MAKALAH PENGANTAR TEKNIK LINGKUNGAN
PEMANFAATAN BIOGAS SEBAGAI BAHAN BAKAR ENERGI ALTERNATIF
PEMBANGKIT LISTRIK DENGAN MEMANFAATKAN POTENSI PADA KOTORAN
SAPI
Oleh :Kelompok 6NAMA MAHASISWANIM
Faesol Syafaul Said(121910201051)
Badrul Munir(1219102010)
Dovy Risko Baskoro(1219102010)
Rizky Thursiadi(1219102010)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO STRATA 1FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS
JEMBERTAHUN 2014
BAB 1. PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangTelah kita ketahui bersama
bahwa ketersediaan sumber energi alam ini telah semakin menipis
ketersediaanya bahkan bisa dikatakan hampir habis. Jika hal ini
terjadi maka tidak menutup kemungkinan pada masa-masa yang akan
datang kita akan berada pada kondisi dimana krisis energi melanda
yang akan berdampak pada kehidupan manus. Oleh karena itu upaya
pencarian dan inovasi terhadap bahan bakar energi alternatif
semakin gencar dilakukan salah satunya adalah pemanfaaan biogas
sebagai salah satu bahan bakar energi alternatif yang dapat
menjawab sedikit permasalahan terhadap semakin menipisnya
ketersediaan sumber energi di alam ini.Jika Perkembangan jumlah
penduduk di suatu daerah akan berbanding lurus dengan kebutuhan
akan energi listrik di daerah tersebut. Namun hal itu berbanding
terbalik dengan penyediaan energi listrik, semakin hari cadangan
sumber energi tidak terbarukan yang selama ini menjadi bahan bakar
utama pembangkit di Indonesia semakin menipis, sehingga penyediaan
energi listrik juga ikut tersendat. Oleh karena itu, perlu
dipikirkan suatu energi alternatif terbarukan untuk mengatasi
krisis tersebut.Indonesia sebagai negara tropis memiliki potensi
akan sumberdaya energi alternatif yang sangat melimpah akan tetapi
kurangnya pengelolaan yang mendalam dan serius mengakibatkan
potensi sumber daya ini terbuang percuma tanpa menghasilkan nilai
tambah yang cukup baik. Salah satu energi alternatif tersebut
adalah pemanfaatan energi biogas. Biogas dapat dikategorikan
sebagai bioenergi, karena energi yang dihasilkan berasal dari
biomassa. Biomassa adalah materi organik berusia relatif muda yang
berasal dari makhluk hidup atau produk dan limbah industri budidaya
(pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, dan perikanan).
Biogas adalah gas produk akhir pencernaan/degradasi anaerobik
(dalam lingkungan tanpa oksigen) oleh bakteri-bakteri methanogen.
Dan salah satu limbah yang dihasilkan dari aktifitas kehidupan
manusia adalah limbah dari usaha peternakan sapi yang terdiri
feses, urin, gas, dan sisa makanan ternak. Potensi limbah
peternakan sebagai salah satu bahan baku pembuatan biogas dapat
ditemukan disentra-sentra peternakan, terutama peternakan dengan
skala besar yang menghasilkan limbah dalam jumlah besar dan rutin.
Biogas merupakan renewable energy yang dapat dijadikan bahan bakar
alternatif untuk menggantikan bahan bakar yang berasal dari fosil
seperti minyak tanah dan gas alam (Houdkova et.al., 2008).
1.2 Rumusan Masalah 1. Upaya apa yang dapat dilakukan untuk
memanfaatkan potensi yang terkandung pada kotoran ternak sapi baik
itu feses, urin, maupun sisa pakan ternak sapi yang keberadaanya
dirasa masih cukup banyak dan belum ada tindak lanjutnya.2.
Bagaimana pemanfaatan potensi pada kotoran sapi terkait
penggunaanya sebagai bahan baku biogas yang selanjutnya dikonversi
menjadi energi litrik atau Pembangkit Listrik Biogas.3. Seberapa
besar energi output yang bisa dihasilkan yang dapat dimanfaatkan
sebagai bahan bakar alternatif sehingga dapat digunakan untuk
menjalankan pembangkit listrik.
1.3 Tujuan dan Manfaat1. Dapat mengetahui upaya-upaya yang bisa
dilakukan untuk memanfaatkan potensi yang terdapat pada kotoran
sapi baik itu feses, urine maupun sisa-sisa makanan yang terbuang
percuma.2. Dapat mengetahui pemanfaatan kotoran sapi yang dapat
digunakan sebagai bahan baku biogas dan mengetahui proses
pengkonversiannya sehingga menjadi energi listrik 3. Mengetahui
seberapa besar energi yang dihasilkan dari pemanfaatan kotoran sapi
ini sebagai bahan baku biogas untuk membangkitkan pembangkit
listrik.
1.4 Batasan Masalah1. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan
biogas ini adalah kotoran sapi.2. biogas hasil pemanfaatan kotoran
sapi ini hanya dimanfaatkan untuk pembangkitan tenaga listrik tidak
untuk keperluan lain seperti memasak, dan lain sebagainya.3.
