iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
POTENSI LIMBAH KOTORAN SAPI SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF Oleh: Sutarno ABSTRAK Salah satu energi alternative yang terbarukan dan memiliki potensi untuk dikembangkan adalah energi biogas. Energi biogas yang berasal dari siswa mahluk hidup, terutama dari kotoran ternak telah dikembangkan di sejuiniah daerah Indoensia. Selama ini pemanfaatan kotoran ternak di Indonesiaa masih terbatas untuk pembuatan pupuk organic guna menyuburkan tanaman, atau bahkan sebagian diberiakan tidak dimanfaatkan sehingga mencemari lingkungan. Dengan teknologi sederhana kotoran ternak yang semula mencemari lingkungan dapat diubah menjadi sumber energi yang sangat bermanfaat. Kata kunci : limbah, kotoran sapid an sumber energi. PENDAHULUAN Limbah ternak adalah sisa bungan dari suatu kegiatan usaha peternakan seperti usaha pemeliharaan ternak, rumah potong hewan, pengolahan produk ternak, dan lainlain. Limbah tersebut meliputi limbah padat dan limbah cair seperti feses, urine, sisa makanan, embrio, kulit telur, lemak, darah, bulu, kuku, tulang, tanduk, isi rumen, dan lain-lain (Sihombing, 2000). Semakin berkembangnya usaha peternakan, lembah yang dihasilkan semakin meningkat. Total limbah yang dihasilkan peternakan tergantung dari species ternak, besar usaha, tipe usaha dan lantai kandang. Manure yang terdiri dari feces dan urine merupakan limbah ternak yang terbanyak dihasilkan. Umumnya setiap kilogram susu yang dihasilkan ternak perah menghasilkan 2 kg limbah padat (feses), dan setiap kilogram daging sapi menghasilkan 25 kg feses (Sihombing, 2000). Selain menghasilkan feses dan urine, dari proses pencernaan ternak menghasilkan gas metan (CH4) yang cukup tinggi. Gas metan ini adalah salah satu gas yang bertanggung jawab terhadap pemanasan global dan perusakan ozon, dengan laju 1% per tahun dan terus meningkat (Suryahadi dkk., 2002). Pada peternakan di Amerika Serikat, limbah dalam bentuk feses yang dihasilkan tidak kurang dari 1.7 milyar ton per tahun, atau 100 juta feces dihasilkan dari 25 juta ekor sapi yang digemukkan per tahun dan seekor sapi dengan berat 545 kg menghasilkan kurang dari 30 kg feses dan urine per hari (Dyer, 1986). Sedangkan menurut Crutzen (1986), kontribusi emisi metan dari peternakan mencapai 20 – 35% dari total emisi yang dilepaskan ke atmosfir. Di Indonesia, emisi metan per unit pakan atau laju konversi metan lebih besar karena kualitas hijauan pakan yang diberikan rendah. Semakin tinggi jumlah pemberian pakan kualitas rendah, semakin tinggi produksi metan (Suryahadi dkk., 2002) Limbah ternak masih mengandung nutrisi atau zat padat yang potensial untuk mendorong kehidupan jasad renik yang dapat menimbulkan pencemaran. Suatu studi mengenai pencemaran air oleh limbah peternakan melaporkan bahwa total sapi dengan berat badannya 5000 kg selama satu hari, produksi manurenya dapat mencemari 9.084 x 107 m3 air. Selain melalui air, limbah peternakan sering mencemari lingkungan secara biologis yaitu sebagai media untuk berkembang biaknya lalat. Kandungan air manure 28
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
