BIOGAS KP4 UGM Th. 2012
Latar Belakang Potensi dan permasalahan: Masyarakat banyak yang memelihara ternak : sapi , kambing dll, dipekarangan rumah. Sampah rumah tangga hanya dibuang, belum dimanfaatkan. Sampah dan kotoran ternak menjadi masalah kebersihan,terakumulasi dan berdampak negatif. Belum adanya usaha untuk menerapkan teknologi tepat guna dalam menangani sampah dan limbah ternak sekaligus menghasilkan energi.
Biasanya : sampah dibuang ke TPS atau TPA, dibuang ke pekarangan (ditimbun), dibuang ke sungai. kotoran ternak ditumpuk di dekat kandang atau dikomposkan
Contoh Komposisi Sampah Uraian
Total (%)
Sampah Organik*
71,85
Kertas Plastik
12,45 7,60
Logam Kaca/gelas
0,90 0,90
Karet
0,54
Kain
1,94
Lain-lain
3,82
*Sampah organik antara lain: sisa makanan, daun-daunan (bukan bahan keras/kayu dll)
Sekilas Sampah dan Limbah Sampah Rumah Tangga Sifat-sifatnya : Berbau Media pembiakan kuman Beracun Potensi pencemar air tanah Mengganggu estetika
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Daun-daunan Sisa makanan Plastik (dipisahkan) Kertas (dipisahkan) Logam/kaca (dipisahkan) Kayu (dipisahkan)
Sampah Belum diolah Mencemari lingkungan
Kotoran ternak
BAGAIMANA JIKA TIDAK DIKELOLA ? Kotoran yang menumpuk akan terbawa oleh air masuk ke dalam tanah atau sungai yang kemudian mencemari air tanah dan air sungai. Limbah organik mengandung racun dan mikroba yang membahayakan kesehatan manusia dan lingkungannya.
Kotoran Ternak
Peternakan Sapi
Limbah (feces, Urine, dll)
Limbah Padat
Penggunaan langsung
Dikeringkan utk dijual
Pupuk Tanaman
Limbah Cair
Penimbunan Manure
Tangki Penampungan
Ditimbun di Area pemukiman
Saluran Air
Polusi
Gambar 1. Dampak Umum dan Manajemen Limbah Ternak
Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa tinja sapi mengandung 22.59% sellulosa, 18.32% hemi-sellulosa, 10.20% lignin, 34.72% total karbon organik, 1.26% total nitrogen, 27.56:1 ratio C:N, 0.73% P, dan 0.68% K (Lingaiah dan Rajasekaran, 1986).
Sampah
Pemanfaatan Sampah dan Kotoran Ternak
Kompos/pupuk (teknologi sederhana) Biogas (teknologi sederhana) Bio Oil (teknologi tinggi) Bio Etanol (teknologi tinggi) Yang menghasilkan energi dan pupuk dengan teknologi sederhana BIOGAS
Teknologi Sederhana Pemanfaatan Sampah dan Kotoran Ternak Digester
Kompos
biogas Gas mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa oksigen yang ada dalam udara). Limbah + Kotoran sapi CH4 + CO2
KEUNTUNGAN DIGESTER 1.
2. 3.
Limbah dapat diubah menjadi biogas untuk bahan bakar alternatif sehingga mengurangi pemakaian bahan bakar. Sisa limbah yang sudah diolah dapat dijadikan kompos atau pupuk tanaman. Lingkungan menjadi lebih bersih, tidak berbau.
Apa itu biogas ?
Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi (pembusukan) bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa oksigen yang ada dalam udara). Bahan-bahan organik adalah bahan-bahan yang dapat terurai kembali menjadi tanah, misal sampah dan kotoran sapi Proses fermentasi ini sebetulnya terjadi secara alamiah, tapi waktu lama, tidak dimanfaatkan gas sering terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA)
Sejarah Penemuan Biogas Gas methan digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas. Proses fermentasi untuk menghasilkan gas methan pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta (1776). Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan oleh William Henry pada tahun 1806. Yang memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan adlh Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882)
Pembangkit biogas pertama dibangun pada tahun 1900. Akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis Selama Perang Dunia II : petani di Inggris dan Benua Eropa membuat pembangkit biogas untuk menggerakkan traktor. Karena BBM mudah dan murah pada 1950 pemakaian biogas mulai ditinggalkan. Tetapi, di India produksi biogas tetap dilakukan. Di China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Nugini, dilakukan riset dan pengembangan alat penghasil biogas Teknologi biogas juga dikembangkan di negara maju seperti Jerman [8].
KEGUNAAN BIOGAS Cocok digunakan sebagai b ahan bakar alternatif pengganti minyak tanah
karena... Nilai kalori dari 1 meter kubik Biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak tanah.
Campuran gas bio mudah terbakar jika kandungan gas methan lebih dari 50 %. Gas dibakar warna biru menghasilkan energi panas. Kira-kira : 5200-5900 Kcal /m3 gas
atau memanaskan air 65 -73 L dari 20oC sampai mendidih atau menyalakan lampu 50-100 watt selama 3- 8 jam.
Potensi Gas yang Dihasilkan Asumsi : 1 Kg kotoran sapi bisa menghasilkan 0,03 m3 gas jumlah kotoran : 10 kg/hari/ekor sapi dewasa maka perkiraan jumlah sapi dewasa (berat 500 Kg) yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah gas dapat dilihat pada tabel berikut
No
1 2 3 4 5
Ukuran Biogas (m3) 2 3 4 6 8
Jumlah Sapi (ekor) 2-3 3-4 4-6 6-10 12-15
Kotoran (Kg)
Energi (Kcal)
20-30 30-40 40-60 60-100 120-150
10400-18000 15600-17700 20800-23600 31200-35400 41600-47200
KOMPOSISI BIOGAS 1. 2.
3. 4. 5.
Methana (CH4) 40 – 70 % Karbondioksida (CO2) 30 –60 % Hidrogen (H2) 0-1 % Hidrogen Sulfida (H2S) 0 – 3 % dll
Prinsip Pembuatan Biogas
Prinsip pembuatan biogas
Bahan organik (kotoran sapi dan sampah setelah dihancurkan) dicampur air lalu dimasukan ke dalam ruang/tabung tertutup bebas/kedap udara yang disebut DIGESTER
Proses : Bahan organik + air hidrolisa fermentasi biogas (CH4 + CO2) + slurry
Tahapan Peruraian Bahan Organik menjadi Biogas
Tahap pelarutan bahan-bahan organik, bahan padat yang mudah larut atau yang sukar larut akan berubah menjadi senyawa organik yang larut seperti karbohidrat, asam amino, dan asam lemak hidrolisis Tahap asidifikasi atau pengasaman, merupakan tahap terbentuknya asam-asam seperti hidrogen sulfida, asetat dan pertumbuhan sel bakteri. Tahap metanogenik, menghasilkan gas methana (CH4), karbon dioksida, dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya Biogas mulai terbentuk kurang lebih setelah 1 minggu.
