bioenergi alternatif
Post on 03-Jul-2015
1.799 Views
Preview:
TRANSCRIPT
2.1 Pengertian Bioetanol
Etanol adalah alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Karena
sifatnya yang tidak beracun bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan
industri makanan dan minuman. Etanol tidak berwarna dan tidak berasa tapi memilki bau yang
khas. Bahan ini dapat memabukkan jika diminum. Etanol sering ditulis dengan rumus EtOH.
Rumus molekul etanol adalah C2H5OH atau rumus empiris C2H6O.
Etanol dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk mobil, baik sendiri (E100) dalam mesin
khusus atau sebagai tambahan bensin untuk mesin bensin.
Etanol dapat dicampur dengan bensin dalam kuantitas yang bervariasi untuk mengurangi
konsumsi bahan bakar minyak bumi, dan juga untuk mengurangi polusi udara. Bahan bakar
tersebut dikenal di AS sebagai gasohol dan di Brasil sebagai bensin tipe C. Dua campuran umum
di AS adalah E10 dan E85 yang mengandung 10% dan 85% etanol.
Secara umum, produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu:
Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Pemurnian.
1. Persiapan Bahan Baku
Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik
yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum
manis (sweet sorghum),air kelapa atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn),
singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya.
2. Fermentasi
Proses fermentasi adalah proses perombakan gula oleh activitas ragi , dimana ikatan
kimia rantai karbon dari glucose dan fructose dilepas satu demi satu dan dirangkai secara
kimiawi menjadi molekul ethanol dan gas karbon dioksida serta menghasilkan panas, Ragi
sendiri termasuk jasat renik keluarga vegeta, ragi akan mengeluarkan enzyme yang sangat
complex yang mampu melakukan perombakan monosakarida menjadi ethanol dan carbon
diokasida, jenis ragi untuk proses alcohol/ ethanol adalah Sacharomyces Cereviceae.
3
3. Pemurnian / Distilasi
Setelah proses fermentasi selesai, masukkan cairan fermentasi ke dalam evaporator atau
boiler. Panaskan evaporator dan suhunya dipertahankan antara 79° – 81°C. Pada suhu ini
etanol sudah menguap, tetapi air tidak menguap. Uap etanol dialirkan ke distilator.
Bioetanol akan keluar dari pipa pengeluaran distilator. Distilasi pertama, biasanya kadar
etanol masih di bawah 95%. Apabila kadar etanol masih di bawah 95%, distilasi perlu
diulangi lagi (reflux) hingga kadar etanolnya 95%.
Apabila kadar etanolnya sudah 95% dilakukan dehidrasi atau penghilangan air. Untuk
menghilangkan air bisa menggunakan kapur tohor atau zeolit sintetis. Tambahkan kapur
tohor pada etanol. Biarkan semalam. Setelah itu didistilasi lagi hingga kadar airnya
kurang lebih 99.5%.
( Reff : /bioethanol/ayo-coba-buat-ethanol.html )
2.2 Perbandingan Bioetanol Dengan Premium Tabel 1. Perbandingan Sifat Bioethanol dan Premium.
Property Ethanol Gasoline Chemical formula C2H5OH C4 sd C10
Composition : % weight Carbon Hydrogen Oxygen
52.2 13.1 34.7
85-88 12-15 0
Octane Number Research Octane Motor Octane
108 92
90-100 81-90
Density lb/gal 6.61 (b) 6.0 – 6.5 (b)
Boiling temp. oF 172(c) 80-437(c)
Freezing point oF -173.2(a) -40(d)
Flash point oF 55(e) -45(b)
Autoignition Temp. oF 793(b) 495(b)
Heating Value Higher (Btu/gal) Lower (Btu/gal)
84 100 76 000
124 800 115 000
Specific heat Btu/lb oF 0.57 0.48 Stoichiometric air/fuel, weight 9 14.7
(www.afdc.doe.gov)
(nurma.staff.uns.ac.id/files/2009/06/bioethanol.ppt)
Tabel 2. Perbandingan emisi bahan pencemar dari campuran bioetanol dengan Premium
(nurma.staff.uns.ac.id/files/2009/06/bioethanol.ppt)2.3 Buah Kelapa
Kelapa adalah satu jenis tumbuhan dari keluarga Arecaceae. Ia adalah satu-satunya spesies
dalam genus Cocos, dan pohonnya mencapai ketinggian 30 m. Kelapa juga adalah sebutan untuk
buah pohon ini yang berkulit keras dan berdaging warna putih. Pohon kelapa biasanya tumbuh di
pinggir pantai.
2.4 Bagian-bagian Kelapa
2.4.1 Buah kelapa
Buah kelapa terdiri dari kulit luar, sabut, tempurung, kulit daging (testa), daging
buah, air kelapa dan lembaga.
2.4.2 Kulit luar
Kulit luar merupakan lapisan tipis (0,14 mm) yang mempunyai permukaan licin
dengan warna bervariasi dari hijau, kuning sampai jingga, tergantung kepada kematangan
buah. Jika tidak ada goresan dan robek, kulit luar kedap air.
2.4.3 Sabut kelapa.
Sabut kelapa merupakan bagian yang cukup besar dari buah kelapa, yaitu 35 %
dari berat keseluruhan buah. Sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang
menghubungkan satu serat dengan serat lainnya. Serat adalah bagian yang berharga dari
sabut. Setiap butir kelapa mengandung serat 525 gram (75 % dari sabut), dan gabus 175
gram (25 % dari sabut).
2.4.4 Tempurung
Tempurung merupakan lapisan keras yang terdiri dari lignin, selulosa, metoksil
dan berbagai mineral. Kandungan bahan-bahan tersebut beragam sesuai dengan jenis
kelapanya. Struktur yang keras disebabkan oleh silikat (SiO2) yang cukup tinggi
kadarnya pada tempurung. Berat tempurung sekitar 15~19 % dari berat keseluruhan buah
kelapa.
2.4.5 Kulit daging buah.
Kulit daging buah adalah lapisan tipis coklat pada bagian terluar daging buah.
2.4.6 Daging buah.
Daging buah merupakan lapisan tebal (8~15 mm) berwarna putih. Bagian ini
mengandung berbagai zat gizi. Kandungan zat gizi tersebut beragam sesuai dengan
tingkat kematangan buah. Daging buah tua merupakan bahan sumber minyak nabati
(kandungan minyak 35 %). Pada tabel 2 dapat dilihat komposisi zat gizi daging buah
kelapa.
2.4.7 Air kelapa.
Air kelapa mengandung sedikit karbohidrat, protein, lemak dan beberapa mineral.
Kandungan zat gizi ini tergantung kepada umur buah. Air kelapa dapat digunakan sebagai
media pertumbuhan mikroba, misalnya Acetobacter xylinum untuk produksi nata de
coco.
2.5 Fermentasi Air Kelapa
Fermentasi air kelapa melalui proses yang agak berbeda. Karena berbentuk larutan
(cairan), dapat digunakan Saccharomyces telluris, Saccharomyces tuac, atau Zymomonas
mobilis. Saccharomyces telluris didapat dari air perasan buah semu jambu mete. Saccharomyces
tuac dan Zymomonas mobilis didapat dari minuman tuak.
2.6 Manfaat Pohon Kelapa
Ada beberapa komoditi yang dapat diperoleh dari pohon kelapa, yaitu batang, daun, nira
dan bagian-bagiannya yang lain.
2.6.1 Batang
Batang kelapa tua dapat dijadikan bahan bangunan, mebel, jembatan darurat,
kerangka perahu dan kayu bakar. Batang yang benar-benar tua dan kering sangat tahan
terhadap sengatan rayap. Kayu dari pohon kelapa yang dijadikan mebel dapat diserut
sampai permukaannya licin dengan tekstur yang menarik.
2.6.2 Daun
Daun kelapa sering digunakan untuk hiasan atau janur, sarang ketupat dan juga
atap rumah. Tulang daun atau lidi dijadikan barang anyaman, sapu lidi dan tusuk daging
(sate).