antara 27-86% merupakan media yang paling baik untuk pertumbuhan dan perkembangan larva lalat, sementara kandungan air manure 65-85% merupakan media yang optimal untuk bertelur lalat (Dyer, 1986). Kehadiran limbah ternak dalam keadaan kering pun dapat menimbulkan pencemaran yaitu dengan menimbulkan debu. Pencemaran udaara di lingkungan penggemukan sapi yang paling hebat ialah sekitar pukul 18.00, kandungan debu padaaat tersebut lebih dari 6000 mg/m3) Lingaiah dan Rajasekaran, 1986). Dalam makalah ini akan menjelaskan bagian merubah dampak negative dari limbah ternak tersebut menjadi hal yang bermanfaat untuk kehidupan manusia. Salah satu yang dapat dilakukan adalah dengan mengolah limbah menjadi energi alternatif pengganti BBM yaitu sebagai biogas. Ketika seseorang berbicara mengenai biogas, biasanya yang dimaksud adalah gas yang dihasilkan oleh proses biologis yang anaerob (tanpa bersentuhan dengan oksigen bebas) yang terdiri dari kombinasi methane (CH4), kartbon dioksida (CO2), Aair dalam bentuk uap (H2O),, dan beberapa gas lain seperti hydrogen sulfide (H2S), gas nitrogen (N2), gas hydrogen (H2) dan jenis gas lainnya dalam juiniah kecil. Secara lebih singkat, biogas dapat diartikan sebagai “gas yang diproduksi oleh makhluk hidup”. Dalam makalah ini tidak akan menceritakan mengenai konsep-konsep yang melatarbelakangi biogas secara mendalam akan tetapi disini akan menceritakan dan mendokumentasikan mengenai pembuatan dan instalasi pembangkit (digester) biogas di yang menggunakan bahan baku kotoran sapi. Pembangkit yang dibuat adalah pembangkit biogas terbuat dari plastik polyethylene tubular dengan tipe pembangkit horizontal continous feed, biasa disebut juga tipe plug-flow, atau terkadang disebut juga sebagai model Vietnam karena dikembangkan terakhir disana. Instalasi ini memiliki kelebihan, yaitu biaya relative rendah, instalasi relative mudah, bahan serta alat yang digunakan mudah didapat. Tujuan utama melakukan instalasi pembangkit ini adalah bukan untuk pencapaian produksi gas yang maksimal. Namun selain sebagai proses pembelajaran teknologi, juga untuk mendapatkan hasil keluaran dari pembangkit biogas yang merupakan pupuk organic dengan kualitas baik.
PEMBAHASAN 1. Alur Kerja Biogas
Gambar 1 : Diagram Alur Proses Produksi Biogas 29
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
Tahapan awal adalah mempersiapkan bahan baku organik yang dapat dicerna oleh bakteri dan mikroorganisme yang ada didalam pembangkit biogas (kotoran sapi). Perlu diketahui, bahwa apabila yang menjadi tujuan utama dan instalasi biogas adalah pencapaian produksi gas yang optimal, kotoran sapi bukan bahan baku yang balk. Tahap selanjutnya adalah yang disebut dengan fase input. Di dalam fase mi dilakukan pengolahan terhadap bahan baku agar dapat memenuhi persyaratan yang telah ditentukan sebelumnya yaitu: a. Filtrasi pertama. Target dan penyaringan mi adalah bahan baku tidak mengandung serat yang terlalu kasar. Serat kasar disini berarti sampah sampah atau kotoran kandang selain kotoran ternak, seperti batang dan daun keras, sisa batang rumput dan kotoran lainnya yang sebagian besar adalah sisa sisa pakan ternak yang terlalu kasar. Hal ini dapat menimbulkan scum/buih dan residu di dalam pembangkit yang dapat mengurangi kinerja dan pembangkit itu sendiri. b. Pencampuran dengan air dan pengadukan. Dilakukan pencampuran kotoran sapi dan air. Air sangat dibutuhkan oleh mikroorganisme di dalam pembangkit sebagal media transpor. Oleh karenanya tahapan ini cukup krusial mengingat campuran yang terlalu encer atau terlalu kental dapat mengganggu kinerja pernbangkit