BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Peningkatan populasi manusia di Indonesia mengakibatkan

meledaknya kebutuhan energi. Oleh karena itu pemerintah menaikan harga

bahan bakar minyak (BBM). Anggaran yang ditetapkan pemerintah dalam

APBN untuk pembelian minyak ternyata jauh lebih kecil dibandingkan

dengan harga minyak dunia yang sebenarnya. Namun, kebijakkan

pemerintah untuk menaikan harga sudah dipertimbangkan dengan matang.

Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak

pemerintah telah menerbitkan Peraturan presiden RI No. 5 tahun 2006

tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi

alternatif sebagai bahan bakar minyak. kebijakan tersebut menekankan pada

sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai alternatif pengganti bahan

bakar minyak.

Padatnya penduduk membuat limbah – limbah sulit ditangani

sehingga seringkali mencemari lingkungan yang berdampak pada

kesehatan. Salah satu alternatif bahan bakar yaitu bioenergi.

Bioenergi merupakan sumber energi (bahan bakar) yang dihasilkan

oleh sumber daya hayati seperti tumbuh – tumbuhan, minyak nabati, dan

limbah kotoran peternakkan maupun kotoran manusia. Jenis energi yang

dihasilkan berupa energi dalam bentuk gas (biogas), cair (biofel), dan padat

(biomassa).

Selain limbah kotoran ternak, limbah kotoran manusia juga mampu

sebagai bahan baku pembuatan biogas. Kotoran manusia dari satu segi

menjijikan dan tidak bernilai tetapi dari pendekatan kandungan bahan

organik dapat diubah menjadi energi alternatif biogas.

Untuk itu dikembangkan teknologi baru untuk memanfaatkan dan

menaikkan nilai ekonomis dari limbah kotoran manusia di Asrama Poltekkes

Terpadu Yogyakarta sebagai bahan baku pembuatan biogas.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana meningkatkan nilai ekonomis dari tinja manusia ?

2. Bagaimana mengolah kotoran manusia menjadi biogas tepat guna ?

1

3. Bagaimana inovasi rancangan biodigester yang tepat untuk mengolah

kotoran manusia menjadi biogas ?

C. Tujuan

1. Ditemukannya teknologi tepat guna pengolahan biogas terbarukan.

D. Manfaat

1. Bagi Masyarakat

a) Mengurangi pengeluaran masyarakat untuk membeli bahan bakar.

b) Menambah pendapatan masyarakat.

2. Bagi Mata Kuliah

Menemukan rancangan inovasi terbaru mengenai pengolahan biogas

dari kotoran manusia.

3. Bagi Penulis

Menambah pengetahuan mengenai rancangan inovasi terbaru

pengolahan biogas dari kotoran manusia.

2

BAB II

KAJIAN TEORI

A. Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-

bahan organik oleh mikroorganisme dalam kondisi tanpa udara (anaerobik).

Prinsip dasar teknologi biogas adalah proses penguraian bahan-bahan

organik oleh mikroorganisme dalam kondisi tanpa oksigen (anaerob) untuk

menghasilkan campuran dari beberapa gas, seperti metan dan CO2. Biogas

dihasilkan dengan bantuan bakteri metanogen atau metanogenik. Bakteri ini

secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik.

Proses tersebut dikenal dengan istilah anaerobic digestion atau pencernaan

secara anaerob. Umumnya, biogas diproduksi menggunakan alat yang

disebut reaktor biogas (digester) yang dirancang agar kedap udara

(anaerobik), sehingga proses penguraian oleh mikroorganisme dapat

berjalan secara optimal (Wahyuni, Sri.2011).

B. Tinja dan Komponennya

Tinja adalah produk buangan saluran pencernaan manusia yang

dikeluarkan melalui anus (kloaka). Pada manusia, proses pembuangan

kotoran dapat terjadi (bergantung pada individu dan kondisi) antara sekali

setiap dua atau dua hari hingga beberapa kali dalam sehari. Pengerasan

tinja dapat menyebabkan meningkatnya waktu antara pengeluarannya dan

disebut dengan konstipasi.

Tinja dan urin manusia tergolong bahan organik merupakan hasil sisa

perombakkan dan penyerapan dari sistem pencernaan. Berdasarkan

kapasitas manusia dewasa rataan hasil tinja 0,20 kg/hari/jiwa (Sugiharto

1987).

Sama halnya dengan limbah organik lain, limbah manusia dapat

digunakan sebagai sumberdaya yang masih jarang diungkapkan. Nutrisi

kotoran manusia tidak jauh berbeda dibanding kotoran ternak. Kalaupun

berbeda tentu akibat pola makan dan sistem pencernaan yang berbeda.

