Biogas: Energi Alternatif Masa Depan (Tugas Akhir Semester SAS)

Seperti yang kita ketahui krisis energi tengah melanda negeri kita juga negara-negara lain. Krisis energi ini diperkirakan akan terus berlangsung beberapa tahun ke depan jika tidak segera diatasi. Krisis energi ini disebabkan oleh kelangkaan bahan bakar minyak yang juga mengakibatkan harga minyak dunia  meningkat sangat signifikan. Oleh sebab itu kita harus melakukan proses penghematan terhadap penggunaan bahan bakar minyak , karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi merupakan sumber energi fosil yang tidak dapat diperbarui (unrenewable). Di tengah persoalan krisis energi yang sedang kita alami, pengembangan energi baru dan terbarukan akan menjadi solusi alternatif yang menjanjikan. Salah satu jalan untuk melakukan penghematan energi fosil  adalah dengan menggunakan energi yang berasal dari aktivitas anaerobik/fermentasi bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran hewan dan manusia, limbah domestik, sampah biodegradable. Hasil fermentasi / aktivitas anaerobik ini disebut  energi biogas. Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan maupun untuk menghasilkan listrik. Energi biogas ini akan menjadi sumber energi alternatif yang baik dalam mengatasi krisis energi karena sifat energi biogas yang dapat diperbarui (renewable).

Bagaimana prospek penggunaan biogas di Indonesia?

Berikut beberapa faktor yang bisa menjadi pertimbangan Indonesia memiliki prospek yang baik dalam penggunaan biogas:

1. Indonesia memiliki banyak peternakan, menurut statistik data website departemen pertanian Indonesia, setiap provinsi memiliki rata-rata ternak sekitar 500 ribu yang jika dijumlahkan Indonesia memiliki sekitar 13 juta sapi perah dan sapi potong, serta 28 juta kambing, domba, dan kerbau. Namun pengolahan kotoran ternak belum dimanfaatkan secara optimal dan bahkan menimbulkan masalah.
2. Biogas mampu mendukung energi bagi industri rumah tangga dan industri kecil menegah
3. Meninjau TPA di Indonesia yang masih banyak mengalami masalah sampah organik yang bercampur dengan sampah anorganik. Sampah organik bisa digunakan sebagai bahan dasar biogas.
4. Harga minyak yang mahal sehingga memungkinkan biogas menjadi sumber energi alternatif
5. Kenaikan biaya sumber energi seperti tarif listrik, harga LPG, premium, minyak tanah, dan minyak bakar lainnya
6. Prospek diutamakan pada tempat-tempat banyak yang masih dalam masa pembangunan (kompleks perumahan baru, gedung perkantoran baru dan pedesaan) dan tempat peternakan.
7. Penggunaan biogas relatif tidak menimbulkan polusi.

Apa saja komposisi yang terkandung dalam biogas?

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan– bahan organik termasuk diantaranya : kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah Metana dan Karbon Dioksida. Namun, komposisi biogas bervariasi tergantung dengan asal proses anaerobik yang terjadi:

Komponen	Persentase
Metana (CH4)	55 – 75%
Karbon dioksida(CO2)	25 – 45%
Nitrogen (N2)	0 – 0,3%
Hidrogen (H2)	1 – 5%
Hidrogen sulfide (H2S)	0 – 3%
Oksigen (O2)	0,1 – 0,5%

Bagaimana proses pencernaan material organik dalam pembentukan biogas?

Gas metana diperoleh melalui dekomposisi yang berjalan tanpa kehadiran udara (anaerob). Tingkat keberhasilan pembuatan biogas sangat tergantung pada proses yang terjadi dalam dekomposisi tersebut.

 

Salah satu kunci dalam proses dekomposisi secara anaerob pada pembuatan biogas adalah kehadiran mikroorganisme. Biogas dapat diperoleh dari bahan organik melalui proses “kerja sama” dari tiga kelompok mikroorganisme anaerob.

Pertama, kelompok mikroorganisme yang dapat menghidrolisis polimer-polimer organik dan sejumlah lipid menjadi monosakarida, asam-asam lemak, asam-asam amino, dan senyawa kimia sejenisnya.

Kedua, kelompok mikroorganisme yang mampu memfermentasi produk yang dihasilkan kelompok mikroorganisme pertama menjadi asam-asam organik sederhana seperti asam asetat, dikenal sebagai mikroorganisme penghasil asam (acidogen).

Ketiga, kelompok mikroorganisme yang mengubah hidrogen dan asam asetat hasil pembentukan acidogen menjadi gas metan dan karbondioksida dikenal dengan nama metanogen.

Metanogen terdapat dalam kotoran sapi. Lambung (rumen) sapi merupakan tempat yang cocok bagi perkembangan metanogen. Gas metana alami dihasilkan di dalam lambung sapi tersebut. Proses pembuatan biogas tidak jauh berbeda dengan proses pembentukan gas metan dalam lambung sapi. Pada prinsipnya, pembuatan biogas adalah menciptakan gas metan melalui manipulasi lingkungan yang mendukung bagi proses perkembangan metanogen seperti yang terjadi dalam lambung sapi.

