NALISIS POTENSI KOTORAN TERNAK SAPI SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS DI PANTAI BARU BANTUL

i

NALISIS POTENSI KOTORAN TERNAK SAPI SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS DI PANTAI BARU BANTUL

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

DISUSUN OLEH : MEI KURNIAWAN

20120120051

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2016

iii

HALAMAN PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Mei Kurniawan

NIM : 20120120051

Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik

Universitas : Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa naskah Tugas Akhir “Analisis potensi kotoran ternak sapi sebagai pembangkit listrik tenaga biogas di Pantai Baru Bantul” merupakan hasil karya tulis saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjaanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan daftar pustaka dengan mengikuti tata cara dan etika penulisan karya tulis ilmiah yang lazim.

Yogyakarta, 16 Desember 2016 Penulis

v MOTTO

Tanpa cinta, kecerdasan itu berbahaya. Dan tanpa kecerdasan, cinta itu tidak cukup.

Harus konsisten dalam menekuni bidang disiplin ilmu yang anda pelajari. Karena konsisten anda bisa seperti

saya (Habibie).

Failure only happens when we give up. (Baharuddin Jusuf Habibie)

vii

PERSEMBAHAN

Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan petunjuk dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Dengann penuh rasa syukur, tugas akhir ini penulis persembahkan kepada :

1. Kedua orang tuaku Bapak Yatno dan Ibu Yahmini yang paling aku cintai dan aku sayangi sepanjang hayatku yang senantiasa mendoaakan, menyayangi dan mendidiku sepenuh jiwa.

2. Adikku Ayem Dwi Lestari dan Retno Wulandari yang memberi semangat dan motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Unutk simbok Karti tercinta selalu menyayangiku sepenuh hati, dan paman, bibi, sepupu, keponakan yang selalu memberikan semangat dan doa untuk kesuksesanku menuntut ilmu.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah, puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya berupa kesehatan dan kesempatan sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Analisis potensi kotoran ternak sapi sebagai pembangkit listrik tenaga biogas di Pantai Baru Bantul” dengan baik. Sholawat serta salam semoga selalu tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. yang telah membawa umat manusia dari zaman kebodohan menuju zaman yang penuh dengan ilmu pengetahuan.

Penyelesaian tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tidak terhingga kepada:

1. Kedua orang tuaku Bapak Yatno dan Ibu Yahmini yang tak henti-hentinya mendoakan dan mendukung baik secara moral maupun material;

2. Bapak Prof. Dr. Bambang Cipto, M.A. Rektor Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menimba ilmu di lembaga ini;

3. Bapak Jazaul Ikhsan, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta;

4. Bapak Ir. Agus Jamal, M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro yang telah memberikan izin penyusunan tugas akhir kepada penulis; 5. Bapak Rahmat Adiprasetya A.H, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing

ix

Pembimbing II yang dengan sabar membimbing, memberi petunjuk dan mengarahkan penulis selama Tugas Akhir;

6. Dosen Penguji

7. Segenap Dosen Pengajar Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta;

8. Staf Tata Usaha Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta; 9. Staf Laboratorium Prodi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

Yogyakarta;

10.Teman seperjuangan Fajar, Aprizal semangat jiwe, Rizky, Gandhi, yang telah berbagi susah senang selama 4 tahun terakhir, semoga kita tetap bersama selamanya;

11.Teman-teman mahasiswa teknik elektro 2012 dan anak kos Rw yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang sangat menginspirasi;

12.Teman-teman KKN Hendra, Eko, Heru, Ryo, Amel, Inggi, Vendy, Anggit yang telah bersama-sama selama sebulan ber-KKN di dusun Niron, Ds. Pandowoharjo;

13.Semua pihak yang telah berpengaruh dalam hidup penulis secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, terima kasih telah hadir di hidup penulis.

Teriring doa semoga bantuan dan amal keaikan yang diberikan kepada penulis mendapat imbalan pahala dan ridho dari Allah SWT. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, hal ini mengingat kemampuan dan pengalaman dalam penyusunan tugas akhir ini yang terbatas. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk perbaikan dan pengembangan penelitian selanjutnya. Tidak ada yang dapat penulis berikan selain ucapan terima kasih atas seluruh bantuan yang telah diberikan.

x

Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dan memberi tambahan ilmu bagi para pembaca. Semoga Allah SWT meridhoi kita semua, aamiin.

Wassalammu’alakum Wr. Wb.

Yogyakarta, 16 Desember 2016 Penulis

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined. HALAMAN PERNYATAAN ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ... iError! Bookmark not defined. MOTTO ... Error! Bookmark not defined. INTISARI ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PERSEMBAHAN ... Error! Bookmark not defined.

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR GAMBAR ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR TABEL ... Error! Bookmark not defined. BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined. 1.1 Latar Belakang... Error! Bookmark not defined. 1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Manfaat Penulisan ... 3

1.7 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 5

2.1 Tinjauan Pustaka ... 5

2.2 Dasar Teori ... 6

2.2.1 Sumber Potensi ... 6

2.2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Biogas ... 7

2.2.3 Pengertian Biogas... 8

2.2.4 Proses Pembentukan Biogas ... Error! Bookmark not defined. 2.2.5 Potensi Pemanfaatan kotoran Sapi ... 13

2.2.6 Manfaat Energi Biogas ... 13

2.3 Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Biogas ... 15

2.3.1 Nutrisi dan Penghambat bagi bakteri Anaerob ... 15

2.3.2 Digestifikasi Anaerobik ... 15

xii

2.3.4 Derajat Keasaman (pH) ... 16

2.3.5 Kandungan Nitrogen dan Rasio Karbon Nitrogen ... 17

2.3.6 Pengadukan Bahan Organik ... 18

2.3.7 Pengaturan Tekanan ... 19

2.4 Konversi Energi Biogas dan Pemanfaatannya ... 19

2.4.1 Konversi Energi Biogas Untuk Ketenagalistrikan ... 19

2.5 Digester Biogas ... 20

2.5.1 Jenis-jenis Digester Biogas ... Error! Bookmark not defined. 2.5.2 Komponen utama Digester ... Error! Bookmark not defined. 2.5.3 Teknik Pencucian Biogas ... Error! Bookmark not defined. 2.6 Homer ... 27

2.7.1 Tutorial HOMER ... Error! Bookmark not defined. 2.7 Konfigurasi HOMER ... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 30

3.1 Metodologi Penelitian ... 30

3.2 Alat Penelitian ... 30

3.3 Bahan Penelitian ... 30

3.4 Lokasi Penelitian ... 31

3.5 Tahapan Persiapan ... 32

3.6 Langkah-Langkah Penyusunan Karya Tulis ... 32

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANError! Bookmark not defined. 4.1 Perhitungan Potensi Biogas di Kawasan Peterbakan Pantai Baru Bantul Yogyakarta ... Error! Bookmark not defined. 4.1.1 Kondisi Peternakan Sapi Pantai Baru bantul YogyakartaError! Bookmark not defined. 4.1.2 Potensi Pembentukan Bahan Bakar Biogas di Peternakan Sapi Pantai Baru Bantul Yogyakarta... Error! Bookmark not defined. 4.2 Data Beban ... Error! Bookmark not defined. 4.3 Perancangan Sistem Homer ... 41

4.3.1 Simulasi Primary Load 1 ... 42

4.3.2 Generator 1 ... 43

4.3.3 Grid... 45 4.4 Analisis Optimasi Homer ... Error! Bookmark not defined. 4.4.1 Hasil Konfigurasi Homer... Error! Bookmark not defined.

xiii

4.4.2 Analisa Konfigurasi Sistem Optimal... 49

4.4.3 Potensi Biogas ... 49

4.4.4 Hasil Pembangkit Sistem ... 51

4.4.5 Analisi Sistem Optimal... 53

4.4.6 Biaya Biaya ... 54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... Error! Bookmark not defined. 5.1 Kesimpulan... Error! Bookmark not defined. 5.2 Saran ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ... 58

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema pembangkit listrik tenaga biogas... 7

Gambar 2.2 Digestifikasi Anaerobik alamiah dan buatan ... 16

Gambar 2.3 Digester biogas ... 20

Gambar 2.4 Fixed dome (kubah terbuka) ... 21

Gambar 2.5 Floating dome (kubah apung)... 23

Gambar 2.6 Skema Pencucian Biogas secara fisika ... 26

Gambar 2.7 Tampilan utama HOMER ... 28

Gambar 3.1 Peta Lokasi Pantai Baru, Srandakan, Kabupaten Bantul, Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta ... 31

Gambar 3.2 Flowchart Metodologi Penelitian ... 32

Gambar 4.1 Pemilihan Komponen Homer Energy ... 41

Gambar 4.2 Simulasi data beban menggunakan Homer Energy ... 42

Gambar 4.3 Penggunaan energi listrik setiap jamnya dalam sehari ... 42

Gambar 4.4 Penggunaan energy listrik per jam untuk tiap bulan ... 43

Gambar 4.5 Perancangan Sistem Generator 1 ... 44

Gambar 4.6 Cost Curve Generator 1 ... 44

Gambar 4.7 Fuel Curve Generator 1 ... 45

Gambar. 4.8 Perancangan Untuk Sistem Grid ... 46

Gambar 4.9 Perancangan Konfigurasi Homer... 47

Gambar 4.10 Hasil Kalkulasi Konfigurasi Homer Energy ... 47

Gambar 4.11 Jumlah rata-rata feedstock biogas dalam setahun... 49

Gambar 4.12 Hasil produksi biogas per bulan dalam setahun ... 50

Gambar 4.13 Massa biogas yang dihasilkan per kg ... 50

Gambar 4.14 Daya yang dibangkitkan konfigurasi ... 51

Gambar 4.15 Produksi listrik per bulan dalam satu tahun ... 52

xv

DAFTAR TABEL

Gambar 2.1 Komponen penyusun biogas ... 11

Gambar 2.2 Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkan ... 12

Gambar 2.3 Rasio C/N beberapa bahan organik ... 18

Gambar 2.4 Konversi Energi GasMetan menjadi Energi Listrik ... 19

Gambar 2.5 Kelebihan dan kekurangan jenis digester kubah tetap ... 22

Gambar 4.1 Potensi Biogas ... 37

Gambar 4.2 Data beban pantai baru... 38

Gambar 4.3 Konsusmsi energi listrik di wilayah Pantai Baru ... 40

Gambar 4.4 Hasil konfigurasi sistem optimal HOMER energy ... 48

Gambar 4.5 Kelebihan daya listrik PLTBG Pantai Baru ... 53

59

LAMPIRAN

60 Genset Biogas

(https://www.alibaba.com) Spesifikasi Genset Biogas

vi

INTISARI

Tujuan utama dari skripsi ini adalah mengetauhi potensi biogas dari kotoran ternak sapi sebagai pembangkit listrik tenaga biogas. Indonesia adalah salah satu negara yang banyak memiliki peternakan sapi dan berpotensi unutk memanfaatkan kotoran ternak sapi sebagai sumber enrergi terbarukan. Salah satu contoh yang memanfaatkan kotoran ternak sapi sebagai sumber enregi terbarukan adalah Pantai Baru Bantul Yogyakarta.