Menganalisa dan menghitung besarnya energi biogas yang dihasilkan,
kapasitas pembangkit listrik tenaga biogas4. Mengkaji pemanfaatan
limbah peternakan sehingga bisa menghasikan tenaga listrik yang
optimal.
BAB 2. PEMBAHASAN2.1 Tahap Pembentukan BiogasPerkembangan dan
pertumbuhan industri peternakan memberikan dampak yang positif dan
negatif. Disatu sisi pertumbuhan industri peternakan ini dapat
sedikit menjawab tentang permasalahan krisis energi yang belakangan
ini menjadi isu yang berkembang dikalangan public disamping
pemanfaatan pokoknya yaitu daging yang digunakan untuk memenuhi
kebutuhan akan konsumsi daging bagi masyarakat itu sendiri. Namun
disisi lain perkembangan dan pertumbuhan industri peternakan sapi
menimbulkan penumpukan limbah peternakan termasuk di dalamnya
limbah peternakan sapi. Limbah ini menjadi polutan karena
dekomposisi kotoran ternak berupa BOD dan COD (biological/chemical
oxygen demand), bakteri patogen sehingga menyebabkan polusi air
(terkontaminasinya air bawah tanah, air permukaan), polusi udaraa
dengan debu dan bau yang ditimbulkannya. Biogas merupakan energi
yang dapat dijadikan bahan bakar alternatif untuk menggantikan
bahan bakar yang berasal dari fosil seperti minyak bumi dan gas
alam (houdkova et.al.,2008). Biogas juga sebagai salah satu jenis
bioenergi yang didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika
bahan-bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia,
jerami, sekam, dan daun-daun hasil sortiran sayur difermentasi atau
mengalami proses metanisasi (hambali E.,2008). Gas ini berasal dari
berbagai macam limbah organik seperti sampah, biomassa, kotoran
manusia, kotoran hewan dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui
proses anaerobik digestion (pambudi, 2008). Biogas yang terbentuk
dapat dijadikan bahan bakar karena mengandung gas metan (CH4) dalam
persentase yang cukup tinggi. Komponen biogas tersajikan pada tabel
2.1Tabel 2.1 Jenis gaspersentase
Metan (CH4)50-70 %
Karbondioksida (CO2)30-40%
Air (H2O)0,3 %
Hidrogen sulfide (H2S)Sedikit sekali
Nitrogen (N2)1-2%
Hidrogen5-10%
Sumber : bacracharya, dkk, 1985
Sebagai pembangkit tenaga listrik, energi yang dihasilkan oleh
biogas setara dengan 60-100 watt lampu selama 6 jam penerangan.
Kesetaraan biogas dibandingkan dengan bahan bakar lain dapat
dilihat pada tabel 2.2Tabel 2.2 nilai kesetaraan biogas da energi
yang dihasilkan Aplikasi1m3 biogas setara dengan
1m3 biogas Elpiji 0,46 kgMinyak tanah 0,62 literMinyak solar
0,52 literKayu bakar 3,50 kg
Sumber: wahyuni, 2008
Energi biogas sangat potensial untuk dikembangkan karena
produksi biogas peternakan ditunjang oleh kondisi yang kondusif
dari perkembangan dunia peternakan sapi di indonesia saat ini.
Disamping itu, kenaikan tarif dasar listrik, kenaikan harga LPG (
liquefied petroleum gas), premium, minyak tanah, minyak solar,
minyak diesel dan minyak bakar telah mendorong pengembangan sumber
energi alternatif yang murah, berkelanjutan dan ramah lingkungan
(nurhasanah dkk., 2006).Pemanfaatan limbah peternakan khususnya
kotoran ternak sapi menjadi biogas mendukung konsep zero waste
sehingga sistem pertanian yang berkelanjutan dan ramah lingkungan
dapat dicapai. Menurut santi (2006), beberapa keuntungan penggunaan
kotoran ternak sebagai penghasil biogas sebagai berikut :1.
Mengurangi pencemaran lingkungan terhadap air dan tanah, pemcemaran
udara (bau).2. Memanfaatkan limbah ternak tersebut sebagai bahan
bakar biogas yang dapat digunakan sebagai energi alternatif untuk
keperluan rumah tangga.3. Mengurangi biaya pengeluaran peternak
untuk kebutuhan energi bagi kegiatan rumah tangga yang berarti
dapat meningkatkan kesejahteraan peternak.4. Melaksanakan
pengkajian terhadap kemungkinan dimanfaatkannya biogas untuk
menjadi energi listrik untuk diterapkan dilokasi yang masih belum
memiliki akses listrik.5. Melaksanakan pengkajian terhadap
kemungkinan dimanfaatkannya kegiatan ini sebagai usulan untuk
mekanisme pembangunan bersih (clean development mechanism).