Pola makan manusia lebih banyak memilih bahan makanan kurang berserat,

protein lebih tinggi dan umumnya dimasak sebelum dikonsumsi, sedangkan

ternak sebaliknya. Kotoran manusia memiliki keunggulan dari segi nutrisi,

3

dimana nisbah karbon (C) dan nitrogen (N) jauh lebih rendah dari kotoran

ternak (C/N rasio 6-10:18-30) (Sihombing 1988).

Tinja dan air seni manusia ini sebagian besar berupa air, terdiri dari

zat-zat organik (sekitar 20% untuk tinja dan 2,5% untuk air seni), serta zat-

zat anorganik seperti nitrogen, asam fosfat, sulfur, dan sebagainya.

Perkiraan komposisi tinja dapat dilihat pada tabel berikut (Soeparman,

2002).

Tabel 1. Perkiraan Komposisi Tinja tanpa Air Seni.

Komponen Kandungan (%)

Air 66-80

Bahan organik (dari berat kering) 88-97

Nitrogen () 5,7-7,0

Fosfor (sebagai P2O5) 3,5-5,4

Potasium (sebagai K2O) 1,0-2,5

Karbon 40-55

Kalsium (sebagai CaO) 4-5

C/N rasio 5-10

C. Tahap Terbentuknya Gas Metan

Berikut ini adalah tahap pembentukkan biogas dari proses fermentasi

anaerob (Suyitno, 2010) :

1. Tahap hidrolisis

Pada tahap hidrolisis, bahan – bahan organic yang mengandung

hemiselulosa dan bahan ekstraktif seperti protein, karohidrat dan lipida

akan diurai menjadi senyawa dengan rantai yang lebih pendek.

2. Tahap pengasaman

Pada tahap pengasaman, bakteri akan menghasilkan asam yang akan

berfungsi untuk mengubah senyawa pendek hasil hidrolisis menjadi

asam asetat, H2 dan CO2.

3. Tahap pembentukkan gas CH4

4

DITAMBAHKAN AIR

HASIL LAIN

LIMBAH MANUSIA ( ORGANIK)

BAHAN ORGANIK MUDAH LARUT

ASAM ORGANIK DAN ALKOHOL

GAS CO2 +

O2

HASIL LAIN

GAS CH4 + CO2SEL BAKTERI

SEL BAKTERI

Tahap hidrolisis

Tahap pengasaman

Tahap pembentukan gas CH4

Pada tahap pembentukkan CH4, bakteri yang berperan adalah bakteri

methanogenesis (bakteri metana). Bakteri ini membutuhkan kondisi

digester benar – benar kedap udara dan gelap.

Diagaram 1. Proses perombakkan kotoran manusia menjadi gas CH4

D. Teknologi Biogas

Komponen – komponen biodegester cukup banyak dan sangat

sangat bervariasi. Komponen yang digunakan untuk pembuatan biodigester

tergantung pada jenis biodigester. Tetapi, seacara umum biodigester terdiri

dari empat komponen utama sebagai berikut (Suyitno, 2010).

1. Saluran masuk slurry (kotoran segar). Saluran ini digunakan untuk

memasukkan slurry (campuran kotora manusia dan air ) ke dalam

reactor utama.

2. Ruang degestion (ruang fermentasi). Ruang digestion berfungsi sebagai

tempat terjadinya proses digestion dan dibuat kedap terhadap udara.

3. Saluran keluar residu (sludge). Fungsi saluran ini adalah untuk proses

pengeluaran kotoran (sludge) yang mengalami proses digestion oleh

bakteri.

4. Tanki penyimpanan biogas. Tujuan dari tanki penyimpan gas adalah

untuk penyimpan biogas yang dihasilkan dari proses digestion. Jenis

5

tanki penyimpanan biogas ada dua, yaitu tanki bersatu dengan unit

reactor (fixed dome) dan terpisah dengan reactor (floating dome). Untuk

tanki terpisah, konstruksi dibuat khusus sehingga tidak bocor dan

tekanan yang terdapat dalam tanki seragam.

E. Teknik Biodigester Tinja (Binja)

Teknik biogas ini merupakan kajian dari hasil teknologi yang sudah

pernah diterapkan yakni pemanfaatan limbah kotoran manusia di Asrama

TPB IPB oleh Fahmi Tri Wendrawa, yang membedakan rancangan inovasi

dengan yang sudah ada yakni rancangan kami dilengkapi dengan sensor.

Sensor berfungsi sebagai pengatur bak takaran sehingga otomatis isi dari

bak takaran akan masuk ke bak inlet.

