1

PEMANFAATAN POTENSI GAS BIO (BIOGAS)

1 Pengertian

Pemanfaatan adalah suatu cara atau proses perbuatan yang berkaitan dengan atau untuk kegunaan tertentu.

Potensi adalah kemampuan yang mempunyai kemungkinan untuk dikembangkan.

Biogas [1], adalah suatu jenis gas yang dapat dibakar dan

mudah terbakar, diproduksi melalui proses fermentasi anaerobik (proses produksi energi dalam sel dalam keadaan tanpa oksigen) dengan bahan organik, seperti kotoran ternak, biomassa limbah pertanian, atau campuran keduanya, di dalam suatu ruang pencerna atau reaktor atau digester. >>>>>Berdasarkan studi empiris: #Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan gas alami sekitar 14 hari. #Gas metan (CH4) merupakan komponen utama biogas bahan bakar yang berguna, karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi, yaitu sekitar 4.800 sampai 6.700 kkal/m³, sedangkan gas metana murni mengandung energi 8900 kkal/m³.

2

#Nilai kalor yang cukup tinggi itulah, biogas dapat digunakan untuk keperluan [2] memasak, penerangan, dan sebagai sumber pada penggerak mula (prime mover) pada generator.

2 Sejarah Penemuan Biogas Gas metana sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas. Proses fermentasi untuk menghasilkan gas metana pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta pada tahun 1776. Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar tersebut dilakukan oleh Willam Henry pada tahun 1806 dan Becham pada tahun 1868. Tahun 1882 murid Louis Pasteur dan Tappeiner adalah orang pertama yang memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan metana [3]. Alat penghasil biogas secara anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. Akhir abad ke-19, riset (penelitian) untuk menjadikan gas metan sebagai biogas dilakukan oleh Negara Jerman dan Perancis pada masa Perang Dunia II. Selama Perang Dunia II, banyak petani di Inggris dan Benua Eropa yang membuat alat

3

penghasil biogas kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Akibat kemudahan dalam memperoleh BBM dan harganya yang murah pada tahun 1950-an, proses pemakaian biogas mulai ditinggalkan, tetapi di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah selalu tersedia. Berdasarkan hal itu, di India kegiatan produksi biogas terus dilakukan sejak abad ke-12. Saat itu, negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Nuigini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat penghasil biogas [4].

3 Proses Pembuatan Biogas Proses pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerob (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan suatu gas yang sebagian besar berupa metan (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Gas yang terbentuk disebut gas rawa atau biogas. Biogas yang terbentuk dapat dijadikan bahan bakar, karena mengandung gas metana (CH4) yang mudah terbakar. Proses dekomposisi anaerob dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutama bakteri metan.

4

Suhu yang baik untuk proses fermentasi berkisar antara 25-55oC. Saat suhu tersebut, mikroorganisme dapat bekerja secara optimal untuk merombak bahan-bahan organik. Komposisi gas yang terdapat pada pembentukan biogas [5], seperti ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Komposisi gas yang terdapat pada pembentukan

biogas

Jenis Gas Jumlah (%) Metana (CH4) 54-70 Karbon dioksida (CO2) 27-45 Nitrogen (N) 0,5-3 Karbon monoksida (CO) 0,1 Oksigen (O2) 0,1 Hidrogen sulfida (H2S) Sedikit sekali

4 Model Reaktor (Digester) Digester, adalah tempat suatu proses fermentasi secara anaerob (tanpa udara). Berdasarkan cara pengisiannya terdapat dua jenis digester [3], yaitu batch feeding (pengisian sekali) dan continuous feeding (pengisian terus-menerus).

4.1 Batch feeding (pengisian sekali) Batch feeding adalah jenis digester yang pengisian bahan organik (campuran kotoran ternak dan air) dilakukan sekali sampai penuh, kemudian ditungggu sampai biogas dihasilkan. Setelah biogas tidak berproduksi lagi atau produksinya sangat

5

rendah, isian digester dibongkar, lalu diisi kembali dengan bahan organik baru [3].