2.6.3 Nira
Nira adalah cairan yang diperoleh dari tumbuhan yang mengandung gula pada
konsentrasi 7,5 sampai 20,0 %. Nira kelapa diperoleh dengan memotong bunga betina
yang belum matang, dari ujung bekas potongan akan menetes cairan nira yang
mengandung gula. Nira dapat dipanaskan untuk menguapkan airnya sehingga konsentrasi
gula meningkat dankental. Bila didinginkan, cairan ini akan mengeras yang disebut gula
kelapa. Nira juga dapat dikemas sebagai minuman ringan.
2.6.4 Buah
Banyak dari bagian buah merupakan bahan yang bermanfaat. Sabut kelapa yang
telah dibuang gabusnya merupakan serat alami yang berharga mahal untuk pelapis jok
dan kursi, serta untuk pembuatan tali
2.6.5 Tempurung kelapa
Tempurung kelapa dapat dibakar langsung sebagai kayu bakar, atau diolah
menjadi arang. Arang batok kelapa dapat digunakan sebagai kayu bakar biasa atau diolah
menjadi arang aktif yang diperlukan oleh berbagai industri pengolahan.
2.6.6 Daging kelapa
Daging kelapa merupakan bagian yang paling penting dari komoditi asal pohon
kelapa. Daging kelapa yang cukup tua, diolah menjadi kelapa parut, santan, kopra, dan
minyak goreng. Sedang daging kelapa muda dapat dijadikan campuran minuman cocktail
dan dijadikan selai.
2.6.7 Air kelapa
Air kelapa dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan kecap dan sebagai media
pada fermentasi nata de coco.
2.7 Bioetanol dari Air Kelapa
Pusat Pelatihan Petani Pedesaan Swadaya (P4S) Tegak Bangun Bangsa, Kelurahan
Yukumjaya, Kecamatan Terbanggibesar, melakukan uji coba. Yakni pengembangan energi
alternatif berupa bahan bakar bioetanol dari bahan dasar singkong dan air kelapa. Bioetanol
berbahan dasar singkong dan air kelapa itu telah diuji coba dua bulan ini.
Pemanfaatan bioetanol ini lebih murah dibanding minyak tanah, lokasinya di Dusun
Bandarharapan, Terbanggibesar,kata Ketua Pembina P4S Ahmad Fuad Hayat kepada Radar
Lamteng kemarin (21/12).
Untuk menghasilkan bioetanol sekitar 100 liter, dibutuhkan sedikitnya 600 kilogram
singkong. Bioetanol yang dihasilkan nantinya bisa untuk oktan 40%. Karena, kapasitas alat yang
terpasang ini muat untuk 100 liter,terangnya.
Namun, lanjut Fuad, ia mengaku selama sebulan uji coba bioetanol ini hanya baru
mendapatkan 60 liter dari bahan air kelapa dan ini juga persentasenya baru 10 hingga15 persen,
karena akan dilakukan penyulingan kembali hingga tiga kali.
Sedangkan, bioetanol bahan dari singkong belum ada hasil karena menunggu singkong dari
petani. Selain itu kita juga masih kekurangan tempat penampungan bahan singkong, makanya
jarang produksi dan ini juga menunggu bahan enzim dari Bandung,jelas Fuad.
Ia mengharapkan ada kepedulian dari Pemerintah untuk pengembangan energi alternatif
tersebut. Karena Bioetanol juga lebih ramah lingkungan dan tidak menghasilkan jelaga seperti
minyak tanah, setidaknya akan dapat membantu para petani.
Selain itu, kotoran dari singkong tidak langsung dibuang melainkan digunakan buat pupuk
organik, jadi semua itu menjadi manfaat, ucapnya.
2.8 Kelapa Bisa Hasilkan Biosolar, Bioetanol, dan Biogas
Buah kelapa selain menghasilkan biosolar dari ampas dan air kelapa bisa juga dihasilkan
bioetanol, bahkan limbah dari bioetanol kelapa ini masih bisa dimanfaatkan sebagai campuran
biogas
Biofuel ada tiga macam yakni biosolar yang merupakan campuran antara solar dengan
minyak nabati yang telah dimetilasi, bioetanol yang merupakan alkohol yang dihasilkan dari
fermentasi, sedangkan biogas dihasilkan dari penguraian biomassa secara anaerob oleh bakteri
methanogenesis.
Kelapa di Indonesia bisa diperas dan menghasilkan minyak nabati berupa biosolar di mana
untuk satu liter biosolar membutuhkan 0,48 kg buah kelapa.
Ampasnya, jangan dibuang, karena masih memiliki selulosa dalam jumlah besar dan
tinggal dilakukan hidrolisis dengan larutan asam dan difermentasi dengan Saccharomyces
cerevisiae.
Demikian pula air kelapa, bisa ditambah sedikit urea sebelum fermentasi, dan jika kadar
gula tak sampai 17%, maka bisa ditambah glukosa atau sukrosa. Dengan ampas kelapa 6,56 kg
bisa menghasilkan seliter bioetanol berkadar 95%, sedangkan bagi seliter air kelapa, sebanyak
11,4%nya bisa menjadi bioetanol, ujarnya.
Limbah bioetanol ini jika dicampur kotoran sapi bisa menjadi biogas dengan lebih dulu dilakukan penetralan pH. Dari 100 liter limbah bioetanol menghasilkan 2,5 m3 biogas. Limbah biogas juga bisa dijadikan pupuk.
3.1 Agro Makmur
Agro makmur adalah Usaha Kecil Menengah (UKM) yang didirikan sekaligus di kelola
oleh Bapak Sulaiman Budi S. Usaha yang berbasis rekayasa pertanian organik ini berada di jalan
Jokosongo 33 Doplang, Karangpandan, Karanganyar, Jawa Tengah.
Usaha ini memanfaatkan hasil-hasil pertanian diantaranya singkong, sekam padi, jerami,
hingga sampah-sampah organik lain seperti kotoran sapi, rambut-rambut bekas yang terbuang,
dan sampah-sampah pasar, untuk disulap menjadi biofuel, seperti bioetanol dan biogas.
Bapak Sulaiman Budi selalu melakukan penelitian, selain untuk meningkatkan efisiensi
produk biofuelnya juga demi menciptakan sesuatu yang baru untuk diproduksi pada usahanya
tersebut. Seperti produk baru yang belakangan ini di produksi seperti tepung terigu dari
singkong, konversi energi listrik dari biogas, pupuk organik dari urin.
3.2 Produksi Bioetanol dari Air Kelapa
Pada Pembahasan kali ini akan dibahas salah satu perencanaan produk Agro Makmur
yaitu bioetanol dari air kelapa. Bioetanol ini dapat digunakan sebagai pengganti bensin setelah
mengalami proses pemurnian, cara pembuatannya yang mudah sehingga dapat dibuat
dipedalaman atau tempat-tempat terpencil di daerah. Dilihat dari komposisnya, air kelapa
memiliki karakteristik cita rasa yang khas. Komposisi air kelapa muda adalah gula sebanyak
4,4%, natrium 42 mg% , kalium 290 mg%, kalsium 44 mg%, magnesium 10 mg%, besi 106 mg
%, dan tembaga 26 mg%. Kandungan yang terdapat dalam air kelapa tidak hanya unsur makro,
tetapi juga unsur mikro. Unsur makro yang terdapat adalah karbon dan nitrogen. Unsur karbon
dalam air kelapa berupa karbohidrat sederhana seperti glukosa, sukrosa, fruktosa, sorbitol, dan
inositol. Unsur nitrogen berupa protein yang tersusun dari asam amino, seperti alin, arginin,
alanin, sistin, dan serin.
3.3 Bahan Baku
Kelapa paling bagus digunakan sesaat setelah dipetik. Tapi juga tahan disimpan sekitar 2
bulan dalam suhu ruangan, dengan catatan masih lengkap dalam sabutnya. Bila sudah dikerat
sabutnya, kelapa hanya bertahan beberapa hari. Bila sudah tempurungnya sudah terlepas, kelapa
sebaiknya segera digunakan. Perbandingannya sekitar 5 sampai 10 buah kelapa bisa menjadi 1
liter bioetanol. Atau 2 kg kelapa menghasilkan 1 liter bioetanol.
