6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
BIOGAS
2.1.1 Pengertian Biogas Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme (bakteri) dalam kondisi tanpa udara (anaerobik). Bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti limbah ternak dan sampah organik. Proses tersebut dikenal dengan istilah anaerobic digestion atau pencernaan secara anaerob. Biogas diproduksi menggunakan alat yang disebut reaktor biogas (digester) yang dirancang agar kedap udara, sehingga proses penguraian oleh mikroorganisme dapat berjalan secara optimal (Wahyuni,2011).
2.1.2 Sejarah Biogas Biogas merupakan wujud lain dari pemanfaatan gas biomassa. Biogas menjadi salah satu alternatif energi terbaru dan sangat mungkin didesentralisasikan hingga kepedesaan bahkan ke rumah-rumah. Energi biogas dapat
diperoleh dengan
memproses limbah bio atau biomassa yang berupa kotoran ternak bahkan tinja manusia, sisa-sisa panen. Biogas dimulai dari kebudayaan Mesir, Cina, Roma Kuno diketahui telah memanfaatkan gas alam ini dengan cara dibakar untuk menghasilkan panas. Namun orang pertama yang menghasilkan gas bakar ini dengan pembusukan bahan sayuran adalah
Allesandro
1776
sedangkan
William
Hendry
pada
tahun
1806
mengidentifikasi gas yang dapat terbakar tersebut sebagai methan. Becham 1868 murid Louis Pasteur dan Tappeiner 1882 memperlihatkan asal mikrobiologis dari pebentukan methan (Prihananda, 2008). Akhir abad ke 19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan Jerman dan Perancis melakukan riset beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama perang dunia II banyak petani Inggris dan Benua Eropa yang membuat digesrter kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakan
traktor.
Karena
harga
BBM
semakin
murah
dan
mudah
memperolehnya pada tahun 1950an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Di
7
negara-negara berkembang juga demikian karena harga energi yang murah dan selalu tersedia ini yang kemuadian membuat biogas kurang berkembang (Prihananda, 2008). Biogas bukanlah teknologi baru. Sejumlah negara telah mengaplikasikannya puluhan tahun lalu seperti Rusia dan Amerika Serikat. Negara yang populasi ternaknya besar adalah Amerika Serikat,Iindia, Taiwan, Korea, Cina telah memanfaatkan kotoran ternak sebagai bahan baku pembuatan bahan bakar. Di benua Asia, India merupakan negara pelopor dari pengguna energi biogas sejak abad ke 19. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun di India pada tahun 1900. Bahkan negara tersebut memiliki lembaga khusus yang meneliti pemanfaatna limbah kotoran ternak yang disebut Agricultural Research Institute dan Gobar Gas Station. Sementara Indonesia baru mulai mengadopsi teknologi pembuatan biogas awal tahun 1970-an (Prihananda, 2008). Negara berkembang lainnya seperti Cina, Fillipina, Korea, Taiwan dan Papua Nugini telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit gas bio dengan prinsip yang sama yaitu menciptakan alat kedap udara dengan bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan penyaluran gas bio. Dengan teknologi tertentu gas methan dapat digunakan untuk menggerakan turbin yang menghasilkan energi listrik, menjalankan kulkas, mesin traktor dan mobil. Secara sederhana gas methan dapat digunakan untuk keperluan memasak dan penerangan menggunakan kompor gas seperti halnya elpiji (Prihananda, 2008). Ada dua tipe alat pembangkit biogas atau digester yaitu tiipe terapung dan tipe kubah tetap. Tipe terapung dikembangkan di India, biasanya terdiri atas sumur pencerna dan diatasnya ditaruh drum terapung dari besi berbalik yang berfungsi untuk menampung gas yang dihasilkan oleh digester. Sumur dibangun dengan menggunakan bahan-bahan yang biasa digunakan untuk membuat fondasi rumah seperti pasir, batu, bata, dan semen. Pada tahun 1978/1979 di India terdapat 80.000 unit dan selama kurun waktu 1980-1985 ditargetkan pembangunan sampai 400.000 unit (Prihananda, 2008). Tipe kubah berupa digester yang dibangun dengan menggali tahah kemudian dibuat bangunan dengan pasir dan semen yang berbentuk seperti rongga yang kedap udara dan berstruktur seperti kubah (bulatan stengah bola). Tipe ini dikembangkan di
