PENDAHULUAN
Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial didunia. Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Selain itu, peningkatan harga minyak dunia hingga mencapai 100 U$ per barel juga menjadi alasan yang serius yang menimpa banyak negara di dunia terutama Indonesia.
Lonjakan harga minyak dunia akan memberikan dampak yang besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang.
Gambar 1.1 potret antrian minyak tanah
Selain problem krisis energy, di masa sekarang kita juga dihadapi dengan masalah lingkungan lainnya,salah satunya adalah pemansan global. Pemanasan Global (Global Warming) adalah masalah serius dan mendesak untuk diperhatikan, akan semakin menjadi parah dimasa yang akan datang jika tidak segera diatasi mulai dari sekarang.
Gambar 1.2 dampak pemanasan global
Apakah kita mau bumi kita seperti ini ? Tentu tidak bukan ?
Gambar 1.3 efek pemanasan global
Problem gas rumah kaca diatas dan krisis energy misalnya,masalah lingkungan tersebut memiliki solusi yang berasal dari lingkungan juga.Masalah tersebut bisa dijawab dengan biomassa yang asal mulanya dari alam . Bagaimana bisa ?
Gas rumah kaca yang disebabkan oleh bahan bakar fosil, seperti karbon dioksida ketika dilepaskan di atmosfir, keberadaannya akan menghalangi panas yang akan meninggalkan bumi sehingga akan meningkatkan temperature bumi. Bila hal ini terjadi maka maka akan terjadi perubahan iklim yang akan mempengaruhi kualitas kehidupan di lingkungan kita. Selain disebabkan oleh CO2, gas berikut juga memiliki kontribusi dalam pemanasan global, methane (CH4) dan nitrous oksida (N2O). Pembakaran biomassa sebenarnya menghasilkan CO2 tetapi karbon dioksida yang di hasilkan akan distabilisasi dengan serap kembali oleh tumbuhan, sehingga tidak ada penimbuan karbon dioksida dalam atmosfer dan keberadaannya terus seimbang.
Salah satu sumber energi alternatif adalah biogas.Ketika seseorang berbicara mengenai biogas, biasanya yang dimaksud adalah gas yang dihasilkan oleh proses biologis yang anaerob (tanpa bersentuhan dengan oksigen bebas) yang terdiri dari kombinasi methane (CH4), karbon dioksida (CO2), Air dalam bentuk uap (H20), dan beberapa gas lain seperti hidrogen sulfida (H2S), gas nitrogen (N2), gas hidrogen (H2) dan jenis gas lainnya dalam jumlah kecil. Secara lebih singkat, biogas dapat diartikan sebagai “gas yang diproduksi oleh makhluk hidup”, Akan tetapi disini penulis menceritakan biogas berasal dari berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan yang 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.
BAB 2
2.1 SEJARAH BIOGAS
Sejarah penemuan proses anaerobik digestion untuk menghasilkan biogas tersebar di benua Eropa. Penemuan ilmuwan Volta terhadap gas yang dikeluarkan di rawa-rawa terjadi pada tahun 1770, beberapa dekade kemudian, Avogadro mengidentifikasikan tentang gas metana. Setelah tahun 1875 dipastikan bahwa biogas merupakan produk dari proses anaerobik digestion. Tahun 1884 Pasteour melakukan penelitian tentang biogas menggunakan kotoran hewan. Era penelitian Pasteour menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga saat ini.
Kebudayaan Mesir, China, dan Roma kuno diketahui telah memanfaatkan gas alam ini yang dibakar untuk menghasilkan panas. Namun, orang pertama yang mengaitkan gas bakar ini dengan proses pembusukan bahan sayuran adalah Alessandro Volta (1776), sedangkan Willam Henry pada tahun 1806 mengidentifikasikan gas yang dapat terbakar tersebut sebagai methan. Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan.
Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Jerman dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua Perang Dunia dan beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama Perang Dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena harga BBM semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun 1950-an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. (FAO, The Development and Use of Biogas Technology in Rural Asia, 1981).
Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit gas bio dengan prinsip yang sama, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyaluran gas bio yang terbentuk.
Paling tidak, ada dua macam Biogas yang dikenal saat ini, yaitu Biogas (yang juga sering disebut gas rawa) dan Biosyngas. Perbedaan mendasar dari kedua bahan diatas adalah cara pembuatannya. Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik dengan bantuan bakteri anaerob pada lingkungan tanpa oksigen bebasSedangkan Biosyngas (atau lebih sering disingkat Syngas atau Producer Gas) adalah produk antara (intermediate) yang dibuat melalui proses gasifikasi thermokimia dimana pada suhu tinggi material kaya karbon seperti batubara, minyak bumi, gas alam atau biomassa dirubah menjadi karbon monoksida (CO) dan hidrogen (O2). Apabila bahan bakunya batubara, minyak bumi dan gas alam, maka disebut Syngas, sedangkan jika bahan bakunya biomassa maka disebut Biosyngas. Biosyngas dapat digunakan langsung menjadi bahan bakar atau sebagai bahan baku untuk proses kimia lainnya.
2.2 BIOGAS
Biogas adalah salah satu energi alternaitf. energi ini diperoleh dengan cara memanfaatkan limbah dari kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik, dengan menggunakan prinsip fermentasi.contohnya terdegradasinya kotoran ternak akibat dari kerja mikroba, fermentasi ini akan mengahsilkan gas yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar atau energi dalam rumah tangga.Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan maupun untuk menghasilkan listrik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida.
Biogas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon diatmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil.
Gambar 2.1 Siklus biogas
Berbeda dari bahan bakar minyak bumi dan batu bara, walaupun proses awal pembuatannya juga dari makhluk hidup, namun tidak dapat diperbaharui karena pembentukan kedua bahan bakar tersebut membutuhkan waktu jutaan tahun. Biofuel sendiri merupakan salah satu contoh biomassa. Sesuai dengan namanya, Biogas adalah gas mudah terbakar(flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara). Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigenyang disebut anaerobik digestion Gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana.
Biogas berasal dari hasil fermentasi bahan-bahan organik diantaranya:
• Limbah tanaman : tebu, rumput-rumputan, jagung, gandum, dan lain-lain,
• Limbah dan hasil produksi : minyak, bagas, penggilingan padi, limbah sagu,
• Hasil samping industri : tembakau, limbah pengolahan buah-buahan dan sayuran, dedak, kain dari tekstil, ampas tebu dari industri gula dan tapioka, limbah cair industri tahu,
• Limbah perairan : alga laut, tumbuh-tumbuhan air,
• Limbah feses : kotoran sapi, kotoran kerbau, kotoran kambing, kotoran unggas, kotoran manusia.
2.3 REAKTOR BIOGAS
Digester biogas memiliki tiga (3) macam tipe dengan keunggulan dan kelemahannya masingmasing.
Ketiga tipe biogas tersebut adalah :
1. Tipe fixed domed plant (Gambar 1)
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.
• Keunggulan : tidak ada bagian yang bergerak, awet (berumur panjang), dibuat di dalam tanah sehingga terlindung dari berbagai cuaca atau gangguan lain dan tidak membutuhkan ruangan (diatas tanah)
• Kelemahan : rawan terjadi kertakan di bagian penampung gas, tekanan gas tidak stabil karena tidak ada katup gas.
Gambar 2.2 fixed domed plant
2. Tipe floating drum plant (Gambar 1)
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
• Kelebihan : konstruksi alat sederhana dan mudah dioperasikan. Tekanan gas konstan karena penampung gas yang bergerak mengikuti jumlah gas. Jumlah gas bisa dengan mudah diketahui dengan melihat naik turunya drum.
• Kelemahan : digester rawan korosi sehingga waktu pakai menjadi pendek.
