ZERO WASTE :

ENERGI BIOGAS

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Masalah saat ini antara lain

adalah:

- Energi

- Lingkungan Hidup

- Pembangunan Pertanian Berkelanjutan

Pengembangan teknologi biogas

menguntungkan karena:

- dapat mengurangi pencemaran udara, tanah, air dan biologis

- untuk pupuk : kompos dan pupuk cair

Hambatan

Pengembangan instalasi biogas

- Kurangnya technical expertise

- Tidak berfungsinya digester (bocor, kesalahan konstruksi, dll)

- Disain tidak user friendly

- Memerlukan penanganan secara manual

(pengumpanan/ pengeluaran material dari digester)

- Biaya pembuatan masih mahal

Tabel 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

jam operasi : 8 jam/hari

**) total area potensial 2 ·106 km2

***) total luasan kincir angin per unit : 250 m x 250 m

Sumber: RIPEBAT; DGEEU, 1977; ACE (2002)

Prinsip pengolahan limbah cair

1. Secara fisika : pengendapan, penyaringan, adsorbsi, sedimentasi

2. Secara kimiawi : netralisasi, presipitasi, oksidasi, reduksi , pertukaran ion

3. Secara biologis : proses aktivitas metabolis (aerobik, anaerobik, anoksik)

Limbah industri pertanian biodegradable Sistem biologis

• Pengolahan secara aerobik + activated sludge:

biaya cukup murah, namun memerlukan lahan yang cukup luas

• Pengolahan secara anaerobik:

Memerlukan biaya investasi yang cukup mahal,

tetapi menghasilkan energi biogas

Gambar Limbah industri tapioka (onggok)

Umur panen : 8 – 18 bulan

Produktivitas : 16 – 45 ton/ha

Rendemen pati : 2 – 9 ton/ha

Gambar Limbah industri / pabrik gula

Gambar Limbah industri kelapa sawit

1 ton Crude Palm Oil (CPO) 2,5 ton limbah pabrik kelapa sawit

Gambar Limbah peternakan sapi besar

Kororan ternak : 10 20 kg/ekor

Gambar 3. Kontruksi Biodigester

Sahrul dan Milono (1983) : biogas dari onggok limbah industri tapioka

Gumbira Said, dkk (1994) : studi pembuatan biogas dari tandan kosong

kelapa sawit, perikarp dan lumpur limbah pabrik kelapa sawit

Sidharta, dkk (1995) : kajian pemanfaatan limbah kelapa sawit untuk biogas

Khuzaini dan Edy (2003) : pengolahan limbah pabrik etanol untuk biogas

Beberapa Study/ Kajian Pemanfaatan Limbah Industri Pertanian untuk Biogas

Perumahan

Industri

Kolam ikan

Kolam itik

gangang

kolam

Kolam

pengendapan

Instalasi

BiogasKandang

Hewan

Tanaman pangan

Hutan

Bahan bakar padat,

cair dan gas

Makanan

Makanan

Limbah domestik/

industri

Aplikasi langsung

Proses Photovoltaic Makanan mns

Photosynthesis

Energi matahari

(Bio-degradation)

pupuk

Kotoran hewan

Limbah pertanian

Pakan ternak

Makanan mns

Kayu bakar

Biogas untuk

memasak

penerangan

Refrigasi

Transportasi

Pembangkit listrik

Gambar Komponen Sistem Bio-Energi Terintegrasi

PENGEMBANGAN PETERNAKAN (Ditjend. Peternakan, Deptan)

Fokus tahun 2002 -2005: Kawasan Agribisnis Berbasis Peternakan

1. Kawasan khusus peternakan

Kawasan sapi perah: Jabar dan Jatim

Kawasan Sapi Potong:

Sumatera : NAD, Sumbar, Sumsel

Jawa : Jateng, Jatim dan DI Yogyakarta

Kawasan Timur Indonesia : Sulsel, NTT, NTB, dan Bali

2. Kawasan terintegrasi

Kawasan integrasi kelapa sawit dan sapi: Prov. Bengkulu

3. Agropolitan

Provinsi SUMBAR (Kab. Agam) komoditas unggulan peternakan

Provinsi SULSEL (Kab. Barru) komoditas unggulan peternakan

Ternak Sapi

Kotoran

Ternak

Alat/Mesin:

- Pencacah

- Penghancur tongkol

Biogas

Pupuk cair/padat

Gas

Procesing/ Industri Makanan:- Pengeringan- Industri marning, keripik jagung,

dsb

Tungku Pemanas

Tenaga Hewan:- Angkutan- Pengolahan tanah, penanaman, penyiangan dan pemupukan

Kompos

Pompa airRumah Tangga: Lampu, kompor, pemanas air

Motorpenggerak

Alat/ Mesin:Pengolah tanah penanampenyiangpemupukpemipilpengeringpenyimpan

Pakan TernakLimbah:

- Batang dan daun

- Tongkol jagung

Bahan baku industri

berbasis jagung

Bahan baku industri

berbasis ternak sapi

Budidaya Jagung

Contoh peranan teknologi biogas dalam CLS

-Kompor gas

- Lampu

petromak

Daya:

Digester

Kandang Sapi

Bak Penampung

Kotoran Sapi

Kolam Penampung Air

(pupuk cair/ kompos)

Gambar Instalasi Pemroses Kotoran Ternak menjadi Biogas dan Pemanfaatannya

Diesel

Engine

Pemurnian

Gas metana

Pompa

air

Chopper

Kemasan

gas metana

dalam tabung

Pemanfaatan

pupuk cair/

kompos

DIPA 2005

DIPA 2006

Gas

Slurry

Selulosa

Glukosa

Asam Lemakdan Alkohol

Metan + CO2

(C6H10O5)n + nH2O n(C6H12O6)

selulosa glukosa1. Hidrolisis

2. Pengasaman

3. Metanogenik

(C6H12O6)n + nH2O CH3CHOHCOOH

glukosa asam laktat

CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2

asam butirat

CH3CH2OH + CO2

etanol

4H2 + CO2 2H2O + CH4

CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + CH4

CH3COOH + CO2 CO2 + CH4

CH3CH2CH2COOH + 2H2 + CO2 CH3COOH + CH4

Gambar Tahap Pembentukan Biogas (FAO, 1978)

Faktor yg berpengaruh:

pH

Temperature

Laju Pengisian

Waktu tinggal dalam

digester

Toxicity

1 m3

biogas

Dapat

membangkitkan

listrik

1,25 kW

Dapat untuk

memasak 3

macam masakan

untuk 4 orang

Dapat untuk

menjalankan 300

liler kulkas

selama 3 jam

Dapat untuk

menjalankan

mesin 2 HP

selama 1 jam

Dapat untuk

menyalakan lampu

60 W selama

7 jam

Aplikasi-aplikasi yang mungkin dari biogas (Sumber: United Nations, 1980)

digester biogas dirancang untuk 10 ekor sapi

kotoran sapi 20 kg/hari/ekor

retention time 45 hari

kapasitas digester 18 m3

Perkiraan produksi biogas yaitu 6 m3/ hari

(untuk rata-rata produksi biogas 30 liter gas/kg kotoran sapi).

Gambar Disain digester (tipe fixed dome)

Pengembangan teknologi biogas di BBP Mekanisasi Pertanian

Lubang

Pengeluaran

Pengeluaran

Gas

Gas

Slurry

Lubang

Pengisian

Lubang geser

Penutup dilapisi

tanah lempung

1000 mmMax.

Penutup

mudah dilepas

Gambar Fixed Dome (Chinese) Digester

Gambar Digester yang dikembangkan

Gambar Pengukuran debit aliran gas, gas meter dan pressure gauge

Gambar Penggunaan biogas untuk lampu penerangan dan kompor gas

Pengujian Genset Dengan Bahan Bakar Biogas

Generator listrik dengan penggerak

mesin diesel (bahan bakar minyak

solar/biogas) (3000W)

Gambar Algen gas generator (1500 W)

Gambar Algen gas generator (700 W)

Uraian Referensi Hasil Pengukuran

1. Kondisi bahan (kotoran sapi)

- Kadar air, %

- C/N rasio

- COD, mg/l

- BOD/ COD

2. Kondisi dalam digester (proses)

- Suhu, oC

- pH

3. Kandungan Kimia Biogas

- CH4, %

- CO2, %

- H2S, g/ m3

- NH3 , g/ m3

4. Kondisi lumpur keluaran dari digester

- COD

- BOD/ COD

- Kandungan unsur hara (utama), %

Nitrogen

Pospor

Kalium

7 – 9

1: 25 1: 30

-

-

35

7,0 – 8,0

50 – 60

30 – 40

< 1%

-

500 – 2500

0,5

1,45

1,1 0

1,10

13,59

1 : 16,69

19 800

0,06

25 – 27

7 – 8,6

77,13

20,88

1544,46

40,12

1 960

0,37

1,82

0,73

0,41

Hasil Uji

Pemanfaatan Biogas Referensi Hasil pengukuran

- Lampu penerangan

(m3/ jam)

- Kompor gas

(m3/ jam)

- Energi listrik

Algen gas generator (700 W)

Algen gas generator (1500

W)

Modifikasi diesel engine 6HP

(3000 W)

0,11 – 0,15

(penerangan setara dengan 60 watt

lampu bohlam 100 candle power

620 lumen).

Tekanan: 70 85 mmH2O

0,2 – 0,45

0,3 m3/ orang/ hari

Tekanan: 75 90 mmH2O

0.5 m3 biogas/kwh

0.35 m3 biogas/kwh

perbandingan solar : biogas = 10 : 9

0,15 – 0,3

Tekanan = 30 – 60 mmH2O

0,2 – 0,4

Tekanan = 60 – 85 mmH2O

0.55 m3 biogas/kwh

0.40 m3 biogas/kwh

100 ml solar,

0.39 m3 biogas/kwh

Tabel Pemanfaatan Biogas

Tabel Parameter dan hasil analisa kelayakan ekonomi

Parameter dan Hasil Analisa Reaktor

Biogas

Generator

Listrik

1. Parameter

Biaya investasi, Rp

Biaya operasional dan perawatan, Rp/tahun

Pendapatan, Rp/tahun

Keuntungan, Rp/tahun

Umur ekonomi, tahun

Produksi gas, m3/hari

Produksi gas, m3/tahun

Suku Bunga , %/tahun

2. Hasil Analisa Kelayakan Ekonomi

Net Present Worth (NPW), Rp

Net Present Cost (NPC), Rp

Net Present Revenue (NPR), Rp

B/C Ratio

Simple Payback, tahun

Internal Rate Return (IRR), %

18 448 000

2 767 200

7 051 800

4 284 600

20

6

2190

12

13 555 578

39 117 444

52 673 023

1,35

4,3

23,70

7500000

1125000

6504300

5379300

5

-

12

12

11891173

11555373

23446546

2.03

1.4

43.39

Tabel Hasil analisa emisi gas buang dari genset (bahan bakar minyak

solar/biogas)

Deskripsi Hasil Batas

Ambang

Satuan Metode Analisa

Nitrogen dioxide, NO2

Sulfur dioxide, SO2

Ammonia, NH3

Hydrogen Sulfide, H2S

Hydrogen Chloride, HCl

Hydrogen Fluoride,HF

Chlorine, Cl2

Particle

Arsenic, As

Mercury, Hg

Antimony, Sb

Cadmium, Cd

Zinc, Zn

Lead, Pb

Opacity

19,55

0,01

<0,001

0,09

0,03

<0,1

5,87

141,67

<0,003

0,04

<0,02

<0,008

0,03

0,07

0

1000

800

0,5

35

5

10

10

350

8

5

8

8

50

12

35

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3)

%

Spectrometry (Griess Saltzman)

Spectrometry (Pararosanilin)

Spectrometry (Indophenol)

Spectrometry (Methylen Blue)

Spectrometry (Mercury Tiosianat)

Spectrometri (Alizarin)

Spectrometry (Methyl Orange)

Gravimetry

AAS

AAS

AAS

AAS

AAS

AAS

Visual Ringelman

Catatan: Peraturan emisi kualitas udara standard Kep-13/MENLH/3/1995

(berlaku efektif sejak tahun 2000)

PENUTUP

- Pengelolaan limbah agroindustri memegang peranan penting

karena dapat menyebabkan pencemaran lingkungan (tanah, air,

udara dan biologis). Pencemaran tersebut dapat mengganggu

kuali tas l ingkungan hidup yang pada akhirnya dapat

menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan manusia.

- Pemanfaatan limbah agroindustri dengan recycle dan prinsip

zero waste sehingga proses produksi dilakukan dengan

mengacu wawasan lingkungan dan pertanian berkelanjutan.

- Sasaran pengembangan teknologi biogas untuk menangani

limbah agroindustri diharapkan dapat memberikan nilai tambah

ekonomi dan perbaikan lingkungan hidup. .