8
Cina sehingga disebut juga tipe Cina. Tahun 1980 sebanyak 7 juta unit digester telah dibangun di Cina dan penggunaanya meliputi untuk menggerakan alat-alat pertanian dan untuk generator pembangkit listrik. Di sana di bangun dua macam tipe ukuran kecil untuk rumah tangga dengan volume 6-10m2 dan tipe besar 60-180 m2 untuk kelompok India dan Cina tidak mempunyai sumber energi minyak bumi atau bahan bakar fosil di perut bumi sehingga sejak lama sangat giat mengembangkan sumber energi alternatif diantaranya biogas. Dalam digester, bakteri-bakteri methan mengolah limbah bio atau biomassa untuk menghasilkan biogas methan. Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa, gas tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut dapat digunakan untuk berbagai keperluan termasuk memasak,. Biogas yang dihasilkan dengan mencampur limbah yang sebagian besar terdiri atas kotoran ternak dengan potongan kecil sisa-sisa tanaman seperti jerami dan sebagainya dengan air cukup banyak (Prihananda, 2008).
2.1.3 Proses Pembuatan Biogas Wahyuni (2011) melaporkan dalam proses pembuatan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses terbentuknya gas metana dalam kondisi anaerob dengan bantuan bakteri anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) dan gas hidrogen sulfida (H2S). Proses fermentasi memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum 35 oC dan pH optimum pada range 6,4 – 7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan yaitu bakteri anaerob seperti Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus dan Methanosarcina. I.
Proses fermentasi Proses pembentukan biogas secara umum: Bahan organik + mikroorganisme anaerobik
CH4 + CO2 + H2 + N2 + H2S
Penguraian bakteri organik dalam digester terjadi melalu tiga tahapan sebagai berikut:
9
1.
Tahap Hidrolisis Tahap hidrolisis dimulai dengan penguraian bahan-bahan organik kompleks
yang mudah larut atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, dan karbohidrat menjadi senyawa yang lebih sederhana. Tahap hidrolisis dapat diartikan sebagai perubahan struktur bentuk polimer hasil penguraian di antara senyawa asam organik, glukosa, etanol, CO2 dan hidrokarbon. Biasanya senyawa tersebut dimanfaatkan oleh bakteri yang melakukan fermentasi sebagai sumber karbon dan energi. 2.
Tahap pengasaman (Asidifikasi) Senyawa sederhana (komponen monomer) yang terbentuk dari tahap hidrolisis
dijadikan sumber energi bakteri pembentuk asam. Bakteri tersebut menghasilkan senyawa asam seperti asam asetat, asam propionate dan asam butirat dan asam laktat serta produk sampingan berupa alcohol, CO2, hirogen dan ammonia. 3.
Tahap metanogenesis Bakteri metanogen seperti
methanococus, methanosarcina, dan methano
bacterium mengubah produk lanjutan dari tahap pengasaman menjadi metan, karbodioksida dan air yang merupakan komponen penyusun biogas.
2.1.4 Komposisi Biogas Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme pada kondisi langka oksigen (anaerob). Aktivitas mikroorganisme yang berperan selama proses permentsi sangat tergantung pada imbangan C/N. Mikroorganisme perombak dapat beraktivitas secara optimum jika imbangan C/N sebesar 25-30. Imbangan C/N tinggi pada bahan organik akan menyebabkan produksi metana yang rendah. Jika imbangan C/N tinggi hanya mengandung nitrogen dengan kadar yang rendah. Padahal, nitrogen sangat dibutuhkan sebagai sumber energi untuk perkembangbiakan mikroorganisme pengurai. Sedangkan jika imbangan C/N rendah, nitrogen akan bebas dan berakumulasi dalam bentuk amonia sehingga menyebabkan bau busuk yang berlebihan (Wahyuni, 2011). Rasio C/N dari beberapa bahan organik dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini.
