Model Sentra Energi Berbasis Biomassa (Studi Kasus di Kawasan Bogor, DKI Jakarta, dan Purwakarta)
ABSTRAK
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Sentra Energi Berbasis Biomassa (Studi kasus kawasan
Bogor, kawasan DKI Jakarta dan kawasan Purwakarta). Dibimbing oleh M. SRI SAENI,
H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, dan KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Peranan energi fosil tetap dominan dalam memenuhi kebutuhan energi manusia
yang berakibat pada percepatan kelangkaan energi dan sekaligus meningkatkan jumlah
bahan pencemar dari penambangan, pengangkutan dan pemakaian energi fosil. Keadan
tersebut perlu ditanggulangi dengan memanfaatkan sumberdaya energi lain yang dapat
mengganti peran energi fosil dan yang rendah kadar bahan pencemar. Salah satu pilihannya adalah biomassa yang dengan proses biokonversi menghasilkan sisntesis energi
komersial.
Penelitian ini bertujuan : 1) mendapatkan model penduga produksi bio gas dan kadar metana hasil proses fermentasi anaerobik campuran biomassa, 2) merancang sistem
produksi metana yang menggunakan proses fermentasi anaerobik, 3) mengevaluasi kelayakan sistem produksi metana, dan 4) menyusun model simulasi sistem produksi
metana. Pada penelitian ini dilakukan dengan empat bagian yang saling berkaitan. Penelitian gas bio menggunakan proses fermentasi anaerobik dengan data yang diperoleh dari
percobaan tiga jenis biomassa dan empat macam komposisi campuran biomassa. Data
kandungan unsur hara dan kandungan logam berat bahan organik sisa proses fermentasi
diperoleh dari analisis laboratorium (N dengan metode Kjedahl; metode AAS untuk
mendapatkan data P, K, Cd, Pb, dan Hg). Kajian kelayakan sistem produksi metana
menggunakan data histroris dan model penduga gas bio terhadap kontinyuitas penyediaan biomassa, kelayakan finansial dengan parameter NPV, produksi metana, dan
pengurangan kuantitas limbah padat. Model simulasi disusun dengan metode matematis
menggunakan perangkat lunak Qbasic, dan validitas model menggunakan metode output
Berdasarkan hasil penelitian dan kajian dapat disimpulkan 1) produksi metana
biomassa campuran dapat diprediksi dengan model penduga V = ΣkiVi (α=0,05) dan
kadar metana dengan model penduga K = ΣkiViKi/V (α=0,05), 2) bahan organik sisa
fermentasi mengandung unsur hara N, P, K relatif setara dengan kandungan unsur hara
kompos (α = 0.05), 3) dipandang dari aspek keberlangsungan penyediaan biomasa,
aspek finansial yang menggunakan rasio NPV terhadap biaya investasi, aspek jumlah
produksi metana yang sangat signifikan serta aspek perlindungan lingkungan dengan
kemampuan mereduksi sampah padat 28,54 sampai 72,33 %, maka sentra energi berbasis biomassa sangat layak untuk diwujudkan. Kemudiam model simulasi yang dirancang layak digunakan untuk memprediksi karakteristik operasi sentra energi di suatu
kawasan.
ABSTRACT
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Energy Center Based on Biomass ( a case study in
Bogor, Province of DKI Jakarta, and Purwakarta). Under the direction of M. SRI
SAENI, H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, and KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Fossil energy still holding a significant role as a dominant source to fulfill the energy
needs of human being. Countinous usage of fossil energy creates a condition where
fossil energy resources become very rare and the level of environment pollution is
increasing from mining, transporting and usage of fossil energy. This condition need to
be antisipated by using another energy source which could replace fossil energy and at
the same time have low level of pollutant. One of option is the biomass, which coud
produce commercial syntetic energy through bioconvertion process.
The objectives of this study are : 1) to develop forecast model of biogas and methane
production as a result from anaerobic fermentation of mixed biomass; 2) to develop
methene production system which used anaerobic fermentation process; 3) to evaluate
the feasibility of methane production system; and 4) to develop simulation model of
methane production system. Four related part were conducted during this study. Study of
biogas through anaerobic fermentation process using datas which were gained from
three kind of biomass and four kind mixed biomass composition. The data of important
material and metal metter of organic matter as a result of fermentation process was go to
from laboratoium analysis (N with Kjedahl method; ASS method to get P, K, Cd, Pb,
and Hg datas). Feasibility study of methane production system using hystorical data and
forecast model of biogas towards the continuity of biomass production, financial
feasibility with the parameter of NPV, methane production, and decreasing of solid
waste quantity. Simulation model was made based on mathematical method using
Qbasic softwere and model validity using output method.
Based on the result of the research can be concluded that : 1) methane production from
mixed biomass can be predicted by forecast model V = ΣkiVi (α=0,05) and the level of
methane forecast model K = ΣkiViKi/V (α=0,05); 2) organic material from fermentation
residue is containing important organic matter N, P, K, relatively equal to compos
important organic matter (α = 0.05); 3) energy center based on biomass is feasible in
term of : continous biomass supply, financial with NPV to investation ratio, significant
methane production, and capability to reduce solid waste bay 28.54 – 72.33 %; and 4)
simulation model of energy center based on biomass can be used to predict the
operational characteristcs of energy based on biomass.
MODEL SENTRA ENERGI BERBASIS BIOMASSA
(Studi kasus di kawasan Bogor, DKI Jakarta, dan Purwakarta)
OLEH :
ACHMAD SJAMSU ANWAR
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul : Model Sentra Energio
Berbasis Biomassa (Studi kasus di kawasan Bogor, DKI Jakarta, dan Kabupaten
Purwakarta).
Adalah karya saya sendiri dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada
perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir disertasi.
Bogor, 15 Januari 2007
A. Sjamsu Anwar
ABSTRAK
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Sentra Energi Berbasis Biomassa (Studi kasus kawasan
Bogor, kawasan DKI Jakarta dan kawasan Purwakarta). Dibimbing oleh M. SRI SAENI,
H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, dan KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Peranan energi fosil tetap dominan dalam memenuhi kebutuhan energi manusia
yang berakibat pada percepatan kelangkaan energi dan sekaligus meningkatkan jumlah
bahan pencemar dari penambangan, pengangkutan dan pemakaian energi fosil. Keadan
tersebut perlu ditanggulangi dengan memanfaatkan sumberdaya energi lain yang dapat
mengganti peran energi fosil dan yang rendah kadar bahan pencemar. Salah satu pilihannya adalah biomassa yang dengan proses biokonversi menghasilkan sisntesis energi
komersial.
Penelitian ini bertujuan : 1) mendapatkan model penduga produksi bio gas dan kadar metana hasil proses fermentasi anaerobik campuran biomassa, 2) merancang sistem
produksi metana yang menggunakan proses fermentasi anaerobik, 3) mengevaluasi kelayakan sistem produksi metana, dan 4) menyusun model simulasi sistem produksi
metana. Pada penelitian ini dilakukan dengan empat bagian yang saling berkaitan. Penelitian gas bio menggunakan proses fermentasi anaerobik dengan data yang diperoleh dari
percobaan tiga jenis biomassa dan empat macam komposisi campuran biomassa. Data
kandungan unsur hara dan kandungan logam berat bahan organik sisa proses fermentasi
diperoleh dari analisis laboratorium (N dengan metode Kjedahl; metode AAS untuk
mendapatkan data P, K, Cd, Pb, dan Hg). Kajian kelayakan sistem produksi metana
menggunakan data histroris dan model penduga gas bio terhadap kontinyuitas penyediaan biomassa, kelayakan finansial dengan parameter NPV, produksi metana, dan
pengurangan kuantitas limbah padat. Model simulasi disusun dengan metode matematis
menggunakan perangkat lunak Qbasic, dan validitas model menggunakan metode output
Berdasarkan hasil penelitian dan kajian dapat disimpulkan 1) produksi metana
biomassa campuran dapat diprediksi dengan model penduga V = ΣkiVi (α=0,05) dan
kadar metana dengan model penduga K = ΣkiViKi/V (α=0,05), 2) bahan organik sisa
fermentasi mengandung unsur hara N, P, K relatif setara dengan kandungan unsur hara
kompos (α = 0.05), 3) dipandang dari aspek keberlangsungan penyediaan biomasa,
aspek finansial yang menggunakan rasio NPV terhadap biaya investasi, aspek jumlah
produksi metana yang sangat signifikan serta aspek perlindungan lingkungan dengan
kemampuan mereduksi sampah padat 28,54 sampai 72,33 %, maka sentra energi berbasis biomassa sangat layak untuk diwujudkan. Kemudiam model simulasi yang dirancang layak digunakan untuk memprediksi karakteristik operasi sentra energi di suatu
kawasan.
ABSTRACT
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Energy Center Based on Biomass ( a case study in
Bogor, Province of DKI Jakarta, and Purwakarta). Under the direction of M. SRI
SAENI, H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, and KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Fossil energy still holding a significant role as a dominant source to fulfill the energy
needs of human being. Countinous usage of fossil energy creates a condition where
fossil energy resources become very rare and the level of environment pollution is
increasing from mining, transporting and usage of fossil energy. This condition need to
be antisipated by using another energy source which could replace fossil energy and at
the same time have low level of pollutant. One of option is the biomass, which coud
produce commercial syntetic energy through bioconvertion process.
The objectives of this study are : 1) to develop forecast model of biogas and methane
production as a result from anaerobic fermentation of mixed biomass; 2) to develop
methene production system which used anaerobic fermentation process; 3) to evaluate
the feasibility of methane production system; and 4) to develop simulation model of
methane production system. Four related part were conducted during this study. Study of
biogas through anaerobic fermentation process using datas which were gained from
three kind of biomass and four kind mixed biomass composition. The data of important
material and metal metter of organic matter as a result of fermentation process was go to
from laboratoium analysis (N with Kjedahl method; ASS method to get P, K, Cd, Pb,
and Hg datas). Feasibility study of methane production system using hystorical data and
forecast model of biogas towards the continuity of biomass production, financial
feasibility with the parameter of NPV, methane production, and decreasing of solid
waste quantity. Simulation model was made based on mathematical method using
Qbasic softwere and model validity using output method.
Based on the result of the research can be concluded that : 1) methane production from
mixed biomass can be predicted by forecast model V = ΣkiVi (α=0,05) and the level of
methane forecast model K = ΣkiViKi/V (α=0,05); 2) organic material from fermentation
residue is containing important organic matter N, P, K, relatively equal to compos
important organic matter (α = 0.05); 3) energy center based on biomass is feasible in
term of : continous biomass supply, financial with NPV to investation ratio, significant
methane production, and capability to reduce solid waste bay 28.54 – 72.33 %; and 4)
simulation model of energy center based on biomass can be used to predict the
operational characteristcs of energy based on biomass.
MODEL SENTRA ENERGI BERBASIS BIOMASSA
(Studi kasus di kawasan Bogor, DKI Jakarta, dan Purwakarta)
OLEH :
ACHMAD SJAMSU ANWAR
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya,
sehingga karya ilmiah yang berjudul Model Sentra Energi Berbasis Biomassa (Studi
kasus di kawasan Bogor, Jakarta, dan Purwakarta) berhasil diselesaikan.
Kurun waktu yang sangat panjang mulai dari penyusunan proposal, pelaksanaan
penelitian sampai pembuatan laporan tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Terima
kasih penulis haturkan kepada Prof. Dr. Ir. M. Sri Saeni, MS, Prof. Dr. Ir. H. M. H.
Bintoro Djoefrie, MAgr, Prof. Dr. Ir. Koeswardhono Mudikdjo selaku Komisi Pembimbing yang telah sangat banyak memberi tuntunan dan bimbingannya. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak dan instansi atas bantuan langsung
maupun tidak langsung dan atas kerjasama yang baik kepada penulis dalam mengerjakan karya ilmiah ini. Terima kasih penulis ungkapkan pada istri dan anak-anakku atas
semua dukungan yang tak pernah surut dan rajutan doa yang senantiasa mengiringi
penulis.
Bagian yang utuh dari rasa syukur atas penyusunan karya ilmiah ini adalah
penulis persembahkan untuk almarhumah Ibunda Hj Nahiya dan almarhum Ayahanda H.
M. Asir yang semasa hidup beliau telah membimbing dan menebarkan kasih sayang
kepada penulis yang sungguh tak terkirakan. Akhirnya penulis mengharapkan karya
ilmiah ini dapat memberikan manfaat bagi yang membacanya.