Pengolahan limbah peternakan sapi menjadi biogasPengolahan
limbah peternakan sapi menjadi biogas pada prinsipnya menggnakan
metode dan peralatan yang sama dengan pengolahan biogas dari
biomassa yang lain. Adapun alat penghasil biogas secara anaerobik
pertama dibangun pada tahun 1900. Pada akhir abad ke -19, riset
untuk menjadikan gas metan sebagai biogas dilakukan oleh jerman dan
perancis pada masa antara dua perang dunia. Selama perang dunia II,
banyak petani di inggris dan benua eropa yang membuat alat
penghasil biogas kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor.
Akibat kemudahan dalam memperoleh BBM dan harganya yang murah pada
tahun 1950-an, proses pemakaian biogas ini mulai ditinggalkan.
Tetapi di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi
yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Oleh karea itu, di india
kegiatan produksi biogas terus dilakukan semenjak abad ke-19. Saat
ini, negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea,
Taiwan, Dan Papua Nugini telah melakukan berbagai riset dan
pengembangan alat penghasil biogas. Selain di negara berkembang,
teknologi biogas juga telah dikembangkan di negara maju seperti
Jerman. Pada prinsipnya teknologi biogas yang memanfaatkan proses
fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa
udara) oleh bakteri metan sehingga dihasilkan gas metan
(nandiyanto, 2007). Menurut haryati (2006), proses pencernaan
anaerobik merupakan dasar dari reaktor biogas yaitu proses
pemecahan bahan organik oleh aktivitas bakteri metanogenik dan
bakteri asidogenik pada kondisi tanpa udara, bakteri ini secara
alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti
kotoran binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga. Gas
metan adalah gas yang mengandung satu atom C dan 4 atom H yang
memiliki sifat mudah terbakar. Gas metan yang dihasilkan kemudian
dapat dabakar sehingga dihasilkan energi panas. Bahan organik yang
bisa digunakan sebagai bahan baku industri ini adalah sampah
organik, limbah yang sebagian besar terdiri dari kotoran dan
potongan-potongan kecil sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya
serta air yang cukup banyak. Proses fermentasi memerlukan kondisi
tertentu seperi ratio C : N, yaitu pada temperatur sekitar 32-35oC
atau 50-55oC dan pH antara 6,8-8. Pada kondisi ini proses
pencernaan mengubah bahan organik dengan adanya air menjadi energi
gas. Kemudian jika dilihat dari segi pengolahan limbah,, proses
anaerobik juga memberikan beberapa keuntungan lain yaitu menurunkan
nilai COD dan BOD, total solid, volatile solid, nitrogen nitrat dan
nitrogen organic, bakteri coliform dan patogen lainnya, telur
insek, parasit dan bau. Proses pencernaan anaerobik, yang merupakan
dasar dari reaktor biogas yaitu proses pemecahan bahan organik oleh
aktifitas bakteri metanogenik dan bakteri asidogenik pada kondisi
tanpa udara. Bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang
mengandung bahan organik, seperti kotoran binatang, manusia, da
sampah organik rumah tangga. Saat ini bergbagai jenis bahan dan
ukuran peralatan biogas telah dikembangkan sehingga dapat
disesuaikan dengan karakteristik wilayah, jenis, jumlah dan
pengelolaan kotoran ternak. Peralatan dan proses pengolahan dan
pemanfaatan biogas ditampilkan pada gambar berikut.
Gambar 2.1 instalasi digestifikasi anaerobik Digester dapat
dibuat dari bahan plastik polyetil propilene (PP), fiber glass atau
semen, sedangkan ukuran bervariasi mulai 4- 35 m3. Biogas dengan
ukuran terkecil dapat dioperasikan dengan kotoran ternak 3 ekor
sapi.
Gambar 2.2 contoh digester anaerobik Sesuai dengan intruksi yang
terjabar dalam seri bioenergi pedesaan hasil pertanian direktorat
pengolahan hasil pertanian direktorat jenderal pengolahan dan
pemasaran hasil pertania departemen pertanian tahun 2009 tentang
tata cara pengolahan (digester) yaitu sebagai berikut :1. Buatlah
campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 2 ( bahan
biogas).2. Masukka bahan biogas ke dalam digester melalui lubang
pengisian (inlet) hingga bahan yang dimasukkan ke digester ada
sedikit yag keluar melalui lubang pengeluaran (outlet), selanjutnya
akan berlangsung proses produksi biogas didalam digester.3. Setelah
kurang lebih 8 hari biogas yang terbentuk di dalam digester sudah
cukup banyak. Pada sistem pengolahan biogas yang menggunakan bahan
plastik, penampung biogas akan terlihat mengembung dan mengeras
karena adanya biogas yang dihasilkan. Pada tahap ini biogas sudah
dapat digunakan sebagai bahan bakar, kompor biogas sudah dapat
dioperasikan. 4. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan
setiap hari yaitu sebanyak kira-kira 10% dari volume digester. Sisa
pengolahan bahan biogas berupa sludge secara otomatis akan keluar
dari lubang pengeluaran (outlet) setiap kali dilakukan pengisian
bahan biogas. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat
digunakan sebagai pupuk kandang/pupuk organik, baik dalam keadaan
basah maupun kering.