Gambar2.3 floating drum plant
3. Tipe baloon plant (Gambar 1)
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
• Kelebihan : biaya pembuatan murah, mudah dibersihkan, mudah dipindahkan
• Kelemahan : waktu pakai relatif singkat dan mudah mengalami kerusakan
Gambar 2.4 baloon plant
2.4 RENTANG KOMPOSISI BIOGAS
Komposisi biogas bervariasi tergantung dengan asal proses anaerobik yang terjadi. Gas landfill memiliki konsentrasi metana sekitar 50%, sedangkan sistem pengolahan limbah maju dapat menghasilkan biogas dengan 55-75%CH4 .
Tabel 1. Komposisi biogas
Komponen %
Metana (CH4) 55-75
Karbon dioksida (CO2) 25-45
Nitrogen (N2) 0-0.3
Hidrogen (H2) 1-5
Hidrogen sulfida (H2S) 0-3
Oksigen (O2) 0.1-0.5
Sumber : wikipedia
Biogas sebagian besar mengandung gs 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.
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 /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 menimbukan korosif
2.5 MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS
Secara garis besar proses pembentukan gas bio dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu: hidrolisis, asidifikasi (pengasaman) dan pembentukan gas metana. Proses fermentasi anaerob bahan organik yang terdiri dari protein, karbohirat danlemak diuraikan menjadi asam propionat, asam asetat dan asam butirat, yang selanjutnyaproses tersebut menghasilkan gas methan dan karbon dioksida.
( Bell,Aplikasi Biokonversi Limbah Organik. 1979 )
Tahap Hidrolisis
Pada tahap hidrolisis, bahanorganik dienzimatik secara eksternaloleh enzim ekstraselular (selulose,amilase, protease dan lipase) mikroorganisme. Bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat komplek, protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Sebagai contoh polisakarida diubah menjadi monosakarida sedangkan protein diubahmenjadi peptida dan asam amino.
Tahap Asidifikasi (Pengasaman)
Pada tahap ini bakteri menghasilkan asam, mengubah senyawa rantai pendek hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat, hydrogen (H2) dan karbondioksida. Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerobic yang dapat tumbuh dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan.
Tahap Pembentukan Gas Metana
Pada tahap ini bakteri metanogenik mendekomposisikan senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh bakteri ini menggunakan hidrogen, CO2 dan asam asetat untuk membentuk metana dan CO2. Bakteri penghasil asam dan gas metana bekerjasama secara simbiosis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfir yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metana menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam. Tanpa adanya proses simbiotik tersebut, akan menciptakan kondisi toksik bagi mikroorganisme penghasil asam.
Gambar 2.5 Proses Pembentukan Biogas
2.6 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES ANAEROBIK
Aktivitas metabolism mikroorganisme penghasil metana tergantung pada faktor:
Temperatur
Gas metana dapat diproduksi pada tiga range temperatur sesuai dengan bakteri yang hadir. Bakteri psyhrophilic 0 – 7 0C, bakteri mesophilic pada temperatur 13 – 40 0C sedangkan
thermophilic pada temperatur 55 – 60 0C (Fry,). Seperti halnya proses secara biologi tingkat produksi metana berlipat untuk tiap peningkatan temperature sebesar 10 0C – 15 0C. Jumlah total dari gas yang diproduksi pada jumlah bahan yang tetap, meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur (Meynell,1976).
Ketersediaan Unsur Hara
Bakteri Anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi yang mengandung nitrogen, fosfor, magnesium, sodium, mangan, kalsium dan kobalt (Space and McCarthy
didalam Gunerson and Stuckey, 1986). Level nutrisi harus sekurangnya lebih dari konsentrasi optimum yang dibutuhkan oleh bakteri metanogenik, karena apabila terjadi kekurangan nutrisi akan menjadi penghambat bagi pertumbuhan bakteri. Penambahan nutrisi dengan bahan yang sederhana seperti glukosa, buangan industri, dan sisa sisa tanaman terkadang diberikan dengan tujuan menambah pertumbuhan di dalam digester. (Gunerson and Stuckey, 1986).
