PEMANFAATAN BIOGAS SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF, (Muh. Makmuri)

Kelangkaan bahan bakar minyak, yang salah satunya disebabkan oleh berkurangnya Cadangan minyak Fosil di perut bumi memaksa kenaikan harga minyak dunia secara signifikan, hal ini mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi secara bersama-sama. Meningkatnya harga bahan bakar minyak untuk kebutuhan rumah tangga sudah sangat  meresahkan masyarakat. Selain mahal, bahan bakar tersebut juga  makin langka di pasaran. Usaha untuk mengatasi hal-hal yang demikian ini mendorong pemikiran akan  perlunya pencarian sumber-sumber energi alternatif agar kebutuhan bahan bakar dapat dipenuhi tanpa merusak lingkungan.

Indonesia sebagai negara agraris yang beriklim tropis memiliki sumber daya pertanian dan peternakan yang cukup besar. Sumber daya tersebut, selain digunakan untuk kebutuhan pangan juga dapat berpotensi sebagai sumber energi dengan cara pemanfaatan limbah pertanian dan juga kotoran ternak menjadi bahan bakar biogas. 

limbah peternakan (kotoran ternak) merupakan salah satu alternatif yang sangat tepat untuk mengatasi naiknya harga pupuk dan kelangkaan bahan bakar minyak. Apalagi pemanfaatan kotoran ternak sebagai sumber bahan bakar dalam bentuk biogas. Teknologi dan produk tersebut merupakan hal baru bagi masyarakat petani dan peternak kita terutama di desa-desa. Pemanfaatan kotoran ternak sebagai sumber energi, tidak mengurangi jumlah pupuk organik yang bersumber dari kotoran ternak tersebut. Hal ini karena pada pembuatan biogas, kotoran ternak yang sudah diproses dikembalikan ke kondisi semula, yang diambil hanyalah gas metananya saja (CH₄) yang digunakan sebagai bahan bakar. Kotoran ternak yang sudah diproses pada pembuatan biogas dapat dipindahkan ke tempat lebih kering, dan bila sudah kering dapat disimpan dalam karung untuk penggunaan selanjutnya sebagai pupuk pertanian.

PENGERTIAN DAN SEJARAH BIOGAS

          Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion Gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana. material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraiakan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana.Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium.Perkembangan proses Anaerobik digestion telah berhasil pada banyak aplikasi. Proses ini memiliki kemampuan untuk mengolah sampah / limbah yang keberadaanya melimpah dan tidak bermanfaat menjadi produk yang lebih bernilai. Aplikasi anaerobik digestion telah berhasil pada pengolahan limbah industri, limbah pertanian limbah peternakan dan municipal solid waste (MSW).

      Pada prinsipnya, teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri methan sehingga dihasilkan gas methan. Gas methan adalah gas yang mengandung satu atom C dan empat atom H yang memiliki sifat mudah terbakar. Gas methan yang dihasilkan kemudian dapat dibakar sehingga dihasilkan energi panas. Bahan organik yang bisa digunakan sebagai bahan baku biogas ini adalah sampah organik, limbah yang sebagian besar terdiri dari kotoran, dan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya, serta air. Proses ini sebetulnya terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat, dan juga ledakan (kebakaran) yang terjadi di TPA Kawatuna beberapa waktu yang lalu.

         Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH₄) dan karbon dioksida (CO₂), dan beberapa kandungan lainnya yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H₂S) dan ammonia (NH₃) serta hydrogen dan (H₂), nitrogen yang kandungannya sangat kecil.

        Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH₄).Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO₂). Hidrogen sulphur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO₂ / SO₃). senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (H₂SO₃) suatu senyawa yang lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif.