2.2 parameter proses pencernaan limbah organik2.2.1
temperaturAda tiga kondisi digestifikasi anaerobik berdasarkan suhu
digesternya, antara lain : Kondisi psikoprilik Pada kondisi ini
suhu digester antara 10-180 C, dan sampah cair terdigestifikasi
selama 30-52 hari. Kondisi mesopilik Pada kondisi ini suhu digester
antara 20-450 C, dan sampah cair terdigestifikasi selama 18-28
hari. Dibadingkan digester kondisi termopilik, digester kondisi
mesopilik pengoperasiannya lebih mudah, tapi biogas yang dihasilkan
lebih sedikit dan volume digester lebih besar. Kondisi
termopilikPada kondisi ini suhu digester antara 50-700 C, dan
sampah cair terdigestifikasi selama 11-17 hari. Digester pada
kondisi termopilik menghasilkan banyak biogas, tapi biaya
investasinya tinggi dan pengoperasiannya rumit.
2.2.2 nutrisi dan penghambat bagi bakteri anaerobBakteri
anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi untuk proses
reaksi anaerob seperti mineral-mineral yang mengandung nitrogen,
fosfor, magnesium, sodium, mangan, kalsium kobalt. Nutrisi ini
dapat bersifat toxic ( racun) apabila konsentrasi di dalam bahan
terlalu banyak. Ion mineral, logam berat dan detergen adalah
beberapa material racun yang mempengaruhi pertumbuhan normal
bakteri patogen di dalam reactor 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 dapat mengakibatkan bersifat meracuni.
Sebagai contoh, NH4 pada konsentrasi 50 hingga 200 mg/l merangsang
pertumbuhan mikroba, namun bila konsentrasinya diatas 1500 mg/l
akan mengakibatkan keracunan. Selain karena konsentrasi
mineral-mineral melebihi ambang batas polutan-polutan juga dapat
menyebabkan produksi biogas menjadi terhambat atau berhenti sama
sekali adalah ammonia, antibotik, pestisida, detergen dan
logam-logam seperti chromium, nickel, dan zinc.
2.2.3 derajat keasaman (pH) Mempunyai efek terhadap aktivasi
mikroorganisme. Konsentrasi derajat keasaman (pH) yang ideal antara
6,6 dan 7,6. Bila pH kecil atau besar maka akan mempunyai sifat
toksit terhadap bakteri metanogenik. Bila proses anaerob sudah
berjalan menuju pembentukan biogas, pH berkisar 7-7,8
2.2.4 waktu proses pencernaanWaktu yang dibutuhkan untuk proses
pencernaan (Hydraulic retention time- HRT) adalah jumlah hari
proses pencernaan/digesting pada tangki anaerob terhitung mulai
pemasukan bahan organik sampai proses awal pembentukan biogas dalam
digester anaerob. HRT meliputi 70-80% dari total waktu pembentukan
biogas secara keseluruhan. Lamanya waktu HRT sangat tergantung dari
jenis bahan organik dan perlakuan terhadap bahan organik sebelum
dilakukan proses pencernaan/digesting diproses.
2.2.5 kandungan nitrogen dan rasio karbon nitrogen Karbon dan
nitrogen adalah sumber makanan utama bagi bakteri anaerob, sehingga
pertumbuhan optimum bakteri sangat dipengaruhi unsur ini, dimana
karbon dibutuhkan untuk mensuplai energi dan nitrogen dibutuhkan
untuk untuk membentuk struktur sel bakteri. Untuk menentukan bahan
organik digester adalah dengan melihat rasio/perbandingan antara
karbon (C) dan nitrogen (N). Beberapa percobaan menunjukan bahwa
metabolisme bakteri anaerobik akan baik pada rasio C/N antara
20-30. Jika rasio C/N tinggi, nitrogen akan cepat dikonsumsi
bakteri anaerobik guna memenuhi kebutuhan proteinnya, sehingga
bakteri tidak akan bereakasi kembali saat kandungan karbon tersisa.
Jika rasio C/N rensah, nitrogen akan terlepas dan berkumpul
membentuk amoniak sehingga akan meningkatkan nilai pH bahan. Nila
pH yang lebih tinggi dari 8,5 akan dapat meracuni bakteri
anaerobik. Kotoran hewan terutama sapi memiliki nilai C/N rata-rata
berkisar 24. Material dari tumbuhan seperti serbuk gergaji dan
jerami mengandung presentase C/N yang lebih tingii, sedangkan
kotoran manusia memiliki rasio C/N 8. Untuk mencapai kadar C/N yang
ideal atau mencampurkan kotoran gajah dengan kotoran gajah dengan
kotoran manusia sehingga mendapat jumlah rasio C/N yang seimbang
dan produksi biogas dapat berjalan optimum.
2.2.6 total solid content Pengertian total solid content (TS)
adalah jumah materi padatan yag terdapat dalam limbah pada bahan
organik selama proses digester terjadi dan ini mengindikasikan
banyaknya padatan dalam bahan organik dan nilai TS sangat
mempengaruhi lamanya proses pencernaa/digester (HRT) bahan
organik.