10
Tabel 2.1 Rasio C/N dari beberapa bahan organik
Bahan Kotoran bebek Kotoran manusia Kotoran ayam Kotoran kambing Kotoran babi Kotoran domba Kotoran kerbau / sapi Eceng gondok Kotoran gajah Batang jagung Jerami padi Jerami gandum Serbuk gergaji Sumber : Wahyuni, 2011
Rasio C/N 8 8 10 12 18 19 24 25 43 60 70 90 Di atas 200
Komposisi biogas yang dihasilkan sangat tergantung pada jenis bahan baku yang digunakan. Namun rata-rata dapat menghasilkan biogas dengan kadar CH4 sebesar 55-75 %. Selain metana terdapat beberapa senyawa yang dihasilkan yang sifatnya dapat menurunkan kualitas dari pembakaran biogas. Komposisi biogas dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut.
Tabel 2.2 Komposisi Gas Yang Terdapat Dalam Biogas
Jenis Gas
Volume (%)
Metana (CH4)
55 – 75
Karbondioksida (CO2)
25 – 45
Nitrogen (N2)
0 - 0,3
Hidrogen (H2)
1–5
Oksigen (O2)
0,1 – 0,5
Hidrogen Sulfida (H2S)
0–3
Sumber : Kusrijadi, 2009
11
2.1.5 Nilai Kalor Pembakaran Biogas Panas pembakaran dari suatu bahan bakar adalah panas yang dihasilkan dari pembakaran sempurna bahan bakar pada volume konstan dalam kalorimeter dan dinyatakan dalam kal/kg atau Btu/lb. Panas pembakaran dari bahan bakar bisa dinyatakan dalam High Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV).High Heating Value merupakan panas pembakaran dari bahan bakar yang di dalamnya masih
termasuk latent
heat dari
uap
air
hasil
pembakaran. Low
Heating
Value merupakan panas pembakaran dari bahan bakar setelah dikurangi latent heat dari uap air hasil pembakaran Nilai kalor pembakaran yang terdapat pada biogas berupa High Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV) pembakarannya dapat dilihat pada Tabel 2.2 berikut :
Tabel 2.3 Nilai Kalor Pembakaran Biogas dan Natural Gas
Komponen
High heating
Low heating value
(Kkal/m3)
(Kkal/kg)
(Kkal/m3)
(Kkal/kg)
Hidrogen (H2)
2.842,21
33.903,61
2.402,62
28.661,13
Karbon monoksida (CO)
2.811,95
2.414,31
2.811,95
2.414,31
Gas methan (CH4)
8.851,43
13.265,91
7.973,13
11.953,76
Natural gas
9.165,55
12.943,70
8.320,18
11.749,33
Sumber : Price dan Cheremisinoff, 1981
2.1.6 Masalah Biogas Masalah yang muncul ketika biogas baru diproduksi adalah komposisi biogas itu sendiri karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang optimal perlu dilakukan proses pemurnian/ penyaringan. Beberapa gas yang tidak menguntungkan antara lain : 1.
Gas Karbon dioksida (CO2) Gas CO2 dalam biogas perlu dihilangkan karena gas tersebut dapat mengurangi
nilai kalor pembakaran biogas. Nilai kalor pembakaran gas metana murni pada tekanan 1 atm dan temperatur 15,5 oC yaitu 9100 Kkal /m3 (12.740 Kkal/kg). Sedangkan nilai kalor pembakaran biogas sekitar 4.800 – 6.900 Kkal/m3 (6.720 – 9660 Kkal/kg). Tingginya kandungan CO2 dalam biogas menyebabkan nilai kalor
12
pembakaran turun menjadi sebesar 4.301,63 – 6.213,47 Kkal/m3 (6.022,28 – 8.698,85
Kkal/kg)
dari nilai
pembakaran
CH4 murni
sebasar
9.559,18
Kkal/m3 (13.382,85 Kkal/kg) (Harasimowicz et al, 2007). 2.
