HALAMAN JUDUL

Judul LKTI

KONVERSI ENERGI BIOGAS MENJADI ENERGI LISTRIK SEBAGAI

ALTERNATIF ENERGI TERBARUKAN DAN RAMAH LINGKUNGAN

DI DESA PANGPAJUNG MADURA

Diajukan untuk Mengikuti Kompetisi

LKTI NASIONAL BEMANFAAT

FESTIFAL ILMIAH MAHASISWA 2014

STUDI ILMIAH MAHASISWA UNS

Diusulkan oleh :

Shifatul Latiefah (11/313172/PT/05995)

Ramdhan Dwi Nugroho (11/312722/PT/05981)

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2014

ii

LEMBAR PENGESAHAN

iii

PERNYATAAN ORISINALITAS KA

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa, yang

telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusun dapat

menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini disusun dalam rangka

mengikuti Lomba Karya Tulis Ilmiah Nasional Bermanfaat Festival Ilmiah

Mahasiswa 2014 Studi Ilmiah Mahasiswa UNS. Penyusun mengucapkan terima

kasih kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Ali Agus., DAA.,DEA. selaku dekan Fakultas Peternakan

Universitas Gadjah Mada.

2. Ir. Ambar Pertiwiningrum, M.Si, Ph.D selaku dosen pembimbing.

3. Semua pihak yang telah membantu sehingga terselesaikannya karya ilmiah ini.

Penyusun menyadari bahwa isi karya ilmiah ini masih jauh dari

kesempurnaan, oleh karena itu penyusun sangat mengharapkan kritik dan saran

dari semua pihak yang bersifat membangun. Semoga karya ilmiah ini ini dapat

memberikan manfaat dan dapat digunakan sebagaimana mestinya.

Yogyakarta, Oktober 2014

Penyusun

v

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS KA KATA PENGANTAR ............................ iii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv

DAFTAR ISI ........................................................................................................... v

DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii

RINGKASAN ........................................................................................................ ix

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

Latar Belakang .................................................................................................... 1

Rumusan Masalah ............................................................................................... 1

Tujuan Penulisan ................................................................................................. 2

Manfaat Penulisan ............................................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 3

Gas Metan ........................................................................................................... 3

Biogas .................................................................................................................. 4

Konversi Biogas Menjadi Listrik ........................................................................ 6

BAB III METODE PENULISAN ........................................................................... 8

BAB IV PEMBAHASAN ....................................................................................... 9

Pembuatan Biogas ............................................................................................... 9

Membuat ukuran lubang tempat biodigester ................................................... 9

Membuat lubang galian ................................................................................. 10

Pengecoran dasar biodigester ........................................................................ 10

Pembuatan dinding biodigester ..................................................................... 11

Pengecoran kubah biodigester....................................................................... 12

Pengeringan ................................................................................................... 13

Pembuatan saluran biogas, Indikator tekanan, dan pembatas tekanan

(pengaman) .................................................................................................... 14

vi

Pembuatan dan pemasangan penampung biogas .......................................... 15

Pengisian biodigester .................................................................................... 16

Produksi Gas ................................................................................................. 17

Konversi Biogas Ke Listrik ............................................................................... 17

Pemasangan Instalasi Konversi Energi Biogas ke Listrik............................. 17

BAB V PENUTUP ................................................................................................ 20

Kesimpulan ....................................................................................................... 20

Saran .................................................................................................................. 20

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 21

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkan .................................. 7

Tabel 2 Konversi energi gas metan menjadi energi listrik ...................................... 7

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Emisi Gas Metana dari Kegiatan Pertanian (Henry, B. 2008) ............... 3

Gambar 2 Ukuran lubang yang akan digali ditandai dengan tepung .................... 10

Gambar 3 Proses penggalian (dokumentasi pribadi) ............................................ 10

Gambar 4 Proses Pengecoran (dokumentasi pribadi) ........................................... 11

Gambar 5 Proses pembangunan dinding reaktor biogas (dokumentasi pribadi)... 12

Gambar 6 Proses pengecoran (dokumentasi pribadi)............................................ 13

Gambar 7 Bangunan biodigester yang telah kering .............................................. 13

Gambar 8 Skema pengaman atau pembatas tekanan (dokumentasi pribadi) ........ 14

Gambar 9 Indikator tekanan (dokumentasi pribadi) ............................................. 15

Gambar 10 Penampung Biogas (dokumentasi pribadi) ........................................ 16

Gambar 11 Pencampuran dan pengadukan slurry di bak inlet ............................. 16

Gambar 12 Penampung gas yang telah terisi biogas ............................................. 17

Gambar 13 Karburator asli (kiri), karburator modifikasi (kanan) ........................ 18

Gambar 14 Proses pengeboran karburator (dokumentasi pribadi) ........................ 18

Gambar 15 Genset biogas (dokumentasi pribadi) ................................................. 19