Tabel 2. Kondisi Optimum Produksi Biogas
Parameter Kondisi Optimum
Suhu
Derajat Keasaman
Nutrien Utama
Nisbah Karbon dan Nitrogen
Sulfida
Logam-logam Berat Terlarut
Sodium
Kalsium
Magnesium
Amonia 35oC
7 – 7,2
Karbon dan Nitrogen
20/1 sampai 30/1
< 200 mg/L < 1 mg/L < 5000 mg/L < 2000 mg/L < 1200 mg/L < 1700 mg/L Lama Proses Lama proses atau jumlah hari bahan terproses didalam biodigester. Pada digester tipe aliran kontinyu, bahan akan bergerak dari inlet menuju outlet selama waktu tertentu akibat terdorong bahan segar yang dimasukkan, setelah itu bahan akan keluar dengan sendirinya. Panas Jenis Udara Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 Kg suatu zat sebesar 1oC disebut panas jenis. Adapun jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suatu benda atau zat secara menyeluruh sebesar 1oC disebut kapasitas thermal benda atau zat tersebut. Satuan jumlah panas yang dipakai adalah kilo kalori (kcal), dimana 1 kcal sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 kg air sebesar 1oC. Maka satuan panas jenis menjadi kcal /(kgoC). Dalam system SI satuan, sebagai satuan panas dipakai kJ (Kilo Joule) dimana 1 kJ = 0.2389 kcal atau 1 kcal = 4.186 KJ. 1. Panas jenis pada tekanan tetap Jika suatu gas dipanaskan atau didinginkan pada tekanan tetap, maka volume akan membesar atau mengecil lebih banyak dari pada zat cair atau zat padat. Dalam gambar 2.5 diperlihatkan 1 kg gas yang ditempatkan dalam dengan torak yang dapat bergerak tanpa gesekan. Jika silinder dipanaskan maka gas akan mengembang mendorong torak keatas sehingga tekanan di dalam silinder tidak berubah. Dalam hal demikian jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 kg gas tersebut sebesar 1oC disebut panas jenis pada tekanan tetap. Panas jenis ini biasanya diberi lambing cp dimana untuk udara cp = 0.24 kcal/(kgoC) = 1.005 kJ/(kgoC). 2. Panas jenis pada volume tetap Jika 1 kg gas ditempatkan di dalam sebuah bejana tertutup (Gb. 2.6) lalu dipanaskan tanpa dapat berkembang maka tekanan dan temperaturnya akan naik. Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas ini sebesar 1oC dalam keadaan demikian disebut panas jenis pada volume tetap. Panas jenis ini biasannya diberi lambing cv, dimana untuk udara cv = 0.17 kcal/(kgoC) = 0.712 kJ/(kgoC) . 3. Rasio panas jenis Jika kedua panas jenis tersebut di atas diperbandingkan terlihat bahwa panas jenis pada tekanan tetap harganya lebih besar dari pada panas jenis pada volume tetap. Perbandingan antara panas jenis pada tekanan dan panas jenis pada volume tetap biasannya disebut rasio panas jenis yang diberi lambang k. Jadi k = cp/cv, dimana untuk udara kering k = 1.401. Rasio ini mempunyai peranan penting dalam perhitungan kompresi gas. Dalam tabel 2.2 di berikan harga – harga k, cp dan cv untuk beberapa macam gas. Kelembaban Udara a) Udara jenuh Jika sejumlah air mengisi sebuah bejana tertutup, maka dari permukaan bebasnya akan terjadi penguapan. Uap ini akan bercampur dengan udara di atas permukaan air tersebut. penguapan ini tidak dapat berlangsung terus – menerus pada suatu saat akan berhenti karena ruangan diatas permukaan air sudah jenuh. Udara tak jenuh dan udara lembab Udara dimana uap air yang dikandungnya belum mencapai keadaan jenuh disebut udara tak jenuh. Udara yang mengandung uap air disebut udara lembab (tidak kering). b) Kelembaban Sejumlah