BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Compressed Natural Gas (CNG) Gas alam terkompresi (Compressed natural gas, CNG) adalah alternatif

bahan bakar selain bensin atau solar. Di Indonesia, CNG dikenal sebagai bahan bakar gas (BBG). Bahan bakar ini dianggap lebih bersih bila dibandingkan dengan dua bahan bakar minyak karena emisi gas buangnya yang ramah lingkungan. CNG dibuat dengan melakukan kompresi metana (CH4). CNG disimpan dan didistribusikan dalam bejana tekan, biasanya berbentuk silinder. Konversi ke CNG difasilitasi dengan pemberian harga yang lebih murah bila dibandingkan dengan bahan bakar cair (bensin dan solar), peralatan konversi yang dibuat lokal dan infrastruktur distribusi CNG yang terus berkembang. Sejalan dengan semakin meningkatnya harga minyak dan kesadaran lingkungan, CNG saat ini mulai digunakan juga untuk kendaraan penumpang dan truk barang berdaya ringan hingga menengah. Sesungguhnya di Indonesia, CNG bukanlah barang baru. Pencanangan untuk menggunakan CNG yang harganya lebih murah dan lebih bersih lingkungan daripada bahan bakar minyak (BBM) sudah dilakukan sejak tahun 1986. CNG dapat digunakan untuk mesin Otto (berbahan bakar bensin) dan mesin diesel (berbahan bakar solar). Pengisian CNG dapat dilakukan dari sistem bertekanan rendah maupun bertekanan tinggi. Idealnya, tekanan pada jaringan pipa gas adalah 11 bar, dan agar pengisian CNG bisa berlangsung dengan cepat, diperlukan tekanan sebesar 200 bar, atau 197 atm, 197 kali tekanan udara biasa. Dengan tekanan sebesar 200 bar, pengisian CNG setara 130 liter premium dapat dilakukan dalam waktu 3-4 menit. Dengan tekanan sebesar 200 bar, tentunya penanganan CNG perlu dilakukan secara hati-hati. Antara lain dengan menggunakan tangki gas yang memenuhi persyaratan dan dipasang di bengkel yang direkomendasi. Tangki CNG dibuat dengan menggunakan bahan-bahan khusus yang mampu membawa CNG dengan aman. Desain terbaru tangki CNG menggunakan lapisan alumunium dengan diperkuat oleh fiberglass. Karena CNG lebih ringan dari udara, kebocoran tidak

Universitas Sumatera Utara

menjadi terlalu beresiko bila sirkulasi udara terjaga dengan baik. Jika gas terbakar, mesh logam atau keramik akan mencegah tangki agar tidak meledak. Sama sekali tidak diperkenankan untuk memodifikasi tangki tersebut. Jika dianggap tangki yang dibeli volumenya terlalu kecil, lebih baik membeli tangki yang volumenya lebih besar daripada memodifikasinya sendiri. Sama sekali tidak diperkenankan untuk memodifikasi tangki tersebut. Jika dilakukan, daya tahan tangki tersebut terhadap tekanan tinggi menjadi tidak terukur. CNG kadang-kadang dianggap sama dengan LNG. Walaupun keduanya sama-sama gas alam, perbedaan utamanya adalah CNG adalah gas terkompresi sedangkan LNG adalah gas dalam bentuk cair. CNG secara ekonomis lebih murah dalam produksi dan penyimpanan dibandingkan LNG yang membutuhkan pendinginan dan tangki kriogenik yang mahal. Akan tetapi CNG membutuhkan tempat penyimpanan yang lebih besar untuk sejumlah massa gas alam yang sama serta perlu tekanan yang sangat tinggi. Oleh karena itu pemasaran CNG lebih ekonomis untuk lokasi-lokasi yang dekat dengan sumber gas alam. CNG juga perlu dibedakan dari LPG, yang merupakan campuran terkompresi dari propana (C3H8) dan butana (C4H10) (Wikipedia, 2010). Adapun keuntungan dari CNG ini adalah : 1. Harga gas lebih murah dibandingkan dengan harga BBM tak bersubsidi. 2. Penghematan lebih dari 50%. 3. Mesin produksi lebih tahan lama, bersih sehingga dapat menekan biaya perawatan. 4. Lebih aman dibandingkan dengan BBM atau LPG karena gas lebih ringan dari udara sehingga tidak mudah terbakar. 5. Teknologi yang digunakan untuk mendistribusikan gas bumi dalam tabung bertekanan tinggi. 6. Tekanan gas dapat disesuaikan dengan kebutuhan pihak industri 7. Sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ekonomis / hemat dibandingkan dengan: •

Solar : Rp 4956,- / liter; LPG

: Rp 7000,- / Kg LPG

(Suropati, 2010).


