Bahan Biogas

8/15/2019 Bahan Biogas

1/12

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Limbah Cair Kelapa Sawit

Kelapa sawit menjadi salah satu komoditas yang melimpah di Indonesia. Indonesia

memiliki total lahan perkebunan kelapa sawit seluas 8.224.468 Ha dan jumlah total produksi

sebesar 29.344.49 ton per tahun 2!"4 #$irektorat %enderal &erkebunan' 2!"4(. )elain man*aat

minyak kelapa sawit yang bias diperoleh' tentu terdapat limbah yang dihasilkan dari proses

produksi pengolahan kelapa sawit ini.

+imbah ,air kelapa sawit atau Palm Oil Mill Effluent #&-/( dapat teruraikan se,ara

alami pada kondisi anaerob menjadi biogas. 0iogas terdiri dari 1!1 metana #H4(' 2141

karbon dioksida #-2(' dan sejumlah ke,il gas5gas lainnya. 0ila tanpa pengendalian' maka

kandungan metana dalam &-/ dapat terlepas langsung ke atmos*er dan menjadi gas

penyumbang e*ek rumah ka,a yang 2" kali lebih besar dibanding -2.

&-/ masih mengandung potensi sumber energi' sehingga peman*aatannya akan

menghasilkan energi dan sekaligus mengurangi dampak perubahan iklim dari proses produksi

minyak sawit. ntuk itu' potensi peman*aatan &-/ menjadi biogas disajikan pada tabel " di

bawah ini.

7abel 2." &royeksi &otensi $aya dari &- 0erdasarkan Kapasitas &K)Kapasitas PKS POME ya! Dihasil"a P#tesi Daya

$t# TBS%&am' m(%&am m(%hari M)

3! 2" 4!! "'"

41 3"'1 6!! "'6

6! 42 8!! 2'"

9! 63 "2!! 3'2

T#tal P#tesi *i I*#esia

34.28! 23.996 49.92! ".28!

sumsi )etiap ton 70) menghasilkan !. m3 limbah ,air' &K)

beroperasi 2! jam:hari' konsentrasi -$ 11.!!! mg:l;"<

Ket &K) #&abrik Kelapa )awit(

70) #7andan 0uah )egar(

&engolahan tandan buah segar #70)( kelapa sawit untuk produksi minyak kelapa sawit


2/12

menghasilkan beberapa jenis limbah. &roses ekstraksi minyak' pen,u,ian' dan pembersihan di

pabrik menghasilkan limbah ,air kelapa sawit atau #&-/(. $alam ekstraksi

minyak sawit' terdapat 3 proses utama yang menghasilkan &-/

o &roses sterilisasi tandan buah segar

o &roses penjernihan minyak sawit mentah atau crude palm oil #&-(' yaitu pemerasan' pemisahan' dan penjernihan

o &emerasan tandan kosong

&abrik kelapa sawit menghasilkan !'" m3 &-/ untuk setiap ton tandan buah segar yang

diolah. &-/ yang baru dihasilkan umumnya bertemperatur 6!58!o' bersi*at asam #pH 3'35

4'6(' kental' berwarna ke,oklatan' dengan kandungan padatan' minyak dan lemak' chemical

oxygen demand #-$(' dan biological oxygen demand #0-$( yang tinggi.

2.2 Kara"teristi" POME

&-/ mengandung sejumlah besar nitrogen' *os*at' kalium' magnesium' dan kalsium'

sehingga dapat digunakan sebagai pupuk yang baik untuk perkebunan kelapa sawit. =amun

demikian' operator pabrik harus melakukan pengolahan terlebih dahulu pada &-/ sebelum

digunakan di lahannya. &enggunaan &-/ se,ara langsung tanpa diolah terlebih dahulu akan

mematikan >egetasi dan mengkontaminasi tanah. 0aku mutu aplikasi &-/ pada lahan diatur

dalam Keputusan enteri =egara +ingkungan Hidup =omor 28:2!!3. Karakteristik mutu&-/ berdasarkan peraturan yang berlaku ditunjukkan dalam 7abel 2.2.