uap air selalu terdapat di dalam atmosfir. Derajat kekeringan atau kebasahan udara dalam atmosfir disebut kelembaban. Kelembaban biasannya dinyatakan menurut dua cara yaitu kelembaban mutlak dan kelembaban relatif. Tekanan Udara a) Tekanan Gas Jika suatu gas atau udara menempati suatu bejanan tertutup maka pada dinding bejana tersebut akan bekerja suatu gaya. Gaya ini persatuan luas dinding disebut tekanan. Menurut teori ilmu fisika, gas terdiri dari molekul – molekul yang bergerak terus – menerus secara sembarang. Karena gerakan ini, dinding bejana yang akan ditempati akan mendapat tumbukan terus – menerus pula dari banyak molekul. Tumbukan inilah yang dirasakan sebagai tekanan pada dinding. b) Tekanan Atmosfir Tekanan atmosfir yang bekerja dipermukaan bumi dapat dipandang sebagai berat kolom udara mulai daripermukaan bumi sampai batas atmosfir yang paling atas. Untuk kondisi standar, gaya berat kolom udara ini pada setiap 1 cm2 luas permukaan bumi adalah 1.033 kgf. Dengan perkataan lain dapat dinyatakan bahwa tekanan : 1 atm = 1.033 kgf/cm2 = 0.1013 MPa Tekanan atmosfir juga biasa dinyatakan dalam tinggi kolom air raksa (mm Hg), dimana 1 atm = 760 mmHg. c) Tekanan Mutlak Untuk menyatakan besarnya tekanan gas (atau zat cair) dalam suatu ruangan atau pipa biasanya dipakai satuan kgf/cm2 ata Pa (Pascal). Dasar yang dipakai sebagai harga nol dalam mengukur atau menyatakan tekanan ada dua macam. 2.7 PEMANFAATAN BIOGAS Penggunaan biomassa untuk menghasilkan panas secara sederhana sebenarnya telah dilakukan oleh nenek moyang kita beberapa abad yang lalu. Penerapannya masih sangat sederhana, biomassa langsung dibakar dan menghasilkan panas. Di zaman modern sekarang ini panas hasil pembakaran akan dikonversi menjadi energi listrik melali turbin dan generator. Panas hasil pembakaran biomassa akan menghasilkan uap dalam boiler. Uap akan ditransfer kedalam turbin sehingga akan menghasilkan putaran dan menggerakan generator. Putaran dari turbin dikonversi menjadi energi listrik melalui magnet magnet dalam generator. Pembakaran langsung terhadap biomassa memiliki kelemahan, sehingga pada penerapan saat ini mulai menerapkan beberapa teknologi untuk meningkatkanmanfaat biomassa sebagai bahan bakar. Biogas atau metana dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti halnya gas alam. Tujuan utama pembuatan biogas adalah untuk mengisi kekurangan atau mensubtitusi sumber energi alternatif sebagai bahan bakar keperluan rumah tangga, terutama untuk memasak dan lampu penerangan. Hasil lain yang dapat diperoleh adalah pupuk organik yang berguna untuk menyuburkan tanah, media pengembangan protein sel tunggal dan penyediaan bahan pakan ternak, secara tidak langsung unit bio gas dapat memberantas siklus penyakit dan parasit Tabel 3. Perbandingan Nilai Kalor Biogas Tabel 4. Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain Bahan Bakar Jumlah Biogas Elpiji Minyak tanah Minyak solar Bensin Gas kota Kayu bakar 1 m3 0,46 kg 0,62 liter 0,52 liter 0,80 liter 1,50 m3 3,50 kg Nilai kalori biogas tergantung pada komposisi metana dan karbondioksida, dan kandungan air di dalam gas. Gas mengandung banyak kandungan air akibat dari temperature pada saat proses, kandungan air pada bahan dapat menguap dan bercampur dengan metana. Pada biogas dengan kisaran normal yaitu 60-70% metana dan 30-40% karbondioksida, nilai