•

CNG : Rp 5.500/ m3

(PT. Delima Anugerah Suplindo)

Tabel 2.1 Spesifikasi CNG

Komponen Metana (CH4) Karbon dioksida (CO2) Berat jenis (SG) Suhu Kadar air Nilai Pemanasan Kotor

Nilai 95-97 % Max 5 % 0,55-0,85 300-380 oC 0,16028 gr/m3 8.000-10.658 Kcal/m3

(Suropati, 2010) 2.2

Pengertian Biogas Biogas adalah gas produk akhir pencernaan atau degradasi anaerobik bahan-

bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerobik dalam lingkungan bebas oksigen atau udara. Komponen terbesar (penyusun utama) biogas adalah metana (CH4, 54 – 80 %vol) dan karbon dioksida (CO2, 20 – 45 %-vol) (Rohman, 2010). 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. Saat ini, banyak negara maju meningkatkan penggunaan biogas yang dihasilkan baik dari limbah cair maupun limbah padat atau yang dihasilkan dari sistem pengolahan biologi mekanis pada tempat pengolahan limbah (Wikipedia, 2010).


Tabel 2.2 Komposisi biogas secara umum Senyawa Gas Metana, CH4 Karbondioksida, CO2 Nitrogen, N2 Hidrogen, H2 Hidrogen sulfida, H2S Oksigen, O2

Kadar (%) 50-75 25-50 0-10 0-1 0-3 0-2

(Wikipedia, 2010). Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar CH4 minimal 57% yang menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996), biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan CH4 telah mencapai minimal 60%. Pembakaran gas CH4 ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan asap (Hermawan dkk, 2007). Nilai kalori dari 1 meter kubik biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu Biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar

alternatif yang

ramah

lingkungan pengganti minyak

tanah, LPG, butana, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil. Biogas tersebut dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya seperti distribusi melalui jaringan gas, pembangkit listrik, pemanas ruangan dan pemanas air. Jika dikompresi, ia dapat menggantikan gas alam terkompresi (CNG) yang digunakan pada kendaraan (Lemigas, 2010).

2.3

Sejarah Biogas Gas CH4 terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik oleh bakteri

metana atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangi sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik sehingga terbentuk gas metana (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Sebetulnya di tempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Gas metana sama dengan gas LPG (Liquidified Petroleum Gas), perbedaannya adalah gas metana mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak (Rahman, 2010).


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 CH4. Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan CH4. 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 (Bahan Bakar Minyak) 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. Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit biogas 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. Dengan teknologi tertentu,

gas metana dapat

dipergunakan untuk

menggerakkan turbin yang menghasilkan energi listrik, menjalankan kulkas, mesin tetas, traktor, dan mobil. Secara sederhana, gas metana dapat digunakan untuk keperluan memasak dan penerangan menggunakan kompor gas sebagaimana halnya LPG (FAO, 1981).


2.4

Tahapan Metabolisme dalam Degradasi Anaerobik Umumnya, proses anaerob terjadi pada empat tahapan utama, yaitu :

hidrolisis, fermentasi, asetogenesis, dan metagenesis. Setiap tahapan melibatkan populasi mikroba yang berbeda.

2.4.1 Hidrolisis Material organik polimerik dihidrolisis menjadi monomer seperti glukosa, asam lemak dan asam amino oleh bakteri hidrolitik. Proses hidrolisis adalah proses yang sangat penting pada limbah organik tinggi. Solubilisasi melibatkan proses hidrolisis dimana senyawa – senyawa organik kompleks dihidrolisis menjadi monomer – monomer. Lemak dihidrolisis menjadi asam – asam lemak atau gliserol; protein dihidrolisis menjadi asam – asam amino atau peptida sedangkan karbohidrat dihidrolisis menjadi monosakarida dan disakarida. Reaksi hidrolisis dapat dilihat sebagai berikut: Lemak

asam lemak rantai panjang, gliserol

Protein

asam-asam amino, peptida rantai pendek

Karbohidrat

polisakarida, monosakarida, disakarida

2.4.2 Asidogenesis Pada tahap ini produk yang telah dihidrolisa dikonversikan menjadi asam lemak volatil, alkohol, aldehid, keton, amonia, karbondioksida, air dan hidrogen oleh bakteri pembentuk asam. Asam – asam organik yang terbentuk adalah asam asetat, asam propionat, asam butirat dan asam valerat. Reaksi asidogenesis dapat di lihat di bawah ini: C6H12O6

