1  

BAB I

PENDAHULUAN

Perkembangan jumlah penduduk di suatu daerah akan berbanding lurus dengan

kebutuhan akan energi listrik di daerah tersebut. Namun hal itu berbanding terbalik dengan

penyediaan energi listrik, semakin hari cadangan sumber energi tidak terbarukan yang

selama ini menjadi bahan bakar utama pembangkit di Indonesia semakin menipis, sehingga

penyediaan energi listrik juga ikut tersendat. Oleh karena itu, perlu dipikirkan suatu energi

alternatif terbarukan untuk mengatasi krisis tersebut. Seperti kita ketahui bahwa persediaan

bahan bakar fosil di Indonesia pada umumnya semakin menipis. Fakta menunjukkan bahwa

sejak tahun 2004 Indonesia mengimpor minyak bumi karena cadangan minyak dalam

negeri tidak mencukupi lagi. Solusi bagi krisis energi listrik dan bahan baku fosil ini adalah

adanya sumber energi alternatif. Sumber energi alternatif tersebut harus bisa menjadi bahan

bakar substitusi yang ramah lingkungan, efektif, efisien, dan dapat diakses oleh masyarakat

luas. Selain itu, sumber energi alternatif tersebut idealnya berasal dari sumber energi yang

bisa diperbarui.

Berbagai macam bentuk energi telah digunakan manusia seperti batu bara, minyak

bumi, dan gas alam yang merupakan bahan bakar yang tidak terbaharui. Selain itu,

sumberdaya lainnya seperti kayu bakar saat ini masih digunakan, namun penggunaan kayu

bakar tersebut mempunyai jumlah yang terbatas dengan semakin berkurangnya hutan

sebagai sumber kayu. Dengan meningkatnya jumlah penduduk,  terutama yang tinggal di

perdesaan, kebutuhan energi rumah tangga masih menjadi persoalan yang harus dicarikan

jalan keluarnya.

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. Kotoran sapi merupakan

kotoran yang paling efisien digunakan sebagai penghasil biogas karena setiap 10-20 kg

kotoran perhari dapat menghasilkan 2 m3 biogas. Dimana energi yang terkandung dalam 1

2  

m3 biogas sebesar 2000-4000 kkal atau dapat memenuhi kebutuhan memasak bagi satu

keluarga (4-5 orang) selama 3 jam.

faktanya Indonesia merupakan negara agraris dimana pertanian dan peternakan

menjadi komoditi utama. Di Aceh banyak terdapat perternakan sapi, lembu, dan kerbau

sehingga mampu menghasilkan limbah kotorannya yang cukup banyak dan terbuang

percuma, meskipun sebagiannya banyak dimanfaatkan untuk pupuk kompos. padahal

dengan teknologi yang sangat sederhana, kotoran ternak yang tadinya hanya mencemari

lingkungan, dapat diubah menjadi sumber energi terbarukan yang sangat bermanfaat yaitu

biogas. Manfaat energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak

tanah dan dipergunakan untuk memasak kemudian sebagai bahan pengganti bahan bakar

minyak (bensin, solar). Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit

energi listrik.

3  

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

2.1.1 Kotoran Ternak

Kotoran ternak yang dihasilkan mengandung beberapa unsur hara seperti yang

disajikan pada Tabel 1. Di samping menghasilkan unsur hara makro, kotoran ternak ini juga

menghasilkan sejumlah unsur hara mikro, seperti Fe, Zn, Bo, Mn, Cu, dan Mo. Berikut

tabel kandungan unsur hara makro yang berasal dari beberapa ternak :

Tabel 1. Kandungan Unsur Hara pada Pupuk Kandang yang Berasal dari Beberapa Ternak.

Jenis ternak Unsur hara (kg/ton)

Nitrogen (N) Posfor (P) Kalium (K)

Sapi perah

Lembu

Domba

unggas

22,0

26,2

50,6

65,8

2,5

4,5

6,7

13,7

13,7

13,0

39,7

12,8

(Sumber : http://www.disnak.provgo.id/data/arsip)

2.1.2 Biogas Sebagai Sumber Energi Alternatif

Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan

bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut

anaerobik digestion gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana.

material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraikan menjadi dua tahap

dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material organik akan didegradasi

menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan

menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidogenesis. Hidrolisis yaitu penguraian

senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi

4  

senyawa yang sederhana. Sedangkan asidogenesis yaitu pembentukan asam dari senyawa

sederhana.

