Tugas MakalahMK. Ilmu Alamiah Dasar

BIOGAS SOLUSI CERDAS SUMBER ENERGI ALTERNATIF

MUDAH, MURAH, DAN BERKUALITAS

Disusun

Oleh :

Nusrul Haliman 13051040 100 74

JURUSAN PETERNAKAN - FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SYIAH KUALA Banda Aceh 2014

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Energi memiliki peran penting dan tidak dapat dilepaskan dalam

kehidupan manusia. Terlebih, saat ini hampir semua aktivitas manusia sangat

tergantung pada energi. Berbagai alat pendukung, seperti alat penerangan, motor

penggerak, peralatan rumah tangga, dan mesin-mesin industri dapat difungsikan

jika ada energi. Pada dasarnya, pemanfaatan energi—seperti energi matahari,

energi air, energi listrik, energi nuklir, energi minyak bumi dan gas, serta energi

mineral dan batubaramemang sudah dilakukan sejak dahulu.

Pemanfaatan energi yang tidak dapat diperbaharui secara berlebihan dapat

menimbulkan masalah krisis energi. Salah satu gejala krisis energi yang terjadi

akhir-akhir ini yaitu kelangkaan bahan bakar minyak (BBM), seperti minyak

tanah, bensin, dan solar. Kelangkaan terjadi karena tingkat kebutuhan BBM

sangat tinggi dan selalu meningkat setiap tahunnya. Sementara itu, minyak bumi

—bahan baku pembuatan BBM—berjumlah terbatas dan membutuhkan waktuber

juta-juta tahun untuk proses pembentukannya.

Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak

pemerintah telah menerbitkan Peraturan Presiden Republik Indonesia nomor 5

tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber

energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan 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 yang 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.

2

B. Tujuan

Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui pengertian biogas

2. Mengetahui komposisi biogas

3. Mengetahui cara pembuatan digester biogas

4. Mengetahui proses kerja reaktor biogas

5. Mengetahui manfaat biogas

3

BAB II

PENGENALAN BIOGAS

Biogas merupakan teknologi pembentukan energi dengan memanfaatkan

limbah, seperti limbah pertanian, limbah peternakan, dan limbah manusia. Selain

menjadi energi alternatif, biogas juga dapat mengurangi permasalahan

lingkungan, seperti polusi udara dan tanah. Misalnya, seekor sapi potong yang

berbobot 400―500 kg/ekor menghasilkan kotoran ternak segar sebanyak 20―29

kg/harinya. Bisa dibayangkan berapa banyak limbah yang dihasilkan dari sebuah

peternakan yang mengelola puluhan sampai ratusan ekor sapi potong.

Kondisi tersebut sebenarnya merupakan peluang usaha untuk dijadikan

bahan baku pembuatan biogas. Hasil dari pembuatan biogas dapat dijadikan

sumber energi serta sisa keluaran berupa lumpur (sludge) dapat dijadikan pupuk

siap pakai sehingga dapat menambah penghasilan bagi peternak sapi itu sendiri.

A. Prinsip Dasar Biogas

Prinsip dasar teknologi biogas adalah proses penguraian bahan-bahan organik

oleh mikroorganisme dalam kondisi tanpa udara (anaerob) untuk

menghasilkan campuran dari beberapa gas di antaranya CH4 danCO2. Biogas

dihasilkan dengan bantuan bakteri metanogen atau metanogenik. Bakteri ini

secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti

limbah ternak dan sampah organik.

Biogas dihasilkan melalui tiga proses utama yaitu, hidrolisis, pengasaman

(asidifikasi), dan metanogenesis. Keseluruhan proses ini tidak terlepas dari

bantuan kinerja mikroorganisme anaerob.

i) Hidrolisis

Tahap ini merupakan penguraian bahan organik bersenyawa komplek

menjadi senyawa sederhana seperti asam organik, glukosa, etanol, CO2,

dan senyawa hidrokarbon lainnya. Senyawa ini akan dimanfaatkan

sebagai sumber energi oleh mikroorganisme untuk melakukan

fermentasi.

4

ii) Pengasaman (asidifikasi)

Tahap ini, bakteri menghasilkan senyawa-senyawa asam organik seperti

asam asetat, asam propionat, asam butirat, dan asam laktat beserta produk

sampingan berupa alkohol, CO2, Hidrogen, dan amonia.

iii) Metanogenesis

Bakteri metanogen seperti methanococus, metanosarcina, dan methano

bacterium akan mengubah produk pada tahap pengasaman menjadi gas

metan, karbondioksida, dan air. Komposisi biogas secara lengkap

terdapat pada tabel 1.