CH3CH2CH2COOH

glukosa

asam butirat

C6H12O6 glukosa

+ 2 H2

+ 2 CO2 + 2 H2

CH3CH2COOH + 2 H2O asam propionat


2.4.3 Asetogenesis Asam lemak volatil dengan empat atau lebih rantai karbon tidak dapat digunakan secara langsung oleh metanogen. Asam-asam organik ini dioksidasi terlebih dahulu menjadi asam asetat dan hidrogen oleh bakteri asetogenik penghasil hidrogen melalui proses yang disebut asetogenesis. Asetogenesis juga temasuk pada produksi asetat dari hidrogen dan karbon dioksida oleh asetogen dan homoasetogen. Kadang-kadang proses asidogenesis dan asetogenesis dikombinasikan sebagai satu tahapan saja. Reaksi asetogenesis dapat dilihat di bawah ini: CH3CH2COOH

CH3COOH + CO2 + 3 H2

asam propionat

asam asetat

CH3CH2CH2COOH

2 CH3COOH + 2 H2

asam butirat

asam asetat

2.4.4 Metagenesis Pada akhirnya gas metana diproduksi dengan dua cara. Pertama adalah mengkonversikan asetat menjadi karbon dioksida dan metana oleh organisme asetropik dan cara lainnya adalah dengan mereduksi karbon dioksida dengan hidrogen oleh organisme hidrogenotropik. Metanogen yang dominan digunakan pada reaktor

biogas

adalah

Methanobacterium,

Methanothermobacter,

Methanobrevibacter, Methanosarcina dan Methanosaeta. Reaksi metanogenesis dapat dilihat dibawah ini: CH3COOH

CH4 + CO2

CO2 + 4H2

CH4 +2H2O

(Lang, 2007)


5%

20 %

Komponen organik kompleks (Karbohidrat, protein, lipid) Hidrolisis

10 %

35 %

Komponen organic sederhana (Gula, asam amino, peptida) Asidogenesis

Asam-asam lemak rantai panjang (Propionat, butirat dan lain-lain) Asetogenesis 13 %

17 %

H2, CO2

Asetat 72 %

28 %

CH4, CO2

Gambar 2.1 Skema fermentasi metana pada proses anaerobik (Speece, 1996)

2.5

Variabel Kondisi Proses

2.5.1 Temperatur Sejumlah populasi yang seimbang dari beragam jenis bakteri menjadi pelaku utama dalam proses degradasi anaerob. Kebanyakan bakteri ini sangat peka terhadap perubahan kondisi lingkungan, salah satunya temperatur. Proses anaerob biasanya dijalankan pada temperatur 30-38oC atau pada 49-57 o

C (termofilik) dan harus sangat diperhatikan mengingat organisme yang

berkembang pada temperatur yang berbeda tidaklah sama. Inkubasi laboratorium biasanya dioperasikan pada suhu 37 oC atau 55 oC (Roberts, 2003).


Apabila temperatur menurun, aktivitas bakteri akan berkurang, begitu pula dengan produksi biogas. Sebaliknya bila temperatur meningkat, beberapa bakteri mulai memasuki fasa kematian dan biogas yang diproduksi juga akan berkurang. Isolasi, penukar panas, elemen pemanas, penangas air dan injeksi uap air merupakan metode-metode yang dapat digunakan untuk mengontrol temperatur digester (Garcelon dan Clark, 2007). 2.5.2 pH dan Alkalinitas Alkalinitas merupakan ukuran dari jumlah karbonat dalam suatu larutan. Sementara, tingkat keasaman atau kebasaan suatu larutan diindikasikan oleh pH. Suatu larutan yang bersifat asam akan mengandung lebih banyak ion hidrogen atau hidronium dibandingkan dengan jumlah ion hidroksidanya, demikian juga sebaliknya. Alkalinitas sangat penting dalam proses anaerob karena apabila asam dalam larutan bertambah, karbonat akan menyumbangkan ion hidroksidanya untuk menetralisir keasaman. Hal ini dikenal sebagai efek buffer dari alkalinitas. Seperti halnya syarat ketiadaan oksigen dan jangkauan temperatur yang sempit, metanogen juga hanya dapat berkembang dengan baik pada jangkauan pH yang sempit, antara 6,5 hingga 8. Setelah bakteri pembentuk asam menghasilkan asam, metanogen akan menggunakan asam tersebut dan mempertahankan pH pada tingkat netral. Akan tetapi perlu diingat bahwa laju reaksi yang melibatkan bakteri pembentuk asam lebih tinggi dibandingkan dengan laju reaksi yang melibatkan bakteri metanogen. Untuk itu, populasi metanogen harus diusahakan dan dipertahankan lebih besar. Selain itu, peningkatan pH dengan penambahan baking soda (NaHCO3) juga dapat dilakukan untuk meningkatkan alkalinitas atau kapasitas buffering dari larutan fermentasi. Dari paparan di atas, dapat dimengerti pula bahwa saat dimulainya operasi suatu digester merupakan titik yang sangat penting. Ketika digester diberi umpan untuk pertama kalinya, bakteri pembentuk asam akan menghasilkan asam dengan cepat. Populasi metanogen bisa saja kurang memadai untuk mengonsumsi asam yang dihasilkan sehingga tidak mampu mempertahankan pH netral. Bila pH turun hingga kurang dari 6,5 maka populasi metanogen akan mulai mati dan populasi bakteri secara keseluruhan akan menjadi semakin tidak seimbang. Akibatnya digester akan