Setelah material organik berubah menjadi asam, maka tahap kedua dari proses

anaerobic digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk

metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium. Komponen terbesar

biogas adalah Metana (CH4, 40-70%-vol) dan karbondioksida (CO2, 30-60%-vol).

Komponen biogas secara umum disajikan pada tabel 2 berikut :

Tabel 2. Komponen Biogas

No Jenis gas Volume (%)

1

2

3

4

Metana (CH4)

Karbondioksida (CO2)

Hidrogen (H2)

Hidrogen Sulfida (H2S)

40-70

30-60

0-1

0-3

(Sumber : http://www.energi.lipi.go.id)

Pemanfaatan gas metana dari Kotoran Sapi sangat aplikatif dalam kehidupan sehari-

hari, baik penggunaan untuk keperluan rumah tangga, pertanian maupun sebagai sumber

energi listrik.

Manfaat lain mengolah kotoran sapi menjadi energi alternatif biogas adalah

dihasilkannya pupuk organik untuk tanaman. Limbah biogas, yaitu kotoran ternak yang

telah hilang gasnya (slurry) merupakan pupuk organik yang sangat kaya akan unsur-unsur

yang dibutuhkan oleh tanaman. Bahkan, unsur-unsur tertentu seperti protein, selulose,

lignin dan lain-lain tidak dapat digantikan oleh pupuk kimia.

5  

2.2 ASPEK TEKNIS

2.2.1 Uraian Proses

Prinsip pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara

anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan gas yang sebagian besar adalah

berupa gas metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbon dioksida, gas inilah

yang disebut biogas. Proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme,

terutama bakteri metan. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah 30-550C, dimana

pada suhu tersebut mikroorganisme mampu merombak bahan bahan organik secara

optimal. Hasil perombakan bahan bahan organik oleh bakteri adalah gas metan.

Biogas sebagai hasil samping metabolisme bakteri-bakteri anaerobik diperoleh dari

proses katabolisme (pernafasan anaerobik), dimana senyawa-senyawa organik dipecah

menjadi biogas dengan melepaskan sejumlah tertentu energi. Reaksi yang terjadi

merupakan reaksi enzimatis, dimana reaksi pemecahan dikatalisis oleh enzim yang

dihasilkan oleh mikroorganisme-mikroorganisme tersebut.  Selama proses peruraian

anaerobik dalam digester biogas konsentrasi senyawa organik akan berkurang, konsentrasi

bakteri-bakteri anaerobik akan bertambah, dan dihasilkan biogas sebagai produk samping.

Dari proses juga dikeluarkan sisa panas yang dapat dideteksi dari peningkatan suhu slurry

di dalam digester.

Kotoran sapi terdiri dari senyawa organik kompleks (senyawa organik tidak larut)

dan senyawa organik sederhana (yang dapat larut). Senyawa organik dalam makanan sapi

berupa daun-daunan dan komponen lain dalam tumbuhan merupakan senyawa kompleks

karena masih mengandung senyawa-senyawa liqnoselulosa yang sulit didegradasi. Waktu

regenerasi bakteri pembentuk asam berkisar dari kurang dari 24 jam sampai 90 jam.

Proses peruraian anaerobik yang terjadi pada pembuatan biogas dari senyawa

organik kompleks dibagi menjadi tiga tahapan utama proses, yaitu hidrolisis, asidogenesis,

dan metanogenesis. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 1 berikut :

6  

            Hidrolisis 

 

Bakteri pembentuk asam

     

 

              Bakteri Metanogen

   

Gambar 1. Proses peruraian anaerobik senyawa organik komplek yang terjadi pada pembuatan

biogas dari kotoran sapi.

