Tugas Makalah

Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar

Nama : Ahmad Afif Hidayat

Nim : 125524235

Prodi : S1 Pendidkan Teknik Mesin

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

2014

Pembuatan Biogas dari Kotoran Ternak sebagai Alternatif Energi

I. PENDAHULUAN

Pesatnya laju pertumbuhan penduduk menyebabkan kebutuhan sumber daya alam semakin bertambah, salah satunya kebutuhan bahan bakar minyak (BBM). Hal yang saat ini banyak dikhawatirkan orang bahwa jumlah cadangan minyak yang menurun dari hari ke hari terancam habis. Karena itu perlu adanya energi alternatif untuk menghemat cadangan minyak yang ada saat ini. Biogas adalah salah satu energi yang dapat dikembangkan dengan memberikan cukup bahan baku yang tersedia dan bersifat renewable (terbarukan). Dengan menggunakan sumber energi terbarukan yang relatif mudah didapat, biaya operasionalnya rendah, serta tidak mengakibatkan masalah limbah, kekurangan bahan bakar minyak dapat diatasi.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Departemen Pertanian tahun 2007, disebutkan bahwa kotoran sapi mengandung selulosa, hemisellulosa, lignin, karbonat organik, nitrogen, fosfor dan kalium. Sapi memiliki sistem pencernaan khusus yang menggunakan mikroorganisme dalam sistem pencernaan yang berfungsi untuk mencerna selulosa dan lignin dari rumput berserat tinggi. Oleh karena itu, pupuk sapi kandang memiliki kandungan selulosa yang tinggi sehingga nilai kalor yang dihasilkan oleh biogaspun cukup tinggi, yaitu kisaran 4800-6700 kkal/m3, untuk metana murni (100%) memiliki nilai kalori 8900 kkL/m3. Berikut ini Tabel Komposisi biogas (%) kotoran sapi dan campuran kotoran ternak dengan sisa pertanian.

Jenis gas

Biogas

Kotoran sapi Campuran 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)

II. PEMBAHASAN

Biogas adalah campuran beberapa gas hasil fermentasi atau dekomposisi bahan organik dalam kondisi anaerob. Gas yang dominan dihasilkan adalah metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Dalam

Wikipedia.org disebutkan bahwa, “Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk di antaranya; kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik.”

Melalui biokonversi, limbah organik seperti tinja, sampah domestik dan limbah pertanian dapat dikonversi menjadi bioenergi. Bioenergi merupakan gas kompleks yang terdiri dari Metana,

karbondioksida, Asam sulfida, dan gas-gas lainnya. Biokonversi limbah organik ini melibatkan proses fermentasi. Proses biokonversi seperti ini dikenal pula sebagai proses Pencernaan

Anaerob.Proses biokonversi secara alami terjadi pula di alam, yakni dalam pembentukan gas rawa atau sebagai produk samping dari pencernaan hewan, khususnya hewan-hewan pemamah biak. Gas rawa sebenarnya merupakan gas metan yang terbentuk dari bahan-bahan organik tanaman melalui proses dekomposisi tanaman oleh bakteri. Selanjutnya, gas ini dikeluarkan dari rawa dan dalam kondisi tertentu dapat terbakar secara spontan. Gas ini secara ekonomi merupakan bahan bakar penting yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak, tetapi karena tumbuhan yang didekomposisi secara alami jumlahnya terbatas, maka perlu dicari bahan baku dan teknologi penggantinya.

Pembentukan gas pada hewan pemamah biak terjadi di dalam lambung dan berlangsung bersamaan dengan proses pencernaan makanan. Di dalam lambung, bahan-bahan berselulosa dari rumput-rumputan atau bahan lain yang menjadi makanan hewan pemamah biak dengan penambahan air diubah menjadi asam organik. Asam organik ini selanjutnya diurai secara anaerob menjadi gas metan dan karbondioksida. Diperkirakan sekitar 75 jutan ton gas metan dikeluarkan oleh hewan pemamah biak setiap tahunnya.