dan menyulitkan dalam penanganan effluent (hasil keluaran pernbangkit biogas). Sebagai panduan dasar, campuran yang balk berkisar antara 7% - 9% bahan padat. Disini juga dilakukan pengadukan agar campuran bahan organik — air dapat tercampur dengan homogen. c. Filtrasi kedua Target penyaringan tahap kedua adalah untuk memisahkan kotoran sapi sebagai bahan baku organik pembangkit dengan bahan anorganik lain yang lolos di saringan tahap pertama terutama pasir dan batu batu kecil. Proses ini cukup penting mengingat kandungan bahan anorganik (pasir) di dalam pembangkit tidak dapat dicerna oleh bakteri dan dapat menyebabkan residu di dasar pembangkit. d. Pemasukkan bahan organik Dapat dibuat semacam katup/keran sederhana agar proses pemasukkan bahan organik kedalam pembangkit dapat dilakukan dengan semudah mungkin. Selanjutnya biogas siap dihasilkan. 2. Persiapan Infrastruktur Pembangkit a. Bak Mixer Di dalam hak ini kotoran ternak dicampur dengan air untuk kemudian dialirkan menuju pembangkit. Ukuran bak pencampur yang dapat dibuat misalnya adalah 50x50x50cm sehingga volume yang dapat ditampung dengan kapasitas maksimum 80% bak adalah 100 liter. Desain hak permanen dengan bahan semen dan batu bata. Bak mixer ini memiliki celah miring di kedua sisinya sebagai tumpuan filter/screen untuk memisahkan serat yang terlalu kasar. Screen ini dapat diangkat untuk dibersihkan. Screen terbuat dan kawat ayam dengan mesh +/- 1cm.
30
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
Gambar 2: Bak mixer b. Parit Pembangkit Pembangkit yang terbuat dan plastik polyethylene ditempatkan semiunderground, setengah terkubur di dalam tanah. Untuk itu perlu dibuatkan semacam parit sebagai wadah agar pembangkit yang berbentuk tubular dapat disimpan dengan baik. Parit ini berukuran panjang 6m, lebar atas 95cm, lebar bawah 75cm, tinggi di ujung input adalah 85cm, dan tinggi di ujung output 95cm. Untuk lebih jelas, perhatikan skema berikut.
Keterangan : i. Dimensi parit ii. Bentuk dasar parit
Gambar 3: Skema parit pembangkit. Setelah dilakukan penggalian parit, pembentukan dinding parit dapat dilakukan dengan campuran semen-tanah, semen-batu bata, atau menggunakan campuran air dan tanah saja. Hal ini dilakukan untuk menekan biaya produksi...
Gambar 4. Parit Pembangkit 31
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
Seperti terlihat pada gambar, bagian atas parit untuk sementara ditutupi dengan bekas karung agar tidak pecah sebelum kantung plastik pembangkit masuk ke dalamnya. Yang perlu diperhatikan juga adalah kerataan permukaan pinggir dan dasar parit. Pastikan tidak ada batu atau akar yang tersisa yang dapat melukai kantung plastik. Selain itu buatkan selokan kecil di sekeliling parit agar air tidak masuk ke dalam instalasi pembangkit. c. Pembangkit Biogas Desain pembangkit biogas dan kantung plastik polyethylene ini adalah sebagai berikut:
Gambar 5: Skema pembangkit biogas dan kantung plastik polyethylene. Koneksi dilakukan dengan selang 5/8” dan gas outlet menuju botol jebakan uap air. Sayang kualitas selang yang digunakan kurang baik karena tidak anti tekuk. Selang di klem ke socket selang plastik kemudian disambungkan ke PVC SDD dan dengan menggunakan lem PVC disambung ke pipa PVC %“. Dan situ sebagai washer/cincin digunakan plastik yang dipotong dan jerigen bekas oli yang menjepit washer kedua yaitu karet ban dalam mobil. Di dalam kantung plastik, juga terdapat 2 buah washer dan SDL. Trik lain yang dapat dilakukan adalah memotong ujung bawah SDL, sehingga dasar permukaan SDL lebih tinggi terhadap cairan kotoran. Hal ini untuk menghindari terjadinya mampet pada saluran gas outlet. d. Mempersiapan Kantung Plastik Polyethylene Pertama-tama gelarlah alas untuk melindungi plastik dan benda-benda tajam seperti batu dan ranting pohon apabila anda akan membuat di tanah lapang. Memasukkan lembar ke dua, perhatikan tali karet untuk mengikat ujung lembar kedua.Teknik yang digunakan untuk merangkapkan plastik adalah dengan memasukkan sedikit bagian lembar ke dua dan diikat ujungnya dengan tali, kemudian ujung tali yang satu lagi dilemparkan ke ujung lembar pertama. Selanjutnya tali tinggal ditarik dan plastik lembar ke dua masuk ke dalam lembar pertama dengan mudah. Selanjutnya setelah ke dua lembar plastik disamakan ujung ujungnya, dan lembar kedua dipotong, kini saatnya memasang gas outlet. Tentukan salah satu ujung yang akan menjadi ujung atas dan ukurlah sepanjang 1.5 meter dan ujung tersebut dan tandai dengan spidol. Tanda tersebut harus tepat berada di tengah tengah plastik, sehingga diharapkan gas outlet tepat berada di tengah atas permukaan pembangkit.Lubang yang akan dibuat sebaiknya lebih besar sedikit dan diameter luar dan ulir SDL (socket drat luar) gas 32
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
outlet. Apabila terlalu pas dikhawatirkan ujung plastik akan tertarik ketika anda mengencangkan socket. Langkah selanjutnya adalah memasang saluran kotoran, baik masuk maupun keluar. Ini adalah tahap yang perlu dikerjakan dengan hati-hati karena memerlukan kerapihan agar tidak menimbulkan kebocoran. Sebaiknya ukuran pipa masuk dan keluar adalah sama, kurang lebih memiliki diameter antara 10 - 15cm. Dapat menggunakan PVC dengan ukuran 4” atau 6” (namun harganya mahal) bisa juga menggunakan pipa keramik (sudah agak sulit mencarinya di kota Bandung) atau memakai ember plastik yang dipotong dasarnya dan disambung serta lain sebagainya, silahkan kreatif. Panjang pipa kurang lebih 75 - 100cm. Masukkan setengah dan panjang pipa ke dalam 2 lembar plastik PE. Dan dengan hati-hati lipat plastik menjadi satu dengan pipa. Pastikan ikatan tali karet benar-benar kuat, kembali mengingatkan, banyak tali karet bekas yang karetnya rapuh dan mudah putus. e. Menggelembungkan Pembangkit Setelah kedua pipa terpasang dengan baik, langkah selanjutnya adalah memindahkan pembangkit ke dalam ‘rumahnya’ yaitu parit yang telah dibuat sebelumnya. Untuk memindahkan plastik pembangkit disarankan untuk menggelembungkan dahulu plastik pembangkit sehingga pembangkit dapat ‘duduk’ dengan rapih dan mengisi ruangan parit dengan baik. Selain itu fungsi penggelembungan adalah memastikan bahwa semua sambungan telah terpasang dengan baik. Karena konsep dasar pembangkit biogas adalah anaerob atau tidak bersentuhan dengan udara bebas, terutama oksigen, maka metoda yang digunakan untuk penggelembungan awal adalah mengisi plastik pembangkit dengan gas buang kendaraan bermotor. Metoda lain adalah mengisi pembangkit dengan air. Namun karena ketersediaan air untuk penggelembungan terbatas, maka dipilih menggunakan gas buang dan knalpot kendaraan. Sebelumnya pipa outlet kita tutup terlebih dahulu dengan plastik kresek dan diikat dengan tali karet. Demikian pula dengan gas outlet.
Gambar 7 : Proses penggelembungan pembangkit f. Memasang Pembangkit. Pembangkit dapat segera dipasang. Setelah terpasang pada tempatnya, pembangkit diisi dengan sedikit air untuk menghindari terlipatnya plastik dan membuatnya duduk lebih enak. Pipa inlet dipasangkan pada lubang outlet dari bak 33
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
mixer dan dipasangkan sumbat, sedangkan gas outlet dan pipa outlet dibiarkan tetap tertutup. Setelah pemasangan ini, pengisian sudah dapat dilakukan. Sekitar 20 han kemudian, terlihat bahwa gas sudah mulai di produksi. Indikatornya plastik pengembang mulai menggelembung dan keras.
Gambar 8 : Proses pemasangan pembangkit 3. Pembuatan Alat Penunjang Pembangkit Biogas Langkah selanjutnya adalah pembuatan tanki penampung biogas, saluran biogas, termasukjebakan uap air dan kompor biogas. a. Tanki Penampung Tanki penampung dalam desain yang kami buat minimal memiliki kapasitas 2500 liter. Tanki penampung juga terbuat dan plastik polyurethane, yang membedakan adalah lapisan yang digunakan hanya 1 lapis. Pengerjaannya minip dengan pembuatan pembangkit, perbedaanya hanya satu ujung saja yang diberi pipa.
Gambar 9: Pembuatan penampung biogas b. Saluran Biogas Saluran biogas banyak memanfaatkan bail valve, dengan tujuan untuk memudahkan apabila ada perubahan skema saluran. Pada gambar di atas terlihat bahwa di ujung tanki juga terdapat ball valve, hal mi memungkinkan untuk tanki dipindah pindahkan tanpa mengganggu kinerja biogas secara keseluruhan. Di sebelah kanan pada gambar diatas juga terlihat botol bekas air mineral 1.5 liter yang berfungsi sebagai water vapor (penjebak uap air) dan katup keamanan. Skema water vapor adalah sebagai berikut: 34
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
Gambar 10: Skema water vapor Botol penjebak ini sebaiknya diletakkan pada bagian terbawah dan saluran biogas, tepat setelah pembangkit. Hal ini dimaksudkan untuk memudahkan uap air hasil kondensasi turun dan masuk ke dalam botol. Air yang berlebihan dalam sistem dapat memampetkan saluran biogas, selain itu adanya kandungan air dalam biogas menurunkan tingkat panas api dan membuat api berwama kemerah merahan. Perhatikan muka air yang dibutuhkan. Disarankan tinggi permukaan air dan batas bawah pipa antara 20 sampai 25 cm. Apabila terlalu rendab, gas akan mudah keluar dan air sebelum mencapai tekanan yang diinginkan. Apabila muka air terlalu tinggi, tekanan yang ada membesar dan hal ini dapat menghambat proses produksi biogas itu sendini. Lubang air pada botol penjebak selain berfungsi sebagai lubang pengisian juga sebagai pengatur tinggi muka air.
Gambar 11: Water vapor c. Kompor Biogas Penggunaan biogas yang paling mudah tidak lain dan tidak bukan adalah sebagai bahan bakar dalam kegiatan masak memasak. Test pertama untuk mengetahui apakah biogas yang dihasilkan dapat terbakar atau tidak, kami lakukan dengan cara menyambungkan pipa biogas ke selang yang biasa digunakan pada kompor gas Elpigi, kemudian diujungnya kami sambungkan dengan selang tembaga dengan diameter dalam sekitar 0.5cm. Katup gas dibuka dan ujung pipa didekatkan dengan sumber api. Api pun menyala. 35
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
Skema desain kompor pertama ini sebagai berikut:
Gambar 12: Skema burner biogas Cara pembuatannya adalah kaleng permen dilubangi sesuai dengan ukuran diameter luar pipa tembaga kemudian ujung pipa tembaga dimasukkan ke dalam lubang tersebut. Untuk lebih jelasnya dapat melihat skema diatas.
Gambar 13: Kompor biogas untuk menggoreng ketela pohon
Gambar 14: Api biru biogas. KESIMPULAN Kesimpulan sementara yang diperoleh dan percobaan pembuatan dan instalasi pembangkit biogas dan kotoran sapi ini adalah kalori panas yang dihasilkan tidak cukup panas untuk bisa disebut fungsional. Hasil menggoreng ketela pohon kurang bagus karena minyak kurang panas. Singkong kurang kering dan tidak mengembang. Hal ini bisa disebabkan beberapa hal: 1. Tekanan gas kurang tinggi. 2. Kandungan methane dalam biogas masih terlalu rendah. 3. Desain kompor dan burner yang kurang baik. 36
iteks Intuisi Teknologi dan Seni
ISSN 1978‐2497
4. Faktor eksternal Tujuan utama dalam implementasi biogas biasanya adalah sebagai energi pengganti yang dapat mengurangi biaya yang diperlukan untuk memasak. Nampaknya hal ini harus kita tinjau ulang secara lebih seksama. Mengapa ?. Kanena faktanya, penggunaan tungku kayu bakar berbahan tanah hat membutuhkan biaya yang lebih murah dan biogas, lebih mudah dibuat, dioperasikan dan di rawat. Bila dibandingkan dengan perapian kayu bakar biasa, tungku tanah hat menggunakan bahan bakar lebih irit dan tidak menimbulkan polusi asap di dalam nuangan (karena memihiki cerobong keluar). Sistem biogas yang profitable seharusnya di desain secara lebih terintegrasi, digunakan untuk menjalankan mesin statis yang dapat memutar generator penghasil listrik, sekaligus sebagai pabrik penghasil pupuk dan penyubur bagi kolam ikan, taman atau lahan pertanian. Sebuah operasi biogas yang sukses, sukses dalam arti dapat menghasilkan atau menabung uang lebih banyak daripada biaya yang dikeluarkan adalah sebuah operasi bisnis. Oleh karenanya, sebuah pembangkit biogas harus dipandang sebagai bagian sebuah sistem. Sistem yang terdiri dan banyak hal, tanki penyimpan gas, kolam ikan atau tanaman air, lahan pertanian, ternak, produksi pupuk dan gas, dan sebagai bisnis serta keahlian teknis. Dibawah ini pemyataan yang diadaptasi dan buku “Biogas and Waste Recycling, The Philippine Experience” karya Felix Maramba, seorang pengembang sistem biogas yang sukses, terkenal dan menguntungkan secara finansial. “Pengembangan sistem biogas akan meningkatkan kehidupan sosial dan ekonomi di daerah pedesaan. Caranya adalah dengan mengendalikan polusi yang terjadi pada udara dan air, sehingga menjamin hidup yang lebih sehat. Biogas dapat meningkatkan standar hidup yang berarti juga akan meningkatkan laju perekonomian. Dengan memanfaatkan limbah dan bahan yang tersedia di daerah setempat sebagai penunjang kebutuhan pertanian, dan dengan membuat lahan semakin produktif melalui sistem daur ulang akan menimbulkan sebuah pola kehidupan pedesaan yang baik yang menunjang kemandirian.” REFERENSI: 1. Biodigester Installation Manual, Lylian rodriguez and T R Preston. FAO. 2. Livestock House and Biogas System. FAO. 3. How To Install Polyethylene Biogas Plant. Fransisco X. Aguilar. The Royal Agricultural College Cirencester. 4. Biogas/Biofertilizer Business Handbook Manual. Michael Arnott. Peace Corps. 5. The Biogas Handbook. David House. Peace Press. 6. Chinesse Biogas Manual. English version by Ariane van Buren. Intermediate Technology Publication, Ltd. 7. Uji coba biogas di areal Manglayang Farm, Bandung. (data-data via email)
37