Namun selain senyawa kompleks, dalam kotoran sapi juga terkandung senyawa

organik larut atau senyawa organik sederhana. Bila senyawa-senyawa organik yang

terkandung di dalam sumber substrat merupakan senyawa organik sederhana (senyawa

yang larut), proses hidrolisis praktis tidak terjadi dan dapat diabaikan dari keseluruhan

proses dalam pembentukan biogas. . Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2 berikut:

 

Bakteri pembentuk asam

     

 

    Bakteri Metanogen

   

Gambar 2. Proses peruraian anaerobik senyawa organik sederhana yang terjadi pada pembuatan

biogas dari kotoran sapi

senyawa organik tidak larut

CH4 + CO2 + H2S

Asam volatil + alkohol + H2 +CO2

Senyawa organik sederhana

CH4 + CO2 + H2S

Asam volatil + alkohol + H2 +CO2

Senyawa organik sederhana

7  

2.2.2 Sistem Kerja Sebuah Instalasi Biogas

Pada sebuah instalasi biogas, selalu terdapat reaktor atau digester. Reaktor adalah

sebuah ruang tertutup yang digunakan sebagai media penyimpanan kotoran selama

beberapa hari untuk menghasilkan gas yang tersimpan bersama kotoran yang kemudian

disebut biogas.

Sistem produksi biogas dibedakan menurut cara pengisian bahan bakunya, yaitu

pengisian curah dan pengisian kontinyu. Yang dimaksud dengan sistem pengisian curah

(SPC) adalah cara pengantian bahan yang dilakukan dengan mengeluarkan sisa bahan yang

sudah dicerna dari tangki pencerna setelah produksi biogas berhenti, dan selanjutnya

dilakukan pengisian bahan baku yang baru. Sedangkan yang dimaksud dengan pengisian

kontinyu (SPK) adalah pengisian bahan baku kedalam tangki pencerna dilakukan secara

kontinyu (setiap hari) tiga hingga empat minggu sejak pengisian awal, tanpa harus

mengelurkan bahan yang sudah dicerna.

• Tahapan Merancang Instalasi Biogas

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 banyaknya biogas yang diinginkan. Lahan yang

diperlukan sekitar 16 m2. Untuk membuat digester diperlukan bahan bangunan seperti

pasir, semen, batu kali, bata merah, besi konstruksi, cat, kran , dan pipa prolon.

Lokasi yang akan dibangun sebaiknya dekat dengan kandang sehingga kotoran

ternak dapat langsung disalurkan kedalam digester. Disamping digester harus dibangun

juga penampung sludge (lumpur) dimana slugde tersebut nantinya dapat dijadikan pupuk

organik.

8  

Untuk itu alat maupun sarana yang diperlukan adalah :

1. Volume reaktor (lubang semen) : 4.000 liter

2. Volume penampung gas (lubang semen) : 2.500 liter

3. Kompor Biogas : 1 buah

4. tempat pengaduk bahan : 1 buah

5. Selang saluran gas : + 10 m

6. Selang saluran air + 10 m

7. Kebutuhan bahan baku : kotoran ternak dari 5-10 ekor sapi/ kerbau.

8. Biogas yang dihasilkan 4 m3 per hari (setara dengan 2,5 liter minyak tanah).

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 1:2

pada bak penampung sementara. Bentuk lumpur akan mempermudah 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. 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.

4. 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.

9  

2.3 ASPEK EKONOMI

Sebagaimana diketahui bahwa seekor sapi dengan bobot 450 kg dapat menghasilkan

limbah berupa feses dan urin lebih kurang 25 kg per hari. Dan untuk mengetahui proses

konversi kotoran sapi menjadi biogas dapat dilihat dari tabel berikut yang didapatkan dari

Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Badan Litbang Pertanian, Departemen

Pertanian.

Tabel 3. Kandungan Bahan Kering dan Volume Gas yang dihasilkan Tiap Jenis Kotoran

Jenis Banyak tinja

(Kg/hari)

Kandungan Bahan

Kering – BK (%)

Biogas yang dihasilkan (m3/ kg.

BK)

Gajah

Sapi/kerbau

Kambing/domba

Ayam

Itik

Babi

Manusia

30

25 – 30

1,13

0,18

0,34

7

0,25 – 0,4

18

20

26

28

38

9

23

0,018 – 0,025

0,023 – 0,040

0,040 – 0,059

0,065 – 0,116

0,065 – 0,116

0,040 – 0,059

0,020 – 0,028

(Sumber : Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Badan Litbang Pertanian,

Departemen Pertanian, 2008)

Hal pertama yang harus diperhitungkan dalam menghitung jumlah energi yang

dihasilkan adalah berapa banyak jumlah bahan baku yang dihasilkan. Jumlah bahan baku

gas ini didapatkan dengan menjumlahkan jumlah feses dan limbah organik yang dihasilkan

setiap hari.

10  

Asumsi :

• Misalkan jumlah sapi di peternakan satu keluarga berjumlah 10 ekor.

• Untuk tiap ekor sapi mampu menghasilkan 25 kg kotoran per hari.

• Maka, produksi kotoran sapi perhari di peternakan tersebut adalah sebesar :

10 X 25 = 250 kg / hari

• Kandungan bahan kering untuk kotoran sapi adalah 20 %, maka kandungan bahan kering

total adalah :

250 X 0,20 = 50 kg.BK

• Sehingga, Potensi biogas dari kotoran sapi di Peternakan tersebut adalah sebesar :

50 X 0,04 = 2 m3 / hari.

Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, untuk mengetahui konversi biogas

menjadi energi lain, dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 4. Konversi Biogas dan Penggunaannya

Penggunaan Energy 1 m3 Biogas

Penerangan

Memasak

Tenaga

Listrik

Lampu 60 – 100 watt selama 6 jam

Memasak 3 jenis makanan untuk 5 – 6 orang

Menjalankan motor 1 hp selama 2 jam

4,7 kWh energi listrik

(Sumber : Suriawiria, Menuai Biogas dari Limbah, 2005)

Dari segi bahan bakar rumah tangga biogas juga memiliki kelebihan dibandingkan

bahan bakar lain yang sudah lazim digunakan masyarakat. Berikut tabel perbandingan

anggaran pemakaian masing-masing bahan bakar.

Dengan demikian potensi energi listrik yang dihasilkan dari limbah kotoran sapi

yang ada di Peternakan adalah :

2 m3/hari x 4,7 kWh = 9,4 kWh/hari

dengan daya keluaran = 9,4 kWh/24 jam = 0,39 kW

perhitungan ini asumsi skala kecil, untuk penggunaan listrik dibutuhkan daya yang lebih

besar lagi.

11  

Tabel 5. Rata-rata Perbandingan Anggaran Pemakaian Biogas dengan Bahan Bakar lain

Jenis

Bahan

Bakar

Harga

Bahan

Bakar

Nilai Ekonomis Biaya Bahan

Bakar/tahun

Harga

Peralatan Periode

Penggunaan

Harga

perhari

1. Minyak Tanah

Rp. 10.000 per liter

1 liter untuk sehari Rp.10.000 Rp.3.650.000 Rp. 50.000

2. Gas LPG Rp.135.000

pertabung

1 tabung 20 hari

pemakaian

Rp.6.750 Rp.2.463.750 Rp. 400.000

3. Biogas Rp.0 20 kg (kotoran sapi

untuk 2 jam)

Rp. 1.000 Rp.400.000

(asumsi

pemakaian

peralatan selama

5 tahun)

Rp.2.000.000

4. Biomassa

(kayu bakar)

Rp.5.000

per ikat

2 hari pemakaian Rp.2.500 Rp.900.000 Rp.0

Dari tabel rata-rata perbandingan anggaran pemakaian biogas diatas dapat

disimpulkan bahwa pemakaian biogas untuk bahan bakar rumah tangga jauh lebih

ekonomis dibandingkan bahan bakar lain.

2.3 ASPEK LINGKUNGAN DAN SOSIAL

2.3.1 Aspek Lingkungan

Ditinjau dari aspek lingkungan biogas sangat memberikan keuntungan yang besar

diantaranya:

1. Limbah kotoran sapi tidak mencemari lingkungan, karena telah diproses terlebih

dahulu untuk diambil gas metan, sementara padatan yang diperoleh bisa langsung

dimanfaatkan sebagai pupuk.

12  

2. Dari segi polusi udara dan bau, dengan penerapan teknologi biogas ini masyarakat

yang tinggal dekat dengan peternakan sapi tidak akan tercemar lagi oleh bau

kotoran sapi yang menyengat karena kotoran langsung dialirkan ke digester,

sehingga lingkungan kandang sapi menjadi bersih.