Tabel 1. Komposisi biogas berdasarkan penelitian.

No Gas Hadi (1981) Price (1981)

1 Metana (CH4) 54 – 70 % 65 – 75 %

2 Karbondioksida (CO2) 27 – 35 % 25 – 30 %

3 Nitrogen (N2) 0,5 – 2,0 % <0,1 %

4 Hidrogen (H2) - < 0,1 %

5 Karbonmonoksida (CO) 0,1 % -

6 Hidrogen sulfida (H2S) Rendah < 0,1 %

Sumber : United Nation (1978).

B. Mikroorganisme Pembantu.

Keberadaan mikroorganisme berfungsi membantu proses fermentasi hingga

menjadi biogas yaitu mengubah bahan organik menjadi gas metana.

Umumnya bakteri ini terdapat pada kotoran ternak atau kotoran manusia.

Bakteri ini bisa diperoleh dari kotoran ternak sendiri atau diisolasi dari rumen

sapi sebagai starter.

Bakteri sangat sensitif terhadap perubahan suhu lingkungan sehingga

diperlukan perlakuan khusus untuk mempertahankan populasi bakteri pada

kadar optimal untuk mengahasilkan gas metana. Salah satunya adalah

menempatkan digester pada tempat yang tepat untuk menghindari perubahan

suhu lingkungan.

C. Bahan Baku Pembuatan Biogas

i) Limbah peternakan

5

Kotoran ternak merupakan bahan baku biogas yang tersedia dalam

jumlah melimpah. Produksi kotoran ternak per hari terdapat pada tabel 2.

Tabel 2. Produksi kotoran ternak segar per hariJenis Ternak Bobot Ternak

(kg/ekor)Produksi Kotoran

(kg/hari)Sapi potong 400 – 500 20 – 29

Sapi perah 500 – 600 30 – 50

Ayam petelur 1,5 – 2,0 0,10

Ayam pedaging 1,0 – 1,5 0,06

Babi dewasa 80 – 90 7,0

Domba 30 – 40 2,0

(Sumber : United Nations, 1984)

Umumnya kebutuhan energi untuk memasak satu keluarga rata-rata

adalah 2000 liter biogas per hari, sedangkan produksi harian biogas

biogas dari satu ekor sapi berkisar 600-1000 liter per hari. Dengan

demikian diperlukan 2-3 ekor sapiuntuk memenuhi kebutuhan memasak

atau penerangan untuk satu rumah tangga.

ii) Limbah pertanian

Lahan pertanian yang sangat luas menghasilkan limbah yang tidak

sedikit. Tanaman padi sebagai komoditas pangan utama dapat

menghasilkan limbah berupa jerami sekitar 3,0―3,7 ton/ha. Biasanya,

limbah pertanian diatasi dengan cara dibakar dan ditimbun.

iii) Limbah perairan

Rumput laut memiliki nilai ekonomis yang tinggi karena mengandung

banyak manfaat. Jenis rumput laut yang berpotensi dijadikan bahan baku

biogas adalah Euchema cottoni karena memiliki imbangan C/N (43,98)

yang dapat digunakan untuk pembuatan biogas.

Jenis tumbuhan air tawar yang dapat dimanfaatkan yaitu eceng gondok

(Eichhornia crassipes)

iv) Sampah organik

Sampah organik dapat dijadikan bahan untuk pembuatan biogas dan

pupuk organik. Sampah ini dapat berasal dari limbah pasar ataupun

limbah rumah tangga yang telah dipisahkan dengan limbah anorganik.

6

v) Limbah kotoran manusia

Kandungan nutrisi kotoran manusia tidak jauh berbeda dibanding dengan

kotoran ternak. Kotoran manusia memiliki keunggulan dari segi nutrisi,

dimana imbangan C dan N jauh lebih rendah daripada kotoran ternak.

D. Pemanfaatan Biogas

Berkembangnya usaha pemanfaatan limbah menjadi biogas turut

mengembangkan beragam alat instalasi biogas, seperti kompor biogas, rice

cooker, lampu biogas, pompa air, traktor pertanian, dan alat pasteurisasi

yang dimodifikasi agar sesuai dengan penggunaan biogas. Alat tersebut

fungsinya sama dengan yang terdapat di pasaran, hanya saja bahan bakar

yang digunakan berbeda dan sama mudahnya dalam penggunaan.

E. Pemanfaatan Hasil Samping Biogas

Biogas memang pilihan yang tepat untuk dijadikan sebagai energi

alternatif. Selain murah, biogas juga sangat ramah lingkungan. Limbah

yang dihasilkan selama proses produksi biogas juga masih dapat

dimanfaatkan. Hasil samping biogas yang berupa lumpur atau yang lebih

dikenal dengan sebutan sludge mengandung banyak unsur hara yang dapat

dimanfaatkan menjadi pupuk untuk tanaman.

Pupuk organik yang dihasilkan dari alat keluaran biogas sudah dapat

digunakan dan berkualitasprima. Kandungan unsur haranya yang tinggi

sehingga dapat meningkatkan kesuburan tanah dengan memperbaiki sifat

fisik, kimia, dan biologi tanah. Proses pembuatan pupuk organik dengan

memanfaatkan hasil keluaran biogas ini lebih efisien dibandingkan dengan

pembuatan kompos yang memerlukan lahan yang lebih luas serta proses

yang lebih lama. Selain itu, digester yang didesain kedap udara juga

mengurangi tingkat kegagalan proses dekomposisi sehingga pupuk organik

yang dihasilkan berkualitas maksimal.

F. Perkembangan Biogas di Indonesia

Biogas mulai diperkembangkan di Indonesia sekitar tahun 1970. Namun,

tingginya penggunaan bahan bakar minyak tanah dan tersedianya kayu

bakar menyebabkan penggunaan biogas menjadi kurang berkembang.

7

Teknologi biogas mulai berkembang kembali sejak tahun 2006 ketika

kelangkaan energi menjadi topik utama di Indonesia. Awalnya, biogas

dibangun dalam bentuk denplot oleh pemerintah dengan reaktor berbentuk

kubah dari bata/beton (fixed dome) dan bentuk terapung (floating) yang

terbuat dari drum yang disambung. Kini, bahan reaktor yang digunakan

telah berkembang, ada yang terbuat dari beton/bata, plat besi, plastik, dan

serat kaca (fiber glass), dengan masing-masing kelebihan dan kekurangan

sebagai berikut :

Tabel 3. Kelebihan dan kekurangan beberapa jenis digester.

Sumber : Riset PT. Swen Inovasi Transfer

8

BAB III

MEMBANGUN INSTALASI BIOGAS

A. Persyarat Lokasi

Idealnya, digester diletakkan di tempat yang dekat dengan sumber bahan

baku, seperti areal pertanian dan peternakan sehingga hal ini akan

memudahkan proses penyaluran bahan baku organik (kotoran) ke dalam

digester. Jarak ideal digester dan dapur adalah kurang lebih 20 meter untuk

meminimalisir resiko kebocoran gas dan mengurangi biasa instalasi pipa yang

tinggi.

B. Membangun InstalasiDigester sebaiknya ditempatkan di tanah yang tidak terkena sinar matahari

secara langsung untuk menyesuaikan dengan suhu optimal yang dibutuhkan

untuk mikroorganisme.

i) Membuat lubang penempatan digester

Lubang dibuat sesuai dengan digester yang akan dibuat atau dimasukkan.

Biasanya pada digester berbahan baku kotoran sapi posisi digester lebih

rendah dari kandang sapi. Hal ini bertujuan untuk memudahkan

mengalirkan kotoran sapi dalam digester.

Tabel 4. Ukuran lubang penempatan digester.

Kapasitas Digester (m3)

Dimensi LubangTingi (m) Diameter (m) Tebal (mm)

4,0 2,5 1,5 3 – 55,0 2,5 1,7 5 – 86,4 2,5 2,0 5 – 87,0 2,5 2,0 3 – 511,0 2,5 2,6 5 – 817,0 3,5 2,6 8 – 10

Sumber : Riset PT Swen Inovasi Transfer

ii) Membuat saluran pemasukan (inlet)

9

Saluran inlet memiliki diameter 20 – 30 cm terbuat dari batu bata yang

diplester dengan kedalaman disesuaikan kemiringan agar kotoran dan air

dapat menalir lancar ke dalam digester.

iii) Membuat saluran pengeluaran dan penampung limbah

Saluran penampung limbah dibuat untuk menghubungkan lubang

pengeluaran bahan organik yang sudah tidak menghasilkan biogas

dengan bak penampung limbah (outlet). Outlet dibangun dengan

membuat galian dengan ukuran 1m x 1m x 1m dari pasangan batu yang

diplester. Limbah kotoran ternak yang tertampung dalam out let

selanjutnyabdapat dimanfaatkan sebagai pupuk padat dan pupuk cair.

iv) Memasang instalasi biogas

Beberapa hal yang harus diperhatikan saat pemasangan instalasi bioga

adalah sebagai berikut :

1. Lakukan penyetelan dan pemeriksaan terhadap kondisi digester

sebelum dimasukkan dalam lubang.

2. Masukkan digester dalam lubang secara hati hati untuk menghindari

kerusakan dan pastikan posisi lubang inlet dan outlet berada pada

posisi yang tepat.

3. Salauran gas sebaiknya terbuat dari pipa PVC dengan diameter 0,5

inchi.

4. Pasang keran gas kontrol pada salah satu pipa paralon diatas

digester. Sedangkan pipa lainnya disambungkan ke dapur atau

generator listrik.

5. Lakukan penimbunan tanah pada lubang sisa galian disisi digester.

6. Sambungkan selang dengan kompor gas didapur.

10

BAB IV

PEMBUATAN BIOGAS DARI LIMBAH PETERNAKAN

Bahan baku berupa limbah kotoran ternak termasuk dalam golongan

limbah yang harus digunakan dalam keadaan masih segar. Jika terlalu lama, maka

limbah tersebut berpotensi menimbulkan zat beracun yang dapat mematikan

mikroorganisme dan menurunkan produksi gas.

A. Langkah Pembuatan Biogas

Beberapa langkah pembuatan biogas dari limbah kotoran ternak adalah sbb ;

sebagai berikut :

1. Siapkan bahan baku berupa kotoran ternak yang masih segar (1-2 Hari)

2. Tambahkan air 1 : 2 (1 bagian kotoran dan 2 bagian air). Aduk hingga

rata kemudian alirkan dalam digester biogas.

3. Lakukan pengisian terus menerus melalui inlet hingga digester biogas

terisi 60% dari kapasitas volume digester.

4. Diamkan selama 13 – 20 hari. Pastikan posisi kontrol dan kompor gas

tertutup untuk menghasilkan kondisi anaerob dalam digester yang

mendukung proses fermentasi mikroorganisme.

5. Pada hari ke 14 – 21, gas metana mulai terakumulasi pada bagian atas

kubah digester dan siap digunakan.

6. Kualitas biogas dapat terlihat dari nyala api berwarna birudan tidak

berasap.

7. Setiap kali penggunaan, biogas akan berkurang sehingga perlu dilakukan

pengisian ulang setiap hari.

8. Hindari kontaminasi berupa air sabun dan deterjen karena akan

mempengaruhi aktivitas mikroorganisme dalam digester.

B. Menghitung Kebutuhan Bahan Baku Biogas

Kapasitas biogas 4 m3 atau 4.000 liter diasumsikan memiliki volume isi

sebanyak 60% dan sisanya 40% berupa penampung gas yang dihasilkan. Jika

11

diketahui waktu fermentasi berlangsung selama 40 hari dan perbandingan

kotoran ternak dan air sebanyak 1 kg : 2 liter, maka dapat dihitung kebutuhan

bahan baku berupa kotoran sapi dan air yang dibutuhkan setiap harinya.

Kebutuhan isi = 4000 liter x 60%

= 2400 liter isi bahan baku

(kotoran dan air)

Kebutuhan isi/hari = 2400 liter : 40 hari

= 60 liter/hari

Kebutuhan kotoran sapi = 1/3 x 60 liter/hari

= 20 kg/hari

Kebutuhan air = 2/3 x 60 liter/hari

= 40 liter/hari

Tabel 5. Kebutuhan digester terhadap kotoran sapi per hari

Kapasitas Digester (m3)

Kebutuhan Bahan/Hari (kg)

Jumlah Ternak (ekor)

Kebutuhan Air (liter)

Produksi Gas per Hari (m3)

4,0 20 2 – 5 40 2 – 3

5,0 25 3 – 7 50 3

6,4 30 7 – 10 60 3,4

7,0 35 8 – 15 70 3 – 5

11,0 55 15 – 25 110 6 – 7

17,0 85 25 - 50 170 8 – 10

Sumber : Riset PT Swen Inovasi Transfer

12

BAB V

APLIKASI BIOGAS UNTUK KEBUTUHAN RUMAH TANGGA DAN FAKTOR PENENTU KEBERHASILAN PENGEMBANGAN BIOGAS

A. Aplikasi Biogas

Berkembangnya usaha pemanfaatan limbah menjadi biogas turut

mengembangkan beragam alat instalasi biogas, seperti kompor biogas, rice

cooker, lampu biogas, pompa air, traktor pertanian, dan alat pasteurisasi yang

dimodifikasi agar sesuai dengan penggunaan biogas. Alat tersebut fungsinya sama

dengan yang terdapat di pasaran, hanya saja bahan bakar yang digunakan berbeda

dan sama mudahnya dalam penggunaan.

Gbr 1 : Kompor biogas Gbr 3. Rice cooker biogas Gbr 3. Lampu biogas

Gbr 4. Generator biogas Gbr 5. Generator Biogas Gbr 6. Pompa air biogas

13

Gbr 7. Alat pasteurisasi biogas

B. Faktor Penentu Keberhasilan Pengembangan Biogas

1. Sumber daya manusia

- Dalam pnerapan memerlukan SDM yang terampil. Untuk itu perlu

pelatihan dan pendampingan, sehingga pengguna terampil dalam

pengoperasian digester dan mampu mengatasi hambatan

- Bila Biogas dan pupuk diposisikan sebagai sumber pendapatan,

Pengguna harus dilatih bagaimana membangun kelembagaan,

membina jaringan dan kewirausahaan.

2. Pemasaran dan promosi

- Pesaing utama biogas adalah minyak tanah, kayu bakar dan biomass

lainnya.

- Agar masyarakat tertarik menggunakan biogas , berbagai kegiatan

yang perlu dilakukan yakni pemasaran dan promosi terutama oleh

pemerintah

3. Sosial budaya

- Kotoran masih dianggap sesuatu yang menjijikan dan belum

dimanfaatkan terutama sebagai bahan biogas.

- Persepsi ini perlu dihapus secara perlahan, Kotoran ternak memiliki

nilai ekonomi, baik sebagai energi maupun pupuk organik yang

potensial sebagai pendapatan tambahan peternak.

- Kebijakan pemerintah yang jelas dan konsisten terutama dalam

penyediaan anggaran yang memadai pada tahap pemasyarakatan

biogas.

14

BAB VI

PENUTUP

Kesimpulan.

Berdasarkan beberapa pembahasan di atas, kesimpulan yang dapat diambil

adalah sebagai berikut :

1. Biogas merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui. Artinya dapat

diproduksi secara terus menerus. Hal ini berbeda dengan sumber energi yang

berasal dari fosil (minyak bumi dan batubara) yang tidak dapat diproduksi

lagi karena membutuhkan waktu ratusan juta tahun untuk menghasilkannya.

2. Membantu memperlambat pemanasan global dengan menurunkan emisi gas

rumah kaca.

3. Menghemat pengeluaran masyarakat untuk membeli BBM dan gas.

4. Teknologi biogas dapat diterapkan pada masyarakat hingga skala rumah

tangga.

5. Biogas mampu menjadi solusi pencemaran lingkungan oleh bau dan kotoran

ternak.

6. Mendorong pola pemeliharaan ternak secara intensif dan semi intensif yang

berdampak pada kualitas produksi ternak pada setiap periode pemeliharaan.

15

Daftar Pustaka

Harayti, T. Biogas: Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif: Wartazoa vol 16 no 03, 2006.

Mertahardianti, G.A dan S.R Juliastuti. Pengaruh Enzim Α-Amylase dalam Pembuatan Biogas dari Limbah Padat Tapioka yang Melibatkan Effective Microorganism (EM) dalam Anaerobic Digester: Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi, Yogyakarta, 2008

Putro, S. Penerapan Instalasi Sederhana Pengolahan Kotoran Sapi Menjadi Energi Biogas di Desa Sugihan Kecamatan Bendosari Kabupaten Sukoharjo: Warta vol 10 no 2 , hal 178-188, 2007.

Sihombing, D.T.H dan S. Simamora. Biogas From Biogical Waste for Rural Household in Indonesia, dalam K. Abdullah, Bogor Agriculture University, Indonesia and O. Kitani: Tokyo, Tokyo University Agriculture, 1988.

Simamora, S., Salundik, Sri W, dan Surajudin. Membuat Biogas, Pengganti Bahan Bakar Minyak dan Gas dari Kotoran Ternak: Jakarta: Agromedia Pustaka, 2006

Wahyuni, S. Biogas, Jakarta: Penebar Swadaya, 2011.

Wahyuni, S. Biogas Energi Alternatif Pengganti BBM, Gas, dan Listrik. Jakarta. Penebar Swadaya, 2013

16