4.2 Continuous feeding (pengisian terus-menerus) Continuous feeding adalah jenis digester yang pengisian bahan organiknya dilakukan setiap hari dalam jumlah tertentu, setelah biogas mulai berproduksi. Pengisian awal digester diisi penuh, lalu di tungggu sampai biogas berproduksi. Setelah biogas berproduksi, pengisian bahan organik dilakukan secara kontinyu setiap hari dengan jumlah tertentu [5]. Digester jenis continuous feeding mempunyai dua jenis, yaitu jenis kubah terapung (floating dome) dan jenis tetap (fixed dome). 4.2.1 Digester jenis terapung (floating dome) Prinsip kerja pada digester jenis kubah terapung (floating dome), yaitu kotoran hewan yang telah dikumpulkan dalam bak, dicampur dengan air sesuai perbandingan. Setelah bercampur, cairan kotoran tersebut dimasukkan ke dalam digester melalui pipa masukan. Didalam digester terjadilah pembentukan gas metan (CH4) atau disebut proses pembentukan biogas[1]. Konstruksi sebuah digester jenis terapung pada prinsipnya terdiri atas: Reaktor atau digester yang tidak terpendam dalam tanah, Kubah tempat menampung gas, dan Saluran masukan dan keluaran.

6

Gas yang dihasilkan akan mengambang atau terapung di bagian atas digester atau ditampung dalam kubah. Kubah mengambang atau terapung tersebut biasanya terbuat dari baja yang dilengkapi dengan saluran pengeluaran gas. Kestabilan tekanan gas yang dihasilkan dapat dipertahankan oleh gerakan naik turun kubah. Penampang depan digester jenis kubah terapung (floating dome) [5], seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Penampang depan digester jenis kubah

terapung (floating dome)

7

Digester tipe terapung ini juga memiliki keuntungan, diantaranya: Konstruksi bagian bawah relatif lebih mudah, sedangkan

bagian kubahnya harus dibuat dibengkel ahli; Kerusakan atau kebocoran kubah lebih mudah diperbaiki; Volume pekerjaan penggalian relatif rendah; dan Pengerjaan konstruksi secara keseluruhan relatif lebih

mudah. 4.2.2 Digester jenis kubah tetap (fixed dome) Prinsip kerja pada digester jenis kubah tetap (fixed dome), yaitu sumur pencerna dan penampung gas menjadi satu, sedangkan pengisian bahan organiknya secara kontinyu. Jenis ini dapat dibuat sesuai dengan kapasitas tampung kotoran ternak dan jumlah biogas yang ingin dihasilkan. Jenis permanen ini memang membutuhkan modal yang lebih besar, karena usia digester lebih lama, perawatan lebih mudah, dan pengoperasiannya sederhana. Diagram skematis digester jenis kubah tetap (fixed dome) [5], seperti ditunjukkan pada Gambar 2.

8

Gambar 2 Diagram skematis digester jenis kubah tetap

(fixed dome)

5 Pembangunan Instalasi Biogas

5.1 Penentuan lokasi Lokasi yang akan dibangun sebaiknya tidak jauh dari kandang sehingga kotoran ternak dapat langsung disalurkan ke digester. Tidak menutup kemungkinan untuk membangun instalasi biogas jauh dari kandang ternak, namun ada kendala yang harus dihadapi seperti penyediaan bahan kotoran ternak perlu

9

diangkut dari kandang ke lokasi digester atau membuat saluran kotoran sampai ke digester[2].

5.2 Pembuatan sumur digester Sumur digester adalah tempat untuk menampung dan tempat memfermentasi bahan organik. Digester harus mampu menampung kotoran ternak yang dialirkan secara kontinyu dari kandang. Digester dibuat di dalam tanah yang digali, sehinggga posisinya lebih rendah dari kandang, sehingga kotoran ternak dari kandang dapat langsung mengalir ke dalam digester. Digester dapat dibentuk bulat seperti sumur atau berbentuk segi empat. Namun, sebagian besar digester berbentuk bulat dengan diameter 3 meter dan kedalaman 2 meter [2].

5.3 Pemasangan kontruksi bangunan Di dalam lubang yang sudah digali, dibuat konstruksi pondasi dari batu kali di bagian dasar dan bata merah di dindingnya. Disiapkan juga lubang pengeluaran dan pemasukan bahan. Dinding lubang yang sudah diberi bata merah harus diplester mengggunakan campuran pasir dan semen, sehingga rapat dan kokoh. Perlu diingat, digester harus kuat dan kedap udara. Untuk kondisi agar kedap udara, maka dinding yang sudah diplester diaci dengan semen, kemudian didempul dan dicat dengan cat khusus kolam renang [2].

