Biogas, Energi Alternatif dengan Bahan Baku Yang Melimpah


Foto-0168

ini merupakan penjelasan mengenai tentang biogas yang  merupakan bagian kajian teori dari laporan praktek saya..semoga bermanfaat..

  1. A.      Pengertian Biogas

     Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik.[1] Limbah peternakan merupakan salah satu sumber bahan yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas, sementara perkembangan atau pertumbuhan industri peternakan menimbulkan masalah bagi lingkungan, karena menumpuknya limbah peternakan. Proses pencernaan anaerobik, yang merupakan dasar dari reaktor biogas yaitu proses pemecahan bahan organik oleh aktivitas bakteri metanogenik dan bakteri asidogenik pada kondisi tanpa udara. Bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti kotoran binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga.[2]

  1. B.       Mikroorganisme Dalam Fermentasi Biogas      

Mikroorganisme yang berperan adalah Bakteri Metanogen. Bakteri metanogen yang terlibat dalam fermentasi biogas beragam macamnya. Dari taksonominya metanogen termasuk kedalam euryarchaoeta yang terbagi ke dalam 3 kelas yang terdiri dari 25 genus.

Dalam sistem fermentasi biogas. Non-metanogen dan metanogen biasanya hidup berdampingan. Bakteri ini bisa bermanfaat atau menghambat satu sama lain. Sehingga keseimbangan struktur kelompok keduanya  dapat dipertahankan. Non metanogen dapat menghasilkan substrat untuk tumbuh dan menghasilkan metan dari metanogen, Menjaga potensi oksidasi-reduksi  metanogen, Menghapus zat racun yang mungkin dapat menghambat methanogen dan menghilangkan hambatan  timbal balik bagi metanogen. Sementara non-metanogen dan metanogen bersama sama memlihara pH selama fermentasi biogas.[3]

Bakteri anaerob mengkonsumsi karbon sekitar 30 kali lebih cepat dibanding nitrogen. Hubungan antara jumlah karbon dan nitrogen dinyatakan dengan rasio karbon/nitrogen (C/N), rasio optimum untuk digester anaerobik berkisar 20 – 30. Jika C/N terlalu tinggi, nitrogen akan dikonsumsi dengan cepat oleh bakteri metanogen untuk memenuhi kebutuhan pertumbuhannya dan hanya sedikit yang bereaksi dengan karbon akibatnya gas yang dihasilnya menjadi rendah. Sebaliknya jika C/N rendah, nitrogen akan dibebaskan dan berakumulasi dalam bentuk amonia (NH4) yang dapat meningkatkan pH. Jika pH lebih tinggi dari 8,5 akan menunjukkan pengaruh negatif pada populasi bakteri metanogen . Kotoran ternak sapi mempunyai rasio C/N sekitar 24. Hijauan seperti jerami atau serbuk gergaji mengandung persentase karbon yang jauh lebih tinggi, dan bahan dapat dicampur untuk mendapatkan rasio C/N yang diinginkan.

Rasio C/N beberapa bahan yang umum digunakan sebagai bahan baku biogas disajikan pada Tabel Berikut Ini.[4]

                         Bahan                        

Rasio C/N

Kotoran Bebek

8

Kotoran Manusia

8

Kotoran Ayam

10

Kotoran Kambing

12

Kotoran Babi

18

Kotoran Gajah

43

Jerami Padi

70

Jerami Gandum

90

Eceng Gondok

25

Batang Jagung

60

Kotoran Sapi

24

Tabel 2.1 Rasio Karbon dan Nitrogen (C/N ) dari beberapa bahan.

1. Kondisi agar bakteri metanogen optimal        

     a. Suhu : suhu optimal methanogen tumbuh dan menghasilkan gas metan adalah berkisar 25-30°C.

b. Trace metal elemen: penambahan trace metal elemen atau bahan dengan kadar yang sangat kecil yang dapat mengubah jenis dominan dari metanogen. Dan meningkatkan keasaman dan metanogen rentan terhadap racun.

c. pH: pH optimal bagi pertumbuhan bakteri metanogen berkisar 6,8-7,5. pH medium mempengaruhi permukaan sel, ionisasi dari senyawa organik dan mikroba yang tahan terhadap suhu yang tinggi. pH juga berpengarug signifikan terhadap aktivitas enzim.

d. ORP : ORP adalah indikator sistem anaerob yang lebih akurat  daripada DO. ORP optimal untuk metanogen berkisar dibawah 350 mV. Lingkungan anareob ditandai oleh rendahnya ORP.

