ZERO WASTE : ENERGI BIOGAS
PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah saat ini antara lain adalah: - Energi - Lingkungan Hidup - Pembangunan Pertanian Berkelanjutan
Pengembangan teknologi biogas menguntungkan karena: - dapat mengurangi pencemaran udara, tanah, air dan biologis - untuk pupuk : kompos dan pupuk cair
Hambatan Pengembangan instalasi biogas - Kurangnya technical expertise - Tidak berfungsinya digester (bocor, kesalahan konstruksi, dll)
- Disain tidak user friendly - Memerlukan penanganan secara manual (pengumpanan/ pengeluaran material dari digester) - Biaya pembuatan masih mahal
Tabel
Potensi Energi Terbarukan dan Kapasitas Terpasang di Indonesia
Sumber Energi Terbarukan Gepthermal *) Micro-hydro*) Solar/PV**) Angin***) Biomasa *) Total
Potensi (MWe) 19650 458.75 156487 9286 49807 2.36E+05
Kapasitas Penggunaan Terpasang (%) (MWe) 589 3.00 21 4.58 5 0.0032 0.5 0.0054 178 0.36 793.5 7.95
jam operasi : 8 jam/hari **) total area potensial 2 ·106 km2 ***) total luasan kincir angin per unit : 250 m x 250 m Sumber: RIPEBAT; DGEEU, 1977; ACE (2002)
Prinsip pengolahan limbah cair 1. Secara fisika
: pengendapan, penyaringan, adsorbsi, sedimentasi
2. Secara kimiawi : netralisasi, presipitasi, oksidasi, reduksi , pertukaran ion 3. Secara biologis : proses aktivitas metabolis (aerobik, anaerobik, anoksik)
Limbah industri pertanian
biodegradable
Sistem biologis
• Pengolahan secara aerobik + activated sludge: biaya cukup murah, namun memerlukan lahan yang cukup luas • Pengolahan secara anaerobik: Memerlukan biaya investasi yang cukup mahal, tetapi menghasilkan energi biogas
Gambar Limbah industri tapioka (onggok) Umur panen Produktivitas Rendemen pati
: 8 – 18 bulan : 16 – 45 ton/ha : 2 – 9 ton/ha
Gambar Limbah industri / pabrik gula
Gambar Limbah industri kelapa sawit
1 ton Crude Palm Oil (CPO) 2,5 ton limbah pabrik kelapa sawit
Gambar Limbah peternakan sapi besar Kororan ternak : 10 20 kg/ekor
Gambar 3. Kontruksi Biodigester
Beberapa Study/ Kajian Pemanfaatan Limbah Industri Pertanian untuk Biogas
Sahrul dan Milono (1983) : biogas dari onggok limbah industri tapioka Gumbira Said, dkk (1994) : studi pembuatan biogas dari tandan kosong kelapa sawit, perikarp dan lumpur limbah pabrik kelapa sawit Sidharta, dkk (1995) : kajian pemanfaatan limbah kelapa sawit untuk biogas Khuzaini dan Edy (2003) : pengolahan limbah pabrik etanol untuk biogas
Bahan bakar padat, cair dan gas Makanan Makanan
Aplikasi langsung Perumahan Industri
Limbah domestik/ industri Biogas untuk memasak penerangan Refrigasi Transportasi Pembangkit listrik
Kandang Hewan
Kotoran hewan
Instalasi Biogas
Makanan mns
Proses Photovoltaic
Kolam ikan Kolam itik
gangang kolam
Kolam pengendapan
(Bio-degradation) Limbah pertanian
pupuk
Pakan ternak
Tanaman pangan
Makanan mns
Hutan
Photosynthesis
Kayu bakar
Gambar Komponen Sistem Bio-Energi Terintegrasi
Energi matahari
PENGEMBANGAN PETERNAKAN
(Ditjend. Peternakan, Deptan)
Fokus tahun 2002 -2005: Kawasan Agribisnis Berbasis Peternakan 1. Kawasan khusus peternakan Kawasan sapi perah: Jabar dan Jatim Kawasan Sapi Potong: Sumatera : NAD, Sumbar, Sumsel Jawa : Jateng, Jatim dan DI Yogyakarta Kawasan Timur Indonesia : Sulsel, NTT, NTB, dan Bali 2. Kawasan terintegrasi Kawasan integrasi kelapa sawit dan sapi: Prov. Bengkulu 3. Agropolitan Provinsi SUMBAR (Kab. Agam) komoditas unggulan peternakan Provinsi SULSEL (Kab. Barru) komoditas unggulan peternakan
