik harus dipertimbangkan sebagai pilihan
terakhir dan bukan sebagai pilihan pertama, terutama jika jaringan listrik biasa sudah tersedia.
YouTube video
http://www.youtube.com/watch?v=nKFe7N7Q4iE
Gordon Hirst
Engineering consultant & appropriate technology specialist
Chief Engineer
Maejo University School of Renewable Energy