Terdapat beberapa jenis biodegester yang dapat dilihat berdasarkan

konstruksi, jenis aliran, dan posisinya terhadap permukaan tanah. Hal yang

penting adalah apapun jenis digester yang dipilih nantinya, tujuan utama

pembuatan digester adalah mengurangi jumlah kotoran dan menghasilkan

biogas yang mempunyai kandungan CH4 tinggi. Jenis kubah tetap, gas yang

terbentuk akan segera dialirkan ke pengumpul gas di luar reaktor.

Untuk digester yang digunakan dalam teknologi ini, kami memilih

digester fixed dome (kubah tetap). Digester jenis ini mempunyai volume

tetap. Seiring dengan dihasilkannya biogas, terjadi peningkatan tekanan

dalam reaktor (biodegester). Karena itu, dalam konstruksi biodegester jenis

kubah tetap, gas yang terbentuk akan segera dialirkan ke pengumpul gas

diluar reaktor. Indikator produksi gas dapat dilakukan dengan memasang

indicator tekanan (Suyitno dkk,2010).

Tabel 1. Kelebihan dan KekuranganKelebihan Kekurangan

1. Meningkatkan nilai ekonomis tinja.

Teknik alat mahal.

2. Mengurangi biaya pengurasan septic tank dalam 5 tahun.

Kapasitasnya masih skala rumah tangga

3. Pemanfaatan slury sebagai pupuk alam.

Membutuhkan lahan yang cukup luas.

6

7

BAB III

PEMBAHASAN

A. Pembahasan Mekanisme Kerja Inovasi Biodigester Tinja (Binja)

Tinja yang dihasilkan pada kegiatan BAB akan masuk pada closet (nomor

1) kemudian beserta air penggelontor tinja masuk menuju bak penampung

tinja (nomor 2a) yang dilengkapi dengan sensor early system, bak

penampung ini sekaligus menjadi bak penakar agar tinja yang masuk ke bak

pengaduk sesuai dengan formulasi takaran yang telah ditentukan. Alas bak

penakar merupakan saringan yang fungsinya memisahkan tinja dengan air

penggelontor, ketika tinja dan air penggelontor memenuhi bak penakar maka

air penggelontor akan meresap melalui lubang kapiler alas dan menetes

menuju bak penampung air (nomor 2b).

Setelah Bak penampung tinja penuh maka tinja akan memotong sensor

early system yang secara otomatis akan menggerakkan dinamo pada bak

penampung tinja dan bak penampung air sehingga isi dari masing-masing

bak tersebut akan ditumpahkan kedepan dan secara bersamaan masuk ke

dalam bak pengaduk (nomor 3).

Tinja dan air yang masuk pada bak pengaduk akan mengalami

homogenisasi oleh baling-baling pengaduk. Proses pengadukan akan

berlangsung sampai tinja dan air benar-benar tercampur rata selama lima

menit setelah homogen pipa penyalur tinja menuju biodigester akan terbuka

sampai seluruh campuran benar-benar masuk ke bio digester, setelah

seluruh campuran habis maka pipa akan tertutup kembali. Campuran yang

terdapat pada bio digester akan mengalami proses dekomposisi dan

pembentukan gas metan yang nantinya tertampung pada bagian berbentuk

setengah bola, adanya gas metan dapat dilihat dari tekanan gas yang

terdeteksi melalui manometer (nomor 5), gas metan kemudian disalurkan

menggunakan pipa output (nomor 6) untuk dimanfaatkan sebagai energi

terbarukan.

Campuran tinja dan air pada biodigester selalu terakumulasi dan ketika

telah melewati batas ketinggian tertentu maka campuran tersebut akan

keluar menuju bak penampung sisa tinja (nomor 7) melalui pipa putlet.

8

Gambar. Desain Rancangan Biodigester Tinja (Binja)

Keterangan:

1. Closet / Inlet

2. Bak

Penampungan

Awal

2a. Bak Takaran

Tinja

2b. Bak Takaran

Air

3. Bak Pengadukan

4. Bio Digester

5. Manometer

6. Output Gas

7. Outlet Tinja

B. Penerapan Binja Di Lapangan

Limbah manusia dalam jumlah banyak dan kontinu terdapat di tempat

padat penduduk seperti Asrama Terpadu I Poltekkes Yogyakarta. Dengan

adanya instalansi pembuangan tinja di Asrama Terpadu I Poltekkes

Yogyakarta menjadikan kita untuk menciptakan rancangan inovasi terbaru

pengolahan kotoran manusia berupa biogas sehingga mampu meningkatkan

nilai ekonomis kotoran manusia dari dua sisi yakni dapat meningkatkan

9

pendapatan dari gas yang dihasilkan dan mengurangi biaya pengeluaran

bahan bakar.

Jika diasumsikan bahwa penghuni Asrama Terpadu I Poltekkes

berjumlah 3000 jiwa (meliputi mahasiswa, pengelola asrama, dan Dosen).

Sedangkan kapasitas rataan tinja yang dihasilkan manusia dewasa sebesar

0,2 kg/hari/jiwa. Maka jumlah tinja yang terakumulasi setiap harinya dapat

dihitung dengan mengalikan jumlah penghuni Asrama Terpadu I terhadap

limbah kotoran yang dihasilkan per hari.

Sesuai dengan rumus :

n = 0,2x

n = Jumlah limbah manusia yang dihasilkan per hari (kg)

x = Jumlah penghuni asrama (diperkirakan 300 orang)

Maka jumlah limbah yang terakumulasi setiap harinya sebesar 60

kg.Dari limbah tinja yang hasilkan oleh manusia sebesar 60 kg per hari,

langsung masuk ke dalam bak penampung tinja dan air guyuran akan

mengalir ke dalam bak yang ada di bawah bak penampung tinja, kemudian

sisanya akan mengalir di dalam bak penampungan. Perbandingan tinja dan

air 2 : 1.

Kemudian bak tinja dan bak air yang sudah terisi penuh, secara

otomatis dengan teknologi sensor akan memasukkan tinja dan air tersebut

ke dalam bak inlet dengan ukuran 40 x 60 cm. Dan di dalam bak inlet tinja

dan air akan diaduk secara otomatis. Setelah tinja dan air tercampur, akan

masuk ke dalam tangki digester. Campuran tinja dan air yang masuk ke

tangki digester tidak boleh lebih dari 80% volume tangki digester, hal ini

dimaksudkan sebagai tempat penampungan gas metan. Bagian bawah

tangki digester dihubungkan dengan pipa menuju ke bak peresapan atau

bak outlet. Bak ini berfungsi sebagai tempat penampungan sementara

campuran tinja dan air yang berasal dari tangki digester karena terdesak

oleh campuran tinja dan air yang baru. Campuran tinja dan air yang lama

dibuang melalui saluran pembuangan karena dimungkinkan kandungan gas

metannya sudah tidak ada.

10

Tangki digester dihubungkan dengan pipa sebagai outlet gas metan.

Pada ujung pipa dipasang manometer yang bertujuan untuk memantau

terjadinya gas dalam tabung digester. Jika sudah terjadi kenaikan angka

pada manometer maka gas dalam tangki digester dibuang terlebih dahulu

karena proses didalam tangki digester masih aerob karena jika gas tidak

dibuang dapat menyebabkan ledakan dalam tangki digester. Adapun ciri-ciri

gas metan yaitu tidak berbau, tidak berwarna, mudah menyala.

11

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

1. Rancangan inovasi biodigester tinja (Binja) menggunakan bahan dasar

pembuatan biogas yakni kotaran manusia yang didapatkan dari hasil buangan

Asrama Terpadu 1 Poltekkes Kemenkes Yogyakarta diproses menjadi CH4

melalui proses anaerob sebagai penghasil bahan bakar alternatif.

2. Rancangan inovasi biodigester tinja (Binja) menggunakan 3 bak utama yakni

inlet, digester dan outlet. Dengan kreativitas ini di desain suatu sensor yang

mampu menjalankan system pengukuran antara kotoran dan air secara

otomatis sehingga slurry langsung masuk ke inlet.

3. Penggunaan pengaduk berupa kincir yang dijalankan menggunakan sumber

listrik mampu menghomogenkan slurry sehingga memudahkan prose

perombakkan.

4. Pemanfaatan gas CH4 dari rancangan inovasi biodigester tinja (Binja)

digunakan sebagai bahan bakar dalam proses memasak sedangkan

pemanfaatan sludge digunakan sebagai pupuk taman.

5. Dari penemuan ini meningkatkan nilai ekonomi dari Asrama Terpadu

Poltekkes Yogyakarta dari sisi produksi dan biaya pemasukkan pendapatan.

B. Rekomendasi

1. Perlu dilakukan penelitian lebih detail mengenai desain teknik alat yang terkait

dengan bentuk dan proses mekanik sehingga alat dapat beroperasi sesuai

dengan estimasi produksi tinja yang dilakukan oleh peneliti.

2. Perlu dilakukan kajian lebih mendalam mengenai waktu yang diperlukan dari

tinja dihasilkan sampai dengan gas metan layak digunakan.

3. Desain alat perlu dimodifikasi agar lebih mudah dan murah untuk

diaplikasikan di masyarakat.

12