BIOGAS DAN SEGALA SESUATUNYA

Oleh : Yudi Susetyo

Alamat : Ds Meles RT 01/RW 04 No. 16

Kecamatan Adimulyo, Kabupaten KebumenJawa-Tengah Indonesia

e-mail:yudhis_kbm@yahoo.com

ABSTRAK

Pembuatan biogas dari kotoran sapi menggunakan digester drum oli dengan volume konstruksi minimal, lumpur kotoran sapi dicampur dengan bahan yang bisa menambah volume produksi biogas disertai dengan penambahan instalasi pereduksi gas CO2 dan H2S yang bertujuan untuk meningkatkan daya bakarnya.

Gambar 1: (Portable biodigester ) Telah mendapatkan Penghargaan Gubernur Jawa Tengah Bp Ali Mufiz

Program Krenova Jateng Tahun 2008

I. PENDAHULUAN

Hewan ternak ruminansia besar (sapi, dan kerbau) rata-rata dimiliki oleh perorangan skala rumah-tangga dengan kepemilikan antara 1 sampai dengan 2 ekor. Kotoran hewan ini memiliki manfaat untuk diolah menjadi biogas dan pupuk organic. Jika setiap ekor mampu menghasilkan 400 liter biogas setiap hari, artinya bisa menggantikan beban energi rumah tangga kecil dalam satu kali masak.

Disamping kotoran ternak limbah organik lain yang dihasilkan oleh masyarakat juga bisa diolah menjadi biogas seperti limbah tahu, kotoran manusia, juga segala bahan organik yang bisa membusuk itu bisa diolah menjadi biogas. Energi alternative biogas dari kotoran ternak telah lama dikenal oleh masyarakat kita, namun teknis dan cara pembuatan dan pemanfaatanya umumnya masyarakat kurang memahami, apalagi bagaimana menyiasati secara praktis sehingga lebih bermanfaat tentunya masih asing lagi.

Teknik-teknik pengolahan biogas yang diperkenalkan kepada masyarakat juga masih sangat sederhana namun menghabiskan biaya yang sangat mahal. Teknologi tepat guna untuk masyarakat peternak pedesaan ini justru menjadi teknologi yang asing sehingga harganya mahal.

Ada beberapa kalangan mulai mengolah biogas menjadi gas dengan daya bakar yang setidaknya sama atau mendekati layaknya gas LPG, sehingga biogas juga perlu direduksi kandungan gas polutan yang tidak bisa terbakar yaitu CO2, H2S, dan Uap air H2O. Ada beberapa teknik purifikasi biogas, namun diperkenalkan disini teknik yang mudah dipahami dan mudah dipraktekan dengan biaya yang relatif murah.

II. TINJAUAN1. Bio-gas

Biogas adalah bahan bakar hidro-karbon dengan komposisi terbanyak adalah gas metana dengan rumus kimia paling sederhana yaitu CH4, sedangkan bahan bakar hidrokarbon yang dari fosil bumi; bensin C6H14, minyak tanah C9H20, solar C16H34. Bio-gas diproduksi langsung melalui proses bio-kimia yang mana dilakukan oleh bakteri yang merubah sampah biologi menjadi biogas. Prosesnya meliputi 2 tahap yaitu tahap asidifikasi, dan pembentukan gas metan (metanasi). Dalam proses asidifikasi didahului proses pelarutan bahan organic dari komplek menjadi sederhana (hidrolisis) yang akhirnya terbentuklah asam organic, CO2, H2, NH4, dan H2S. Asam organic inilah yang akan menjadi bahan untuk terbentuknya gas metan oleh methanogenic bacteria dalam tahap metanogenik.

Biogas yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik akan memiliki komposisi gas lain yang umumnya terdiri atas : CH4 atau methane (60-70%), CO2 atau karbon dioksida (20-30%), O2 (1-4%), N2 (0,5-3%), CO atau karbon monoksida (1%), dan H2S (kurang dari 1%). Komposisi ini bervariasi tergantung sumber bahan organik yang difermentasi.