Produksi biogas dipengaruhi oleh beberapa factor diantaranya adalah sebagai berikut

1. C/N rasio 20 – 30
2. pH – asam (6-7)
3. Kadar air dan suhu (25-35⁰ C)
4. Kandungan total padatan 
5. Ukuran reaktor biogas

            Apabila C/N terlalu tinggi, nitrogen akan dikonsumsi dengan cepat oleh bakteri metanogenik untuk pertumbuhannya dan hanya sedikit yang bereaksi dengan karbon akibatnya gas yang dihasilkan rendah. Sebaliknya jika C/N rendah, nitrogen akan dibebaskan dan berakumulasi dalam bentuk amoniak (NH₄) shg pH > 8,5 yang menyebabkan berkurangnya bakteri metanogenik.

Rasio Karbon dan Nitrogen (C/N) dari beberapa bahan (Karti dan Dixit/1984)

1. Kotoran bebek : 8
2. Kotoran manusia : 8
3. Kotoran ayam : 10
4. Kotoran kambing : 12
5. Kotoran babi : 18
6. Kotoran domba : 19
7. Kotoran sapi/kerbau : 24
8. Enceng gondok : 25
9. Kotoran gajah : 43
10. Batang jagung : 60
11. Jerami padi : 70
12. Jerami gandum : 90 
13. Serbuk gergaji : 200

          Prinsip pembangkit biogas, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry), dan pipa penyaluran biogas yang terbentuk. Di dalam digester ini terdapat bakteri methan yang mengolah limbah bio atau biomassa dan menghasilkan biogas.Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa, gas tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut dapat digunakan untuk keperluan memasak dan lain-lain

        Gas methan sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas.Sedangkan, proses fermentasi lebih lanjut untuk menghasilkan gas methan ini pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta (1776).Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan oleh Willam Henry pada tahun 1806.Dan Becham (1868), murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), adalah orang pertama yang memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan.

           Adapun alat penghasil biogas secara anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900.Pada akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis pada masa antara dua Perang Dunia. Selama Perang Dunia II, banyak petani di Inggris dan Benua Eropa yang membuat alat penghasil biogas kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Akibat kemudahan dalam memperoleh BBM dan harganya yang murah pada tahun 1950-an, proses pemakaian biogas ini mulai ditinggalkan. Tetapi, di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Oleh karena itu, di India kegiatan produksi biogas terus dilakukan semenjak abad ke-19. Saat ini, negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Nugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat penghasil biogas . Selain di negara berkembang, teknologi biogas juga telah dikembangkan di negara maju seperti Jerman.

KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA REACTOR BIOGAS

           Reaktor biogas tidaklah terlampau sulit untuk di buat, asalkan kita memahami system kerja dari reactor itu, maka kita dapat membuatnya dengan bahan-bahan yang ada di sekitar kita. Ada tiga komponen penting yang harus kita ketahui dalam membuat reaktor biogas diantaranya yaitu.

 Unit pencampur

            Unit pencampur ini dapat berupa ember atau wadah lainnya, yang berfungsi untuk Mencampur bahan baku (kotoran ternak) dengan air. perbandingan takaran atau volume antara kotoran dan air adalah 1:1 atau di sesuaikan dengan kondisi bahan biogas (kotoran)kadar kelembaban dari bahan baku kotoran yang ada, jika kotoran ternak kondisinya sedikit keras atau kering bisa ditambahkan air secukupnya bisa mencapai 2:3, begitu pula sebaliknya jika kotoran kondisinya sudah cukup basah atau cair volume air yang di tambahkan tidak perlu terlalu banyak. Tujuan dari pencampuran bahan baku dengan air yaitu untuk mempermudah memasukan bahan ke dalam reactor dan juga mempermudah proses penguraian bakteri di dalam reactor. Bahan yang telah tercampur rata dengan airlangsung dimasukkan ke dalam reactor. Ukuran dari unit pencampur ini bisa disesuaikan dengan ukuran reactor kapasitas yang dianjurkan yaitu 10 – 20 liter.

pencampur

 Digester  (reactor)

              Digester / reactor ini merupakan alat yang kedap udara dengan bagian-bagian pokok terdiri atas lubang pemasukan bahan baku pencerna, lubang pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry), dan pipa penyaluran biogas yang terbentuk. Di dalam digester ini terdapat bakteri methan yang mengolah limbah bio atau biomassa dan menghasilkan biogas. Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa,sehingga gas yang dihasilkan tersebut dapat dialirkan ke unit penampung yang kemudian dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut juga dapat digunakan untuk keperluan memasak dan lain-lain.