10

5.4 Pembuatan kubah penampung gas Kubah penampung gas dibangun langsung menutup digester, sehingga digester dan penampung gas menyatu. Tinggi kubah biasanya satu meter, kubah dibuat menggunakan rangka kayu yang dilapisi triplek, sebagai penguat dipasang rangka besi, selanjutnya rangka kubah dicor supaya kuat dan rapat untuk menahan tekanan gas [1]. Untuk penyaluran gas ke kompor, maka dibuat lubang penyaluran gas di puncak kubah. Lubang tersebut terbuat dari pipa besi yang dilengkapi dengan kran (valve) pengatur. Untuk kondisi dimana kubah hasil pengecoran sudah kering, rangka kayu dan triplek yang ada di dalam lubang digester dilepas dan dibersihkan melalui lubang pengeluaran bahan organik. Dinding kubah bagian dalam dan luar harus dilapisi semen, dempul, dan dicat dengan cat kolam renang, agar tidak bocor. 5.5 Pemasangan instalasi pipa gas Kran yang ada di atas kubah disambung dengan pipa (dapat paralon atau pipa besi, berukuran ½ inchi) untuk penyaluran gas ke kompor yang ada di dapur. Pemasangan pipa harus benar-benar rapat dan kuat, agar gas tidak bocor. Jenis kompor yang dipakai berupa kompor gas yang biasa dipakai untuk gas elpiji. Sebelum gas masuk ke kompor, pipa gas disambung dulu dengan selang plastik (seperti selang pada gas elpiji) dengan

11

ukuran lebih kecil dari ½ inchi. Selang plastik ini dapat langsung dihubungkan ke kompor dengan bagian sambungan harus dipasang kran. Pemasangan intalasi pipa gas dan selang karet [1], seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

(a) instalasi pipa (b) selang karet

Gambar 3 Pemasangan intalasi pipa gas dan selang karet

6 Syarat Pembuatan Biogas

6.1 Keberadaan bahan pengisi Bahan pengisi digester, adalah berupa bahan organik terutama limbah pertanian dan/atau peternakan. Selama ini limbah

12

yang paling umum digunakan sebagai bahan pengisi, adalah kotoran sapi perah. Hal ini disebabkan potensi limbah dari kotoran sapi lebih banyak, sehingga dengan memelihara 5-10 ekor sapi sudah menghasilkan limbah yang cukup untuk menghasilkan biogas, dimana rata-rata kotoran yang dihasilkan sapi sekitar 20 kg/hari [1]. Aktivitas mikroorganisme dalam merombak bahan organik dipengaruhi juga oleh komponen kimia bahan organik tersebut. Parameter yang sering digunakan untuk penentuan layak tidaknya bahan organik digunakan sebagai bahan pengisi digester, adalah imbangan karbon (C) dan nitrogen atau rasio (C/N). Bakteri metanogenik akan bekerja optimal pada nilai rasio (C/N) sebesar 25-30%. Kotoran (feses) ternak dan urine sapi merupakan bahan yang paling umum digunakan sebagai bahan pengisi digester [1].

6.2 Keberadaan instalasi biogas Komponen utama instalasi biogas, adalah digester yang dilengkapi dengan lubang pemasukan dan pengeluaran, penampung gas, dan penampung sludge (sisa pembuangan) [5].

6.3 Terpenuhinya faktor pendukung Banyak faktor yang mempengaruhi produksi biogas yang dihasilkan. Kuantitas biogas dipengaruhi oleh faktor dalam (dari digester) dan faktor luar.

13

Faktor dalam, meliputi imbangan (C/N), keasaman (pH), dan struktur bahan isian (kehomogenan). Faktor luar yang paling mempengaruhi kuantitas biogas adalah fluktuasi suhu atau temperatur. Bakteri perombak akan bekerja pada suhu optimum (25-280C). Tata letak bangunan instalasi biogas harus benar-benar diperhatikan jangan sampai terkena sinar matahari terlalu banyak. Untuk menjaga temperatur tetap stabil, banyak instalasi yang dibangun dengan pemberian naungan di atasnya atau menguburnya di dalam tanah [5].