Proses pembuatan gas metan secara anaerob melibatkan interaksi kompleks dari sejumlah bakteri yang berbeda, protozoa maupun jamur. Beberapa bakteri yang terlibat adalah Bacteroides,

Clostridium butyrinum, Escericia coli dan beberapa bakteri usus lainnya, Methanobacterium, dan Methanobacillus. Dua bakteri terakhir merupakan bakteri utama penghasil metan dan hidup secara anaerob. Proses pembuatan metan ini terbagi ke dalam tiga tahap, yaitu :

1. Hidrolisis secara enzimatik, bahan-bahan organik tak larut menjadi bahan-bahan organik dapat

larut. Enzim utama yang terlibat adalah selulase yang menguraikan selulosa.

2. Perubahan bahan-bahan organik dapat larut menjadi asam organik. Pembentukan asam organik

ini terjadi dengan bantuan bakteri non methanogenik, protozoa dan jamur.

3. Perubahan asam organik menjadi gas metan dan karbondioksida. Proses perubahan ini dapat

terjadi karena adanya bantuan bakteri Metanogenik (Methanobacterium dan

Methanobacillus).

Keseluruhan reaksi perubahan bahan organik menjadi gas metan dan karbondioksida

dapat dituliskan dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

(C6 H10 O5)n + n H2O ------ 3n CO2 + 3n CH4

Persamaan di atas berlaku bila yang menjadi substrat adalah selulosa. Untuk substrat yang berupa senyawa organik kompleks, seperti Lignin dan tanin dan senyawa Polimer Aromatik lainnya, pembentukan gas metan tidak melalui reaksi seperti di atas. Substrat yang berupa senyawa aromatik yang lebih sederhana melalui aktifitas aerobik beberapa enzim ekstraselular yang dihasilkan oleh sejumlah mikroorganisme. Senyawa-senyawa aromatik sederhana ini umumnya Benzenoid. Selanjutnya, senyawa benzenoid ini melalui aktifitas bakteri metaorganik, seperti

Methanobacterium formicum dan Methanospirilum hungati, seca anaerob diubah menjadi gas metan dan karbondioksida. Proses perubahan ini terjadi melalui tahapan reaksi seperti berikut :

4 C6H5 COOH + 24 H2 O ------ 12 CH3COOH + 4 HCOOH + 8 H2

12 H3COOH ------ 12 CH4 + 12 CO2

4COOH ------ 4 CO2 + H2

3CO2 + 12 H2 ------ 3 CH4 + 6 H2O

Secara singkat reaksi keseluruhan di atas dapat disederhanakan menjadi:

4C6H5 COOH + 18 H2 O ------ 15 CH4 + CO2

Instalasi Biogas

a. Prinsip Teknologi Biogas

Pada prinsipnya, teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan fermentasi bahan organik oleh bakteri anaerob yang menghasilkan gas metana. Gas metana adalah gas yang mengandung satu atom C dan empat atom H yang memiliki sifat mudah terbakar. Gas metana yang dihasilkan kemudian dapat dibakar sehingga panaspun dapat dihasilkan. Sifat gas ini tidak berwarna, tidak berbau dan sangat cepat menyala.

Menurut Direktorat Jenderal PPHP-Departemen Pertanian (2006), 1 m3 biogas setara dengan: a. LPG: 0,46 Kg

b. Minyak Tanah: 0,62 Ltr

c. Minyak solar: 0,52 Ltr

d. Bensin: 0,80 Ltr

e. Kayu bakar: 3,50 Kg

b. Jenis Pabrik Biogas

Jenis Pabrik biogas dapat dilihat dari konstruksi dan bahan baku. Dalam hal konstruksi, secara umum, pabrik biogas diklasifikasikan menjadi dua jenis:

• Kubah tetap : Kubah tetap merupakan konstruksi yang memiliki volume tetap sehingga

produksi gas akan meningkatkan generator tekanan.