digester/reaktor

Unit penampung gas        

        Unit penampung gas ini berfungsi untuk menampung gas yang terbentuk.sehingga gas dapat tersimpan dengan aman dan dapat digunakan kapanpun sesuai keperluan.Semakin besar ukuran penampung gas akansemakin baik karena dapat menampung gas lebih banyak sehingga gas dapat digunakan hingga waktu yang lebih lama.

penampung gas

KONSTRUKSI BIOGAS SEKALA RUMAH TANGGA

            Untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga diperlukan sebuah reactor setidaknya berukuran 500 liter.Namun untuk lebih aman reactor harus berukuran 1000 liter hal ini menjaga agar produksi biogas oleh bakteri metan dapat memenuhi kebuthan masak setiap harinya.karena semakin besar ukuran reactor akan dapat menampung kotoran semakin banyak sehingga jumlah bakteri yang bekerja juga lebih banyak dan biogas yang dihasilkan akan lebih cepat dengan volumenyapun lebih banyak pula.Ada beberapa macam model dan tipe reactor biogas skala rumah tangga dari ukuran kecil hingga sedang.berikut beberapa gambar reactor biogas sekala rumah tangga.

              menggunakan satu unit drom sebagai pencerna dan sebuah ban bekas sebagai penampung gas bio, keuntungan menggunakan reaktor jenis ini adalah mudah dalam pembuatan, mudah dalam pengoperasian dan juga mudah dipindah-pindah, selain itu dengan penampung gas yang berupa karet dapat memberikan tekanan terhadap biogas yang dihasilkan sehingga pada saat kita menggunakan gas akan lebih mudah karena gas akan ditekan menuju kompor dengan sendirinya. Namun selain keuntungan tersebut, ada pula kekurangan yang dimiliki diantaranya yaitu ukuran reaktor yang kecil akan menghasilkan biogas yang sedikit, ukuran penampung yang kecil juga hanya dapat menampung gas yang sedikit pula, kontinyuitas dari penggunaan reaktor ini juga terhambat karena tidak memiliki saluran pengisian dan pembuangan kotoran yang portable sehingga mengalami kesulitan dalam mengisi dan mengganti bahan baku kotoran.

reaktor menggunakan sebuah Drum

          Reaktor jenis ini tidak terlalu jauh berbeda dengan reactor di atas keduanya masih menggunakan bahan drom sebagai reaktornya.namun perbedaan yang bisa kita lihat yaitu terdapat pada jumlah drom yang di gunakan dan desain yang dimiliki oleh reactor ini. Pada reactor ini, sudah memiliki saluran masuk dan buang yang terdapat pada kedua sisi reactor sehingga kontinyuitas dari penggunaan reaktot ini dapat berlangsung baik.Melihat konstruksinya yang simple,reactor ini juga sangat mudah di buat.namun karena reactor ini terbuat dari logam sehingga ketahanan terhadap korosi (karat) masih kurang baik.

menggunakan dua buah drum yang disambung

           Reaktor jenis ini hampir keseluruhan perangkatnya terbuat dari plastik polyetilena, Penggunaannya pun  memang sangat mudah namun perlu perawatan yang seksama karena melihat konstruksinya yang dari plastic tentunya reactor ini sangat rentan terhadap kebocoran sehingga perlu pengecekan/ perawatan berkala untuk mengantisi pasi terjadinya kebocoran. reactor ini mampu bertahan kurang lebih selama 4 tahun. Reactor jenis ini masih sangat sulit kita dapatkan di kota palu, untuk mendapatkannya kita masih perlu memesan ke tempat lain. Karena kita tidak bisa membuatnya sendiri, kotaPalupun belum bisa memproduksi peralatan seperti ini.

reaktor menggunakan plastik

          Reaktor yang terbuat dari beton tentunya memiliki daya tahan yang permanen namun pembuatan awal memerlukan biaya yang yang relative lebih mahal biladi bandingkan ketiga jenis reactor di atas. Dilihat dari segi keuntungan kita masih dapat mengandalkannya karena kita hanya dibebani biaya awal yang mahal kemudian setelah itu kita tidak akan mengeluarkan biaya lagi untuk keperluan lain selanjutnya.

reaktor permanen

PROSES PEMBUATAN BIOGAS

Berikut adalah langkah-langkah pembuatan biogas yang cukup mudah dan murah. 