e. Garam: bakteri pengurang sulfat akan  bersaing dengan methanogen untuk substrat, selain itu sulfida yang dihasilkan memiliki efek toksik yang signifikan pada methanogen.[5]

 

 

 

  1. C.      Komposisi Biogas

Biogas yang dibuat dari kotoran ternak sapi mengandung gas metana (CH4) sebesar 55 – 65 %, gas karbon dioksida (CO2) sebesar 30 – 35 % dan sedikit gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) dan sisanya gas – gas lain dalam jumlah yang sangat sedikit (Oksigen, Hidrogen Sulfida, Karbon Monoksida). Panas yang dihasilkan sebesar 600 BTU/cuft. Sedangkan, biogas yang dibuat dari gas alam mengandung gas metana (CH4) sebesar 80 % dengan panas sebesar 1000 BTU/cuft. Kandungan gas metana (CH4) dari biogas dapat ditingkatkan dengan memisahkan gas karbon dioksida (CO2) dan gas hidrogen sulfida (H2S) yang bersifat korosif . Setiap 1 m3 biogas setara dengan 0,62 liter minyak tanah, 0,46 kg LPG, 3,5 kg kayu bakar.[6]

Menurut Wellinger and Lindenberg , komposisi biogas yang dihasilkan sangat tergantung pada jenis bahan baku yang digunakan. Namun demikian, komposisi biogas yang utama adalah gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) dengan sedikit hidrogen sulfida (H2S). Komponen lainnya yang ditemukan dalam kisaran konsentrasi kecil (trace element) antara lain senyawa sulfur organik, senyawa hidrokarbon terhalogenasi (Halogenated hydrocarbons), gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2), gas karbon monoksida (CO) dan gas oksigen (O2).[7]

1.  Karakteristik Kandungan Biogas

     a. Metana

Sifat fisik metana sebagai berikut :

Rumus Molekul : CH4

Berat Molekul   : 16,04 gr/mol

Densitas            : 655.6 μg cm−3

Penampilan        : gas tidak berwarna

Titik Didih        : -161,4 °C

Titik Leleh         : -182,6 °C           

Sifat kimia metana  sebagai berikut:

Reaksi pembakaran sempurna gas metana menghasilkan gas karbondioksida dan uap air.[8]

CH4 + O2  → CO2 + H2O        

Reaksi halogenasi gas metana menghasilkan :

CH4 + X2  → CH3X + HX

b. Karbondioksida   

Sifat fisik karbondioksida sebagai berikut :

Rumus molekul       : CO2

Massa molar            : 44,01 g/mol

Penampilan gas       : tidak berwarna

Densitas                  : 1.600 g/L (padat) 1,98 g/L (gas)

Titik lebur               : −57 °C (216°K) (di bawah tekanan)

Titik didih               : −78 °C (195°K) (menyublim)

Sifat kimia Karbondioksida sebagai berikut :           

Karbon dioksida larut dalam air dan secara spontan membentuk H2CO3 (asam karbonat) dalam kesetimbangan dengan CO2.

c. Hidrogen                

Sifat fisik hidrogen sebagai berikut :

Massa Molar           : 1 gr/mol

Penampilan Gas      : Tidak Berwarna

Titik leleh                : -259,1 °C

Titik didih                : -252,7 °C

Densitas                  :  8,97 x 10-5 gram/ml (pada 1 atm dan 0°C)

Sifat Kimia Hidrogen diantaranya adalah sebagai berikut :

Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah (alkali tanah)   dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun logam amorf.[9]

d. Nitrogen

Sifat fisik Nitrogen sebagai berikut :

Berat molekul         : 28,02 gram/mol

Densitas                  : 1,25 x 10-3 gram/ml (pada 1 atm dan 0°C)

Titik didih               : -195,8 °C

Titik leleh                : -209,86 °C

Sifat kimia nitrogen sebagai berikut :

Merupakan senyawa inert (sukar bereaksi)

Merupakan senyawa dwiatomik[10]

  1. D.      Proses Fermentasi Biogas

Pembentukan biogas meliputi tiga tahap proses yaitu:

(a) Hidrolisis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan-bahan organik mudah larut dan pencernaan bahan organik yang komplek menjadi sederhana, perubahan struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer;