2.2.7 volatile solids (VS)Merupakan bagian padatan (total
solid-TS) yang berubah menjadi fase gas pada tahapan asidifikasi
dan metanogenesis sebagaimana dalam proses fermentasi limbah
organik. Dalam pengujian skala laboratorium, berat saat bagian
padatan bahan organik yang hilang terbakar (menguap dan mengalami
proses gasifikasi) dengan pembakaran pada suhu 5380 C, disebut
sebagai volatile solid. 2.2.8 pengadukan bahan organikPengadukan
bahan organik sangat bermanfaat bagi bahan yang berada didalam
digester anaerob karena memberikan peluang material tetap tercampur
dengan bakteri dan temperatur terjaga merata diseluruh bagian.
Dengan pengadukan potensi material mengendap di dasar digester
semakin kecil, konsentrasi merata dan memberikan kemungkinan
seluruh material mengalami proses fermentasi anaerob secara
merata.2.2.9 pengaturan tekananSemakin tinggi tekanan di dalam
digester, semakin rendah produksi biogas di dalam digester terutama
pada proses hidrolisis dan acydifikasi. Tekanan yang dianjurkan di
dalam digester adalah diantara 1,15-1,2 bar.
2.2.10 penjernihan biogasKandunagn-kandungan zat lain dalam
biogas seperti air, karbon dioksida, asam sulfat (H2S) merupakan
polutan yang dapat mengurangi kadar panas pembakaran biogas bahkan
dapat menyebabkan karat yang merusakan mesin. Banyak cara untuk
mengatasinya diantaranya adalah physical absorption (pemasangan
water trap di pipa biogas ), chemical absorption, pemisah membrane
permiabel, hingga penyemprotan air atau oksigen untuk mengikat
senyawa sulfur atau karbon dioksida.
2.3 Analisis Persamaan Pembentukan Biogas2.3.1 persamaan lama
waktu penguraianDefinisi dari persamaan ini secara teoritis
merupakan waktu material organik berada didalam tangki digester.
Proses ini merupakan proses dimana terjadi pertumbuhan bakteri
anaerob pengurai, proses penguraian material organik, dan stabilasi
pembentukan biogas menuju kepada kondisi optimumnya. Lama waktu
penguraian secara keseluruhan mencakup 70%-80% dari keseluruhan
waktu proses pembentukan biogas bila siklus pembentukan biogas
berjala ideal yaitu 1 kali proses pemasukan material organik
langsung mendapatkan biogas sebagai proses akhirnya. Lama waktu
penguraian ini sendiri secara matematis dapat dituliskan sebagai
berikut HRT (days) = Jika material padatan kering ( dry matery-DM
disebut juga tottal solid TS) berkisar 4-12%, maka waktu penguraian
optimum berkisar 10-15 hari jika nilai DM lebih besar dari nilai
presentasi material padatan kering diatas, berarti material organik
memiliki konsentrasi lebih padat sehingga lama waktu penguraian
menjadi spesifik, sehingga berlaku rumus persamaan lama waktu
penguraian spesifik (specific retention time SRT) berikut:
SRT= Untuk bahan organik seperti diatas, laju penambahan limbah
organik ( specific loading rate SLR) dapat diketahui sebagai
berikut :
SLR = Kedalaman tangki digester juga sangat penting dan
mempengaruhi nilai SLR dan bila parameter lain dapat dijaga pada
kondisi ideal, nilai optimum SLR da bila parameter
2.3.2 pesamaan produksi gas metan spesifikProduksi gas metan
spesifi (specific metan production-SMP), berhubungan dengan jumlah
energi yang diproduksi terhadap potensi energi yang dimiliki limbah
organik (feedstock). Untuk limbah organik dari tumbuhan
/biji-bijian bernilai energi antara 0,3-0,4% dan untuk beberapa
jenis kotoran hewan dapat bernilai sampai 0,8%
SMP (m3 CH4 /kg ODM) =
2.4 Konversi Energi Biogas dan Pemanfaatanyan biogas merupakan
salah satu sumber energi alternatif yang dapat digunaka untuk
penggerak generator pembangkit tenaga listrik serta menghasilkan
energi panas. Pembakaran 1 kaki kubik (0,028 meter kubik) biogas
menghasilkan energy panas sebesar 10 Btu (2,25 Kcal) yang setara
dengan 6 Kwh/m3 energi listrik atu setara dengan 0,61 L bensin,
0,58 L minyak tanah, 0,55 L diesel, 0,45 L LPG, 1,50 Kg kayu bakar,
0,79 L bioethanol.
2.4.1 konversi energi bioas untuk ketenagalistrikanProses
pengkonversian energi biogas untuk pembangkit tenaga listrik dapat
dilakukan dengan menggunakan gas turbine, microturbine dan otto
cycle engine. Penggunaan teknologi-teknologi ini sangat dipengaruhi
oleh potensi biogas yang ada seperti konsentrasi gas metan maupun
tekanan biogas, kebutuhan beban, dan ketersediaan dana yang ada.
Dalam sebuah referensi buku yang berjudul renewable energy
conversion, transmision and storage karya bent sorensen, dijelaskan
hasil konversi energi gas metan menjadi energi listrik yang tampak
pada tabel 2.3 berikut ini:
Tabel 2.3 konversi energi gas metan menjadi energi listrikJenis
energiSetara energi
1. 1 Kg gas metan6,13 x 107 J
2. 1 kWh3,6 x 106 J
3. 1 m3 gas metan masssa jenis gas metan adalah 0,656
Kg/m34,0213 x 107 J
4. 1 m3 gas metan11,17 kWh
Langkah- langkah kapasitas biogas dan PLT biogas, yaitu:1.
Penentuan data potensi bahan baku biogas (kotoran sapi), dimana
dalam kajian ini data yang digunakan adalah data pemanfaatan
potensi kotoran ternak sapi pada kawasan peternakan sapi.2.
Perhitungan jumlah dari total solid ( TS) volatile solid (VS) dalam
proses anaerobic digestion.TS = 3,095% (4) x Ps KgVS = 85% (4) x TS
KgDimana: Ps = data potensi baha baku biogas (Kg/hari)TS = total
solid (Kg/hari)VS = volatile solid (Kg/hari)3. Perhitungan jumlah
volume gas metan Vgm = 0,417 x VS m3Vgm = jumlah volume gas metan
(m3)Vs = volatile solid ( Kg/hari)
4. Perhitungan potensi energi listrikE = Vgm x FK kWh Dimana :E
= produksi energi listrik (kWh)Vgm = jumlah volume gas metan (m3)FK
= faktor konversi ( kWh/m3)
2..4.2 Sistem Utama PLTBiogasSistem utama PLT Biogas secara
lengkap terdiri dari digester anaerob, feedtock, biogas
conditioning ( untuk pemurnia kandungan metan dalam biogas), engine
generator (microturbines), heat recovery Use, Exhaust Heat Recovery
dan Engine Heat recovery. Gambar berikut ini merupakan gambaran
secara umum penyaluran energi listrik dan panas PLTBiogas.
Gambar sistem penyaluran tenaga listrik dari PLTBiogas; a.
Feedstock, b. Digester, c. Biogas Tank, d. Engine-generator
(microturbines)
a. Feedstock (sumber pasokan limbah organik)Merupakan tempat
asal bahan organik seperti peternakan, tempat sampah atau tempat
proses akhir dari proses pengolahan baha hasil pertanian. Di dalam
feedstock terdapat tangki pemasukan bahan organic (inlet feed
subtrate/feedstock) merupakan wadah penampungan yang terhubung
dengan digester melalui saluran dengan kemiringan tertentu.b.
Digester (tangki pencernaan)Digester merupakan tempat dimana reaksi
fermentasi anaerob limbah organik diurai oleh bakteri secara
anaerob (tanpa udara) menjadi gas CH4 dan CO2. Produksi biogas
terbentuk pada 4-5 hari setelah digester diisi. Sementara produksi
biogas menjadi banyak pada 20-35 hari. Dari segi konstruksinya
digester dibedakan menjadi fixed dome (kubah tetap), floating dome
(kubah apung). Sementara berdasarkan aliran bahan baku untuk
reaktor biogas, digester dibedakan menjadi Bak (batch), mengalir
(continuous). Berdasarkan segi tata letak penempatan, digester
dibedakan menjadi, Seluruh Digester diatas permukaan tanah,
sebagian tangki biogas diletakkan dibawah permukaan tanah , dan
seluruh tangki digester diletakkan dibawah permukaan tanah.Komponen
utama digester secara umum terdiri dari empat komponen utama
sebagai berikut:1. Saluran Masuk Slurry (bahan organik)Saluran ini
digunakan untuk memasukkan slurry (campuran sampah organik dan air)
kedalam reaktor utama biogas.2. Ruang Digestion (ruang
fermentasi)Ruangan ini berfungsi sebagai tempat terjadinya
fermentasi anaerobik dan dibuat kedap udara.3. Saluran Keluar
Residu (sludge)Fungsi saluran ini adalah untuk mengeluarka kotoran
(sludge) yang tlah mengalami fermentasi anaerobik oleh bakteri.
Residu yang keluar pertama kali merupakan slurry masukan yang
pertama setelah waktu retensi. Slurry yang keluar sangat baik untuk
pupuk karena mengandung kadar nutrisi yang tinggi.4. Tangki
Penyimpanan BiogasTujuan dari tangki penyimpa biogas adalah untuk
menyimpan biogas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerobik.
Jenis tangki penyimpan biogas ada dua, yaitu tangki bersatu dengan
unit reaktor (fixed dome) dan terpisah dengan reaktor (floated
dome).
c. Katub Penampung Gas (Biogas Tank)Tangki penyimpanan biogas
adalah tangki yang digunakan untuk menyimpan dan menyalurkan,
seluruh biogas hasil produksi dari biogas digester.
d. Generator Pembangkit Tenaga Listrik (Microturbines
Generator)Microturbines adalah generator listrik kecil yang
membakar gas atau bahan bakar cair untuk menciptakan rotasi
kecepatan tinggi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi
listrik.