kalori antara 20 – 26 J/cm3. Dalam aplikasinya, biogas digunakan sebagai gas alternatif untuk memanaskan dan menghasilkan energi listrik. Kemampuan biogas sebagai sumber energi sangat tergantung dari jumlah gas metana. Setiap 1 m3 metana setara dengan 10 kwh. Nilai ini setara dengan 0,6 fuel oil. Sebagai pembangkit tenaga listrik, energi yang dihasilkan oleh biogas setara dengan 60—100 watt lampu selama enam jam penerangan. Berikut adalah Tabel 5. yang berisi nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkannya. Tabel 5. Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkannya Aplikasi 1 m3 Biogas Setara dengan Penerangan 60—100 watt lampu bohlam selama enam jam Memasak Dapat memasak tiga jenis bahan makanan untuk keluarga (5—6 orang) Pengganti Bahan Bakar 0,7 kg minyak tanah Tenaga Dapat menjalankan satu motor tenaga kuda selama dua jam Pembangkit Tenaga Listrik Dapat menghasilkan 1,25 kwh listrik Konversi limbah melalui proses anaerobic digestion dengan menghasilkan biogas memiliki beberapa keuntungan , yaitu : • Biogas merupakan energy tanpa menggunakan material yang masih memiliki manfaat termasuk biomassa sehingga tidak merusak keseimbangan karbondioksida yang diakibatkan oleh pengundulan hutan (deforestation) dan perusakan tanah. • Energi biomassa dapat berfungsi sebagai energy pengganti bahan bakar fosil sehingga akan menurunkan gas rumah kaca dan emisi lainya . • Metana merupakan salah satu gas rumah kaca yang keberadaaannya diatmosfer akan meningkatkan temperatur , dengan menggunakan biogas sebagai bahan bakar maka akan mengurangi gas metana di udara . • Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang tidak bermanfaaat, bahkan bisa menngakibatkan racun yang sangat berbahaya. Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah • Selain keuntungan energy yang didapat dari proses anaerobik digestion dengan menghasilkan gas bio, produk samping seperti sludge. Meterial ini diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair. Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk padat. Gambar 2.6 aplikasi biogas
Selain itu limbah hasil pembuatan biogas tidak dibuang begitu saja tetapi dibuat pupuk yang kaya akan nutrisi. Limbah biogas, yaitu kotoran ternak yang telah hilang gasnya (slurry) merupakan pupuk organik yang sangat kaya akan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman. Bahkan, unsur-unsur tertentu seperti protein, selulose, lignin, dan lain-lain tidak bisa digantikan oleh pupuk kimia. Pupuk organik dari biogas telah dicobakan pada tanaman jagung, bawang merah dan padi.
Gambar 2.7 Pupuk cair dari Biogas
2.8 KELEMAHAN PENGGUNAAN BIOGAS
Meskipun biogas memiliki banyak keunggulan juga tapi tetap saja tidak mungkin bagi semuabangsa untuk memiliki akses ke sana, seperti mereka yang pulau atau negara gurun. Untuk negara-negara ini memiliki keterbatasan lahan untuk produksi makanan dan maka akan berakibatkekurangan bahan baku yang diperlukan, dari tanaman kecelakaan, yang dibutuhkan untuk membuat biogas. Untuk maka bangsa ini akan ditolak sarana yang diperlukan untuk bertahanhidup.
Berikut adalah kelemahan biogas ,
• Pengeluaran modal yang tinggi, bahwa biaya tinggi isthe biogas penyulingan terhadap kualitas gas alam. Jadi proses ini tidak menarik dari perspektif ekonomi, dibandingkan dengan biofuellain, dalam skala industri besar.