Contoh peranan teknologi biogas dalam CLS Bahan baku industri berbasis ternak sapi
Alat/ Mesin: Pengolah tanah penanam penyiang pemupuk pemipil pengering penyimpan
Bahan baku industri berbasis jagung Tenaga Hewan: - Angkutan - Pengolahan tanah, penanaman, penyiangan dan pemupukan
Budidaya Jagung
Ternak Sapi Kompos Pupuk cair/padat
Kotoran Ternak
Biogas Gas
Pompa air
Motor penggerak
Procesing/ Industri Makanan: - Pengeringan - Industri marning, keripik jagung, dsb
Rumah Tangga: Lampu, kompor, pemanas air
Pakan Ternak
Alat/Mesin: - Pencacah - Penghancur tongkol
Limbah: - Batang dan daun - Tongkol jagung
Tungku Pemanas
DIPA 2005 -Kompor gas - Lampu petromak
DIPA 2006 Pompa air
Kandang Sapi Pemurnian Gas metana
Daya: Diesel Engine Chopper
Kemasan gas metana dalam tabung
Bak Penampung Kotoran Sapi
Gas
Slurry
Pemanfaatan pupuk cair/ kompos Kolam Penampung Air (pupuk cair/ kompos)
Digester Gambar Instalasi Pemroses Kotoran Ternak menjadi Biogas dan Pemanfaatannya
Selulosa (C6H10O5)n + nH 2O selulosa
1. Hidrolisis Faktor yg berpengaruh:
Glukosa
pH
(C6H12O6)n + nH 2O glukosa
Temperature
2. Pengasaman
Laju Pengisian Waktu tinggal dalam digester
n(C 6H12O6) glukosa
CH 3CHOHCOOH asam laktat CH3CH2CH2COOH + CO 2 + H2 asam butirat CH3CH2OH + CO 2 etanol
Asam Lemak dan Alkohol
Toxicity
3. Metanogenik
4H2 + CO 2 2H2O + CH4 CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + CH 4 CH3COOH + CO 2 CO2 + CH4 CH3CH2CH2COOH + 2H 2 + CO2 CH3COOH + CH4
Metan + CO2
Gambar
Tahap Pembentukan Biogas (FAO, 1978)
Dapat untuk menyalakan lampu 60 W selama 7 jam Dapat untuk menjalankan mesin 2 HP selama 1 jam
Dapat untuk menjalankan 300 liler kulkas selama 3 jam
1 m3 biogas
Dapat untuk memasak 3 macam masakan untuk 4 orang
Dapat membangkitkan listrik 1,25 kW
Aplikasi-aplikasi yang mungkin dari biogas (Sumber: United Nations, 1980)
Pengembangan teknologi biogas di BBP Mekanisasi Pertanian
Gambar Disain digester (tipe fixed dome)
digester biogas dirancang untuk 10 ekor sapi kotoran sapi 20 kg/hari/ekor retention time 45 hari kapasitas digester 18 m3 Perkiraan produksi biogas yaitu 6 m3/ hari (untuk rata-rata produksi biogas 30 liter gas/kg kotoran sapi).
Lubang Pengisian
Pengeluaran Gas
Lubang geser Penutup dilapisi tanah lempung
Penutup mudah dilepas
Gas
1000 mm Max.
Slurry
Lubang Pengeluaran
Gambar Fixed Dome (Chinese) Digester
Gambar Digester yang dikembangkan
Gambar Pengukuran debit aliran gas, gas meter dan pressure gauge
Gambar
Penggunaan biogas untuk lampu penerangan dan kompor gas
Pengujian Genset Dengan Bahan Bakar Biogas
Gambar Algen gas generator (1500 W)
Gambar Algen gas generator (700 W)
Generator listrik dengan penggerak mesin diesel (bahan bakar minyak solar/biogas) (3000W)
Hasil Uji Uraian Kondisi bahan (kotoran sapi) - Kadar air, % - C/N rasio - COD, mg/l - BOD/ COD 2. Kondisi dalam digester (proses) - Suhu, oC - pH 3. Kandungan Kimia Biogas - CH4, % - CO2, % - H2S, g/ m3 - NH3 , g/ m3 4. Kondisi lumpur keluaran dari digester - COD - BOD/ COD - Kandungan unsur hara (utama), % Nitrogen Pospor Kalium
Referensi
Hasil Pengukuran
7–9 1: 25 1: 30 -
13,59 1 : 16,69 19 800 0,06
35 7,0 – 8,0
25 – 27 7 – 8,6
50 – 60 30 – 40 < 1% -
77,13 20,88 1544,46 40,12
500 – 2500 0,5
1 960 0,37
1,45 1,1 0 1,10
1,82 0,73 0,41
1.