7abel 2.2 Karakteristik &-/ 7anpa $iolah dan 0aku utu )esuai &eraturan;"<

&arameter nit

&-/ 7anpa $iolah0aku utu )esuai

&eraturan

?entang@?ata5

rata

)ungai@

@plikasi +ahan

0-$ mg:l 8.2!!531.!!! 2".28 "!! 1!!!

-$ mg:l "1."!3561."!! 34.4 31!

7)) mg:l ".33!51!.!! 3"." 21!

monia #=H35=( mg:l "25"26 4" 1!@@@

inyak dan

+emak mg:l

"9!5"4.2! 3.!1 21

pH 3'354'6 4

aksimal &-/yang dihasilkan

m3:ton

&- 2'1


3/12

Ket *Sumber: Pedoman Pengelolaan Limbah Industri Sawit !epartemen Pertanian "##$

Permen L% &omor ' (ahun "#)#

**Sumber: eputusan Meneg L% &o+ ,)-).., Lampiran /+I0

***(otal &itrogen1 &itrogen Organi2 3 (otal 4monia 3 &O' 3 &O"

2.( Bi#!as

0iogas merupakan gas yang tidak berbau dan tidak berwarna yang terbakar dengan bara

biru yang serupa dengan li5uefied petroleum gas #+&A(. 0iogas terbakar dengan e*isiensi 6!

dalam tungku biogas kon>ensional ia memiliki nilai kalori 2! %:=m 3 . Bolume biogas biasanya

dinyatakan dalam satuan normal meter kubik #=m3( yaitu >olume gas pada suhu !C dan tekanan

atmos*er. 0iogas sekitar 2! lebih ringan dibandingkan udara dan memiliki temperatur nyala

antara 61!C sampai 1!o.

7erbentuknya biogas ketika mikroorganisme' khususnya bakteri' yang menurunkan kadar

Dat organik pada kondisi anaerob #tanpa oksigen(. Komposisi biogas ditunjukkan pada 7abel 2.3.

7abel 2.3 Komposisin 0iogas;"<

nsur ?umus Konsentrasi #Bolume(

etana H4 1! 5 1

Karbon dioksida -2 21 5 41

ap air H2--ksigen -2 E 2

=itrogen =2 E 2

Hidrogen )ul*ida H2) E 2

monia =H3 E "

Hidrogen )ul*ida H2 E "

#)umber na,hwas,hende5rohsto**e.de(

etana' komponen utama biogas' dapat terbakar dengan oksigen. /nergi yang dilepaskan

dari pembakaran menjadikan biogas berpotensi sebagai bahan bakar. 0iogas bisa digunakanuntuk berbagai tujuan pemanasan' mulai dari memasak hingga sebagai bahan bakar untuk mesin

di industri. $i dalam' biogas engine' biogas diubah kandungan energinya menjadi listrik dan

panas.


4/12

)etiap Dat organik yang bisa didegradasi se,ara biologi dapat ber*ungsi sebagai bahan

untuk menghasilkan biogas. eskipun begitu' ada beberapa bahan yang dapat menjadi sumber

biogas

yang lebih baik se,ara ekonomis maupun teknis. 0ahan yang mahal mengurangi man*aat

ekonomis. )alah satu daya tarik utama dari teknologi biogas adalah kemampuannya dalam

menghasilkan biogas dari limbah organik yang jumlahnya melimpah dan relati>e murah seperti

&-/.

&roduksi biogas dengan menggunakan limbah yang mudah ditemui dan dapat didegradasi

se,ara biologis memiliki dua kelebihan utama. )e,ara ekonomis' baik biogas maupun limbah

akhir yang dihasilkan dari proses degradasi dapat diman*aatkan. &ada saat yang bersamaan'

pemilik proyek mendapatkan ,ara yang aman dan ,epat untuk memproses limbahnya sehingga

menghindari dampak negati* dari lingkungan.

2.+ P#tesi Bi#!as *ari POME

&-/ yang dibuang ke sungai dapat merusak ekologi air karena dapat menurunkan kadar

oksigen terlarut. 0akteri menguraikan material organik pada &-/ se,ara alami' yang dalam

prosesnya membutuhkan konsumsi sejumlah oksigen. Ketika jumlah material organik yang perlu

diurai terlalu tinggi' oksigen dapat berkurang hingga ke tingkat yang dapat mematikan organisme

air. /iological oxygen demand #0-$( adalah ukuran jumlah oksigen yang dikonsumsi bakteri

ketika menguraikan Dat organik dalam konsdisi aerobi,. 0-$ diukur dari konsumsi oksigen dari

awal sampai akhir periode pengujian berdasarkan inkubasi sampel yang tersegel selama lima hari

pada suhu tertentu.