1. Masukkan kotoran ke dalam wadah pencampur
2. Tambahkan air dengan perbandingan 1:1,5 atau sesuai dengan kadar kelembaban kotoran 
3. Aduk hingga merata.
4. Tutup kran saluran keluar gas.
5. Tuangkan kotoran ke dalam reaktor melalui saluran masuk.
6. Ulangi proses ini hingga kotoran mencukupi ukuran tabung reactor.
7. proses fermentasi akan berlangsung setelah reaktor tertutup rapat, dan akan menghasilkan  Biogas pada hari Kedua setelah pengisian. Gas yang di hasilkan baru bisa di manfaatkan sebagai bahan bakar rumah tangga setelah Volume mencukupi (1 m³)

 

ANALISA POTENSI BIOGAS

          Dari survey yang kami lakukan terhadap kondisi ternak yang ada di desa Sidondo III Kususnya trenak sapi, data yang kami peroleh bahwa seekor sapi mampu menghasilkan 10 Kg kotoran perharinya. Unuk menganalisa potensi biogas yang dapat dihasilkan kita perlu merujuk pada data-data ilmiah sebagai berikut:

Potensi produksi gas bio dari berbagai kotoran (fases) per kg

1. Sapi/kerbau : 0,023 – 0,040 m³ 
2. Babi : 0,040 – 0,059 m³ 
3. Unggas : 0,065 – 0,116 m³ 
4. Manusia : 0,020 – 0,028 m³

            Dari data yang ada kami peroleh 1 kg kotoran sapi menghasilkan 0,023 – 0,04 m³ biogas. Sehingga untuk 10 kg kotoran sapi berpotensi menghasilkan 0,035 x 10 atau sama dengan 0,35 m³ biogas, sedangkan 1 m³ biogas setara dengan 0,6 liter minyak tanah. Jadi satu ekor sapi yang menghasilkan 10 Kg kotoran perharinya berpotensi menghasilkan biogas 0,35 m³ atau setara dengan 0,21 liter minyak tanah. Untuk keluarga yang beranggotakan 4 orang biasanya memerlukan 0.75 liter minyak tanah perhari untuk keperluan masaknya. Sehingga reactor biogas skala rumah tangga yang dibuat memerlukan (0,7 / 0,21) atau ± 3 ekor sapi yang digunakan kotorannya untuk pembuatan biogas.

          Biaya 1 unit alat biogas adalah Rp ± 1.500.000,-. Untuk 4 orang anggota keluarga dibutuhkan BBM ± 0.75 liter. Sedangkan harga minyak tanah di passaran sekarang ± Rp 5.000,-. Jadi kebutuhan BBM satu bulan adalah : Rp 112.500, ( Rp 1.350.000,- per tahun)

         Produksi biogas per hari ± 1,5 m³ setara dengan 0.9 liter BBM @ Rp 5000, maka akan dihasilkan pendapatan sebesar Rp 4.500. sehingga pendapatan untuk 1 Bulan adalah Rp 1.35.000 atau Rp 1.620.000 per tahun. Keuntungan pada tahun 1 adalah : Rp 1.620.000 – Rp 1.500.000 adalah Rp 120.000. keuntungan Penghematan BBM dalam tahun 1 adalah : Rp 1.350.000 – Rp 1.620.000 = Rp 270.000. Sedangkan untuk tahun berikutnya keuntungan adalah sebesar Rp 1.620.000 – Tot.biaya perawatan/tahun