Campuran gas bio ini menjadi mudah terbakar karena kandungan utamanya adalah gas metana. Namun terdapat kandungan gas CO2 dalam prosentase 20-30% yang tidak bisa terbakar, sehingga keberadaanya akan mempengaruhi daya bakar CH4 (metana) itu sendiri. Dengan menghilangkan kandungan gas polutan CO2 tersebut, akan berakibat pada peningkatan komposisi gas yang mudah terbakar (CH4). Demikian halnya dengan polutan gas H2S atau hidrogen sulfida yang memiliki ciri-ciri bau seperti kentut, dan bersifat merusak peralatan dari logam.

2. Faktor-Faktor Umum Yang Mempengaruhi Proses Produksi biogas

1

Suhu campuran;Gas metana optimum dapat diproduksi dalam temperatur antara 25?C– 60?C. Semakin tinggi temperatur laju produksi biogas semakin melipat banyaknya. Reactor biogas sebaiknya terbuat dari bahan yang tidak tembus sinar namun mudah menyerap panas dari luar atau panasnya sinar matahari, Jadi kondisinya gelap namun bersuhu hangat. Karena bakteri pengolah biogas sangat sensitive terhadap sinar. Dan umumnya proses anaerobik berlangsung optimum di range suhu 20?C hingga 60?C. Terbukti dengan konstruksi digester dari drum dengan suhu terik matahari yang panas diatas 50?C proses produksi biogas justru berjalan dengan cepat.

Nutrisi organic ;Bakteri Anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi. Apabila terjadi kekurangan nutrisi akan menjadi penghambat bagi pertumbuhan bakteri. Namun kotoran sapi memberikan jumlah nutrisi yang mencukupi. Pola makan sapi yang memakan ampas tahu, katul, daun-daun yang banyak mengandung protein seperti pete cina, daun kacang tanah, daun kacang hijau, kedelai kotoranya lebih banyak menghasilkan biogas, jika dibandingkan pola makan sapi dengan budaya masyarakat memberi makan ternak dengan jerami padi.

Kandungan Nitrogen dan rasio C/N;Mikroorganisme membutuhkan nitrogen dan karbon. Karbon digunakan sebagai sumber energi sedangkan nitrogen digunakan untuk membangun struktur sel. Bakteri penghasil metana menggunakan karbon (C) 30 kali lebih cepat daripada nitrogen (N). Sehingga bahan dengan kandungan C/N yang jauh diatas angka 30 proses produksi gas lebih lambat dan sedikit, maka campuran perlu ditambahkan pupuk urea dengan komposisi percobaan. Atau mencampurkan bahan dengan air darah sisa pemotongan ayam, bisa juga mencampurkan bahan yang memiliki nilai C/N ratio jauh dibawah angka 30. Sebaliknya juga dengan kandungan C/N yang dibawah angka 30 proses produksi gas juga tidak optimum karena carbon (C) habis terlebih dahulu. Sehingga perlu dicampuri dengan bahan-bahan biomassa dan crop residu yang berwarna coklat dengan butiran yang lembut karena umumnya bahan-bahan ini banyak mengandung karbon misal; katul, rumput kering, serbuk gergajian kayu. Untuk menciptakan unsur karbon yang jelas banyak adalah mencampurkan bahan dengan gula pasir.

Derajat Keasaman (pH);Pertumbuhan bakteri penghasil gas metana akan baik bila pH bahannya pada keadaan (basa) yaitu 6,5 sampai 7. Bila proses fermentasi berlangsung dalam keadaan normal dan anaerobik, maka pH akan secara otomatis berkisar antara 7 – 8,5. Pada awal fermentasi yaitu pada tahap asidifikasi dalam kurun

waktu kurang dari 3 hari yaitu hari pertama dan kedua sebaiknya lumpur baru jangan dicampur dengan lumpur lama karena pada tahap asidifikasi pH akan bernilai rendah. Sebaiknya digester dibagi menjadi 2 skat dimana pada sekat pertama memiliki retention time (waktu tinggal 2 gari). Sehingga tahap metanogenik tidak terganggu oleh asidifikasi. Jangan memasukkan bahan yang bersifat asam atau garam akan mempengaruhi proses anaerobik.