6hemical oxygen demand #-$( merupakan ukuran total oksigen yang diperlukan untuk

mengoksidasi semua Dat organik yang bersi*at biologis maupun yang tidak bereaksi #inert(

menjadi karbon dioksida dan air. -leh sebab itu' nilai -$ selalu lebih besar dari nilai 0-$.

=ilai 0-$ maupun nilai -$ menunjukkan jumlah Dat organik yang ada dalam &-/ dan

dapat digunakan untuk menghitung potensi biogas.

&roses anaerobik terjadi dalam kondisi tanpa oksigen' sedangkan proses aerobik

berlangsung apabila terdapat oksigen. plikasi kon>ersi &-/ menjadi energi menggunakan

proses anaerobik. lasan utama memilih proses anaerobik adalah kemampuannya dalam

menghasilkan biogas dengan baik. &roses aerobik tidak mengkon>ersi Dat organik menjadi


5/12

metana' menghasilkan lebih banyak lumpur dan mengolah limbah lebih tuntas. )ebaliknya'

proses anaerobik menghasilkan metana dan sisa limah ,air yang kaya nutrisi seperti nitrogen dan

*os*or. &emilik perkebunan sawit dapat menggunakan sisa limbah ,air ini untuk pemupukan.

2.+.1 Te"#l#!i Pe!,raia POME Me&a*i Bi#!as

&engelola proyek biogas dapat memilih salah satu dari beberapa teknologi yang tersedia

untuk penguraian limbah ,air se,ara anerobik. )emua desain bertujuan unuk memastikan

terjadinya kontak yang ,ukup antara substrat dan mikroorganisme serta men,egah

mikroorganisme terbawa keluar dari sistem. 0erikut ini dipaparkan enam desain umum untuk

teknologi penguraian anaerobik

a. 6ontinuously Stirred (an2 7eactor #)7?(

)7? umumnya berbentuk silinder yang terbuat dari bahan beton atau logam dengan rasio

tinggi terhadap diameter yang ke,il. )istem ini dapat beroperasi pada suhu meso*ilik atau

termo*ilik' dan dengan sistem pengadukan mekanik' hidrolik' maupun injeksi gas.

b. Kolam 7ertutup

Kolam anaerobik pada prinsipnya adalah kolam tertutup yang dilengkapi dengan

mekanisme pengadukan. $esain ini biasanya digunakan untuk menangani limbah dengan

kandungan padatan kurang dari 3' dan beroperasi pada kisaran suhu meso*ilik.

,. Filter naerobik

Filter anaerobik menggunakan Gcarrier yang terbuat dari plastik tempat mikroorganisme

akti* melekat dan men,egah terdorong keluar dari sistem. Filter anaerobik dapat menghasilkan

biogas yang berkualitas sangat tinggi dengan kandungan metana hingga 81.

d. 8luidi9ed and Expanded /eds

&ada fluidi9ed and expanded beds' mikroorganisme menarik partikel5partikel ke,il

sehingga membentuk koloni. )istem ini mempunyai aliran kuat ke atas yang menyebabkan

partikel5partikel ke,il mengambang sehingga mikroorganisme melakukan kontak dengan

substrat.

e. pflow 4naerobic Sludge /lan2et #)0(


6/12

?eaktor upflow anaerobic sludge blan2et memungkinkan mikroorganisme tumbuh se,ara

berkelompok sehingga mikroorganisme tetap berada dalam reaktor meskipun arus substrat yang

masuk ,ukup kuat. )istem ini memompakan limbah masuk ke dalam reaktor dengan ,ukup

ken,ang sehingga terjadi proses pengadukan dan terjadi kontak antara mikroorganisme dengan

substrat.