Gas Hidrogen Sulfida (H2S) H2S dihasilkan oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob. Menurut
Lastella et al (2002), konsentrasi gas ini dalam biogas relatif kecil ± 0,1 – 2%. Gas ini bersifat korosif sehingga konsentrasi yang besar dalam biogas dapat menyebabkan korosi pada ruang pembakaran. Selain itu, gas ini mempunyai bau yang tidak sedap, bersifat racun dan hasil pembakarannya menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2). Gas H2S dengan konsentrasi rendah dapat menyebabkan iritasi pada mata dan saluran pernafasan. Pada konsentrasi yang lebih tinggi dapat menyebabkan sakit kepala, mual dan muntah, sampai pingsan, serta pada konsentrasi lebih dari seribu ppm akan menyebabkan kehilangan kesadaran sampai kematian (Jones et al., 2005). Semua logam mampu bereaksi dengan gas sulfur dan oksigen yang akan menghasilkan ion+, dan hasil dari reaksi logam dengan sulfur dan oksigen akan menghasilkan endapan (id.wikipedia.org, 2000). Beberapa dampak negatif bagi manusia yang ditimbulkan oleh gas H2S dengan beberapa konsentrasi (ppm) dapat di lihat di Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Dampak negatif gas H2S bagi manusia.
Konsentrasi
Effect Bagi Manusia
0.03 ppm
Bisa dicium. Aman dihirup dalam 8 Jam.
4 ppm
Bisa menyebabkan iritasi mata. Harus menggunakan masker karena bisa merusak metabolisme.
10 ppm
Maksimum terhirup selama 10 menit. Bau membunuh dalam 3 sampai 15 menit, menyebabkan gas mata dan luka pada tenggorokan. Bereaksi secara keras dengan campuran isi raksa gigi.
20 ppm
Terhirup lebih dari 1 menit menyebabkan kerusakan pada urat saraf mata.
13
30 ppm
Hilang penciuman, kerusakan sampai darah keotak diteruskan dengan kerusakan organ penciuman.
100 ppm
Kelumpuhan pernafasan dalam 30 sampai 45 menit. Pingsan dalam waktu singkat (maksimal 15 menit).
200 ppm
Kerusakan mata serius dan kerusakan mata sampai pada saraf. Melukai mata dan tenggorokan.
300 ppm
Kehilangan keseimbangan dan fikiran. Kelumpuhan pernafasan dalam 30 sampai 45 menit.
500 ppm
Menimbulkan kelumpuhan dalam 3 sampai 5 menit. Dibutuhkan segera penyadar buatan.
700 ppm
Akan menimbulkan terhentinya nafas dan kematian jika tidak segera ditolong. Kerusakan otak secara permanen jika tidak ada pertolongan cepat.
Sumber : AllkenMurray.com 2.1.7 Jenis Reaktor Biogas Ada beberapa jenis reaktor biogas yang dikembangkan diantaranya adalah reaktor jenis kubah tetap (Fixed-dome), reaktor terapung (Floating drum), reaktor jenis balon, jenis horizontal, jenis lubang tanah, jenis ferrocement. Dari keenam jenis digester biogas yang sering digunakan adalah
jenis kubah tetap (Fixed-dome)
dan jenis Drum mengambang (Floating drum). Beberapa tahun
terakhi ini
dikembangkan jenis reaktor balon yang banyak digunakan sebagai reaktor sederhana dalam skala kecil. 1.
Reaktor kubah tetap (Fixed-dome) 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 karena 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
14
kubah. Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunakan
reaktor
bergerak menggunakan
terapung,
karena
tidak
memiliki
bagian
yang
besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan
perawatannya lebih mudah. Sedangkan kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi kehilangangas pada bagian kubah karena konstruksi tetap. Pada reaktor biogas jenis kubah tetap, digester diletakkan didalam tanah dan bagian atasnya dibuat ruangan dengan atap seperti kubah terbalik. Fungsi drum terbalik atau kubah terbalik ini untuk menampung biogas yang dihasilkan dari digester.
Gambar 2.1 Reaktor kubah tetap (Fixed-dome) Agung Pambudi (2008)
2.
Reaktor terapung (floating drum) Memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah tetep, 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.Karena tempat penyimpanan yang terapung sehingga tekanan gas konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. Faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul
15
gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap.
Gambar 2.2 Reaktor terapung (floating drum) Agung Pambudi (2008)
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 saturuangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.
2.1.8 Pemurnian Dan Proses Penyimpanan Biogas Biogas mengandung unsur- unsur yang tidak bermanfaat untuk pembakaran khususnya H2O dan H2S. Pengurangan kadar H2O yang sederhana dilakukan dengan cara melewatkan biogas pada suatu kolom yang terdiri dari silika gel. H 2O akan diserap oleh silika gel. Sedangkan pemurnian biogas dari unsur H2S dapat dilakukan dengan teknik absorbsi (Purnomo, 2009). Absorbsi adalah pemisahan suatu gas tertentu dari campuran gas-gas dengan cara pemindahan massa ke dalam suatu liquid. Hal ini dilakukan dengan cara
16
mengantarkan aliran gas dengan liquid yang mempunyai selektivitas pelarut yang berbeda dari gas yang akan dipisahkannya (Purnomo, 2009). Untuk absorbsi kimia, transfer massanya dilakukan dengan bantuan reaksi kimia. Suatu pelarut kimia yang berfungsi sebagai absorben akan bereaksi dengan gas asam (CO2 dan H2S) menjadi senyawa lain, sehingga gas alam yang dihasilkan sudah tidak lagi mengandung gas asam yang biasanyaakan mencemari lingkungan apabila ikut terbakar. Secara umum penghilangan (pengurangan) H 2S dari biogas dapat dilakukan secara fisika, kimia, atau biologi. Pemurnian secara fisika misalnya penyerapan dengan air, pemisahan dengan menggunakan membran atau adsorbsi dengan adsorben misalnya dengan menggunakan adsorben karbon aktif. Metode fisika ini relatif mahal karena absorben sulit diregenerasi dan pengurangan H2S rendah serta masih berupa larutan dan gas yang dibuang di lingkungan. Pemurnian dengan cara biologi dengan menggunakan bakteri yang menguraikan H 2S menjadi sulfat. Metode ini efektif untuk mereduksikan kandungan H2S dalam biogas, tetapi metode ini selain sulit dalam pengoperasiannya juga sangat mahal. Pemurnian biogas dari kandungan H2S yang sering dilakukan adalah diserap secara kimiawi. Pada metode ini H2S diserap secara kimiawi (bereaksi secara kimia) oleh larutan absorben. Selanjutnya absorben yang kaya H2S diregenerasi untuk melepas kembali H2S-nya dalam bentuk gas atau sulfur padat . Absorben yang lain adalah larutan nitrit, larutan garam alkali, slurry besi oksida atau seng oksida dan iron chelated solution (Purnomo, 2009).
1.
Geram Besi Geram besi yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan limbah besi
dari hasil pembubutan. Membubut adalah proses pembentukan benda kerja dengan menggunakan mesin bubut. Mesin bubut adalah perkakas untuk membentuk benda kerja dengan gerak utama berputar. Gerakan berputar inilah yang menyebabkan tejadinya penyayatan oleh alat potong terhadap benda kerja. Prinsip kerja dari mesin bubut adalah gerak potong yang dilakukan oleh benda kerja yang berputar (bergerak rotasi) dengan gerak makan oleh pahat yang bergerak translasi dan dihantarkan pada benda kerja. Sehingga dari penyayatan benda kerja diperoleh geram-geram yang berbentuk spiral.
17
Pemakaian geram besi berbentuk spiral untuk memudahkan membentuk bilet. Bilet dibuat untuk memasukkan ke dalam pipa penyaringan biogas dari gas pengotor hidrogen sulfida. Proses mereaksikan gram besi menjadi besi oksida dapat dilakukan dengan jalan membakar geram besi sampai berwarna merah dan didinginkan dengan pendinginan lambat untuk mendapatkan bentuk bilet yang lebih sempurna proses yang dilakukan adalah membakar terlebih dahulu kemudian dipres untuk menghasilkan geram besi yang berpori dengan permeabealitas yang tepat sehingga reaksi penyerapan H2S dapat berlangsung sempurna dan biogas mampu mengalir dengan lancar tanpa terjadi sumbatan. Kemudian geram besi yang terdiri dari besi oksida dan besi hidroksida yang telah digunakan dapat digunakan kembali untuk menangkap hidrogen sulfida dengan mereaksikan oksigen dan air.
2.
Reaksi Oksidasi Besi Oksida dengan Oksigen dan Air Senyawa yang terbentuk dari hasil reaksi dengan oksigen dinamakan oksida
sehingga reaksi antara oksigen dan suatu unsur dinamakan reaksi oksidasi. Karat besi adalah senyawa yang terbentuk dari hasil reaksi antara besi dan oksigen (besi oksida). Persamaan reaksi pembentukan oksida besi dapat ditulis sbb : 4Fe(s) + 3O2(g)
2Fe2O3(s)…………………………………(2.1)
Pada reaksi tersebut, besi mengalami oksida dengan cara mengikat oksigen menjadi besi oksida. Kebalikan dari reaksi oksidasi dinamakan reaksi reduksi. Pada reaksi reduksi terjadi pelepasan oksigen. Besi oksida dapat direduksi dengan cara direaksikan dengan gas hidrogen, persamaannya menjadi sbb: Fe2O3(s) + 3H2(g)
2Fe(s) + 3H2O(g)………………………(2.2)
Proses pengkaratan adalah istilah umum untuk serangkaian oksida besi. Dalam penggunaan sehari-hari, istilah ini digunakan untuk oksida merah (red oxides, dibentuk oleh reaksi dari besi dan oksigen dengan adanya air. Karat terdiri dari besi oksida
(Fe2O3) dan besi hidroksida (Fe(OH3)). Karat besi merupakan proses
elektrokimia yang dimulai dengan mentransfer electron dari besi dengan oksigen. Tingkat korosi ini dipengaruhi oleh air dan dipercepat oleh elektrolit, seperti kasuskasus korosi pada kendaraan. Reaksi utama dari reduksi oksigen ini adalah sbb :
18
O2 + 4 e- + 2H2O
4 OH-…………………………………...(2.3)
Karena ini merupakan bentuk ion hidroksida maka proses ini sangat dipengaruhi oleh adanya asam. Korosi terbesar kebanyakan dari logam dan dipercepat dengan adanya oksigen pada tingkat pH yang rendah. Pemberian elektron untuk reaksi diatas adalah oksida besi yang digambarkan seperti reaksi berikut : Fe
Fe2+ + 2 e-…………………………………………….. (2.4)
Reaksi redoks ini dapat terjadi dengan adanya air yang sangat penting untuk pembentukan besi oksidasi : 4 Fe3+ + 2 O2-…………………………………..(2.5)
4Fe2+ + O2
Selain itu, reaksi asam-basa mempengaruhi proses besi hidroksida berikutnya : Fe2+ + 2H2O
Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3H2O
Fe(OH)3 + 3H+………………………………..(2.6)
Sehingga kesetimbangan reaksinya menjadi : Fe(OH)2 + H Fe(OH)3
FeH2O FeO (OH) + H2O
2 FeO (OH)2O
Fe3 + H2O……………………………………(2.7)
Dari persamaan diatas terlihat bahwa terbentuknya besi oksida dan besi hidroksida ditentukan oleh adanya air dan oksigen. 3.
Pemurnian dengan mereaksikan Fe2O3 Teknik ini merupakan teknik paling tua yang digunakan untuk memurnikan gas
dari
H2S. Proses dilakukan dengan melewatkan gas yang mengandung H2S ke
serbuk besi yang dicampur dengan serbuk gergajian kayu (Polprasert, 1989) seperti tampak pada Gambar 2.3.
19
Gas dimasukkan pada bagian 1 dari Gambar 2.3, selanjutnya gas akan melewati sela- sela serbuk besi yang dicampur dengan serbuk gergajian kayu pada bagian 2 sehingga terjadi reaksi seperti reaksi 2.8. Fe2S3 + H2O ……………………………………..(2.8)
Fe2O3 + 3H2S
3
2
2
1 Gambar 2.3. Teknik memurnikan gas dari H2S dengan mereaksikan dengan Fe2O3 (Sumber : Polprasert, 1989)
Untuk mengembalikan Fe2S3 menjadi Fe2O3 dapat dilakukan dengan mereaksikan dengan O2 dengan melewatkan udara sesuai reaksi 2.9. 2Fe2S3 + 3O2
2Fe2O3 + 3S2……………………………………(2.9)
Sumber Fe2O3 dengan cara ini menggunakan serbuk besi hasil pengikiran atau penggerindaan, pembubutan, ataupun hasil proses permesinan lainnya. Penggunaan serbuk gergajian kayu pada teknik yang dikemukakan oleh Polprasert (1989), sering menyebabkan tersumbatnya saluran gas. Untuk menghindari penggunaan serbuk gergajian kayu tersebut maka Winhester (2002), mengembangkan teknik baru dengan menggunakan tanah diatom (diatomite) sebagai bahan pengikat. Winchester (2002), menciptakan media penyaring (filtering media) terbuat dari 5-10% ferric ion yang diikat dengan tanah diatom yang dikalsinasi. Kecepatan gas melewati media penyaring dijaga pada 5ft/min dengan menggunakan uap air. Pada saat beroperasi, gas dimasukkan melalui bagian 1, katup 2 dan 10 dibuka sedangkan katup 3, 4, dan 8
20
ditutup. Gas selanjutnya melewati media penyaring (bagian 7). Apabila aliran terlalu cepat yaitu melebihi 5 ft/min, maka katup 3 dibuka agar terjadi semprotan air dari bagian 6 sehingga pori-pori media penyaring (bagian 7) menjadi menyempit dan aliran dapat diperlambat. Kecepatan aliran diukur dengan flow meter pada bagian 11. Gas yang telah bersih dari H2S mengalir melewati bagian 12. melalui gelas penutup dapat diamati saat filter bereaksi dengan H2S maka media akan berwarna semakin gelap, karena telah terbentuk Fe2S3. untuk mengembalikan menjadi Fe2O3 maka katup 2, 3 ,dan 10 ditutup, sedangkan katup 4 dan 8 dibuka. Udara selanjutnya dialirkan melewati katup 4 melewati media penyaring bagian 7 dan keluar melalui katup 8.
6
Gelas penutup 11
3
2
10
1
12
7
4
8
9 5 Gambar 2.4. Mekanisme pemurnian gas dari pengotor H2S dengan media penyaring terbuat dari Fe2O3 dengan pengikat tanah diatom (Sumber : Winchester, 2002)
2.1.9 Manfaat Biogas Dalam Kehidupan Manfaat pembuatan biogas dari kotoran ternak antara lain : 1.
Gas yang dihasilkan dapat mengganti fuel seperti LPG atau natural gas. Pupuk sapi yang dihasilkan dari satu sapi dalam satu tahun dapat dikonversi menjadi gas metana yang setara dengan lebih dari 200 liter gasoline (Anonim, 2007).
21
2.
Gas yang dihasilkan dapat digunakan untuk sumber energi menyalakan lampu, dimana 1 m3 biogas dapat digunakan untuk menyalakan lampu 60 Watt selama 7 jam.
3.
Limbah digester biogas, baik yang padat maupun cair dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik.
2.2
GENERATOR LISTRIK Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari
sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya (Awaludin, 2010). Perubahan biogas menjadi energi listrik dilakukan dengan memasukkan gas dalam tabung penampungan kemudian masuk ke conversion kit yang berfungsi menurunkan tekanan gas dari tabung sesuai dengan tekanan operasional mesin dan mengatur debit gas yang bercampur dengan udara didalam mixer, dari mixer bahan bakar bersama dengan udara masuk kedalam mesin dan terjadilah pembakaran yang akan menghasilkan daya untuk menggerakkan generator yang menghasilkan energi listrik (Awaludin, 2010).
Gambar 2.5 Generator Listrik Berbahan Bakar Biogas Tipe EC 1700 AVR