Gambar 16 Konversi biogas menjadi listrik (dokumentasi pribadi) ..................... 19

ix

RINGKASAN

KONVERSI ENERGI BIOGAS MENJADI ENERGI LISTRIK SEBAGAI

ALTERNATIF ENERGI TERBARUKAN DAN RAMAH LINGKUNGAN

DI DESA PANGPAJUNG MADURA

Shifatul Latiefah, Ramdhan Dwi Nugroho

Universitas Gadjah Mada

Abstrak: Sistem pembangkit listrik di Indonesia sebagian besar

menggunakan bahan bakar fosil sebagai sumber panas. Penggunaan bahan bakar

fosil harus efisien karena ketersediaanya yang terbatas dan berdampak polusi

udara. Oleh karena itu usaha untuk mencari alternatif energi terbarukan, ramah

lingkungan dan berkelanjutan banyak dilakukan. Desa Pangpajung, Kecamatan

Modung, Kabupaten Bangkalan, Madura, merupakan sebuah desa dengan

mayoritas penduduk bermata pencaharian sebagai petani. Setiap kepala keluarga

rata-rata memiliki 2-3 ekor sapi, namun kotoran sapi yang dihasilkan belum

dimanfaatkan secara optimal. Ternak ruminansia mengeluarkan gas metan yang

mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan karena memberikan kontribusi

terhadap green house effect. Dampak negatif ini dapat dikurangi dengan

memanfaatkan feses ternak ruminansia menjadi biogas. Energi biogas yang

dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan bakar dan dalam perkembangannya

dapat dikonversikan menjadi listrik. Pembuatan biogas diawali dengan pembuatan

digester. Bahan pengisi digester biogas dibuat dengan mencampurkan feses dan

air dengan perbandingan 1:2. Gas hasil fermentasi akan terbentuk dalam kisaran

waktu 14 sampai 30 hari ditandai dengan penggelembungan penampung gas.

Saluran gas kemudian dihubungkan dengan generator. Gas yang dihasilkan dari

biogas akan digunakan untuk memutar turbin sehingga generator dapat mengubah

energi mekanik menjadi energi listrik. Hasil penelusuran kepustakaan

menunjukkan bahwa 1 m3 volume biogas setara dengan 11,17 kWh listrik. Energi

listrik yang dihasilkan diharapkan mampu memenuhi kebutuhan warga Desa

Pangpajung, khususnya warga yang tinggal di daerah yang belum memperoleh

akses listrik.

Kata kunci: Biogas, energi, gas metan, listrik

1

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Sistem pembangkit listrik di Indonesia sebagian besar menggunakan bahan

bakar fosil sebagai sumber panas. Penggunaan bahan bakar fosil harus efisien

karena ketersediaanya yang terbatas dan berdampak polusi udara. Oleh karena itu

usaha untuk mencari alternatif energi terbarukan, ramah lingkungan dan

berkelanjutan banyak dilakukan.

Desa Pangpajung, Kecamatan Modung, Kabupaten Bangkalan, Madura,

merupakan sebuah desa dengan mayoritas penduduk bermata pencaharian sebagai

petani. Setiap kepala keluarga rata-rata memiliki 2-3 ekor sapi, namun kotoran

sapi yang dihasilkan belum dimanfaatkan secara optimal. Sapi merupakan ternak

ruminansia yang mengasilkan gas metan.

Gas metan yang dikeluarkan ternak ruminansia mempunyai dampak

negatif baik terhadap lingkungan maupun ternaknya sendiri. Gas metan yang

diproduksi dalam rumen merefleksikan kehilangan energi pakan yang dikonsumsi

ternak yang mengindikasikan rendahnya efisiensi penggunaan pakan oleh ternak

(Baker, 1999). Berkaitan dengan lingkungan, maka produksi gas metan dari ternak

ruminansia memberikan kontribusi terhadap green house effect (Joblin, 1999).

Dampak negatif gas metan terhadap lingkungan dapat dikurangi dengan

memanfaatkan gas metan dari feses ternak ruminansia menjadi biogas. Energi

biogas yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan bakar dan dalam

perkembangannya dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Energi listrik yang

dihasilkan diharapkan mampu memenuhi kebutuhan warga Desa Pangpajung,

khususnya warga yang tinggal di daerah yang belum memperoleh akses listrik.

Rumusan Masalah

1. Bagaimana cara memanfaatkan feses ternak ruminansia menjadi biogas?

2. Bagaimana cara mengkonversi biogas menjadi listrik?

2

Tujuan Penulisan

1. Mengetahui cara pembuatan biogas

2. Mengetahui cara konversi biogas menjadi listrik

Manfaat Penulisan

1. Mengurangi dampak negatif gas metan terhadap lingkungan

2. Menaggulangi krisis energi di Indonesia

3. Mendapatkan alternatif sumber energi terbarukan, ramah lingkungan dan

berkelanjutan

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Gas Metan

Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan

rumus kimia CH4. Gas metan adalah gas yang tidak berbau, tidak berwarna, dan

mudah terbakar sehingga dapat menimbulkan ledakan dan kebakaran pada landfill

jika berada di udara dengan konsentrasi 5-15 % (NIST, 2010).

Komposisi metana di atmosfir lebih rendah dibandingkan dengan gas

karbondioksida (CO2) yaitu hanya 0,5% dari jumlah CO2, namun koefisien daya

tangkap panas metana jauh lebih tinggi, yaitu 25 kali gas CO2, sehingga 15%

pemanasan global disumbang dari gas metana. Pemanasan global terjadi karena

meningkatnya jumlah emisi gas rumah kaca, termasuk gas metana di atmosfer

bumi. Metana bereaksi dengan ozon atmosfer bumi, memproduksi karbondioksida

dan air, sehingga efek rumah kaca dari metana yang dilepaskan ke udara relatif

berlangsung sesaat. Namun, metana akan menipiskan lapisan ozon sebagai

pelindung bumi sehingga memicu pemanasan global (Yunilas, 2010).

Selain dari dekomposisi limbah organik sampah, gas metana juga

dihasilkan dari produksi pertanian dan kegiatan transportasi. Sekitar 50% emisi

gas metana merupakan hasil aktivitas manusia yang berasal dari kegiatan

pertanian (Yunilas, 2010).

Gambar 1 Emisi Gas Metana dari Kegiatan Pertanian (Henry, 2008)

4

Dari kegiatan pertanian ada sekitar 66 % emisi gas metana berasal dari

peternakan terutama ternak ruminansia (Martin et al., 2008). Sapi potong dapat

mengemisi gas metana 60 - 70 kg/th, sapi perah 110 145 kg/th dan domba 8

kg/th (Morgavi, 2008).

Emisi gas metana (CH4) oleh ternak ruminansia tersebut dihasilkan

melalui proses metanogenesis di dalam sistem pencernaan rumen. Gas metana

dihasilkan dari rumen sebesar 80 95 % dan 5 20 % dihasilkan dari usus besar.

Gas ini dikeluarkan melalui mulut ke atmosfir. Proses metanogenesis disamping

berdampak buruk bagi atmosfir, juga berpengaruh negatif terhadap ternak

ruminansia itu sendiri, yaitu dapat menyebabkan kehilangan energi hingga 15%

dari total energi kimia yang tercerna (Yunilas, 2010).

Biogas

Gas bio atau sering pula disebut biogas merupakan gas yang timbul jika

bahan-bahan organik seperti kotoran hewan direndam dalam air dan disimpan di

dalam tempat tertutup atau anaerob (tanpa O2) (Setiawan, 2005). Menurut

Triatmojo (2004), gas bio adalah campuran gas metan, NOx, H2, dan CO2 sebagai

hasil perombakan limbah organik secara anaerob di dalam digester atau reaktor

oleh campuran berbagai kelompok mikroorganisme diantaranya adalah hidrolitik

atau fermentatif, bakteri penghasil asetat dan bakteri metanogenik.

Menurut Widodo (2006), kandungan nutrien utama untuk bahan pengisi

biogas adalah nitrogen, fosfor dan kalium. Kandungan nitrogen dalam bahan

sebaiknya sebesar 1,45%, sedangkan fosfor dan kalium masing-masing sebesar

1,10%. Nutrien utama tersebut dapat diperoleh dari substrat kotoran ternak dan

sampah daun yang dapat meningkatkan ratio C/N dalam biogas.

Menurut Julkarnaini (2013), dalam aplikasinya biogas memiliki manfaat

dan kekurangan. Selain bermanfaat sebagai pengganti bahan bakar, ada sejumlah

kelebihan yang dapat diperoleh dari biogas terhadap lingkungan, antara lain

masyarakat tak perlu menebang pohon untuk dijadikan kayu bakar, proses

memasak jadi lebih bersih dan sehat karena tidak mengeluarkan asap, kandang

hewan menjadi semakin bersih karena limbah kotoran kandang langsung dapat

5

diolah, sisa limbah yang dikeluarkan dari biodigester dapat dijadikan pupuk

sehingga tidak mencemari lingkungan, dapat berkontribusi menurunkan emisi gas

rumah kaca melalui pengurangan pemakaian bahan bakar kayu dan bahan bakar

minyak, serta relatif lebih aman dari ancaman bahaya kebakaran.

Adapun kekurangannya adalah memerlukan dana tinggi untuk aplikasi

dalam bentuk instalasi biogas, tenaga kerja tidak memiliki kemampuan memadai

terutama dalam proses produksi, tidak dapat dikemas dalam bentuk cair dalam

tabung.

Digester merupakan komponen utama dalam produksi biogas. Digester

merupakan tempat bahan organik diurai oleh bakteri secara anaerob (tanpa udara)

menjadi gas CH4 dan CO2. Digester harus dirancang sedemikian rupa sehingga

proses fermentasi anaerob dapat berjalan dengan baik. Pada umumnya biogas

terbentuk pada hari 4-5 hari setelah digester diisi. Produksi biogas menjadi banyak

pada 20-35 hari (Sulistyo, 2010).

Pada prinsipnya teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan

proses fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa

udara) oleh bakteri metan sehingga dihasilkan gas metan (Nandiyanto, 2007).

Menurut Haryati (2006), proses pencernaan anaerobik merupakan dasar dari

reaktor biogas yaitu proses pemecahan bahan organik oleh aktivitas bakteri

metanogenik dan bakteri asidogenik pada kondisi tanpa udara, bakteri ini secara

alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti kotoran

binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga.

Menurut Haryati (2006), pembentukan biogas meliputi tiga tahap proses

yaitu (1) Hidrolisis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan-bahan organik mudah

larut dan pemecahan bahan organik yang komplek menjadi sederhana dengan

bantuan air (perubahan struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer). (2)

Pengasaman, pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang

terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri

pembentuk asam. Produk akhir dari perombakan gula-gula sederhana tadi yaitu

asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas

karbondioksida, hidrogen, dan ammonia. (3) Metanogenik, pada tahap

6

metanogenik terjadi proses pembentukan gas metan. Bakteri pereduksi sulfat juga

terdapat dalam proses ini yang akan mereduksi sulfat dan komponen sulfur

lainnya menjadi hidrogen sulfida.

Produk utama dari instalasi biogas adalah gas metan yang dapat

dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan masyarakat. Manfaat biogas yang

tidak secara langsung adalah menjaga kelestarian lingkungan hidup dan

konservasi sumberdaya alam, dan lain-lain. Secara lebih rinci manfaat

penggunaan biogas adalah sebagai berikut :

1. Manfaat langsung :

a. Sebagai sumber untuk memasak

Biogas yang diproduksi oleh satu unit instalasi biogas dapat digunakan

sebagai sumber energi untuk memasak. Biogas yang menggunakan bahan

baku kotoran sapi dari 3-4 ekor mampu menghasilkan biogas setara 3 liter

minyak tanah per hari, dan diperkirakan mampu untuk memenuhi energi

memasak satu rumah tangga dengan 5 orang anggota keluarga.

b. Sebagai sumber energi untuk penerangan

Biogas sebagai sumber energi untuk penerangan dengan cara yang sama

seperti pemanfaatan untuk memasak, artnya kompor sebagai titik akhir

penggunaan biogas diganti dengan lampu. Lampu yang digunakan adalah

lampu yang dirancang khusus atai lampu petromaks yang dimodifikasi.

Pengalaman di lapangan menunjukkan bahwa pemanfaatan biogas untuk

memasak sekaligus sebagai sumber penerangan, biasanya dilakukan bila

jumlah sapi paling sedikit 6 ekor dengan model digester permanen bata

kapasitasnya 9 m3 (Muryanto, 2006).

Konversi Biogas Menjadi Listrik

Energi biogas sangat potensial untuk dikembangkan karena produksi

biogas peternakan ditunjang oleh kondisi yang kondusif dari perkembangan dunia

peternakan sapi di Indonesia saat ini. Disamping itu, kenaikan tarif listrik,

kenaikan harga LPG (Liquefied Petroleum Gas), premium, minyak tanah, minyak

solar, minyak diesel dan minyak bakar telah mendorong pengembangan sumber

7

energi alternatif yang murah, berkelanjutan dan ramah lingkungan (Nurhasanah et

al., 2006).

Konversi energi biogas untuk pembangkit tenaga listrik dapat dilakukan

dengan menggunakan gas turbine, microturbines dan Otto Cycle Engine.

Pemilihan teknologi ini sangat dipengaruhi potensi biogas yang ada seperti

konsentrasi gas metan maupun tekanan biogas, kebutuhan beban dan ketersediaan

dana yang ada (Saragih, 2010).

Sebagai pembangkit tenaga listrik, energi yang dihasilkan oleh biogas

setara dengan 60-100 watt lampu selama 6 jam penerangan. Kesetaraan biogas

dibandingkan dengan bahan bakar lain dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkan

Aplikasi 1 m3 biogas setara dengan

1 m3 Elpiji 0,46 kg

Minyak tanah 0,62 liter

Minyak solar 0,52 liter

Kayu bakar 3,50 kg

Sumber: Wahyuni, 2008

Dalam buku Renewable Energi Conversion, Transmsision and Storage,

Bent Sorensen, bahwa 1 Kg gas metana setara dengan 6,13 x 107 J, sedangkan 1

kWh setara dengan 3,6 x 107 J. Massa jenis gas metan 0,656 kg/m3. Sehingga 1

m3 gas metana manghasilkan energi listrik sebesar 11,17 kWh. Konversi energi

gas metan menjadi energy listrik adalah seperti pada Tabel 2.

Tabel 2 Konversi energi gas metan menjadi energi listrik

Jenis Energi Setara Energi Referensi

1 kg gas metan

1 kWh

1 m3 gas metan massa

jenis gas metan adalah

0,656 kg/m3

1 m3 gas metan

6,13 x 107 J

3,6 x 106 J

4,0213 x 107 J

11,17 kWh

Renewable Energi

Conversion,

Transmsision and

Storage, Bent Sorensen

8

BAB III

METODE PENULISAN

Secara garis besar, tahapan penelitian ini dibagi menjadi 4 tahap, yaitu

tahap identifikasi, tahap pengumpulan data, tahap pengolahan data dan analisis,

dan tahap kesimpulan.

1. Tahap identifikasi

Tahap identifikasi pada penelitian ini dilakukan pada Bab I. Selain

tujuan penelitian, identifikasi masalah dan perumusan masalah, dijelaskan

juga motivasi dan kontribusi penelitian yang menyatakan manfaat dari

penelitian ini.

2. Studi Literatur

Beberapa teori pendukung yang akan digunakan dapat dilihat pada Bab

II, antara lain teori tentang pembentukan biogas, digester biogas dan koversi

energy biogas.

3. Identifikasi data/lokasi studi kasus

Dalam melakukan penelitian mengenai konversi tenaga biogas

dibutuhkan data dan lokasi sebagai contoh kasus. Lokasi yang dipilih adalah

Desa Pangpajung, Madura.

4. Pengumpulan data

Pada tahap ini dilakukan pengumpulan data yang berupa :

1. Data Primer

Merupakan data yang didapat dari survey lapangan melalui

pengamatan berupa foto-foto kondisi proyek pembuatan instalasi biogas

dan sosialisasi konversi energy biogas menjadi energy listrik.

2. Data sekunder merupakan data yang diperoleh dari pustaka terkait :

a. Data produksi gas

b. Data konversi energi biogas menjadi energi listrik

9

BAB IV

PEMBAHASAN

Pembuatan Biogas

Membuat ukuran lubang tempat biodigester

Digester yang digunakan dalam perencanaan ini menggunakan tipe fixed

dome. Model ini merupakan model yang paling populer di Indonesia, dimana

seluruh instalasi digester dibuat di dalam tanah dengan konstruksi permanen.

Selain dapat menghemat lahan, pembuatan digester dalam tanah juga berguna

mempertahankan suhu digester stabil dan mendukung pertumbuhan bakteri

metanogenik. Digester tipe ini mempunyai keuntungan biaya konstruksi rendah

karena konstruksi sederhana dan umurnya cukup panjang. Digester dibuat dengan

ukuran 7,5 m3.

Tanah tempat biodigester permanen adalah tanah yang permukaannya jauh

dari sumber air tanah, karena akan mengganggu proses pembuatan dan nantinya

akan memperbesar risiko terjadi kebocoran dan mengurangi umur biodigester.

Pemilihan lokasi pembangunan biodigester, menurut The United States

Environmental Protection Agency (2010) harus memperhatikan beberapa hal :

a. Hindari kedekatan dengan bandara dan tempat pelayanan publik.

b. Lokasi hendaknya jauh dari cagar alam atau kawasan lindung.

c. Jarak minimal 500 m dari zona penduduk.

d. Hindari lokasi berikut: rawa-rawa, hutan bakau, inlet, rawa, lahan basah,

muara, dataran aluvial, zona arkeologi, dan patahan-patahan geologi.

e. Jarak dari permukaan air dengan aliran konstan, danau dan laguna, harus

minimal 500 m.

f. Digester harus terletak jauh dari zona rawan banjir.

10

Gambar 2 Ukuran lubang yang akan digali ditandai dengan tepung

(Tim BIRU, 2009)

Membuat lubang galian

Setelah ukuran lubang telah dibuat, maka selanjutnya adalah penggalian.

Peralatan yang dibutuhkan adalah linggis dan cangkul. Waktu yang penggalian

yaitu 1-3 hari tergantung pada jenis tanahnya.

Gambar 3 Proses penggalian (dokumentasi pribadi)

Pengecoran dasar biodigester

Pengecoran dasar biodigester bertujuan untuk memperkuat fondasi

biodigester dan mencegah kebocoran akibat pergerakan tanah. Campuran cor yang

11

digunakan adalah semen : pasir : kerikil = 1 : 2 : 3. Kawat besi diperlukan untuk

membentuk geometri dasar biodigester dan memperkuat hasil cor. Hal ini sesuai

dengan PERMEN ESDM (2014) bahwa ketentuan pengerjaan pondasi biodigester

terbuat dari beton yang dibuat dari campuran semen:pasir:kerikil dengan

perbandingan 1 :2:3; plesteran yang berupa campuran semen:pasir dengan

perbandingan 1:3 atau 1:4.

Gambar 4 Proses Pengecoran (dokumentasi pribadi)

Pembuatan dinding biodigester

Bangunan Biodigester terdiri dari 4 bagian, kolam pengisian dan inlet,

reaktor biogas (tempat penguraian limbah kotoran ternak sehingga menghasilkan

biogas) yang berbentuk silinder, manhole (kanal penghubung kotak outlet dengan

reaktor biogas), dan kotak outlet. Keempat bagian tersebut dindingnya terbuat dari

susunan bata yang direkatkan dengan campuran semen, air dan pasir dengan

perbandingan semen : pasir = 1 : 3. Pasir yang digunakan adalah pasir yang sudah

disaring dengan saringan 1 mm sehingga butirannya lebih halus.

12

Gambar 5 Proses pembangunan dinding reaktor biogas (dokumentasi pribadi)

Pipa saluran inlet dipasang saat pembangunan dinding reaktor biogas ini.

Ketinggian ujung pipa bawah adalah 30 cm dari dasar biodigester dan sudut

kemiringannya terhadap arah horizontal (datar) adalah 60. Dinding bagian dalam

dan lantai kemudian diplester dengan campuran semen : pasir = 1 : 3.

Pengecoran kubah biodigester

Pengecoran kubah biodigester dilakukan satu hari setelah dinding reaktor

biogas selesai dibangun supaya dinding reaktor sudah cukup kuat untuk menahan

beban cor. Perbandingan material campuran cor untuk kubah ini sama dengan cor

dasar yaitu semen : pasir : kerikil = 1 : 2 : 3. Untuk menahan beban material cor,

digunakan bambu dan gedeg (anyaman bambu). Setelah terpasang di atas dinding

reaktor, kemudian adonan cor dituangkan. Pipa PVC sebagai saluran biogas

dipasang saat proses pengecoran ini. Setelah kering, kemudian bagian luar kubah

diplester.

13

Gambar 6 Proses pengecoran (dokumentasi pribadi)

Pengeringan

Sebelum pengisian perdana, biodigester dikeringkan secara alami selama 5

hari agar bangunan benar-benar kokoh. Setelah kering, kemudian lubang di

samping biodigester ditutup kembali dengan tanah. Menurut PERMEN ESDM

(2014) perlu dilakukan pengecekan kebocoran terhadap unit biogas kubah tetap

dari beton, terdapat dua metode pengujian kebocoran yaitu metode uji dengan

memasukkan udara dan metode uji dengan memasukkan asap.

Gambar 7 Bangunan biodigester yang telah kering

kemudian ditimbun kembali dengan tanah (dokumentasi pribadi)

14

Pembuatan saluran biogas, Indikator tekanan, dan pembatas tekanan (pengaman)

Saluran biogas kemudian dibuat seperti halnya membuat saluran air di dalam

tanah. Hanya saja sangat perlu diperhatikan di setiap sambungan pipa agar tidak

bocor. Tanah digali sekitar 10 cm dari permukaan. Agar pipa tidak pecah dan

bocor, pisahkan batu dari tanah timbunan. Setelah saluran biogas terpasang

sampai pada penampung gas, di ujung pipa paling bawah sebelum masuk ke

penampung gas diberi pembatas tekanan. Fungsi pembatas tekanan ini mirip

seperti safety valve untuk menjaga tekanan gas agar tidak melebihi batas tekanan

maksimal. Karena jika tekanan terlalu besar dapat merusak penampung biogas,

terutama di sambungannya. Pembatas tekanan sederhana dapat dibuat dari botol

1,5 liter yang diisi air. Kemudian salah satu ujung pipa dimasukkan ke dalam

botol tersebut. Jika tekanan gas melebihi tekanan hidrostatik air, maka gas akan

terbuang keluar.

Gambar 8 Skema pengaman atau pembatas tekanan (dokumentasi pribadi)

Indikator tekanan biogas perlu ditambahkan guna memastikan apakah

tekanan biogas optimal dan aman. Indikator tekanan ini dapat dibuat dengan

sederhana yaitu menggunakan manometer pipa U dengan menggunakan selang

bening yang dibentuk U. Indikator tekanan ini dipasang di dekat kompor dan

instalasi konversi biogas ke listrik.

15

Gambar 9 Indikator tekanan (dokumentasi pribadi)

Pembuatan dan pemasangan penampung biogas

Agar gas yang diproduksi dapat ditampung, maka perlu dibuat penampung

gas dari plastik polietilen. Pada saat membuat penampung gas, kita harus

menghitung kapasitas gas yang dihasilkan oleh biodigester. Biodigester yang

telah dibuat berukuran 7,5m3dengan pengisian kotoran 2/3 volume biodigester.

Biogas yang dapat diproduksi dalam biodigester adalah sekitar 1/3 dari volume

atau dengan kata lain dengan menggunakan plastik polietilen yang panjangnya 3-

3,5 meter, plastik ini kita buat rangkap dua atau tiga supaya kuat menahan tekanan

gas. Selanjutnya, potong pipa PVC dengan panjang kira kira 40 cm (sesuai

kebutuhan) . Pipa PVC yang telah dipotong dimasukkan ke kedua ujung plastik

sedalam 20 cm. Kemudian plastik dan pipa diikat dengan menggunakan tali dari

ban dalam bekas sehingga diperoleh ujung pipa sekitar 20 cm yang berada di

dalam plastik yang tidak terikat.

Cara membuat tempat penampungan gas ini sangat mudah, yaitu plastik

dipersiapkan seperti pada pembuatan biodigester. Pipa dari biodigester

disambungkan ke penampungan ini pada satu sisinya dan pada sisi yang satunya

lagi disambungkan dengan pipa yang masuk ke kompor atau instalasi konversi ke

listrik.

16

Gambar 10 Penampung Biogas (dokumentasi pribadi)

Pengisian biodigester

Setelah semua rangkaian biodigester terpasang, langkah selanjutnya adalah

pengisian dengan slurry (campuran kotoran sapi dengan air). Biodigester diisi

feses sapi dan air, dengan perbandingan feses dan air 1:2. Campuran diaduk rata

dalam inlet dan dialirkan ke dalam digester seperti pada Gambar 11. Dengan

volume 7,5 m3 pengisian kotoran sebanyak 2/3 volume biodigester. Feses sapi

yang digunakan diusahakan kotoran sapi yang masih baru yang dikeluarkan sapi

kurang dari 1 hari dan masih bersih dari campuran kotoran lain seperti dedaunan

kering. Pencampuran dan pengadukan dilakukan di bak inlet.

Gambar 11 Pencampuran dan pengadukan slurry di bak inlet (dokumentasi

pribadi)

17

Produksi Gas

Gas hasil fermentasi dalam digester akan mulai terbentuk dalam waktu 4-5

hari setelah digester diisi dan mulai banyak pada hari ke 20-35 hari. Biogas yang

dapat diproduksi dalam biodigester adalah sekitar 1/3 dari volume digester yang

dibuat. Apabila gas telah terbentuk, penampung gas akan terisi gas seperti pada

Gambar 12.

Gambar 12 Penampung gas yang telah terisi biogas

Konversi Biogas Ke Listrik

Pemasangan Instalasi Konversi Energi Biogas ke Listrik

Instalasi konversi biogas ke listrik ini adalah seperangkat genset yang

dimodifikasi sehingga dapat berfungsi dengan bahan bakar biogas. Bagian yang

dimodifikasi adalah karburator yang merupakan tempat pencampuran antara udara

dan biogas. Karburator aslinya hanya memiliki satu lubang dan diameternya

cukup kecil. Agar dapat difungsikan dengan bahan bakar biogas, maka jumlah

inlet biogas ditambah menjadi 3 dengan mengebor di samping badan karburator

seperti pada gambar 14. Diameter lubangnya juga diperlebar menjadi 4 mm

dengan menggunakan mesin bor.

18

Gambar 13 Karburator asli (kiri), karburator modifikasi (kanan) (dokumentasi

pribadi)

Gambar 14 Proses pengeboran karburator (dokumentasi pribadi)

Untuk memasang instalasi konversi biogas ke listrik ini cukup

menghubungkan pipa saluran biogas ke inlet biogas pada karburator dengan

menggunakan selang, setelah karburator terpasang di genset. Terminal listrik di

hubungkan ke output listrik keluaran dari genset. Kemudian genset dinyalakan

dengan menghidupkan tombol on lalu menarik tali starter yang ada pada genset.

Setelah genset hidup, sambungkan listrik ke rangkaian listrik rumah melalui

terminal listrik yang telah terpasang pada genset.

dibor dibor

dibor

19

Daya maksimal yang mampu dibangkitkan oleh genset biogas ini adalah 700

Watt, dalam percobaan kami menggunakan 7 buah lampu dengan daya masing

masing 100 Watt. Daya yang dihasilkan ini tidak sebesar daya yang mampu

dihasilkan oleh bahan bakar bensin yang rata-rata mampu mencapai 900 Watt

saaat uji coba. Gambar konversi energi biogas ke listrik dengan genset biogas ini

ditunjukkan pada Gambar 16.

Gambar 15 Genset biogas (dokumentasi pribadi)

Gambar 16 Konversi biogas menjadi listrik (dokumentasi pribadi)

20

BAB V

PENUTUP

Kesimpulan

Berdasarkan hasil observasi dan studi pustaka, dapat disimpulkan bahwa

langkah untuk membuat biogas tipe fixed dome adalah dengan membuat ukuran

lubang tempat biodigester, membuat lubang galian, pengecoran dasar biodigester,

pembuatan dinding biodigester, pengecoran kubah biodigester, pengeringan,

pembuatan saluran biogas, indikator tekanan, dan pembatas tekanan (pengaman),

pembuatan dan pemasangan penampung biogas, pengisian biodigester dan

menunggu produksi gas .

Konversi energy biogas menjadi energy listrik dilakukan dengan cara

menghubungkan pipa saluran biogas ke inlet biogas pada karburator dengan

menggunakan selang, setelah karburator terpasang di genset. Terminal listrik di

hubungkan ke output listrik keluaran dari genset. Kemudian genset dinyalakan

dan listrik di sambungkan ke rangkaian listrik rumah melalui terminal listrik yang

telah terpasang pada genset. Daya maksimal yang mampu dibangkitkan oleh

genset biogas ini adalah 700 Watt.

Saran

Agar umur instalasi awet maka perlu ada beberapa kegiatan perawatan

yang perlu dilakukan secara rutin, meliputi pengecekan kebocoran pada pipa

saluran biogas, monitoring tekanan biogas, serta kontinuitas pengisian slurry.

21

DAFTAR PUSTAKA

Baker, S.K. 1999. Rumen methanogens and inhibition of methanogenesis. Aust. J.

Agric. Res. 50: 1293 1298.

Budiman R. Saragih. 2010. Analisis potensi biogas untuk menghasilkan energi

listrik dan termal pada gedung komersil di daerah perkotaan. Universitas

Indoensia. Jakarta

Haryati, T. (2006), Biogas : Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif, Balai Penelitian Ternak, Wartazoa Vol. 16.

Henry, B. 2008. R and D for Livestock Methane Reductiion. Meat & livestock

australliia.

Joblin, K.N. 1999. Ruminal acetogenes and their potential to lower ruminant

methane emissions. Aust. J. Agric. Res. 50: 1307 1313.

Martin, C., M. Doreau, D. P. Morgavi. 2008. Methane Mitigation In Ruminants:

From Rumen Microbes To The Animal. Inra, Ur 1213, Herbivores

Research Unit, Research Centre Of Clermont-Ferrand-Theix, F-63122 St

GensChampanelle,France.

Morgavi. 2008. Manipulacion del ecosistemaruminal Queperspectivas. Reunion Cientifica Annual de la Asociacion Peruana de Produccion Animal.

Muryanto, J. Pramono, Suprapto, Ekaningtyas, dan Sudadiyono. 2006. Biogas

Energi Alternatif Ramah Lingkungan. Karya Makmur Kab. Magelang.

BPTP Jawa Tengah.

Nandiyanto, Asep Bayu. 2007. Biogas Sebagai Peluang Pengembangan Energi

Alternatif. Jurnal Energi Alternatif.

NIST. 2011. Methane. Material Measurement Laboratory. US. Secretary of

Commerce on behalf of the United States of America dipetik 30 Oktober

2014 dari http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi

Nurhasanah, A., T.W. Widodo., A. Asari dan E. Rahmarestia. 2006.

Perkembangan Digester Biogas di Indonesia.

http://www.mekanisasi.litbang.go.id. (30 Oktober 2014).

Pusat sarana pengendalian dampak lingkungan hidup. 2011. Laporan studi

inventarisasi emisi gas rumah kaca (GRK) dari Sumber Limbah

(Domestik). Bidang pembinaan sarana teknis dan peningkatan kapasitas

hidup kementrian lingkungan hidup dipetik 27 Oktober 2014 dari

http://www.kemenlh.go.id.

22

Setiawan, A. I. 2005. Memanfaatkan Kotoran Ternak. Edisi Revisi. Penerbar

Swadaya. Jakarta.

Sulistyo, A. 2010. Analisis kapasitas pembangkit dan perhitungan pengurangan

emisi pada pemanfaatan sampah organik di pasar induk kramatjati. Thesis

universita sindonesia. Jakarta

Triatmojo, S. 2004. Penanganan Limbah Peternakan. Jurusan Teknologi Hasil

Ternak, Fakultas Peternakan, Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.

USEPA. 2010. Technical Standards for the Design and Construction of Bio-

Digesters in Mexico. The United States Environmental Protection Agency.

Mexico.

Widodo, T. 2006. Rekayasa dan pengujian reactor biogas skala kelompok tani

ternak. Jurnal Engeneering Pertanian Balai Besar Pengembangan

Mekanisme Pertanian. 4 (1): 1- 4.

Yunilas, M. P. 2010. Eliminasi gas metana (CH4) asal ternak melalui ekstrak

tanaman. Departemen peternakan universitas sumatera utara medan