BAB I PENDAHULUAN

I-1

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

1.1.1 Alasan Pendirian Pabrik

Konservasi energi sebagaimana diatur dalam Inpres RI no.

9 tahun 1982 yang selanjutnya dikukuhkan dalam Keppres RI. No.

43 tahun 1991 dan peraturan-peraturan perundang-undangan

lainnya yang dikeluarkan Departemen Energi dan Sumber daya

mineral (DESDM) selaku Badan Koordinasi Nasional

(BAKORNAS) pada dasarnya adalah upaya pemanfaatan energi

yang efisien dan efektif serta rasional untuk meningkatkan

produktivitas tanpa mengurangi pemakaian energi yang benar-

benar dibutuhkan.

Dalam lima tahun terakhir Indonesia mengalami

penurunan produksi minyak nasional yang disebabkan menurunnya

secara alamiah (natural decline) cadangan minyak pada sumur-

sumur yang berproduksi. Di lain pihak, pertambahan jumlah

penduduk telah meningkatkan kebutuhan sarana transportasi dan

aktivitas industri yang berakibat pada peningkatan kebutuhan dan

konsumsi Bahan Bakar Minyak (BBM) nasional. Untuk memenuhi

kebutuhan BBM tersebut, pemerintah mengimpor sebagian BBM.

Menurut Ditjen Migas, impor BBM terus mengalami peningkatan

BAB I PENDAHULUAN

I-2

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

yang cukup signifikan dari 106,9 juta barrel pada 2002 menjadi

116,2 juta barrel pada 2003 dan 154,4 juta barrel pada 2004.

Dilihat dari jenis BBM yang diimpor, minyak solar merupakan

volume impor terbesar setiap tahunnya. Pada 2002, impor BBM

jenis ini mencapai 60,6 juta barrel atau 56,7% dari total, kemudian

meningkat menjadi 61,1 juta barrel pada 2003 dan 77,6 juta barrel

pada 2004.

Melihat kondisi tersebut, pemerintah telah mengumumkan

rencana untuk mengurangi ketergantungan Indonesia pada bahan

bakar minyak, dengan meluncurkan 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 penggunaan

batu bara dan gas sebagai pengganti BBM.

Untuk mengatasi hal tersebut pendirian industri biogas

dapat menjadi salah satu solusi dalam mengatasi krisis energi saat

ini. Industri biogas di indonesia boleh dibilang masih cukup

sedikit. Namun sudah ada home industri yang menerapkan

teknologi biogas.

Teknologi Biogas, merupakan energi alternatif yang sangat

potensial sebagai pengganti bahan bakar untuk memasak, Genset

penerangan dan lain-lain. Sumber bahan baku untuk pembuatan

biogas sangat banyak terdapat di pedesaan maupun perbatasan kota

BAB I PENDAHULUAN

I-3

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

yang berupa peternakan hewan sapi atau kerbau, gas metana yang

dihasilkan dari kotoran hewan berkisar 4800 – 6700 Kcal/m dan

ini mendekati gas metana (100%) yang memiliki nilai kalori 8900

Kcal/m

Industri biogas mempunyai prospek yang sangat bagus di

Indonesia, karena kebutuhan gas di Indonesia terus mengalami

peningkatan. Hal ini tidak diimbangi dengan kapasitas produksi

industri gas di Indonesia, yang hanya beberapa home industri saja

yang menerapkan teknologi biogas. Dalam skala besar/pabrik

indonesia masih belum memiliki industri biogas

1.1.2Ketersediaan Bahan Baku

Jerami dan kotoran sapi merupakan bahan yang sangat

mudah di dapat di Indonesia. Jerami merupakan limbah dari salah

satu tanaman yang menghasilkan makanan pokok nomor 1 di

indonesia, sedangkan kotoran sapi merupakan hasiul limbah dari

peternakan sapi yang sangatlah bnayak di jumpai di indonesia.

Dalam proses pemanenan Padi terdapat limbah antara lain berupa

batang padi (jerami) yang sampai saat ini belum banyak

dimanfaatkan.

Produksi jerami dari satu ton beras akan menghasilkan

250 kg jerami kering. Dan 1 ekor sapi perharinya bisa

menghasilkan 5kg kotoran sapi . (http://www.litbang.deptan.go.id)

BAB I PENDAHULUAN

I-4

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

1.1.3Kapasitas dan Lokasi Pabrik

I.1.4.1 Penentuan Kapasitas Produksi

Produksi biogas di Indonesia memang belum maksimal,

penerapan teknologi biogas pun masih di terapkan oleh industri-

industri kecil. Di sini kami menentukan kapasitas pabrik melalui

ketersediaan bahan baku yang sangat melimpah di indonesia.

Tabel I.1 Data Populasi Sapi di indonesia

(Badan Pusat Statistik Indonesia)

Dari data diatas, diambil data pada tahun 2009 untuk penentuan

kapasitas produksi :

BAB I PENDAHULUAN

I-5

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

1 ekor sapi menghasilkan 5 kg kotoran sapi basah

1 kg beras menghasilkan 0,25 kg jerami kering.

Komposisi feed = 75% jerami + 25% kotoran sapi.

Dari data di atas di dapat:

• Kapasitas Produksi Pabrik Biogas

324.069 ton/tahun jerami = 964 ton/hari

Kami mengambil 3 ton setiap harinya untuk dijadikan

bahan baku

Dan kapasitas produksi kami = 2144,328 kg/hari

= 707,628 ton/tahun

1.1.5.2 Penentuan Lokasi Pabrik

Tabel I.2 Produksi beras di Indonesia Tahun 2006

Provinsi Produksi (ton/tahun)

Jawa Timur 4011182

Jawa Tengah 1856023

Lampung 1183982

Sumatera Utara 682024

Jawa Barat 573263

(http://www.litbang.deptan.go.id/bankdata)

Tabel I.3 Produksi beras di Jawa Timur Tahun 2006

Kota Produksi (ton/tahun)

Sumenep 325069

BAB I PENDAHULUAN

I-6

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

Jember 269347

Kediri 260987

Lamongan 252369

Malang 229746

(Badan Pusat Statistik Jawa Timur)

Pemilihan lokasi pabrik sangat penting untuk dilakukan,

karena akan mempengaruhi jalannya produksi. Pabrik Biogas dari

kotoran sapi dan jerami ini didirikan di Jawa Timur, tepatnya di

Sumenep, madura.

Dasar Pemilihan lokasi di Jawa Timur dikarenakan Jawa

Timur merupakan provinsi yang menghasilkan limbah jerami

terbesar di Indonesia.

Sedangkan pemilihan lokasi di Sumenep dikarenakan

Sumenep merupakan kota yang menghasilkan limbah jerami dan

kotoran sapi terbesar diantara kota-kota di Jawa Timur lainnya.

Sehingga, akan lebih mudah mendapatkan bahan bakunya. Selain

itu kota Sumenep dekat dengan laut, sehingga akan memudahkan

jalur transportasi dan kebutuhan air untuk utilitas di pabrik ini.

Supply bahan baku batang jerami untuk Pabrik biogas ini

didapatkan dari kota kediri dan sekitarnya.

Oleh karena itu, dengan hasil produksi limbah jerami yang

cukup besar, maka harus dapat dimanfaatkan sebagai salah satu

BAB I PENDAHULUAN

I-7

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

energi alternatif bahan baku biiogas untuk memenuhi kebutuhan

energi di Indonesia, sehingga mempunyai nilai ekonomis yang

lebih dan tidak mencemari lingkungan. Latar belakang inilah yang

mendasari pemilihan judul :

“ Pabrik Biogas dari Jerami dan Kotoran Sapi dengan Proses

Fermentasi”

1.2 Dasar Teori

I.2.1 Bahan Baku

Dalam taksonomi tumbuhan, padi diklasifikasikan sebagai

berikut :

Kingdom : Plantae

Divisio : Angiospermae

Kelas : Monocotyledon

Ordo : Poales

Famila : Poaceae/Gramineae

Genus : Oryza

Spesies : O. sativa

Padi (Oryza sativa .) merupakan salah satu tanaman

pangan indonesia yang terpenting,. Asal-usul padi budidaya

diperkirakan berasal dari daerah lembah Sungai Gangga dan

BAB I PENDAHULUAN

I-8

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

Sungai Brahmaputra dan dari lembah Sungai Yangtse. Di Afrika,

padi Oryza glaberrima ditanam di daerah Afrika barat tropika.

Padi pada saat ini tersebar luas di seluruh dunia dan

tumbuh di hampir semua bagian dunia yang memiliki cukup air

dan suhu udara cukup hangat. Padi menyukai tanah yang lembab

dan becek. Sejumlah ahli menduga, padi merupakan hasil evolusi

dari tanaman moyang yang hidup di rawa. Pendapat ini berdasar

pada adanya tipe padi yang hidup di rawa-rawa (dapat ditemukan

di sejumlah tempat di Pulau Kalimantan), kebutuhan padi yang

tinggi akan air pada sebagian tahap kehidupannya, dan adanya

pembuluh khusus di bagian akar padi yang berfungsi mengalirkan

udara (oksigen) ke bagian akar..

Tabel I.4 Luas Panen, Produksi dan Hasil per Hektar Tanaman

Padi Tahun 2002 – 2005

Keterangan Satuan/Unit 2002 2003 2004 2005

Luas

Panen

( 000 Ha) 3126,8 3358,5 3356,9 3597,9

Produksi ( 000 Ton) 9654,1 10886,4 11225,2 12413,4

BAB I PENDAHULUAN

I-9

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

Lahan perkembangan padi dapat dikembangkan di

berbagai daerah, seperti Jawa Barat, Sumatera Utara, Lampung,

Jawa Tengah, Jawa Timur, dan Nangroe Aceh Darussalam.

(Energi Hijau, 2007)

Gambar 1.2 Batang padi (jerami)

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik

atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya;

kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga),

sambah biodegradable atau setiap limbah organik yang

biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam

biogas adalah metana dan karbon dioksida. Biogas memang

potensial dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti minyak.

BAB I PENDAHULUAN

I-10

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

Methane adalah kandungan utama dari proses pembuatan

biogas dan juga merupakan salah satu bahan bakar yang memiliki

nilai kalor yang tinggi. Gas methane dapat di peroleh dengan

beberapa cara dengan bahan baku yang berbeda-beda, yaitu :

1. Gas methane yang dibentuk dari gas hidrat (sediments

in the sea).

2. Gas methane yang di dapat dari proses fermentasi

anaerobic

3. Gas methane yang didapat dari proses pemurnian gas

alam

a) Gas methane yang dibentuk dari gas hidrat

Metana (gas) tidak perlu harus dihasilkan/didapat dari

rancangan teknik. Itu juga dapat ditemukan dalam gas hydrates di

dalam endapan-endapan yang ada di dalam laut.

Gas-gas hidrat adalah endapan dalam struktur molekul gas

crystal (metana (gas), carbon dioksida, hidrogen sulfida) dengan

lengkap disatukan. Satu m3 gas hidrat dapat berisi sampai dengan

164 m3 gas. Gas hidrat disebut juga dengan es yang dapat terbakar.

Gas hidrat terbentuk dari tumbuhan-tumbuhan yang telah

mati dan binatang yang mati lalu karam /tenggelam ke dasar laut

dan terdekomposisi dalam perjalanan dan/atau pada dasar laut oleh

jasad renik (mikroorganisme). Selama proses penguraian ini,

BAB I PENDAHULUAN

I-11

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

sangat banyak oxygen yang terekstraksi sedangkan

mikroorganisme yang lain harus menarik oksigen keluar dari

hydrogen sulfate terjadi di sana. Hasil-hasil dari metabolisme-

metabolisme mereka adalah hidrogen sulfida dan gas karbon

dioksida, yang kemudian diubah jadi metana (gas) oleh jasad renik

yang methanogenic dan dan disijmpan sebagai gas hydrat.

b) Gas methane yang di dapat dari proses fermentasi

anaerobic

Biogas adalah campuran beberapa gas, tergolong bahan

bakar gas yang merupakan hasil fermentasi dari bahan organik

dalam kondisi anaerob, dan gas yang dominan adalah gas metan

(CH4) dan gas karbondioksida (CO2).

Biogas memiliki nilai kalor yang cukup tinggi, yaitu

kisaran 4800-6700 kkal/m3, untuk gas metan murni (100 %)

mempunyai nilai kalor 8900 kkal/m3.

Produksi biogas sebanyak 2144,329 dapat digunakan untuk

memasak, penerangan, menyeterika dan menjalankan lemari es

untuk keluarga yang berjumlah lima orang per hari.

1. Bakteri pembentuk asam (Acidogenic bacteria) yang

merombak senyawa organik menjadi senyawa yang lebih

sederhana, yaitu berupa asam organik, CO2, H2, H2S.

2. Bakteri pembentuk asetat (Acetogenic bacteria) yang

merubah asam organik, dan senyawa netral yang lebih besar

BAB I PENDAHULUAN

I-12

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

dari metanol menjadi asetat dan hidrogen.

3. Bakteri penghasil metan (metanogens), yang berperan

dalam merubah asam-asam lemak dan alkohol menjadi

metan dan karbondioksida. Bakteri pembentuk metan

antara lain Methanococcus, Methanobacterium, dan

Methanosarcina

I.3 Kegunaan Biogas

BAB I PENDAHULUAN

I-13

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

I.4 Sifat Fisika dan Kimia

I.4.1 Bahan Baku Utama

1.4.1.1 Jerami

• Sifat fisika

Secara umum jerami memiliki sifat-sifat fisik yang hampir

sama, yaitu dengan panjang batang 40 cm – 60 cm dan batang

berupa buluh beruas-ruas yang bagian dalamnya berongga, dan

bulk densitas : 40-256 kg/m3 (Mediastika, 2007).

Namun demikian, bila diamati secara sungguh-sungguh

dan dengan pengamatan secara fisik, ada beberapa perbedaan

mendasar, terutama mengenai tingkat kekerasan batang utama pada

beberapa jenis jerami. Jerami padi lokal, seperti rojolele, memiliki

karakter batang yang lebih lunak dibandingkan jerami padi varietas

persilangan, seperti IR. Jerami padi sawah juga lebih lunak dari

pada jerami padi gogo (sawah kering). Demikian pula jerami padi

lebih lunak dari pada jerami padi ketan(Mediastika, 2007).

• Sifat Kimia

Kandungan dari jerami bagian khusus batang adalah

sebagai berikut :

� Selulosa = 66,8 %

� Hemiselulosa = 15,04 %

� Abu = 4,15%

� Lignin = 14,21 %

BAB I PENDAHULUAN

I-14

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

(Winarno, 1985)

1.4.1.1 Kotoran Sapi

• Sifat fisika

Secara umum kotoran sapi memiliki sifat-sifat fisik yang

hampir sama, yaitu berwarna hitam kecoklatan dan berbau

menusuk (Mediastika, 2007).

Namun demikian, bila diamati secara sungguh-sungguh

dan dengan pengamatan secara fisik, ada beberapa perbedaan

mendasar, terutama mengenai tingkat kekerasan pada beberapa

jenis kotoran sapi lokal.

• Sifat Kimia

Kandungan dari kotoran sapi adalah sebagai berikut :

Komposisi Kadar (%)

Selulosa 45%

Hemiselulosa 35%

Lignin 15%

H2O 5% (houdkav, 1991)

I.4.2 Bahan Baku Pendukung

1. Bakteri Hidrolisis

Bakteri Acetogenic

Bakteri Methanogenic

BAB I PENDAHULUAN

I-15

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

2. Antifoam ( Turkey Red Oil)

Sifat Fisika :

• Warna kuning kecoklatan.

• Merupakan cairan yang viscous.

• Titik didih 1500C.

• Titik lebur 00C.

• Larut dalam air, membentuk larutan encer.

• Specific gravity 1,015 (200C) untuk 50% dan 1,03 (200C)

untuk 70%.

Kegunaan:

• Untuk pupuk organik.

• Sebagai surfaktan dan wetting agent pada industri tekstil.

• Sebagai defoaming pada industri kertas.

• Sebagai emulsifier pada industri kosmetik.

• Sebagai pelumas pada industri cat.

(www.porwal.net)

I.4.3 Produk

I.4.3.1 Produk Utama

1. Biogas Methane (CH4)

Metan atau gas methane dengan rumus kimia CH4

Sifat Fisika :

- Titik nyala 13.9oC.

- Densitas pada 170 oC adalah 0,4632 gr/cm3.

BAB I PENDAHULUAN

I-16

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

- Viskositas pada 170 oC adalah 0,142mPa.s .

- Konstanta kesetimbangan (Ka) : 10-18.

- Mudah terbakar.

- Termasuk B3 (Bahan Beracun dan Berbahaya).

- Berbau tajam.

- Spesifik Gravity 0,7851 pada suhu 20 oC.

- Larut dalam air dan senyawa organik lainnya.

(Joseph I. Routh, Darrell P. Eyman, Donald J. Burton, 1969)

I.4.3.2 Produk Samping

1. Carbondioksida (CO2)

Sifat Fisika :

- Rasa asam.

- Temperatur kritis 31,1 oC.

- Tekanan kritis 734 kPa.

- Densitas liquid (pada 0 oC dan tekanan 101,32 kPa)

adalah 1,976 gr/l.

- Viskositas (pada 25 oC) adalah 0,015 cp.

- Panas pembentukan pada 25 oC adalah 373,4 btu/mol.

- Panas laten penguapan 148,6 btu/lb.

- Spesific gravity pada basis udara 1 adalah 1,53.

- Melting point pada 5,2 atm adalah - 56,6 oC.

- Subliming point adalah – 78,5 oC.

BAB I PENDAHULUAN

I-17

Pabrik Biogas Dari Kotoran Sapi dan Jerami

Dengan Proses Fermentasi TUGAS AKHIR

- Kelarutan dalam air 179,7 cm3 CO2 dalam 100 cm3 air

pada 0oC.

- Kelarutan dalam air 90,1 cm3 CO2 dalam 100 cm3 air

pada 20 oC.

- Larut dalam alkohol.

- Tidak berbau, tidak berwarna, tidak beracun.

(Douglas, M, Considine, 1974)

Sifat Kimia :

- CO2 dapat bereaksi dengan H2.

CO2 + H2 → CO + H2O

- CO2 dapat bereaksi dengan amoniak yang terjadi pada

pabrik urea untuk menghasilkan amonium karbamat.

CO2 + 2 NH3 → NH2COONH4

- CO2 merupakan oksidator akhir dari produk karbon.

(Othmer Kirk, 1978)