7 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas

Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan produksi biogas. Faktor pendukung untuk pemercepatan proses fermentasi, adalah kondisi lingkungan yang optimal bagi pertumbuhan bakteri perombak. Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap produksi biogas, yaitu: a) kondisi anaerob, b) bahan baku isian, c) perimbangan karbon dan nitrogen (C/N), d) derajat keasamaan, e) temperatur, dan f) starter [5].

7.1 Kondisi anaerob (tanpa udara) Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh mikroorganisme anaerob. Instalasi pengolah biogas harus

14

kedap udara, agar gas yang dihasilkan tidak akan hilang dan bercampur dengan udara [5]. 7.2 Bahan baku isian Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur, dan sampah organik. Bahan baku yang umum digunakan biasanya, adalah kotoran sapi perah. Bahan baku isian harus terhindar dari bahan anorganik seperti pasir, batu, plastik, dan/atau beling. Hal itu dapat menghambat proses fermentasi. Bahan isian ini harus mengandung bahan kering sekitar 7-9%. Keadaan tersebut dapat dicapai dengan melakukan pengenceran menggunakan air yang perbandingannya 1:1 [5].

7.3 Perimbangan karbon dan nitrogen (C/N) Perimbangan karbon (C) dan nitrogen (N) yang terkandung dalam bahan organik sangat menentukan kehidupan dan aktivitas mikroorganisme. Perimbangan (C/N) yang optimum bagi mikroorganisme perombak, adalah 25-30%. Kotoran (feses dan urine) sapi perah mempunyai kandungan (C/N) sebesar 18%, maka perlu ditambah dengan limbah pertanian lain [5] yang mempunyai imbangan (C/N) yang tinggi (lebih dari 30%). Persamaan berikut menunjukan pencarian rasio (C/N) pada biogas: - Rasio N = Jumlah kotoran atau limbah (kg) x N (%)........(1), - Rasio C = Jumlah kotoran atau limbah (kg) x C (%).......(2),

- Jumlah total Rasio pada biogas (C/N) = CN

..........(3).

15

7.4 Derajat keasaman (pH) Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikro organime. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8%. Tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam (asam organik) yang akan menurunkan nilai pH sampai sekitar 4-5%. Untuk menghasilkan pH yang optimum dapat dilakukan dengan menambahkan [5] larutan kapur (Ca(OH)2) atau kapur (CaCO3).

7.5 Temperatur (0C) Temperatur merupakan salah satu syarat pembentukan biogas. Temperatur yang baik untuk produksi biogas adalah 30-500C. Produksi biogas akan menurun secara cepat akibat perubahan temperatur yang mendadak di dalam instalasi pengolah biogas. Upaya praktis untuk penstabilan temperatur adalah dengan penempatan instalasi biogas di dalam tanah atau dengan pemberian naungan diatas digester [5].

7.6 Starter Starter diperlukan untuk pemercepatan proses perombakan bahan organik hingga menjadi biogas. Starter merupakan mikroorganisme perombak yang telah dijual komersial. Dapat juga digunakan lumpur aktif organik atau cairan isi rumen [5].

16

DAFTAR PUSTAKA

[1] WIBAWA, Unggul, Sumber Daya Energi Alternatif, Universitas Brawijaya, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Malang, 2001.

[2] SETIAWAN, Iwan, Memanfaatkan Kotoran Ternak, Penebar Swadaya, Jakarta, 2007.

[3] PAMUJI, Setyo, Andrias Wiji, Potensi Produksi dan Pemanfaatan Biogas dari Berbagai Sumber Bahan Organik, Jurnal Media Komunikasi Masyrakat Energi Terbarukan Indonesia, Edisi 04/ November, ITB, 2006.

[4] IBRAHIM, Hamzah, Penghantar Teknik Tenaga Listrik, Elektronik Industri, Yogyakarta, 1991.

[5] SIMAMORA, Suhut, dkk. Membuat Biogas Pengganti Bahan Bakar Minyak dan Gas Dari Kotoran Ternak, Agromedia Pustaka, Jakarta, 2006.