Proses tsb memerlukan bakteri methan dan bakteri asam Secara alami bakteri ini terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, misal kotoran binatang, manusia, sampah rumah tangga Jumlah kedua bakteri hrs berimbang agar kelangsungan hidup bakteri methan terganggu produksi biogas terganggu Proses hidrolisa dan fermentasi ini harus dilakukan dalam kondisi an aerob atau kedap udara digester harus dibuat sedemikian sehingga kedap udara
Selulosa (C6H10O5)n + nH2O
1. Hidrolisis
n(C6H12O6)
selulosa
glukosa
Glukosa (C6H12O6)n + nH2O
CH3CHOHCOOH
glukosa
2. Pengasaman
asam laktat CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2 asam butirat CH3CH2OH + CO2 etanol
Asam Lemak dan Alkohol 4H2 + CO2
2H2O + CH4
CH3CH2OH + CO2
3. Metanogenik
CH3COOH + CH4
CH3COOH + CO2 CO2 + CH4 CH3CH2CH2COOH + 2H2 + CO2
Metan + CO2 Gambar 2. Tahap Pembentukan Gasbio (FAO, 1978)
CH3COOH + CH4
Jenis Bakteri Bakteri pembentuk asam antara lain: Pseudomonas, Escherichia, Flavobacterium, dan Alcaligenes yang mendegradasi bahan organik menjadi asam-asam lemak. Bakteri metana antara lain: Methanobacterium, Methanosarcina, dan Methanococcus yang mengubah asam-asam lemak menjadi biogas
Bagan produksi biogas dipilah Sampah
MATERIAL ORGANIK
Kotoran ternak
Mengandung zat tepung, zat gula dll
FASE INPUT
Filtrasi, pencampuran, pengenceran
FASA PRODUKSI Pembentukan asam, kombinasi gas
BIOGAS Memasak
FASA OUTPUT
LUBERAN Pupuk padat/cair
Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan biogas
Bahan baku Kondisi operasi Pengadukan Bahan penghambat
Bahan baku
Bahan organik (mengandung unsur karbon dan hidrogen serta nitrogen): sampah, limbah pertanian, kotoran ◦ Unsur nitrogen diperlukan bakteri untuk pembentukan sel. ◦ Agar fermentasi lebih cepat, bahan yg kasar harus digiling atau dirajang dulu ◦ Bahan baku berbentuk bubur kandungan air hrs cukup tinggi (optimum : 7 - 9%). ◦ Kadar air dlm kotoran sapi kira-kira 18 % (rata-rata hewan 1125%), maka perlu diencerkan dengan perbandingan 1 : 1
Air yang tidak mengandung zat-zat yang dapat menghambat pengembangbiakan bakteri
Perbandingan unsur karbon dan nitrogen (C/N) paling baik untuk pembentukan biogas adalah 30. ◦ Rasio C/N untuk sampah mendekati nilai 12. ◦ Rasio C/N kotoran kuda dan babi adalah 25 ◦ Rasio C/N sapi dan kerbau adalah 18.
Kondisi operasi
◦ ◦
◦ ◦
Temperatur Perkembangbiakan bakteri sangat dipengaruhi temperatur. Fermentasi anaerobik berlangsung pada 5oC - 55oC. Temperatur kerja yang optimum 35oC.
Derajat Keasaman (pH) Pada awal proses, pH bahan dalam digester bisa turun sampai 6 atau lebih rendah akibat degradasi bahan organik oleh bakteri aerobik. Kemudian pH mulai naik disertai perkembangbiakan bakteri pembentuk metana dan hasil pencernaan yang optimum adalah pada pH 6,8 sampai 8.
Pengadukan ◦ Bahan baku yang sukar dicerna (misal jerami) dan sisa bahan akan membentuk lapisan kerak pada permukaan cairan. ◦ Lapisan perlu diaduk sehingga hambatan terhadap laju biogas yang dihasilkan dapat dikurangi. Bahan Penghambat ◦ Yang menghambat pertumbuhan mikroorganisme: misalnya logam berat (tembaga, cadmium, dan kromium), desinfektan, deterjen dan antibiotik. ◦ Karena itu air yang digunakan sebagai pencampur tidak mengandung bahan-bahan tersebut.
PERHITUNGAN BIAYA PEMBUATAN DIGESTER: 6m3 Rp 12.000.000,- (harga sdh termasuk biaya instalasi – utk 12 m). Harga jogja. Utk generator: Rp 4.850.00,- (1.500 W) dpt menghasilkan listrik sampai 1.000 W Kompor 1 tungku Rp 500.000, Chooper : Rp 8.500.00,