• Sebagaian nilai biogas agak rendah sehingga tidak membuat kegiatan komersial baik.
• Biogascontains beberapa gas sebagai pengotor, yang korosif dengan logam Paris mesinpembakaran internal.
• Sistem hanya bekerja jika sebagian besar penduduk berpartisipasi, dan dapat melekat padajaringan pasokan pemanasan lokal karena ada sedikit kontrol atau tidak pada tingkat produksigas, meskipun gas bisa, sampai batas tertentu disimpan dan digunakan jika diperlukan.
• Biogas hasil lebih rendah karena sifat melemahkan substrat dan begitu juga menyebabkanpolusi dalam hal kebisingan, udara dan air sebagai banyak limbah industri tersisa setelah prosespembusukan.
• Biogas dapat menyebabkan bau tidak sedap.
• DNA rekombinan teknologi dan bahkan strain teknik perbaikan tidak dapat digunakanuntuk meningkatkan efisiensi proses.
• Degasification meningkatkan risiko penguapan amonia.
• kelemahan utama dari menggunakan biogas di transportasi adalah kuantitas terbatas dankemudian produksi lokal (stasiun biogas jarang berada di tempat-tempat di mana merekadibutuhkan - depot bus, dll).
• As satu menggunakan bahan organik untuk pembentukan biogas ada masih sangat hal-hal kecil untuk kompos atau pupuk.
• Hal ini dapat menghasilkan jumlah yang sangat terbatas listrik dalam skala global.
• Biogas akan mendorong deflasi harga barang, karena banyak produsen, dan surplusketersediaan barang untuk rakyat dan karena itu akan membawa tingkat korupsi tinggi, dari ataske level terendah di masyarakat.
2.9 CONTOH APLIKASI BIOGAS
Di beberapa Negara di dunia sudah memanfaatkan energy biogas ini untuk memenuhi kebutuhan gas di Negara mereka.Di bawah ini merupakan contoh aplikasi bigas dari kotoran manusia di Inggris.
Fasilitas Biogas Kotoran Manusia Di Inggris Mulai Beroperasi
Oxfordshire, sebuah propinsi di Inggris, baru-baru ini berhasil menyelesaikan proyek fasilitas pengolahan limbah kotoran manusia menjadi biogas yang merupakan kerja sama British Gas, Thames Water dan scotia gas network
Fasilitas yang mengolah limbah dari 14 juta pelanggan Thames Water --sebuah perusahaan air bersih-- tersebut diresmikan oleh Sekretaris Energi dan Perubahan Iklim Inggris, Chris Huhne, yang menambahkan bahwa fasilitas tersebut merupakan satu-satunya dan yang pertama di Inggris, dimana penduduk bisa memasak dan memanaskan rumah mereka dengan gas yang didapat dari kotoran sekaligus menunjukkan energy terbarukan di inggris.
Sebanyak 14 juta pelanggan Thames Water memanfaatkan air bersih sebagai keperluan mereka sehari-hari, seperti mencuci, mandi dan termasuk membilas kotoran di dalam toilet. Limbah cair mengalir menuju pengolahan limbah di Didcot --sebuah kota di propinsi tersebut-- untuk segera diolah atau didaur ulang. Sementara limbah yang masih padat atau berbentuk lumpur harus masuk terlebih dulu di tangki pemanas berukuran besar. Di tangki ini proses pencernaan oleh bakteri tanpa kehadiran udara terjadi dan mengurai limbah tersebut menjadi biogas .
Biogas tersebut belum bisa langsung digunakan --meskipun sebenarnya bisa-- karena harus dibersihkan lebih lanjut agar tidak ada partikel atau bakteri lain yang ikut terbawa sebelum memasuki 200 rumah penggunanya. Dibutuhkan kurang lebih 20 hari mulai dari terbilasnya kotoran hingga menjadi biogas yang bersih dan bias dimanfaatkan .
