SUMBER ENERGI ALTERNATIF NON FOSIL

Picture6

Sehubungan cadangan minyak Indonesia hanya tersedia 10 tahun lagi menurut Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral ( ESDM) Widjajono Partonwidago ,mengatakan cadangan minyak Indonesia yang  tersedia saat ini cepat habis akibat prilaku masyarajkat Indonesia yang boros menggunakan (BMM).sebenar Indonesia bukan Negara kaya minyak ,pada tahun 2007 indonsia miliki cadangan hanya 4,4 miliar barel dengan produksi minyak 348 juta barel dan ekspor minyak mintah 135 juta barel ,angka cadangan minyak menyusut menjadi 3,7 miliar barel tahun ini,di lain pihak,volume impor minyak mentah mencapai 118 juta barel dan impor BMM sebesar 140 juta barel.(Sumber: Seputar Indonesia minggu 5 Juli 2009)  dengan demikian harus cari sumber alternative jangan tergantung minyak bumi supaya bergerak terus roda kehidupan ekonomi Indonesia maka harus dikembang sumber energi baru dan ramah lingkungan dan murah untuk hajat hidup orang banyak

CARA PEMBUAT BIOGAS
Energi biogas adalah salah satu dari banyak macam sumber energi terbarukan, energi biogas dapat diperoleh dari air buangan rumah tangga; kotoran cair dari peternakan ayam, sapi, babi; sampah organik dari pasar; industri makanan dan sebagainya. Produksi biogas memungkinkan pertanian berkelanjutan dengan sistem proses terbarukan dan ramah lingkungan. Pada umumnya, biogas terdiri atas gas metana (CH4) sekitar 55 hingga 80% (United Nations, 1984 Gas metana diproduksi dari kotoran hewan mengandung energi 4800-6700 Kcal/m3, sedangkan gas metana murni mengandung energi 8900 Kcal/m3. Sistim produksi biogas mempunyai beberapa keuntungan seperti (a) mengurangi pengaruh gas rumah kaca, (b) mengurangi polusi bau yang tidak sedap, (c) sebagai pupuk dan (d) produksi daya dan panas

Picture5

Energi biogas sangat potensial untuk dikembangkan. Pertama, produksi biogas dari kotoran peternakan sapi ditunjang oleh kondisi yang kondusif perkembangan peternakan sapi di Indonesia akhir-akhir ini. Indonesia adalah negara yang terbebas dari penyakit sapi gila (mad cow), penyakit kuku dan mulut (PMK), serta memiliki beberapa jenis sapi lokal yang unggul. Peningkatan kebutuhan susu dan daging sapi telah merubah pola pengembangan agribisnisnya dari skala kecil menjadi menengah/ besar. Di beberapa daerah telah berkembang  koperasi susu, peternakan sapi pedaging melalui kemitraan dengan perkebunan sawit, dsb. Kondisi yang demikian ini sangat mendukung ketersedian bahan baku secara kontinyu dalam jumlah yang cukup untuk memproduksi biogas. Kedua, regulasi di bidang energi seperti kenaikan tarif listrik, kenaikan harga LPG (Liquefied Petroleum Gas), premium, minyak tanah, minyak solar, minyak diesel dan minyak bakar telah mendorong pengembangan sumber energi alternatif yang murah, berkelanjutan dan ramah lingkungan.Peternak sapi di Indonesia rata-rata memiliki 2-5 ekor sapi dengan lokasi yang tersebar. Kondisi demikian menyebabkan penanganan limbah kotoran ternak sulit dilakukan secara terintegrasi dengan sistem pertanian. Penanganan limbah yang baik sangat penting karena dapat memperkecil dampak negatif terhadap lingkungan, seperti polusi tanah, air, udara dan penyebaran penyakit menular. Pada umumnya peternak menangani limbah secara sederhana, seperti membuat kotoran ternak menjadi kompos maupun menyebarkan secara langsung di lahan pertanian. Oleh karena itu,

pemanfatan kotoran ternak menjadi biogas diharapkan dapat memberikan nilai tambah pada usaha peternakan.
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Pada umumnya biogas terdiri atas gas metana (CH4) 50 sampai 70 persen, gas karbon dioksida  (CO2) 30 sampai 40 persen, Hidrogen (H2) 5 sampai 10 persen dan gas-gas lainnya dalam jumlah yang sedikit (Yadava and Hesse,1981; Abdulah, et al., 1991).
Biogas kira-kira memiliki berat 20 persen lebih ringan dibandingkan udara dan memiliki suhu pembakaran antara 650 sampai 750oC. Biogas tidak berbau dan berwarna yang apabila dibakar akan menghasilkan nyala api biru cerah seperti gas LPG. Nilai kalor gas metana adalah 20 MJ/ m3 dengan efisiensi pembakaran 60 persen pada konvesional kompor biogas.
Bakteri Metanogenik
Bakteri metanogenik atau metanogen adalah bakteri yang terdapat pada bahan-bahan organik dan menghasilkan metan dan gas-gas lainnya dalam proses keseluruhan rantai hidupnya dalam keadaan anaerobik. Sebagai organisme-organisme hidup, ada kecenderungan untuk menyukai kondisi tertentu dan peka pada iklim mikro dalam pencerna. Terdapat banyak spesies dari metanogen dan variasi sifat-sifatnya.
Perbedaan bakteri-bakteri pembentuk metan memiliki sifat-sifat fisiologi seperti bakteri pada umumnya, namun morfologi selnya heterogen. Beberapa berbentuk batang, bulat sedangkan lainnya termasuk kluster bulat disebut sarcine. Famili metanogen (bakteri metan) digolongkan menjadi 4 genus berdasarkan perbedaan-perbedaan sitologi. Bakteri berbentuk batang: (a) Tidak berspora, metanobakterium (b) berspora, metanobacillus. Bakteri berbentuk lonjong: (a)  Sarcine, metanosarcina (b)  Tidak termasuk group sarcinal, metanococcus.
Bakteri metanogenik berkembang lambat dan sensitif terhadap perubahan mendadak pada kondisi-kondisi fisik dan kimiawi. Sebagai contoh, penurunan 2 oC secara mendadak pada slurry mungkin secara signifikan berpengaruh pada pertumbuhannya dan laju produksi gas (Langrange, 1979).
Input dan sifat-sifatnya
Beberapa bahan yang dapat terurai secara organik dapat digunakan sebagai input prosesing biodigester. Namun, alasan teknis dan ekonomis, beberapa bahan lebih dikehendaki sebagai input daripada bahan lainnya. Jika input mahal atau perlu dibeli, kemudian keuntungan ekonomis luaran seperti gas dan slurry akan rendah. Sebaliknya, jika limbah yang mudah terurai secara organik dengan mudah tersedia digunakan sebagai input, keuntungan yang didapatkan akan berlipat dua: (a) nilai ekonomis biogas dan slurry, dan (b) harga pencemaran lingkungan dapat dihindari dengan penguraian limbah secara organik dengan cara ditaburkan ke lahan pertanian.
Salah satu dari beberapa hal yang menarik pada teknologi biogas adalah kemampuannya untuk membentuk biogas dari limbah organik yang jumlahnya berlimpah dan tersedia secara bebas. Potensi produksi gas dari beberapa kotoran hewan, seperti tercantum pada Tabel 1.
Tabel  1.  Potensi produksi gas dari berbagai tipe kotoran hewan

Tipe Kotoran Hewan    Produksi Gas Per Kg Kotoran (m3)
Sapi (sapi dan kerbau)
Babi
Peternakan ayam
Manusia    0.023 – 0.040
0.040 – 0.059
0.065 – 0.116
0.020 – 0.028
Sumber: United Nations (1984)

Variasi sifat-sifat biokimia menyebabkan produksi biogas juga bervariasi. Dua atau lebih bahan-bahan dapat digunakan bersama-sama dengan beberapa persyaratan produksi gas atau  pertumbuhan normal bakteri metan yang sesuai. Beberapa sifat input ini mempunyai dampak yang nyata pada tingkat produksi gas, seperti digambarkan sebagai berikut.
Rasio C/N
Hubungan antara jumlah Karbon dan Nitrogen yang terdapat pada bahan organik dinyatakan dalam terminologi rasio karbon/ nitrogen (C/N). Apabila rasio C/N sangat tinggi, Nitrogen akan dikonsumsi sangat cepat oleh bakteri metan sampai batas persyaratan protein dan tak lama bereaksi kearah kiri pada kandungan karbon pada bahan. Sebagai akibatnya produksi metan akan menjadi rendah. Sebaliknya, apabila rasio C/N sangat rendah, nitrogen akan bebas dan berakumulasi dalam bentuk amoniak (NH4), NH4 akan meningkatkan derajat pH bahan dalam pencerna. pH lebih tinggi dari 8,5 akan mulai menunjukkan akibat racun pada populasi bakteri metan.
Kotoran Hewan

Kotoran hewan, khususnya kotoran sapi, mempunyai rata-rata rasio C/N sekitar 24. Bahan tanaman seperti jerami dan tahi gergajian mengandung persentase karbon lebih tinggi. Rasio C/N dari beberapa bahan limbah komoditas terdapat pada Tabel 2. Bahan dengan rasio C/N tinggi dicampur dengan bahan yang rasio C/N-nya rendah sehingga didapatkan rata-rata rasio campuran input pada tingkat yang dikehendaki.
Tabel 2.  Rasio C/N dari beberapa bahan organik

Bahan    Rasio C/N
Kotoran bebek
Kotoran manusia
Kotoran ayam
Kotoran kambing
Kotoran babi
Kotoran domba
Kotoran kerbau/sapi
Air hyacinth
Kotoran gajah
Jerami (jagung)
Jerami (padi)
Jerami (gandum)
Tahi gergajian    8
8
10
12
18
19
24
25
43
60
70
90
diatas 200
Sumber: Karki and Dixit (1984)
Pengadukan dan konsistensi input
Sebelum dimasukkan kedalam digester, kotoran sapi dalam keadaan segar, dicampur dengan air dengan perbandingan 1:1 berdasarkan unit volume (air dan kotoran sapi dalam volume yang sama). Namun, jika kotoran sapi dalam bentuk kering, jumlah air harus ditambah sampai kekentalan yang diinginkan (bervariasi antara 1:1,25 sampai 1:2). Pengadukan dilakukan untuk menjaga total partikel padat tidak mengendap pada dasar pencerna dan jika terlalu pekat, partikel-partikel menghambat aliran gas yang terbentuk pada bagian bawah pencerna. Sebagai akibatnya, produksi gas lebih sedikit daripada perolehan optimum.
Padatan tak stabil
Berat padatan organik terbakar habis pada suhu 538oC didefinisikan sebagai padatan tak stabil. Potensi produksi biogas dari bahan-bahan organik, pada Tabel 1, dapat dikalkulasi berdasarkan kandungan padatan tak stabil. Semakin tinggi kandungan padatan tak stabil dalam satu unit volume dari kotoran sapi segar akan menghasilkan produksi gas yang lebih banyak.
Percernaan
Pencernaan mengacu berbagai reaksi dan interaksi yang terjadi diantara bakteri metanogen dan non-metanogen dan bahan yang diumpankan kedalam pencerna sebagai input. Ini adalah phisio-kimia yang komplek dan proses biologis melibatkan bebagai faktor dan tahapan bentuk. Penghancuran input yang merupakan bahan organik dicapai dalam tiga tahapan, yaitu (a) hidrolisa, (b) acidification, dan (c) methanization.
CH3COOH      ¾¾¾¾>       CH4              +            CO2
Asam asetat              metana                         karbondioksida

2CH3CH2OH       +       CO2                   ¾¾¾¾>       CH4         +         2CH3COOH
etanol              karbondioksida             metana             asam asetat

CO2                      +       4H2                    ¾¾¾¾>      CH4         +         H2O
karbondioksida      hidrogen                  metana              air
Persamaan diatas menunjukkan bahwa banyak produk, hasil samping dan produk antara dihasilkan pada proses pencernaan input dalam kondisi anaerobik sebelum produk akhir (metana) diproduksi. Secara jelas, banyak faktor yang memfasilitasi dan menghambat telah memainkan peranan dalam proses. Beberapa faktor tersebut didiskusikan sebagai berikut.
(a)  Nilai pH
Produksi biogas secara optimum dapat dicapai bila nilai pH dari campuran input didalam pencerna berada pada kisaran 6 dan 7. Derajat keasaman (pH) dalam pencerna juga merupakan fungsi waktu didalam pencerna tersebut. Pada tahap awal proses fermentasi, asam organik dalam jumlah besar diproduksi oleh bakteri pembentuk asam, pH dalam pencerna dapat mencapai dibawah 5. Keadaan ini cenderung menghentikan proses pencernaan atau proses fermentasi. Bakteri-bakteri metanogenik sangat peka terhadap pH dan tidak bertahan hidup dibawah pH 6.6. Kemudian proses pencernaan berlangsung, konsentrasi NH4 bertambah pencernaan nitrogen dapat meningkatkan nilai pH diatas 8. Ketika produksi metana dalam kondisi stabil, kisaran nilai pH adalah 7,2 sampai 8,2.
(b)  Suhu
Bakteri metanogen dalam keadaan tidak aktif pada kondisi suhu ekstrim tinggi maupun rendah. Suhu optimum yaitu 35oC. Ketika suhu udara turun sampai 10oC produksi gas menjadi berhenti. Produksi gas sangat bagus yaitu pada kisaran mesofilik, antara suhu 25oC dan 30oC. Penggunaan isolasi yang memadai pada pencerna membantu produksi gas khususnya di daerah dingin.

(c)   Laju Pengumpanan
Laju pengumpanan adalah jumlah bahan yang diumpankan kedalam pencerna per unit kapasitas pencerna per hari. Pada umumnya, 6 kg kotoran sapi per m3 volume pencerna adalah direkomendasikan pada suatu jaringan pengolah kotoran sapi. Apabila terjadi pengumpanan yang berlebihan, terjadi akumulasi asam dan produksi metana akan terganggu. Sebalik bila pengumpanan kurang dari kapasitas pencerna, produksi gas juga menjadi rendah.
(d)  Waktu tinggal dalam pencerna
Waktu tinggal dalam pencerna adalah rerata periode waktu saat input masih berada dalam pencerna dan proses pencernaan oleh bakteri metanogen. Dalam jaringan pencerna dengan kotoran sapi, waktu tinggal dihitung dengan pembagian volume total dari pencerna oleh volume input yang ditambah setiap hari. Waktu tinggal juga tergantung pada suhu, dan diatas 35oC atau suhu lebih tinggi, waktu tinggal semakin singkat.
(e)  Toxicity
Ion mineral, logam berat dan detergen adalah beberapa material racun yang mempengaruhi pertumbuhan normal bakteri patogen didalam reaktor pencerna. Ion mineral dalam jumlah kecil (sodium, potasium, kalsium, amonium dan belerang) juga merangsang pertumbuhan bakteri, namun bila ion-ion ini dalam konsentrasi yang tinggi akan berakibat meracuni. Sebagai contoh, NH4 pada konsentrasi 50 hingga 200 mg/l merangsang pertumbuhan mikroba, namun bila konsentrasinya diatas 1500 mg/l akan mengakibatkan keracunan. Meskipun terdapat banyak zat yang menghasilkan racun
pada pertumbuhan bakteri, ambang konsentrasinya tercantum pada Tabel 3.
Tabel 3.   Tingkatan racun dari beberapa zat penghambat

Zat Penghambat    Konsentrasi
Sulfat (SO4-2)
Sodium Klorida atau garam (NaCl)
Nitrat (dihitung sebagai N)
Tembaga (Cu+2)
Khrom (Cr+3)
Nikel (Ni+3)
Sodium (Na+)
Potasium (K+)
Kalcium (Ca+2)
Magnesium (Mg+2)
Mangan (Mn+2)     5,000 ppm
40,000 ppm
0.05 mg/l
100 mg/l
200 mg/l
200 – 500 mg/l
3,500 – 5,500 mg/l
2,500 – 4,500 mg/l
2,500 – 4,500 mg/l
1,000 – 1,500 mg/l
above 1,500 mg/l
Source: Chengdu Biogas Research Institute, Chengdu, China (1989).
(f)  Slurry
Slurry adalah residu dari input yang keluar dari lubang pengeluaran setelah mengalami proses fermentasi oleh bakteri metana dalam kondisi anaerobik didalam pencerna. Setelah ekstraksi biogas (energi), slurry keluar dari ruang pencerna sebagai produk samping dari sistem pencernaan secara aerobik. Kondisi ini, dapat dikatakan manur dalam keadaan stabil dan bebas pathogen serta dapat dipergunakan untuk memperbaiki kesuburan tanah dan meningkatkan produksi tanaman.

Pertimbangan-Pertimbangan Desain

Faktor utama yang mempengaruhi pemilihan desain atau model instalasi biogas adalah sebagai berikut:
a.  Ekonomi. Instalasi yang ideal harus semurah mungkin (dalam hal biaya produksi per unit   volume biogas) baik bagi pengguna maupun masyarakat.
b.  Sederhana. Desain harus sederhana tidak hanya dalam hal konstruksi tetapi juga untuk operasional dan perawatannya (O&M). Hal ini adalah merupakan pertimbangan penting khususnya untuk daerah pedesaan dimana kemampuan SDM dalam baca-tulis masih rendah dan tenaga kerja trampil masih jarang.
c.  Penggunaan bahan lokal. Penggunaan bahan lokal harus memberikan nilai tambah pada konstruksi instalasi biogas.
d.  Keawetan (durability). Konstruksi instalasi biogas memerlukan ketrampilan khusus dalam pembuatan agar lebih tahan lama meskipun hal ini memerlukan investasi awal yang lebih mahal.
e.   Sesuai dengan tipe input. Desain harus sesuai dengan tipe input yang akan dipergunakan. Apabila bahan limbah tanaman seperti jerami padi, jerami jagung atau limbah pertanian yang sejenis dipergunakan, maka pengumpanan secara batch atau sistem tidak kontinyu harus dapat dipergunakan pada disain dengan pengumpanan kontinyu atau semi-kontinyu.
f.   Frekuensi penggunaan input dan output. Pemilihan desain dan berbagai ukuran komponen juga tergantung pada berapa sering pengguna dapat memberikan umpan ke sistem dan menggunakan gas.
Desain Reaktor
Unit produksi biogas dengan sistem pengumpanan kontinyu mempunyai dua unit utama, yaitu:
a.    Unit Pencerna
Unit pencerna adalah suatu konstruksi fisik, umumnya dikenal sebagai instalasi biogas. Karena berbagai reaksi kimia dan mikrobiologi ambil bagian dalam pencerna, maka juga dikenal sebagai bio-reaktor atau reaktor anaerobik. Fungsi utama dari struktur ini adalah untuk memperoleh kondisi anaerobik didalamnya. Oleh karena itu, bio-reaktor harus kedap air dan udara. Bio-reaktor dapat dibuat dari berbagai material bangunan dan berbeda dalam bentuk dan ukuran. Konstruksi dari bentuk-bentuk struktur adalah merupakan bagian utama dari biaya investasi.
b.    Unit Penampung Gas
Fungsi dari penampung gas adalah untuk menampung gas metana (CH4) yang dihasilkan dari berbagai rekasi kimia dan mikrobiologi didalam unit bio-reaktor.

Disain Digester Kapasitas volumetrik produksi gas metana (spesifik yield) dihitung dengan persamaan berikut [14]:     (1.1)K  =  0,8 + 0,0016 × e 0,06× So                                                                                      (1.2)mm = 0,013 (T) – 0,129                                              (1.3)Vs    :  Specific yield (kapasitas volumetrik produksi gas metana, m3/hari/m3    digester)Bo      :    Kapasitas produksi gas metana tertinggi, dalam m3 gas metana/ kg volatile solid  yang ditambahkan.So       :      Konsentrasi volatile solid didalam input material, kg/ m3  HRT   :      Hydraulic Retention Time, hariK        :      Koefisien kinetik, tidak berdimensimm     :       Laju pertumbuhan spesifik maksimum dari mikroorganisme, per hari.Volume digester : (1.4)Volume penampung lumpur keluaran dari digester, Vpl : (2.5)R        :    Jari – jari kubah digestert         :    Tinggi kerucut bagian lantai digester.Dengan mengetahui kapasitas volumetrik produksi gas metana (Vs) dan volume digester maka kuantitas biogas yang dihasilkan dapat diketahui. Penutup     Di Indonesia, teknologi biogas tidak berkembang sepesat di India dan Cina.  Banyak faktor yang menjadi sebab penghambat perkembangan tersebut, diantaranya investasi awal yang mahal. Untuk itu, dalam aplikasinya diperlukan konstruksi bio-reaktor yang sederhana dan murah dengan dukungan SDM yang memadai, serta kajian ekonomi yang menguntungkan untuk lebih meyakinkan calon penggunanya.    Pemanfaatan energi biogas dari limbah pertanian (kotoran hewan) memiliki keuntungan ganda, selain dihasilkan gas metana (CH4), dihasilkan juga pupuk cair (slurry), kompos, serta mencegah pencemaran biologis, tanah, udara dan air. Pemanfaatan energi alternatif terbarukan dan berkelanjutan dengan mengembangkan teknologi biogas memiliki peluang yang besar karena sejalan dengan program pemerintah dibidang peternakan, antara lain yaitu koperasi, pola inti rakyat (PIR), kawasan khusus pengembangan peternakan, kawasan terintegrasi, crop-livestock-system/cls, dan agropolitan,  pengembangan kawasan-kawasan tersebut dapat menjadi sasaran penerapan konsep nir limbah (zero waste) dalam pratik pertanian yang berkelanjutan dan ramah lingkungan.Daftar PustakaAbdullah,K., Abdul Kohar Irwanto, Nirwan Siregar, Endah Agustina, Armansyah H.Tambunan, M. Yasin, Edy Hartulistiyoso, Y. Aris Purwanto, 1991. Energi  dan Listrik Pertanian, JICA-DGHE/IPB Project/ADAET, JTA-9a (132)Chengdu Biogas Research Institute, Chengdu, China. 1989. The Biogas Technology in China.Department of Energy and Mineral Resources. 2004. The International Workshop on Biomass & Clean Fossil Fuel Power Plant Technology: Sustainable Energy Development & CDM. Jakarta, January 13 – 14, 2004. Indonesia.Ditjen Listrik dan Pengembangan Energi, Departemen Sumberdaya Energi dan Mineral. 2000. Dinamika Listrik dan Pengembangan Energi. Ditjen Pengembangan Peternakan, Dirjend Bina Produksi Peternakan, Departement Pertanian. 2003.a.  Pengembangan Kawasan Agribisnis Berbasis Peternakan. Ditjen Pengembangan Peternakan, Dirjend Bina Produksi Peternakan, Departement Pertanian. 2003.b.  Integrasi Ternak Dengan Areal Tanaman Hortikultura.

Daftar Pustaka

Abdullah,K., Abdul Kohar Irwanto, Nirwan Siregar, Endah Agustina, Armansyah H.Tambunan, M. Yasin, Edy Hartulistiyoso, Y. Aris Purwanto, 1991. Energi  dan Listrik Pertanian, JICA-DGHE/IPB Project/ADAET, JTA-9a (132)
Chengdu Biogas Research Institute, Chengdu, China. 1989. The Biogas Technology in China.
Department of Energy and Mineral Resources. 2004. The International Workshop on Biomass & Clean Fossil Fuel Power Plant Technology: Sustainable Energy Development & CDM. Jakarta, January 13 – 14, 2004. Indonesia.
Ditjen Listrik dan Pengembangan Energi, Departemen Sumberdaya Energi dan Mineral. 2000. Dinamika Listrik dan Pengembangan Energi.
Ditjen Pengembangan Peternakan, Dirjend Bina Produksi Peternakan, Departement Pertanian. 2003.a.  Pengembangan Kawasan Agribisnis Berbasis Peternakan.
Ditjen Pengembangan Peternakan, Dirjend Bina Produksi Peternakan, Departement Pertanian. 2003.b.  Integrasi Ternak Dengan Areal Tanaman Hortikultura.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s