*. Expanded ;ranular Sludge /ed #/A)0(

?eaktor expanded granular sludge bed mirip dengan rea,tor )0' tetapi dengan tingkat

ke,epatan aliran ke atas yang lebih tinggi untuk memungkinkan air limbah melewati tumpukan

lumpur. $esain ini ,o,ok untuk konsentrasi -$ kurang dari " sampai 2 g -$:l atau untuk air

limbah yang mengandung partikel tersuspensi yang tidak mudah terbiodegradasi.

&abrik pengolahan kelapa sawit biasanya menggunakan teknologi )7? atau kolam

tertutup untuk mengkon>ersi &-/ menjadi biogas. Kedua teknologi penguraian anaerobik ini

dapat menangani limbah dengan kandungan padatan dan minyak yang tinggi. Kedua teknologi

ini juga relati* mudah dioperasikan dan dipelihara serta lebih eknomis dibandingkan dengan

sistem yang lain' sehingga ,o,ok untuk agribisnis.

Aambar 2." 6ontinuous Stirred (an2 7eactor #)7?( ;"


7/12

Aambar 2.2 Kolam 7ertutup ;"<

)e,ara garis besar' sampah dibedakan menjadi tiga jenis yaitu anorganik'

organik dan khusus. )ampah organik berasal dari bahan5bahan penyusun

tumbuhan dan hewan yang diambil dari alam atau dihasilkan dari kegiatan

pertanian' perikanan' kegiatan rumah tangga' industri dan kegiatan lainnya.

)ampah organik ini dengan mudah dapat diuraikan dalam proses alami. &otensi

sampah di Indonesia sangat besar. Khususnya untuk rumah tangga' jumlah yang

dihasilkan pada tahun 2!2! diperkirakan akan meningkat 1 kali lipat. $iprediksi

peningkatan tersebut bukan saja karena pertambahan penduduk' tetapi juga karena

meningkatnya timbunan sampah perkapita yang disebabkan oleh perbaikan

tingkat ekonomi dan kesejahteraan.

0erdasarkan hasil penelitian' pembuatan biogas dari sampah organik

menghasilkan biogas dengan komposisi metan 1"'33 18'"8 dan gas -

2

4"'82

48'6 ,ampuran sampah organik tersebut dengan kotoran dapat meningkatkan

komposisi metan dalam biogas.

,. +imbah -rganik air

+imbah ,air merupakan sisa pembuangan yang dihasilkan dari suatu

proses yang sudah tidak dipergunakan. Kegiatan5kegiatan yang berpotensi sebagai


8/12

penghasil limbah ,air antara lain kegiatan industri' rumah tangga' peternakan' dan

pertanian. )aat ini kegiatan rumah tangga mendominasi jumlah limbah ,air

dengan persentase sekitar 4! dan diikuti oleh limbah industri 3! dan sisanya

limbah rumah sakit' pertanian' peternakan' atau limbah lainnya. Komponen utama

limbah ,air adalah air #99( sisanya yaitu bahan padat yang bergantung pada asal

buangan tersebut. 7idak semua limbah ,air dapat diman*aatkan sebagai bahan

baku biogas' hanya limbah ,air organik yang dapat digunakan sebagai bahan baku

biogas. +imbah tersebut diantaranya urin hewan' limbah ,air rumah tangga' dan

limbah ,air industri seperti' industri tahu' tempe' tapioka' brem dan rumah potong

hewan. &engolahan limbah ,air untuk biogas dilakukan dengan mengumpulkan

limbah ,air dengan digester anaerob yang diisi dengan media penyangga yang

ber*ungsi sebagai tempat hidup bakteri anaerob.

enurut Irmawati #2!!858( pembentukan gasbio dilakukan oleh

mikroba pada situasi anaerob' yang meliputi tiga tahap' yaitu tahap hidrolisis'

tahap pengasaman dan tahap metanogenik. &ada tahap hidrolisis terjadi pelarutan

bahan5bahan organik mudah larut dan pen,ernaan bahan organik yang komplek

menjadi sederhana' perubahan struktur bentuk primer menjadi bentuk monomer.

&ada tahap pengasaman komponen monomer #gula sederhana( yang terbentuk

pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam.

&roduk akhir dari gula5gula sederhana pada tahap ini akan dihasilkan asam asetat'

propionat' *ormat' laktat' alkohol dan sedikit butirat' gas karbondioksida' hidrogen

dan amoniak. &ada tahap metanogenik adalah proses pembentukan gas metan.

$iketahui bahwa biogas memiliki banyak kegunaan yang dapat membantu

manusia dalam kehidupan sehari5hari. &ertama' gas yang dihasilkan oleh akti*itas

anaerobik atau *ermentasi dari bahan5bahan organik yang diantaranya' kotoran

manusia dan hewan' limbah rumah tangga' sampah atau limbah organik dapat

digunakan untuk memasak dan menjalankan generator untuk pembangkit tenaga

listrik. Kedua' limbah pertanian' perkebunan' dan peternakan yang selama ini

dibuang sekarang ini sudah dapat dikelola dan dapat diman*aatkan serta dapat

menghindari adanya pen,emaran lingkungan. Ketiga' limbah yang dihasilkan dari


9/12

biogas dapat digunakan sebagai pupuk ,air dan pupuk padat' dan dapat digunakan

untuk pertanian dan perkebunan. -leh karena itu' bioenergi adalah sumber energi

terbarukan' yaitu sumber energi yang dapat tersedia kembali dalam jangka waktu

tahunan' tidak seperti minyak bumi atau batu bara yang membutuhkan waktu

jutaan tahun. 7eknologi ini juga membantu dalam hal pengolahan limbah serta

memberikan hasil tambahan berupa pupuk ,air dan pupuk padat' mengingat harga

pupuk kimia sekarang yang semakin langka dan semakin mahal


10/12

Menurut Hambali et al. (2007:57-61) bahwa ada tiga jenis bahan baku ang!r"s!ekti# untuk dikembangkan sebagai bahan baku bi"gas$ diantaranak"t"ran hewan dan manusia$ sam!ah "rganik dan limbah %air.

a. &"t"ran Hewan dan Manusia

'eman#aatan k"t"ran ternak dan manusia sebagai bahan baku bi"gasakan mengatasi bebera!a !ermasalahan ang timbul akibat k"t"rantersebut bila dibandingkan limbah lain ang menum!uk tan!a !eng"lahan.&"t"ran hewan ang menum!uk akan men%emari lingkungan. ika k"t"rantersebut terbawa air masuk kedalam tanah atau sungai.

ebagai bahan baku bi"gas$ ketersediaan k"t"ran hewan sangatmelim!ah. Hewan-hewan tersebut di!erlihara baik dalam jumlah besar di!eternakan mau!un di!elihara se%ara indi*idu dalam jumlah ke%il "lehrumah tangga. +erdasarkan hasil estimasi$ seek"r sa!i dalam satu hari da!atmenghasilkan k"t"ran sebanak 10 - ,0 kg$ seek"r aam menghasilkank"t"ran 25 gram !er hari dan seek"r babi dewasa menghasilkan k"t"ran $5 5$, kg !er hari. +erdasarkan hasil riset ang !ernah ada diketahuibahwa setia! 10 kg k"t"ran ternak sa!i ber!"tensi menghasilkan,60 liter bi"gas dan 20 kg k"t"ran babi menghasilkan 1$,7/ liter bi"gas.

b. am!ah rganik 'adat

e%ara garis besar$ sam!ah dibedakan menjadi tiga jenis aituan"rganik$ "rganik dan khusus. am!ah "rganik berasal dari bahan-bahan !enusun tumbuhan dan hewan ang diambil dari alam ataudihasilkan dari kegiatan !ertanian$ !erikanan$ kegiatan rumahtangga$ industri dan kegiatan lainna. am!ah "rganik ini dengan

mudah da!at diuraikan dalam !r"ses alami. '"tensi sam!ah di nd"nesiasangat besar. &hususna untuk rumah tangga$ jumlah ang dihasilkan !adatahun 2020 di!erkirakan akan meningkat 5 kali li!at. i!rediksi !eningkatantersebut bukan saja karena !ertambahan !enduduk$ teta!i juga karenameningkatna timbunan sam!ah !erka!ita ang disebabkan "leh!erbaikan tingkat ek"n"mi dan kesejahteraan.

+erdasarkan hasil !enelitian$ !embuatan bi"gas dari sam!ah"rganik menghasilkan bi"gas dengan k"m!"sisi metan 51$,, 53$134 dangas 2 1$32 3$674 %am!uran sam!ah "rganik tersebut dengan k"t"randa!at meningkatkan k"m!"sisi metan dalam bi"gas.

%. imbah rganik air

imbah %air meru!akan sisa !embuangan ang dihasilkan darisuatu !r"ses ang sudah tidak di!ergunakan. &egiatan-kegiatan angber!"tensi sebagai !enghasil limbah %air antara lain kegiatan industri$ rumahtangga$ !eternakan$ dan !ertanian. aat ini kegiatan rumah tanggamend"minasi jumlah limbah %air dengan !ersentase sekitar 0 4 dan


11/12

diikuti "leh limbah industri ,04 dan sisana limbah rumah sakit$ !ertanian$!eternakan$ atau limbah lainna. &"m!"nen utama limbah %air adalah air(//4) sisana aitu bahan !adat ang bergantung !ada asal buangantersebut. idak semua limbah %air da!at diman#aatkan sebagai bahan bakubi"gas$ hana limbah %air "rganik ang da!at digunakan sebagai bahan baku

bi"gas. imbah tersebut diantarana urin hewan$ limbah %air rumah tangga$dan limbah %air industri se!erti$ industri tahu$ tem!e$ ta!i"ka$ brem danrumah !"t"ng hewan. 'eng"lahan limbah %air untuk bi"gas dilakukandengan mengum!ulkan limbah %air dengan digester anaer"b ang diisidengan media !enangga ang ber#ungsi sebagai tem!at hidu! bakterianaer"b.

Menurut rmawati (2003:7-3) !embentukan gasbi" dilakukan"leh mikr"ba !ada situasi anaer"b$ ang meli!uti tiga taha!$ aitu taha!hidr"lisis$ taha! !engasaman dan taha! metan"genik. 'ada taha! hidr"lisisterjadi !elarutan bahan-bahan "rganik mudah larut dan !en%ernaan bahan"rganik ang k"m!lek menjadi sederhana$ !erubahan struktur bentuk !rimermenjadi bentuk m"n"mer. 'ada taha! !engasaman k"m!"nen m"n"mer(gula sederhana) ang terbentuk !ada taha! hidr"lisis akan menjadi bahanmakanan bagi bakteri !embentuk asam.

'r"duk akhir dari gula-gula sederhana !ada taha! ini akan dihasilkanasam asetat$ !r"!i"nat$ #"rmat$ laktat$ alk"h"l dan sedikit butirat$ gaskarb"ndi"ksida$ hidr"gen dan am"niak. 'ada taha! metan"genik adalah!r"ses !embentukan gas metan. iketahui bahwa bi"gas memiliki banakkegunaan ang da!at membantu manusia dalam kehidu!an sehari-hari.'ertama$ gas ang dihasilkan "leh akti8tas anaer"bik atau #ermentasi daribahan-bahan "rganik ang diantarana$ k"t"ran manusia dan hewan$ limbah

rumah tangga$ sam!ah atau limbah "rganik da!at digunakan untukmemasak dan menjalankan generat"r untuk !embangkit tenaga

listrik. &edua$ limbah !ertanian$ !erkebunan$ dan !eternakan ang selamaini dibuang sekarang ini sudah da!at dikel"la dan da!at diman#aatkan sertada!at menghindari adana !en%emaran lingkungan. &etiga$ limbah angdihasilkan dari bi"gas da!at digunakan sebagai !u!uk %air dan !u!uk !adat$dan da!at digunakan untuk !ertanian dan !erkebunan. leh karena itu$bi"energi adalah sumber energi terbarukan$ aitu sumber energi ang da!attersedia kembali dalam jangka waktu tahunan$ tidak se!erti minak bumiatau batu bara ang membutuhkan waktu jutaan tahun. ekn"l"gi ini juga

membantu dalam hal !eng"lahan limbah serta memberikan hasil tambahanberu!a !u!uk %air dan !u!uk !adat$ mengingat harga !u!uk kimia sekarangang semakin langka dan semakin mahal


12/12

Bahan Biogas

Documents

Transcript of Bahan Biogas