Metanogen membutuhkan kondisi lingkungan yang optimal untuk dapat memproduksi gas metana :

1. Proses pembuatan biogas dari kotoran sapi harus dilakukan dalam sebuah reaktor atau digester yang tertutup rapat untuk menghindari masuknya oksigen (anaerob).

 2. Reaktor harus bebas dari kandungan logam berat dan sulfida (sulfides) yang dapat mengganggu keseimbangan mikroorganisme.

3. Gas metana diperoleh melalui komposisi metanogen yang seimbang. Jika jumlah metanogen dalam kotoran sapi masih dinilai kurang, maka perlu dilakukan penambahan metanogen tambahan berbentuk strater atau substrat ke dalam reaktor.
4. Metanogen dapat berkembang dengan baik dalam lingkungan cair (aqueous) dengan pH 6,5 sampai 7,5 dan temperatur 35^oC.

5. Metanogen cukup sensitif dengan temperatur. Temperatur 35^oC diyakini sebagai temperatur optimum untuk perkembangbiakan bakteri methane

Awalnya bahan-bahan organik ditampung terlebih dahulu dalam suatu kotak beton/bata/besi. Dibutuhkan waktu lebih kurang dua minggu sampai satu bulan sebelum dihasilkan gas awal. Campuran tersebut selalu ditambah setiap hari dan sesekali diaduk.

Di dalam kotak ini, terjadi proses perombakan kotoran ternak menjadi bahan organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen (anaerob). Mikroba yang bekerja memperoleh makanan dari bahan organik berupa karbohidrat, lemak, protein, fosfor dan unsur-unsur mikro.

Tahap-tahap proses pencernaan material organik:

1. Hidrolisis. Pada tahap ini, molekul organik yang komplek diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana, seperti karbohidrat (simple sugars), asam amino, dan asam lemak.
2. Asidogenesis. Pada tahap ini terjadi proses penguraian yang menghasilkan amonia, karbon dioksida, dan hidrogen sulfida.
3. Asetagenesis. Pada tahap ini dilakukan proses penguraian produk acidogenesis; menghasilkan hidrogen, karbon dioksida, dan asetat.
4. Methanogenesis. Ini adalah tahapan terakhir dan sekaligus yang paling menentukan, yakni dilakukan penguraian dan sintesis produk tahap sebelumnya untuk menghasilkan gas methana (CH4). Hasil lain dari proses ini berupa karbon dioksida, air, dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya.

       Apa saja yang bisa dijadikan bahan baku pembentukan biogas?

• Biogas dari eceng gondok

Eceng gondok adalah tanaman yang mengandung selulosa dalam jumlah banyak dan selulosa inilah yang bisa digunakan sebagai bahan baker alternatif.

Eceng gondok dirajang / ditumbuk halus kemudian ditambah air bersih. Eceng gondok kemudian dimasukkan ke dalam tabung fermentasi

20 kg eceng gondok dicampur dengan 20 kiloliter air, lantas diaduk merata dapat menghasilkan gas yang dapat dipakai selama 7 hari, dan setiap harinya dapat dipakai selama 30 menit.

Eceng gondok seberat 30 kg yang telah dirajang tanpa ditumbuk dapat menghasilkan gas yang dapat dipakai selama 7 hari, dan setiap harinya dapat dipakai selama 90 menit.

• Biogas kotoran organik

kotoran organik tersebut dicmapur dengan air. Biasanya campuran antara kotoran dan air menggunakan perbandingan 1:1 atau bisa juga menggunakan perbandingan 1:1,5. Suhu selama proses berlangsung, karena ini menyangkut keoptimalan hidup bakteri pemroses biogas antara 27–28 derajat celcius.

• Biogas dari briket sampah

Daun-daunan itu dapat diambil dari sisa sampah pasar atau sayuran seperti bayam, kangkung, atau sawi yang sudah terbuang. Persentase komposisi bahan pembuatan briket organik adalah 80% arang sampah organik kering dan campuran daun segar. Jadi, bila di campurkan 800 g sampah organik membutuhkan 200 g daun segar. Setelah tercampur rata, adonan dicetak dengan ukuran dan bentuk sebagai briket. Briket itu dijemur di bawah sinar matahari sampai kering dengan cara meletakkan dan menganngkatnya di telapak tangan. Briket kering terasa ringan dan jelaga di permukaan tidak terlalu mengotori telapak tangan.

Bagaimana sistem perolehan bahan baku biogas?

Pemakaian biogas untuk kehidupan sehari-hari membutuhkan bahan baku dalam jumlah yang besar. Setiap pemukiman memiliki potensi bahan baku biogas dalam jumlah besar,tergantung dari jenis pemukiman tersebut. Untuk di perkotaan,bahan baku yang paling mudah didapatkan adalah tinja.Di daerah peternakan,kotoran ternak berpotensial menjadi bahan baku utama biogas. Sedangkan bahan baku sampah paling cocok digunakan di daerah tempat pembuangan sampah.