Reaksi : (C6H10O5)n (s) + n H2O (l) → C6H12O6

(b) Pengasaman/Tahap Asidogenik, pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir dari perombakan gula-gula sederhana ini yaitu asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas karbondioksida, hidrogen dan amonia ; Pada tahap ini, bakteri asam menghasilkan asam asetat dalam suasana anaerob. Tahap ini berlangsung pada suhu 25° C di digester. Reaksi:

   a) n (C6H12O6) → 2n (C2H5OH) + 2n CO2(g) + kalor

   b) 2n (C2H5OH)(aq) + n CO2(g) → 2n (CH3COOH)(aq) + n CH4(g)

 (c) Metanogenik/Tahap Gasifikasi, pada tahap metanogenik terjadi proses pembentukan gas metan. Bakteri pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini, yaitu mereduksi sulfat dan komponen sulfur lainnya menjadi hidrogen sulfida . Pada tahap ini, bakteri metana membentuk gas metana secara perlahan secara anaerob. Proses ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu 25° C di dalam digester. Pada proses ini akan dihasilkan 70% CH4, 30 % CO2, sedikit H2 dan H2S.[11]

   Reaksi:

   2n (CH3COOH) → 2n CH4(g) + 2n CO2(g)

  1. E.       Teknologi Instalasi Biogas

Untuk memperoleh biogas dari bahan organik, diperlukan alat yaitu Digester Biogas /Biodigester, yang bekerja dengan prinsip menciptakan suatu tempat penampungan bahan organik pada kondisi anaerob (bebas oksigen) sehingga bahan organik tersebut dapat difermentasi oleh bakteri metanogen untuk menghasilkan biogas.

Ada beberpa jenis reaktor yang sering digunakan untuk menghasilkan biogas diantaranya adalah :

1. Tipe Fixed Dome Plant

Terdiri dari digester yang memliki penampung gas dibagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut menekan lumpur sisa fermentasi (slurry) ke bak slurry. Jika pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul akan terus menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup/kran.

2. Tipe Floating Drum Plant

Terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya

3. Tipe Baloon Plant                                                                                       

Konstruksi sederhana, terbuat dari plastik yang pada ujung-ujungnya dipasang pipa masuk untuk kotoran ternak dan pipa keluar peluapan slurry. Sedangkan pada bagian atas dipasang pipa keluar gas.

Secara umum digester biogas terdiri dari beberapa bagian, yaitu:

1. Bak penampung kotoran ternak                        

dengan pipa masukan kotoran ternak

2. Digester

3. Bak penampung lumpur sisa fermentasi (slurry)

4. Bak penampung gas (gas holder)

5. Pipa biogas keluar

6. Penutup digester dengan penahan gas (gas sealed)

7. Lumpur aktif biogas

8. Pipa keluar slurry[12]

 

 

 

 

 

 

 Gambar 2.1 Reaktor Tipe Fixed Dome Plant

 

  1. F.       Kelebihan-kelebihan biogas

Kelebihan-kelebihan biogas adalah sebagai berikut :

Teknologi biogas berkontribusi untuk mengontrol polusi lingkungan dan mendaur ulang dali limbah dan mengurngi ketergantungan pada impor bahan bakar fosil. Juga mengurangi penggunaan hutan sebagai sumber energi rumah tangga dengan begitu dapat mengurangi penebangan hutan dan permasalahan lainnya. Tidak seperti bentuk energi terbarukan yang lainnya sistem prouksi biogas relatif mudah dan simple dan dapat digunakan pada skala kecil dan besar pada daerah perkotaan atau pedesaan. Biogas juga dapat digunakan untuk pemansan yaitu memasak, menghasilkan listrik dan residu dari biogas ini dapat digunakan untuk pertanian sebagai pupuk sekunder.

1. Gas yang dihasilkan dapat mengganti fuel seperti LPG atau natural gas, dimana 1,7 m3 biogas setara dengan 1 liter gasoline. Pupuk sapi yang dihasilkan dari satu sapi dalam satu tahun dapat dikonversi menjadi gas metana yang setara dengan lebih dari 200 liter gasoline.

2. Gas yang dihasilkan dapat digunakan untuk sumber energi menyalakan lampu, dimana 1 m3 biogas dapat digunakan untuk menyalakan lampu 60 Watt selama 7 jam. Hal ini berarti bahwa 1m3 biogas menghasilkan energi = 60 W x 7 jam = 420 Wh = 0,42 kWh

3. Limbah digester biogas, baik yang padat maupun cair dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik. Limbah padat digunakan untuk pupuk. Pupuk yang dihasilkan baik karena mengandung unsur hara yang tinggi selain itu dapat memperbaiki fungsi struktur tanah. Limbah cair digunakan untuk menyiram tanaman karena mengandung unsur hara yang dibutuhkan tanaman.