Bogor, 10 Maret 2006
Achmad Sjamsu Anwar
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 29 April 1951 di Muara Rupit Musi Rawas
Sumatera Selatan. Mengikuti pendidikan dasar ditempuh di Muara Rupit dan pendidikan menengah ditempuh di Palembang dan Bandung. Pendidikan sarjana pada departemen teknik mesin Institut Teknologi Bandung, dan lulus pada tahun 1976. Pada tahun
1991 lulus pendidikan sarjana strata dua dari Program Pascasarjana IPB pada program
studi Keteknikan Pertanian. Selanjutnya pada tahun 1999 penulis melanjutkan ke program Doktor pada Program Studi Ilmu Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis pada mulanya bekerja sebagai Pengajar Diklat PLN di Cibogo Bogor
sampai tahun 1978. Pada tahun 1978, penulis bekerja sebagai dosen tetap di Universitas
Jayabaya Jakarta. Terakhir penulis diangkat sebagai PNS dan melalui Kopertis Wilayah
III Jakarta diperbantukan pada Fakultas Teknik Universitas Jayabaya pada tahun 1979.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL
xi
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
I PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang …………………………………………………………….
1
1.2. Tujuan Penelitian ………………………………………………………….
3
1.3. Kerangka Pemikiran ………………………………………………………
3
1.4. Perumusan Masalah ……………………………………………………….
7
1.5. Hipotesis …………………………………………………………………..
8
1.6. Manfaat Penelitian …………………………………………………………
8
1.7. Novelty …………………………………………………………………….
9
II. TINJAUAN PUSTAKA
10
2.1. Potensi Biomassa …………………………………………………………
10
2.1.1. Linbah Padat ………………………………………………………..
11
2.1.2. Pertanian Energi …………………………………………………….
14
2.1.3. Hutan Energi ………………………………………………………..
14
2.2. Proses Konversi Biomassa ………………………………………………..
15
2.2.1. Proses fermentasi Membuat Etanol …………………………………
15
2.2.2. Pembuatan Gas Dengan Proses Fermentasi Anaerobik …………….
16
2.2.3. Proses Pirolisis ………………………………………………………
16
2.2.4. Proses Reduksi Kimia ……………………………………………….
17
2.2.5. Metana Dari Gasbio …………………………………………………
17
2.3. Konsumsi Dan Pencamaran Energi Fosil ………………………………….
19
2.3.1. Konsumsi Energi Dunia ……………………………………………..
19
2.3.2. Konsumsi Energi Indonesia …………………………………………
21
2.3.3. Cadangan Energi Komersial Indonesia ……………………………..
24
2.3.4. Pencemaran Energi Fosil ……………………………………………
26
2.4. Konservasi Dan Substitusi Energi …………………………………………
30
2.4.1. Konservasi Energi …………………………………………………..
30
2.4.2. Substitusi Energi Komersial ………………………………………..
32
Halaman
2.5. Sistem Sentra Energi Berbasis Biomassa
34
2.5.1. Karakteristik Rancangan …………………………………………
34
2.5.2. Input Dan Output …………………………………………………
36
2.5.3. Gambaran Umum Proses …………………………………………
37
2.5.4. Infrastruktur Sentra Energi Biomassa ……………………………
42
III. METODE PENELITIAN
50
3.1. Tempat …………………………………………………………………
50
3.2. Rancangan Penelitian ………………………………………………….
50
3.2.1. Percobaan Gasbio ………………………………………………
50
3.2.2. Percobaan Bahan Organik ……………………………………..
51
3.2.3. Karaktersitik Sentra Energi Biomassa ………………………....
51
3.2.4. Model Simulasi …………………………………………………
51
3.3. Bahan Dan Alat ……………………………………………………….
52
3.4. Sumber Data Yang Digunakan ………………………………………..
53
3.4.1. Data Gasbio ……………………………………………………..
53
3.4.2. Data Bahan Organik …………………………………………….
53
3.4.3. Data Potensi Biomassa ………………………………………….
54
3.4.4. Data Harga Satuan ………………………………………………
56
3.5. Perancangan Model Sentra Energi Biomassa ………………………….
56
3.6. Model Simulasi Model Sentra Energi Biomassa Yang Digunakan ……
58
3.6.1. Sub Model Biomassa dan Produk Hasil …………………………
58
3.6.2. Sub Model Investasi ……………………………………………..
59
3.6.3. Sub Model Nilai Lingkungan ……………………………………
64
3.6.4. Sub Model Aspek Finansial ……………………………………..
64
3.6.5. Sub Model Ouput ………………………………………………..
67
3.6.6. Program Komputer Yang Digunakan ……………………………
68
3.7. Model Penduga Dan Pengujian Model …………………………………
68
3.7.1. Model Penduga Produksi Gasbio …………………………………
68
3.7.2. Model Penduga Kadar Metana Gasbio ……………………………
69
3.7.3. Validasi Model Simulasi ………………………………………….
70
3.8. Pengujian Kandungan Hara Bahan Organik …………………………….
70
viii
3.9. Waktu Pelaksanaan ………………………………………………………
71
3.10. Asumsi Yang Digunakan ……………………………………………….
71
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
72
4.1. Gasbio …………………………………………………………………
72
4.1.1. Produksi Gasbio ………………………………………………...
72
4.1.2. Efek Biomassa Campuran ………………………………………
76
4.1.3. Kadar Metana …………………………………………………...
77
4.1.4. Model Penduga Gasbio Campuran Biomassa …………………..
78
4.1.5. Model penduga Kadar Metana Campuran Biomassa …………..
81
4.2. Limbah Organik ……………………………………………………….
86
4.3. Kandungan Bahan Organik ……………………………………………
88
4.3.1. Kandungan Hara ………………………………………………..
90
4.3.2. Kandungan Logam Berat ……………………………………….
90
4.4. Sentra Nergi Biomassa ………………………………………………..
91
4.4.1. Biomassa terkumpul …………………………………………….
92
4.4.2. Investasi …………………………………………………………
97
4.4.3. Produksi Gas Metana ……………………………………………
101
4.4.4. Kas Tahun Operasional …………………………………………
104
4.4.5. Nilai Lingkungan ……………………………………………….
108
4.5. Simulasi Sentra Energi Biomassa ……………………………………..
111
4.5.1. Biomassa Terkumpul Dan Produksi Metana ……………………
111
4.5.2. Biaya Investasi ………………………………………………….
114
4.5.3. Hasil Bersih Dan Nilai Sekarang Bersih ……………………….
114
4.5.4. Nilai Lingkungan ……………………………………………….
115
4.5.5. Validasi Model ………………………………………………….
116
4.6. Karakteristik Sentra Energi Biomassa 2006 – 2013 …………………..
119
4.6.1. Biomassa terkumpul dan Produksi Metana …………………….
119
4.6.2. Biaya Investasi ………………………………………………….
121
4.6.3. Hasil Bersih Dan Nilai Sekarang Bersih ………………………..
121
4.6.4. Nilai Lingkungan ………………………………………………..
122
V. KESIMPULAN
124
5.1. Kesimpulan ……………………………………………………………..
ix
124
5.2. Saran ……………………………………………………………………
124
DAFTAR PUSTAKA
126
LAMPIRAN
133
x
DAFTAR TABEL
No
Judul
Halaman
1
Bahan Organik yang Menghasilkan Metana ………………..
18
2
Proses pendahuluan Bahan Lignin dan Hemisellulosa …….
19
3
Estimasi Konsumsi Energi Dunia ……………………………
20
4
Konsumsi Energi Menurut Regional ………………………...
20
5
Konsumsi Energi Total Indonesia …………………………...
21
6
Pemakaian Energi Final ……………………………………...
22
7
Penyediaan Energi Primer di Indonesia ……………………..
24
8
Energi Bahan Bakar dan Produksi CO2 ……………………...
28
9
Emisi Karbondioksida CO2 ……………………………….. .
29
10
Ukuran dan Kapasitas Reaktor Fermentasi ………………….
45
11
Jumlah Reaktor Fermentasi Sentra Energi …………………
46
12
Ukuran dan Kapasitas Tangki Gasbio ……………………….
47
13
Jumlah Tangki Pengumpul Gasbio Sentra Energi …………...
48
14
Produksi Gasbio pada Berat Kering 4,97kg …………………
73
15
Produksi Gasbio Berdasarkan Periode ………………………
75
16
Kadar Rata-rata Metana dalam Gasbio ……………………...
77
17
Limbah Padat Fermentasi Anaerobik ………………………..
86
18
Keseimbangan Bahan Hasil Fermentasi Anaerobik …………
87
19
Bobot 4 Tanaman Bayam ……………………………………
89
No
Judul
Halaman
20
Kandungan Unsur Hara Bahan Organik Sisa Fermentasi ………….
90
21
Kandungan Logam Berat Bahan Organik Sisa Fermentasi ………..
91
22
Jumlah Total Biomassa Terkumpul Kawasan Bogor ………………
93
23
Jumlah Total BiomassaTerkumpul Kawasan DKI Jakarta ……….
95
24
Jumlah Total BiomassaTerkumpul Kawasan Purwakarta ………..
96
25
Biaya Investasi Sentra Energi Kawasan Bogor ……………………
98
26
Biaya Investasi Sentra Energi Kawasan DKI Jakarta ……………..
99
27
Biaya Investasi Sentra Energi Kawasan Purwakarta ………………
100
28
Produksi Metana Sentra Energi Kawasan Bogor …………………..
102
29
Produksi Metana Sentra Energi Kawasan DKI Jakarta ……………. 103
30
Biaya Metana Sentra Energi Kawasan Purwakarta ………………... 104
31
Aruskas Sentra Energi Kawasan Bogor ……………………………
32
Aruskas Sentra Energi Kawasan DKI Jakarta …………………….. 107
33
Aruskas Sentra Energi Kawasan Purwakarta ……………………… 107
34
Perlindungan Lingkungan kawasan Bogor ………………………...
35
Perlindungan Lingkungan kawasan DKI Jakarta ...………………... 110
36
Perlindungan Lingkungan kawasan Purwakarta…………………...
111
37
Simulasi Biomassa Terkumpul dan Produksi Metana …………….
112
38
Simulasi Hasil Bersih Tahunan Dan Nilai Sekarang Bersih ……… 115
39
Hasil Simulasi Perlindungan Lingkungan
116
40
Validasi Output Model Simulasi
119
41
Biomassa Terkumpul dan Produksi Metana 2006 – 2013
121
xii
106
109
No
Judul
Halaman
42
Laba Bersih dan Nilai Sekarang Bersih 2006 – 2013 ……………...
122
43
Nilai Lingkungan 2006 – 2013 …………………………………….
123
xiii
DAFTAR GAMBAR
No
Judul
Halaman
1
Kerangka Pemikiran ……………………………………………..
6
2
Konsumsi Energi Perkapita ……………………………………...
23
3
Porsi BBM dan Gas pada Konsumsi Energi Komersial …………
24
4
Cadangan Energi Fosil Sampai Tahun 2000 …………………….
25
5
Sketsa Alur Pemanfaatan Biomassa ……………………………..
35
6
Alur Proses Produksi Gas Bahan Biomassa ……………………..
38
7
Sketsa Pengolahan Khusus Limbah Pertanian …………………..
43
8
Sketsa Proses Khusus Limbah Peternakan ………………………
43
9
Sketsa Proses Khusus Sampah Kota …………………………….
44
10
Sketsa Reaktor Fermentasi ………………………………………
45
11
Rumput Gajah dan Sampah ……..................................................
52
12
Alat Percobaan Fermentasi Anaerobik Penghasil Gas Bio ………
52
13
Produksi Gasbio Biomassa ………………………………………
73
14
Produksi Gasbio Bahan Campuran Biomassa …………………...
77
15
Produksi Gasbio CB01 Model dan Percobaan …………………..
78
16
Produksi Gasbio CB02 Model dan Percobaan ………………….
79
17
Produksi Gasbio CB03 Model dan Percobaan ………………….
80
18
Produksi Gasbio CB04 Model dan Percobaan ………………….
81
19
Kadar Metana CB01 Model dan Percobaan …………………….
82
No
Judul
Halaman
20
Kadar Metana CBM 02 Model dan Percobaan …………………..
83
21
Kadar Metana CBM 03 Model dan Percobaan …………………..
84
22
Kadar Metana CBM 04 Model dan Percobaan …………………..
85
23
Persentase Selisih Biomassa Hasil Simulasi Terhadap Riel ……
113
24
Persentase Selisih Gas Metana Hasil Simulasi Terhadap Riel …
114
25
Persentase Selisih Nilai Lingkungan Hasil Simulasi Terhadap Riel
117
26
Karakteristik Ouput Model Dengan Hasil Riel …………………..
118
xv
DAFTAR LAMPIRAN
No
Judul
Halaman
1
Data Percobaan Gas Bio ………………………………………….
133
2
Hasil Pengujian Kandungan Gas Metana ………….. …………..
154
3
Program Model Simulasi Model Sentra Energi Biomassa ………
158
4
Daftar Harga ……………………………………………………...
174
5
Input dan Output Program Simulasi ……………………………...
176
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat setiap tahun. Peningkatan
tersebut didorong oleh pertumbuhan populasi dan perbaikan kesejahteraan manusia. Menurut Kreit dan Goswani (2005), pertumbuhan populasi, perkembangan industri yang pesat, dan urbanisasi pada pusat pertumbuhan telah mendorong peningkatan konsumsi energi di dunia dalam 50 tahun terakhir. Pada beberapa tahun
terakhir peningkatan konsusmsi energi dorong oleh dua faktor, yaitu pertumbuhan
populasi yang mencapai lebih dari 20 % dan perbaikan standar kehidupan yang
mendorong konsumsi energi perkapita meningkat hampir 40 % (Pandey, 1997).
Pada tahun 1990 konsumsi energi di dunia sebesar 559,952x108 Setara Barel
Minyak (SBM), meningkat menjadi 696,552x108 SBM pada tahun 2001 dan proyeksi pada tahun 2025 menjadi 1074,138x108 SBM (Kreit dan Goswani, 2005).
Pada kurun waktu tahun 1990 sampai tahun 2000, konsumsi energi di Indonesia
meningkat dari 420,863x106 SBM pada tahun 1990 menjadi 641,271x106 SBM
pada tahun 2000, atau meningkat 50,47 % dalam sepuluh tahun (Ditjen Migas,
2004). Konsumsi energi komersial perkapita di Indonesia pada tahun 1970 sebesar
0,41 SBM/tahun meningkat menjadi 1,79 SBM/tahun pada tahun 1990 (Kadir,
1995). Terjadinya peningkatan tersebut, karena semua sektor mengalami peningkatan rata-rata di atas sepuluh persen pertahun. Diperkirakan konsumsi energi
sektor industri akan meningkat rata-rata 25,4 % setiap tahun, sektor transportasi
meningkat rata-rata 14 %, dan sektor rumahtangga 8 % (Kadir, 1995).
Energi untuk memenuhi kebutuhan menusia yang terus meningkat tersebut
sebagian besarnya berasal dari sumberdaya energi yang tidak dapat pulih, terutama energi fosil. Pada tahun 1990 dari 559,952x108 SBM konsumsi energi sebanyak 465,345x108 SBM (77,56 %), dan pada tahun 2001 dari 696,552x108 SBM
konsumsi energi sebesar 514,138x108 SBM (73,81 %), serta diproyeksikan sebesar 76,53 % dari konsumsi energi dunia berasal dari energi fosil pada tahun 2025
(Kreit dan Goswani, 2005). Sebagai sumberdaya yang tak dapat pulih, pemanfaatan energi fosil dalam jumlah besar tersebut telah menjadi faktor lahirnya permasa-
lahan baru. Permasalahan pertama adalah persediaan energi fosil di seluruh dunia
semakin cepat berkurang yang berarti batas persediaan tersebut akan segera tercapai. Proses menuju habisnya sumberdaya energi berdampak pada harga energi
yang sangat cepat meningkat dan menghambat upaya peningkatan kesejahteraan
(Hare dan Marlow,1999; KLH, 1997). Permasalahan yang kedua adalah pemanfaatan energi fosil, kecuali gas, telah melahirkan masalah lingkungan yang sangat
berat dalam bentuk pencemaran karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya ke
atmosfir yang berdampak pamanasan global. Pembakaran energi fosil terutama
batubara dan minyak merupakan sumber utama emisi CO2 ke atmosfir (Kreith dan
Goswani, 2005; Pandey, 1997; MERI. 1996; Cleveland, 1995). Pemanasan global
telah menjadi simpul awal dari perma-salahan lingkungan lainnya, terutama perubahan iklim dan peningkatan permukaan laut. Permasalahan yang ketiga adalah
meningkatnya kesulitan penambangan bahan energi fosil, karena lokasi penambangan semakin jauh dari prasarana dasar yang tersedia dan memerlukan teknologi yang lebih maju dan komplek. Akibat dari permasalahan tersebut, harga
energi fosil terus mengalami peningkatan, dan secara bersamaan terjadi proses
kelangkaan energi fosil. Menurut Pandey (1997), pada saat ini untuk memanfaatkan sumberdaya energi yang konvensional seperti fosil telah semakin sulit dan
dengan biaya yang terus meningkat. Permasalahan yang keem-pat adalah suatu
hipotetis, bahwa sebagai akibat dari penambangan minyak bumi dan gas bumi telah menurunkan kepadatan material di dalam bumi, sehingga terjadi penurunan
tingkat daya dukung bumi atas beban di permukaannya.
Permasalahan energi tersebut perlu ditanggulangi dengan cara meningkatkan peran sumberdaya energi lain. Pilihan yang terbaik adalah dari sumberdaya
yang mempunyai karakteristik tertentu yang dapat diperbarui yang menjamin terjadinya keberlanjutan, menghasilkan energi bersih, dan baik secara teknologis
maupun secara ekonomis dapat dimanfaatkan. Salah satu pilihan adalah mengefektifkan pemanfaatan biomassa. Sumberdaya energi yang berasal dari biomassa
selain dapat disediakan di semua tempat juga memberikan banyak pilihan. Pemanfaatan biomassa yang semakin efektif sekaligus mengurangi peranan sumberdaya
energi tak-terbarukan dalam memenuhi kebutuhan manusia. Pilihan tersebut juga
sejalan dengan strategi global tentang pembangunan berkelanjutan, yaitu dengan
2
meningkatkan efektivitas keberlanjutan pemanfaatan sumberdaya energi melalui
usaha substitusi sumberdaya terbarukan terhadap sumberdaya tak-terbarukan. Menurut Bhattacharya (1998) konsekuensi dari penerapan pajak karbon dan berbagai
ketentuan lainnya yang berdasarkan pertimbangan sosial dari penggunaan energi,
maka sangat diyakini biaya penggunaan biomassa relatif lebih rendah dari biaya
pemakaian bahan bakar fosil.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dengan penelitian ini adalah :
a. Merancang model sentra energi biomassa yang mengolah biomassa menjadi
produk sintesis energi komersial.
b. Mengevaluasi karakteristik operasional sentra energi biomassa yang meliputi :
penyediaan biomassa, produksi gas metana, kelayakan finansial, dan peran
pada pengurangan limbah padat.
c. Mendapatkan formula penduga produksi biogas dan formula penduga kadar
metana campuran biomassa.
d. Menyusun model simulasi yang menggunakan prosedur dan metode matematik yang menggambarkan karakteristik sentra energi biomassa dalam aspek
teknis, ekonomis, dan lingkungan dari pilihan-pilihan sumberdaya biomassa
untuk memenuhi kebutuhan energi suatu kawasan.
e. Melakukan simulasi berdasarkan model simulasi yang telah dirancang pada
persoalan nyata perencanaan energi suatu kawasan di Indonesia.
1.3. Kerangka Pemikiran
Pada umumnya model-model pengembangan sistem energi dari sumberdaya biomassa yang tersedia saat ini masih dalam bentuk model-model pengembangan yang bersifat parsial belum dalam bentuk model pengembangan yang
komprehensif. Saat ini permasalahan dalam investasi pengembangan energi sedang mengalami perubahan pendekatan yang merupakan refleksi dari semakin
kompleksnya permasalahan yang ada saat ini.
Biomassa yang sebagian berasal dari tumbuh-tumbuhan yang pada hakekatnya dapat dipandang sebagai produk dari sistem penyerapan energi surya melalui
proses fotosintesis dan secara alamiah merupakan salah satu simpul dari daur
energi (Notohadiprawiro, 1998). Dipandang dari potensinya, biomassa merupakan
3
sumberdaya energi yang terdapat dan dapat dikembangkan di semua tempat di daratan secara berkelanjutan. Memanfaatkan biomassa sebagai bahan yang menghasilkan sintesis energi komersial memberikan faedah yang strategis. Faedah yang
pertama adalah mengurangi peran energi fosil dalam memenuhi kebutuhan energi
komersial, berarti mengurangi ketergantungan pada sumberdaya tak-terbarukan
sekaligus menghambat laju kelangkaan energi komersial. Faedah yang kedua
menurunkan secara nyata kualitas permasalahan distribusi energi komersial saat
ini ke konsumen. Biomassa sebagai sumberdaya energi yang tersebar disemua
tempat memungkinkan lokasi sentra energi penghasil sintesis energi komersial
berdekatan dengan konsumennya. Lokasi sentra energi penghasil sintesis energi
komersial tersebut memerlukan sistem distribusi energi yang lebih sederhana dibandingkan dengan sistem distribusi energi yang ada saat ini. Dampaknya adalah
turunnya biaya distribusi dan biaya investasi prasarana transportasi energi yang
lebih rendah. Faedah yang ketiga adalah sebagai landasan untuk mewujudkan
swasembada energi.
Pengembangan sentra energi biomassa merupakan konsep pengelolaan dan
pemanfaatan sumberdaya alam yang bertumpu pada sumberdaya biomassa. Model
sentra energi berbasis biomassa adalah suatu sistem yang memproduksi sintesis
energi komersial. Sebagai input adalah bahan organik dari berbagai biomassa.
Proses produksi menggunakan proses biologis fermentasi anaerobik. Keluaran dari sentra energi adalah gas metana dan bahan organik. Gas metana merupakan sintesis energi komersial dan bahan organik dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik atau sebagai bahan baku industri. Bertolak dari fungsinya, maka model sentra
energi biomassa sebagai sistem yang berperan mengintegrasikan energi biomassa
kedalam struktur energi komersial yang saat ini sangat dominan berasal dari
sumberdaya fosil. Penerapan model sentra energi biomassa ditujukan untuk menyediakan sintesis energi komersial bagi populasi besar di suatu kawasan.
Biomassa sebagai bahan baku sentra energi berasal dari dua sumber utama,
yaitu limbah biomassa dan pertanian energi. Limbah biomassa meliputi sampah
rumahtangga dan perdagangan, limbah pertanian, limbah perkebunan, limbah peternakan, dan limbah industri pengolahan hasil pertanian. Pertanian energi dapat
dalam bentuk kebun energi atau ladang energi, untuk menghasilkan biomassa se-
4
gar. Tujuan lain dari pemanfaatan biomassa yang berasal dari limbah sebagai bahan masukan kegiatan produksi, adalah sekaligus sebagai salah satu upaya untuk
meminimalkan beban pencemaran lingkungan dari limbah padat. Operasi dari sentra energi selain dimaksudkan untuk memproduksi energi sintesis komersial dengan jumlah besar, juga berperanan mengurangi kuantitas limbah padat yang dihasilkan oleh suatu kawasan.
Penerapan model sentra energi biomasaa pada suatu kawasan akan dapat
memenuhi seluruh atau sebagian dari kebutuhan energi di kawasan tersebut, sehingga terjadi peningkatan kualitas kemandirian kawasan dalam memenuhi kebutuhan energinya. Suatu kawasan yang mampu menggunakan biomassa sebagai bahan baku untuk memproduksi sintesis energi komersial dapat memperoleh manfaat yang berkelanjutan, yaitu : 1). kawasan tersebut akan mampu menyediakan sendiri kebutuhan energinya atau setidak-tidaknya sebagian dari kebutuhan energinya, 2) pemanfaatan sumberdaya seimbang dengan usaha konservasi sumberdaya
itu sendiri, karena pemanfaatannya biomassa dari pertanian energi dengan prinsip
kese-imbangan antara pertumbuhan dengan pemanenan, dan 3). penyediaan dan
pemanfaatan energi meminimalkan kualitas pencemaran limbah padat. Pada aspek
lain, kemampuan suatu kawasan menyediakan bahan energi dari kegiatan sentra
energi biomassa melahirkan dampak yang positip baik secara ekonomis maupun
lingkungan. Salah satu dampaknya adalah menurunkan frekuensi dan kuantitas
transportasi energi antar kawasan. Turunnya frekuensi dan kuantitas transportasi
tersebut meningkatkan efisiensi penggunaan biaya distribusi dan turunnya kualitas
pencemaran baik dalam bentuk kuantitas bahan pencemar menjadi berkurang
maupun dalam bentuk pemanfaatan prasarana dan sarana transportasi.
Pada hakekatnya kawasan dapat menentukan alternatif sumber-sumber biomassa yang sesuai dengan kondisi dan potensi yang dimiliki dan yang dapat dikembangkannya. Penentuan alternatif sumber-sumber biomassa merupakan kebijakan pada tahap awal perencanaan. Simulasi dari setiap alternatif dipandang dari
aspek teknis, ekonomis, dan dampak lingkungan, merupakan gambaran yang sangat penting dalam menentukan kebijakan dalam bentuk alternatif terbaik. Model
simulasi yang mempunyai multi tujuan merupakan kebutuhan dalam analisis untuk menentukan kebijakan investasi pengembangan sistem energi saat ini.
5
6
1.4. Perumusan Masalah
Pada saat ini telah berkembang suatu pendekatan baru dalam mengelola,
mengembangkan, memelihara dan memanfaatkan sumberdaya, yaitu secara holistik dalam bentuk kriteria, tujuan-tujuan dan sistem yang menjamin adanya keberlanjutan serta perhatian terhadap dampak lingkungan. Secara bersamaan sedang
berlangsung pula usaha melepaskan dari ketergantungan yang besar pada energi
fosil, baik untuk menghemat pemanfaatan sumberdaya tak-terbarukan, maupun
dalam rangka mengurangi bobot pencemaran yang berasal dari energi fosil.
Saat ini pemanfaatan biomassa sebagai sumberdaya energi masih bersifat
parsial, yaitu sebagai tindaklanjut dari usaha untuk mengelola biomassa yang tersedia. Tindak lanjut baik dalam rangka mengambil manfaat biomassa yang tersedia, maupun dalam rangka meminimalkan pencemaran limbah padat. Model
parsial pemanfatan biomassa sebagai bahan energi menimbulkan persoalan-persoalan khusus yang menyebabkan penerapan metodologi optimasi dengan tujuan
tunggal telah kurang tepat. Informasi yang diperoleh dari penggunaan model parsial dapat melahirkan kekeliruan dalam menetapkan kebijakan pengembangan
energi. Timbulnya persoalan-persoalan tersebut disebabkan terutama oleh : 1)
Tujuan-tujuan kebijakan di bidang energi mempunyai ruang lingkup yang semakin luas yang menuntut pengembangan sumberdaya energi mempunyai banyak
tujuan, 2). Aspek ketidakpastian dalam perencanaan semakin berkembang yang
melibatkan sumberdaya energi yang strategis dan diantaranya telah melahirkan
permasalahan baru dalam bentuk dampak lingkungan, dan 3). Pengembangan
sumberdaya energi selain bersifat strategis juga pada umumnya memerlukan
investasi yang besar dan dalam pengambilan kebijakan memerlukan informasi
yang bersifat komprehensif.
Permasalahan dalam rangka memanfaatkan biomassa dalam jumlah besar
melalui sentra energi biomassa adalah bagaimana karakteristik operasional sentra
energi biomassa dan konsekuensi penggunaan biomassa dari berbagai sumber
untuk menghasilkan bahan energi yang berkelanjutan. Karakteristik operasional
tersebut meliputi : 1) produksi bahan energi dengan proses biokonversi campuran
biomassa campuran, 2) kelayakan secara ekonomis dari investasi dan operasional
sentra energi biomassa, 3) kontinyuitas dan stabilitas pasokan dalam jumlah besar
7
secara berkelanjutan, dan 4) pemanfaatan limbah padat yang dihasilkan oleh lingkungannya. Kemudian permasalahan dari penggunaan biomassa dari berbagai
sumber untuk menghasilkan energi adalah : 1) bentuk hubungan antara karakteristik produksi gas bio campuran biomassa dengan karakteristik produksi gas bio
biomassa komponen campuran, dan 2) bentuk hubungan antara kadar metana dalam gas bio yang diproduksi dari campuran biomassa dengan kadar metana da-lam
gas bio dari biomassa komponen campuran.
1.5. Hipotesis
Hipotesis yang digunakan adalah yang berhubungan langsung dengan tingkat kelayakan pengembangan model sentra energi berbasis biomassa dan dengan
produksi gas bio dari fermentasi campuran biomassa:
a. Biomassa dari berbagai sumber dapat memenuhi kebutuhan sentra energi secara kontinyu dan stabil dalam jangka panjang.
b. Proses biokonversi campuran biomassa dapat menghasilkan bahan energi dalam jumlah yang besar.
c. Kegiatan operasional sentra energi biomassa dapat mengurangi kuantitas limbah padat dalam jumlah yang besar.
d. Model sentra energi yang memanfaatkan potensi biomassa suatu kawasan secara finansial layak untuk diwujudkan.
e. Produksi gas bio campuran biomassa adalah jumlah yang proporsional dari gas
bio komponen campuran.
f. Kadar metana dalam gas bio bahan campuran biomassa adalah jumlah yang
proporsional dari gas metana komponen campuran dibagi dengan bobot kering
campuran.
1.6. Manfaat Penelitian
Manfaat dari hasil penelitian ini adalah :
a. Dapat digunakan oleh pengambil keputusan dalam merumuskan kebijakan
energi pada tingkat nasional, terutama sebagai model untuk peanekaragaman
sumberdaya energi yang berkelanjutan.
b. Dapat digunakan oleh pengambil keputusan dalam mencari solusi terbaik
untuk menetapkan kebijakan pengembangan energi berbasis biomassa yang
bertolak dari kondisi nyata suatu kawasan.
8
1.7. Novelty
Pada dasarnya terdapat tiga hal yang merupakan hal baru dari hasil penelitian ini, yaitu :
a. Formula yang layak digunakan untuk memprediksi tingkat produksi gas bio
hasil dari fermentasi anaerobik yang menggunakan biomassa campuran dari
berbagai sumber dan berbagai jenis. Umumnya studi mengenai produksi gas
bio yang dilakukan selama ini memperlakukan biomassa sebagai biomassa
sejenis termasuk biomassa yang sebenarnya merupakan campuran berbagai jenis, sehingga formulanya berlaku untuk biomassa tersebut. Berkaitan dengan
gas bio adalah kadar gas metana yang saat ini umumnya adalah kadar metana
dalam gas bio hasil fermentasi anaerobik biomassa jenis tertentu. Penelitian ini
menghasilkan formula yang dapat digunakan untuk memprediksi kadar
metana gas bio hasil fermentasi anaerobik campuran berbagai jenis biomassa.
b. Model sentra energi biomassa merupakan pembaharuan dan pengintegrasian
dari berbagai model dasar pemanfaatan biomassa yang telah umum dikenal
untuk menghasilkan energi. Bentuk pembaharuannya adalah : 1) pengembangan aspek pemecahan masalah dari aspek ekonomis dan aspek pencemaran diperluas dengan aspek keberlanjutan sumberdaya energi dan aspek pemberdayaan potensi lokal yang menggunakan masukan biomassa dari berbagai jenis
dan berbagai sumber yang berbeda, 2) mengubah dari sistem statis dengan
pengertian memperoleh manfaat dari biomassa yang tersedia menjadi sistem
dinamis dengan pengertian mengembangkan potensi biomassa untuk mendapat manfaat yang sebesar-besarnya, dan 3) dapat mewujudkan peranan energi
biomassa dalam struktur energi komersial pada tingkatan yang sangat berarti.
c. Model simulasi model sentra energi biomassa adalah model simulasi multi
objektif yang berwawasan makro, sehingga bersifat komprehensif. Saat ini
model simulasi untuk pengembangan sistem energi yang bersumber dari sumberdaya biomassa masih dalam bentuk model-model dengan tujuan tunggal
atau tujuan ganda dengan wawasan parsial yang umumnya dalam aspek ekonomis atau dalam aspek ekonomi dan aspek pencemaran. Model simulasi
multi objektif yang dihasilkan dengan tujuan yang lebih luas, yaitu dilengkapi
dengan aspek konservasi energi.
9
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Potensi Biomassa
Sebagian dari biomassa merupakan produk fotosintesis, yaitu butir-butir hijau daun yang bekerja sebagai sel-sel surya, menyerap energi matahari dan mengkonversi karbondioksida dengan air menghasilkan suatu senyawa karbon, oksigen
dan hidrogen. Proses tersebut dapat dipandang sebagai penyerapan dan konversi
energi matahari menjadi energi dalam bentuk lain dalam susunan biomassa
(Kadir, 1995). Biomassa yang mengandung energi tersebut merupakan bahan
energi alternatif (Osburn dan Judy, 1993 ; Rahayu, 1999; Quaak et al, 1998).
Luas seluruh wilayah dunia adalah sekitar 51 milyar hektar yang diantaranya 14 milyar hektar merupakan daratan. Terdapat 45 % dari daratan merupakan
padang pasir dan rawa-rawa, 30 % hutan, 15 % tanah pertanian, dan 10 % padang
rumput. Kecuali padang pasir, tempat-tempat di daratan berpotensi menghasilkan
biomassa. Menurut salah satu perkiraan teoritis, seluruh dunia menghasilkan biomassa mencapai 75 milyar ton setahun yang energinya setara dengan 1.500 juta
barel minyak sehari (Kadir, 1995). Kandungan energi yang terdapat dalam biomassa tersebut menggambarkan, bahwa biomassa merupakan sumberdaya energi
yang sangat potensial. Potensi energi dalam biomassa yang sedemikian besar
tersebut belum dapat dimanfaatkan dengan optimal. Dua sebab utama yang menjadi hambatan pemanfaatan energi biomassa yang belum optimal, yaitu : 1)
biomassa tidak dapat digunakan secara langsung pada banyak mesin dan peralatan
konversi energi, dan 2) terdapat hambatan pengangkutan biomassa ke pusat-pusat
pemakaiannya. Pemanfaatan biomassa untuk keperluan energi dapat dilakukan
dengan konversi biomassa menjadi bahan energi dalam bentuk lain yang lebih
mudah untuk transportasi dan pemakaiannya (Kadir, 1995). Jumlah biomassa
yang besar tersebut, merupakan potensi sekaligus peluang untuk meningkatkan
peranannya dalam struktur penyediaan energi, yaitu dengan mensubstitusi peranan
energi fosil.
Pemanfaatan biomassa secara lebih luas sebagai sumberdaya energi berakibat pada tiga aspek sekaligus, yaitu:1) diversifikasi energi yang mengutamakan
10
pada peanekaragaman sumberdaya energi, 2) meningkatkan peranan sumberdaya
energi terbarukan dan sekaligus menurunkan peran sumberdaya energi tak-terbarukan serta dapat memberi manfaat secara berkelanjutan, dan 3) mengurangi
transportasi bahan energi antar kawasan yang berdampak mengurangi pencemaran
bahan energi dan kepadatan lalulintas. Pemanfaatan biomassa juga meningkatkan
pemanfaatan ulang (reuse) dari limbah biomassa yang dihasilkan oleh berbagai
kegiatan, sehingga dapat menurunkan kualitas pencemaran limbah.
Salah satu cara untuk memperluas peran biomassa sebagai bahan energi melalui konversi menjadi sintesis energi komersial dengan biokonversi, yaitu proses
fermentasi anaerobik. Bahan energi yang dihasilkan adalah gas sintesis energi
komersial, yaitu gas metana yang dapat mengganti peranan gas alam. Gas metana
dapat berfungsi sebagai bahan bakar untuk berbagai kebutuhan, terutama pada :
1). sektor transportasi, yaitu yang peralatan konversi energi menggunakan bahan
bakar gas, 2). sektor industri, 3). sektor rumah tangga, dan 4). sektor tenaga listrik.
2.1.1 Limbah Padat
Sampah kota mengandung bahan organik sekitar 74 sampai 84% dari volume sampah kota. Persentase bahan organik dalam komposisi sampah kota di DKI
Jakarta pada tahun 2000 sampai dengan tahun 2004 rata-rata 65,05 % (BPS
Provinsi DKI Jakarta, 2004). Sampah kota di Jakarta yang dihasilkan setiap hari
(penduduk 12 juta jiwa) rata-rata 27.000 m3 (Anas, 2000). Apabila jumlah penduduk suatu kota sekitar 1 juta jiwa, maka produksi sampah kota setiap hari dari kota
tersebut adalah sekitar 2.250 m3 dan bahan organik yang dihasilkan sekitar 1.800
m3. Penggunaan sampah kota secara totalitas untuk dikonversi menjadi gas
komersial akan memberikan dampak positip bagi lingkungan perkotaan, karena
sampah kota merupakan limbah yang telah mencemari baik dari pencemaran bau,
kesehatan dan keindahan, yang belum mendapat cara pemecahan yang tuntas
(Pandey, 1997).
Sampah kota merupakan sumber yang kaya akan bahan organik sekaligus
merupakan permasalahan pencemaran yang semakin berat dan belum mempunyai
cara penanggulangan yang tepat. Pengolahan sampah kota dengan metode penimbunan tanah berdampak pada terciptanya kondisi anaerobik yang dapat memproduksi gas metana. Sampah organik merupakan sumber emisi gas rumah kaca ter-
11
utama N2O dan metana (Kookana et al, 2002). Menurut Madigan et al (1997),
emissi gas metana ke atmosfir yang paling besar selain berasal dari sumber biogenik (sawah, tanah basah, laut, danau, dan tundra), juga berasal dari sumber
abiogenik (kebocoran gas, tambang batubara, pembakaran biomassa, kenderaan
bermotor, dan gunung berapi).
Pemanfaatan sampah kota sebagai bahan energi telah banyak dilakukan.
Pembakaran sampah ko
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Sentra Energi Berbasis Biomassa (Studi kasus kawasan
Bogor, kawasan DKI Jakarta dan kawasan Purwakarta). Dibimbing oleh M. SRI SAENI,
H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, dan KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Peranan energi fosil tetap dominan dalam memenuhi kebutuhan energi manusia
yang berakibat pada percepatan kelangkaan energi dan sekaligus meningkatkan jumlah
bahan pencemar dari penambangan, pengangkutan dan pemakaian energi fosil. Keadan
tersebut perlu ditanggulangi dengan memanfaatkan sumberdaya energi lain yang dapat
mengganti peran energi fosil dan yang rendah kadar bahan pencemar. Salah satu pilihannya adalah biomassa yang dengan proses biokonversi menghasilkan sisntesis energi
komersial.
Penelitian ini bertujuan : 1) mendapatkan model penduga produksi bio gas dan kadar metana hasil proses fermentasi anaerobik campuran biomassa, 2) merancang sistem
produksi metana yang menggunakan proses fermentasi anaerobik, 3) mengevaluasi kelayakan sistem produksi metana, dan 4) menyusun model simulasi sistem produksi
metana. Pada penelitian ini dilakukan dengan empat bagian yang saling berkaitan. Penelitian gas bio menggunakan proses fermentasi anaerobik dengan data yang diperoleh dari
percobaan tiga jenis biomassa dan empat macam komposisi campuran biomassa. Data
kandungan unsur hara dan kandungan logam berat bahan organik sisa proses fermentasi
diperoleh dari analisis laboratorium (N dengan metode Kjedahl; metode AAS untuk
mendapatkan data P, K, Cd, Pb, dan Hg). Kajian kelayakan sistem produksi metana
menggunakan data histroris dan model penduga gas bio terhadap kontinyuitas penyediaan biomassa, kelayakan finansial dengan parameter NPV, produksi metana, dan
pengurangan kuantitas limbah padat. Model simulasi disusun dengan metode matematis
menggunakan perangkat lunak Qbasic, dan validitas model menggunakan metode output
Berdasarkan hasil penelitian dan kajian dapat disimpulkan 1) produksi metana
biomassa campuran dapat diprediksi dengan model penduga V = ΣkiVi (α=0,05) dan
kadar metana dengan model penduga K = ΣkiViKi/V (α=0,05), 2) bahan organik sisa
fermentasi mengandung unsur hara N, P, K relatif setara dengan kandungan unsur hara
kompos (α = 0.05), 3) dipandang dari aspek keberlangsungan penyediaan biomasa,
aspek finansial yang menggunakan rasio NPV terhadap biaya investasi, aspek jumlah
produksi metana yang sangat signifikan serta aspek perlindungan lingkungan dengan
kemampuan mereduksi sampah padat 28,54 sampai 72,33 %, maka sentra energi berbasis biomassa sangat layak untuk diwujudkan. Kemudiam model simulasi yang dirancang layak digunakan untuk memprediksi karakteristik operasi sentra energi di suatu
kawasan.
ABSTRACT
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Energy Center Based on Biomass ( a case study in
Bogor, Province of DKI Jakarta, and Purwakarta). Under the direction of M. SRI
SAENI, H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, and KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Fossil energy still holding a significant role as a dominant source to fulfill the energy
needs of human being. Countinous usage of fossil energy creates a condition where
fossil energy resources become very rare and the level of environment pollution is
increasing from mining, transporting and usage of fossil energy. This condition need to
be antisipated by using another energy source which could replace fossil energy and at
the same time have low level of pollutant. One of option is the biomass, which coud
produce commercial syntetic energy through bioconvertion process.
The objectives of this study are : 1) to develop forecast model of biogas and methane
production as a result from anaerobic fermentation of mixed biomass; 2) to develop
methene production system which used anaerobic fermentation process; 3) to evaluate
the feasibility of methane production system; and 4) to develop simulation model of
methane production system. Four related part were conducted during this study. Study of
biogas through anaerobic fermentation process using datas which were gained from
three kind of biomass and four kind mixed biomass composition. The data of important
material and metal metter of organic matter as a result of fermentation process was go to
from laboratoium analysis (N with Kjedahl method; ASS method to get P, K, Cd, Pb,
and Hg datas). Feasibility study of methane production system using hystorical data and
forecast model of biogas towards the continuity of biomass production, financial
feasibility with the parameter of NPV, methane production, and decreasing of solid
waste quantity. Simulation model was made based on mathematical method using
Qbasic softwere and model validity using output method.
Based on the result of the research can be concluded that : 1) methane production from
mixed biomass can be predicted by forecast model V = ΣkiVi (α=0,05) and the level of
methane forecast model K = ΣkiViKi/V (α=0,05); 2) organic material from fermentation
residue is containing important organic matter N, P, K, relatively equal to compos
important organic matter (α = 0.05); 3) energy center based on biomass is feasible in
term of : continous biomass supply, financial with NPV to investation ratio, significant
methane production, and capability to reduce solid waste bay 28.54 – 72.33 %; and 4)
simulation model of energy center based on biomass can be used to predict the
operational characteristcs of energy based on biomass.
MODEL SENTRA ENERGI BERBASIS BIOMASSA
(Studi kasus di kawasan Bogor, DKI Jakarta, dan Purwakarta)
OLEH :
ACHMAD SJAMSU ANWAR
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul : Model Sentra Energio
Berbasis Biomassa (Studi kasus di kawasan Bogor, DKI Jakarta, dan Kabupaten
Purwakarta).
Adalah karya saya sendiri dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada
perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir disertasi.
Bogor, 15 Januari 2007
A. Sjamsu Anwar
ABSTRAK
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Sentra Energi Berbasis Biomassa (Studi kasus kawasan
Bogor, kawasan DKI Jakarta dan kawasan Purwakarta). Dibimbing oleh M. SRI SAENI,
H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, dan KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Peranan energi fosil tetap dominan dalam memenuhi kebutuhan energi manusia
yang berakibat pada percepatan kelangkaan energi dan sekaligus meningkatkan jumlah
bahan pencemar dari penambangan, pengangkutan dan pemakaian energi fosil. Keadan
tersebut perlu ditanggulangi dengan memanfaatkan sumberdaya energi lain yang dapat
mengganti peran energi fosil dan yang rendah kadar bahan pencemar. Salah satu pilihannya adalah biomassa yang dengan proses biokonversi menghasilkan sisntesis energi
komersial.
Penelitian ini bertujuan : 1) mendapatkan model penduga produksi bio gas dan kadar metana hasil proses fermentasi anaerobik campuran biomassa, 2) merancang sistem
produksi metana yang menggunakan proses fermentasi anaerobik, 3) mengevaluasi kelayakan sistem produksi metana, dan 4) menyusun model simulasi sistem produksi
metana. Pada penelitian ini dilakukan dengan empat bagian yang saling berkaitan. Penelitian gas bio menggunakan proses fermentasi anaerobik dengan data yang diperoleh dari
percobaan tiga jenis biomassa dan empat macam komposisi campuran biomassa. Data
kandungan unsur hara dan kandungan logam berat bahan organik sisa proses fermentasi
diperoleh dari analisis laboratorium (N dengan metode Kjedahl; metode AAS untuk
mendapatkan data P, K, Cd, Pb, dan Hg). Kajian kelayakan sistem produksi metana
menggunakan data histroris dan model penduga gas bio terhadap kontinyuitas penyediaan biomassa, kelayakan finansial dengan parameter NPV, produksi metana, dan
pengurangan kuantitas limbah padat. Model simulasi disusun dengan metode matematis
menggunakan perangkat lunak Qbasic, dan validitas model menggunakan metode output
Berdasarkan hasil penelitian dan kajian dapat disimpulkan 1) produksi metana
biomassa campuran dapat diprediksi dengan model penduga V = ΣkiVi (α=0,05) dan
kadar metana dengan model penduga K = ΣkiViKi/V (α=0,05), 2) bahan organik sisa
fermentasi mengandung unsur hara N, P, K relatif setara dengan kandungan unsur hara
kompos (α = 0.05), 3) dipandang dari aspek keberlangsungan penyediaan biomasa,
aspek finansial yang menggunakan rasio NPV terhadap biaya investasi, aspek jumlah
produksi metana yang sangat signifikan serta aspek perlindungan lingkungan dengan
kemampuan mereduksi sampah padat 28,54 sampai 72,33 %, maka sentra energi berbasis biomassa sangat layak untuk diwujudkan. Kemudiam model simulasi yang dirancang layak digunakan untuk memprediksi karakteristik operasi sentra energi di suatu
kawasan.
ABSTRACT
ACHMAD SJAMSU ANWAR. Energy Center Based on Biomass ( a case study in
Bogor, Province of DKI Jakarta, and Purwakarta). Under the direction of M. SRI
SAENI, H. M. H. BINTORO DJOEFRIE, and KOESWARDHONO MUDIKDJO.
Fossil energy still holding a significant role as a dominant source to fulfill the energy
needs of human being. Countinous usage of fossil energy creates a condition where
fossil energy resources become very rare and the level of environment pollution is
increasing from mining, transporting and usage of fossil energy. This condition need to
be antisipated by using another energy source which could replace fossil energy and at
the same time have low level of pollutant. One of option is the biomass, which coud
produce commercial syntetic energy through bioconvertion process.
The objectives of this study are : 1) to develop forecast model of biogas and methane
production as a result from anaerobic fermentation of mixed biomass; 2) to develop
methene production system which used anaerobic fermentation process; 3) to evaluate
the feasibility of methane production system; and 4) to develop simulation model of
methane production system. Four related part were conducted during this study. Study of
biogas through anaerobic fermentation process using datas which were gained from
three kind of biomass and four kind mixed biomass composition. The data of important
material and metal metter of organic matter as a result of fermentation process was go to
from laboratoium analysis (N with Kjedahl method; ASS method to get P, K, Cd, Pb,
and Hg datas). Feasibility study of methane production system using hystorical data and
forecast model of biogas towards the continuity of biomass production, financial
feasibility with the parameter of NPV, methane production, and decreasing of solid
waste quantity. Simulation model was made based on mathematical method using
Qbasic softwere and model validity using output method.
Based on the result of the research can be concluded that : 1) methane production from
mixed biomass can be predicted by forecast model V = ΣkiVi (α=0,05) and the level of
methane forecast model K = ΣkiViKi/V (α=0,05); 2) organic material from fermentation
residue is containing important organic matter N, P, K, relatively equal to compos
important organic matter (α = 0.05); 3) energy center based on biomass is feasible in
term of : continous biomass supply, financial with NPV to investation ratio, significant
methane production, and capability to reduce solid waste bay 28.54 – 72.33 %; and 4)
simulation model of energy center based on biomass can be used to predict the
operational characteristcs of energy based on biomass.
MODEL SENTRA ENERGI BERBASIS BIOMASSA
(Studi kasus di kawasan Bogor, DKI Jakarta, dan Purwakarta)
OLEH :
ACHMAD SJAMSU ANWAR
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya,
sehingga karya ilmiah yang berjudul Model Sentra Energi Berbasis Biomassa (Studi
kasus di kawasan Bogor, Jakarta, dan Purwakarta) berhasil diselesaikan.
Kurun waktu yang sangat panjang mulai dari penyusunan proposal, pelaksanaan
penelitian sampai pembuatan laporan tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Terima
kasih penulis haturkan kepada Prof. Dr. Ir. M. Sri Saeni, MS, Prof. Dr. Ir. H. M. H.
Bintoro Djoefrie, MAgr, Prof. Dr. Ir. Koeswardhono Mudikdjo selaku Komisi Pembimbing yang telah sangat banyak memberi tuntunan dan bimbingannya. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak dan instansi atas bantuan langsung
maupun tidak langsung dan atas kerjasama yang baik kepada penulis dalam mengerjakan karya ilmiah ini. Terima kasih penulis ungkapkan pada istri dan anak-anakku atas
semua dukungan yang tak pernah surut dan rajutan doa yang senantiasa mengiringi
penulis.
Bagian yang utuh dari rasa syukur atas penyusunan karya ilmiah ini adalah
penulis persembahkan untuk almarhumah Ibunda Hj Nahiya dan almarhum Ayahanda H.
M. Asir yang semasa hidup beliau telah membimbing dan menebarkan kasih sayang
kepada penulis yang sungguh tak terkirakan. Akhirnya penulis mengharapkan karya
ilmiah ini dapat memberikan manfaat bagi yang membacanya.
Bogor, 10 Maret 2006
Achmad Sjamsu Anwar
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 29 April 1951 di Muara Rupit Musi Rawas
Sumatera Selatan. Mengikuti pendidikan dasar ditempuh di Muara Rupit dan pendidikan menengah ditempuh di Palembang dan Bandung. Pendidikan sarjana pada departemen teknik mesin Institut Teknologi Bandung, dan lulus pada tahun 1976. Pada tahun
1991 lulus pendidikan sarjana strata dua dari Program Pascasarjana IPB pada program
studi Keteknikan Pertanian. Selanjutnya pada tahun 1999 penulis melanjutkan ke program Doktor pada Program Studi Ilmu Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
Sekolah Pascasarjana IPB.
Penulis pada mulanya bekerja sebagai Pengajar Diklat PLN di Cibogo Bogor
sampai tahun 1978. Pada tahun 1978, penulis bekerja sebagai dosen tetap di Universitas
Jayabaya Jakarta. Terakhir penulis diangkat sebagai PNS dan melalui Kopertis Wilayah
III Jakarta diperbantukan pada Fakultas Teknik Universitas Jayabaya pada tahun 1979.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL
xi
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
I PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang …………………………………………………………….
1
1.2. Tujuan Penelitian ………………………………………………………….
3
1.3. Kerangka Pemikiran ………………………………………………………
3
1.4. Perumusan Masalah ……………………………………………………….
7
1.5. Hipotesis …………………………………………………………………..
8
1.6. Manfaat Penelitian …………………………………………………………
8
1.7. Novelty …………………………………………………………………….
9
II. TINJAUAN PUSTAKA
10
2.1. Potensi Biomassa …………………………………………………………
10
2.1.1. Linbah Padat ………………………………………………………..
11
2.1.2. Pertanian Energi …………………………………………………….
14
2.1.3. Hutan Energi ………………………………………………………..
14
2.2. Proses Konversi Biomassa ………………………………………………..
15
2.2.1. Proses fermentasi Membuat Etanol …………………………………
15
2.2.2. Pembuatan Gas Dengan Proses Fermentasi Anaerobik …………….
16
2.2.3. Proses Pirolisis ………………………………………………………
16
2.2.4. Proses Reduksi Kimia ……………………………………………….
17
2.2.5. Metana Dari Gasbio …………………………………………………
17
2.3. Konsumsi Dan Pencamaran Energi Fosil ………………………………….
19
2.3.1. Konsumsi Energi Dunia ……………………………………………..
19
2.3.2. Konsumsi Energi Indonesia …………………………………………
21
2.3.3. Cadangan Energi Komersial Indonesia ……………………………..
24
2.3.4. Pencemaran Energi Fosil ……………………………………………
26
2.4. Konservasi Dan Substitusi Energi …………………………………………
30
2.4.1. Konservasi Energi …………………………………………………..
30
2.4.2. Substitusi Energi Komersial ………………………………………..
32
Halaman
2.5. Sistem Sentra Energi Berbasis Biomassa
34
2.5.1. Karakteristik Rancangan …………………………………………
34
2.5.2. Input Dan Output …………………………………………………
36
2.5.3. Gambaran Umum Proses …………………………………………
37
2.5.4. Infrastruktur Sentra Energi Biomassa ……………………………
42
III. METODE PENELITIAN
50
3.1. Tempat …………………………………………………………………
50
3.2. Rancangan Penelitian ………………………………………………….
50
3.2.1. Percobaan Gasbio ………………………………………………
50
3.2.2. Percobaan Bahan Organik ……………………………………..
51
3.2.3. Karaktersitik Sentra Energi Biomassa ………………………....
51
3.2.4. Model Simulasi …………………………………………………
51
3.3. Bahan Dan Alat ……………………………………………………….
52
3.4. Sumber Data Yang Digunakan ………………………………………..
53
3.4.1. Data Gasbio ……………………………………………………..
53
3.4.2. Data Bahan Organik …………………………………………….
53
3.4.3. Data Potensi Biomassa ………………………………………….
54
3.4.4. Data Harga Satuan ………………………………………………
56
3.5. Perancangan Model Sentra Energi Biomassa ………………………….
56
3.6. Model Simulasi Model Sentra Energi Biomassa Yang Digunakan ……
58
3.6.1. Sub Model Biomassa dan Produk Hasil …………………………
58
3.6.2. Sub Model Investasi ……………………………………………..
59
3.6.3. Sub Model Nilai Lingkungan ……………………………………
64
3.6.4. Sub Model Aspek Finansial ……………………………………..
64
3.6.5. Sub Model Ouput ………………………………………………..
67
3.6.6. Program Komputer Yang Digunakan ……………………………
68
3.7. Model Penduga Dan Pengujian Model …………………………………
68
3.7.1. Model Penduga Produksi Gasbio …………………………………
68
3.7.2. Model Penduga Kadar Metana Gasbio ……………………………
69
3.7.3. Validasi Model Simulasi ………………………………………….
70
3.8. Pengujian Kandungan Hara Bahan Organik …………………………….
70
viii
3.9. Waktu Pelaksanaan ………………………………………………………
71
3.10. Asumsi Yang Digunakan ……………………………………………….
71
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
72
4.1. Gasbio …………………………………………………………………
72
4.1.1. Produksi Gasbio ………………………………………………...
72
4.1.2. Efek Biomassa Campuran ………………………………………
76
4.1.3. Kadar Metana …………………………………………………...
77
4.1.4. Model Penduga Gasbio Campuran Biomassa …………………..
78
4.1.5. Model penduga Kadar Metana Campuran Biomassa …………..
81
4.2. Limbah Organik ……………………………………………………….
86
4.3. Kandungan Bahan Organik ……………………………………………
88
4.3.1. Kandungan Hara ………………………………………………..
90
4.3.2. Kandungan Logam Berat ……………………………………….
90
4.4. Sentra Nergi Biomassa ………………………………………………..
91
4.4.1. Biomassa terkumpul …………………………………………….
92
4.4.2. Investasi …………………………………………………………
97
4.4.3. Produksi Gas Metana ……………………………………………
101
4.4.4. Kas Tahun Operasional …………………………………………
104
4.4.5. Nilai Lingkungan ……………………………………………….
108
4.5. Simulasi Sentra Energi Biomassa ……………………………………..
111
4.5.1. Biomassa Terkumpul Dan Produksi Metana ……………………
111
4.5.2. Biaya Investasi ………………………………………………….
114
4.5.3. Hasil Bersih Dan Nilai Sekarang Bersih ……………………….
114
4.5.4. Nilai Lingkungan ……………………………………………….
115
4.5.5. Validasi Model ………………………………………………….
116
4.6. Karakteristik Sentra Energi Biomassa 2006 – 2013 …………………..
119
4.6.1. Biomassa terkumpul dan Produksi Metana …………………….
119
4.6.2. Biaya Investasi ………………………………………………….
121
4.6.3. Hasil Bersih Dan Nilai Sekarang Bersih ………………………..
121
4.6.4. Nilai Lingkungan ………………………………………………..
122
V. KESIMPULAN
124
5.1. Kesimpulan ……………………………………………………………..
ix
124
5.2. Saran ……………………………………………………………………
124
DAFTAR PUSTAKA
126
LAMPIRAN
133
x
DAFTAR TABEL
No
Judul
Halaman
1
Bahan Organik yang Menghasilkan Metana ………………..
18
2
Proses pendahuluan Bahan Lignin dan Hemisellulosa …….
19
3
Estimasi Konsumsi Energi Dunia ……………………………
20
4
Konsumsi Energi Menurut Regional ………………………...
20
5
Konsumsi Energi Total Indonesia …………………………...
21
6
Pemakaian Energi Final ……………………………………...
22
7
Penyediaan Energi Primer di Indonesia ……………………..
24
8
Energi Bahan Bakar dan Produksi CO2 ……………………...
28
9
Emisi Karbondioksida CO2 ……………………………….. .
29
10
Ukuran dan Kapasitas Reaktor Fermentasi ………………….
45
11
Jumlah Reaktor Fermentasi Sentra Energi …………………
46
12
Ukuran dan Kapasitas Tangki Gasbio ……………………….
47
13
Jumlah Tangki Pengumpul Gasbio Sentra Energi …………...
48
14
Produksi Gasbio pada Berat Kering 4,97kg …………………
73
15
Produksi Gasbio Berdasarkan Periode ………………………
75
16
Kadar Rata-rata Metana dalam Gasbio ……………………...
77
17
Limbah Padat Fermentasi Anaerobik ………………………..
86
18
Keseimbangan Bahan Hasil Fermentasi Anaerobik …………
87
19
Bobot 4 Tanaman Bayam ……………………………………
89
No
Judul
Halaman
20
Kandungan Unsur Hara Bahan Organik Sisa Fermentasi ………….
90
21
Kandungan Logam Berat Bahan Organik Sisa Fermentasi ………..
91
22
Jumlah Total Biomassa Terkumpul Kawasan Bogor ………………
93
23
Jumlah Total BiomassaTerkumpul Kawasan DKI Jakarta ……….
95
24
Jumlah Total BiomassaTerkumpul Kawasan Purwakarta ………..
96
25
Biaya Investasi Sentra Energi Kawasan Bogor ……………………
98
26
Biaya Investasi Sentra Energi Kawasan DKI Jakarta ……………..
99
27
Biaya Investasi Sentra Energi Kawasan Purwakarta ………………
100
28
Produksi Metana Sentra Energi Kawasan Bogor …………………..
102
29
Produksi Metana Sentra Energi Kawasan DKI Jakarta ……………. 103
30
Biaya Metana Sentra Energi Kawasan Purwakarta ………………... 104
31
Aruskas Sentra Energi Kawasan Bogor ……………………………
32
Aruskas Sentra Energi Kawasan DKI Jakarta …………………….. 107
33
Aruskas Sentra Energi Kawasan Purwakarta ……………………… 107
34
Perlindungan Lingkungan kawasan Bogor ………………………...
35
Perlindungan Lingkungan kawasan DKI Jakarta ...………………... 110
36
Perlindungan Lingkungan kawasan Purwakarta…………………...
111
37
Simulasi Biomassa Terkumpul dan Produksi Metana …………….
112
38
Simulasi Hasil Bersih Tahunan Dan Nilai Sekarang Bersih ……… 115
39
Hasil Simulasi Perlindungan Lingkungan
116
40
Validasi Output Model Simulasi
119
41
Biomassa Terkumpul dan Produksi Metana 2006 – 2013
121
xii
106
109
No
Judul
Halaman
42
Laba Bersih dan Nilai Sekarang Bersih 2006 – 2013 ……………...
122
43
Nilai Lingkungan 2006 – 2013 …………………………………….
123
xiii
DAFTAR GAMBAR
No
Judul
Halaman
1
Kerangka Pemikiran ……………………………………………..
6
2
Konsumsi Energi Perkapita ……………………………………...
23
3
Porsi BBM dan Gas pada Konsumsi Energi Komersial …………
24
4
Cadangan Energi Fosil Sampai Tahun 2000 …………………….
25
5
Sketsa Alur Pemanfaatan Biomassa ……………………………..
35
6
Alur Proses Produksi Gas Bahan Biomassa ……………………..
38
7
Sketsa Pengolahan Khusus Limbah Pertanian …………………..
43
8
Sketsa Proses Khusus Limbah Peternakan ………………………
43
9
Sketsa Proses Khusus Sampah Kota …………………………….
44
10
Sketsa Reaktor Fermentasi ………………………………………
45
11
Rumput Gajah dan Sampah ……..................................................
52
12
Alat Percobaan Fermentasi Anaerobik Penghasil Gas Bio ………
52
13
Produksi Gasbio Biomassa ………………………………………
73
14
Produksi Gasbio Bahan Campuran Biomassa …………………...
77
15
Produksi Gasbio CB01 Model dan Percobaan …………………..
78
16
Produksi Gasbio CB02 Model dan Percobaan ………………….
79
17
Produksi Gasbio CB03 Model dan Percobaan ………………….
80
18
Produksi Gasbio CB04 Model dan Percobaan ………………….
81
19
Kadar Metana CB01 Model dan Percobaan …………………….
82
No
Judul
Halaman
20
Kadar Metana CBM 02 Model dan Percobaan …………………..
83
21
Kadar Metana CBM 03 Model dan Percobaan …………………..
84
22
Kadar Metana CBM 04 Model dan Percobaan …………………..
85
23
Persentase Selisih Biomassa Hasil Simulasi Terhadap Riel ……
113
24
Persentase Selisih Gas Metana Hasil Simulasi Terhadap Riel …
114
25
Persentase Selisih Nilai Lingkungan Hasil Simulasi Terhadap Riel
117
26
Karakteristik Ouput Model Dengan Hasil Riel …………………..
118
xv
DAFTAR LAMPIRAN
No
Judul
Halaman
1
Data Percobaan Gas Bio ………………………………………….
133
2
Hasil Pengujian Kandungan Gas Metana ………….. …………..
154
3
Program Model Simulasi Model Sentra Energi Biomassa ………
158
4
Daftar Harga ……………………………………………………...
174
5
Input dan Output Program Simulasi ……………………………...
176
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat setiap tahun. Peningkatan
tersebut didorong oleh pertumbuhan populasi dan perbaikan kesejahteraan manusia. Menurut Kreit dan Goswani (2005), pertumbuhan populasi, perkembangan industri yang pesat, dan urbanisasi pada pusat pertumbuhan telah mendorong peningkatan konsumsi energi di dunia dalam 50 tahun terakhir. Pada beberapa tahun
terakhir peningkatan konsusmsi energi dorong oleh dua faktor, yaitu pertumbuhan
populasi yang mencapai lebih dari 20 % dan perbaikan standar kehidupan yang
mendorong konsumsi energi perkapita meningkat hampir 40 % (Pandey, 1997).
Pada tahun 1990 konsumsi energi di dunia sebesar 559,952x108 Setara Barel
Minyak (SBM), meningkat menjadi 696,552x108 SBM pada tahun 2001 dan proyeksi pada tahun 2025 menjadi 1074,138x108 SBM (Kreit dan Goswani, 2005).
Pada kurun waktu tahun 1990 sampai tahun 2000, konsumsi energi di Indonesia
meningkat dari 420,863x106 SBM pada tahun 1990 menjadi 641,271x106 SBM
pada tahun 2000, atau meningkat 50,47 % dalam sepuluh tahun (Ditjen Migas,
2004). Konsumsi energi komersial perkapita di Indonesia pada tahun 1970 sebesar
0,41 SBM/tahun meningkat menjadi 1,79 SBM/tahun pada tahun 1990 (Kadir,
1995). Terjadinya peningkatan tersebut, karena semua sektor mengalami peningkatan rata-rata di atas sepuluh persen pertahun. Diperkirakan konsumsi energi
sektor industri akan meningkat rata-rata 25,4 % setiap tahun, sektor transportasi
meningkat rata-rata 14 %, dan sektor rumahtangga 8 % (Kadir, 1995).
Energi untuk memenuhi kebutuhan menusia yang terus meningkat tersebut
sebagian besarnya berasal dari sumberdaya energi yang tidak dapat pulih, terutama energi fosil. Pada tahun 1990 dari 559,952x108 SBM konsumsi energi sebanyak 465,345x108 SBM (77,56 %), dan pada tahun 2001 dari 696,552x108 SBM
konsumsi energi sebesar 514,138x108 SBM (73,81 %), serta diproyeksikan sebesar 76,53 % dari konsumsi energi dunia berasal dari energi fosil pada tahun 2025
(Kreit dan Goswani, 2005). Sebagai sumberdaya yang tak dapat pulih, pemanfaatan energi fosil dalam jumlah besar tersebut telah menjadi faktor lahirnya permasa-
lahan baru. Permasalahan pertama adalah persediaan energi fosil di seluruh dunia
semakin cepat berkurang yang berarti batas persediaan tersebut akan segera tercapai. Proses menuju habisnya sumberdaya energi berdampak pada harga energi
yang sangat cepat meningkat dan menghambat upaya peningkatan kesejahteraan
(Hare dan Marlow,1999; KLH, 1997). Permasalahan yang kedua adalah pemanfaatan energi fosil, kecuali gas, telah melahirkan masalah lingkungan yang sangat
berat dalam bentuk pencemaran karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya ke
atmosfir yang berdampak pamanasan global. Pembakaran energi fosil terutama
batubara dan minyak merupakan sumber utama emisi CO2 ke atmosfir (Kreith dan
Goswani, 2005; Pandey, 1997; MERI. 1996; Cleveland, 1995). Pemanasan global
telah menjadi simpul awal dari perma-salahan lingkungan lainnya, terutama perubahan iklim dan peningkatan permukaan laut. Permasalahan yang ketiga adalah
meningkatnya kesulitan penambangan bahan energi fosil, karena lokasi penambangan semakin jauh dari prasarana dasar yang tersedia dan memerlukan teknologi yang lebih maju dan komplek. Akibat dari permasalahan tersebut, harga
energi fosil terus mengalami peningkatan, dan secara bersamaan terjadi proses
kelangkaan energi fosil. Menurut Pandey (1997), pada saat ini untuk memanfaatkan sumberdaya energi yang konvensional seperti fosil telah semakin sulit dan
dengan biaya yang terus meningkat. Permasalahan yang keem-pat adalah suatu
hipotetis, bahwa sebagai akibat dari penambangan minyak bumi dan gas bumi telah menurunkan kepadatan material di dalam bumi, sehingga terjadi penurunan
tingkat daya dukung bumi atas beban di permukaannya.
Permasalahan energi tersebut perlu ditanggulangi dengan cara meningkatkan peran sumberdaya energi lain. Pilihan yang terbaik adalah dari sumberdaya
yang mempunyai karakteristik tertentu yang dapat diperbarui yang menjamin terjadinya keberlanjutan, menghasilkan energi bersih, dan baik secara teknologis
maupun secara ekonomis dapat dimanfaatkan. Salah satu pilihan adalah mengefektifkan pemanfaatan biomassa. Sumberdaya energi yang berasal dari biomassa
selain dapat disediakan di semua tempat juga memberikan banyak pilihan. Pemanfaatan biomassa yang semakin efektif sekaligus mengurangi peranan sumberdaya
energi tak-terbarukan dalam memenuhi kebutuhan manusia. Pilihan tersebut juga
sejalan dengan strategi global tentang pembangunan berkelanjutan, yaitu dengan
2
meningkatkan efektivitas keberlanjutan pemanfaatan sumberdaya energi melalui
usaha substitusi sumberdaya terbarukan terhadap sumberdaya tak-terbarukan. Menurut Bhattacharya (1998) konsekuensi dari penerapan pajak karbon dan berbagai
ketentuan lainnya yang berdasarkan pertimbangan sosial dari penggunaan energi,
maka sangat diyakini biaya penggunaan biomassa relatif lebih rendah dari biaya
pemakaian bahan bakar fosil.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dengan penelitian ini adalah :
a. Merancang model sentra energi biomassa yang mengolah biomassa menjadi
produk sintesis energi komersial.
b. Mengevaluasi karakteristik operasional sentra energi biomassa yang meliputi :
penyediaan biomassa, produksi gas metana, kelayakan finansial, dan peran
pada pengurangan limbah padat.
c. Mendapatkan formula penduga produksi biogas dan formula penduga kadar
metana campuran biomassa.
d. Menyusun model simulasi yang menggunakan prosedur dan metode matematik yang menggambarkan karakteristik sentra energi biomassa dalam aspek
teknis, ekonomis, dan lingkungan dari pilihan-pilihan sumberdaya biomassa
untuk memenuhi kebutuhan energi suatu kawasan.
e. Melakukan simulasi berdasarkan model simulasi yang telah dirancang pada
persoalan nyata perencanaan energi suatu kawasan di Indonesia.
1.3. Kerangka Pemikiran
Pada umumnya model-model pengembangan sistem energi dari sumberdaya biomassa yang tersedia saat ini masih dalam bentuk model-model pengembangan yang bersifat parsial belum dalam bentuk model pengembangan yang
komprehensif. Saat ini permasalahan dalam investasi pengembangan energi sedang mengalami perubahan pendekatan yang merupakan refleksi dari semakin
kompleksnya permasalahan yang ada saat ini.
Biomassa yang sebagian berasal dari tumbuh-tumbuhan yang pada hakekatnya dapat dipandang sebagai produk dari sistem penyerapan energi surya melalui
proses fotosintesis dan secara alamiah merupakan salah satu simpul dari daur
energi (Notohadiprawiro, 1998). Dipandang dari potensinya, biomassa merupakan
3
sumberdaya energi yang terdapat dan dapat dikembangkan di semua tempat di daratan secara berkelanjutan. Memanfaatkan biomassa sebagai bahan yang menghasilkan sintesis energi komersial memberikan faedah yang strategis. Faedah yang
pertama adalah mengurangi peran energi fosil dalam memenuhi kebutuhan energi
komersial, berarti mengurangi ketergantungan pada sumberdaya tak-terbarukan
sekaligus menghambat laju kelangkaan energi komersial. Faedah yang kedua
menurunkan secara nyata kualitas permasalahan distribusi energi komersial saat
ini ke konsumen. Biomassa sebagai sumberdaya energi yang tersebar disemua
tempat memungkinkan lokasi sentra energi penghasil sintesis energi komersial
berdekatan dengan konsumennya. Lokasi sentra energi penghasil sintesis energi
komersial tersebut memerlukan sistem distribusi energi yang lebih sederhana dibandingkan dengan sistem distribusi energi yang ada saat ini. Dampaknya adalah
turunnya biaya distribusi dan biaya investasi prasarana transportasi energi yang
lebih rendah. Faedah yang ketiga adalah sebagai landasan untuk mewujudkan
swasembada energi.
Pengembangan sentra energi biomassa merupakan konsep pengelolaan dan
pemanfaatan sumberdaya alam yang bertumpu pada sumberdaya biomassa. Model
sentra energi berbasis biomassa adalah suatu sistem yang memproduksi sintesis
energi komersial. Sebagai input adalah bahan organik dari berbagai biomassa.
Proses produksi menggunakan proses biologis fermentasi anaerobik. Keluaran dari sentra energi adalah gas metana dan bahan organik. Gas metana merupakan sintesis energi komersial dan bahan organik dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik atau sebagai bahan baku industri. Bertolak dari fungsinya, maka model sentra
energi biomassa sebagai sistem yang berperan mengintegrasikan energi biomassa
kedalam struktur energi komersial yang saat ini sangat dominan berasal dari
sumberdaya fosil. Penerapan model sentra energi biomassa ditujukan untuk menyediakan sintesis energi komersial bagi populasi besar di suatu kawasan.
Biomassa sebagai bahan baku sentra energi berasal dari dua sumber utama,
yaitu limbah biomassa dan pertanian energi. Limbah biomassa meliputi sampah
rumahtangga dan perdagangan, limbah pertanian, limbah perkebunan, limbah peternakan, dan limbah industri pengolahan hasil pertanian. Pertanian energi dapat
dalam bentuk kebun energi atau ladang energi, untuk menghasilkan biomassa se-
4
gar. Tujuan lain dari pemanfaatan biomassa yang berasal dari limbah sebagai bahan masukan kegiatan produksi, adalah sekaligus sebagai salah satu upaya untuk
meminimalkan beban pencemaran lingkungan dari limbah padat. Operasi dari sentra energi selain dimaksudkan untuk memproduksi energi sintesis komersial dengan jumlah besar, juga berperanan mengurangi kuantitas limbah padat yang dihasilkan oleh suatu kawasan.
Penerapan model sentra energi biomasaa pada suatu kawasan akan dapat
memenuhi seluruh atau sebagian dari kebutuhan energi di kawasan tersebut, sehingga terjadi peningkatan kualitas kemandirian kawasan dalam memenuhi kebutuhan energinya. Suatu kawasan yang mampu menggunakan biomassa sebagai bahan baku untuk memproduksi sintesis energi komersial dapat memperoleh manfaat yang berkelanjutan, yaitu : 1). kawasan tersebut akan mampu menyediakan sendiri kebutuhan energinya atau setidak-tidaknya sebagian dari kebutuhan energinya, 2) pemanfaatan sumberdaya seimbang dengan usaha konservasi sumberdaya
itu sendiri, karena pemanfaatannya biomassa dari pertanian energi dengan prinsip
kese-imbangan antara pertumbuhan dengan pemanenan, dan 3). penyediaan dan
pemanfaatan energi meminimalkan kualitas pencemaran limbah padat. Pada aspek
lain, kemampuan suatu kawasan menyediakan bahan energi dari kegiatan sentra
energi biomassa melahirkan dampak yang positip baik secara ekonomis maupun
lingkungan. Salah satu dampaknya adalah menurunkan frekuensi dan kuantitas
transportasi energi antar kawasan. Turunnya frekuensi dan kuantitas transportasi
tersebut meningkatkan efisiensi penggunaan biaya distribusi dan turunnya kualitas
pencemaran baik dalam bentuk kuantitas bahan pencemar menjadi berkurang
maupun dalam bentuk pemanfaatan prasarana dan sarana transportasi.
Pada hakekatnya kawasan dapat menentukan alternatif sumber-sumber biomassa yang sesuai dengan kondisi dan potensi yang dimiliki dan yang dapat dikembangkannya. Penentuan alternatif sumber-sumber biomassa merupakan kebijakan pada tahap awal perencanaan. Simulasi dari setiap alternatif dipandang dari
aspek teknis, ekonomis, dan dampak lingkungan, merupakan gambaran yang sangat penting dalam menentukan kebijakan dalam bentuk alternatif terbaik. Model
simulasi yang mempunyai multi tujuan merupakan kebutuhan dalam analisis untuk menentukan kebijakan investasi pengembangan sistem energi saat ini.
5
6
1.4. Perumusan Masalah
Pada saat ini telah berkembang suatu pendekatan baru dalam mengelola,
mengembangkan, memelihara dan memanfaatkan sumberdaya, yaitu secara holistik dalam bentuk kriteria, tujuan-tujuan dan sistem yang menjamin adanya keberlanjutan serta perhatian terhadap dampak lingkungan. Secara bersamaan sedang
berlangsung pula usaha melepaskan dari ketergantungan yang besar pada energi
fosil, baik untuk menghemat pemanfaatan sumberdaya tak-terbarukan, maupun
dalam rangka mengurangi bobot pencemaran yang berasal dari energi fosil.
Saat ini pemanfaatan biomassa sebagai sumberdaya energi masih bersifat
parsial, yaitu sebagai tindaklanjut dari usaha untuk mengelola biomassa yang tersedia. Tindak lanjut baik dalam rangka mengambil manfaat biomassa yang tersedia, maupun dalam rangka meminimalkan pencemaran limbah padat. Model
parsial pemanfatan biomassa sebagai bahan energi menimbulkan persoalan-persoalan khusus yang menyebabkan penerapan metodologi optimasi dengan tujuan
tunggal telah kurang tepat. Informasi yang diperoleh dari penggunaan model parsial dapat melahirkan kekeliruan dalam menetapkan kebijakan pengembangan
energi. Timbulnya persoalan-persoalan tersebut disebabkan terutama oleh : 1)
Tujuan-tujuan kebijakan di bidang energi mempunyai ruang lingkup yang semakin luas yang menuntut pengembangan sumberdaya energi mempunyai banyak
tujuan, 2). Aspek ketidakpastian dalam perencanaan semakin berkembang yang
melibatkan sumberdaya energi yang strategis dan diantaranya telah melahirkan
permasalahan baru dalam bentuk dampak lingkungan, dan 3). Pengembangan
sumberdaya energi selain bersifat strategis juga pada umumnya memerlukan
investasi yang besar dan dalam pengambilan kebijakan memerlukan informasi
yang bersifat komprehensif.
Permasalahan dalam rangka memanfaatkan biomassa dalam jumlah besar
melalui sentra energi biomassa adalah bagaimana karakteristik operasional sentra
energi biomassa dan konsekuensi penggunaan biomassa dari berbagai sumber
untuk menghasilkan bahan energi yang berkelanjutan. Karakteristik operasional
tersebut meliputi : 1) produksi bahan energi dengan proses biokonversi campuran
biomassa campuran, 2) kelayakan secara ekonomis dari investasi dan operasional
sentra energi biomassa, 3) kontinyuitas dan stabilitas pasokan dalam jumlah besar
7
secara berkelanjutan, dan 4) pemanfaatan limbah padat yang dihasilkan oleh lingkungannya. Kemudian permasalahan dari penggunaan biomassa dari berbagai
sumber untuk menghasilkan energi adalah : 1) bentuk hubungan antara karakteristik produksi gas bio campuran biomassa dengan karakteristik produksi gas bio
biomassa komponen campuran, dan 2) bentuk hubungan antara kadar metana dalam gas bio yang diproduksi dari campuran biomassa dengan kadar metana da-lam
gas bio dari biomassa komponen campuran.
1.5. Hipotesis
Hipotesis yang digunakan adalah yang berhubungan langsung dengan tingkat kelayakan pengembangan model sentra energi berbasis biomassa dan dengan
produksi gas bio dari fermentasi campuran biomassa:
a. Biomassa dari berbagai sumber dapat memenuhi kebutuhan sentra energi secara kontinyu dan stabil dalam jangka panjang.
b. Proses biokonversi campuran biomassa dapat menghasilkan bahan energi dalam jumlah yang besar.
c. Kegiatan operasional sentra energi biomassa dapat mengurangi kuantitas limbah padat dalam jumlah yang besar.
d. Model sentra energi yang memanfaatkan potensi biomassa suatu kawasan secara finansial layak untuk diwujudkan.
e. Produksi gas bio campuran biomassa adalah jumlah yang proporsional dari gas
bio komponen campuran.
f. Kadar metana dalam gas bio bahan campuran biomassa adalah jumlah yang
proporsional dari gas metana komponen campuran dibagi dengan bobot kering
campuran.
1.6. Manfaat Penelitian
Manfaat dari hasil penelitian ini adalah :
a. Dapat digunakan oleh pengambil keputusan dalam merumuskan kebijakan
energi pada tingkat nasional, terutama sebagai model untuk peanekaragaman
sumberdaya energi yang berkelanjutan.
b. Dapat digunakan oleh pengambil keputusan dalam mencari solusi terbaik
untuk menetapkan kebijakan pengembangan energi berbasis biomassa yang
bertolak dari kondisi nyata suatu kawasan.
8
1.7. Novelty
Pada dasarnya terdapat tiga hal yang merupakan hal baru dari hasil penelitian ini, yaitu :
a. Formula yang layak digunakan untuk memprediksi tingkat produksi gas bio
hasil dari fermentasi anaerobik yang menggunakan biomassa campuran dari
berbagai sumber dan berbagai jenis. Umumnya studi mengenai produksi gas
bio yang dilakukan selama ini memperlakukan biomassa sebagai biomassa
sejenis termasuk biomassa yang sebenarnya merupakan campuran berbagai jenis, sehingga formulanya berlaku untuk biomassa tersebut. Berkaitan dengan
gas bio adalah kadar gas metana yang saat ini umumnya adalah kadar metana
dalam gas bio hasil fermentasi anaerobik biomassa jenis tertentu. Penelitian ini
menghasilkan formula yang dapat digunakan untuk memprediksi kadar
metana gas bio hasil fermentasi anaerobik campuran berbagai jenis biomassa.
b. Model sentra energi biomassa merupakan pembaharuan dan pengintegrasian
dari berbagai model dasar pemanfaatan biomassa yang telah umum dikenal
untuk menghasilkan energi. Bentuk pembaharuannya adalah : 1) pengembangan aspek pemecahan masalah dari aspek ekonomis dan aspek pencemaran diperluas dengan aspek keberlanjutan sumberdaya energi dan aspek pemberdayaan potensi lokal yang menggunakan masukan biomassa dari berbagai jenis
dan berbagai sumber yang berbeda, 2) mengubah dari sistem statis dengan
pengertian memperoleh manfaat dari biomassa yang tersedia menjadi sistem
dinamis dengan pengertian mengembangkan potensi biomassa untuk mendapat manfaat yang sebesar-besarnya, dan 3) dapat mewujudkan peranan energi
biomassa dalam struktur energi komersial pada tingkatan yang sangat berarti.
c. Model simulasi model sentra energi biomassa adalah model simulasi multi
objektif yang berwawasan makro, sehingga bersifat komprehensif. Saat ini
model simulasi untuk pengembangan sistem energi yang bersumber dari sumberdaya biomassa masih dalam bentuk model-model dengan tujuan tunggal
atau tujuan ganda dengan wawasan parsial yang umumnya dalam aspek ekonomis atau dalam aspek ekonomi dan aspek pencemaran. Model simulasi
multi objektif yang dihasilkan dengan tujuan yang lebih luas, yaitu dilengkapi
dengan aspek konservasi energi.
9
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Potensi Biomassa
Sebagian dari biomassa merupakan produk fotosintesis, yaitu butir-butir hijau daun yang bekerja sebagai sel-sel surya, menyerap energi matahari dan mengkonversi karbondioksida dengan air menghasilkan suatu senyawa karbon, oksigen
dan hidrogen. Proses tersebut dapat dipandang sebagai penyerapan dan konversi
energi matahari menjadi energi dalam bentuk lain dalam susunan biomassa
(Kadir, 1995). Biomassa yang mengandung energi tersebut merupakan bahan
energi alternatif (Osburn dan Judy, 1993 ; Rahayu, 1999; Quaak et al, 1998).
Luas seluruh wilayah dunia adalah sekitar 51 milyar hektar yang diantaranya 14 milyar hektar merupakan daratan. Terdapat 45 % dari daratan merupakan
padang pasir dan rawa-rawa, 30 % hutan, 15 % tanah pertanian, dan 10 % padang
rumput. Kecuali padang pasir, tempat-tempat di daratan berpotensi menghasilkan
biomassa. Menurut salah satu perkiraan teoritis, seluruh dunia menghasilkan biomassa mencapai 75 milyar ton setahun yang energinya setara dengan 1.500 juta
barel minyak sehari (Kadir, 1995). Kandungan energi yang terdapat dalam biomassa tersebut menggambarkan, bahwa biomassa merupakan sumberdaya energi
yang sangat potensial. Potensi energi dalam biomassa yang sedemikian besar
tersebut belum dapat dimanfaatkan dengan optimal. Dua sebab utama yang menjadi hambatan pemanfaatan energi biomassa yang belum optimal, yaitu : 1)
biomassa tidak dapat digunakan secara langsung pada banyak mesin dan peralatan
konversi energi, dan 2) terdapat hambatan pengangkutan biomassa ke pusat-pusat
pemakaiannya. Pemanfaatan biomassa untuk keperluan energi dapat dilakukan
dengan konversi biomassa menjadi bahan energi dalam bentuk lain yang lebih
mudah untuk transportasi dan pemakaiannya (Kadir, 1995). Jumlah biomassa
yang besar tersebut, merupakan potensi sekaligus peluang untuk meningkatkan
peranannya dalam struktur penyediaan energi, yaitu dengan mensubstitusi peranan
energi fosil.
Pemanfaatan biomassa secara lebih luas sebagai sumberdaya energi berakibat pada tiga aspek sekaligus, yaitu:1) diversifikasi energi yang mengutamakan
10
pada peanekaragaman sumberdaya energi, 2) meningkatkan peranan sumberdaya
energi terbarukan dan sekaligus menurunkan peran sumberdaya energi tak-terbarukan serta dapat memberi manfaat secara berkelanjutan, dan 3) mengurangi
transportasi bahan energi antar kawasan yang berdampak mengurangi pencemaran
bahan energi dan kepadatan lalulintas. Pemanfaatan biomassa juga meningkatkan
pemanfaatan ulang (reuse) dari limbah biomassa yang dihasilkan oleh berbagai
kegiatan, sehingga dapat menurunkan kualitas pencemaran limbah.
Salah satu cara untuk memperluas peran biomassa sebagai bahan energi melalui konversi menjadi sintesis energi komersial dengan biokonversi, yaitu proses
fermentasi anaerobik. Bahan energi yang dihasilkan adalah gas sintesis energi
komersial, yaitu gas metana yang dapat mengganti peranan gas alam. Gas metana
dapat berfungsi sebagai bahan bakar untuk berbagai kebutuhan, terutama pada :
1). sektor transportasi, yaitu yang peralatan konversi energi menggunakan bahan
bakar gas, 2). sektor industri, 3). sektor rumah tangga, dan 4). sektor tenaga listrik.
2.1.1 Limbah Padat
Sampah kota mengandung bahan organik sekitar 74 sampai 84% dari volume sampah kota. Persentase bahan organik dalam komposisi sampah kota di DKI
Jakarta pada tahun 2000 sampai dengan tahun 2004 rata-rata 65,05 % (BPS
Provinsi DKI Jakarta, 2004). Sampah kota di Jakarta yang dihasilkan setiap hari
(penduduk 12 juta jiwa) rata-rata 27.000 m3 (Anas, 2000). Apabila jumlah penduduk suatu kota sekitar 1 juta jiwa, maka produksi sampah kota setiap hari dari kota
tersebut adalah sekitar 2.250 m3 dan bahan organik yang dihasilkan sekitar 1.800
m3. Penggunaan sampah kota secara totalitas untuk dikonversi menjadi gas
komersial akan memberikan dampak positip bagi lingkungan perkotaan, karena
sampah kota merupakan limbah yang telah mencemari baik dari pencemaran bau,
kesehatan dan keindahan, yang belum mendapat cara pemecahan yang tuntas
(Pandey, 1997).
Sampah kota merupakan sumber yang kaya akan bahan organik sekaligus
merupakan permasalahan pencemaran yang semakin berat dan belum mempunyai
cara penanggulangan yang tepat. Pengolahan sampah kota dengan metode penimbunan tanah berdampak pada terciptanya kondisi anaerobik yang dapat memproduksi gas metana. Sampah organik merupakan sumber emisi gas rumah kaca ter-
11
utama N2O dan metana (Kookana et al, 2002). Menurut Madigan et al (1997),
emissi gas metana ke atmosfir yang paling besar selain berasal dari sumber biogenik (sawah, tanah basah, laut, danau, dan tundra), juga berasal dari sumber
abiogenik (kebocoran gas, tambang batubara, pembakaran biomassa, kenderaan
bermotor, dan gunung berapi).
Pemanfaatan sampah kota sebagai bahan energi telah banyak dilakukan.
Pembakaran sampah ko