mengalami pengasaman dan tidak mampu memproduksi biogas (Garcelon dan Clark, 2007).

2.5.3 Perbandingan Karbon dan Nitrogen (C:N) Seperti pada manusia, diet yang seimbang membantu mempertahankan populasi bakteri yang stabil dan sehat. Bakteri anaerob umumnya menggunakan karbon sebagai sumber energi untuk pertumbuhan, dan nitrogen untuk membangun struktur sel. Biasanya karbon yang dibutuhkan 25-30 kali lebih banyak dibandingkan dengan nitrogen. Umpan yang dapat digunakan bakteri secara efisien sebaiknya memiliki perbandingan karbon : nitrogen sekitar 30:1(Garcelon dan Clark, 2007).

2.6

Fermentasi Anaerobik Fermentasi anaerobik mengakibatkan transformasi dari senyawa-senyawa

organik oleh ekosistem campuran kultur bakteri tanpa oksigen. Proses ini merupakan proses alami dimana gas yang diproduksi merupakan kombinasi antara metana dan karbondioksida. Fermentasi anaerobik mempunyai keuntungan dan kerugian. Tabel 2.3 memperlihatkan keuntungan dan kerugian fermentasi anaerobik. Tabel 2.3 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik No.

Keuntungan

Kerugian

1.

Energi yang dibutuhkan sedikit

Biaya konstruksi yang mahal

2.

Pengurangan terhadap bau

Di beberapa lokasi, pemakaian sludge menjadi masalah

3.

Baik untuk operasi skala besar

Lebih besar daripada instalasi lain seperti fermentasi asam laktat

4.

5.

6.

Metana digunakan sebagai pengganti

Penyimpanan gas yang sulit

bahan bakar fosil

(korosif)

Mengurangi polusi oleh efek rumah

Konsumsi air dalam jumlah

kaca

besar

Keluaran recycle digunakan sebagai

Penyimpanan pupuk yang sulit

pupuk


7.

8.

Mengurangi COD dan BOD, padatan

Bermasalah pada managemen

total, dan padatan volatil pada carcass

dari sludge

Menghilangkan atau mengurangi

Tidak dapat menghilangkan

bakteri pengganggu, patogen, telur

seluruh bakteri patogen

serangga, dan parasit internal (Metcalf & Eddy, 2003)

2.7

Nilai Potensial Biogas Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2, dan partikulat lainnya) dan telah

mencapai kualitas pipeline adalah setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini, gas dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya pun telah layak sebagai bahan baku pembangkit listrik, pemanas ruangan, dan pemanas air. Jika dikompresi, biogas dapat menggantikan gas alam terkompresi yang digunakan pada kendaraan. Di Indonesia nilai potensial pemanfaatan biogas ini akan terus meningkat karena adanya jumlah bahan baku biogas yang melimpah dan rasio antara energi biogas dan energi minyak bumi yang menjanjikan. Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain adalah sebagai berikut: Tabel 2.4 Kesetaraan Biogas dengan sumber lain Bahan Bakar Biogas Elpiji Minyak tanah Minyak solar Bensin Gas kota Kayu bakar (Hermawan, dkk, 2007)