Kandungan material padat; Kerja bakteri membutuhkan keberadaan air sebagai penyampur dan pelarut (hidrolisis). Produksi biogas akan berjalan normal jika prosentase kandungan padatan kurang lebih 7%. Kotoran sapi dituang kedalam digester harus dicampur dengan air dengan perbandingan volume antara 1:1,5 s/d 1:3. Berdasarkan pengamatan, bahwa lumpur kotoran dengan perbandingan kotoran dan air 1:1 sisa keluaran digester yang disimpan kembali kedalam jirigen dan produksi gas sudah berhenti, setelah dicampuri dengan air dan ditutup rapat kembali, setelah selang waktu tertentu ternyata masih memproduksi biogas. Dapat ditarik pengertian bahwa keenceran campuran berpengaruh terhadap produksi biogas.

Penyampuran yang merata; Penyampuran lumpur baru secara merata dengan lumpur lama yang telah memiliki kepadatan populasi bakteri tinggi adalah sangat mempercepat proses produksi biogas. Dengan konstruksi yang sistematik perlu kiranya dihadirkan alat pengaduk campuran yang berfungsi untuk mengurangi endapan ataupun apungan yang berbentuk semi padat, dan juga berfungsi untuk membagi ratakan kerja bakteri didalam mengolah campuran kotoran yang baru. Sehingga kandungan nutrisi campuran lebih cepat habis yang berarti pula bahwa proses produksi biogas dengan laju lebih cepat.

Penghambat bakteri; Diterjen, antibiotik, desinfektan adalah pembunuh semua jenis bakteri, sehingga jika digester tercampur dengan diterjen dan antibiotik tersebut dapat mengkibatkan produksi biogas terhenti. Sehingga perlu diperhatikan bahwa air penyampur jangan menggunakan sisa buangan dari kamar mandi, jangan menggunakan air dari perusahaan air minum karena kandungan desinfektan kaporitnya tinggi, sebaiknya jika tersedia gunakan air sumur atau air hujan lebih baik.Sebaiknya kotoran sapi jangan dicampur dengan arang sekam padi yang warnanya hitam, ada kemungkinan bahwa arang ini mengandung bahan bersifat asam seperti asap cair atau tar sisa dari proses pirolisasi/pembakaran tidak sempurna bahan organik yang justru bersifat anti bakteri.

2

Ada penghambat kerja bakteri yang umumnya akan tidak disadari oleh designer digester biogas, bahwa reaktor yang terbuat dari bahan portland cement jika tidak dilapisi dengan bahan kedap air atau sejenisnya. Maka proses produksi biogas tidak akan terjadi hingga berbulan-bulan lamanya. Hal ini disebakan oleh proses reaksi kimia antara sement dengan air selama waktu pengerasan yang kurang lebih memakan waktu 28 hari. Hal ini terjadi karena pada proses pengerasan semen yang bereaksi dengan air ada unsur anti bakteri yang ikut terlarut dalam air. Maka perlu diputuskan suatu setrategi penanganan jika konstruksi digester berbahan portland cement.

III. MODEL REAKTOR BIOGAS

1. Digester;Ada berbagai macam Digester biogas, namun dalam kesempatan ini baru disuguhkan metode konstruksi menggunakan drum oli bekas. Seperti Pada gambar 2. Digester yang terbuat dari 4 buah drum oli bekas, yang dirangkai sedemikian rupa berfungsi sebagai tabung hampa udara (unaerob) untuk proses pembusukan (hidrolisis dan fermentasi) kotoran sapi. Volume total 4 x 223 liter = 0,892m3, diisi lumpur 85%-nya.

