Pemanfaatan Kotoran Sapi untuk BahanBakar PLT Biogas 80 KW di Desa Babadan

Kecamatan Ngajum Malang

Yasinta Fajar Saputri2212 105 070

Dosen Pembimbing IIr. Teguh Yuwono

Teknik Sistem Tenaga

Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

2014

Dosen Pembimbing IIIr. H. Syariffuddin Mahmudsyah, M.Eng.

Energi adalah kebutuhan pokok manusia. Konsumsi energi semakin meningkat dari tahun ke

tahun. Sebagian besar energi yang digunakan berasal

dari energi fosil, dan cadangan sumber dayaenergi fosil terbatas.

Harga energi semakin mahal. Masalah lingkungan hidup. Indonesia banyak memiliki sumber energi

terbarukan yang masih belum banyakdimanfaatkan, salah satunya pemanfaatan energibiogas.

Energi Biomassa dan Biogas menurut KementrianESDM potensinya sebesar 50 GW

Sesuai dalam PerPres No.5/2006 tentang kebijakan pemerintah mengenai”Skenario Bauran Energi Nasional” dalam jangka waktu tertentu (2006-2025), yang tertuang dalam Kebijakan Energi Nasional (KEN). Yangmenargetkan peningkatan peran energi baru dan terbarukan (EBT) menjadi17%

Gas Alam 28.57%

Batubara15.34%

Minyak Bumi51.66%

Panas Bumi 1.32%

Tenaga Air 3.11%

Energi Mix Tahun 2006

Batubara33%

Gas, 30%

Minyak Bumi

20%

Bahan Bakar Nabati, 5%

Panas Bumi, 5%

Biomasa, Nuklir, Tenaga airEnergi Matahari, Tenaga angin, 5%

Batubara cair, 2%

EBT

Energi Mix Tahun 2025

Bagaimana potensi energi terbarukan (energibiogas dari kotoran sapi) di Desa BabadanKecamatan Ngajum Malang.

Bagaimana analisis teknis, ekonomi,lingkungan dan sosial pembangunan PLTBiogas Desa Babadan Kecamatan NgajumMalang.

Apakah teknologi biogas dapat diterapkansebagai sumber energi baru dan terbarukan diDesa Babadan Kecamatan Ngajum Malangdengan menggunakan analisis keputusan.

Bahan baku biogas yang digunakan adalahlimbah peternakan (feses/kotoran ternak sapi)

Biogas hanya digunakan sebagai bahan bakarPembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLT Biogas)dan tidak untuk keperluan lain, sepertimemasak, dan sebagainya.

Analisa pengambilan keputusan penentuanjenis pembangkit ditinjau dari segi teknis,ekonomis, dan lingkungan.

Mengkaji pemanfaatan potensi limbah kotoransapi di Desa Babadan Kecamatan NgajumMalang sebagai bahan baku biogas.

Mempelajari dan menganalisa pengaruhpembangunan PLT Biogas di Desa BabadanKecamatan Ngajum Malang dalam usahapemenuhan kebutuhan tenaga listrik denganmempertimbangkan aspek teknis, ekonomi,lingkungan dan sosial.

Sumber : PNPM Kab Malang

Luas : 3.534,86 km2 atau353.486 ha

Terdiri dari 33 Kecamatan, 12 Kelurahan, 378 Desa

Terletak antara 0 - 2000 m dari permukaan laut

Jumlah penduduk2.419.889 jiwa (BPS Kab. Malang)

Merupakan industri penghasilsusu sapi

Luas ± 26 Ha dan berada padaketinggian 1200 meter di ataspermukaan laut

Suhu ± 160C dengan kelembabansebesar 45%

Memiliki 4.000 ekor sapi Frissian Holstein dari Australia

Dalam perhitungan suatu pembangkit tenaga biogas dari kotoransapi diperlukan lokasi peternakan untuk mendapatkan modeldasar pembangkit tersebut. Dalam perhitungan tersebutdigunakan model di Industri penghasil susu sapi yaitu PT.Greenfields Indonesia sebagai contoh kasus dalammenghasilkan kotoran sapi.