Tabel Pemanfaatan Biogas Pemanfaatan Biogas - Lampu penerangan (m3/ jam)
- Kompor gas (m3/ jam)
- Energi listrik Algen gas generator (700 W) Algen gas generator (1500 W) Modifikasi diesel engine 6HP (3000 W)
Referensi
Hasil pengukuran
0,11 – 0,15 (penerangan setara dengan 60 watt lampu bohlam 100 candle power 620 lumen). Tekanan: 70 85 mmH2O 0,2 – 0,45 0,3 m3/ orang/ hari
0,15 – 0,3
Tekanan: 75 90 mmH2O 0.5 m3 biogas/kwh 0.35 m3 biogas/kwh perbandingan solar : biogas = 10 : 9
Tekanan = 60 – 85 mmH2O 0.55 m3 biogas/kwh 0.40 m3 biogas/kwh 100 ml solar, 0.39 m3 biogas/kwh
Tekanan = 30 – 60 mmH2O 0,2 – 0,4
Tabel Parameter dan hasil analisa kelayakan ekonomi Parameter dan Hasil Analisa 1. Parameter Biaya investasi, Rp Biaya operasional dan perawatan, Rp/tahun Pendapatan, Rp/tahun Keuntungan, Rp/tahun Umur ekonomi, tahun Produksi gas, m3/hari Produksi gas, m3/tahun Suku Bunga , %/tahun 2. Hasil Analisa Kelayakan Ekonomi Net Present Worth (NPW), Rp Net Present Cost (NPC), Rp Net Present Revenue (NPR), Rp B/C Ratio Simple Payback, tahun Internal Rate Return (IRR), %
Reaktor Biogas
Generator Listrik
18 448 000 2 767 200 7 051 800 4 284 600 20 6 2190 12
7500000 1125000 6504300 5379300 5 12 12
13 555 578 39 117 444 52 673 023 1,35 4,3 23,70
11891173 11555373 23446546 2.03 1.4 43.39
Tabel Hasil analisa emisi gas buang dari genset (bahan bakar minyak solar/biogas) Deskripsi Nitrogen dioxide, NO2 Sulfur dioxide, SO2 Ammonia, NH3 Hydrogen Sulfide, H2S Hydrogen Chloride, HCl Hydrogen Fluoride,HF Chlorine, Cl2 Particle Arsenic, As Mercury, Hg Antimony, Sb Cadmium, Cd Zinc, Zn Lead, Pb Opacity
Hasil
Batas Ambang
Satuan
Metode Analisa
19,55 0,01 <0,001 0,09 0,03 <0,1 5,87 141,67 <0,003 0,04 <0,02 <0,008 0,03 0,07 0
1000 800 0,5 35 5 10 10 350 8 5 8 8 50 12 35
(mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) (mg/m3) %
Spectrometry (Griess Saltzman) Spectrometry (Pararosanilin) Spectrometry (Indophenol) Spectrometry (Methylen Blue) Spectrometry (Mercury Tiosianat) Spectrometri (Alizarin) Spectrometry (Methyl Orange) Gravimetry AAS AAS AAS AAS AAS AAS Visual Ringelman
Catatan: Peraturan emisi kualitas udara standard Kep-13/MENLH/3/1995 (berlaku efektif sejak tahun 2000)
PENUTUP - Pengelolaan limbah agroindustri memegang peranan penting karena dapat menyebabkan pencemaran lingkungan (tanah, air, udara dan biologis). Pencemaran tersebut dapat mengganggu k ualitas lingk ungan hidup yang pada ak hirnya dapat menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan manusia. - Pemanfaatan limbah agroindustri dengan recycle dan prinsip zero waste sehingga proses produksi dilakukan dengan mengacu wawasan lingkungan dan pertanian berkelanjutan. - Sasaran pengembangan teknologi biogas untuk menangani limbah agroindustri diharapkan dapat memberikan nilai tambah ekonomi dan perbaikan lingkungan hidup. .