Gambar 2. Digester Biogas Dari Drum Oli

Dalam proses pembuatan digester sebelum proses merangkai drum oli, ada persyaratan seharusnya drum bagian dalam dicuci terlebih dahulu menggunakan diterjen dan arang sekam kemudian dikeringkan, karena sisa oli bisa menghambat kerja bakteri.

Sebelum drum dirangkai alangkah baiknya lapisan bagian dalam drum sebelah atas yang selalu bersinggungan dengan biogas dilapisi resin-fiber atau dilapisi zincromate meni besi yang berwarna hijau abu-abu untuk mencegah plat drum dari korosi akibat H2S. Jika tidak dilapis ketahanan drum terhadap korosi sekitar 3 tahunan.

2. Tabung penyimpan biogas;Alat ini terbuat dari kantong plastic dan diatasnya diberikan beban pemberat dengan konstruksi sedemikian rupa sehingga berfungsi untuk menyimpan biogas dan sekaligus pula berfungsi sebagai pemompa biogas menuju ke kompor.

Gambar 3. Tabung penyimpan Biogas

Secara teknis Biogas bisa saja disimpan kedalam tabung gas seperti layaknya gas LPG dengan menggunakan bantuan mesin kompressor udara, namun isinya tidak banyak dan tekanan udara didalam tabung menjadi terlalu tinggi. Karena kerapatan padatan gas dalam bentuk cair dengan dalam bentuk gas bisa memiliki rasio hingga 1:1000, seperti 1 liter Hidrogen dalam bentuk cair jika menjadi gas mencapai 850 liter. Maka perlu diketahui pula oleh masyarakat bahwa gas LPG (Liquifaction Petrolium Gas) adalah Petrolium Gas yang dicairkan. Demikian pula dengan biogas jika hendak dikemas dalam tabung sehingga memuat banyak, maka biogas harus dirubah dalam bentuk cairan yang dimampatkan.

IV . DATA TEKNIS PRODUKSI DAN PEMAKAIAN BIOGAS

Alat berada di Desa Meles, kecamatan Adimulyo Kabupaten Kebumen, jawa-Tengah. Kotoran yang dibutuhkan setiap hari rata-rata 10 -15 liter dari pola makan sapi penggemukan yaitu ampas tahu, dedek/katul, hijauan daun kacang tanah. Dicampur dengan air 35 liter, ditambah 1 liter katul, gula pasir 10 sendok, kondisi cuaca musim kemarau dengan terik matahari, Suhu tidak tercatat. Rata-rata memasukan 50 liter lumpur campuran kotoran/hari, Hydraulic retention time 15 hari. Setiap 6 jam digester drum ini mampu menghasilkan biogas kurang lebih 250 liter.

3

Berdasarkan hasil pencatatan volume biogas yang dibutuhkan untuk kegiatan memasak seperti yang terlampir dalam tabel 1, dengan produksi biogas per hari mencapai 1m3, jika kegiatan memasak seperti tabel diatas dilakukan 2 kali dalam sehari dipastikan portable bio digester sangat layak untuk mengolah kotoran sapi 1 sampai 2 ekor. Tinggal mengatur pola dan langgam memasak yang irit dan efisien.

Tabel 1. Tabel konsumsi biogas per kegiatan memasak

V. PENGGUNAAN BIOGAS

1. Kompor BiogasKompor yang dibuat dari pipa yang dilubangi sedemikian rupa sehingga mampu untuk mendistribusikan dan meratakan semburan api kompor sehingga berfungsi sebagai pemanas yang efisien. Kompor biogas juga bisa dibuat dari modifikasi kompor gas LPG. Biogas merupakan kategori bahan bakar gas dengan daya bakar rendah, sehingga konstruksi stove burner mustinya tidak seperti kompor gas LPG, namun selama masih bisa dipakai untuk mendistribusikan semburan gas sehingga nyalanya merata secara praktis bisa dipakai meski sebenarnya efisiensinya rendah.

