Upload
pojiered
View
28
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
BioGas
Citation preview
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.