  1. G.      Problem Biogas

Problem yang muncul ketika biogas baru diproduksi adalah komposisi biogas itu sendiri karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan. Beberapa gas yang tidak menguntungkan antara lain :

  1. Gas Karbon dioksida (CO2)

Gas CO2 dalam biogas perlu dihilangkan karena gas tersebut dapat mengurangi nilai kalor pembakaran biogas. Selain itu, kandungan gas karbon dioksida (CO2) dalam biogas cukup besar yaitu sekitar 30 – 45 % sehingga nilai kalor pembakaran biogas akan berkurang cukup besar. Nilai kalor pembakaran gas metana murni pada tekanan 1 atm dan temperatur 15,5 °C yaitu 9100 Kkal /m3 (12.740 Kkal/kg). Sedangkan nilai kalor pembakaran biogas sekitar 4.800 – 6.900 Kkal/m3 (6.720 – 9660 Kkal/kg)

  1. Gas Hidrogen Sulfida (H2S)

Menurut Lastella dkk. (2002), konsentrasi gas ini dalam biogas relatif kecil ± 0,1 – 2%. Gas ini bersifat korosif sehingga konsentrasi yang besar dalam biogas dapat menyebabkan korosi pada ruang pembakaran. Selain itu, gas ini mempunyai bau yang tidak sedap, bersifat racun dan hasil pembakarannya menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2).[13]

  1. H.      Proses Absorbsi Karbondioksida (CO2)

Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakan campuran gas dengan  cairan sebagai penyerapnya, penyerap tertentu akan menyerap satu atau lebih pada komponen gas. Absorbsi dapat berlangsung dalam dua macam proses, yaitu absorbsi fisik dan absorbsi kimia. Absorbsi fisik yaitu absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan menyerap tanpa disertai rekasi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi gas H2S dengan air, metanol atau propilen. Absorbsi kimia yaitu absorbsi dimana gas terlarut dalam larutan penyerap disertai reaksi kimia.[14] Proses absorpsi kimia merupakan proses absorpsi gas menggunakan pelarut dengan reaktan yang dapat bereaksi dengan komponen gas yang terlarut. Penggunaan pelarut kimia ini dimaksudkan untuk meningkatkan pelarut dalam menyerap gas CO2. Proses ini secara prinsip melibatkan dua fenomena yaitu absorpsi secara fisik dan reaksi kimia. Adanya reaksi kimia inilah yang dapat meningkatkan kemampuan pelarut dalam menyerap gas.[15] Metode ini dapat menentukan perbandingan komponen-komponen dalam campuran gas. Pada metode absorpsi ini, gas diolah atau direaksikan dengan sederet absorben pada suhu dan tekanan yang konstan. Perbedaan volume gas sebelum dan sesudah direaksikan dengan pereaksi penyerap menunjukkan jumlah gas yang diabsorpsi, dan jumlah ini biasanya dinyatakan dalam presentasi atas dasar volume. Contoh absorbsi ini dapat dilihat pada absorbsi gas karbondioksida dengan larutan Na2CO3, NaOH, K2CO3 dan lain sebagainya. Misalnya proses absorpsi atau pemisahan gas karbondioksida oleh NaOH dapat dilihat pada reaksi berikut ini :

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O

Absorbsi di atas merupakan reaksi yang terjadi secara kimia, dikarenakan terjadinya reaksi kimia secara langsung antara CO2 dengan larutan NaOH. Reaksi dianggap merupakan reaksi satu arah dan berorde 2. Pada proses ini, kondisi pada fase gas serupa dengan absorbsi fisik. Tetapi pada fase cair, selain terdapat lapisan tipis cairan juga terdapat zona reaksi. Reaksi kimia yang terjadi adalah ineversible, dimana CO2 pada fase gas akan diabsorbsi oleh larutan NaOH pada fase cair. Pada saat gas mendekati interfase cair, gas CO2 akan larut dan langsung bereaksi dengan larutan NaOH.[16] Dalam menganalisis gas metan metode absorbsi termasuk ke dalam analisis volumetri gas. Pada analisis gas volumetri gas dapat melibatkan metode yang berkaitan dengan reaksi kimia, dan dari volume gas dapat dihitung beratnya atau kadarnya.[17]

Perekasi – pereaksi yang umum digunakan dapat dilihat pada tabel 2.2

Gas

Pereaksi/Absorben

Karbon dioksida

Natrium hidroksida

Kalium hidroksida

Hidrokarbon tak jenuh

Air Brom

Asam Sulfat Berasap

Oksigen

Larutan pirogalol alkalis

Fosfor kuning

Karbon Monoksida

Kupro klorida amoniakal

 

Hidrogen

Sepon paladium (Sponge paladium)

Larutan paladium klorida

Larutan paladium koloidal

Tabel 2.2 Beberapa Absorben dalam Analsisi Biogas


[1] Kaharudin Dan Farida Sukmawati. (2010). Petunjuk Praktis Manajemen Umum Limbah                           Ternak Untuk Kompos Dan Biogas (Mataram: Balai Pengkajian Teknologi

           Peternakan Nusa Tenggara Barat (BPTP-NTB), hal. 13.

       [2] Tuti Haryati. 2006.“Limbah Peternakan yang menjadi Sumber Energi Alternatif”. Balai                          Penelitian Ternak Bogor, 16, ( 3).

                [3] Ai-jie Wang, Wen-wei Li dan Han Qing Yu. 2011. Advances in biogas technology.                                    Advances in Biochemical Engineering Biotechnology, 128, pp 119-141.

                [4] Tuti Haryati. 2006. Limbah Peternakan yang menjadi Sumber Energi Alternatif. Bogor:                                          Balai Penelitian Ternak

 

                [5] Ai-jie Wang, Wen-wei Li dan Han Qing Yu. 2011. Advances in biogas technology.                                   Journal Advances in Biochemical Engineering Biotechnology, 128, pp 119-141.

[6] Novembri cucu, dan Oki Putri, 2010, Skripsi Pengaruh Pemanasan Membran,                                               Perbedaan Tekanan Dan Waktu Permeasi Pada Pemisahan Co2/CH4 Untuk                                   Pemurnian Biogas Menggunakan Membran Polyimide Dan Membran                                                           CampuranPolyimide-Zeolit.

[7] Wellinger, A. and A. Lindeberg.  2000.  Biogas Upgrading and Utilization – IEA                                          Bioenergy. Task 24. International Energy Association, France. pp.20.

[8] Fessenden, Ralp J. and J. S. Fessenden. 1989. Kimia Organik Jilid 1 Edisi                                                     Ke-3. Jakarta : Erlangga.  pp. 102 – 103

[9] Novembri cucu, dan Oki Putri, 2010, Skripsi Pengaruh Pemanasan Membran,                                      Perbedaan Tekanan Dan Waktu Permeasi Pada Pemisahan Co2/CH4 Untuk                                           Pemurnian Biogas Menggunakan Membran Polyimide Dan Membran                                  Campuran Polyimide-Zeolit.

 

[10] Fessenden, Ralp J. and J. S. Fessenden. 1989. Kimia Organik Jilid 1 Edisi                                                        Ke-3. Jakarta : Erlangga.  pp. 102 – 103

 

                [11] Tuti Haryati. 2006. Limbah Peternakan yang menjadi Sumber Energi Alternatif Balai                              Penelitian Ternak. Wartazoa, 16(3).

 

                [12] Sartono Putro. 2007. Penerapan Instalasi Sederhana Pengolahan Kotoran Sapi                                       Menjadi Energi Biogas Di Desa Sugihan Kecamatan Bendosari. Warta, 10(2).

[13] Novembri cucu, dan Oki Putri, 2010, Skripsi Pengaruh Pemanasan Membran,                                             Perbedaan Tekanan Dan Waktu Permeasi Pada Pemisahan Co2/CH4 Untuk                                          Pemurnian Biogas Menggunakan Membran Polyimide Dan Membran                                                                CampuranPolyimide-Zeolit.

[14] I Made Mara. 2012. Analisis Penyerapan Karbon dioksida. Jurnal Dinamika Teknik                                   Mesin, 2(1).

[15] Rizki Pratama putri, Yuli Cahyani. Model Absorpsi Gas CO2 Dalam Larutan K2CO3                                      Dengan Promotor MDEA Pada PackedColumn.

[16] I Made Mara. 2012. Analisis Penyerapan Karbon dioksida. Jurnal Dinamika Teknik                                   Mesin, 2(1).

[17] Tim Kimia Analitik. 2010. Dasar- Dasar Kimia Analitik, Jurusan Pendidikan Kimia                                       Universitas Pendidikan Indonesia. hal. 168

One thought on “Biogas, Energi Alternatif dengan Bahan Baku Yang Melimpah

  1. siippp sangat perlu dikembangkan ke daerah2 karana sangat penting ketika lpg sudah tidak mampu menopang masyarakat…kalau bisa teknik pembuatan biogas dari kotoran manusia dan teknik pembuatannya .

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s