2.3.2 Aspek Sosial

Teknologi biogas memberikan keuntungan yang besar bagi masyarakat yang

menggunakannya yaitu :

1. Mengatasi masalah pemenuhan kebutuhan energi rumah tangga sehari-harinya

karena lebih ekonomis sehingga mampu menghemat pengeluaran hidup untuk

kebutuhan bahan bakar.

2. Dengan penerapan biogas ini terhadap perkembangan peternakan menjadi

sangat baik yakni jumlah peternak akan bertambah banyak dan otomatis

meningkatkan populasi ternak.

3. Menambah pengetahuan masyarakat desa tentang penerapan teknologi biogas.

Namun penerapan teknologi biogas ini mungkin akan mengalami kendala dari segi

dana untuk peralatan instalasi biogas. Solusi untuk kendala ini, masyarakat pedesaan

menaruh harapan kepada pemerintah setempat. Diharapkan kepada Pemerintah dapat

memberikan sumbangan kepada masyarakat desa berupa digester agar masyarakat memiliki

sarana dalam mengolah kotoran sapi ini.

13  

BAB III

KESIMPULAN

Dari uraian pemanfaatan kotoran sapi menjadi biogas ini, dapat ditarik beberapa

kesimpulan yaitu:

1. Biogas merupakan solusi terbaik dalam mengatasi krisis energi pada saat ini, apalagi

jika diterapkan di masyarakat yang berpenghasilan rendah. Terbukti dari hasil

perhitungan ekonomi,  penggunaan biogas merupakan pilihan yang tepat untuk

efisiensi biaya.

2. Berdasarkan masalah yang ada, diharapkan kepada Pemerintah dapat memberikan

sumbangan dana kepada masyarakat desa berupa digester agar masyarakat memiliki

sarana dalam mengolah kotoran sapi ini.

3. Diperkirakan akan terjadi perubahan yang signifikan terhadap keadaan warga di

pedesaan setelah diterapkan pengolahan kotoran sapi menjadi biogas, baik dari segi

lingkungan yang sebelumnya kotor karena banyak limbah kotoran sapi yang tidak

diolah, menjadi bersih karena terolahnya limbah tersebut. Kondisi ketenagalistrikan

menjadi lebih baik dan ekonomi masyarakat pun menjadi lebih baik.

4. Melalui teknologi Biogas peternak memasak dengan murah, bersih, ramah

lingkungan, mendorong kelestarian alam, meningkatkan produksi ternak, menghemat

devisa negara, dan mendukung perbaikan ekonomi rakyat.

14  

DAFTAR PUSTAKA

Hanif, andi, 2014, Studi Pemanfaatan Biogas Sebagai Pembangkit Listrik 10 Kw Kelompok

Tani Mekarsari Desa Dander Bojonegoro Menuju Desa Mandiri Energi, jurnal ITS

16512-22081, Surabaya.

Irmalawati, susi, 2014, Analisis Perhitungan Daya Yang Dihasilkan Dari Kotoran Sapi

Yang Diolah Menjadi Biogas Di Daerah Pinggiran Kota Batam, skripsi teknik

elektro, Universitas Maritim Raja Ali Haji Batam

Suriawiria, 2005, Menuai Biogas dari Limbah, Surabaya.

Susilaningsih, isna, Pristiawan, erik, Octavianto, viddy, 2007, Pemanfaatan Limbah

Kotoran Sapi Sebagai Pengganti Bahan Bakar Rumah Tangga Yang Lebih

Memberikan Keuntungan Ekonomis, karya ilmiah Program Kreatifitas Mahasiswa,

Malang.

Teguh Wikan Widodo, Ana N, Asari dan Elita R, 2009, Pemanfaatan Limbah Industri

Pertanian Untuk Energi Biogas, Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian

Badan Litbang Pertanian, Departemen Pertanian

Teguh Wikan Widodo, 2009, Teori dan Konstruksi Instalasi Biogas, Balai Besar

Pengembangan Mekanisasi Pertanian Badan Litbang Pertanian, Departemen

Pertanian.