Gambar 4. Kompor Biogas

2. Petromax biogas Petromax bisa dibikin dengan prinsip yang sederhana menggunakan pipa galvanis. Yang pada intinya bahwa kaos lampu (manthel) harus mendapatkan suplai biogas yang di-mix dengan hisapan udara yang seimbang dengan perbandingan

campuran percobaan. Prinsip kerja layaknya karburasi sepeda motor. Petromax ini bisa di pakai untuk 4 jenis bahan bakar gas yang berasal dari; biogas, gasifikasi molekul cair bensin, LPG, gas dari gasifikasi bahan organik terutama sekam padi. Petromax gas tidak memerlukan pemanasan layaknya petromax minyak tanah. Pada petromax minyak tanah menggunakan pemanasan dengan dimaksudkan untuk merubah minyak tanah cair menjadi gas dengan cara thermal cracking seperti mobil solar model lama bahwa dinamo starter dinyalakan setelah lampu indikator fuel menyala kuning.

Gambar 5. Petromak biogas. Petromak ini pernah dipamerkan dalam Gelar Teknologi

Tepat Guna X Tahun 2008 di Stan Provinsi Jawa Tengah, PRPP Semarang

Untuk bisa menyalakan petromak menggunakan biogas dibutuhkan tekanan gas setidaknya sama dengan tekanan angin ban mobil, jika kami gunakan ukuran-ukuran tekanan (kg/cm2 air) akan menyulitkan pembaca saja. Konstruksi digester yang mampu menciptakan tekanan gas seperti ini hanya konstruksi digester dengan prinsip kerja fixed dome slurry displacement. kalau tidak model floating drum dengan ditambahkan beban diatas drum gas. Jika menggunakan gas holder model plastik PE seperti gambar diatas, setidaknya gunakan ketebalan plastik 0,15 mm kemudian gas holder diberikan beban ban truk. Atau dengan jalan lain biogas dipompakan kedalam kontener ban dalam mobil sehingga tekanan tercipta seperti yang dibutuhkan.

Dijaman seperti sekarang ini sudah jarang orang menggunakan petromak, namun prinsip kerja dari petromax ini merupakan ukuran daya bakar (flamebilitas) dari sebuah bahan bakar gas, bahwa jika sebuah gas mampu untuk menyalakan petromax, maka gas itu juga cukup mampu untuk menjadi bahan bakar mesin motor bakar.

VI. PEMBERSIHAN BIOGAS

4

1. Indikator gas/scrubbing; Penggunaan biogas untuk bahan bakar mesin seperti penggunaan untuk generator listrik akan menimbulkan bunyi mesin sangat halus tidak seperti penggunaan bahan bakar bensin. Namun tenaga yang dihasilkan sebenarnya lebih kecil dibanding penggunaan bensin. Hal ini terjadi karena nilai total kalori kabut bensin per satuan volume lebih besar dibanding total kalori biogas per satuan volume yang sama dengan bensin dalam sekali hisap oleh piston. Apalagi bensin dalam bentuk kabut lebih padat jika dibanding bensin dalam bentuk gas.

Karena total kalori uap bensin lebih tinggi, maka bensin memiliki daya bakar lebih tinggi pula, akibatnya akan menciptakan ledakan diruang bakar lebih keras, sehingga bunyi mesin yang berbahan bakar bensin akan lebih keras pula dan terkesan kasar dibandingkan berbahan bakar biogas. Guna menaikan kalori dan daya bakar biogas perlu melakukan scrubbing terhadap gas polutanya.

Indikator aliran gas gambar 2. terbuat dari toples plastic yang dikonstruksi sedemikian rupa dengan diisi air/larutan kapur sehingga berfungsi untuk memberikan indikasi bahwa proses produksi biogas berjalan dengan ditandai adanya gelembung-gelembung udara didalam air sehingga frekuensinya bisa menjadi ukuran akan kecepatan produksi biogasnya.

Konstruksi ini juga berfungsi sebagai scrubber gas CO2 yang terkandung dalam biogas. Larutan serbuk kapur Ca(OH)2 berfungsi untuk mereduksi CO2 dalam biogas. Prinsipnya adalah aliran biogas direaksikan dengan Ca(OH)2 menjadi kalsium karbonat CaCO3.

Reaksi Ca(OH)2 + CO2 ------> CaCO3 + H2OSehingga gas methane CH4 yang dihasilkan prosentasenya meningkat menjadi mendekati Biomethane CH4.

Volume kapur CaO yang dibutuhkan tidaklah banyak, untuk 0,5 liter kapur dapat berfungsi menyerap CO2 selama 1,5 – 2 minggu. Sebagian dari H2S juga tereduksi oleh larutan ini.

2. Tabung penghilang bau biogas (H2S); Bagian ini merupakan proses scrubbing biogas dengan menggunakan limbah sisa sampah bengkel bubut. Tabung penghilang bau biogas bisa dibuat dari tabung yang diisi serbuk besi yang berfungsi sebagai media penyaring gas H2S. Yang intinya adalah biogas dialirkan melalui sebuah separator serbuk logam yang mudah berkarat. Sehingga gas yang berbau itu akan bereaksi dan terlarut dengan serbuk logam ini

.

Gambar 6. Scrubber/Indikator Biogas

Bau busuk yang diciptakan oleh biogas berasal dari kandungan gas asam yaitu hydrogen-sulfid (H2S), gas ini bersifat racun dan korosif. Mustinya bau dari gas itu merupakan indikator sehingga jika terjadi kebocoran akan mudah untuk mendeteksinya. Namun dari pengalaman kami selama dari tahun 2007 menyelenggarakan sosialisasi biogas kepada masyarakat Kelompok Tani Ternak di Kabupaten Kebumen frekuwensi pertanyaan yang sering muncul adalah mengenai bau yang menjijikan..

IV. KESIMPULAN

Secara praktis metode sederhana produksi biogas dari kotoran ternak sudah dapat dimanfaatkan untuk keperluan memasak rumah-tangga yang dilengkapi dengan instalasi peralatan yang fleksibel. Dengan keterbatasan kepemilikan sapi antara 1 s/d 2 ekor, juga tetap merupakan potensi sumber energi alternative biogas tentu saja harus diimbangi dengan pola makan sapi yang berprotein, konstruksi digester juga sangat berpengaruh terhadap kinerja produksi biogas.Teknik komposisi penyampuran kotoran, kandungan nutrisi dan factor-faktor lain yang belum menjadi perhatian yang optimal bagi para peneliti, praktisi, innovator, pengolah dan pemakai biogas.

Disamping itu kita masih memiliki masalah yang harus menjadi bidang kajian dan pengembangan, bahwa efisiensi dan produksi biogas harus ditingkatkan baik dari segi mutu maupun volume produksi. Dari segi mutu bahwa biogas memiliki daya bakar yang rendah tidak seperti gas LPG, bau busuk biogas juga menyengat seperti bau kentut, dari segi volume produksi bahwa biogas mustinya juga bisa diproduksi secara singkat, dengan hasil yang berlipat dari proses pengolahan biogas pada umumnya.

5

VI. DAFTAR PUSTAKA

Anonim “Doe Fundamentals Hands Book Chemistry” Volume 1 of 2 U.S. Department of Energy FSC-6910 Washington, DC. 20585

Yudi Susetyo, Ida Betanursanti, “Pemanfaatan Bahan Galian Serbuk Batu Kapur Di Kabupaten Kebumen Sebagai Media Penyerap Gas CO2 yang Terkandung Didalam Bahan Bakar Gas Dari Sekam Padi”, Riset Unggulan Daerah BAPPEDA Kabupaten Kebumen, Tahun 2009

S.S. Kapdi, V.K. Vijay, S.K. Rajesh, Rajendra Prasad,“Biogas scrubbing, compression and storage: perspective and prospectus in Indian context”, Centre for Rural Development and Technology, Indian Institute of Technology, New Delhi 110 016, India 2004

6