2.8

Jumlah 1 m3 0,46 kg 0,62 liter 0,52 liter 0,8 liter 1,5 m3 3,5 kg

Limbah Cair Pengolahan Kelapa Sawit (POME, Palm Oil Mill Effluent) Air keluaran (effluent water) didefinisikan sebagai air atau cairan yang

dibuang dari industri, yang mengandung bahan-bahan terlarut dan dapat berbahaya bagi lingkungan. Bahan-bahan terlarut ini dapat berupa gas CH4, SO2, NH3, halogen atau cairan atau padatan terlarut yang mengandung ion-ion, baik organik maupun inorganik, dengan konsentrasi di atas batasan yang diizinkan. Karena senyawa-


senyawa tersebut dapat membahayakan lingkungan, perlu dilakukan pengolahan terhadap air buangan industri untuk mengurangi senyawa-senyawa yang berpotensi bahaya hingga ambang batas yang diperbolehkan. Secara spesifik, POME (palm oil mill effluent) merupakan istilah yang merujuk pada buangan dari tahap akhir produksi minyak kelapa sawit di pabrik. Istilah ini meliputi beragam cairan, pengotor, minyak residu dan padatan tersuspensi. POME yang belum diolah memiliki kadar limbah berbahaya yang tinggi, yang tergantung pada proses operasinya. BOD (biological oxygen demand) dari POME dapat mencapai 25000 hingga 35000 mg/L dengan kandungan air sekitar 94%. POME dihasilkan dari berbagai titik selama pemrosesan dalam pabrik minyak kelapa sawit, meliputi: -

Sludge atau lumpur klarifikasi

-

Kondensat sterilisasi

-

Air pencuci buah

-

Buangan dari hydro cyclone

-

Buangan boiler, tangki dan dekanter. Komposisi POME secara umum terdiri dari 93-95% air, 0,5-2% minyak, 3-

4% padatan (tersuspensi dan terlarut) serta sedikit pasir (Igwe dan Onyegbado, 2007). Seperti halnya bahan lain yang dapat dijadikan umpan bagi fermentasi anaerob, POME memenuhi persyaratan utama, yakni mengandung bahan organik dalam jumlah yang signifikan. Bahan organik inilah yang kemudian akan dikonversikan menjadi metana dan karbondioksida (Steffen et.al., 1998). Limbah cair yang dihasilkan oleh pabrik minyak kelapa sawit (PMKS) berasal dari air kondensat pada proses sterilisasi, air dari proses klarifikasi, air hydrocyclone (claybath), dan air pencucian pabrik. Jumlah air buangan tergantung pada sistem pengolahan, kapasitas olah pabrik, dan keadaan peralatan klarifikasi. Limbah cair PMKS mengandung bahan organik yang relatif tinggi dan tidak bersifat toksik karena tidak menggunakan bahan kimia dalam proses ekstraksi minyak. Komposisi kimia limbah cair PMKS dan komposisi asam amino limbah cair segar disajikan pada tabel berikut.


Tabel 2.5 Komposisi Kimia Limbah Cair PMKS Komponen Ekstrak dengan ether Protein (N x 6,25) Serat Ekstrak tanpa N Abu P K Ca Mg Na Energi (kkal / 100 gr) (Siregar, 2010)

% Berat Kering 31.60 8.20 11.90 34.20 14.10 0.24 0.99 0.97 0.30 0.08 454.00

Tabel 2.6 Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS Asam Amino Lisine Histidine Arginine Aspartot asam Threoine Serine Glutamit asam Piroline Glycine Alanine Valine Methionine Isoleusine Leusine Tyrosine Phanylalarine (Siregar, 2010)

% 0.98 2.02 0.74 8.37 3.37 8.19 13.19 3.80 1.96 5.67 4.05 0.14 3.10 8.79 2.06 3.48

Tabel 2.7 Baku Mutu Limbah Cair Industri Minyak Kelapa Sawit Kadar Maksimum Beban Pencemaran (mg/L) Maksimum (kg/ton) BOD 400 1,25 COD 350 0,88 TSS 250 1,63 Minyak dan lemak 25 0,063 Nitrogen total (sebagai N) 50 0,125 3 pH 6,0-9,0 debit limbah cair maksimum 2,5 m / ton produk minyak kelapa sawit (Santi, 2004). Parameter


2.9 Deskripsi Proses dan Sifat – Sifat Bahan Baku Serta Produk Berdasarkan kajian literatur yang telah dipaparkan pada sub-sub bab sebelumnya, berikut ini disajikan deskripsi proses dan sifat-sifat dari bahan baku dan produk

2.9.1 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Compressed Natural Gas (CNG) dari Biogas Hasil Fermentasi Thermofilik Limbah Cair Kelapa Sawit. Proses pembuatan Compressed Natural Gas (CNG) dari biogas hasil fermentasi Thermofilik limbah cair kelapa sawit disajikan secara skematik pada Gambar 2.1. Proses terbagi menjadi unit fermentasi LCKS menjadi biogas dan unit pengolahan biogas menjadi CNG.