• Awal berdiri : 100 ekor

• Saat ini : 4000 ekor

Sapi dengan bobot 450 kg dapatmenghasilkan kotoran ± 25 kg/hari.

Sapi Frissian Holstein

Kapasitas Biogas Sebagai Bahan Bakar

Generator Listrik

Sumber : Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Badan Litbang Pertanian, Departemen Pertanian, 2008

• Jumlah sapi di PT. Greenfields Indonesia berjumlah 4000 ekor

• 1 ekor sapi mampu menghasilkan 25 kg kotoran / hari

• Produksi kotoran : 4.000 x 25 = 100.000 kg/hari

• Kandungan bahan kering : 100.000 x 0,20 = 20.000 kg.BK

• Potensi biogas dari kotoran sapi : 20.000 x 0,04 = 800 m3 / hari

Dengan demikian potensi energi listrik yang dihasilkan dari limbah kotoran sapiyang ada di PT. Greenfields Indonesia adalah :

800 m3 x 4,7 kWh = 3.760 kWh

dengan daya keluaran : 3760 / 24 = 156,6 Kw

Dengan kapasitansi per hari 3.760 kWh maka biogas dari kotoran sapi dapatdimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan di PT. Greenfields IndonesiaDesa Babadan Kecamatan Ngajum Malang untuk pembangkit listrik.

Perancangan Instalasi Pembangkitan Listrik

Tenaga Biogas

Penjelasan singkat dari rancangan di atas :1. Sebelum masuk digester, kotoran ternak dicampur dengan air dengan perbandingan 1:12. Kotoran ternak dan air dialirkan menuju Reaktor (Digester) melalui saluran masuk (inlet)

dan diaduk dengan menggunakan pengaduk mekanis.3. Kemudian gas yang dihasilkan dari campuran kotoran dan air dialirkan menuju penampang

gas, dengan diatur oleh valve pengatur tekanan.4. Biogas dari penampung gas bisa digunakan pada generator biogas untuk kemudian

menyalakan peralatan listrik.5. Zat sisa proses Digesterisasi dapat digunakan langsung sebagai pupuk kandang atau diolah

menjadi pupuk urea kemasan yang siap dijual atau dapat digunakan sebagai pakan ternaklele.

Komponen - Komponen Pembangkitan Listrik

Tenaga Biogas Saluran Masuk Slurry ( Kotoran Segar dan Air )

Sistem Pengaduk

Reaktor ( Digester )

Saluran Keluaran Residu

Katup Pengaman Tekanan (Control Valve)

Saluran Gas

Penampung Gas

Generator (Genset) Biogas

Macam-macam digester

1. Fixed Dome 2. Ballon 3. FloatingPlant Plant Drum Plant

Capital Investment Cost atau biaya pembangunan adalah sebesar :Biaya Pembangunan = = = 800 USD / kW

= Rp 9.200.000,- / kW(dengan kurs 1 USD = Rp 11.500,-)

(dengan kurs 1 USD = Rp 11.500,-)

Kemampuan Daya Beli Energi ListrikDengan input data sebagai berikut :

Pendapatan per kapita setiap bulan = Rp 1.215.000 (BPS Kab.Malang 2012)

Dengan mengasumsikan dalam 1 rumah tangga terdapat 4 anggota keluargasehingga didapat :

Pendapatan rumah tangga = Rp 1.215.000 x 4 = Rp 4.860.000

Dengan diasumsikan pengeluaran rumah tangga untuk energi listrik rata-rata adalah 8%, maka pengeluarannya sebesar Rp 388.800.

Dari hasil perhitungan didapatkan nilai daya beli masyarakat :x Rp 605/kWh = Rp 1.227,35 / kWh

Dimana Rp 191.651 adalah rata-rata biaya total pemakaian listrik, dan Rp 605 adalah harga rata-rata energi listrik per kWh

Dengan daya beli listrik rumah tangga sebesar Rp 1.227,35 maka harga jual energilistrik dari energi terbarukan biogas mampu dibayar oleh masyarakat karena rata-rata harga jual energi listrik yang berasal dari energi terbarukan biogas masihdibawah daya beli untuk listrik rumah tangga (direncanakan Rp 1.000)

Pendapatan Per-Tahun ( Cash In Flow / CIF)Persamaan pendapatan pertahun

CIF = kWhoutput x (Rp 1.000 – HJ) HJ = TC + ( i x TC)

a. Untuk Suku Bunga i = 6%CIF = 420.480 x (Rp 1.000 – Rp 330,35)

= Rp 281,5 juta/tahun

b. Untuk Suku Bunga i = 9%CIF = 420.480 x (Rp 1.000 – Rp 427,44)

= Rp 240,7 juta/tahun

c.Untuk Suku Bunga i = 12%CIF = 420.480 x (Rp 1.000 – Rp 555,13)

= Rp 187,1 juta/tahun

Nilai Awal Proyek ( Net Present Value / NPV)Persamaan Nilai Awal Proyek :

Laba Investasi ( Return of Investment / ROI)

Return of Investment adalah kemampuan pembangkit untuk mengembalikan dana investasidalam menghasilkan tingkat keuntungan yang digunakan untuk menutup investasi yang dikeluarkan.

Persamaan Nilai Awal Proyek :

Bennefitt = CIFt – COFt

Dimana:

t = jumlah keuntungan sampai tahun ke-t

CIFt = Pemasukan tahun ke-tCOFt = Pengeluaran tahun ke-t

Suku bunga 6% danainvestasi dapatdikembalikan padatahun ke- 6 sejak PLT Biogas beroperasi.

Suku bunga 9% : thn ke -7

Suku bunga 12% : thn ke -8

CDM (Clean Development Mechanism)

Negara maju dapat menurunkan emisi gas rumah kacanya denganmengembangkan proyek ramah lingkungan di negara berkembang, danmembebankan pajak karbon (Carbon Tax) pada industri-industri penghasilkarbon

CDM adalah mekanisme dibawah Kyoto Protocol, yang dimaksudkanuntuk membantu negara maju/industri memenuhi sebagian kewajibannyamenurunkan emisi serta membantu negara berkembang dalam upayamenuju pembangunan berkelanjutan dan kontribusi terhadap pencapaiantujuan konversi perubahan iklim.

Pembangkit listrik Biogas menghasilkan gas emisi yang rendah di bawahbatas Protocol Kyoto maka kita dapat biaya Carbon Credit.

Tahap Konstruksi

Pada tahap konstruksi akan terjadi penurunan kualitas udara berupameningkatnya kandungan debu akibat transportasi bahan bangunan, peralatandan pekerja di sepanjang jalan yang dilewati sarana transportasi menuju lokasiproyek. Dengan lokasi pembangkit di dalam kawasan PT. Greenfields Indonesia, maka dampak yang lain adalah terjadi gangguan terhadap sapi-sapi yang beradadalam kawasan tersebut.

Tahap Operasi

PLT Biogas ini tidak mengeluarkan emisi atau gas buangan seperti pembangkityang menggunakan bahan bakar fosil. Selain itu PLT Biogas juga dapat mereduksizat-zat dari kotoran hewan yang dapat mencemarkan lingkungan denganmenghasilkan gas-gas yang dapat menimbulkan efek rumah kaca seperti methana, karbon dioksida, dan hydrogen. Gas-gas yang dihasilkan dari pengolahan kotorantersebut dimanfaatkan sepenuhnya sebagai sumber energi sehingga pembangkitini ramah terhadap lingkungan

Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan dapat diambilbeberapa kesimpulan antara lain :1. Semakin menipisnya persediaan energi berbahan bakar fosil di Indonesia dan

mahalnya energi fosil alternatif, maka perlu diciptakan energi baru yang tidakakan habis dan harga terjangkau, salah satunya yakni dengan energi biogas.Biogas memiliki prospek yang baik sebagai energi alternatif pengganti energi tidakterbarukan di Indonesia. Energi Biogas jauh lebih murah dibandingkan dengansumber energi bahan bakar fosil

2. Di PT. Greenfield Indonesia desa Babadan Kabupaten Ngajum Malang,pemanfaatan biogas dengan menggunakan kotoran sapi sangat potensial. Sepertidiketahui kotoran sapi perhari dapat mencapai 25 kg, dengan jumlah sapisebanyak 4.000 ekor berpotensi menghasilkan energi listrik sebesar 3.760kWh/hari atau 12,8297 mega Btu. Jika dibandingkan dengan sumber biogaslainnya seperti kotoran gajah (2.538 kWh/hari), babi (698,79 kWh/hari), itik(281,76 kWh/hari) dan manusia (48,4 kWh/hari) potensi energi listrik yangdihasilkan oleh kotoran sapi lebih tinggi dari pada sumber-sumber tersebut.

3. Dengan daya beli listrik rumah tangga sebesar Rp 1.227,35/kWh dibandingkandengan harga jual energi listrik dari biogas sebesar Rp 1.000/kWh makamasyarakat di desa Babadan Kabupaten Ngajum Malang mampu membeli energilistrik dengan bahan bakar biogas tersebut. Selain itu, jika dilihat dari parameter-parameter dalam analisa keputusan yaitu dari aspek teknis, aspek ketersediaanenergi, ekonomis dan aspek lingkungan yang terdiri dari penanganan limbah danakibat pencemaran terhadap makhluk hidup didapatkan total perhitungan aspek-aspek tersebut sebesar 23, maka Pembangkit Listrik Tenaga Biogas denganmenggunakan kotoran sapi layak untuk dikembangkan di PT. Greenfields IndonesiaDesa Babadan Kabupaten Ngajum Malang

Proses Terjadinya Biogas

Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organikdengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkanoksigen disebut anaerobic digestion gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih50%) berupa metana, material organik yang terkumpul pada digester (reaktor)akan diuraikan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahappertama material organik akan didegradasi menjadi asam asam lemah denganbantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah padatingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa yangsederhana. Sedangkan asidifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawasederhana.

Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap keduadari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuanbakteri pembentuk metana seperti mathanococus, methanosarcina, methanobacterium.

Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranyahydrogen sulfide (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen sulphur, kandungan air dan oksigen (O2).

Sumber : Biogas Digest, Volume I, Biogas Basics, Information and Advisory Service on AppropriateTechnology (ISAT) and GATE in Deutsche Gesellscharft fur Technische Zusammenarbeit (GTZ),GmbH

Semakin besar gasmetana yang dihasilkan maka semakin besar pula energiyang dapat dihasilkan

Fungsi Komponen - Komponen PembangkitanListrik Tenaga Biogas Saluran Masuk Slurry ( Kotoran Segar dan Air )Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurry (campuran kotoran sapi dengan air)

kedalam reaktor utama biogas. Tujuan pencampuran adalah untukmemaksimalkan produksi biogas, memudahkan mengalirkan bahan baku danmenghindari endapan pada saluran masuk.

Sistem PengadukDengan pengadukan potensi material mengendap di dasar digester semakin kecil,

konsentrasi merata dan memberikan kemungkinan seluruh material mengalamiproses fermentasi anaerob secara merata.

Di PT. Greenfields Indonesia sistem pengadukan yang paling mungkin dilakukan agarkotoran segar dan air tercampur secara sempurna adalah dengan pengadukanmekanis.

Reaktor ( Digester )Digester merupakan komponen utama dalam produksi biogas. Digester merupakan

tempat dimana bahan organik diurai oleh bakteri secara anaerob (tanpa udara)menjadi gas CH4 dan CO2. Digester harus dirancang sedemikian rupa sehinggaproses fermentasi anaerob dapat berjalan dengan baik.

Digester merupakan tempat reaksi fermentasi anaerob limbah organik menjadi biogasterjadi.

Fungsi Komponen - Komponen PembangkitanListrik Tenaga Biogas Saluran Keluaran ResiduSaluran ini digunakan untuk mengeluarkan kotoran yang telah difermentasi oleh

bakteri. Katup Pengaman Tekanan (Control Valve)Fungsi dari katup pengaman adalah sebagai pengaman digester dari lonjakan tekanan

biogas yang berlebihan. Bila tekanan dalam tabung penampung biogas lebih tinggidari tekanan yang diijinkan, maka biogas akan dibuang keluar. Selanjutnyatekanan dalam digester akan turun kembali.

Saluran GasTujuan dari saluran biogas adalah untuk mengalirkan biogas yang dihasilkan digester.

Bahan untuk saluran gas disarankan terbuat dari polimer untuk menghindarikorosi.

Penampung GasPenampung gas adalah sebuah ruang kedap udara yang digunakan sebagai tempat

penyimpanan biogas yang telah dihasilkan dari proses biodigester sebelumdisalurkan ke genset biogas

Generator (Genset) BiogasMengubah energi gerak menjadi energi listrik. Disini, motor penggerak yang digunakan

untuk menghasilkan energi gerak adalah motor berbahan bakar gas, dan tentusaja gas yang digunakan adalah biogas.

Ballon Plant

- Digunakan untuk kapasitas kecil (rumah-rumah)

- Tidak tahan lama

- Murah

Fixed-dome Plant

- Konstruksi sederhana dan dapat dikerjakan dengan mudah

- Biaya konstruksi rendah

- Tidak terdapat bagian yang bergerak

- Dapat dipilih dari material yang tahan karat

- Umur panjang

- Dapat dibuat di dalam tanah sehingga menghemat tempat

- Apabila ada kebocoran tidak diketahui karena berada di dalam tanah

Floating Dome

- Konstruksinya lebih rumit karena ada tampungan gas yang bergerak seiringnaik atau turunnya produksi gas

- Harga lebih mahal

Perhitungan Volume Digester

Pembangunan digester yang ada di PT Greenfields Indonesia dengan volume totalsebesar 2.500 m3 atau 12,8297 mega Btu dengan ukuran 40 x 31,25 x 2 ataudapat menggunakan 4 buah digester yang masing-masing digester memilikivolume total sebesar 625 m3 (20 x 15,62 x 2)

Perhitungan Total Harga Investasi

Kemampuan Daya Beli Energi Listrik

(Data statistik PLN Malang 2012)

UraianTahun

2012 2013 2014

Pendapatan per kapita/bulan Rp 1.215.000 Rp 1.551.000 Rp 2.366.826

Pendapatan rumah tangga (4 orang/rumah)

Rp 4.860.000 Rp 5.374.800 Rp 6.540.000

Pengeluaran energi listrik rata-rata 8%

Rp 388.800 Rp 429.984 Rp 523.200

Daya (kW) 0,72 0,72 0,72

Faktor beban (%) 54,73 54,73 54,73

Rata-rata biaya total Rp 191.651 Rp 191.651 Rp 191.651

Harga rata-rata energi listrik per kWh

Rp 605 Rp 605 Rp 605

Daya beli masyarakat/ kWh Ro 1.227,35 Rp 1.357,36 Rp 1.651,63

Kemampuan Daya Beli Energi Listrik

Perbandingan Energi Pembangkitan PLT Biogas