3.4 Cara kerja pembuatan bioetanol dari Air Kelapa
3.4.1 Persiapan Bahan Baku
Persiapan bahan baku beragam bergantung pada bahan bakunya, tetapi secara umum
bahan yang digunakan adalah air kelapa sebagai bahan utama, saccharomyces cerevisiae, nutrien
( NPK dan Urea) dan beberapa reagen untuk analisis.
3.4.1.1 Bahan Baku yang Digunakan
a. Air kelapa 30 liter
b. Ragi 1 ons
12
c. Urea 2 sdm
d. NPK 1 sdm
e. Air hangat 1 gelas
3.4.1.2 Peralatan yang digunakan
a. Drum penampung dan drum Fermentor
b. Rangkaian Alat Penyuling (Destilator)
c. Galon/botol penampung bioetanol hasil produksi
3.4.2 Prosedur Produksi:
a. Membuat ragi
Ragi dibuat dari 50 gr bawang putih, 50 gr ragi tape, 50 gr merica, 7.5 gr lengkuas,
1.5 kg tepung ketan putih, 50 gr cabe puyang, 1 gelas air hangat dan 4 sdm gula
dicampur jadi satu hingga homogen, setelah itu di cetak dan diangin-anginkan selama
2 hari, ditutup daun pisang kemudian di jemur.
b. Melarutkan air kelapa
Air kelapa 30 lt dilarutkan dalam 30 lt air.
c. Pencampuran ragi dalam larutan air kelapa
1 ons ragi dilarutkan dalam kira-kira 1 gelas air hangat, kemudian dimasukkan dalam
larutan air kelapa tersebut.
d. Memasukkan NPK 1 sdm dan Urea 2 sdm
Tujuan diberikan NPK dan urea adalah untuk memberi nutrisi pada bakteri
fermentasi dalam ragi agar dapat tetap hidup dan berkembang serta melakukan
fermentasi dalam larutan air kelapa secara optimal dalam beberapa hari.
e. Fermentasi
Larutan air kelapa didiamkan beberapa hari kurang lebih 7-8 hari, untuk memberi
waktu pada bakteri untuk berfermentasi. Dengan reaksi fermentasi sebagai berikut:
C6H12O6 Sacharomyces Cereviceae 2CO2 +2C2H5OH + Panas
Pada hari pertama pemberian ragi tidak langsung terjadi reaksi karena bakteri butuh
waktu yang agak lama untuk berkembang. Setelah kurang lebih 3 hari perbedaan air
kelapa hari pertama dan hari ke tiga mulai tampak. Dan setelah 7 hari dihasilkan
gelembung-gelembung udara pada air kelapa tampak agak kekuningan dibanding
hari sebelumnya.
Gelembung tersebut merupakan hasil fermentasi dimana dihasilkan gas CO2 dan
etanol serta energi yang berupa panas.
f. Penyulingan
Untuk mendapatkan etanol hasil fermentasi perlu dilakukan pemisahan yaitu dengan
cara penyulingan atau distilasi pada suhu 800C dan suhu ini harus dipertahankan,
karena etanol sendiri menguap pada suhu tersebut. Uap etanol yang dihasilkan
dikembalikan ke fase cair dengan cara kondensasi sehingga didapatkan etanol. Pada
penyulingan pertama biasanya dihasilkan etanol 50%-60% oleh karena itu etanol
tersebut disuling lagi agar kadar etanol yang dihasilkan meningkat skitar 20% atau
hingga mendapatkan etanol berkadar 95%-96% sudah cukup.
3.5 Kelebihan dan Kekurangan bioetanol dari air kelapa
3.5.1 Kelebihan :
Tanaman serbaguna karena hampir semua bagiannya bernilai ekonomi dan tidak
membutuhkan pemeliharaan intensif sehingga cocok bagi petani miskin di lahan marginal.
Tanaman kelapa juga menghasilkan biomassa di atas tanah yang sangat besar satu hingga 2
ton/pohon, sehingga dapat berperan penting dalam CO2. Kelapa dapat berperan sebagai salah
satu sumber bioenergi yang penting mengingat produktivitasnya yang sangat tinggi sehingga
hemat pemakaian lahan.
Air kelapa memiliki potensi yang sangat besar sebagai sumber utama bioenergi yang
ramah lingkungan di samping sebagai penghasil pangan dan tanaman konservasi, air kelapa
memiliki kelebihan dibandingkan dengan bahan baku bioetanol lainnya seperti singkong dan
jagung (tanaman penghasil pati) dikarenakan tahap yang dilakukan dua tahap yaitu tahap
fermentasi dan distilasi, sedangkan bioetanol yang berasal dari tumbuhan berpati memerlukan
tahap hidrolisis ringan (sakarifikasi) untuk merubah polimer pati menjadi gula sederhana.
Ethanol/bio-ethanol apabila dicampur dengan premium dapat meningkatkan nilai oktan,
dimana nilai oktan untuk ethanol/bio-ethanol 98% adalah sebesar 115, selain itu mengingat
ethanol/bio-ethanol mengandung 30% oksigen, sehingga campuran ethanol/bio-ethanol dengan
gasoline dapat masuk katagorikan high octane gasoline (HOG), dimana campuran sebanyak 15%
bioethanol setara dengan pertamax (RON 92) dan campuran sebanyak 24% bioethanol setara
dengan pertamax plus (RON 95).
3.5.2 Kekurangan
Air kelapa tidak tahan lama ( mudah basi) jika berada di udara bebas maka air kelapa
tersebut akan menjadi asam. Tingkat kemasaman yang semakin tinggi akan berakibat kadar gula
yang terkandung di dalamnya semakin rendah. Sehingga diperlukan proses yang cepat agar
kandungan gula tidak menyusut.
Selain itu bioetanol sendiri juga memiliki kelemahan, yaitu mempunyai sifat korosif. Sehingga sangat berpengaruh terhadap logam (khussnya logam yang mudah terkorosi), seperti membuat mesin lebih sulit distarter
1.1 Latar Belakang
Krisis energi yang melanda negeri ini diperkirakan masih akan berlangsung beberapa tahun
ke depan. Di tengah persoalan tersebut, pengembangan energi baru dan terbarukan menjadi solusi
alternatif. Pemerintah telah mengeluarkan Blue Print Pengelolaan Energi Nasional Periode 2005 –
2025 yang merupakan penjabaran dari Kebijakan Energi Nasional (Peraturan Presiden No.5 Tahun
2006). Dalam cetak biru itu, peranan energi baru dan terbarukan ditargetkan meningkat menjadi
4,4% pada tahun 2025. Kelangkaan sumber – sumber energi seperti gas elpiji dan berkurangnya debit
air akibat musim kemarau di waduk-waduk pembangkit listrik membuat Pembangkit Listrik Tenaga
Air kurang berfungsi dan menyebabkan pemadaman listrik bergilir di beberapa daerah. Hal ini tentu
saja akan merugikan masyarakat yang kegiatan sehariharinya menggunakan listrik. Fenomena-
fenomena tersebut dapat terjadi karena sampai sekarang pemerintah dan masyarakat pada
umumnya terkesan masih mengabaikan keberadaan bioenergi atau sumber energi baru yang
berpotensi sangat besar untuk dikembangkan. Pengembangan bioenergi seperti biogas merupakan
salah satu langkah untuk mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap sumber-sumber energi
yang tidak dapat diperbaharui. Pemanfaatan bioenergi sebagai sumber energi alternatif khususnya
biogas di Indonesia merupakan langkah yang tepat untuk mengurangi ketergantungan terhadap gas
elpiji yang harganya mahal dan keberadaannya yang langka di masyarakat. Selain itu, biogas juga bisa
menghasilkan energi listrik yang cukup besar. Pengembangan biogas di daerah – daerah yang
berpotensi untuk memproduksinya adalah merupakan suatu langkah untuk membuka lapangan kerja
baru dan sekaligus untuk mengurangi jumlah sampah, khususnya sampah organik.
Kebijakan Pemerintah tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat
diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak 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. Proses ini merupakan peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif
sehingga akan mengurangi dampak penggunaan bahan bakar fosil Biogas sebagian besar
mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang
jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan
(H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil.
1.2 Rumusan Masalah
Mengapa Biogas harus dikembangkan, dikarenakan :
1. Polusi
Selama ini kotoran ternak menjadi permasalahan, karena menimbulkan polusi udara
dan air sehingga menjadi pemicu konflik sosial antara peternak dan non peternak. Keberadaan
peternakan di lokasi padat peduduk sering mendapat tekanan dari masyarakat dan akhirnya
keberlasungannya terancam. Polusi udara ini disebabkan oleh bau dari kotoran ternak.
2. Pemanasan Global
Gas Methan (CH4) merupakan kelompok gas rumah kaca (green house gas) yang
memberikan kontribusi terhadap peningkatan panas dunia (global warming) setara dengan 21
kali karbon dioksida (CO2). Gas methan ini jiga dihasilkan oleh ternak hidup yang dikeluarkan
ternak melalui mulut (sendawa) dan anus ternak, serta dari tumpukan kotoran ternak. Gas
methan yang dikeluarkan dari tubuh ternak, gas methan dari luar peternakan, serta kelompok
gas rumah kaca lainnya yang terlepas keudara bebas secara bersama – sama menyebabkan
terjadinya peningkatan panas bumi. Peningkatan panas bumi ini dalam jangka panjang dapat
menurunkan kualitas lingkungan, musim kemarau lebih panjang, produksi pertanian menurun
dan menimbulkan ancaman bencana alam.
3. Biogas Energi Alternatif
Saat ini minyak tanah sebagai bahan bakar utama bagi rumah tangga menjadi langka
dan mahal yang dapat menyebabkan kemiskinan. Disisi lain terdapat energy alternative biogas
yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak tanah. Bahan bakunya bisa
menggunakan bahan organik dari limbah kotoran ternak yang selama ini belum begitu banyak
dimanfaatkan.
1.2 Tujuan
a. Mahasiswa memperoleh wawasan tentang Energi alternative (pada khususnya Biogas).
b. Mahasiswa memperoleh wawasan tentang Biogas dan pemanfaatannya.
c. Mahasiswa memperoleh ketrampilan dalam cara pengolahan dan pembuatan Biogas.
d. Mahasiswa dapat mengetahui permasalahan yang terjadi di Dunia tentang krisis energi.
1.3 Manfaat Biogas
Pengembangan biogas dari limbah peternakan dapat bermanfaat antara lain :
a. Masyarakat dapat mandiri atau hemat Energi BBM
b. Penghematan keuangan rumah tangga
c. Bagi Negara terjadi penghematan ekonomi dalam bentuk pengurangan subsidi.
d. Peternakan jadi ramah lingkungan (polusi udara, dan air) berkurang.
e. Pengurangan perambahan hutan untuk kayu bakar.
f. Populasi ternak terjaga, bahkan dapat terjadi peningkatan populasi ternak.
g. Perbaikan manajemen pemeliharaan ternak
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sejarah Biogas
1. Cina
Sejak tahun 1975 "biogas for every household". Pada tahun 1992, 5 juta rumah tangga di
China menggunakan biogas. Reaktor biogas yang banyak digunakan adalah model sumur tembok
dengan bahan baku kotoran ternak & manusia serta limbah pertanian.
2. India
Dikembangkan sejak tahun 1981 melalui "The National Project on Biogas Development"
oleh Departemen Sumber Energi non-Konvensional. Tahun 1999, 3 juta rumah tangga
menggunakan biogas. Reaktor biogas yang digunakan model sumur tembok dan dengan drum
serta dengan bahan baku kotoran ternak dan limbah pertanian.
3. Indonesia
Mulai diperkenalkan pada tahun 1970-an, pada tahun 1981 melalui Proyek
Pengembangan Biogas dengan dukungan dana dari FAO dibangun contoh instalasi biogas di
beberapa provinsi. Penggunaan biogas belum cukup berkembang luas antara lain disebabkan oleh
karena masih relatif murahnya harga BBM yang disubsidi, sementara teknologi yang
diperkenalkan selama ini masih memerlukan biaya yang cukup tinggi karena berupa konstruksi
beton dengan ukuran yang cukup besar. Mulai tahun 2000-an telah dikembangkan reaktor biogas
skala kecil (rumah tangga) dengan konstruksi sederhana, terbuat dari plastik secara siap pasang
(knockdown) dan dengan harga yang relatif murah.
2.2 Program Bio Energi Perdesaan (B E P)
Salah satu permasalahan nasional yang kita hadapi dan harus dipecahkan serta dicarikan
jalan keluarnya pada saat ini adalah masalah energi, baik untuk keperluan rumah tangga, maupun
untuk industri dan transportasi. Terkait dengan masalah tersebut, salah satu kebijakan
pemerintah ialah rencana pengurangan penggunaan bahan bakar minyak tanah untuk keperluan
rumah tangga. Sejalan dengan hal itu pemerintah juga mendorong upayaupaya untuk
penggunaan sumber-sumber energi alternative lainnya yang dianggap layak dilihat dari segi
teknis, ekonomi, dan lingkungan, apakah itu berupa biofuel, biogas/gas bio, briket arang dan lain
sebagainya. Beberapa waktu yang lalu sempat menjadi wacana kemungkinan digunakannya briket
batu bara. Namun, belakangan upaya ke arah itu agaknya tidak diteruskan atau sementara
dihentikan dulu karena dianggap belum layak dari segi lingkungan khususnya jika digunakan untuk
energi rumah tangga.
Dalam rangka pemenuhan keperluan energi rumah tangga khususnya di perdesaan maka
perlu dilakukan upaya yang sistematis untuk menerapkan berbagai alternatif energi yang layak
bagi masyarakat. Sehubungan dengan hal tersebut maka salah satu upaya terobosan yang
dilakukan adalah melaksanakan program Bio Energi Perdesaan (BEP), yaitu suatun upaya
pemenuhan energi secara swadaya (self production) oleh masyarakat khususnya di perdesaan,
termasuk bagi masyarakatdi desa-desa terpencil seperti di daerah pedalaman dan kepulauan.
Pelaksanaan program BEP juga terkait dengan upaya – upaya pengembangan agrobisnis dalam
rangka peningkatan kesejahteraan masyarakat secara berkelanjutan dan ramah lingkungan.
Secara garis besar tujuan program BEP adalah berkembangnya swadaya masyarakat dalam
penyediaan dan penggunaan bio energi (bio gas, bio massa, dan bio fuel) bagi keperluan rumah
tangga termasuk untuk kegiatan usaha industry rumah tangga khususnya di perdesaan. (reff:
dekfendy.blog.uns.ac.id/.../membuat-biogas-dari-kotoran-ternak/)
Tabel 1. Potensi Energi Terbarukan dan Kapasitas Terpasang di Indonesia
Sumber Energi
Terbarukan
Potensi
(MWe)
Kapasitas Terpasang
( MWe)
Penggunaan (%)
Gepthermal *) 19650 589 3.00
Micro-hydro*) 458.75 21 4.58
Solar/PV**) 156487 5 0.0032
Angin***) 9286 0.5 0.0054
Biomasa *) 49807 178 0.36
Total 2.36E+05 793.5 7.95
Reff: Ripebat; Dgeeu, 1977; Ace (2002)
jam operasi : 8 jam/hari
**) total area potensial 2 x106 km2
***) total luasan kincir angin per unit : 250 m x 250 m
2.3 Biogas
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik
yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobic.
Komponen Biogas :
Tabel 2. Komposisi Biogas
Komponen Konsentrasi
Metana 50-75% vol.
Karbon Dioksida 25-45% vol.
Air 2-7% vol. (20-40 OC)
Hidrogen sulfida 20-20.000 ppm
Nitrogen < 2% vol.
Oksigen < 2% vol.
Hidrogen < 1% vol.
Sumber: Kaltscmitt dan Hartmann, 2001
2.3.1 Bahan Baku Biogas
Bahan baku biogas dapat diperoleh dari berbagai macam sumber :
1. Kotoran Ternak
2. Sampah Organik
3. Kotoran Ternak dan Sampah pertanian
4. Limbah cair
5. Kotoran manusia
Rasio C/N (Karbon per Nitrogen)
Hubungan antara jumlah Karbon dan Nitrogen yang terdapat pada bahan organik
dinyatakan dalam terminologi rasio karbon/ nitrogen (C/N). Apabila rasio C/N sangat tinggi,
Nitrogen akan dikonsumsi sangat cepat oleh bakteri metan sampai batas persyaratan protein
dan tak lama bereaksi kearah kiri pada kandungan karbon pada bahan. Sebagai akibatnya
produksi metan akan menjadi rendah. Sebaliknya, apabila rasio C/N sangat rendah, nitrogen
akan bebas dan berakumulasi dalam bentuk amoniak (NH4), NH4 akan meningkatkan derajat
pH bahan dalam pencerna. pH lebih tinggi dari 8,5 akan mulai menunjukkan akibat racun pada
populasi bakteri metan.
Tabel 3. Rasio C/N dari beberapa bahan organik
Bahan Rasio C/N
Kotoran bebek 8
Kotoran manusia 8
Kotoran ayam 10
Kotoran kambing 12
Kotoran babi 18
Kotoran domba 19
Kotoran kerbau/sapi 24
Enceng Gondok (water hyacinth) 25
Kotoran gajah 43
Jerami (jagung) 60
Jerami (padi) 70
Jerami (gandum) 90
Tahi gergajian diatas 200
Sumber: Karki and Dixit (1984)
2.3.2 Sumber Bahan Baku Biogas
Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses
fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi
kedap udara). Pada umumnya, semua jenis bahan organik yang diproses untuk menghasilkan
biogas, tetapi hanya bahan organik yang padat dan cair homogen, seperti kotoran urin hewan
ternak yang cocok untuk system biogas sederhana. Diperkirakan ada tiga jenis bahan baku yang
prospektif untuk dikembangkan sebagai bahan baku biogas di Indonesia, antara lain kotoran
hewan dan manusia, sampah organik, dan limbah cair.
Kotoran Ternak
Salah satu kotoran ternak yang dipakai untuk bahan bak pembuatan biogas adalah
kotoran ternak dari sapi. Sifat – sifat input dari kotoran ternak sapi. Berdasarkan hasil riset
yang pernah ada diketahui bahwa setiap 1 kg kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360
liter biogas.
Table 4. Komposisi Kotoran Ternak (Sapi)
Sumber: Kalle, G.P. & Menon, K.K.G.
Kotoran Hewan dan Kotoran Manusia
Berdasarkan hasil estimasi, seekor sapi dalam satu hari dapat menghasilkan kotoran
sebanyak 10 – 30 kg. Seekor ayam menghasilkan 25 gr/hari, dan seekor babi dewasa dengan
berat 4,5--5,3 kg/hari. Berdasarkan hasil riset yang pernah ada diketahui bahwa setiap 1 kg
kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter biogas dan 20 kg kotoran babi dewasa
bisa menghasilakan 1,379 liter biogas.
Sampah Padat Organik
Secara garis besar sampah dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu anorganik, organik, dan
khusus. Sampah organik berasal dari bahan-bahan penyusun tumbuhan dan hewan yang diambil
dari alam atau dihasilkan dari kegiatan pertanian, perikanan, kegiatan rumah tangga, industri
atau kegiatan lainnya ( sampah dapur, sisa sayuran, kulit buah, buah busuk, kertas, daun-
daunan, jerami, dan sekam). Sampah organik ini dengan mudah dapat diuraikan dalam proses
alami. Berdasarkan hasil penelitian, pembuatan biogas dari sampah organic menghasilkan
biogas dengan komposisi metana 51,33-58,58% dan gas CO2 41,82-48,67%. Percampuran
sampah organik tersebut dengan kotoran hewan dapat meningkatkan komposisi metana dalam
biogas.
Limbah Organik Cair
Limbah cair merupakan sisa pembuangan yang dihasilkan dari suatu proses yang sudah
tidak dipergunakan lagi. Kegiatan-kegitan yang berpotensi sebagai penghasil limbah cair antara
lain kegiatan industri, rumah tangga, peternakan, dan pertanian. Saat ini, kegiatan rumah
tangga mendominasi jumlah limbah cair dengan persentase sekitar 40% dan diikuti oleh limbah
industri 30% dan sisanya limbah rumah sakit, pertanian, peternakan, atau limbah lainnya.
Komponen utama limbah cair adalah air (90%), sisanya yaitu bahan padat yang bergantung
pada asal buangan tersebut. Tidak semua limbah cair dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku
penghasil biogas. Limbah tersebut antara lain urin hewan ternak, limbah cair rumah tangga,
dan limbah cair industri seperti industri tahu, tempe, tapioka, brem, dan rumah potong hewan.
Pengolahan limbah cair untuk biogas dilakukan dengan mengumpulkan limbah cair dalam
digester anaerob yang diisi dengan media penyangga yang berfungsi sebagai tempat
melekatnya bakteri anaerob. (Reff : Hambali, Erliza, dkk. 2007. Teknologi Bioenergi.
Jakarta:Agro Media)
Tabel 5. Komposisi biogas (%) kotoran sapi dan campuran kotoran ternak
dengan sisa pertanian.
Jenis gas
Biogas
Kotoran sapiCampuran kotoran + sisa
pertanian
Metan (CH4) 65,7 54 - 70
Karbon dioksida (CO2) 27,0 45 - 57
Nitrogen (N2) 2,3 0,5 - 3,0
Karbon monoksida (CO) 0 0,1
Oksigen (O2) 0,1 6,0
Propena (C3H8) 0,7 -
Hidrogen sulfida(H2S) - sedikit
Nilai kalor (kkal/m2) 6513 4800 - 6700
Sumber: Harahap, dkk (1978)
2.4 Proses Pembuatan Biogas
Tahap pembentukan biogas secara teori :
2.4.1 Cara Pembuatan Biogas
Sebelum membuat Biogas terlebih dahulu kita hatus mengetahui instalasi biogas itu
seperti apa. Instalasi biogas itu cukup sederhana dan mudah untuk dibuat.
Instalasi biogas terdiri dari :
1. Digester
Merupakan tempat bahan organik dan tempat terjadinya proses pencernaan bahan
organik oleh mikroba anaerob.
2. Water Trap
Adalah sebuah tabung yang berfungsi untuk menangkap uap air yang dihasilkan dari
digester agar aliran gas bio tidak terhambat, dan berfungsi juga sebagai alat pengaman.
3. Gas Holder
Disebut juga sebagai penampung gas, sesuai namanya fungsinya adalah untuk
menampung gas yang dihasilkan oleh digester yang disalurkan melalui pipa penyalur /
selang.
4. Pemanen gas
Alat ini dapat berupa kompor biogas atau genset.
2.4.2 Kelengkapan instalasi biogas :
1. Saluran masuk (inlet bahan organik)
Sebagai tempat memasukan bahan organik. Lebih baik jika dilengkapi dengan corong
plastik atau bak kontrol.
2. Saluran keluar gas (outlet gas)
Berfungsi tempat keluarnya gas sebelum masuk kedalam penampungan (gas holder).
3. Saluran keluar lumpur (outlet sludge)
Merupakan saluran untuk mengeluarkan limbah bahan organik dari digester.
4. Penampung sludge
Berfungsi untuk menampung sementara sludge atau limbah bahan organik dari digester
sebelum digunakan untuk memupuk tanaman.
5. Selang penyalur gas
Berfungsi untuk menyalurkan gas dari digester ke water trap, gas holder dan ke alat
pemanen gas ( kompor biogas atau genset)
2.5 Spesifikasi Reaktor
Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga
No. Spesifikasi Teknis Kapasitas Skala Rumah Tangga
1. Volume reaktor (plastik) 4.000 liter
2. Volume penampung gas (plastik) 2.500 liter
3. Kompor Biogas 1 buah
4. Drum pengaduk bahan 1 buah
5. Pengaman gas 1 buah
6. Selang saluran gas ± 10 m
7. Kebutuhan bahan baku kotoran ternak dari 2-3 ekor sapi/
kerbau, atau 6 ekor babi
8. Biogas yang dihasilkan 4 m3 per hari (setara dengan 2,5 liter
minyak tanah).
(Reff: rntb.litbang.deptan.go.id/ind/2006/NP/perkembangandigester.doc)
Keterangan gambar :
1. Digester (tabung pencerna)
2. Water trap (tabung perangkap uap air)
3. Gas holder (penampung gas)
4. Pemanen gas
A. Saluran pemasukan bahan organik (inlet)
B. Saluran keluar gas (outlet gas)
C. Saluran pembuangan
D. Bak penampung lumpur atau sludge atau limbah biogas
E. Selang penyalur yang menghubungkan digester dengan water trap
F. Selang penghubung water trap dengan gas holder
G. Selang penyalur gas menuju kompor
H. Selang penyalur ke genset
2.5.1 Prinsip digester
1. Kondisi digester anaerob atau tidak ada oksigen.
2. Memiliki inlet (saluran pemasukan) dan outlet (saluran pengeluaran limbah, serta
saluran pengeluaran gas).
3. Memiliki ruang kosong untuk gas metan
4. Temperatur (30 – 60 OC)
2.5.2 Bahan Baku Untuk membuat digester
Banyak bahan yang dapat digunakan untuk membuat digester antara lain :
1. Tembok atau Cor
2. Fiber
3. Plat besi
4. Drum : plat atau plastik
5. Plastik
2.5.3 Tipe – Tipe Digester
1. Balon Plastik ditanam horisontal (Ballon Plants)
2. Kubah Permanen (Fixed – Dome Plants)
3. Kubah yang dilengkapi drum terapung (Floating – drum Plant)
Macam – macam gambar digester :
2.6 Cara Pengoperasian Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga
1. Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 1 (bahan biogas)
2. Masukkan bahan biogas ke dalam reaktor melalui tempat pengisian sebanyak 2000 liter,
selanjutnya akan berlangsungproses produksi biogas di dalam reaktor.
3. Setelah kurang lebih 10 hari reaktor biogas dan penampung biogas akan terlihat mengembung
dan mengeras karena adanya biogas yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai
bahan bakar, kompor biogas dapat dioperasikan.
4. Sekali-sekali reaktor biogas digoyangkan supaya terjadi penguraian yang sempurna dan gas yang
terbentuk di bagian bawah naik ke atas, lakukan juga pada setiap pengisian reaktor.
5. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak + 40 liter setiap
pagi dan sore hari.
6. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge (lumpur) secara otomatis akan keluar dari reaktor
setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas.
7. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat digunakan langsung sebagai pupuk
organik,baik dalam keadaan basah maupun kering.
2.7 Cara Pengoprasian Kompor Biogas
1. Buka sedikit kran gas yang ada pada kompor (memutar kesebelah kiri)
2. Nyalakan korek api dan sulut tepat diatas tungku kompor.
3. Apabila menginginkan api yang lebih besar, kran gas dapat dibuka lebih besar lagi, demikian pula
sebaliknya. Api dapat disetel sesuai dengan kebutuhan dan keinginan kita.
Gambar Cara mengoperasikan kompor Biogas
Faktor-faktor yang berpengaruh pada pencernaan
(a) Nilai pH
Produksi biogas secara optimum dapat dicapai bila nilai pH dari campuran input didalam
pencerna berada pada kisaran 6 dan 7. Pada tahap awal proses fermentasi, asam organik dalam
jumlah besar diproduksi oleh bakteri pembentuk asam, pH dalam pencerna dapat mencapai
dibawah 5. Keadaan ini cenderung menghentikan proses pencernaan atau proses fermentasi.
Bakteri-bakteri metanogenik sangat peka terhadap pH dan tidak bertahan hidup dibawah pH
6.6. Kemudian proses pencernaan berlangsung, konsentrasi NH4 bertambah pencernaan
nitrogen dapat meningkatkan nilai pH diatas 8. Ketika produksi metana dalam kondisi stabil,
kisaran nilai pH adalah 7,2 sampai 8,2.
(b) Suhu
Bakteri metanogen dalam keadaan tidak aktif pada kondisi suhu ekstrim tinggi maupun
rendah. Suhu optimum yaitu 35 OC. Ketika suhu udara turun sampai 10 OC produksi gas menjadi
berhenti. Produksi gas sangat bagus yaitu pada kisaran mesofilik, antara suhu 25 OC dan 30 OC.
Penggunaan isolasi yang memadai pada pencerna membantu produksi gas khususnya di daerah
dingin.
(c) Laju Pengumpanan
Laju pengumpanan adalah jumlah bahan yang diumpankan kedalam pencerna per unit
kapasitas pencerna per hari. Pada umumnya, 6 kg kotoran sapi per m3 volume pencerna adalah
direkomendasikan pada suatu jaringan pengolah kotoran sapi. Apabila terjadi pengumpanan
yang berlebihan, terjadi akumulasi asam dan produksi metana akan terganggu. Sebaliknya bila
pengumpanan kurang dari kapasitas pencerna, produksi gas juga menjadi rendah.
(d) Waktu tinggal dalam pencerna (digester)
Waktu tinggal dalam pencerna adalah rerata periode waktu saat input masih berada
dalam pencerna dan proses pencernaan oleh bakteri metanogen. Dalam jaringan pencerna
dengan kotoran sapi, waktu tinggal dihitung dengan pembagian volume total dari pencerna oleh
volume input yang ditambah setiap hari. Waktu tinggal juga tergantung pada suhu, dan diatas
35 OC atau suhu lebih tinggi, waktu tinggal semakin singkat.
(e) Toxicity
Ion mineral, logam berat dan detergen adalah beberapa material racun yang
mempengaruhi pertumbuhan normal bakteri patogen didalam reaktor pencerna. Ion mineral
dalam jumlah kecil (sodium, potasium, kalsium, amonium dan belerang) juga merangsang
pertumbuhan bakteri, namun bila ion-ion ini dalam konsentrasi yang tinggi akan berakibat
meracuni. Sebagai contoh, NH4 pada konsentrasi 50 hingga 200 mg/l merangsang pertumbuhan
mikroba, namun bila konsentrasinya diatas 1500 mg/l akan mengakibatkan keracunan.
Tabel 6. Tingkatan racun dari beberapa zat penghambat
Zat Penghambat Konsentrasi
Sulfat (SO4-2) 5,000 ppm
Sodium Klorida atau garam (NaCl) 40,000 ppm
Nitrat (dihitung sebagai N) 0.05 mg/l
Tembaga (Cu+2) 100 mg/l
Khrom ( Cr+3) 200 mg/l
Nikel (Ni+3) 200 – 500 mg/l
Sodium (Na+) 3,500 – 5,500 mg/l
Potasium K+) 2,500 – 4,500 mg/l
Kalcium (Ca+2) 2,500 – 4,500 mg/l
Magnesium (Mg+2) 1,000 – 1,500 mg/l
Mangan (Mn ) diatas 1,500 mg/l
Sumber : Chengdu Biogas Research Institute, Chengdu, China (1989).
(f) Slurry
Slurry adalah residu dari input yang keluar dari lubang pengeluaran setelah mengalami
proses fermentasi oleh bakteri metana dalam kondisi anaerobik didalam pencerna. Setelah
ekstraksi biogas (energi), slurry keluar dari ruang pencerna sebagai produk samping dari sistem
pencernaan secara aerobik. Kondisi ini, dapat dikatakan manur dalam keadaan stabil dan bebas
pathogen serta dapat dipergunakan untuk memperbaiki kesuburan tanah dan meningkatkan
produksi tanaman.
Karakteristik Gas Metana (CH4)
Biogas kira-kira memiliki berat 20 persen lebih ringan dibandingkan udara dan memiliki suhu
pembakaran antara 650 sampai 750 OC.
Biogas tidak berbau dan berwarna yang apabila dibakar akan menghasilkan nyala api biru cerah
seperti gas LPG.
Nilai kalor gas metana adalah 20 MJ/ m3 dengan efisiensi pembakaran 60 persen pada
konvesional kompor biogas.
Karakteristik Bakteri yang Terlibat dalam Proses Pembentukan Biogas
Bakteri Methanogen
Famili methanogen (bakteri metan) digolongkan menjadi 4 genus berdasarkan perbedaan-
perbedaan sitologi.
Bakteri berbentuk batang:
1. Tidak berspora, metanobakterium
2. Berspora, Metanobacillus
3. Bakteri berbentuk lonjong :
a) Sarcine, metanosarcina
b) Tidak termasuk group sarcinal, metanococcus.
Bakteri metanogenik berkembang lambat dan sensitive terhadap perubahan mendadak pada
kondisi-kondisi fisik dan kimiawi. Sebagai contoh, penurunan 2OC secara mendadak pada slurry
mungkin secara signifikan berpengaruh pada pertumbuhannya dan laju produksi gas. (reff :
Langrange, 1979).
Karakteristik Bakteri Non Metanogen
Bakteri non metanogen bekerja lebih dulu dalam proses pembentukan biogas untuk
mengubah senyawa yang kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana . Bakteri non metanogen
terbagi menjadi beberapa golongan, yaitu bakteri aerob dan bakteri anaerob yang termasuk
golongan bakteri hidrolitik, fermentatif, dan asetogenik.(Madigan et al, 2003).
Golongan bakteri hidrolitik memiliki berbagai enzim hidrolitik ekstraseluler yang
disekresikan ke luar sel untuk memecah senyawa kompleks seperti polisakarida, asam nukleat, dan
lipid, menjadi molekul yang lebih kecil sehingga dapat masuk ke dalam sel untuk digunakan sebagai
sumber karbon dan elekton donor (Bibiana,1994; Madigan et al, 2003), contoh bakteri hidrolitik
adalah bakteri genus Bacillus sp. Bacillus mampu hidup dalam lingkungan aerob atau fakultatif
aerob, dapat membentuk spora dengan tipe sentral, atau terminal yang menyebabkan Bacillus lebih
adaptif terhadap perubahan lingkungan, jika lingkungan menguntungkan spora bergerminasi
kembali menjadi sel vegetatif. (Madigan et al, 2003).
Enzim yang dimiliki oleh bakteri hidrolitik diantaranya adalah amilase, protease, lipase,
gelatinase, selulase (Cappuccino & Sherman, 2005). Enzim amilase mengkatalis hidrolisis
polisakarida menjadi disakarida seperti maltosa. Enzim protease mengkatalis hidrolisis pemutusan
ikatan peptida. Enzim lipase mengkatalis trigliserida menjadi asam lemak rantai panjang dan gliserol.
(Bibiana, 1994). Enzim gelatinase mengkatalis hidrolisis gelatin, gelatin merupakan suatu protein
yang dapat diperoleh dari hidrolisis kolagen (Cappuccino & Sherman, 2005). Enzim selulase
mengkatalis hidrolisis selulosa (Makoi & Ndakidemi, 2008).
Secara umum terdapat tiga enzim selulose, yaitu endonuklease yang memutuskan ikatan
non kovalen pada struktur kristal selulosa, eksoselulose yang menghidrolisis individu selulosa
menjadi gula lebih sederhana, β-glukosidase yang menghidrolisis disakarida dan tetrasakarida
menjadi glukosa (Criquet, 2002). Glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis selulosa selanjutnya
dimetabolisme oleh mikroorganisme lain, dalam kondisi aerob glukosa dikonversi menjadi CO2 ,
sedangkan pada kondisi anaerob glukosa dikonversi menjadi asam organik dan alkohol yang
selanjutnya menjadi CH4 dan CO2.(Rao, 1982). Menurut Atlas & Bartha (1981) Beberapa
mikroorganisme selulolitik diantaranya adalah Cellulomonas, Clostridium, Corynebacterium,
Pseudomonas, Vibrio, Chaetomium, Trichoderma, Nocardia dan Streptomyces .(Hammond et al.,
1984 ; Rao, 1982).
Hasil kerja bakteri hidrolitik akan digunakan oleh mikroorganisme lain untuk metabolisme.
Glukosa sebagai molekul yang dihasilkan dari proses hidrolisis akan dikonversi menjadi asam organik
dan alkohol oleh mikroorganisme fermentatif dalam kondisi anaerob. (Rao, 1982). Umumnya bakteri
fermentatif ditemukan sebagai bakteri usus, memiliki dua jalur fermentasi yaitu fermentasi asam
campuran dan fermentasi 2,3-butanediol.(Madigan et al, 2003). Tiga asam organik dihasilkan dalam
fermentasi asam campuran yaitu asam asetat, asam laktat, asam suksinat serta dihasilkan pula
etanol, CO2, dan H2. Dalam fermentasi 2,3-butanediol hanya dihasilkan sedikit asam organik namun
etanol, CO2, dan H2 merupakan produk utama. Contoh bakteri yang dapat melakukan fermentasi
asam campuran adalah Escherichia coli, sedangkan contoh bakteri yang dapat melakukan fermentasi
2,3-butanediol adalah Enterobacter, Klebsiella, dan Serratia. Bakteri fermentatif lain yang bukan
golongan bakteri usus adalah Clostridium, Bakteri golongan Clostridia mampu memfermentasi gula
menghasilkan sejumlah besar asam butirat sebagai produknya.(Madigan et al, 2003).
CO2 merupakan produk utama metabolisme bakteri golongan kemoorganotrof yang banyak
ditemukan pada kondisi anaerob. Terdapat dua golongan bakteri yang dapat memanfaatkan CO2
sebagai akseptor elektron dalam metabolismenya yaitu homoasetogen melalui proses asetogenesis
dan metanogen melalui proses metanogenesis. Contoh bakteri yang melakukan proses asetogenesis
adalah Acetoanaerobium noterae, Acetogenium kivui, Clostridium aceticum, Desulfotomaculum
orientis .(Madigan et al, 2003).
2.8 Potensi Biogas
Tabel 7. Potensi produksi gas dari berbagai tipe kotoran hewan
Tipe Kotoran Hewan Produksi Gas Per Kg Kotoran (m3)
Sapi (sapi dan kerbau) 0.023 – 0.040
Babi 0.040 − 0.059
Peternakan ayam 0.065 − 0.116
Manusia 0.020 − 0.028
Sumber: United Nations (1984).
2.9 Sifat-sifat Input (Biogas)
Biogas dapat dibakar seperti elpiji, dalam skala besar biogas dapat digunakan sebagai
pembangkit energi listrik, sehingga dapat dijadikan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan
dan terbarukan.
Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain
1 m3 Biogas setara dengan:
Elpiji 0,46 kg
Minyak tanah 0,62 liter
Minyak solar 0,52 liter
Bensin 0,80 liter
Gas kota 1,50 m3
Kayu bakar 3,50 kg
Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH4).
Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada
biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas
biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan
hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Hidrogen sulphur mengandung
racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan
menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila
gas dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa
baru bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida atau sulphur trioksida (SO2 / SO3).
senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (H2SO3) suatu
senyawa yang lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon
dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan
untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan titik penyalaan
biogas serta dapat menimbulkan korosif.
Keuntungan teknologi ini dibanding sumber energi alternative yang lain adalah:
1. Menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari hari
2. Kotoran yang telah digunakan untuk menghasilkan gas dapat digunakan sebagal pupuk organik
yang sangat baik.
3. Dapat mengurangi kadar bakteri patogen yang terdapat dalam kotoran yang dapat
menyebabkan penyakit bila kotoran hewan atau sampah tersebut ditimbun begitu saja.
4. Yang paling utama yaitu bisa mengurangi permasalahan penanggulangan sampah atau kotoran
hewan menjadi sesuatu yang bermanfaat
2.10 Manfaat Biogas
Manfaat energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak tanah dan
dipergunakan untuk memasak. Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit
energi listrik. Di samping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan sisa kotoran ternak yang
dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada tanaman/budidaya pertanian.
Potensi Pengembangan Biogas di Indonesia
Potensi pengembangan Biogas di Indonesia masih cukup besar. Hal tersebut mengingat
cukup banyaknya populasi sapi, kerbau dan kuda, yaitu 11 juta ekor sapi, 3 juta ekor kerbau dan
500 ribu ekor kuda pada tahun 2005. Setiap 1 ekor ternak sapi atau kerbau dapat dihasilkan 2 m3
biogas per hari.
Potensi Ekonomis Biogas
Potensi ekonomis Biogas adalah sangat besar, hal tersebut mengingat bahwa 1 m3 biogas
dapat digunakan setara dengan 0,62 liter minyak tanah. Di samping itu pupuk organik yang
dihasilkan dari proses produksi biogas sudah tentu mempunyai nilai ekonomis yang tidak kecil
pula. (reff : Dit.Pengolahan Hasil Pertanian,Ditjen PPHP – Deptan)
Pemeliharaan Dan Perawatan Reaktor Biogas
1. Hindarkan reaktor dari gangguan anak-anak, tangan jahil,ataupun dari ternak yang dapat
merusak reaktor dengan cara memagar dan memberi atap supaya air tidak dapat masuk
kedalam galian reaktor.
2. Isilah selalu pengaman gas dengan air sampai penuh. Jangan biarkan sampai kosong karena gas
yang dihasilkan akan terbuang melalui pengaman gas.
3. Apabila reaktor tampak mengencang karena adanya gas tetapi gas tidak mengisi penampung
gas, maka luruskan selang dari pengaman gas sampai reaktor, karena uap air yang ada didalam
selang dapat menghambat gas mengalir ke penampung gas. Lakukan hal tersebut sebagai
pengecekan rutin.
4. Cegah air masuk ke dalam reaktor dengan menutup tempat pengisian disaat tidak ada pengisian
reaktor.
5. Berikan pemberat di atas penampung gas (misalnya dengan karung-karung bekas) supaya
mendapatkan tekanan.
6. Bersihkan kompor dari kotoran saat memasak ataupun minyak yang menempel
Keunggulan Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga
1. Konstruksi sederhana mudah dan cepat pemasangannya ( tidak sampai 1 hari )
2. Harga terjangkau, sekitar Rp 2,5 juta sudah termasukpemasangan dan satu unit kompor biogas.
0
3. Aiwet, menggunakan material plastik khusus sehingga tahan hingga 6 tahun.
4. Mudah dalam perawatan dan penggunaan
5. Produksi gas setara dengan 2,5 liter minyak tanah/hari, lebihdari cukup untuk dijadikan bahan
bakar memasak.
6. Menghasilkan kompos (pupuk organik) yang sangat bagus kualitasnya dan dapat langsung
digunakan pada lahan atau usaha budidaya pertanian.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Biogas Dari Kotoran Sapi
Gas metan ini diperoleh melalui proses dekomposisi bahan-bahan organik oleh
mikroorganisme. Bahan-bahan organik yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan sangat mudah,
bahkan dapat diperoleh dalam limbah. Proses produksi peternakan menghasilkan kotoran ternak
(manure) dalam jumlah banyak. Di dalam kotoran ternak tersebut terdapat kandungan bahan organik
dalam konsentrasi yang tinggi.
Gas metan dapat diperoleh dari kotoran ternak tersebut setelah melalui serangkaian proses
biokimia yang kompleks. Kotoran ternak terlebih dahulu harus mengalami dekomposisi yang berjalan
tanpa kehadiran udara (anaerob). Tingkat keberhasilan pembuatan biogas sangat tergantung pada
proses yang terjadi dalam dekomposisi tersebut. Salah satu kunci dalam proses dekomposisi secara
anaerob pada pembuatan biogas adalah kehadiran mikroorganisme. Biogas dapat diperoleh dari
bahan organik melalui proses "kerja sama" dari tiga kelompok mikroorganisme anaerob.
Pertama, kelompok mikroorganisme yang dapat menghidrolisis polimer-polimer organik dan
sejumlah lipid menjadi monosakarida, asam-asam lemak, asam-asam amino, dan senyawa kimia
sejenisnya.
Kedua, kelompok mikroorganisme yang mampu memfermentasi produk yang dihasilkan
kelompok mikroorganisme pertama menjadi asam-asam organik sederhana seperti asam asetat. Oleh
karena itu, mikroorganisme ini dikenal pula sebagai mikroorganisme penghasil asam (acidogen).
Ketiga, kelompok mikroorganisme yang mengubah hidrogen dan asam asetat hasil
pembentukan acidogen menjadi gas metan dan karbondioksida. Mikroorganisme penghasil
gas metan ini hanya bekerja dalam kondisi anaerob dan dikenal dengan nama metanogen.
Salah satu mikroorganisme penting dalam kelompok metanogen ini adalah mikroorganisme
yang mampu memanfaatkan (utilized) hidrogen dan asam asetat. Metanogen terdapat dalam
kotoran sapi yang akan digunakan sebagai bahan pembuatan biogas. Lambung (rumen) sapi
merupakan tempat yang cocok bagi perkembangan metanogen. Gas metan dalam konsentrasi
tertentu dapat dihasilkan di dalam lambung sapi tersebut. Proses pembuatan biogas tidak jauh
berbeda dengan proses pembentukan gas metan dalam lambung sapi.
Pada prinsipnya, pembuatan biogas adalah menciptakan gas metan melalui manipulasi
lingkungan yang mendukung bagi proses perkembangan metanogen seperti yang terjadi
dalam lambung sapi. Metanogen membutuhkan kondisi lingkungan yang optimal untuk dapat
memproduksi gas metan. Metanogen sangat sensitif terhadap kondisi di sekitarnya. Bahan
organik dalam kotoran sapi dapat menghasilkan gas metan apabila metanogen bekerja dalam
ruangan hampa udara. Oleh karena itu, proses pembuatan biogas dari kotoran sapi harus
dilakukan dalam sebuah reaktor atau digester yang tertutup rapat untuk menghindari
masuknya oksigen. Reaktor harus bebas dari kandungan logam berat dan sulfida (sulfides)
yang dapat mengganggu keseimbangan mikroorganisme. Jumlah metanogen dalam kotoran
sapi belum tentu dapat menghasilkan gas metan yang diinginkan. Gas metan diperoleh
melalui komposisi metanogen yang seimbang. Jika jumlah metanogen dalam kotoran sapi
masih dinilai kurang, maka perlu dilakukan penambahan metanogen tambahan berbentuk
strater atau substrat ke dalam reaktor.
Bio gas dari kotoran ternak (sapi) sangat mudah diproduksi. Bahan dasarnya berupa
kotoran sapi diaduk ke dalam drum. Komposisinya setengah drum diisi kotoran sapi sebanyak
kira-kira tiga argo (kereta dorong yang biasa untuk mengangkut bahan bangunan). Baru
seperempatnya ditambahi air. Setelah komposisi itu terpenuhi, kotoran sapi dan air diaduk
merata. Ampas kotoran dari rumput-rumputan yang belum halus oleh proses pencernaan di
dalam perut sapi dipisahkan. Ini dilakukan agar tidak terjadi penyumbatan saat dimasukkan ke
dalam reaktor.
Setelah dipastikan terpisah, campuran air dan kotoran sapi bisa ini dimasukkan ke
dalam reaktor. Dulunya, di dalam reaktor itu diberikan obat semacam perangsang
pertumbuhan gas yang memang telah potensial ada terkandung di dalam kotoran sapi. Tapi itu
hanya sekali pakai saja waktu pertama. Selanjutnya yang mudah saja seperti ini. Kotoran
sapinya diulet dengan air dan dimasukkan ke dalam reaktor.
Di dalam reaktor, proses pembuatan gas itu terjadi secara alami. Gas ini pun langsung
dapat dialirkan ke kompor melalui pipa penghubung reaktor dan kompor dan nyala api pun
bisa didapatkan. Kompor siap dipakai. Dengan campuran sebanyak satu drum ini, kompor
bisa bertahan selama seharian penuh. Bahkan tidak mati walau dipakai terus menerus selama
4 jam lamanya, jika bahan bakunya melimpah dan reaktor terisi terus.
Dengan adanya pemanfaatan kotoran ternak (sapi) sebagai bahan penghasil energi alternatif
(biogas) dengan cara fermentasi anaerob degester, maka bisa mengurangi dampak lingkungan yang
disebabkan oleh limbah kotoran sapi. Di samping itu akan dihasilkan energi biogas sebagai pengganti
bahan bakar minyak dimana saat ini krisis energi sudah mulai melanda dunia sehingga perlu solusi
untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar minyak, dan juga pupuk dingin yang siap digunakan sebagai
pupuk tanaman dan sudah tidak berbau lagi. Biogas ini bisa menjadi solusi pengganti energi bahan
bakar minyak yang murah dan ramah lingkungan. (reff: Dit.Pengolahan Hasil Pertanian,Ditjen PPHP –
Departemen pertanian.BioGas Skala Rumah Tangga. Jakarta. 2006.)
top related