2.9.1.1 Fermentasi Limbah Cair Kelapa Sawit menjadi Biogas Limbah cair kelapa sawit (LCKS) dikumpulkan di dalam bak penampungan/ neutralizer (T-101). Limbah cair kelapa sawit (LCKS) yang telah ditampung dalam bak penampung/neutralizer

(T-101),

dilakukan

penambahan

senyawa

NaHCO3

menggunakan screw conveyor (C-102). Penambahan NaHCO3 ini untuk menetralkan pH, karena proses fermentasi berlangsung dengan baik dalam pH 6-8. Dan apabila nutrisi ditambahkan langsung ke dalam reaktor, maka kondisi reaktor tersebut akan sulit dijaga. Setelah itu, LCKS yang telah ditambahkan NaHCO3 dialirkan ke dalam bak nutrisi (M-106) yang dilengkapi dengan pengadukan dimana di dalam bak ini juga dilakukan penambahan senyawa FeCl2 dengan menggunakan screw conveyor (C103). LCKS yang pH-nya telah netral dialirkan ke fermentor (R-201). Fermentor yang digunakan adalah jenis reaktor tangki berpengaduk (Continouos Stirred Tank Reactor). Suhu di dalam fermentor dijaga 550C, dimana bakteri yang digunakan adalah bakteri thermofillik. Proses yang terjadi meliputi proses hidrolisis, asidifikasi, dan proses pembentukan metana dengan hydraulic retention time 6 hari. Kemudian sludge dari reaktor ditampung di dalam tangki sedimentasi (F-202) yang akan di


recycle ke bak (M-106). Dari fermentor, sisa ampas dialirkan ke filter press (H-204) kemudian ditampung pada bak penampung ampas cair (F-205) dan ampas padat.

2.9.1.2 Pemurnian Biogas Komponen

biogas

terbesar

yang

dihasilkan

yaitu

Metana

(CH4),

Karbondioksida (CO2) dan Hidrogen Sulfida (H2S). Air yang terkandung pada biogas dipisahkan dengan menggunakan water trap (F-301). Biogas yang telah terpisah dengan air ditampung di tangki penyimpanan biogas (F-304) dan H2S di adsorpsi dengan menggunakan Desulfirizer (D-306). Biogas yang terbentuk dengan komponen utama CH4 dialirkan ke suatu menara absorpsi (D-308) untuk menyerap CO2. CH4 dan CO2 yang terbentuk dialirkan kedalam unit CO2 removal. Unit ini terdiri atas 2 bagian, yaitu: CO2 absorber (D-308) yang berfungsi untuk mengabsorbsi CO2, serta unit CO2 stripper (D-312) yang berfungsi untuk melepaskan CO2. CO2 diserap menggunakan larutan K2CO3 untuk mengabsorpsi gas CO2 yang masuk pada bagian atas kolom absorber. Pada CO2 absorber pertama-tama gas CO2 bereaksi dengan H2O menghasilkan asam karbonat, kemudian bereaksi dengan ion karbonat dari K2CO3 membentuk ion bikarbonat. Reaksi kimia yang terjadi pada kolom absorber bersifat eksotermis, yaitu: •

CO2 + H2O ↔ H2CO3

•

H2CO3 + CO3= ↔ 2HCO3-

•

2HCO3- + 2K+ ↔ 2KHCO3

•

CO2 + H2O + K2CO3↔ 2KHCO3 Larutan yang banyak mengandung CO2 akan keluar pada bagian bawah kolom

absorber, kemudian dipanaskan dan dialirkan menuju CO2 stripper. Pada CO2 stripper kolom dipanasi menggunakan steam karena reaksi yang terjadi bersifat endotermik dan temperaturnya dijaga konstan pada 100oC dan tekanan 1 bar. Pada kolom stripper terjadi reaksi yang berlawanan pada CO2 absorber yang melepaskan CO2. Gas CO2 yang terlepas akan keluar menuju CO2 plant dari bagian atas stripper dan CO2 yang di hasilkan akan ditampung pada tangki (F-312) dan siap untuk dipasarkan, sedangkan larutan K2CO3 (benfield) yang telah dipisahkan dipompakan kembali menuju bagian atas absorber.


2.9.1.3 Pengkompresan Biogas Gas metan yang telah dimurnikan ditampung dalam tangki akumulasi (F401). Tekanan gas metana akan dinaikkan dari 1 atm menjadi 20 atm dengan temperatur 79,39 oC. Untuk memperoleh tekanan tersebut menggunakan Compressor Centrifugal (G-402). Temperatur gas diturunkan menjadi 15 oC dengan mengalirkan ke cooler (E-403) dengan propana sebagai refrigeran. Kemudian gas kembali di kompres dengan menggunakan Compressor Centrifugal (G-405) untuk mencapai tekanan akhir dari tekanan 20 atm menjadi 197 atm dengan temperatur 15 oC. Setelah tekanan yang diinginkan untuk CNG tercapai, maka gas dalam tabung yang siap untuk dipasarkan.