Proses Perolehan Bahan Baku Biogas di Daerah Perkotaan.

Bahan baku utama biogas di daerah perkotaan adalah tinja. Toilet umum di daerah perkotaan setiap harinya mampu memproduksi tinja dalam jumlah yang besar.Tinja dari beberapa toilet umum dapat di kumpulkan dengan periode waktu tertentu,sehingga pengolah biogas tidak akan kehabisan bahan baku. Dengan begitu maka proses pengolahan biogas akan berkelanjutan.

Proses Perolehan Bahan Baku Biogas di Daerah Peternakan.

Peternakan besar memproduksi kotoran ternak dalam jumlah besar tiap harinya.Kotoran ternak merupakan bahan baku biogas yang lebih baik dari tinja manusia,sebab kotoran ternak lebih kering dari tinja manusia. Produksi kotoran ternak dalam jumlah besar perharinya sangat memungkinkan untuk menunjang pemakaian biogas. Kotoran ternak dikumpulkan perhari,lalu ditempatkan di penampungan untuk pengolahan lebih lanjut menjadi biogas.

Bagaimana sistem penyaluran biogas ke konsumen?

 

Setelah bahan baku diolah dan dihasilkan biogas yang diinginkan, biogas disalurkan dan dapat dikonversi menjadi tenaga listrik melalu instrumentasi boiler/engine . Namun, biogas adalah gas yang sangat mudah terbakar. Akibatnya, proses penyaluran biogas harus dilakukan secara sistematis dan rapi. Pengambilan gas dilakukan dengan memasukkan pipa (well) berlubang secara vertikal ke dalam sampah kira-kira hingga tiga per empat kedalaman landfill. Lubang-lubang itu biasanya kecil-kecil. Lubang-lubang itu akan diisi dengan bebatuan atau kerikil untuk mencegah masuknya sampah. Lubang-lubang diletakkan di bagian bawah pipa untuk mencegah masuknya udara dari luar. Segel beton diletakkan di atas kerikil. Bagian atas diisi dengan tanah. Plastik pipa biasanya digunakan sebagai selubung pipa sumber (well). Besi atau baja kurang disukai karena potensial terkorosi serta kecenderungan landfill yang berubah seiring dekomposisi sampah. Material plastik (polimer) yang banyak digunakan adalah polivinil klorida (PVC), polietilen (PE), dan serat kaca (fiberglass) karena lebih tahan korosi dan fleksibel. Selanjutnya, biogas tersebut disalurkan secara langsung ke rumah-rumah dan perkantoran untuk dimanfaatkan konsumen dari produk ramah lingkukan ini.

Bagaimana penggunaan dan energi yang dihasilkan oleh biogas?

Biogas merupakan salah satu alternative energi terbarukan yang bersumber dari proses penguraian biomasa. Biogas sudah mulai dikenal di Indonesia sejak tahun 1980-an, tetapi pemanfaatannya baru mulai digunakan di awal tahun 1990 dalam skala kecil hanya untuk keperluan memasak. Padahal ada manfaat lain yang bisa didapat seperti lampu penerangan, ataupun menyediakan energi untuk keperluan rumah tangga lainnya. Selain itu biogas menjadi sumber energi yang lebih ramah lingkungan dari minyak, yaitu mengahasilkaan emisi 80% lebih rendah dari minyak.

Lebih dari itu, nilai kalor 1 m3 biogas adalah sekitar 6 kWh – setara dengan 0.5-0.6 liter minyak diesel (solar) atau setara dengan 5 kg kayu-bakar kering. Gas methane pada temperature dan tekanan standar (200C. 1 atm) mempunyai nilai kalor rendah sebesar 35.800 kJ/m3 (960 Btu/ft3). Karena biogas hanya mengandung 50-70% gas methane, nilai kalornya berkisar antara 17.900-25.000 kJ/m3 atau 480-670 Btu/ft3.

Sebagai pembanding gas alam (LNG), yang merupakan campuran dari methane, propane dan butane, memiliki nilai kalor 37.300 kJ/m3 (1.000 Btu/ft3). Sekitar 200 liter biogas dapat diperoleh dari pengurangan 1 kg COD (Chemical Oxyegen Demand).

 Bagaimana bentuk dan jenis reaktor-reaktor biogas yang sudah diterapkan saat ini?

1. Reaktor kubah tetap (Fixed-dome)

Reaktor ini disebut juga reaktor China. Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat pertama kali di China sekitar tahun 1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri,baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentuk gas metana. Bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karna menahan gas agar tidak terjadi kebocoran. Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah tetap karena bentuknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah.

Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunakan reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah.
Kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya.

2.Reaktor floating drum

Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di India pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan.

Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya. Akibat tempat penyimpanan yang terapung menyebabkan tekanan gasnya konstan.
Kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. Faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap.

3. Reaktor balon

Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. Reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.