2.5 Perhitungan Potensi Biogas di suatu Kawasan Usaha Peternakan
Sapi Perah. Untuk menentukan energi keluaran yang dihasilkan oleh
biogas untuk suatu pembangkit listrik tenaga biogas dari kotoran
sapi diperlukan lokasi peternakan untuk mendapatkan model dasar
pembangkit tersebut.2.5.1 Lokasi Peternakan SapiDalam kajian
makalah ini diambil studi kasus di daerah peternaka kawasan usaha
peternakan sapi perah (KUNAK) yang terletak didaerah kabupaten dan
kota Bogor. KUNAK memliki 181 kavling. Luas 1 kavling rata-rata
4.500 m2 yang terdiri dari bangunan kandangm kebun rumput dan rumah
anak kandang. Berdasarkan data per 2010 di KPS Bogor KUNAK memliki
jumlah 181 kavling kan tetapi yang terisi 140 kavling atau terdiri
dari 140 KK, populasi sapi perah 2200 ekor.
Produksi Kotoran Tiap Harinya:Sapi perah dewasa dengan populasi
2200 ekor dengan rata-rata produksi kotoran tip harinya 25 Kg/hari
maka produksi kotoran sapi perah di Kunak Bogor adalah :2.200 x 25
= 55.000 Kg/hari.
2.5.2 Hipotesis Potensi Untuk PLT BiogasDari hasil uji lab yang
dilakukan dalam kegiatan DIPA 2005 BBP mekanisasi pertanian yang
berlokasi di pondo pesantren pertania Darul fallah , Bogor
didapatkan besarnya total solid sebesar 4,2 da volatile solid nya
3,8 dimana jumlah sample sapi yang diapakai berjumlah 10 ekor
dengan kotoran sapi 20 kg/hari/ekor). Dari data tersebut digunakan
untuk menghitung kapasitas biogas yang dihasilkan dari potensi yang
ada:% TS = 4,2 kg/ekor/hr : 20 kg/ekor/hr = 21%% VS = 3,8
kg/ekor/hr: 20 kg/ekor/hr = 19%
Maka untuk di Kunak yang menghasilkan 25 kg/kotoran/hr TS = 21%
x 25 kg/ekor/hari x 2200 = 11.500 kg/hariVS = 3,8 kg/ekor/hari x
2200 = 10.450 kg/hariKemudian berdasarkan hasil riset tersebut
dijelaskan bahwa potensi biogas untuk kotoran sapi adalah:Potensi
volume biogas = 0,04 m3/kg x 55.000 kg/hari = 2.200 m3/hari
Laju produksi gas tiap m3 per hari (K) adalah:Volume produksi
biogas = K x VSK= volume produksi biogas : VS= 2.200 m3/hari :
10.450 kg/hrK= 21% m3/kg 21%
2.5.3 perhitungan produksi gas metan Dengan diketahui nilai
produksi biogas (VBS) sebesar 2.200 m3/hari dan dengan menggunakan
tabel 2.4 maka dapat diketahui produksi gas metan (VGM) adalah,
VGM = 65,7% x VBS= 65, 7% x 2.200 m3/hari= 1.467,40 m3/hari
Tabel 2.4 komposisi biogas (%) kotoran sapi dan campuran kotoran
ternak dengan sisa pertanian Jenis gasbiogas
Kotoran sapiCampuran kotoran+sisa pertanian
Metan (CH4)65,7 54-70
Karbon dioksida (CO2)27,045-57
Nitrogen (N2)2,30,5-3,0
Karbon monoksida (CO)00,1
Oksigen (O2)0,16,0
2.5.4 Perhitungan Potensi Energi Listrik yang Dihasilkan Dengan
diketahui volume gas metan yang dihasilkan, yaitu 1.467, 40
m3/hari, dan faktor konversi sesuai (FK) sesuai data hasil
penelitian sebelumnya yaitu 1 m3 gas metan setara 11,72 kWh
sehingga potensi energi listrik yang dihasilkan adalah, E = VGM x
FK= 1.467,40 x 11,17= 16.390, 86 kWh/ hariSementara daya yang
dibangkitakan oleh pembangkit listrik tenaga biogas itu sendiri
dapat diperoleh dari persamaan berikut ini:P = = = 682, 95 kW 0,683
MW
Jadi dari perhitungan data potensi yang ada didapatkan hasil
sebagai berikut
Tabel 2.5 hasil perhitungan kapasitas biogas dan PLT
BiogasnoJenis proses perhitunganHasil perhitungan
1Potensi kotoran sapi (Q)55.000 kg/hari
2Perhitungan jumlah dari total solid (TS)11.550 kg/hari
3Perhitungan jumlah dari volatile solid (VS)10.450 kg/hari
4Perhitungan jumlah volume produksi biogas (VBS)2.200
m3/hari
5Perhitungan jumlah volume gas metan (VGM)1.467,40 m3/hari
6Perhitungan potensi energi listrik (E)16.390,86 kWh/hari
7Daya yang dibangkitkan oleh pembangkit listrik tenaga
biogas0,683 MW
2.6 Pemanfaatan Kotoran Sapi Sebagai Pupuk Kompos2.6.1 Pupuk
KomposPupuk kompos merupakan dekomposisi bahan bahan organik atau
proses perombakan senyawa yang komplek menjadi senyawa yang
sederhana dengan bantuan mikroorganisme. Bahan dasar pembuatan
kompos ini adalah kotoran sapi dan bahan seperti serbuk gergaji
atau sekam, jerami padi dll, yang didekomposisi dengan bahan pemacu
mikroorganisme dalam tanah (misalnya stardec atau bahan sejenis)
ditambah dengan bahan-bahan untuk memperkaya kandungan kompos,
selain ditambah serbuk gergaji, atau sekam, jerami padi dapat juga
ditambahkan abu dan kalsit/kapur. Kotoran sapi sisa pembuatan
biogas juga memiliki kandungan nitrogen dan potassium, di samping
itu kotoran sapi merupakan kotoran ternak yang baik untuk
kompos.Pemanfaatan limbah sisa biogas (kotoran kotoran sapi)
merupakan salah satu alternatif yang sangat tepat untuk mengatasi
kelangkaan dan naiknya harga pupuk. Pemanfaatan kotoran ternak
sebagai pupuk sudah dilakukan petani secara optimal di
daerah-daerah sentra produk sayuran. Sayangnya masih ada kotoran
ternak tertumpuk di sekitar kandang dan belum banyak dimanfaatkan
sebagai sumber pupuk. Keluhan petani saat terjadi kelangkaan atau
mahalnya harga pupuk non organik (kimia) dapat diatasi dengan
menggiatkan kembali pembuatan dan pemanfaatan pupuk kompos.
2.6.2 Langkah pembuatan pupuk komposBerikut adalah cara
pembuatan kompos menggunakan kotoran sapiBahanJumlah
Kotoran ternak1 ton (+ 30 karung)
Urea 2 kg
SP36 3 kg
Kapur 5 kg
Starter Trichoderma 3 kg
Plastik hitam 5 m
Langkah PembuatanSiapkan kotoran ternak (sapi atau kerbau) yang
akan dijadikan kompos dengan syarat kering (tidak basah oleh urine
sapi atau air hujan). Kotoran ternak yang terlalu basah akan
mempengaruhi berkembangnya cendawan Trichoderma harzianum sehingga
proses perombakan lebih lambat.Bahan aktifator (Urea, SP36, kapur,
pupuk kandang, starter Trichoderma harzianum) diaduk merata dan
dibagi atas 4 bagian.Kotoran ternak ditumpuk setinggi 1x1x1 m lalu
dibagi atas 4 bagian, masing-masing setinggi + 25 cm.Di atas
tumpukan kotoran ternak, ditabur bahan aktifator secara merta
sebanyak bagian. Gabung tumpukan kotoran ternak menjadi 1 tumpukan
sehingga volume tumpukan 1x1x1 m. Tutup tumpukan dengan plastik
hitam anti air agar terlindung dari hujan dan panas
matahari.Lakukan pembalikan tumpukan kotoran ternak setiap 1 minggu
dengan menggunakan cangkul. Perlu dijaga, kelembaban tumpukan harus
stabil (kelembaban 60-80%) selama proses pengomposan.Panen kompos
pupuk kandang dapat dilakukan setelah 21 hari dengan cara
membongkar lalu diayak sehingga dihasilkan kompos yang
sempurna.
BAB 3. KESIMPULANDengan adanya pengolahan lebih lanjut terhadap
kotoran ternak sapi yaitu dengan melalui proses digestifikasi
anaerobik dapat dimanfaatkan menjadi bahan bakar alternatif
pengganti bahan bakar dari sumber daya alam yang semakin menipis
ketersediaanya. Selanjutnya biogas tersebut dapat dimanfaatkan
menjadi energi primer untuk pembangkit listrik tenaga biogas.
Dengan rata-rata produksi kotoran sapi perah sebesar 55 ton/hari
menghasilkan produksi biogas sebesar 2.200 m3/ hari. Potensi energi
listrik yang dihasilkan sebesar 16.390, 86 kWh per hari. Potensi
tersebut menghasilkan 217,45 kW. Selain itu limbah hasil pengolahan
dapat dimanfaatkan kembali berupa pupuk kompos.
DAFTAR PUSTAKA
Waskito, D. 2011. Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Dengan Pemanfaatan Kotoran Sapi dikawasan Usaha Peternakan Sapi,
Tidak Diterbitkan. Tesis. Depok: Program Magister Teknik Manajemen
Energi Dan Ketenagalistrikan Universitas Indonesia.
http://atomictrue.wordpress.com/teknologi-pembuatan-kompos-kotoran-ternak/1