Pembangkit listrik tenaga biogas adalah suatu sistem pembangkit dimana biogas digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin pembakaran, yang mengubahnya menjadi energi mekanik, menggerakan generator listrik untuk menghasilkan listrik.

Sistem pembangkit listrik (generator biogas) yang paling optimal dengan model sistem pembangkit listrik grid-connected. Perhitungan hasil potensi biogas kotoran ternak sapi (feedstock biomass) dengan memanfaatkan limbah kotoran ternak sapi ebagai sumber energi generator 1 dan perhitungan konsumsi daya pada Pantai Baru yang dengan secara menyeluruh sistem merupakan system digunakan bantuan perangkat lunak, dalam hal ini HOMER legacy. Perangkat lunak ini mengoptimasi berdasarkan nilai NPC terendah.

Hasil simulasi dan optimasi berbantuan software HOMER menunjukkan bahwa secara keseluruhan sistem yang paling optimal untuk diterapkan di Pantai Baru system pembangkit listrik (100%) dengan Grid PLN (0%). Dihitung 0% dikarenakan langganan dari PLN tidak dimanfaatkan dalam sistem pembangkit karena pembangkit mampu menampung daya konsumsi seluruh wilayah Pantai Baru. Hasil total daya yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga biogas sebesar 350,400 kWh/tahun dari hasil analisa Homer Energy.

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi sangat diperlukan dalam kehidupan sehari-hari. Sumber energi dapat berasal dari matahari, bahan bakar minyak, gas alam dan kayur bakar. Energi tersebut digunakan untuk keperluan ruamh tangga seperti masak-memasak dan penerangan. Kelangkaan bahan bakar minyak, yang salah satunya disebabkan oleh kenaikan harga minyak dunia pada setiap tahunnya yang signifikan, telah mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi secara bersama-sama.

Upaya penghematan energi untuk bahan bakar seharusnya sudah digerakan sejak dahulu karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi, gas maupun batu bara adalah sumber energi fosil yang tidak dapat diperbaharui

(unrenewable_{). Sedangkan permintaan terus naik, demikian pula dengan harganya}

sehingga tidak ada stabilitas keseimbangan antara permintaan dan penawaran. Salah satu jalan untuk menghemat bahan bakar minyak dan sumber energi yang

unrenewable _{adalah dengan mencari sumber energi alternatif yang dapat}

diperbaharui (renewable_).

Bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batubara merupakan sumber energi utama di Indonesia, akan tetapi sumber energi tersebut berdampak merusak lingkungan termasuk pencemaran udara, emisi gas rumah kaca dan pemanasan global. Kebutuhan energi nasional diketahui lebih dari 50% penggunaannya didominasi oleh bahan bakar fosil, untuk itu pengembangan energi alternatif menjadi pilihan yang penting. Sudah saatnya semua negara memutuskan ketergantungan terhdap sumber energi fosil beralih ke sumber energi alternatif menjadi pilihan yang penting (Hambali et al. 2007).

2 Indonesia sebagai negara tropis memiliki sumber energi baru terbarukan yang melimpah sebagai energi alternatif pengganti energi fosil. Salah satu energi alternatif tersebut ialah pemanfaatan energi biogas. Biogas dapat dikategorikan sebagai bioenergi, karena energi yang dihasilkan dari biomassa. Biomassa adalah materi organik berusia relatif muda yang berasal dari makhluk hidup atau produk dan limbah produksi budidaya (pertanian, perkebunan, kehutanan, pertenakan dan perikanan). Biogas merupakan gas produk akhir pencernaan/degradasi anaerobik (dalam lingkungan tanpa oksigen) oleh bakteri-bakteri methanogen. Salah satu limbah yang dihasilkan dari aktifitas kehidupan manusia adalah limbah dari usaha ternak peternakan sapi yang terdiri dari feses, urin, gas dan sisa makanan ternak. Potensi limbah peternakan sebagai salah satu bahan baku pembuatan biogas dapat ditemukan di sentra-sentra peternakan, terutama peternakan dalam skala besar yang menghasilkan limbah dalam jumlah besar dan rutin. Di Indonesia cukup banyak kawasan peternakan sapi yang limbah kotoran sapinya belum dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik secara optimum.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, penulis merumuskan masalah sebagai berikut :

a. Bagaimana hasil analisa potensi kotoran ternak sapi sebagai pembangkit listrik tenaga biogas ?

b. Bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga biogas dari kotoran ternak sapi ?

c. Bagaimana potensi biogas sebaga pembangkit tenaga listrik dalam memenuhi kebutuhan listrik di Pantai Baru Bantul ?

1.3 Batasan Masalah

Didalam penyusunan skripsi ini terdapat beberapa hal yang dijadikan sebagai batasan masalah, yaitu :

3 1. Analisa potensi biogas, pengolahan potensi biogas kotoran sapi untuk menentukan penggunaan dan energi yang dihasilkan di Pantai Baru, Bantul.

2. Pemanfaatan biogas kotoran ternak sapi untuk memenuhi kebutuhan energi listrik di Pantai Baru, Bantul.

3. Perhitungan jumlah biogas kotoran sapi yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik di Pantai Baru, Bantul.

1.4 Tujuan Penelitian

Ada beberapa tujuan yang membuat penulis menganalisa Energi Biogas, yakni :

a. Menghitung potensi kotoran ternak sapi sebagai pembangkit listrik tenaga biogas.

b. Analisis potensi biogas kotoran sapi sebagai pembangkit tenaga listrik dalam memenuhi kebutuhan listrik di Pantai Baru Bantul.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Dapat mengetahui hasil proses pengolahan biogas kotoran ternak sapi menjadi sumber energi terbarukan.

2. Dapat mengetahui pemanfaatan dari hasil biogas kotoran ternak sapi sebagai bahan bakar pembankit listrik.

3. Dapat dimanfaatkan oleh Badan Usaha pengelolaan bahan bakar dan energi milik negara, swasta dan swadaya agar dapat menggunakan bahan bakar yang ramah lingkungan dan sebagai penunjang Energi Listrik di masa depan sesuai peraturan kementrian ESDM.

4 4. Dan dapat dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai pengganti bahan bakar rumah tangga untuk penghemat biaya, mengurangi polusi dan ramah lingkungan.

1.6 Sistematika Penulisan

Skripsi ini disusun dengan urutan : BAB I PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Berisi teori penunjang yang menguraikan tentang teori-teori yang mendukung dari penelitian dan pengukuran serta perhitungan.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Berisi metodologi penelitian yang akan dilakukan yang meliputi studi literature, survei lapangan, dan pengambilan data, pengujian potensi biomasa dan analisis terhadap data yang diperoleh.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Berisi tentang Pengolahan dan analisis data yang di peroleh berdasarkan pada teori dan teknis yang digunakan serta penyajian data dan produk akhir penelitian.

BAB V Penutup

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Berikut merupakan rujukan penelitian yang pernah dilakukan untuk mendukung penulisan skripsi ini, diantaranya :

Menurut Didit Waskito UI (2011) dalam Tesisnya yang berjudul Analisa Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Dengan Pemanfaatan Kotoran Sapi Di Kawasan Usaha Peternak Sapi. Dia menjelaskan bahwa pembuangan kotoran ternak dalam waktu tertentu akan melepaskan CH4 ke udara akibat dari proses fermentasi alami. CH4 termasuk salah satu emisi penghasil gas rumah kaca selain CO2, CH4 mempunyai sifat polutan 21 kali jika dibandingkan CO2. Berdasarkan hal tersebut pemanfaatan kotoran ternak sebagai bahan baku biogas mempunyai kontribusi 2 kali dalam pengurangan emisi gas rumah kaca, yaitu :

1. Pengurangan emisi akibat mengganti/substitusi bahan bakar fosil. 2. Pengurangan emisi akibat pembakaran gas metan.

Menurut Sinung Rustrijarno (2008) di dalamm penelitiannya yang berjudul Pemanfaatan Biogas sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan di Lokasi Prima Tani Kabupaten Kulon Progo. Dia menjelaskan bahwa Biogas sebagai alternatif sumber energi terbarukan berpeluang besar untuk dikembangkan di pedesaan. Pemanfaatan biogas di lokasi Prima Tani Desa Banaran terbatas untuk kebutuhan memasak dan baru dimanfaatkan untuk satu unit rumah tangga. Pemanfaatan biogas dapat dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan memasak, penerangan, pemanas air, pembangkit listrik atau penggunaan lainnya di pedesaan.

Menurut Yasinta Fajar Saputri dkk ITS (2014) dalam jurnalnya yang berjudul Pemanfaatan Kotoran Sapi untuk Bahan Bakar PLT Biogas 80 KW di Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang memaparkan Di PT. Greenfield

6 Indonesia desa Babadan Kabupaten Ngajum Malang, pemanfaatan biogas dengan menggunakan kotoran sapi sangat potensial. Seperti diketahui kotoran sapi perhari dapat mencapai 25 kg, dengan jumlah sapi sebanyak 4.000 ekor berpotensi menghasilkan energi listrik sebesar 3.760 kWh/hari atau 12,8297 mega Btu. Jika dibandingkan dengan sumber biogas lainnya 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 yang dihasilkan oleh kotoran sapi lebih tinggi dari pada sumber-sumber tersebut.

Dari hasil beberapa jurnal di atas di penelitian ini akan dibahas tentang bagaimana cara pengolahan potensi kotoran sapi sebagai energi alternatif yang ramah terhadap lingkungan.

2.2 Dasar Teori 2.2.1 Sumber Potensi

Sumber energi terbarukan diharapkan memiliki peran aktif dalam skenario diversifikasi energi di masa yang akan datang karena sumber energi ini bersifat ramah terhadap lingkungan dan memiliki cadangan yang tidak pernah habis. Sebagai contoh biogas, yang merupakan bahan yang dapat di temukan di mana saja dan sumber energi terbarukan lainnya, dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif dan ketersediaannya juga sangat memadai. Selain itu, energi ini merupakan sumber energi alternatif yang sangat potensial untuk dikembangkan dan dapat di kombinasikan dengan energi alternatif lainnya. Meskipun demikian, energi ini perlu untuk pengkajian dan pengembangan agar di dapat hasil yang maksimal. Sumber energi terbarukan memiliki potensi menghasilkan daya listrik untuk masyarakat. Proses pengembangan teknologi untuk memanfaatkan sumber- sumber energi terbarukan dalam skala kecil yang murah dan dapat memenuhi kebutuhan masyarakat masih terus dikembangkan.

7 2.2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Biogas

Biogas dapat digunakan dalam cara yang sama seperti gas alam di kompor gas, lampu atau sebagai bahan bakar untuk mesin. Kandungan terdiri dari 50-75% metana, 25-45% karbon dioksida, uap air 2-8% dan lainnya O2 N2, NH3 H2 H2S. Bandingkan dengan gas alam, yang berisi 80 sampai 90% metana. Kandungan energi dari gas yang terutama tergantung pada kandungan metana nya yang tinggi sangat dibutuhkan. Namun biogas juga terdapat kandungan karbon dioksida, uap air dan gas belerang yang harus diminimalkan terutama untuk digunakan dalam mesin. Nilai kalor rata-rata biogas adalah sekitar 21-23,5 MJ / m³, sehingga 1 m³ biogas sesuai dengan bahan bakar diesel 0,5-0,6 l atau sekitar 6 kWh (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, 2009).

Secara teoritis, biogas dapat dikonversi langsung menjadi listrik dengan menggunakan sel bahan bakar. Namun, proses ini memerlukan gas sangat bersih dan sel bahan bakar mahal. Oleh karena itu, opsi ini masih menjadi bahan untuk penelitian dan saat ini tidak digunakan sebagai pembangkit listrik. Konversi biogas untuk listrik oleh generator set jauh lebih praktis. Berbeda dengan gas alam, biogas ditandai dengan resistensi ketukan tinggi dan karenanya dapat digunakan di motor pembakaran dengan tingkat kompresi yang tinggi.

Gambar 2.1 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (Burhani Rahman, Februari 2005)

8 Dalam hal ini, biogas digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin pembakaran, yang mengubahnya menjadi energi mekanik, menggerakan generator listrik untuk menghasilkan listrik. Desain generator listrik mirip dengan desain motor listrik. Kebanyakan generator menghasilkan listrik AC, oleh karena itu juga disebut dengan alternator atau dinamo. Generator listrik yang sesuai tersedia di hampir semua negara dan di semua ukuran. Teknologi ini terkenal dan pemeliharaannya yang sederhana. Dalam hal ini, bahkan tersedia secara universal motor listrik 3-fase dapat dikonversi menjadi generator. Seiring berkembangnya teknologi sekarang sudah ada Genset (generator set) yang menggunakan bahan bakar biogas. Secara teori, biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar di hampir semua jenis mesin pembakaran, seperti mesin otto, mesin diesel, turbin gas dan motor Stirling dll (Elmar Dimpl, 2010).

Secara umum mesin diesel yang beroperasi berbahan bakar biogas dengan mode dual fuel. Untuk mempermudah pengapian dari biogas mesin diesel membutuhkan sekitar 2% minyak dari pembakaran dan diinjeksikan bersama dengan biogas. Keuntungan dari mesin diesel yang beroperasi dalam mode dual fuel adalah dapat berkerja dalam nilai kalor terendah. Agar mesin diesel bahan bakar biogas dapat bekerja, biogas harus mempunyai kualitas yang tepat seperti dibawah ini :

1. Kandungan metan dalam biogas harus tinggi karena metan adalah bagian utama dari gas yang mudah terbakar.

2. Kandungan uap air dan � harus serendah mungkin karena kandungan tersebut menyebabkan nilai kalor menjadi rendah.

3. Khususnya kandungan sulfur terutama dalam bentuk � � harus rendah, karena dapat menyebabkan korosi.

2.2.3 Pengertian Biogas

Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari proses alam yang diisi ulang terus menerus. Biogas merupakan campuran gas metana (± 60%), karbon

9 dioksida (±38%), dan lainnya , , � & � � (±2%) sehingga dapat dibakar seperti layaknya gas elpiji sering dipakai untuk memasak dan penerangan. Bahan-bahan sumber biogas dapat berasal dari kotoran ternak, limbah pertanian, dan sampah limbah organik. Penguraian biomassa menjadi biogas juga menghasilkan kompos sehingga selain menyediakan sumber energi yang murah, usaha konversi ini juga menyediakan pupuk organik untuk mendukung kegiatan pertanian serta meningkatkan kebersihan lingkungan dan kesehatan keluarga di pedesaan. Pada umumnya semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas, namun demikian hanya bahan organik (padat, cair) homogen seperti kotoran dan urine (air kencing) hewan ternak yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Di samping itu juga sangat mungkin menyatukan saluran pembuangan di kamar mandi atau WC ke dalam sistem biogas. Di daerah yang banyak industri pemrosesan makanan antara lain tahu, tempe, ikan pindang atau brem bisa menyatukan saluran limbahnya ke dalam sistem biogas, sehingga limbah industri tersebut tidak mencemari lingkungan di sekitarnya. Hal ini memungkinkan karena limbah industri tersebut di atas berasal dari bahan organik yang homogen. Jenis bahan organik yang diproses sangat mempengaruhi produktivitas sistem biogas disamping parameter-parameter lain seperti temperatur digester, pH, tekanan, dan kelembaban udara (Said, 2007).

Bahan organik dimasukkan ke dalam ruangan tertutup kedap udara disebut digester sehingga bakteri anaeroba akan membusukkan bahan organik tersebut yang kemudian menghasilkan gas (biogas). Biogas yang telah berkumpul di dalam digester selanjutnya dialirkan melalui pipa penyalur gas menuju tabung penyimpan gas atau langsung ke lokasi pembuangannya.

Prinsip pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan gas yang sebagian besar adalah berupa gas metan (gas yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbon dioksida, gas inilah yang disebut biogas. Proses dekomposisi dibantu oleh sejumlah mikro organisme, terutama bakteri metan. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah 30-55ºC, dimana pada suhu tersebut mikroorganisme mampu merombak bahan-bahan organik secara optimal.

10 Bangunan utama dari instalasi biogas adalah digester yang berfungsi untuk menampung gas metan hasil perombakan bahan-bahan organik oleh bakteri. Jenis digester yang paling banyak digunakan adalah model continuous feeding dimana pengisian bahan organik dilakukan secara kontinu setiap hari. Besar kecilnya digester tergantung pada kotoran ternak yang dihasilkan dan banyaknya biogas yang diinginkan. Lahan yang diperlukan sekitar 16 � . Untuk membuat digester diperlukan bahan bangunan seperti pasir, semen, batu kali, batu koral, batu merah, besi konstruksi, cat dan pipa paralon lokasi yang akan dibangun sebaiknya dekat dengan kandang sehingga kotoran ternak dapat langsung disalurkan kedalam digester. Disamping digester harus dibangun juga penampung slurry (lumpur) dimana slurry tersebut nantinya dapat dipisahkan dan dijadikan pupuk organik padat dan pupuk organik cair (Wahyu Febriyanita, UNNES 2015)

2.2.4 Proses Pembentukan Biogas

Menurut Wahyu Febriyanita (UNNES) 2015 Prinsip pembentukan biogas adalah adanya dekomposisi organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan gas yang sebagian besar adalah berupa gas metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbon dioksida, gas inilah yang disebut biogas. Proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutama bakteri metan. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah 30-500C, dimana pada suhu tersebut mikroorganisme mampu merombak bahan-bahan organik secara optimal.

Limbah peternakan seperti fases, urin beserta sisa pakan ternak sapi merupakan salah satu sumber bahan yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas. Namun di sisi lain perkembangan atau pertumbuhan industri peternakan menimbulkan masalah bagi lingkungan seperti menumpuknya limbah peternakan termasuknya didalamnya limbah peternakan sapi. Limbah ini menjadi polutan karena dikomposisi kotoran ternak berupa BOD dan COD (Biological/Chemical Oxygen Demand), bakteri patogen sehingga menyebabkan

11 polusi air (terkontaminasinya air bawah tanah, air permukaan), polusi udara dengan debu dan bau yang ditimbulkannya (Didit Waskito, UI 2011).

Biogas merupakan renewable energy yang dapat dijadikan bahan bakar alternatif untuk menggantikan bahan bakar yang berasal dari fosil seperti minyak tanah dan gas alam. Biogas juga sebagai salah satu jenis bioenergi yang didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan-bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia jerami, sekam dan daun-daun hasil sortiran sayur difermentasi atau mengalami proses metanisasi (Hambali E 2008). Biogas yang terbentuk dapat dijadikan bahan bakar karena mengandung gas metan (CH4) dalam persentase yang cukup tinggi. Komponen biogas tersajikan dalam tabel 1 dibawah ini

Tabel 2.1 Komponen penyusun biogas Jenis Gas Presentase

Metan (CH4) 50-70% Karbondioksida (CO2) 30-40%

Air (H2O) 0,3%

Hidrogen sulfide (H2S) Sedikit sekali Nitrogen (N2) 1-2%

Hidrogen 5-10%

Sumber : Bajracharya dkk, 1985

Energi biogas sangat potensial untuk dikembangkan karena produksi biogas peternakan ditunjang oleh kondisi yang kondusif dari perkembangan 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 energi alternatif yang murah, berkelanjutan dan ramah lingkungan (Nurhasanah dkk, 2006).

12 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 2.2 di bawah ini.

Tabel 2.2 Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkan Aplikasi 1m3 Biogas setara dengan 1 m3 biogas Elpiji 0,46 kg

Minyak tanah 0,62 liter Minyak solar 0,52 liter Kayu bakar 3,50 kg Sumber : Wahyuni, 2008

Pada pembuatan biogas bahan baku harus banyak mengandung selulosa. Bahan baku dalam bentuk selulosa akan lebih mudah dicerna oleh bakteri anaerob. (Wiratmana,2012) Pembentukan biogas secara biologis dengan memanfaatkan sejumlah mikroorganisme anaerob meliputi tiga tahap, yaitu tahap hidrolisis (tahap pelarutan), Tahap asidogenesis (tahap pengasaman), dan tahap metanogenesis (tahap pembentukan gas metana).

1. Hidrolis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan-bahan organik mudah larut dan pemecahan bahan organik yang komlek 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 hidrolis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir ini perombakan gula-gula sederhana tadi yaitu asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol dan sedikit butirat, gas karbondioksida, hidrogen dan ammonia.

3. Metanogenik, pada tahap metanogenik terjadi proses pembentukan gas metan. Bakteri pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini yang akan mereduksi sulfat dan komponen sulfur lainnya hydrogen sulfida.

13 Untuk memanfaatkan kotoran ternak sapi menjadi biogas, diperlukan beberapa syarat yang terkait dengan aspek teknis, infrastruktur, manajemen dan sumber daya manusia. Bila faktor tersebut dapat dienuhi, maka pemanfaatan kotoran ternak menjadi biogas sebagai penyediaan energi di pedesaan dapat berjalan dengan optimal.

2.2.5 Potensi Pemanfaatan Kotoran Sapi

Kebutuhan energi tersebut sebenarnya tidak lain adalah energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan dan mendistribusikan secara merata sarana-sarana pemenuhan kebutuhan pokok manusia. Berbagai macam bentuk energi telah digunakan manusia seperti batu bara, minyak bumi, dan gas alam yang merupakan bahan bakar yang tidak terbaharui. Selain itu, sumberdaya lainnya seperti kayu bakar saat ini masih digunakan, namun penggunaan kayu bakar tersebut mempunyai jumlah yang terbatas dengan semakin berkurangnya hutan sebagai sumber kayu. Dengan meningkatnya jumlah penduduk, terutama yang tinggal di perdesaan, kebutuhan energi rumah tangga masih menjadi persoalan yang harus dicarikan jalan keluarnya. Permasalahan kebutuhan energi perdesaan dapat diatasi dengan menggunakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan, murah, dan mudah diperoleh dari lingkungan sekitar dan bersifat dapat diperbaharui. Salah satu energi ramah lingkungan adalah gas bio yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik akibat aktivitas bakteri anaerob pada lingkungan tanpa oksigen bebas. Energi gas bio didominasi gas metan (60% - 70%), karbondioksida (40% - 30%) dan beberapa gas lain dalam jumlah lebih kecil (Candra Nur Wahyudiyanto, UMY 2015).

2.2.6 Manfaat Energi Biogas

Menurut Wahyu Febriyanita (UNNES) 2015 Manfaat biogas minimal bisa digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi rumah tangga. Pemanfaatan kotoran

14 ternak sebagai bahan baku biogas akan mengatasi beberapa masalah yang ditimbulkan dari limbah tersebut, bila dibandingakan dengan hanya dibiarkan menumpuk tanpa pengolahan. Kotoran hewan yang menumpuk dapat mencemari lingkungan, dan jika terbawa oleh air masuk ke dalam tanah atau sungai akan mencemari air tanah dan air sungai. Selain itu, kotoran tersebut juga dapat membahayakan kesehatan manusia karena mengandung racun dan bakteri-bakteri patogen seperti E.coli. Limbah yang menumpuk dapat menyebabkan polusi udara, berupa bau yang tidak sedap, menyebabkan penyakit pernapasan (ISPA), dan terganggunya kebersihan lingkungan, serta dapat menimbulkan efek rumah kaca adanya gas metana ke lingkungan. Penerapan biogas juga memberikan dampak terhadap perkembangan pertanian di Indonesia, yaitu dapat menghasilkan pupuk organik bagi petani, serta peternak dapat meningkatkan populasi ternaknya karena adanya pakan ternak dari hasil limbah pertanian. Para peternak dapat memasak dengan murah tanpa membeli bahan bakar, bersih, ramah lingkungan, serta mendorong kelestarian alam. Meningkatnya produksi ternak, dapat mengurangi impor menghemat devisa negara, dan mendukung perbaikkan ekonomi masyarakat. Pengolahan kotoran sapi menjadi energi alternatif biogas yang ramah lingkungan merupakan cara yang sangat menguntungkan, karena mampu memanfaatkan alam tanpa merusaknya sehingga siklus ekologi tetap terjaga. Manfaat lain mengolah kotoran sapi menjadi energi alternatif biogas adalah dihasilkannya pupuk organik untuk tanaman, sehingga keuntungan yang dapat diperoleh yaitu:

1. Meningkatnya pendapatan dengan pengurangan biaya kebutuhan pupuk dan pestisida.

2. Menghemat energi, pengurangan biaya energi untuk memasak dan pengurangan konsumsi energi tak terbarukan yaitu BBM.

3. Mampu melakukan pertanian yang berkelanjutan, penggunaan pupuk dan pestisida organik mampu menjaga kemampuan tanah dan keseimbangan ekosistem untuk menjamin kegiatan pertanian berkelanjutan.

15 Biogas yang dihasilkan dapat dijadikan sebagai sumber belajar (real teaching) bagi dunia pendidikan dalam rangka mewujudkan pendidikan berbasis riset, program yang dijalankan dapat dijadikan sebagai media penghubung antar keluarga dalam pengelolaan dan penyaluran biogas yang dihasilkan sehingga dapat terbentuk atmosfir sosio kultural yang harmonis dan berkesinambungan, memotivasi masyarakat desa untuk merintis wirausaha baru di bidang pembuatan biogas, membuka peluang kerja bagi masyarakat petani dan peternak sapi sehingga memperkecil arus urbanisasi, dan meningkatkan pendapatan masyarakat petani dan peternak sapi di daerah tersebut sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan keluarga.

2.3 Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Biogas 2.3.1 Nutrisi dan Penghambat bagi Bakteri Anaerob

Bakteri anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi untuk proses reaksi anaerob seperti mineral-mineral yang mengandung Nitrogen, Fosfor, Magnesium, Sodium, Mangan, Kalsium, Kobalt. Nutrisi dapat bersifat toxic (racun) apabila konsentrasi di dalam bahan terlalu banyak. Ion mineral, logam beran dan detergen adalah beberapa materila racun yang mempengaruhi pertumbuhan normal bakteri patogen didalam reactor pencerna. Ion mineral dalam jumlah kecil (sodium, potasium, amonium dan belerang) juga merangsang pertumbuhan bakteri, namun bila ion-ion ini dalam konsentrasi yang tinggi akan berakibat meracuni.

2.3.2 Digestifiksi Anaerobik

Digestifikasi anaerobik adalah proses pembusukan bahan organik oleh bakteri anaerobik pada kondisi tanpa udara, yang menghasilakn biogas dan pupuk cair. Ada dua jenis digestifikasi anaerobik, yaitu alamiah dan buatan seperti terlihat pada gambar 1 dibawah ini.

16 Gambar 2.2 Digestifikasi Anaerobik alamiah dan buatan (http:// lontar .ui.ac.id/)

2.3.3 Lama Proses

Lama proses dalam digester adalah rata-rata periode waktu saat input masih berada dalam digester dan proses fermentasi oleh bakteri metanogen. Dalam jaringan digester dengan kotoran sapi, waktu tinggal dihitung dengan pembagian volume total dari digester oleh volum input yang ditambah setiap hari. Waktu tinggal juga tergantung pada suhu. Di atas suhu 350C atau suhu lebih tinggi, lama proses semakin meningkat.

2.3.4 Derajat Keasaman (pH)

Mempunyai efek terhadap aktivitas miktoorganisme. Konsentrai derajat keasaman (pH) yang ideal antara 6,6 dan 7,6. Bila pH lebih kecil atau lebij besar maka akan mempunyai sifat toksit terhadap bakteri metanogenik. Bila proses anaerob sudah berjalan menuju pembentukan biiogas, pH berkisar 7-7,8.

17 2.3.5 Kandungan Nitrogen dan Rasio Karbon Nitrogen

Karbon dan Nitrogen adalah sumber makanan utama bagi bakteri anaerob, sehingga pertumbuhan optimum bakteri sangat dipengaruhi unsur ini, dimana Karbon dibutuhkan untuk mensulai energi dan Nitrogen dibutuhkan untuk membentuk struktur sel bakteri. Nitrogen amonia pada konsentrasi yang tinggi dapat menghambat proses fermentasi anaerob. Konsentrasi yang baik berkisar 200-1500 mg/lt dan bila melebihi 300 mg/lt akan bersifat toxic. Proses fermentasi anaerob akan berlangsung optimum bila rasio C:N bernilai 30:1, dimana jumlah karbon 30 kali dari jumhlah nitrogen.

Kotoran hewan terutama sapi, memiliki nilai C/N rata-rata berkisar 24. Material dari tumbuhan seperti serbuk gergaji dan jerami mengandung presentase C/N yang lebih tinggi, sedangkan kotoran manusia memiliki rasio C/N 8. Limbah organik yang bernilai C/N tinggi dapat dicampur dengan yang lebih rendah sehingga diperoleh rasio C/N yang ideal, seperti pecampuran limbah jerami (straw) kedalam limbah toilet (latrine waste) untuk mencapai kadar C/N yang ideal atau mencampurkan kotoran gajah dengan kotoran manusia sehingga mendapat jumlah rasio C/N yang seimbang dan produksi biogas dapat berjalan optimum.

Untuk menentukan bahan organik digester adalah dengan melihat rasio/perbandingan antara Karbon (C) dan Nitrogen (N). Beberpa percobaan menunjukkan bahwa metabolisme bakteri anaerobik akan baik pada rasio C/N antara 20-30. Jika rasio C/N tinggi, Nitrogen akan cepat dikomsumsi bakteri anaerobik guna memenuhi kebutuhan proteinnya, sehingga bakteri tidak akan bereaksi kembali saat kandungan Kerbon tersisa. Jika rasio C/N rendah, Nitrogen akan terlepas dan berkumpul membentuk amoniak sehingga akan meningkatkan nilai pH bahan. Nilai pH yang tinggi dari 8,5 akan dapat meracuni bakteri anaerobik. Untuk menjaga rasio C/N, bahan organik rasio tinggi dapat dicampur bahan organik rasio C/N rendah. Rasio C/N beberapa bahan organik dapat dilihat pada tabel 3 berikut ini

18 Tabel 2.3 Rasio C/N beberapa bahan organik

Bahan Organik Rasio C/N Kotoran bebek 8

Kotoran manusia 8 Kotoran ayam 10 Kotoran kambing 12 Kotoran babi 18 Kotoran domba 19 Kotoran kerbau/sapi 24 Enceng Gondok 25 Kotoran gajah 43 Jerami (jagung) 60 Jerami (padi) 70 Jerami (gandum) 90

Sisa gegarjian Diatas 200 Sumber : Karki dan Dixit (1984)

2.3.6 Pengadukan Bahan Organik

Pengadukan sangat bermanfaat bagi bahan yang berbeda di dalam digester anaerob karena memberikan peluang material tetap tercampur dengan bakteri dan temperatur terjaga merata diseluruh bagian. Dengan pengadukan potensi material mengendap di dasar digester semakin kecil, konsentrasi merata dan memberikan kemungkinan seluruh material mengalami proses fermentasi anaerob secara merata.

19 Semakin tinggi tekanan di dalam digester, semakin rendah produksi biogas di dalam digester terutama pada proses hidrolis dan acydifikasi. Selalu pertahankan tekanan diantara 1,15-1,2 bar di dalam digester.

2.4 Konversi Energi Biogas dan Pemanfaatannya

Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar dan sebagai sumber energi alternatif untuk penggerak generator pembangkit tenaga listrik serta menghasilkan energi panas. Pembakaran satu kaki kubik (0,028 meter kubik) biogas menghasilkan energi panas sebesar 10 Btu (2,25 kcal) yang setara dengan 6 kWh/� energi listrik atau 0,61 L bensin, 0,58 L minyak tanah, 0,055 L diesel, 0,45 L LPG (Natural Gas), 1,50 Kg kayu bakar, 0,79 L bioethanol.

2.4.1 Konversi Energi Biogas untuk Ketenagalistrikan

Konversi energi biogas untuk pembangkit listrik dapat dilakukan dengan menggunakan gas turbine, microturbines dan Otto Cycle Engine. Pemilihan teknologi sangat dipengaruhi potensi biogas yang ada seperti konsentrasi gas metan maupun tekanan biogas, kebutuhan beban dan ketersediaan dana yang ada.

Tabel 2.4 Konversi Energi GasMetan menjadi Energi Listrik Jenis Energi Setara Energi

1 Kg Gas Metan 6,13 x J

1 kWh 3,6 x J

1 � Gas Metan Massa Jenis Gas Metan adalah 0,656 Kg/�

4,0213 x J

1 � Gas Metan 11,17 kWh

Sumber : Renewable Energy Conversion, Transmision and Storage, Bent Sorensen (Juni 2007)

20 Berdasarkan tabel di atas 1 Kg gas metan setara dengan 6,13 x J, sedangkan 1 kWh setara dengan 3,6 x J. Untuk massa jenis gas metan 0,656 kg/� sehingga 1 � gas metan menghasilkan energi listrik sebesar 11,17 kWh.

2.5 Digester Biogas

Digester merupakan komponen utama produksi biogas. Digester merupakan tempat dimana bahan organik diurai oleh bakteri secara anaerob (tanpa udara) menjadi gas �� dan � . Digester harus dirancang sedemikian rupa sehingga proses fermentasi anaerob dapat berjalan dengan baik. Pada umumnya produksi biogas terbentuk 4-5 hari setelah digester diisi. Produksi biogas menjadi banyak pada 20-35 hari. Contoh digester dapat dilihat pada gambar 2.3 di bawah ini.

21 2.5.1 Jenis-jenis Digester Biogas

Terdapat beberapa jenis digester yang dapat dilihat berdasarkan kontruksi, jenis aliran, dan posisinya terhadap permukaan tanah. Jenis digester yang dipilih dapat didasarkan pada tujuan pembuatan digester tersebut. Hal yang penting adalah apapun yang dipilih jenisnya, tujuan utama adalah mengurangi kotoran dan menghasilkan biogas yang mempunyai kandungan �� tinggi. Dari segi kontruksi, digester dibedakan menjadi :

a. Fixed Dome (kubah terbuka)

Digester jenis ini mempunyai volume tetap. Seiring dengan dihsilkannya biogas, terjadi peningkatan tekanan dalam digester. Karena itu, dalam konstruksinya digester jenis kubah tetap, gas yang terbentuk akan segera dialirkan ke pengumpul gas di luar reaktor. Indikator produksi gas dapat dilakukan dengan memasang indikator tekanan. Skema digester jenis kubah dapat dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini.

Gambar 2.4 Fixed Dome (Didit Waskito, 2011)

Digester jenis kubah tetap mempunyai kelebihan dan kekurangan seperti pada tabel 2.5 Sebagai berikut :

22 Tabel 2.5 Kelebihan dan Kekurangan Digester Jenis Kubah Tetap Kelebihan Kekurangan

1. Konstruksi sederhana dan dapat dikerjakan dengan mudah.

1. Bagian dalam digester tidak terlihat (khusunya yang dibuat di dalam tanah) sehingga kebocoran tidak terdeteksi.

2. Biaya konstruksi rendah. 2. Tekanan gas berfluktuasi dan bahkan fluktuasinya sangat tinggi. 3. Tidak terdapat bagian yang

bergerak.

3. Temperatur digester rendah.

4. Dapat dilihat dari material yang tahan karat.

5. Umurnya panjang.

6. Dapat dibuat didalam tanah sehingga muat tempat

Sumber : Didit Waskito (2011) b. Floating Dome (Kubah Apung)

Pada digester tipe ini terdapat bagian yang reaktor yang dapat bergerak seiring dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian kubah dapat dijadikan indikasi bahwa produksi biogas sudah mulai atau sudah terjadi. Biogas yang bergerak juga berfungsi sebagai pengumpul biogas. Dengan model ini, kelemahan tekanan gas yang berfluktuasi pada reaktor biodigester jenis kubah tetap dapat diatasi sehingga tekanan gas menjadi konstan. Kelemahannya adalah membuthkan teknik khusus untuk membuat tampungan gas bergerak seiring naik atau turunnya produksi gas. Kelemahan lainnya adalah material dari tampungan gas yang dapat bergerak harus dipilih yang mempunyai sifat tahan korosi, hal tersebut menyebabkan harganya relatif lebih mahal. Contoh digester tipe floating dome dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut ini.

23 Gambar 2.5 Floating Dome (Didit Waskito, 2011)

Berdasarkan aliran bahan baku untuk reaktor biogas, digester dibedakan menjadi :

1. Bak (Batch)

Pada digester tipr bak, bahan baku ditempatkan di suatu dalam suatu wadah atau bak dari sejak awal hingga selesainya proses digestion. Digester jenis ini umumnya digunakan pada tahap eksperimen untuk mengetahui potensi gas dari limbah organik atau digunakan pada kapasitas biogas yang kecil.

2. Mengalir (Continous)

Untuk digester jenis mengalir, aliran bahan baku dimasukkan dan residu dikeluarkan pada selang waktu tertentu. Lamanya bahan baku berada dalam reaktor digester disebut waktu retensi (retention time/RT).

Berdasarkan segi tata letak penempatan, digester dibedakan menjadi : 1. Seluruh digester diatas permukaan tanah

Biasanya digestet jenis ini dibuat dari tong-tong bekas minyak tanah atau aspal. Kelemahan tipe iniadalah volume yang kecil, sehingga biogas yang dihasilkan hanya mampu digunakann untuk kebutuhan sebuah rumah tangga. Kelemahan lain adalah kemampuan material yang rendah untuk menahan korosi sehingga tidak akan tahan lama.

24 Untuk skala yang besar, digester jenis ini juga memerlukan luas lahan yang besar juga.

2. Sebagian tangki biogas diletakkan dibawah permukaan tanah.

Digester ini terbuat dari campuran semen, pasir, kerikil dan kapur yang dibentuk seperti sumur da ditutup dari plat baja atau konstruksi semen. Volume tangki dapat dibuat untuk skala besar ataupun skala kecil sehingga dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Kelemahan pada sistem ini jika ditempatkan pada daerah yang memiliki suhu dingin (rendah) suhu dingin yang diterima plat baja merambat ke bahan baku biogas, sehingga memperlambat proses bekerjanya bakteri, seperti diketahui bakteri akan bekerja optimum pada rentang temperatur tertentu saja. 3. Seluruh tangki digester diletakkan dibawah permukaan tanah.

Model ini merupakan model yang paling populer di Indonesia, dimana seluruh instalasi digester dibuat di dalam tanah dengan konstrksi permanen. Selain dapat menghemat tempat lahan, pembuatan digester di dalam tanah juga berguna mempertahankan suhu digester stabil dan mendukung pertumbuhan bakteri methanogen. Kekurangannya, jika terjadi kebocotran gas dapat menyulitkan untuk memperbaikinya.

2.5.2 Komponen Utama Digester

Komponen-komponen digester cukup banyak dan bervariasi. Komponen yang digunakan untuk membuat digester tergantung dari jenis digester yang digunakan dan tujuan pembangunan digester. Secara umum komponen digester terdiri dari empat komponen utama sebagai berikut :

1. Saluran masukan slurry (bahan organik)

Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurry (campuran sampah organik dan air) kedalam reaktor utama biogas. Tujuan pencampuran adalah untuk memaksimalkan produksi biogas, memudahkan mengalirkan bahan baku dan menghindari endapan pada saluran masuk.

25 2. Ruang digestion (ruang fermentasi)

Ruang digestion berfungsi sebagai tempat terjadinya fermentasi anaerobik dan dibuat kedap udara. Ruangan ini dapat juga dilengkapi dengan penampungan biogas.

3. Saluran keluaran residu (sludge)

Fungsi saluran ini adalah untuk mengeluarkan kotoran (sludge) yang telah mengalami fermentasi anaerob oleh bakteri. Saluran ini bekerja berdasarkan prinsip kesetimbangan hidrostatik. Residu yang keluar pertama kali merupakan slurry masukan yang pertama setelah waktu retensi. Slurry yang keluar sangat baik untuk pupuk karena mengandung kadar nutrisi yang tinggi. 4. Tangki penyimpanan biogas

Tujuan dari tangki penyimpanan biogas adalah untuk menyimpan biogas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerobik. Jenis tangki penyimpanan biogas ada dua, yaitu tangki bersatu dnegan unit reaktor (fixed dome) dan terpisah dengan reaktor (floated dome). Untuk tangki terpisah, konstruksi dibuat khusus sehingga tidak bocor dan tekanan yang dihasilkan dalam tangki seragam.

2.5.3 Teknik Pencucian Biogas

Biogas mengandung unsur-unsur yang tidak bermanfaat untuk pembakaran khususnya � dan � �. Pada saat biogas dimanfaatkan untuk bahan bakar kompor gas rumah tangga, maka kedua unsur tersebut secara praktis tidak perlu dibersihkan. Hal ini disebabkan karena kompor hanya kontak dengan biogas pada saat dipakai saja. Alasan lain adalah proses pencuciann merupakan kegiatan yang membutuhkan biaya.

Tetapi jika biogas digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik, maka proses pencucian menjadi sangat penting. Pencucian terhadap � dan � � dapat memperpanjang umur dari komponen mesin pembangkit. Metode pencucian biogas terhadap � dan � � adalah sebagai berikut :

26 1. Pencucian biogas dari unsur �

Tujuan dari pencucian � adalah karena kondensat yang terbentuk dapat terakumulasi dalam saluran gas dan dapat juga membentuk larutan asam yang korosif ketika � � larutan dalam air. Pengurangan kadar � yang sederhana dilakukan dengan cara melewatkan biogas pada suatu kolom yang terdiri dari silikan gel atau karbon aktif. � selanjutnya dapat diserap oleh silikan gel atau karbon aktif.

2. Pencucian Biogas dari Unsur � �

Secara umum, pencucian (pengurangan) � � dari biogas dapat dilakukan secara fisika, kimia dan biologi. Pemurnian secara fisika misalnya penyerapan dengan air, pemisahan dengan menggunakan membran atau absorbsi dengan absorben sulit diregenerasi dan efektifitas pengurangan � � yang rendah. � � yang dipisahkan larutan. Tujuan dari pencucian biogas terhadap � � pada dasarnya adalah :

a. Mencegah korosi.

b. Menghindari keracunan � � (maksimum yang diperbolehkan ditempat kerja adalah 5 ppm)

c. Mencegah kandungan sulfur dalam biogas, yang jika terbakar menjadi � atau � yang lebih beracun dari � �.

d. Mengurangi � yang terbawa oleh gas buang biogas menyebabkan turunnya titik embun gas dalam cerobong.

e. Meminimalisasi terbentuknya � � yang bersifat sebagai korosif.

27 Pemurnian � � dengan scrubber air dapat juga digunakan untuk mengurangi konsentrasi � dalam biogas. Metode pemurnian � � dengan crubber air dapat terjadi karena � � mempunyai kelarutan yang tinggi dalam air dibandingkan kelarutan � . Air yang mengandung � � dan � kemudian dapat diregenerasi dan dialirkan kembali ke dalam kolom scrubber. Regenerasi dapat dilakukan dengan de-pressurizing atau dengan melepaskan udara dalam kolom yang sama. Namun demikian, pelepasan udara tidak direkomendasikan ketika kandungan � � cukup tinggi karena air akan cepat terkontaminasi � �. Pelepasan udara yang berlebihan juga berbahaya. Biogas yang tercampur dengan udara dapat meledak jika konsentrasinya mencapai 6-12% (tergantung dari kandungan �� dalam biogas).

Pemurnian dengan cara biologi yaitu dengan menggunakan bakteri yang mampu menguraikan � � menjadi sulfat. Kebanyakan mikroorganisme yang digunakan untuk menguraikan � � adalah dari keluarga thiobacillus. Metode biologi ini efektif utuk mengurangi kandungan � � dalam biogas, tetapi metode ini selain sulit dalam pengoperasian juga sangat mahal. Metode ini juga dapat menambah jumlah oksigen dalam biogas.

Pemurnian biogas dari kandungan � � yang sering dilakukan adalah diserap secara kimiawi. Pada metode ini � � bereaksi dengan larutan absorben. Selanjutnya absorben yang kaya � � diregenarsi untuk kembali melepas � � -nya dalam bentuk gas atau sulfur padat. Absorben yang digunakan pada umumnya adalah larutan nitrit, larutan garam alkali, slurry besi oksida atau seng oksida dan iron chelated solution (Didit Waskito, UI 2011).

2.6 HOMER

HOMER adalah singkatan dari the hybrid optimisation model for electric renewables, merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk membantu pemodelan dari sebuah sistem tenaga listrik dengan menggunakan berbagai pilihan sumber daya terbaharukan dan salah satu tool populer untuk desain sistem

28 ( Biogas ) menggunakan energi terbarukan. HOMER mensimulasikan dan mengoptimalkan sistem pembangkit listrik baik stand-alone maupun gridconnected yang dapat terdiri dari kombinasi turbin angin, photo volvic, mikrohidro, biomasa, generator (diesel/bensin), mikroturbine, fuel-cell, dan penyimpanan hidrogen, melayani beban listrik maupun termal. Dengan HOMER, dapat diperoleh spesifikasi paling optimal dari sumber energi yang mungkin diterapkan (Lambert, Gilman, dan Lilienthal 2006).

2.7.1 Tutorial HOMER

Tampilan perangkat lunak HOMER bisa dilihat digambar dibawah ini. Perancang dapat menyusun sistem pembangkit dari berbagai jenis sumber daya, baik sumber konvesional maupun yang terbaharukan. Proses simulasi pada HOMER dilakukan untuk mengetahui karakteristik atau performansi dari suatu sistem pembangkit.

Gambar 2.7 Tampilan utama HOMER

Setelah kita membuka program Homer, maka yang harus kita lakukan adalah memberikan atau menambahkan masukan device pada system biogas yang akan dibuat. Sistem yang dimasukkan adalah jenis beban yang akan ditopang dari

29 sistem kita. Homer memberikan pilihan jenis kompoen sesuai kebutuhan pengguna untuk sistem yang akan dibuat. Komponen pembangkit energi yang disediakan HOMER yaitu : Wind Turbine, PV, Converter, Hydrogen Tank, Reformer, Electrolyzer, generator dan sistem battery. Homer juga memberikan pilihan untuk menyalurkan pembangkit dengan grid PLN atau tidak. Dalam hal ini penulis memilih untuk tidak menggunakan grid PLN sebagai penyambung sistem biogas.

2.7 Konfigurasi HOMER

Pada saat melakukan simulasi, HOMER menentukan semua konfigurasi sistem yang kemudian ditampilkan berurutan menurut net-present- NPC (atau disebut juga life cycle costs). Homer juga akan mengulangi simulasi untuk setiap variable sensivitas yang ditetapkan oleh HOMER.

30 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metodolgi Penelitian

1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, studi internet, serta kajian-kajian dari buku-buku dan tulisan yang berhubungan dengan penelitian ini. 2. Survey lapangan, berupa peninjauan kelokasi dan diskusi dengan

pihak-pihak terkait.

3. Pengambilan data seluruh data dari hasil penghunian dilapangan yang akan dianalisa serta dilampirkan pada penulisan karya tulis ini.

4. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai isi penelitian serta masalah-masalah yang timbul selama penulisan karya tulis ini.

3.2 Alat Penelitian

Untuk menganalisa data dari hasil penelitian ini dengan menggunakan laptop dan menggunakan Software HOMER untuk mensimulasikannya.

3.3 Bahan Penelitian

a. Data primer disini merupakan tahapan pengumpulan data secara langsung tanpa melalui perantara. Pada penelitian ini juga dilakukan secara langsung dan terjun ke lokasi secara mandiri sehingga diperoleh data yang lebih maksimal. Data-data tersebut antara lain data pemakaian listrik, dan data perhitunga beban listrik. Perhitungan beban listrik sangat diperlukan untuk mengetahui beban yang telah digunakan dan beban yang diperlukan.

b. Data sekunder merupakan sumber data penelitian yang di peroleh peneliti secara tidak langsung dan melalui media perantara. Data ini

31 biasanya diambil dari dokumen-dokumen yang berkaitan, yang memiliki kumpulan data tertulis ataupun dengan mengakses secara online dari situs yang memuat gambaran mengenai analisa potensi kotoran sapi sebagai biogas atau juga sekiranya memberikan informasi yang signifikan pada penelitian yang dilakuakan.

3.4 Lokasi Penelitian

Lokasi untuk penelitan sendiri terletak di kawasan Pantai Baru, Srandakan, Kabupaten Bantul, Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta yang terletak dikawasan pesisir selatan Daerah Istimewa Yogyakarta.

Gambar 3.1 Peta Lokasi Pantai Baru, Srandakan, Kabupaten Bantul, Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta

Tempat ini adalah kawasan yang memiliki potensi untuk digunakan nsebagai lokasi pembangunan dan pengembangan biogas, selain itu di tempat ini terdapat sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida dan Panel Surya atau Photovoltaic (PV).

Namun hingga saaat ini pemanfaatan energi biogas belum dimanfaatkan secara maksimal. Energi biogas hanya dimanfaatkan untuk

32 masak memasak dan belum dimanfaatkan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Bio Gass.

3.5 Tahapan Persiapan

Pada tahapan ini dilakukan pengumpulan data awal sekaligus proses pendekatan dengan objek penelitian serta mempersiapkan refrensi pendukung penelitian seperti program-program yang akan digunakan untuk menganalisis dan mensimulasikan sistem pembangkit tersebut.

3.6 Langkah-langkah Penyusunan Karya Tulis

33 Gambar 7 diatas menjelaskan tentang langkah-langkah penulisan yang dilakukan. Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka dibawah ini diberikan penjelasan yang lebih menyeluruh dari setiap langkah-langkah penulisan karya tulis :

Berikut Penjelasan langkah-langkahnya :

a. Studi Pendahuluan

Studi Pendahuluan adalah tahapan awal atau Tahapan observasi dan pengumpulan data dalam metodelogi penulisan. Pada tahapan ini dilakukan observasi ke objek penelitian sekaligus mengetahui informasi awal mengenai lingkungan di sekitar energi Bio Gass, di Pantai Baru, Sanden, Bantul.

b. Identifikasi dan Perumusan Masalah

Setelah dilakukan studi pendahuluan, permasalahan pada area lokasi dapat di identifikasi. Kemudian penyebab permasalahan dapat ditelusuri lebih lanjut. Dalam menelusuri akar penyebab dari permasalahan dilalui melalui pengamatan secara langsung di lapangan dan melakukan wawancara agar diperoleh data yang lengkap.

Dalam tugas akhir ini, permasalahan yang diangkat menjadi topik adalah mengetahui banyaknya Energi Bio Gass yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik.

c. Studi Pustaka

Studi pustaka dilakukan untuk mencari informasi-informasi tentang teori, metode dan konsep yang relevan dengan permasalahan. Sehingga dengan informasi yang diperoleh dapat digunakan sebagai acuan maupun pertimbangan dalam penyelesaian masalah. Studi pustaka dilakukan dengan mencari informasi dan refrensi dalam bentuk text book, internet maupun sumber lainnya termasuk diskusi dengan dosen.

34

d. Pengumpulan Data

Tahapan pengumpulan data dan observasi. Pada tahapan ini ini dilakukan observasi ke objek penelitian sekaligus proses pengumpulan data secara lengkap termasuk melakukan proses pengukuran dan pengamatan, yang diperlukan untuk analisis dan pembahasan nantinya. Metode ini dilakukan dengan melihat langsung atau melakukan monitoring terhadap kejadian di lokasi Pantai Baru, Bantul. Kemudian hasil pengamatan dicatat dalam bentuk catatan, foto, sketsa dan lain-lain.

e. Pengolahan Data

Setelah data terkumpul maka langkah selanjutnya adalah tahapan pengolahan data. Data yang ada dipilih dan dipilah sesuai dengan kebutuhan analisis. Pada pengolahan data ini dilakukan menggunakan software HOMER mensimulasikan pembangkit listrik yang kemudian akan di dapat suatu data-data yang akan di analisis.

f. Analisis Data

Dari simulasi akan di dapatkan suatu hasil yang nantinya akan di analisis lebih rinci. Seperti pada HOMER akan dianalisis konfigurasi terbaik sistem dan kemudian memperkirakan biaya instalasi dan operasi sistem selama masa operasinya(life time coast) seperti biaya awal, biaya penggantian komponen-komponen, biaya O&M, biaya bahan bakar, dan laian-lain.

Setelah itu dilakukan tahap pembahasan. Pada tahapan ini dilakukan pembahasan dari analisis dan pengolahan data yang telah dilakukan. Sehingga pada tahapan ini akan dihasilkan suatu simpulan data yang akan membuktikan bahwa berhasil atau tidaknya hipotesis yang diajuakan.

35

g. Tahapan Pembuatan Laporan

Setelah melakukan pengolahan data maka langkah berikutnya adalah pembuatan laporan sesuai dengan peraturan yang baku.

36

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Perhitungan Potensi biogas di kawasan peternakann Pantai Baru Bantul Yogyakarta.

Dalam perhitungan suatu pembangkit listrik tenaga biogas dari kototran sapi diperlukan lokasi peternakan untuk mendapatkan model dasar pembangkit tersebut. Dalam perhitungan tersebut digunakan model di kawasan peternakan sapi Pantai Baru Bantul Yogyakarta.

4.1.1 Kondisi Peternakan Sapi Pantai Baru Bantul Yogyakarta

Dalam penelitian ini diambil studi kasus di peternakan sapi dusun Ngenthak, Poncosari, Srandakan, Bantul Yogyakarta yang diresmikan pada tahun 1995 yang bermula dari keinginan para peternak sapi untuk membangun suatu kawasan peternakan sapi.

Pada awal peresmian kawasan tersebut jumlah sapi terdapat 600 ekor yang terdiri dari jenis limosin, metal dan pu. Namun jumlah sapi tersebut semakin berkurang hingga saat ini tinggal 200 ekor dikarenakan dijual oleh pemilik sapi tersebut.

4.1.2 Potensi Pembentukan Bahan Baku Biogas di Peternakan Sapi Pantai Baru Bantul Yogyakarta

Pada saat ini jumlah ekor sapi yang terdapat di kawasan peternakan sapi pantai baru terdapat 200 ekor dengan biogas yang dihasilkan hanya untuk kebutuhan memasak saja di wisata kuliner pantai baru. Berdasarkan hasil riset sebelumnya yang tertera pada tabel 4.1 secara sederhana dapat dihitung potensi biogas sebagai berikut :

37 Tabel 4.1 Potensi Biogas

Jenis Banyak Tinja

(kg/hari)

Kandungan BK (%)

Biogas (m3/kg)

Sapi 25 20 0,023-0,040

Kambing/domba 1,13 26 0,040-0,059

Ayam 0,18 28 0,065-0,116

Itik 0,34 38 0,065-0,116

Babi 7 9 0,040-0,059

Manusia 0,25-0,4 23 0,020-0,028

Sumber : Kalle, G.P. & Menon;K.K.G United Nations (1984) Menghitung Potensi Energi Listrik dari Biogas Kotoran Sapi

Dengan jumlah sapi 200 ekor yang berada dipeternakan Pantai Baru dengan rata-rata produksi kotoran tiap harinya 25 kg/hari maka produksi total keseluruhan kotorannya adalah :

200 x 25 = 5.000 kg /hari

Kandungan bahan kering dri kotoran sapi adalah 20%, maka kandungan bahan kering total per hari adalah :

5.000 x 20% = 1.000 kg

Potensi biogas yang dihasilkan dari kotoran sapi dalam sehari adalah : 1.000 x 0,023 = 23 m3/hari

23 x 365 = 8.395 m3/tahun

Dengan masa jenis biogas 1,15 kg/m3 maka biogas yang dihasilkan dalam kilo gram adalah :

1,15 x 23 = 26,45 kg/hari

38 26,45 x (25x20%) = 132,25 kg.biogas/kg.bahan kering

Konversi 1 m3 biogas sama dengan 11,72 kWh/hari, potensi energi listrik yang diperoleh dari biogas kotoran sapi dalam setahun adalah :

11,72 x 360 x 23 = 97041, 6 kWh/tahun Daya listrik = , = , �

4.2 Data Beban

Data beban di peroleh dari survei yang telah dilakukan kewilayah PLTH dan didapat bahwa beban utama harian disini berupa beban untuk konsumsi masyarakat nelayan di kawasan wisata pantai baru. Sebagian besar beban digunakan untuk penerangan, peralatan listrik yang ada di warung kuliner dan kantor pengelola PLTH. Selain itu juga energi listrik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menghidupkan jet pump maupun untuk produksi es bagi warga yang mayoritas berpencarian sebagai nelayan. Berikut adalah penggunaan energi listrik dikawasan wisata Pantai Baru dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut.

Tabel 4.2 Data Beban Pantai baru Beban Beban Listrik

satuan (w)

Total Beban per unit (kw)

Beroprasi

1 Unit Mesin Es kristal

3000 3 06.00 - 07.00 Siang

1 Unit Mesin Es kristal

2500 2.5 06.00 - 07.00

1 Jet Pump 250 0.250 06.00 – 07.00 1 Mesin Es

Balok

39 1 Mesin

Giling Es

750 0.750 06.00 – 07.00

1 Lampu Indikator Menara

60 0.60 17.00 – 05.00 Malam

10 Unit Lampu kantor

20 0.200 17.00 – 05.00

40 Unit Lampu PJU

23 1.012 17.00 – 05.00

200 Unit Lampu Penerangan

Warung

15 3 17.00 – 05.00

2 Unit Televisi

65 0.130 07.00 – 22.00 Siang/Malam

3 Unit Kipas Angin

50 0.150 09.00 – 16.00

5 Unit Dispenser

250 1.250 07.00 – 22.00

10 Unit Pompa Air

125 1.250 05.00 – 07.00 16.00 – 17.00

Dan dari data hasil survei di lapangan di atas kemudian dimasukkan ke dalam program HOMER untuk diolah hingga mendapatkan data yang lebih optimal. Berikut adalah tabel data konsumsi beban yang didapat dari memasukkan data konsumsi energi listrik ke program HOMER.

40 Tabel 4.3 Konsumsi energi listrik di wilayah Pantai Baru

Jam Pemakaian Total Beban (KW) 00.00 – 01.00 0.168 01.00 – 02.00 0.168 02.00 – 03.00 0.168 03.00 – 04.00 0.168 04.00 – 05.00 0.168 05.00 – 06.00 0.168 06.00 – 07.00 1.750 07.00 – 08.00 1.750 08.00 – 09.00 3.130 09.00 – 10.00 10.430 10.00 – 11.00 16.430 11.00 – 12.00 15.930 12.00 – 13.00 15.930 13.00 – 14.00 15.930 14.00 – 15.00 9.180 15.00 – 16.00 3.430 16.00 – 17.00 4.680 17.00 – 18.00 3.380 18.00 – 19.00 3.548 19.00 – 20.00 2.048 20.00 – 21.00 2.048 21.00 – 22.00 2.048 22.00 – 23.00 168 23.00 – 00.00 168

Total 112.986

Dari tabel 4.4 diatas terlihat bahwa beban puncak terjadi pada pukul 10.00 – 11.00, hal ini dikarenakan pada waktu tersebut mesin es balok dan mesin kristal di nyalakan unutk keperluan para nelayan dan warung makan

41 sekitar. Dari data konsumsi beban tersebut juga di dapat hasil simulasi HOMER,

software Homer Energy hanya membutuhkan daya aktif total. Dan simulasi ini, beban listrik yang digunakan dalam sistem pembangkit di asumsikan memiliki

random variability harian sebesar 15% dan untuk time to step 20% sesuai petunjuk pada Homer Energy yang ditunjukkan pada gambar 4.2

4.3 Perancangan Sistem HOMER

Pada perancangan sistem HOMER akan menganalisa rancangan yang terhubung ke grid PLN.

Gambar yang tersedia dibawah ini menunjukan window komponen HOMER yang dipakai pada penelitian ini. Berbagai komponen sistem khusus yang dipilih yaitu beban primer 1, Generator 1 (setting fuel curve sebagai biogas).

42

4.3.1 Simulasi Primary Load 1

Simulasi primary load adalah simulasi beban kelistrikan, dari data konsumsi beban yang tersedia pada tabel 4.4 Konsumsi energi listrik di wilayah Pantai Baru maka di dapat hasil simulasi HOMER sebagai berikut.

Gambar 4.2 Simulasi data beban menggunakan Homer Energy Beban listrik yang digunakan dalam pemodelan sistem tersebut memiliki rata-rata beban listrik sebesar 4.65 KW dengan konsumsi rata-rata energi listrik yang digunakan sebesar 112.986 KWh. Beban puncaknya yang mungkin terjadi adalah sebesar 28.6 KW dalam satu tahun. Dan untuk penggunaan energi sendiri dalam sehari maupun dalam setahun dapat dilihat pada gambar 4.2 dibawah.

43 Gambar 4.4 Penggunaan energy listrik per jam untuk tiap bulan dalam satu

tahun

Dari gambar 4.3 diatas terlihat bahwa penggunaan energi listrik di kawasan wisata Pantai Baru setiap bulan dalam satu tahun tidak jauh berbeda.

4.3.2 Generator 1

Simulasi generator 1 (biogas resource) adalah simulasi penyediaan daya kelistrikan dan suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bias berasal dari panas, air, uap, dll. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bias berupa listrik AC (listrik bolak-balik). Hal tersebut tergantung dari kontruksi generator yang dipakai pembangkit tenaga listrik. Dalam penelitian ini generator digunakan menggunakan arus AC.

44 Gambar 4.5 Perancangan Sistem Generator 1

Pada gambar diatas bahwa perancangan sistem generator menggunakan daya 29kw tapi pada perancangan sistem homer tersebut dapat menggunakan generator dengan kapasitas 35 kW dan 40 kW yang berarti mengindikasikan bahwa hasil biogas yang didapatkan mampu mensuplai bahan bakar ke generator dan itu terbukti tidak adanya pembelian listrik dari PLN, dengan harga per-unitnya adalah sebesar $ 1250,00. Pada perancangan sistem HOMER juga di terapkan bahwasanya kecapian efisiensi maksimum 50% dan untuk biaya pergantian diasumsikan sebesar 50% atau $ 615,00 dari harga pembelian. Dan biaya perawatan rutin O&M sebesar $ 0.050.00 per jam.

45 Pada gambar 4.5 di atas menjelaskan tentang harga pembelian awal (capital) generator 29 kW sebesar US$ 1.724 dan untuk biaya pergantian (replacement) adalah sebesar US$ 625.

Gambar 4.7 Fuel Curve Generator 1

Gambar 4.6 diatas adalah gambar pengaturan Intercept coeff biogas.

Intercept coeff adalah konsumsi bahan bakar tanpa beban dari generator. Dengan penjelasaan bahwa 1 m3 biogas setara dengan 22 MJ, sedangkan 1 kWh setara dengan 3,6 MJ. Jadi 1 m3 biogas setara dengn 6,1 kWh sebagaimana yang di kutip dalam artikel karangan Charles Banks tahun 2009.

4.3.3 Grid

Simulasi perancangan sistem ini di koneksikan ke grid, karena tujuan utama dari simulasi skripsi ini adalah menumukan komposisi yang baik antara

46 listrik PLN, dan generator serta membuat analisa cadangan sisa energi yang di produksi dari generator apabila terjadi pemadaman listrik PLN. Sehingga apabila ada kelebihan energi listrik, energi tersebut dapat dijual ke PLN, grid sendiri merupakan jaringan penyedia listrik PT PLN(Persero). Dimana berdasarkan Peraturan Menteri ESDM Nomor 04 Tahun 2012 PLN wajib menggunakan energi terbarukan skala kecil sampai dengan menengah dengan kapasitas sampai dengan 10 MW. Kelebihan tenaga listrik (excess power) dari badan usaha milik negara, badan usaha milik daerah, badan usaha milik swasta, koperasi dan swadaya masyarakat guna memperkuat sitem penyediaan listrik setempat, dengan kapasitas 10 MW terlebih dahulu menyampaikan permohonan kepada Dirjen EBTKE untuk ditetapkan sebagai pengelola energi biomasa atau biogas guna memperkuat sistem penyediaan tenaga listrik setempat dengan energi terbarukan.

47

4.4 Analisis Optimasi HOMER

4.4.1 Hasil Konfigurasi Homer

Gambar 4.9 Perancangan Konfigurasi Homer

Gambar 4.10 Hasil Kalkulasi Konfigurasi Homer Energy

Pada gambar 4.9 menunjukan simulasi konfigurasi sistem pada Homer. Konfigurasi yang baik yaitu memilik nilai total NPC yang kecil, NPC merupakan

48 nilai saat ini dari semua biaya yang muncul selama masa pakai dikurangi semua pendapatan yang diperoleh selama masa pakai. Pada gambar diatas menunjukan nilai total NPC (-) itu berarti bahwa pendapatan melebihi biaya, pendapatan mungkin berasal dari penjualan listrik ke grid. Sedangkan Cost of Energy (COE) merupakan rata-rata per kWh dari energi listrik yang dihasilkan oleh sistem.

Desaign sistem pembangkit yang terbaik untuk Pantai Baru Bantul adalah dengan generator biogas dengan spesifikasi 29 KW dan dengan terhubung ke grid 1000 KW.

Tabel 4.4 Hasil konfigurasi system optimal Homer Energi Konfigurasi Keterangan

Generator 1 (KW) 40 Konfigurasi

menggunakan 29 KW

Grid (KW) 1000 Konfigurasi berlangganan

ke PLN 1000 Initial Capital $ 1.724 Keseluruhan biaya

investasi sebesar $ 1.724 Operating Cost ($/yr) $ -76.298 Biaya operasional setiap tahun sebesar $ -76.298 Total NPC ($) $ -973.626 Dana pengeluaran

dikurangi surplus sebesar $ -973.626

COE ($/kWh) -1.863 Rata-rata listrik yang dihasilkan sebesar -1.863 Biomass (t) 21.819 Produksi biogas 21,819/t Label (hrs) 8.760 Label biogas 8.760/jam

Tabel diatas adalah konfigurasi sitem pembangkit tenaga biogas optimal. Kelebihan konfigurasi diatas pada saat ini adalah lebih baik dan menghasilkan

49 kapasitas produksi lebih tinggi. Kapasitas generator 1 mampu menampung 40 KW dengan terhubung dengan grid sebesar 1.000 KW.

4.4.2 Analisa Konfigurasi Sistem Optimal

Dari hasil simulasi yang dilakukan dengan memberikan input konfigurasi sistem dan data komponen yang dipakai di dalamnya, maka dihasilkan beberapa perbandingan dari parameter yang telah ditentukan sebelumnya. Dalam hasil yang dilakukan oleh Homer Energy, dengan menambahkan sistem grid pada konfigurasi maka pembangkit listrik tenaga biogas Pantai Baru mendapatkan keuntungan sebesar $ 669,951 dengan kapasitas generator 29 KW. Kapasitas generator dan hasil produksi biogas yang didapat mempengaruhi keuntungan yang di dapat dari penjualan daya per kWh setiap tahun ke PLN.

4.4.3 Potensi Biogas

Berdasarkan potensi biogas di Pantai Baru Bantul, kotoran sapi yang di ambil adalah menggunakan asumsi 25 kg dengan jumlah sapi sebesar 200 ekor. Untuk mengetahui hasil produksi biogas dalam setahun dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

50 Gambar 4.12 Hasil produksi biogas per bulan dalam setahun

Gambar 4.13 Massa biogas yang dihasilkan per kg

Pada gambar 4.12 adalah massa biogas yang dihasilkan per kg dan massa bahan baku yang dipakai. Berdasarkan buku yang dikutip dari Peter Jacob Jørgensen, Plan Energi and Researcher for a Day – Faculty of Agricultural Sciences, Aarhus University 2009 bahwa massa jenis biogas 1.15 kg/m3 maka biogas yang dihasilkan dalam kg adalah 1.15 kg/m3 x 0.115 m3/hari = 0,13225 kg/hari. Dari perolehan perhitungan tersebut maka dapat diketahui rasio gasifikasi biogas adalah , ��/ℎ���

��/ℎ��� = 0,00529 (kotoran sapi). Nilai rasio gasifikasi yang digunakan berdasarkan dengan jenis feedstock yang digunkan, dalam skripsi ini feedstock yang digunakan adalah kotoran sapi. Sedangkan LHV (Lower Heating Value) atau nilai pembakaran rendah adalah jumlah panas yang dikeluarkan oleh oleh 1kg bahan bakar bila bahan bakar tersebut dibakar. Berdasarkan alamat

51 akses tanggal 28 nov 2016) bahwa biogas memiliki nilai energi sebesar 11.316 Btu/lb, untuk mencari nilai LHV dapat ditentukan dengan rumjs sebagai berikut :

. ,_, �� _�� = 24,98 MJ/kg.

Keterangan : nilai 0,001 MJ di dapat dari konversi Btu ke MJ sedangkan 0,453 kg di dapat dari konversi Btu ke kg.

4.4.4 Hasil Pembangkitan Sistem

Gambar 4.14 Daya yang dibangkitkan konfigurasi

Pada gambar di atas tampak bahwa total daya yang dihasilkan pembangkit dan yang tersuplai dari generator biogas menghasilkan tenaga listrik sebesar 350.040 kWh/tahun (100%). Dengan konsumsi listrik sebesar 40.880 kWh/tahun (16%) dan sisanya dapat dijual ke PLN sebesar 309.520 kWh/tahun (84%). Dari gambar diatas terlihat bahwa terdapat grid sales sebesar 309.520 kWh pertahun. Itu artinya adanya kelebihan tenaga listrik yang di miliki Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Pantai Baru menunjukkan bahwa kinerja sistem dilihat dari sisi beban mampu melayani kebutuhan listrik dikawasan wisata Pantai baru, namun disisi pembangkit hal ini merupakan kerugian. Karena kelebihan daya listrik yang terjadi setiap bulannya terbuang begitu saja.

52 Gambar 4.15 Produksi listrik per bulan dalam satu tahun

Dari gambar 4.14 dapat diketahui bahwa produksi listrik stiap bulannya stabil karena pembangkit generator biogas selalu setabil sesuai kebutuhan listrik.

Gambar 4.15 Grafik Produksi dan Konsumsi Listrik

Untuk lebih lengkapnya tentang energi yang telah dibangkitkan oleh sistem dan yang dikonsumsikan oleh Pantai Baru tertampil dalam Gambar 4.15. Kolom atas merupakan kolom dimana listrik dibangkitkan, listrik yang dibangkitkan oleh generator pembangkit listrik tenaga biogas dan listrik yang di jual ke PLN. Sedangkan kolom bawah merupakan grafik listrik yang dikonsumsi Pantai Baru.

Pada kolom atas, garis hitam adalah listrik yang dibangkitkan dari pembangkit tenaga biogas dari data tersebut dapat diketahui daya yang dihasilkan

55 Tabel 4.6 Nominal Cash Flow konfigurasi sistem On-Grid

Tahun Current System

Annual ($) Cumulative

0 -1.724 -1.724

1 76.776 75.052

2 75.914 150.965

3 76.776 227.741

4 75.914 303.655

5 76.776 380.431

6 75.914 456.345

7 75.914 532.259

8 76.776 609.034

9 75.914 684.948

10 76.776 761.724

11 75.914 837.638

12 75.914 913.552

13 76.776 990.327

14 75.914 1.066.241

15 76.776 1.143.017

16 75.914 1.218.931

17 76.776 1.295.707

18 75.914 1.371.620

19 75.914 1.447.534

20 76.776 1.524.310

21 75.914 1.600.224

22 76.776 1.677.000

23 75.914 1.752.913

24 75.914 1.828.827

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Berdasarkan dari analisis dan pengolahan data yang di dapat sebagai berikut :

a) Produksi kotoran ternak sapi di Pantai Baru adalah 5000 kg per hari.

b) Potensi Biogas yang dihasilkan dari kotoran ternak sapi adalah 23 m3 /hari. Dan biogas yang dihasilkan dalam satuan kg adalah 26,45/hari.

c) Rasio gasifikasi kotoran ternak sapi menjadi biogas adalah 132,25 kg.biogas/kg.bahan kering.

2. Dari hasil simulasi menggunakan HOMER energy bahwa potensi biogas yang dihasilkan mencakup kebutuhan energi listrik di Pantai Baru. Dengan total beban per tahun 40.880 kWh/th dan energi yang dihasilkan dari biogas kotoran sapi dengan kapasitas generator 40 kW adalah 350.400 kWh/th dan sisa yang dihasilkan dapat di jual ke PLN sebesar 309.520 kWh/th.

5.2 Saran

1. Dari hasil penelitian ini, menunjukkan bahwa sangat potensial energi biogas yang dihasilkan dari kotoran peternakan sapi untuk diterapkan di Pantai Baru Bantul sebagai energi terbarukan. Untuk itu perlu pemikiran dan penanganan lebih serius oleh pemda dengan adanya pengembangan energi biogas menjadi energi listrik agar Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dapat tercapai.

57 2. Pada penelitian ini menggunakan software HOMER energy sebagai simulasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas. Dari simulasi yang dilakukan telah menemukan bebrapa kendala seperti dalam menentukan efficiency curve pada generator sehingga dibutuhkannya kajian lebih dalam tentang software HOMER energy, untuk mendapatkan hasil yang akurat dan mendekati perkiraan yang sebenarnya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Al Hasibi, Rahmat Adhiprasetya. 2013. Laporan Penelitian “Kajian Eksperimental Karakterisitik Produktifitas Biogas Dengan Bahan Baku Limbah Kotoran Sapi, Limbah Pasar Buah Dan Limbah Industri Tahu”. Teknik Elektro. UMY.

2. Febriyanita, Wahyu. 2015. Skripsi “Pengembangan Biogas Dalam Rangka Pemanfaatan Energi Terbarukan Di Desa Jetak Kecamatan Getasan Kabupaten Semarang”. Fakultas Ilmu Sosial. UNES.

3. Sanjaya, Denta., Agus Haryanto Dan Tamrin. 2015. Journal “Produksi Biogas Dari Campuran Kotoran Sapi Dengan Kotoran Ayam”. Fakultas Pertanian. Universitas Lampung.

4. Santoso, Anugrah Adi. 2010. Skripsi “Produksi Biogas Dari Limbah Rumah Makan Melalui Peningkatan Suhu Dan Penambahan Urea Pada Perombakan Anaerob”. Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret.

5. Sasongko, Wedo. 2010. Tesis “Produksi Biogas Dari Biomassa Kotoran Sapi Dalam Biodigester Fix Dome Dengan Pengenceran Dan Penambahan Agitasi”. Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret.

6. Wahyudiyanto, Candra Nur. 2015. Skripsi “Analisis Potensi Limbah Kotoran Manusia Dan Radiasi Matahari Sebagai Alternatif Dalam Penyediaan Energi Listrik”. Teknik Elektro. UMY.

7. Waskito, Didit. 2011. Tesis “Analisi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Dengan Pemanfaatan Kotoran Sapi Di Kawasan Usaha Peternakan Sapi”. Fakultas Teknik. UI.

8. https://indonesian.alibaba.com/product-detail/teenwin-biogas-generator-in-gas-turbinie-generators-60396297028.html

9. http://www.engineeringtoolbox.com/heating-values-fuel-gases-d_823.html 10.https://www.google.co.id/?gws_rd=cr,ssl&ei=UooqWPTtM4fVvgTLv4fY

59

LAMPIRAN

Genset Biogas

(https://www.alibaba.com) Spesifikasi Genset Biogas