• Drum mengambang : Drum mengambang berarti ada bagian pada pabrik yang dapat

dipindahkan untuk menyesuaikan diri dengan peningkatan pembangkit tekanan.

c. Proses Pembuatan Biogas

Bangunan utama dari instalasi biogas adalah digester, yang berfungsi untuk menampung gas metan hasil perombakan bahan bahan organik oleh bakteri. Jenis digester yang paling banyak digunakan adalah model continuous feeding dimana pengisian bahan organiknya dilakukan secara kontinu setiap hari. Lokasi yang akan dibangun sebaiknya dekat dengan kandang sehingga kotoran ternak dapat langsung disalurkan kedalam digester. Disamping digester harus dibangun juga penampung sludge (lumpur) dimana slugde tersebut nantinya dapat dipisahkan dan dijadikan pupuk organik padat dan pupuk organik cair.

Berikut adalah cara pembuatan biogas dari kotoran ternak.

1. Mencampur kotoran sapi dengan air sampai terbentuk lumpur dengan perbandingan 1:1 pada

bak penampung sementara.

2. Mengalirkan lumpur kedalam digester melalui lubang pemasukan. Pada pengisian pertama

kran gas yang ada diatas digester dibuka agar pemasukan lebih mudah dan udara yang ada

didalam digester terdesak keluar. Pada pengisian pertama ini dibutuhkan lumpur kotoran sapi

dalam jumlah yang banyak sampai digester penuh.

3. Melakukan penambahan starter (banyak dijual dipasaran) sebanyak 1 liter dan isi rumen segar

(bagian usus) dari rumah potong hewan (RPH) sebanyak 5 karung untuk kapasitas digester

3,5 - 5,0 m2. Setelah digester penuh, kran gas ditutup supaya terjadi proses fermentasi.

4. Membuang gas yang pertama dihasilkan pada hari ke-1 sampai ke-8 karena yang

terbentuk adalah gas CO2. Sedangkan pada hari ke-10 sampai hari ke-14 baru terbentuk gas metan (CH4) dan CO2 mulai menurun. Pada komposisi CH4 54% dan CO2 27% maka biogas akan menyala.

5. Pada hari ke-14 gas yang terbentuk dapat digunakan untuk menyalakan api pada kompor gas

atau kebutuhan lainnya. Mulai hari ke-14 ini kita sudah bisa menghasilkan energi biogas

yang selalu terbarukan.

III. PENUTUP

Biogas dapat disimpulkan sebagai salah satu jenis energi yang dapat dibuat dari fermentasi berbagai jenis bahan limbah seperti sampah, pupuk, kotoran manusia, jerami, dan bahan lainnya dalam kondisi anaerob dan menghasilkan gas. Singkatnya, semua jenis bahan dalam hal kimia termasuk senyawa organik, baik berasal dari limbah dan kotoran hewan atau sisa tanaman, dapat digunakan sebagai biogas. Selain menghasilkan gas metan untuk memasak, biogas juga mengurangi pencemaran lingkungan, menghasilkan pupuk organik padat dan pupuk organik cair. Dengan adanya biogas sebagai energi alternatif, permasalahan kekurangan bahan bakar minyak (BBM) dapat diatasi melalui pengurangan ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar minyak bumi yang tidak bisa diperbaharui.

IV. DAFTAR PUSTAKA

Suhut Simamora, Salundik, Sri Wahyuni, & Surajudin (2006). “Membuat Biogas :

Pengganti Bahan Bakar Minyak & Gas dari Kotoran Ternak ” . Agromedia Pustaka, 18-20.

Sugi Rahayu, D. P. (2009). “Pemanfaatan KotoranTernak Sapi Sebagai Sumber Energi AlternatifRamah Lingkungan Beserta Aspek Sosio Kulturalnya”. Inotek, 150-160.

“Pengertian Biogas”. Diakses dari situs wikipedia.org pada tanggal 27 Oktober 2013, dengan alamat http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas#Referensi.

Peni Wahyu, Teguh Purwanto (2007). “Petunjuk Teknis Pembuatan kompos Berbahan Kotoran Sapi”. Pusat Penelitian dan Pengembangan Peternakan.