Di Inggris saat ini sudah tersedia 9.600 fasilitas pengolahan limbah yang jika siap mengolah limbah dari seluruh populasi --asumsinya setiap orang menghasilkan limbah kering kotoran sebanyak 30 kg per tahun-- di Inggris, maka kebutuhan gas untuk 200.000 rumah setiap tahunnya akan tercukupi. Bahkan sebuah studi oleh perusahaan jaringan gas di Inggris juga melaporkan bahwa sebesar 15% kebutuhan domestic gas bias di suplai dari biometan pada tahun 2020 .
Sejarah Pemanfaatan Biogas
• 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.
• 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.
• 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 antaralain 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.
KESIMPULAN
Harga bahan bakar minyak yang makin meningkat dan ketersediaannya yang makin menipis serta permasalahan emisi gas rumah kaca merupakan masalah yang dihadapi oleh masyarakat global. Upaya pencarian akan bahan bakar yang lebih ramah terhadap lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan solusi dari permasalahan energi tersebut.Reaktor biogas merupakan salah satu solusi teknologi energi untuk mengatasi kesulitan masyarakat akibat lonjakan harga BBM di tanah air maupun di Negara-negara lainnya. Teknologi ini bisa segera diaplikasikan, terutama untuk kalangan masyarakat pedesaan yang memelihara hewan ternak (sapi, kerbau, atau kambing ataupun juga kotoran manusia).
Teknologi reaktor ini telah cukup lama dikembangkan di berbagai negara, baik negara maju ataupun berkembang, dengan hasil yang cukup baik. Bagi pengguna, reaktor biogas ini akan menghasilkan dua keuntungan sekaligus, yakni berupa bahan bakar gas (untuk memasak) serta pupuk berkualitas tinggi.
Penggunaan reaktor biogas juga memberikan kontribusi positif bagi lingkungan. Biogas dapatmemberikan perlawanan terhadap efek rumah kaca melalui 3 cara, yaitu :
• Biogas memberikan substitusi atau pengganti dari bahan bakar fosil untuk penerangan, kelistrikan, memasak dan pemanasan.
• Methana (CH4) yang dihasilkan secara alami oleh kotoran yang menumpuk merupakan gas penyumbang terbesar pada efek rumah kaca, bahkan lebih besar dibandingkan CO2.Pembakaran Methana pada Biogas mengubahnya
menjadi CO2 sehingga mengurangi jumlah Methana di udara.
• Dengan lestarinya hutan, maka akan menyebabkan CO2 yang ada di udara
akan diserap oleh hutan yang menghasilkan Oksigen yang melawan efek
rumah kaca
Meski demikian terdapat juga kelemahan dari penggunaan biogas yang , salah satunya adalah jika terjadi kebocoran pada system reactor , maka akan sulit terdeteksi sumbernya akibatnya akan berdampak pada lingkungan juga dan juga berdampak dari segi ekonomi.
Dengan melihat sisi positif dan negative dari penggunaan biogas ini , biogas layak digunakan sebagai bahan bakar sebagai pengganti bahan bakar dari fosil. Karena kita tau bahwa semakin hari sumber alam dari fosil semakin menipis.
Dibawah ini pernyataan yang diadaptasi dari buku “Biogas and Waste Recycling, The Philippine Experience” karya Felix Maramba, seorang pengembang sistem biogas yang sukses, terkenal dan menguntungkan secara financial.
“Pengembangan sistem biogas akan meningkatkan kehidupan sosial dan ekonomi di . Caranya adalah dengan mengendalikan polusi yang terjadi pada udara dan air, sehingga menjamin hidup yang lebih sehat. Biogas dapat meningkatkan standar hidup yang berarti juga akan meningkatkan laju perekonomian. Dengan memanfaatkan limbah dan bahan yang tersedia sebagai penunjang kebutuhan pertanian, dan dengan membuat lahan semakin produktif melalui sistem daur ulang akan menimbulkan sebuah pola kehidupan social yang baik yang menunjang kemandirian”.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar