bioenergi alternatif

56
2.1 Pengertian Bioetanol Etanol adalah alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Karena sifatnya yang tidak beracun bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan industri makanan dan minuman. Etanol tidak berwarna dan tidak berasa tapi memilki bau yang khas. Bahan ini dapat memabukkan jika diminum. Etanol sering ditulis dengan rumus EtOH. Rumus molekul etanol adalah C2H5OH atau rumus empiris C2H6O. Etanol dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk mobil, baik sendiri (E100) dalam mesin khusus atau sebagai tambahan bensin untuk mesin bensin. Etanol dapat dicampur dengan bensin dalam kuantitas yang bervariasi untuk mengurangi konsumsi bahan bakar minyak bumi, dan juga untuk mengurangi polusi udara. Bahan bakar tersebut dikenal di AS sebagai gasohol dan di Brasil sebagai bensin tipe C. Dua campuran umum di AS adalah E10 dan E85 yang mengandung 10% dan 85% etanol. Secara umum, produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu: Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Pemurnian. 1. Persiapan Bahan Baku Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis (sweet 3

Transcript of bioenergi alternatif

Page 1: bioenergi alternatif

2.1 Pengertian Bioetanol

Etanol adalah alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Karena

sifatnya yang tidak beracun bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan

industri makanan dan minuman. Etanol tidak berwarna dan tidak berasa tapi memilki bau yang

khas. Bahan ini dapat memabukkan jika diminum. Etanol sering ditulis dengan rumus EtOH.

Rumus molekul etanol adalah C2H5OH atau rumus empiris C2H6O.

Etanol dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk mobil, baik sendiri (E100) dalam mesin

khusus atau sebagai tambahan bensin untuk mesin bensin.

Etanol dapat dicampur dengan bensin dalam kuantitas yang bervariasi untuk mengurangi

konsumsi bahan bakar minyak bumi, dan juga untuk mengurangi polusi udara. Bahan bakar

tersebut dikenal di AS sebagai gasohol dan di Brasil sebagai bensin tipe C. Dua campuran umum

di AS adalah E10 dan E85 yang mengandung 10% dan 85% etanol.

Secara umum, produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu:

Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Pemurnian.

1. Persiapan Bahan Baku

Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik

yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum

manis (sweet sorghum),air kelapa atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn),

singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya.

2. Fermentasi

Proses fermentasi adalah proses perombakan gula oleh activitas ragi , dimana ikatan

kimia rantai karbon dari glucose dan fructose dilepas satu demi satu dan dirangkai secara

kimiawi menjadi molekul ethanol dan gas karbon dioksida serta menghasilkan panas, Ragi

sendiri termasuk jasat renik keluarga vegeta, ragi akan mengeluarkan enzyme yang sangat

complex yang mampu melakukan perombakan monosakarida menjadi ethanol dan carbon

diokasida, jenis ragi untuk proses alcohol/ ethanol adalah Sacharomyces Cereviceae.

3

Page 2: bioenergi alternatif

3. Pemurnian / Distilasi

Setelah proses fermentasi selesai, masukkan cairan fermentasi ke dalam evaporator atau

boiler. Panaskan evaporator dan suhunya dipertahankan antara 79° – 81°C. Pada suhu ini

etanol sudah menguap, tetapi air tidak menguap. Uap etanol dialirkan ke distilator.

Bioetanol akan keluar dari pipa pengeluaran distilator. Distilasi pertama, biasanya kadar

etanol masih di bawah 95%. Apabila kadar etanol masih di bawah 95%, distilasi perlu

diulangi lagi (reflux) hingga kadar etanolnya 95%.

Apabila kadar etanolnya sudah 95% dilakukan dehidrasi atau penghilangan air. Untuk

menghilangkan air bisa menggunakan kapur tohor atau zeolit sintetis. Tambahkan kapur

tohor pada etanol. Biarkan semalam. Setelah itu didistilasi lagi hingga kadar airnya

kurang lebih 99.5%.

( Reff : /bioethanol/ayo-coba-buat-ethanol.html )

2.2 Perbandingan Bioetanol Dengan Premium Tabel 1. Perbandingan Sifat Bioethanol dan Premium.

Property Ethanol Gasoline Chemical formula C2H5OH C4 sd C10

Composition : % weight Carbon Hydrogen Oxygen

52.2 13.1 34.7

85-88 12-15 0

Octane Number Research Octane Motor Octane

108 92

90-100 81-90

Density lb/gal 6.61 (b) 6.0 – 6.5 (b)

Boiling temp. oF 172(c) 80-437(c)

Freezing point oF -173.2(a) -40(d)

Flash point oF 55(e) -45(b)

Autoignition Temp. oF 793(b) 495(b)

Heating Value Higher (Btu/gal) Lower (Btu/gal)

84 100 76 000

124 800 115 000

Specific heat Btu/lb oF 0.57 0.48 Stoichiometric air/fuel, weight 9 14.7

(www.afdc.doe.gov)

Page 3: bioenergi alternatif

(nurma.staff.uns.ac.id/files/2009/06/bioethanol.ppt)

Tabel 2. Perbandingan emisi bahan pencemar dari campuran bioetanol dengan Premium

(nurma.staff.uns.ac.id/files/2009/06/bioethanol.ppt)2.3 Buah Kelapa

Kelapa adalah satu jenis tumbuhan dari keluarga Arecaceae. Ia adalah satu-satunya spesies

dalam genus Cocos, dan pohonnya mencapai ketinggian 30 m. Kelapa juga adalah sebutan untuk

buah pohon ini yang berkulit keras dan berdaging warna putih. Pohon kelapa biasanya tumbuh di

pinggir pantai.

Page 4: bioenergi alternatif

2.4 Bagian-bagian Kelapa

2.4.1 Buah kelapa

Buah kelapa terdiri dari kulit luar, sabut, tempurung, kulit daging (testa), daging

buah, air kelapa dan lembaga.

2.4.2 Kulit luar

Kulit luar merupakan lapisan tipis (0,14 mm) yang mempunyai permukaan licin

dengan warna bervariasi dari hijau, kuning sampai jingga, tergantung kepada kematangan

buah. Jika tidak ada goresan dan robek, kulit luar kedap air.

2.4.3 Sabut kelapa.

Sabut kelapa merupakan bagian yang cukup besar dari buah kelapa, yaitu 35 %

dari berat keseluruhan buah. Sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang

menghubungkan satu serat dengan serat lainnya. Serat adalah bagian yang berharga dari

sabut. Setiap butir kelapa mengandung serat 525 gram (75 % dari sabut), dan gabus 175

gram (25 % dari sabut).

2.4.4 Tempurung

Tempurung merupakan lapisan keras yang terdiri dari lignin, selulosa, metoksil

dan berbagai mineral. Kandungan bahan-bahan tersebut beragam sesuai dengan jenis

kelapanya. Struktur yang keras disebabkan oleh silikat (SiO2) yang cukup tinggi

kadarnya pada tempurung. Berat tempurung sekitar 15~19 % dari berat keseluruhan buah

kelapa.

2.4.5 Kulit daging buah.

Kulit daging buah adalah lapisan tipis coklat pada bagian terluar daging buah.

Page 5: bioenergi alternatif

2.4.6 Daging buah.

Daging buah merupakan lapisan tebal (8~15 mm) berwarna putih. Bagian ini

mengandung berbagai zat gizi. Kandungan zat gizi tersebut beragam sesuai dengan

tingkat kematangan buah. Daging buah tua merupakan bahan sumber minyak nabati

(kandungan minyak 35 %). Pada tabel 2 dapat dilihat komposisi zat gizi daging buah

kelapa.

2.4.7 Air kelapa.

Air kelapa mengandung sedikit karbohidrat, protein, lemak dan beberapa mineral.

Kandungan zat gizi ini tergantung kepada umur buah. Air kelapa dapat digunakan sebagai

media pertumbuhan mikroba, misalnya Acetobacter xylinum untuk produksi nata de

coco.

2.5 Fermentasi Air Kelapa

Fermentasi air kelapa melalui proses yang agak berbeda. Karena berbentuk larutan

(cairan), dapat digunakan Saccharomyces telluris, Saccharomyces tuac, atau Zymomonas

mobilis. Saccharomyces telluris didapat dari air perasan buah semu jambu mete. Saccharomyces

tuac dan Zymomonas mobilis didapat dari minuman tuak.

2.6 Manfaat Pohon Kelapa

Ada beberapa komoditi yang dapat diperoleh dari pohon kelapa, yaitu batang, daun, nira

dan bagian-bagiannya yang lain.

2.6.1 Batang

Batang kelapa tua dapat dijadikan bahan bangunan, mebel, jembatan darurat,

kerangka perahu dan kayu bakar. Batang yang benar-benar tua dan kering sangat tahan

terhadap sengatan rayap. Kayu dari pohon kelapa yang dijadikan mebel dapat diserut

sampai permukaannya licin dengan tekstur yang menarik.

2.6.2 Daun

Page 6: bioenergi alternatif

Daun kelapa sering digunakan untuk hiasan atau janur, sarang ketupat dan juga

atap rumah. Tulang daun atau lidi dijadikan barang anyaman, sapu lidi dan tusuk daging

(sate).

2.6.3 Nira

Nira adalah cairan yang diperoleh dari tumbuhan yang mengandung gula pada

konsentrasi 7,5 sampai 20,0 %. Nira kelapa diperoleh dengan memotong bunga betina

yang belum matang, dari ujung bekas potongan akan menetes cairan nira yang

mengandung gula. Nira dapat dipanaskan untuk menguapkan airnya sehingga konsentrasi

gula meningkat dankental. Bila didinginkan, cairan ini akan mengeras yang disebut gula

kelapa. Nira juga dapat dikemas sebagai minuman ringan.

2.6.4 Buah

Banyak dari bagian buah merupakan bahan yang bermanfaat. Sabut kelapa yang

telah dibuang gabusnya merupakan serat alami yang berharga mahal untuk pelapis jok

dan kursi, serta untuk pembuatan tali

2.6.5 Tempurung kelapa

Tempurung kelapa dapat dibakar langsung sebagai kayu bakar, atau diolah

menjadi arang. Arang batok kelapa dapat digunakan sebagai kayu bakar biasa atau diolah

menjadi arang aktif yang diperlukan oleh berbagai industri pengolahan.

2.6.6 Daging kelapa

Daging kelapa merupakan bagian yang paling penting dari komoditi asal pohon

kelapa. Daging kelapa yang cukup tua, diolah menjadi kelapa parut, santan, kopra, dan

minyak goreng. Sedang daging kelapa muda dapat dijadikan campuran minuman cocktail

dan dijadikan selai.

2.6.7 Air kelapa

Air kelapa dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan kecap dan sebagai media

pada fermentasi nata de coco.

Page 7: bioenergi alternatif

2.7 Bioetanol dari Air Kelapa

Pusat Pelatihan Petani Pedesaan Swadaya (P4S) Tegak Bangun Bangsa, Kelurahan

Yukumjaya, Kecamatan Terbanggibesar, melakukan uji coba. Yakni pengembangan energi

alternatif berupa bahan bakar bioetanol dari bahan dasar singkong dan air kelapa. Bioetanol

berbahan dasar singkong dan air kelapa itu telah diuji coba dua bulan ini.

Pemanfaatan bioetanol ini lebih murah dibanding minyak tanah, lokasinya di Dusun

Bandarharapan, Terbanggibesar,kata Ketua Pembina P4S Ahmad Fuad Hayat kepada Radar

Lamteng kemarin (21/12).

Untuk menghasilkan bioetanol sekitar 100 liter, dibutuhkan sedikitnya 600 kilogram

singkong. Bioetanol yang dihasilkan nantinya bisa untuk oktan 40%. Karena, kapasitas alat yang

terpasang ini muat untuk 100 liter,terangnya.

Namun, lanjut Fuad, ia mengaku selama sebulan uji coba bioetanol ini hanya baru

mendapatkan 60 liter dari bahan air kelapa dan ini juga persentasenya baru 10 hingga15 persen,

karena akan dilakukan penyulingan kembali hingga tiga kali.

Sedangkan, bioetanol bahan dari singkong belum ada hasil karena menunggu singkong dari

petani. Selain itu kita juga masih kekurangan tempat penampungan bahan singkong, makanya

jarang produksi dan ini juga menunggu bahan enzim dari Bandung,jelas Fuad.

Ia mengharapkan ada kepedulian dari Pemerintah untuk pengembangan energi alternatif

tersebut. Karena Bioetanol juga lebih ramah lingkungan dan tidak menghasilkan jelaga seperti

minyak tanah, setidaknya akan dapat membantu para petani.

Selain itu, kotoran dari singkong tidak langsung dibuang melainkan digunakan buat pupuk

organik, jadi semua itu menjadi manfaat, ucapnya.

2.8 Kelapa Bisa Hasilkan Biosolar, Bioetanol, dan Biogas

Buah kelapa selain menghasilkan biosolar dari ampas dan air kelapa bisa juga dihasilkan

bioetanol, bahkan limbah dari bioetanol kelapa ini masih bisa dimanfaatkan sebagai campuran

biogas

Page 8: bioenergi alternatif

Biofuel ada tiga macam yakni biosolar yang merupakan campuran antara solar dengan

minyak nabati yang telah dimetilasi, bioetanol yang merupakan alkohol yang dihasilkan dari

fermentasi, sedangkan biogas dihasilkan dari penguraian biomassa secara anaerob oleh bakteri

methanogenesis.

Kelapa di Indonesia bisa diperas dan menghasilkan minyak nabati berupa biosolar di mana

untuk satu liter biosolar membutuhkan 0,48 kg buah kelapa.

Ampasnya, jangan dibuang, karena masih memiliki selulosa dalam jumlah besar dan

tinggal dilakukan hidrolisis dengan larutan asam dan difermentasi dengan Saccharomyces

cerevisiae.

Demikian pula air kelapa, bisa ditambah sedikit urea sebelum fermentasi, dan jika kadar

gula tak sampai 17%, maka bisa ditambah glukosa atau sukrosa. Dengan ampas kelapa 6,56 kg

bisa menghasilkan seliter bioetanol berkadar 95%, sedangkan bagi seliter air kelapa, sebanyak

11,4%nya bisa menjadi bioetanol, ujarnya.

Limbah bioetanol ini jika dicampur kotoran sapi bisa menjadi biogas dengan lebih dulu dilakukan penetralan pH. Dari 100 liter limbah bioetanol menghasilkan 2,5 m3 biogas. Limbah biogas juga bisa dijadikan pupuk.

3.1 Agro Makmur

Agro makmur adalah Usaha Kecil Menengah (UKM) yang didirikan sekaligus di kelola

oleh Bapak Sulaiman Budi S. Usaha yang berbasis rekayasa pertanian organik ini berada di jalan

Jokosongo 33 Doplang, Karangpandan, Karanganyar, Jawa Tengah.

Usaha ini memanfaatkan hasil-hasil pertanian diantaranya singkong, sekam padi, jerami,

hingga sampah-sampah organik lain seperti kotoran sapi, rambut-rambut bekas yang terbuang,

dan sampah-sampah pasar, untuk disulap menjadi biofuel, seperti bioetanol dan biogas.

Bapak Sulaiman Budi selalu melakukan penelitian, selain untuk meningkatkan efisiensi

produk biofuelnya juga demi menciptakan sesuatu yang baru untuk diproduksi pada usahanya

tersebut. Seperti produk baru yang belakangan ini di produksi seperti tepung terigu dari

singkong, konversi energi listrik dari biogas, pupuk organik dari urin.

Page 9: bioenergi alternatif

3.2 Produksi Bioetanol dari Air Kelapa

Pada Pembahasan kali ini akan dibahas salah satu perencanaan produk Agro Makmur

yaitu bioetanol dari air kelapa. Bioetanol ini dapat digunakan sebagai pengganti bensin setelah

mengalami proses pemurnian, cara pembuatannya yang mudah sehingga dapat dibuat

dipedalaman atau tempat-tempat terpencil di daerah. Dilihat dari komposisnya, air kelapa

memiliki karakteristik cita rasa yang khas. Komposisi air kelapa muda adalah gula sebanyak

4,4%, natrium 42 mg% , kalium 290 mg%, kalsium 44 mg%, magnesium 10 mg%, besi 106 mg

%, dan tembaga 26 mg%. Kandungan yang terdapat dalam air kelapa tidak hanya unsur makro,

tetapi juga unsur mikro. Unsur makro yang terdapat adalah karbon dan nitrogen. Unsur karbon

dalam air kelapa berupa karbohidrat sederhana seperti glukosa, sukrosa, fruktosa, sorbitol, dan

inositol. Unsur nitrogen berupa protein yang tersusun dari asam amino, seperti alin, arginin,

alanin, sistin, dan serin.

3.3 Bahan Baku

Kelapa paling bagus digunakan sesaat setelah dipetik. Tapi juga tahan disimpan sekitar 2

bulan dalam suhu ruangan, dengan catatan masih lengkap dalam sabutnya. Bila sudah dikerat

sabutnya, kelapa hanya bertahan beberapa hari. Bila sudah tempurungnya sudah terlepas, kelapa

sebaiknya segera digunakan. Perbandingannya sekitar 5 sampai 10 buah kelapa bisa menjadi 1

liter bioetanol. Atau 2 kg kelapa menghasilkan 1 liter bioetanol.

3.4 Cara kerja pembuatan bioetanol dari Air Kelapa

3.4.1 Persiapan Bahan Baku

Persiapan bahan baku beragam bergantung pada bahan bakunya, tetapi secara umum

bahan yang digunakan adalah air kelapa sebagai bahan utama, saccharomyces cerevisiae, nutrien

( NPK dan Urea) dan beberapa reagen untuk analisis.

3.4.1.1 Bahan Baku yang Digunakan

a. Air kelapa 30 liter

b. Ragi 1 ons

12

Page 10: bioenergi alternatif

c. Urea 2 sdm

d. NPK 1 sdm

e. Air hangat 1 gelas

3.4.1.2 Peralatan yang digunakan

a. Drum penampung dan drum Fermentor

b. Rangkaian Alat Penyuling (Destilator)

c. Galon/botol penampung bioetanol hasil produksi

3.4.2 Prosedur Produksi:

a. Membuat ragi

Ragi dibuat dari 50 gr bawang putih, 50 gr ragi tape, 50 gr merica, 7.5 gr lengkuas,

1.5 kg tepung ketan putih, 50 gr cabe puyang, 1 gelas air hangat dan 4 sdm gula

dicampur jadi satu hingga homogen, setelah itu di cetak dan diangin-anginkan selama

2 hari, ditutup daun pisang kemudian di jemur.

b. Melarutkan air kelapa

Air kelapa 30 lt dilarutkan dalam 30 lt air.

c. Pencampuran ragi dalam larutan air kelapa

1 ons ragi dilarutkan dalam kira-kira 1 gelas air hangat, kemudian dimasukkan dalam

larutan air kelapa tersebut.

d. Memasukkan NPK 1 sdm dan Urea 2 sdm

Tujuan diberikan NPK dan urea adalah untuk memberi nutrisi pada bakteri

fermentasi dalam ragi agar dapat tetap hidup dan berkembang serta melakukan

fermentasi dalam larutan air kelapa secara optimal dalam beberapa hari.

e. Fermentasi

Larutan air kelapa didiamkan beberapa hari kurang lebih 7-8 hari, untuk memberi

waktu pada bakteri untuk berfermentasi. Dengan reaksi fermentasi sebagai berikut:

Page 11: bioenergi alternatif

C6H12O6 Sacharomyces Cereviceae 2CO2 +2C2H5OH + Panas

Pada hari pertama pemberian ragi tidak langsung terjadi reaksi karena bakteri butuh

waktu yang agak lama untuk berkembang. Setelah kurang lebih 3 hari perbedaan air

kelapa hari pertama dan hari ke tiga mulai tampak. Dan setelah 7 hari dihasilkan

gelembung-gelembung udara pada air kelapa tampak agak kekuningan dibanding

hari sebelumnya.

Gelembung tersebut merupakan hasil fermentasi dimana dihasilkan gas CO2 dan

etanol serta energi yang berupa panas.

f. Penyulingan

Untuk mendapatkan etanol hasil fermentasi perlu dilakukan pemisahan yaitu dengan

cara penyulingan atau distilasi pada suhu 800C dan suhu ini harus dipertahankan,

karena etanol sendiri menguap pada suhu tersebut. Uap etanol yang dihasilkan

dikembalikan ke fase cair dengan cara kondensasi sehingga didapatkan etanol. Pada

penyulingan pertama biasanya dihasilkan etanol 50%-60% oleh karena itu etanol

tersebut disuling lagi agar kadar etanol yang dihasilkan meningkat skitar 20% atau

hingga mendapatkan etanol berkadar 95%-96% sudah cukup.

3.5 Kelebihan dan Kekurangan bioetanol dari air kelapa

3.5.1 Kelebihan :

Tanaman serbaguna karena hampir semua bagiannya bernilai ekonomi dan tidak

membutuhkan pemeliharaan intensif sehingga cocok bagi petani miskin di lahan marginal.

Tanaman kelapa juga menghasilkan biomassa di atas tanah yang sangat besar satu hingga 2

ton/pohon, sehingga dapat berperan penting dalam CO2. Kelapa dapat berperan sebagai salah

satu sumber bioenergi yang penting mengingat produktivitasnya yang sangat tinggi sehingga

hemat pemakaian lahan.

Air kelapa memiliki potensi yang sangat besar sebagai sumber utama bioenergi yang

ramah lingkungan di samping sebagai penghasil pangan dan tanaman konservasi, air kelapa

memiliki kelebihan dibandingkan dengan bahan baku bioetanol lainnya seperti singkong dan

jagung (tanaman penghasil pati) dikarenakan tahap yang dilakukan dua tahap yaitu tahap

Page 12: bioenergi alternatif

fermentasi dan distilasi, sedangkan bioetanol yang berasal dari tumbuhan berpati memerlukan

tahap hidrolisis ringan (sakarifikasi) untuk merubah polimer pati menjadi gula sederhana.

Ethanol/bio-ethanol apabila dicampur dengan premium dapat meningkatkan nilai oktan,

dimana nilai oktan untuk ethanol/bio-ethanol 98% adalah sebesar 115, selain itu mengingat

ethanol/bio-ethanol mengandung 30% oksigen, sehingga campuran ethanol/bio-ethanol dengan

gasoline dapat masuk katagorikan high octane gasoline (HOG), dimana campuran sebanyak 15%

bioethanol setara dengan pertamax (RON 92) dan campuran sebanyak 24% bioethanol setara

dengan pertamax plus (RON 95).

3.5.2 Kekurangan

Air kelapa tidak tahan lama ( mudah basi) jika berada di udara bebas maka air kelapa

tersebut akan menjadi asam. Tingkat kemasaman yang semakin tinggi akan berakibat kadar gula

yang terkandung di dalamnya semakin rendah. Sehingga diperlukan proses yang cepat agar

kandungan gula tidak menyusut.

Selain itu bioetanol sendiri juga memiliki kelemahan, yaitu mempunyai sifat korosif. Sehingga sangat berpengaruh terhadap logam (khussnya logam yang mudah terkorosi), seperti membuat mesin lebih sulit distarter

Page 13: bioenergi alternatif

1.1 Latar Belakang

Krisis energi yang melanda negeri ini diperkirakan masih akan berlangsung beberapa tahun

ke depan. Di tengah persoalan tersebut, pengembangan energi baru dan terbarukan menjadi solusi

alternatif. Pemerintah telah mengeluarkan Blue Print Pengelolaan Energi Nasional Periode 2005 –

2025 yang merupakan penjabaran dari Kebijakan Energi Nasional (Peraturan Presiden No.5 Tahun

2006). Dalam cetak biru itu, peranan energi baru dan terbarukan ditargetkan meningkat menjadi

4,4% pada tahun 2025. Kelangkaan sumber – sumber energi seperti gas elpiji dan berkurangnya debit

air akibat musim kemarau di waduk-waduk pembangkit listrik membuat Pembangkit Listrik Tenaga

Air kurang berfungsi dan menyebabkan pemadaman listrik bergilir di beberapa daerah. Hal ini tentu

saja akan merugikan masyarakat yang kegiatan sehariharinya menggunakan listrik. Fenomena-

fenomena tersebut dapat terjadi karena sampai sekarang pemerintah dan masyarakat pada

umumnya terkesan masih mengabaikan keberadaan bioenergi atau sumber energi baru yang

berpotensi sangat besar untuk dikembangkan. Pengembangan bioenergi seperti biogas merupakan

salah satu langkah untuk mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap sumber-sumber energi

yang tidak dapat diperbaharui. Pemanfaatan bioenergi sebagai sumber energi alternatif khususnya

biogas di Indonesia merupakan langkah yang tepat untuk mengurangi ketergantungan terhadap gas

elpiji yang harganya mahal dan keberadaannya yang langka di masyarakat. Selain itu, biogas juga bisa

menghasilkan energi listrik yang cukup besar. Pengembangan biogas di daerah – daerah yang

berpotensi untuk memproduksinya adalah merupakan suatu langkah untuk membuka lapangan kerja

baru dan sekaligus untuk mengurangi jumlah sampah, khususnya sampah organik.

Kebijakan Pemerintah tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat

diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak Salah satu sumber energi

alternatif adalah biogas. Gas ini berasal dari berbagai macam limbah organik seperti sampah

biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses

anaerobik digestion. Proses ini merupakan peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif

sehingga akan mengurangi dampak penggunaan bahan bakar fosil Biogas sebagian besar

mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang

jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan

Page 14: bioenergi alternatif

(H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil.

1.2 Rumusan Masalah

Mengapa Biogas harus dikembangkan, dikarenakan :

1. Polusi

Selama ini kotoran ternak menjadi permasalahan, karena menimbulkan polusi udara

dan air sehingga menjadi pemicu konflik sosial antara peternak dan non peternak. Keberadaan

peternakan di lokasi padat peduduk sering mendapat tekanan dari masyarakat dan akhirnya

keberlasungannya terancam. Polusi udara ini disebabkan oleh bau dari kotoran ternak.

2. Pemanasan Global

Gas Methan (CH4) merupakan kelompok gas rumah kaca (green house gas) yang

memberikan kontribusi terhadap peningkatan panas dunia (global warming) setara dengan 21

kali karbon dioksida (CO2). Gas methan ini jiga dihasilkan oleh ternak hidup yang dikeluarkan

ternak melalui mulut (sendawa) dan anus ternak, serta dari tumpukan kotoran ternak. Gas

methan yang dikeluarkan dari tubuh ternak, gas methan dari luar peternakan, serta kelompok

gas rumah kaca lainnya yang terlepas keudara bebas secara bersama – sama menyebabkan

terjadinya peningkatan panas bumi. Peningkatan panas bumi ini dalam jangka panjang dapat

menurunkan kualitas lingkungan, musim kemarau lebih panjang, produksi pertanian menurun

dan menimbulkan ancaman bencana alam.

Page 15: bioenergi alternatif

3. Biogas Energi Alternatif

Saat ini minyak tanah sebagai bahan bakar utama bagi rumah tangga menjadi langka

dan mahal yang dapat menyebabkan kemiskinan. Disisi lain terdapat energy alternative biogas

yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak tanah. Bahan bakunya bisa

menggunakan bahan organik dari limbah kotoran ternak yang selama ini belum begitu banyak

dimanfaatkan.

1.2 Tujuan

a. Mahasiswa memperoleh wawasan tentang Energi alternative (pada khususnya Biogas).

b. Mahasiswa memperoleh wawasan tentang Biogas dan pemanfaatannya.

c. Mahasiswa memperoleh ketrampilan dalam cara pengolahan dan pembuatan Biogas.

d. Mahasiswa dapat mengetahui permasalahan yang terjadi di Dunia tentang krisis energi.

1.3 Manfaat Biogas

Pengembangan biogas dari limbah peternakan dapat bermanfaat antara lain :

a. Masyarakat dapat mandiri atau hemat Energi BBM

b. Penghematan keuangan rumah tangga

c. Bagi Negara terjadi penghematan ekonomi dalam bentuk pengurangan subsidi.

d. Peternakan jadi ramah lingkungan (polusi udara, dan air) berkurang.

e. Pengurangan perambahan hutan untuk kayu bakar.

f. Populasi ternak terjaga, bahkan dapat terjadi peningkatan populasi ternak.

g. Perbaikan manajemen pemeliharaan ternak

Page 16: bioenergi alternatif

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sejarah Biogas

Page 17: bioenergi alternatif

1. Cina

Sejak tahun 1975 "biogas for every household". Pada tahun 1992, 5 juta rumah tangga di

China menggunakan biogas. Reaktor biogas yang banyak digunakan adalah model sumur tembok

dengan bahan baku kotoran ternak & manusia serta limbah pertanian.

2. India

Dikembangkan sejak tahun 1981 melalui "The National Project on Biogas Development"

oleh Departemen Sumber Energi non-Konvensional. Tahun 1999, 3 juta rumah tangga

menggunakan biogas. Reaktor biogas yang digunakan model sumur tembok dan dengan drum

serta dengan bahan baku kotoran ternak dan limbah pertanian.

3. Indonesia

Mulai diperkenalkan pada tahun 1970-an, pada tahun 1981 melalui Proyek

Pengembangan Biogas dengan dukungan dana dari FAO dibangun contoh instalasi biogas di

beberapa provinsi. Penggunaan biogas belum cukup berkembang luas antara lain disebabkan oleh

karena masih relatif murahnya harga BBM yang disubsidi, sementara teknologi yang

diperkenalkan selama ini masih memerlukan biaya yang cukup tinggi karena berupa konstruksi

beton dengan ukuran yang cukup besar. Mulai tahun 2000-an telah dikembangkan reaktor biogas

skala kecil (rumah tangga) dengan konstruksi sederhana, terbuat dari plastik secara siap pasang

(knockdown) dan dengan harga yang relatif murah.

2.2 Program Bio Energi Perdesaan (B E P)

Salah satu permasalahan nasional yang kita hadapi dan harus dipecahkan serta dicarikan

jalan keluarnya pada saat ini adalah masalah energi, baik untuk keperluan rumah tangga, maupun

untuk industri dan transportasi. Terkait dengan masalah tersebut, salah satu kebijakan

pemerintah ialah rencana pengurangan penggunaan bahan bakar minyak tanah untuk keperluan

rumah tangga. Sejalan dengan hal itu pemerintah juga mendorong upayaupaya untuk

penggunaan sumber-sumber energi alternative lainnya yang dianggap layak dilihat dari segi

teknis, ekonomi, dan lingkungan, apakah itu berupa biofuel, biogas/gas bio, briket arang dan lain

sebagainya. Beberapa waktu yang lalu sempat menjadi wacana kemungkinan digunakannya briket

batu bara. Namun, belakangan upaya ke arah itu agaknya tidak diteruskan atau sementara

Page 18: bioenergi alternatif

dihentikan dulu karena dianggap belum layak dari segi lingkungan khususnya jika digunakan untuk

energi rumah tangga.

Dalam rangka pemenuhan keperluan energi rumah tangga khususnya di perdesaan maka

perlu dilakukan upaya yang sistematis untuk menerapkan berbagai alternatif energi yang layak

bagi masyarakat. Sehubungan dengan hal tersebut maka salah satu upaya terobosan yang

dilakukan adalah melaksanakan program Bio Energi Perdesaan (BEP), yaitu suatun upaya

pemenuhan energi secara swadaya (self production) oleh masyarakat khususnya di perdesaan,

termasuk bagi masyarakatdi desa-desa terpencil seperti di daerah pedalaman dan kepulauan.

Pelaksanaan program BEP juga terkait dengan upaya – upaya pengembangan agrobisnis dalam

rangka peningkatan kesejahteraan masyarakat secara berkelanjutan dan ramah lingkungan.

Secara garis besar tujuan program BEP adalah berkembangnya swadaya masyarakat dalam

penyediaan dan penggunaan bio energi (bio gas, bio massa, dan bio fuel) bagi keperluan rumah

tangga termasuk untuk kegiatan usaha industry rumah tangga khususnya di perdesaan. (reff:

dekfendy.blog.uns.ac.id/.../membuat-biogas-dari-kotoran-ternak/)

Tabel 1. Potensi Energi Terbarukan dan Kapasitas Terpasang di Indonesia

Sumber Energi

Terbarukan

Potensi

(MWe)

Kapasitas Terpasang

( MWe)

Penggunaan (%)

Gepthermal *) 19650 589 3.00

Page 19: bioenergi alternatif

Micro-hydro*) 458.75 21 4.58

Solar/PV**) 156487 5 0.0032

Angin***) 9286 0.5 0.0054

Biomasa *) 49807 178 0.36

Total 2.36E+05 793.5 7.95

Reff: Ripebat; Dgeeu, 1977; Ace (2002)

jam operasi : 8 jam/hari

**) total area potensial 2 x106 km2

***) total luasan kincir angin per unit : 250 m x 250 m

2.3 Biogas

Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik

yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobic.

Komponen Biogas :

Tabel 2. Komposisi Biogas

Komponen Konsentrasi

Metana 50-75% vol.

Karbon Dioksida 25-45% vol.

Air 2-7% vol. (20-40 OC)

Hidrogen sulfida 20-20.000 ppm

Nitrogen < 2% vol.

Oksigen < 2% vol.

Page 20: bioenergi alternatif

Hidrogen < 1% vol.

Sumber: Kaltscmitt dan Hartmann, 2001

2.3.1 Bahan Baku Biogas

Bahan baku biogas dapat diperoleh dari berbagai macam sumber :

1. Kotoran Ternak

2. Sampah Organik

3. Kotoran Ternak dan Sampah pertanian

4. Limbah cair

5. Kotoran manusia

Rasio C/N (Karbon per Nitrogen)

Hubungan antara jumlah Karbon dan Nitrogen yang terdapat pada bahan organik

dinyatakan dalam terminologi rasio karbon/ nitrogen (C/N). Apabila rasio C/N sangat tinggi,

Nitrogen akan dikonsumsi sangat cepat oleh bakteri metan sampai batas persyaratan protein

dan tak lama bereaksi kearah kiri pada kandungan karbon pada bahan. Sebagai akibatnya

produksi metan akan menjadi rendah. Sebaliknya, apabila rasio C/N sangat rendah, nitrogen

akan bebas dan berakumulasi dalam bentuk amoniak (NH4), NH4 akan meningkatkan derajat

pH bahan dalam pencerna. pH lebih tinggi dari 8,5 akan mulai menunjukkan akibat racun pada

populasi bakteri metan.

Tabel 3. Rasio C/N dari beberapa bahan organik

Bahan Rasio C/N

Kotoran bebek 8

Kotoran manusia 8

Kotoran ayam 10

Kotoran kambing 12

Kotoran babi 18

Kotoran domba 19

Page 21: bioenergi alternatif

Kotoran kerbau/sapi 24

Enceng Gondok (water hyacinth) 25

Kotoran gajah 43

Jerami (jagung) 60

Jerami (padi) 70

Jerami (gandum) 90

Tahi gergajian diatas 200

Sumber: Karki and Dixit (1984)

2.3.2 Sumber Bahan Baku Biogas

Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses

fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi

kedap udara). Pada umumnya, semua jenis bahan organik yang diproses untuk menghasilkan

biogas, tetapi hanya bahan organik yang padat dan cair homogen, seperti kotoran urin hewan

ternak yang cocok untuk system biogas sederhana. Diperkirakan ada tiga jenis bahan baku yang

prospektif untuk dikembangkan sebagai bahan baku biogas di Indonesia, antara lain kotoran

hewan dan manusia, sampah organik, dan limbah cair.

Kotoran Ternak

Salah satu kotoran ternak yang dipakai untuk bahan bak pembuatan biogas adalah

kotoran ternak dari sapi. Sifat – sifat input dari kotoran ternak sapi. Berdasarkan hasil riset

yang pernah ada diketahui bahwa setiap 1 kg kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360

liter biogas.

Table 4. Komposisi Kotoran Ternak (Sapi)

Page 22: bioenergi alternatif

Sumber: Kalle, G.P. & Menon, K.K.G.

Kotoran Hewan dan Kotoran Manusia

Berdasarkan hasil estimasi, seekor sapi dalam satu hari dapat menghasilkan kotoran

sebanyak 10 – 30 kg. Seekor ayam menghasilkan 25 gr/hari, dan seekor babi dewasa dengan

berat 4,5--5,3 kg/hari. Berdasarkan hasil riset yang pernah ada diketahui bahwa setiap 1 kg

kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter biogas dan 20 kg kotoran babi dewasa

bisa menghasilakan 1,379 liter biogas.

Sampah Padat Organik

Secara garis besar sampah dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu anorganik, organik, dan

khusus. Sampah organik berasal dari bahan-bahan penyusun tumbuhan dan hewan yang diambil

dari alam atau dihasilkan dari kegiatan pertanian, perikanan, kegiatan rumah tangga, industri

atau kegiatan lainnya ( sampah dapur, sisa sayuran, kulit buah, buah busuk, kertas, daun-

daunan, jerami, dan sekam). Sampah organik ini dengan mudah dapat diuraikan dalam proses

alami. Berdasarkan hasil penelitian, pembuatan biogas dari sampah organic menghasilkan

biogas dengan komposisi metana 51,33-58,58% dan gas CO2 41,82-48,67%. Percampuran

sampah organik tersebut dengan kotoran hewan dapat meningkatkan komposisi metana dalam

biogas.

Page 23: bioenergi alternatif

Limbah Organik Cair

Limbah cair merupakan sisa pembuangan yang dihasilkan dari suatu proses yang sudah

tidak dipergunakan lagi. Kegiatan-kegitan yang berpotensi sebagai penghasil limbah cair antara

lain kegiatan industri, rumah tangga, peternakan, dan pertanian. Saat ini, kegiatan rumah

tangga mendominasi jumlah limbah cair dengan persentase sekitar 40% dan diikuti oleh limbah

industri 30% dan sisanya limbah rumah sakit, pertanian, peternakan, atau limbah lainnya.

Komponen utama limbah cair adalah air (90%), sisanya yaitu bahan padat yang bergantung

pada asal buangan tersebut. Tidak semua limbah cair dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku

penghasil biogas. Limbah tersebut antara lain urin hewan ternak, limbah cair rumah tangga,

dan limbah cair industri seperti industri tahu, tempe, tapioka, brem, dan rumah potong hewan.

Pengolahan limbah cair untuk biogas dilakukan dengan mengumpulkan limbah cair dalam

digester anaerob yang diisi dengan media penyangga yang berfungsi sebagai tempat

melekatnya bakteri anaerob. (Reff : Hambali, Erliza, dkk. 2007. Teknologi Bioenergi.

Jakarta:Agro Media)

Tabel 5. Komposisi biogas (%) kotoran sapi dan campuran kotoran ternak

dengan sisa pertanian.

Jenis gas

Biogas

Kotoran sapiCampuran kotoran + sisa

pertanian

Metan (CH4) 65,7 54 - 70

Karbon dioksida (CO2) 27,0 45 - 57

Nitrogen (N2) 2,3 0,5 - 3,0

Karbon monoksida (CO) 0 0,1

Oksigen (O2) 0,1 6,0

Page 24: bioenergi alternatif

Propena (C3H8) 0,7 -

Hidrogen sulfida(H2S) - sedikit

Nilai kalor (kkal/m2) 6513 4800 - 6700

Sumber: Harahap, dkk (1978)

2.4 Proses Pembuatan Biogas

Tahap pembentukan biogas secara teori :

Page 25: bioenergi alternatif

2.4.1 Cara Pembuatan Biogas

Sebelum membuat Biogas terlebih dahulu kita hatus mengetahui instalasi biogas itu

seperti apa. Instalasi biogas itu cukup sederhana dan mudah untuk dibuat.

Instalasi biogas terdiri dari :

1. Digester

Merupakan tempat bahan organik dan tempat terjadinya proses pencernaan bahan

organik oleh mikroba anaerob.

2. Water Trap

Adalah sebuah tabung yang berfungsi untuk menangkap uap air yang dihasilkan dari

digester agar aliran gas bio tidak terhambat, dan berfungsi juga sebagai alat pengaman.

3. Gas Holder

Disebut juga sebagai penampung gas, sesuai namanya fungsinya adalah untuk

menampung gas yang dihasilkan oleh digester yang disalurkan melalui pipa penyalur /

selang.

4. Pemanen gas

Alat ini dapat berupa kompor biogas atau genset.

2.4.2 Kelengkapan instalasi biogas :

1. Saluran masuk (inlet bahan organik)

Sebagai tempat memasukan bahan organik. Lebih baik jika dilengkapi dengan corong

plastik atau bak kontrol.

2. Saluran keluar gas (outlet gas)

Page 26: bioenergi alternatif

Berfungsi tempat keluarnya gas sebelum masuk kedalam penampungan (gas holder).

3. Saluran keluar lumpur (outlet sludge)

Merupakan saluran untuk mengeluarkan limbah bahan organik dari digester.

4. Penampung sludge

Berfungsi untuk menampung sementara sludge atau limbah bahan organik dari digester

sebelum digunakan untuk memupuk tanaman.

5. Selang penyalur gas

Berfungsi untuk menyalurkan gas dari digester ke water trap, gas holder dan ke alat

pemanen gas ( kompor biogas atau genset)

2.5 Spesifikasi Reaktor

Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga

No. Spesifikasi Teknis Kapasitas Skala Rumah Tangga

1. Volume reaktor (plastik) 4.000 liter

2. Volume penampung gas (plastik) 2.500 liter

3. Kompor Biogas 1 buah

4. Drum pengaduk bahan 1 buah

5. Pengaman gas 1 buah

6. Selang saluran gas ± 10 m

7. Kebutuhan bahan baku kotoran ternak dari 2-3 ekor sapi/

kerbau, atau 6 ekor babi

8. Biogas yang dihasilkan 4 m3 per hari (setara dengan 2,5 liter

minyak tanah).

(Reff: rntb.litbang.deptan.go.id/ind/2006/NP/perkembangandigester.doc)

Page 27: bioenergi alternatif

Keterangan gambar :

1. Digester (tabung pencerna)

2. Water trap (tabung perangkap uap air)

3. Gas holder (penampung gas)

4. Pemanen gas

A. Saluran pemasukan bahan organik (inlet)

B. Saluran keluar gas (outlet gas)

C. Saluran pembuangan

D. Bak penampung lumpur atau sludge atau limbah biogas

E. Selang penyalur yang menghubungkan digester dengan water trap

Page 28: bioenergi alternatif

F. Selang penghubung water trap dengan gas holder

G. Selang penyalur gas menuju kompor

H. Selang penyalur ke genset

2.5.1 Prinsip digester

1. Kondisi digester anaerob atau tidak ada oksigen.

2. Memiliki inlet (saluran pemasukan) dan outlet (saluran pengeluaran limbah, serta

saluran pengeluaran gas).

3. Memiliki ruang kosong untuk gas metan

4. Temperatur (30 – 60 OC)

2.5.2 Bahan Baku Untuk membuat digester

Banyak bahan yang dapat digunakan untuk membuat digester antara lain :

1. Tembok atau Cor

2. Fiber

3. Plat besi

4. Drum : plat atau plastik

5. Plastik

2.5.3 Tipe – Tipe Digester

1. Balon Plastik ditanam horisontal (Ballon Plants)

2. Kubah Permanen (Fixed – Dome Plants)

3. Kubah yang dilengkapi drum terapung (Floating – drum Plant)

Macam – macam gambar digester :

Page 29: bioenergi alternatif
Page 30: bioenergi alternatif

2.6 Cara Pengoperasian Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga

1. Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 1 (bahan biogas)

2. Masukkan bahan biogas ke dalam reaktor melalui tempat pengisian sebanyak 2000 liter,

selanjutnya akan berlangsungproses produksi biogas di dalam reaktor.

3. Setelah kurang lebih 10 hari reaktor biogas dan penampung biogas akan terlihat mengembung

dan mengeras karena adanya biogas yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai

bahan bakar, kompor biogas dapat dioperasikan.

4. Sekali-sekali reaktor biogas digoyangkan supaya terjadi penguraian yang sempurna dan gas yang

terbentuk di bagian bawah naik ke atas, lakukan juga pada setiap pengisian reaktor.

5. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak + 40 liter setiap

pagi dan sore hari.

6. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge (lumpur) secara otomatis akan keluar dari reaktor

setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas.

7. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat digunakan langsung sebagai pupuk

organik,baik dalam keadaan basah maupun kering.

2.7 Cara Pengoprasian Kompor Biogas

1. Buka sedikit kran gas yang ada pada kompor (memutar kesebelah kiri)

2. Nyalakan korek api dan sulut tepat diatas tungku kompor.

3. Apabila menginginkan api yang lebih besar, kran gas dapat dibuka lebih besar lagi, demikian pula

sebaliknya. Api dapat disetel sesuai dengan kebutuhan dan keinginan kita.

Page 31: bioenergi alternatif

Gambar Cara mengoperasikan kompor Biogas

Faktor-faktor yang berpengaruh pada pencernaan

(a) Nilai pH

Produksi biogas secara optimum dapat dicapai bila nilai pH dari campuran input didalam

pencerna berada pada kisaran 6 dan 7. Pada tahap awal proses fermentasi, asam organik dalam

jumlah besar diproduksi oleh bakteri pembentuk asam, pH dalam pencerna dapat mencapai

dibawah 5. Keadaan ini cenderung menghentikan proses pencernaan atau proses fermentasi.

Bakteri-bakteri metanogenik sangat peka terhadap pH dan tidak bertahan hidup dibawah pH

6.6. Kemudian proses pencernaan berlangsung, konsentrasi NH4 bertambah pencernaan

nitrogen dapat meningkatkan nilai pH diatas 8. Ketika produksi metana dalam kondisi stabil,

kisaran nilai pH adalah 7,2 sampai 8,2.

(b) Suhu

Bakteri metanogen dalam keadaan tidak aktif pada kondisi suhu ekstrim tinggi maupun

rendah. Suhu optimum yaitu 35 OC. Ketika suhu udara turun sampai 10 OC produksi gas menjadi

berhenti. Produksi gas sangat bagus yaitu pada kisaran mesofilik, antara suhu 25 OC dan 30 OC.

Penggunaan isolasi yang memadai pada pencerna membantu produksi gas khususnya di daerah

dingin.

(c) Laju Pengumpanan

Laju pengumpanan adalah jumlah bahan yang diumpankan kedalam pencerna per unit

kapasitas pencerna per hari. Pada umumnya, 6 kg kotoran sapi per m3 volume pencerna adalah

direkomendasikan pada suatu jaringan pengolah kotoran sapi. Apabila terjadi pengumpanan

yang berlebihan, terjadi akumulasi asam dan produksi metana akan terganggu. Sebaliknya bila

pengumpanan kurang dari kapasitas pencerna, produksi gas juga menjadi rendah.

Page 32: bioenergi alternatif

(d) Waktu tinggal dalam pencerna (digester)

Waktu tinggal dalam pencerna adalah rerata periode waktu saat input masih berada

dalam pencerna dan proses pencernaan oleh bakteri metanogen. Dalam jaringan pencerna

dengan kotoran sapi, waktu tinggal dihitung dengan pembagian volume total dari pencerna oleh

volume input yang ditambah setiap hari. Waktu tinggal juga tergantung pada suhu, dan diatas

35 OC atau suhu lebih tinggi, waktu tinggal semakin singkat.

(e) Toxicity

Ion mineral, logam berat dan detergen adalah beberapa material racun yang

mempengaruhi pertumbuhan normal bakteri patogen didalam reaktor pencerna. Ion mineral

dalam jumlah kecil (sodium, potasium, kalsium, amonium dan belerang) juga merangsang

pertumbuhan bakteri, namun bila ion-ion ini dalam konsentrasi yang tinggi akan berakibat

meracuni. Sebagai contoh, NH4 pada konsentrasi 50 hingga 200 mg/l merangsang pertumbuhan

mikroba, namun bila konsentrasinya diatas 1500 mg/l akan mengakibatkan keracunan.

Tabel 6. Tingkatan racun dari beberapa zat penghambat

Zat Penghambat Konsentrasi

Sulfat (SO4-2) 5,000 ppm

Sodium Klorida atau garam (NaCl) 40,000 ppm

Nitrat (dihitung sebagai N) 0.05 mg/l

Tembaga (Cu+2) 100 mg/l

Khrom ( Cr+3) 200 mg/l

Page 33: bioenergi alternatif

Nikel (Ni+3) 200 – 500 mg/l

Sodium (Na+) 3,500 – 5,500 mg/l

Potasium K+) 2,500 – 4,500 mg/l

Kalcium (Ca+2) 2,500 – 4,500 mg/l

Magnesium (Mg+2) 1,000 – 1,500 mg/l

Mangan (Mn ) diatas 1,500 mg/l

Sumber : Chengdu Biogas Research Institute, Chengdu, China (1989).

(f) Slurry

Slurry adalah residu dari input yang keluar dari lubang pengeluaran setelah mengalami

proses fermentasi oleh bakteri metana dalam kondisi anaerobik didalam pencerna. Setelah

ekstraksi biogas (energi), slurry keluar dari ruang pencerna sebagai produk samping dari sistem

pencernaan secara aerobik. Kondisi ini, dapat dikatakan manur dalam keadaan stabil dan bebas

pathogen serta dapat dipergunakan untuk memperbaiki kesuburan tanah dan meningkatkan

produksi tanaman.

Karakteristik Gas Metana (CH4)

Biogas kira-kira memiliki berat 20 persen lebih ringan dibandingkan udara dan memiliki suhu

pembakaran antara 650 sampai 750 OC.

Biogas tidak berbau dan berwarna yang apabila dibakar akan menghasilkan nyala api biru cerah

seperti gas LPG.

Nilai kalor gas metana adalah 20 MJ/ m3 dengan efisiensi pembakaran 60 persen pada

konvesional kompor biogas.

Karakteristik Bakteri yang Terlibat dalam Proses Pembentukan Biogas

Bakteri Methanogen

Page 34: bioenergi alternatif

Famili methanogen (bakteri metan) digolongkan menjadi 4 genus berdasarkan perbedaan-

perbedaan sitologi.

Bakteri berbentuk batang:

1. Tidak berspora, metanobakterium

2. Berspora, Metanobacillus

3. Bakteri berbentuk lonjong :

a) Sarcine, metanosarcina

b) Tidak termasuk group sarcinal, metanococcus.

Bakteri metanogenik berkembang lambat dan sensitive terhadap perubahan mendadak pada

kondisi-kondisi fisik dan kimiawi. Sebagai contoh, penurunan 2OC secara mendadak pada slurry

mungkin secara signifikan berpengaruh pada pertumbuhannya dan laju produksi gas. (reff :

Langrange, 1979).

Karakteristik Bakteri Non Metanogen

Bakteri non metanogen bekerja lebih dulu dalam proses pembentukan biogas untuk

mengubah senyawa yang kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana . Bakteri non metanogen

terbagi menjadi beberapa golongan, yaitu bakteri aerob dan bakteri anaerob yang termasuk

golongan bakteri hidrolitik, fermentatif, dan asetogenik.(Madigan et al, 2003).

Golongan bakteri hidrolitik memiliki berbagai enzim hidrolitik ekstraseluler yang

disekresikan ke luar sel untuk memecah senyawa kompleks seperti polisakarida, asam nukleat, dan

lipid, menjadi molekul yang lebih kecil sehingga dapat masuk ke dalam sel untuk digunakan sebagai

sumber karbon dan elekton donor (Bibiana,1994; Madigan et al, 2003), contoh bakteri hidrolitik

adalah bakteri genus Bacillus sp. Bacillus mampu hidup dalam lingkungan aerob atau fakultatif

aerob, dapat membentuk spora dengan tipe sentral, atau terminal yang menyebabkan Bacillus lebih

adaptif terhadap perubahan lingkungan, jika lingkungan menguntungkan spora bergerminasi

kembali menjadi sel vegetatif. (Madigan et al, 2003).

Enzim yang dimiliki oleh bakteri hidrolitik diantaranya adalah amilase, protease, lipase,

gelatinase, selulase (Cappuccino & Sherman, 2005). Enzim amilase mengkatalis hidrolisis

polisakarida menjadi disakarida seperti maltosa. Enzim protease mengkatalis hidrolisis pemutusan

Page 35: bioenergi alternatif

ikatan peptida. Enzim lipase mengkatalis trigliserida menjadi asam lemak rantai panjang dan gliserol.

(Bibiana, 1994). Enzim gelatinase mengkatalis hidrolisis gelatin, gelatin merupakan suatu protein

yang dapat diperoleh dari hidrolisis kolagen (Cappuccino & Sherman, 2005). Enzim selulase

mengkatalis hidrolisis selulosa (Makoi & Ndakidemi, 2008).

Secara umum terdapat tiga enzim selulose, yaitu endonuklease yang memutuskan ikatan

non kovalen pada struktur kristal selulosa, eksoselulose yang menghidrolisis individu selulosa

menjadi gula lebih sederhana, β-glukosidase yang menghidrolisis disakarida dan tetrasakarida

menjadi glukosa (Criquet, 2002). Glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis selulosa selanjutnya

dimetabolisme oleh mikroorganisme lain, dalam kondisi aerob glukosa dikonversi menjadi CO2 ,

sedangkan pada kondisi anaerob glukosa dikonversi menjadi asam organik dan alkohol yang

selanjutnya menjadi CH4 dan CO2.(Rao, 1982). Menurut Atlas & Bartha (1981) Beberapa

mikroorganisme selulolitik diantaranya adalah Cellulomonas, Clostridium, Corynebacterium,

Pseudomonas, Vibrio, Chaetomium, Trichoderma, Nocardia dan Streptomyces .(Hammond et al.,

1984 ; Rao, 1982).

Hasil kerja bakteri hidrolitik akan digunakan oleh mikroorganisme lain untuk metabolisme.

Glukosa sebagai molekul yang dihasilkan dari proses hidrolisis akan dikonversi menjadi asam organik

dan alkohol oleh mikroorganisme fermentatif dalam kondisi anaerob. (Rao, 1982). Umumnya bakteri

fermentatif ditemukan sebagai bakteri usus, memiliki dua jalur fermentasi yaitu fermentasi asam

campuran dan fermentasi 2,3-butanediol.(Madigan et al, 2003). Tiga asam organik dihasilkan dalam

fermentasi asam campuran yaitu asam asetat, asam laktat, asam suksinat serta dihasilkan pula

etanol, CO2, dan H2. Dalam fermentasi 2,3-butanediol hanya dihasilkan sedikit asam organik namun

etanol, CO2, dan H2 merupakan produk utama. Contoh bakteri yang dapat melakukan fermentasi

asam campuran adalah Escherichia coli, sedangkan contoh bakteri yang dapat melakukan fermentasi

2,3-butanediol adalah Enterobacter, Klebsiella, dan Serratia. Bakteri fermentatif lain yang bukan

golongan bakteri usus adalah Clostridium, Bakteri golongan Clostridia mampu memfermentasi gula

menghasilkan sejumlah besar asam butirat sebagai produknya.(Madigan et al, 2003).

CO2 merupakan produk utama metabolisme bakteri golongan kemoorganotrof yang banyak

ditemukan pada kondisi anaerob. Terdapat dua golongan bakteri yang dapat memanfaatkan CO2

sebagai akseptor elektron dalam metabolismenya yaitu homoasetogen melalui proses asetogenesis

dan metanogen melalui proses metanogenesis. Contoh bakteri yang melakukan proses asetogenesis

Page 36: bioenergi alternatif

adalah Acetoanaerobium noterae, Acetogenium kivui, Clostridium aceticum, Desulfotomaculum

orientis .(Madigan et al, 2003).

2.8 Potensi Biogas

Tabel 7. Potensi produksi gas dari berbagai tipe kotoran hewan

Tipe Kotoran Hewan Produksi Gas Per Kg Kotoran (m3)

Sapi (sapi dan kerbau) 0.023 – 0.040

Babi 0.040 − 0.059

Peternakan ayam 0.065 − 0.116

Manusia 0.020 − 0.028

Sumber: United Nations (1984).

2.9 Sifat-sifat Input (Biogas)

Biogas dapat dibakar seperti elpiji, dalam skala besar biogas dapat digunakan sebagai

pembangkit energi listrik, sehingga dapat dijadikan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan

dan terbarukan.

Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain

1 m3 Biogas setara dengan:

Elpiji 0,46 kg

Minyak tanah 0,62 liter

Page 37: bioenergi alternatif

Minyak solar 0,52 liter

Bensin 0,80 liter

Gas kota 1,50 m3

Kayu bakar 3,50 kg

Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH4).

Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada

biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas

biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan

hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Hidrogen sulphur mengandung

racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan

menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila

gas dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa

baru bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida atau sulphur trioksida (SO2 / SO3).

senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (H2SO3) suatu

senyawa yang lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon

dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan

untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan titik penyalaan

biogas serta dapat menimbulkan korosif.

Keuntungan teknologi ini dibanding sumber energi alternative yang lain adalah:

1. Menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari hari

2. Kotoran yang telah digunakan untuk menghasilkan gas dapat digunakan sebagal pupuk organik

yang sangat baik.

3. Dapat mengurangi kadar bakteri patogen yang terdapat dalam kotoran yang dapat

menyebabkan penyakit bila kotoran hewan atau sampah tersebut ditimbun begitu saja.

4. Yang paling utama yaitu bisa mengurangi permasalahan penanggulangan sampah atau kotoran

hewan menjadi sesuatu yang bermanfaat

Page 38: bioenergi alternatif

2.10 Manfaat Biogas

Manfaat energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak tanah dan

dipergunakan untuk memasak. Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit

energi listrik. Di samping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan sisa kotoran ternak yang

dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada tanaman/budidaya pertanian.

Potensi Pengembangan Biogas di Indonesia

Potensi pengembangan Biogas di Indonesia masih cukup besar. Hal tersebut mengingat

cukup banyaknya populasi sapi, kerbau dan kuda, yaitu 11 juta ekor sapi, 3 juta ekor kerbau dan

500 ribu ekor kuda pada tahun 2005. Setiap 1 ekor ternak sapi atau kerbau dapat dihasilkan 2 m3

biogas per hari.

Potensi Ekonomis Biogas

Potensi ekonomis Biogas adalah sangat besar, hal tersebut mengingat bahwa 1 m3 biogas

dapat digunakan setara dengan 0,62 liter minyak tanah. Di samping itu pupuk organik yang

dihasilkan dari proses produksi biogas sudah tentu mempunyai nilai ekonomis yang tidak kecil

pula. (reff : Dit.Pengolahan Hasil Pertanian,Ditjen PPHP – Deptan)

Pemeliharaan Dan Perawatan Reaktor Biogas

1. Hindarkan reaktor dari gangguan anak-anak, tangan jahil,ataupun dari ternak yang dapat

merusak reaktor dengan cara memagar dan memberi atap supaya air tidak dapat masuk

kedalam galian reaktor.

2. Isilah selalu pengaman gas dengan air sampai penuh. Jangan biarkan sampai kosong karena gas

yang dihasilkan akan terbuang melalui pengaman gas.

3. Apabila reaktor tampak mengencang karena adanya gas tetapi gas tidak mengisi penampung

gas, maka luruskan selang dari pengaman gas sampai reaktor, karena uap air yang ada didalam

selang dapat menghambat gas mengalir ke penampung gas. Lakukan hal tersebut sebagai

pengecekan rutin.

4. Cegah air masuk ke dalam reaktor dengan menutup tempat pengisian disaat tidak ada pengisian

reaktor.

Page 39: bioenergi alternatif

5. Berikan pemberat di atas penampung gas (misalnya dengan karung-karung bekas) supaya

mendapatkan tekanan.

6. Bersihkan kompor dari kotoran saat memasak ataupun minyak yang menempel

Keunggulan Reaktor Biogas Skala Rumah Tangga

1. Konstruksi sederhana mudah dan cepat pemasangannya ( tidak sampai 1 hari )

2. Harga terjangkau, sekitar Rp 2,5 juta sudah termasukpemasangan dan satu unit kompor biogas.

0

3. Aiwet, menggunakan material plastik khusus sehingga tahan hingga 6 tahun.

4. Mudah dalam perawatan dan penggunaan

5. Produksi gas setara dengan 2,5 liter minyak tanah/hari, lebihdari cukup untuk dijadikan bahan

bakar memasak.

6. Menghasilkan kompos (pupuk organik) yang sangat bagus kualitasnya dan dapat langsung

digunakan pada lahan atau usaha budidaya pertanian.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Biogas Dari Kotoran Sapi

Gas metan ini diperoleh melalui proses dekomposisi bahan-bahan organik oleh

mikroorganisme. Bahan-bahan organik yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan sangat mudah,

bahkan dapat diperoleh dalam limbah. Proses produksi peternakan menghasilkan kotoran ternak

(manure) dalam jumlah banyak. Di dalam kotoran ternak tersebut terdapat kandungan bahan organik

dalam konsentrasi yang tinggi.

Gas metan dapat diperoleh dari kotoran ternak tersebut setelah melalui serangkaian proses

biokimia yang kompleks. Kotoran ternak terlebih dahulu harus mengalami dekomposisi yang berjalan

tanpa kehadiran udara (anaerob). Tingkat keberhasilan pembuatan biogas sangat tergantung pada

proses yang terjadi dalam dekomposisi tersebut. Salah satu kunci dalam proses dekomposisi secara

anaerob pada pembuatan biogas adalah kehadiran mikroorganisme. Biogas dapat diperoleh dari

bahan organik melalui proses "kerja sama" dari tiga kelompok mikroorganisme anaerob.

Page 40: bioenergi alternatif

Pertama, kelompok mikroorganisme yang dapat menghidrolisis polimer-polimer organik dan

sejumlah lipid menjadi monosakarida, asam-asam lemak, asam-asam amino, dan senyawa kimia

sejenisnya.

Kedua, kelompok mikroorganisme yang mampu memfermentasi produk yang dihasilkan

kelompok mikroorganisme pertama menjadi asam-asam organik sederhana seperti asam asetat. Oleh

karena itu, mikroorganisme ini dikenal pula sebagai mikroorganisme penghasil asam (acidogen).

Ketiga, kelompok mikroorganisme yang mengubah hidrogen dan asam asetat hasil

pembentukan acidogen menjadi gas metan dan karbondioksida. Mikroorganisme penghasil

gas metan ini hanya bekerja dalam kondisi anaerob dan dikenal dengan nama metanogen.

Salah satu mikroorganisme penting dalam kelompok metanogen ini adalah mikroorganisme

yang mampu memanfaatkan (utilized) hidrogen dan asam asetat. Metanogen terdapat dalam

kotoran sapi yang akan digunakan sebagai bahan pembuatan biogas. Lambung (rumen) sapi

merupakan tempat yang cocok bagi perkembangan metanogen. Gas metan dalam konsentrasi

tertentu dapat dihasilkan di dalam lambung sapi tersebut. Proses pembuatan biogas tidak jauh

berbeda dengan proses pembentukan gas metan dalam lambung sapi.

Pada prinsipnya, pembuatan biogas adalah menciptakan gas metan melalui manipulasi

lingkungan yang mendukung bagi proses perkembangan metanogen seperti yang terjadi

dalam lambung sapi. Metanogen membutuhkan kondisi lingkungan yang optimal untuk dapat

memproduksi gas metan. Metanogen sangat sensitif terhadap kondisi di sekitarnya. Bahan

organik dalam kotoran sapi dapat menghasilkan gas metan apabila metanogen bekerja dalam

ruangan hampa udara. Oleh karena itu, proses pembuatan biogas dari kotoran sapi harus

dilakukan dalam sebuah reaktor atau digester yang tertutup rapat untuk menghindari

masuknya oksigen. Reaktor harus bebas dari kandungan logam berat dan sulfida (sulfides)

yang dapat mengganggu keseimbangan mikroorganisme. Jumlah metanogen dalam kotoran

sapi belum tentu dapat menghasilkan gas metan yang diinginkan. Gas metan diperoleh

melalui komposisi metanogen yang seimbang. Jika jumlah metanogen dalam kotoran sapi

masih dinilai kurang, maka perlu dilakukan penambahan metanogen tambahan berbentuk

strater atau substrat ke dalam reaktor.

Bio gas dari kotoran ternak (sapi) sangat mudah diproduksi. Bahan dasarnya berupa

Page 41: bioenergi alternatif

kotoran sapi diaduk ke dalam drum. Komposisinya setengah drum diisi kotoran sapi sebanyak

kira-kira tiga argo (kereta dorong yang biasa untuk mengangkut bahan bangunan). Baru

seperempatnya ditambahi air. Setelah komposisi itu terpenuhi, kotoran sapi dan air diaduk

merata. Ampas kotoran dari rumput-rumputan yang belum halus oleh proses pencernaan di

dalam perut sapi dipisahkan. Ini dilakukan agar tidak terjadi penyumbatan saat dimasukkan ke

dalam reaktor.

Setelah dipastikan terpisah, campuran air dan kotoran sapi bisa ini dimasukkan ke

dalam reaktor. Dulunya, di dalam reaktor itu diberikan obat semacam perangsang

pertumbuhan gas yang memang telah potensial ada terkandung di dalam kotoran sapi. Tapi itu

hanya sekali pakai saja waktu pertama. Selanjutnya yang mudah saja seperti ini. Kotoran

sapinya diulet dengan air dan dimasukkan ke dalam reaktor.

Di dalam reaktor, proses pembuatan gas itu terjadi secara alami. Gas ini pun langsung

dapat dialirkan ke kompor melalui pipa penghubung reaktor dan kompor dan nyala api pun

bisa didapatkan. Kompor siap dipakai. Dengan campuran sebanyak satu drum ini, kompor

bisa bertahan selama seharian penuh. Bahkan tidak mati walau dipakai terus menerus selama

4 jam lamanya, jika bahan bakunya melimpah dan reaktor terisi terus.

Dengan adanya pemanfaatan kotoran ternak (sapi) sebagai bahan penghasil energi alternatif

(biogas) dengan cara fermentasi anaerob degester, maka bisa mengurangi dampak lingkungan yang

disebabkan oleh limbah kotoran sapi. Di samping itu akan dihasilkan energi biogas sebagai pengganti

bahan bakar minyak dimana saat ini krisis energi sudah mulai melanda dunia sehingga perlu solusi

untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar minyak, dan juga pupuk dingin yang siap digunakan sebagai

pupuk tanaman dan sudah tidak berbau lagi. Biogas ini bisa menjadi solusi pengganti energi bahan

bakar minyak yang murah dan ramah lingkungan. (reff: Dit.Pengolahan Hasil Pertanian,Ditjen PPHP –

Departemen pertanian.BioGas Skala Rumah Tangga. Jakarta. 2006.)