2.9.2 Sifat-sifat Bahan Pembantu dan Produk 2.9.2.1 Limbah Cair Kelapa Sawit (LCKS) Sebagai bahan utama yang difermentasikan menjadi biogas adalah limbah cair Pabrik Kelapa Sawit (PKS) dengan karakteristik sebagai berikut : Tabel 2.8 Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit Variabel (Satuan) TS VS SS BOD COD TOD Kj-N NH4-N VFA Asam propionat T-P Minyak dan oli C H N P

Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Wt% Wt% Wt% Wt%

POME 42600 37600 17750 38000 53000 50438 800 0 0 0 0 1700 45,6 6,34 1,98 0

(Yoshimassa, 2009).


2.9.2.2 Metana (CH4) Fungsi : merupakan komponen unsur terbesar (70%) di dalam biogas. 1. Berat Molekul

: 16,043 g/mol

2. Temperatur kritis : -82,70C 3. Tekanan kritis

: 45,96 bar

4. Fasa padat • Titik cair

: -182,50 C

• Panas laten

: 58,68 kJ/kg

5. Fasa cair • Densitas cair

: 500 kg/m3

• Titik didih

: -161,60 C

• Panas laten uap

: 510 kJ/kg

6. Fasa gas • Densitas gas

: 0,717 kg/m3

• Faktor kompresi : 0,998 • Spesifik graviti : 0,55 • Spesifik volume : 1,48 m3/kg • CP

: 0,035 kJ/mol. 0 K

• CV

: 0,027 kJ/mol. 0 K

• Viskositas

: 0,0001027 poise

• Kelarutan

: 0,054 vol/vol

(Gas encyclopedia, 2010)

2.9.2.3 Karbon Dioksida (CO2) Fungsi : merupakan salah satu komponen di dalam biogas yaitu sebesar 30%. 1. Berat Molekul

: 44,01 g/mol

2. Temperatur kritis : 310 C 3. Tekanan kritis

: 73,825 bar

4. Densitas kritis

: 464 kg/m3

5. Fasa padat • Densitas padat

: 1562 kg/m3

• Panas laten

: 196,104 kJ/kg


6. Fasa cair • Densitas cair

: 1.032 kg/m3

• Titik didih

-78,50 C

• Panas laten uap : 571,08 kJ/kg • Tekanan uap

: 58,5 bar

7. Fasa gas • Densitas gas

: 2,814 kg/m3

• Faktor kompresi : 0,9942 • Spesifik graviti : 1,521 • Spesifik volume : 0,547 m3/kg • CP

: 0,037 kJ/mol. 0 K

• CV

: 0,028 kJ/mol. 0 K

• Viskositas

: 0,0001372 poise

• Kelarutan

: 1,7163 vol/vol


2.9.2.4 Natrium karbonat (NaHCO3) Fungsi : sebagai agen penetral pH. 1. Berat molekul

: 84,0079 gr/mol

2. Titik lebur

: 500 C (3230 K)

3. Densitas

: 2.200 gr/cm3

4. Kelarutan dalam air

: 7,89 g / 100 ml pada 180 C

5. Tingkat kebasaan (pKb)

: -2,43

6. Berwarna padatan putih 7. Merupakan senyawa ampoterik 8. Bersifat endotermis (Wikipedia, 2010)


2.9.2.5 Ferro Klorida (FeCl2) Fungsi: sebagai sumber nutrisi bagi mikroba 1. Berat molekul

: 126,751 gr/mol

2. Titik lebur

: 677 0C


: 64,4 gr/100 ml pada 10 0C 105,7 gr/100 ml pada 100 0C

4. Densitas

: 3,16 gr/cm3

5. Agen flokulan dalam pengolahan air limbah buangan 6. Tidak larut dalam tetrahidrofuran 7. Merupakan padatan paramagnetik (Wikipedia, 2010)

2.9.2.6 Air (H2O) Fungsi: sebagai pelarut 1. Berat molekul

: 18,016 gr/gmol

2. Titik lebur

: 0°C (1 atm)

3. Titik didih

: 100°C (1 atm)

4. Densitas

: 1 gr/ml (4°C)

5. Spesifik graviti

: 1,00 (4°C)

6. Indeks bias

: 1,333 (20°C)

7. Viskositas

: 0,8949 cP

8. Kapasitas panas

: 1 kal/gr

9. Panas pembentukan

: 80 kal/gr

10. Panas penguapan

: 540 kal/gr

11. Temperatur kritis

: 374°C

12. Tekanan kritis

: 217 atm

(Perry, 1997)


2.9.2.7 Kalium Karbonat (K2CO3) Fungsi : sebagai campuran larutan absorben 1. Berat molekul

: 138,205 gr/mol

2. Titik lebur

: 891 0C

3. Densitas

: 2,29 gr/cm3

4. Kelarutan dalam air : 112 g / 100 ml pada 200 C 5. Tidak larut didalam alkohol 5. Berwarna putih 6. Berupa padatan berbentuk serbuk (Wikipedia, 2010)

2.9.2.8 Propana (C3H8) Fungsi: sebagai refrigerant pada proses pendinginan gas metana (CH4). 1. Berat molekul

: 44,1 g/mol

2. Densitas cair

: 593,12 kg/m3

3. Densitas gas

: 2,0098 kg/m3 (0oC, 1013 mbar)

4. Titik cair

: -187,7 C

5. Titik didih

: -42,1 C


: 0,04 g/L

o o


2.9.2.9 Compressed Natural Gas (CNG) Fungsi : Sebagai produk utama 1. Metana (CH4)

: 95-97 %

2. Karbon dioksida (CO2)

: Max 5 %

3. Berat Molekul

: 17,51 kg/kmol

4. Nilai Kalor

: 47.476 kJ/kmol

5. Berat Jenis (SG)

: 0,55 – 0,85

6. Kadar air

: 0,16028 gr/cm3

7. Nilai oktan

: 130

(Suropati, 2010).


F-407

LI

Keterangan Gambar

PC

Air Pendingin 28 oC PC

FC

FC

TC

30

TC

31

G-405 F-404

29

28 27

G-402 E-403

Steam 150 oC

T-406

F-401

TI

FC 26

PC

TC

G-307 PC

F-314

21

LI

PC 17 PC

FC

TC TI

25

PC

G-313

24

14

T-316

P-317

E-315 20

G-303

23

TC 18

13

15

D-312

D-308

16

D-306

FeCl2

E-305

11

E-311

F-304

C-103 4

NaHCO3 22

LI

F-301

C-102

FC

POME

19

FC 2

12

1

F-302

LI

P-309

TI

P-310

C-102 = Screw Conveyer 1 C-103 = Screw Conveyer 2 D-306 = Adsorpsi / Desulfurizer D-308 = Kolom Absorpsi D-312 = Kolom Stripper E-305 = Heater I E-311 = Heater II E-315 = Cooler 1 E-403 = Cooler 2 F-202 = Bak Sedimentasi F-205 = Bak Penampungan Pupuk Cair F-301 = Water Trap F-302 = Tangki Penampung Air F-304 = Tangki Penampung Biogas F-314 = Tangki Penampung CO2 F-401 = Tangki Akumulasi Gas Metana F-404 = Tangki Penyimpanan CNG F-407 = Tangki Propana F-408 = Tangki Propana Bekas G-303 = Compressor Centrifugal 1 G-307 = Blower G-313 = Compressor Centrifugal 2 G-402 = Compressor Centrifugal 3 G-405 = Compressor Centrifugal 4 H-204 = Filter Press M-106 = Bak Pencampur Nutrisi P-104 = Pompa 1 P-105 = Pompa 2 P-107 = Pompa 3 P-203 = Pompa 4 P-309 = Pompa 5 P-310 = Pompa 6 P-317 = Pompa 7 T-101 = Bak Neutralizer T-406 = Tangki penampung CNG T-316 = Tangki Penyimpanan Larutan Benfield R-201 = Reaktor Tangki berpengaduk

FC FC

LI

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

LI

H-204

7

F-205

9

T-101

F-408

LC

FC

FC

LI

8

3

F-202

6

P-104

LI

P-203

P-107 M-106 R-201

10

Ampas padat

FC

Air pendingin keluar

P-105

5

Kondensat

DIAGRAM ALIR PABRIK PEMBUATAN COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) DARI BIOGAS HASIL FERMENTASI THERMOFILIK LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT DIAGRAM ALIR PABRIK PEMBUATAN COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) DARI BIOGAS HASIL FERMENTASI THERMOFILIK LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT DENGAN KAPASITAS UMPAN 45 TON TBS/JAM Skala : Tanpa Skala Tanggal Tanda Tangan Nama : Refina sari Siregar Digambar NIM : 060405042 Diperiksa / Disetujui

1.Nama : Dr.Eng. Ir. Irvan, Msi NIP : 19680820 199501 1 001 2.Nama : Ir. Bambang Trisakti, Msi NIP : 19660925 199103 1 003


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents