Pra Rancangan Pabrik Pembutan Gas Metana Dari Sampah Organik Kapasitas Olahan 570 Ton/Hari

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN

GAS METANA

DARI SAMPAH ORGANIK KAPASITAS OLAHAN

570 TON/HARI

Diajukan Untuk Memenuhi Pesyaratan Ujian Sarjana Sain Terapan

Oleh :

025201045 Nova God Arif

PROGRAM STUDI TEKNK KIMIA

JURUSAN TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

INTISARI

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini mengolah 23750 kg/jam. Jumlah karyawan yang digunakan adalah 118 orang dengan luas areal pabrik 6240 m2

Bentuk dari Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini ialah berupa Perusahaan Terbatas (PT).

.

Analisa Ekonomi dari Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini adalah :

• Total Penjualan = Rp 252.167.154.040,-

• Biaya Tetap = Rp 72.817.611.311,-

• Biaya Variabel = Rp 25.055.781.042,-

• Biaya Produksi = Rp 97.871.408.295,-

• Break Event Point (BEP) = 32,08 %

• Profit Margin (PM) = 71,3 %

• Pay Out Time (POT) = 1,9 tahun

• Return of Network (RON) = 85,41 %

• Return of Investment (ROI) = 0,512 %

• Internal Rate of Return (IRR) = 64,04 %

Berdasarkan data diatas bahwa Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana ini layak untuk didirikan.

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR

INTISARI ... i

DAFTAR ISI ... ii

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Perumusan Masalah ... I-2 1.3 Tujuan Rancangan ... I-3 1.4 Manfaat Rancangan ... I-3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sampah ... II-1 2.2 Pemanfaatan Sampah ... II-2 2.3 Sejarah Penemuan Biogas ... II-3 2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas ... II-4 2.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi Biogas ... II-13 2.6 Sifat-sifat Gas Metana ... II-14 2.7 Deskripsi Proses ... II-15

BAB III NERACA MASSA

3.1 Tresser ... III-2 3.2 Tangki Penampung Umpan ... III-3 3.3 Fermentor ... III-4 3.4 Absorber (CO2

3.5 Absorber (H

) ... III-12 2

BAB IV NERACA PANAS

S) ... III-14

4.1 Neraca Panas Koil (heater) ... IV-2 4.2 Neraca Panas Fermentor ... IV-4

BAB V SPEKSIFIKASI PERALATAN

5.1 Elevator ... V-1 5.2 Tresser ... V-1 5.3 Fermentor ... V-2 5.4 Bak Pengendap ... V-2 5.5 Tangki Penampung Metana ... V-2 5.6 Absorber CO2

5.7 Absorber H

... V-3 2

5.8 Pompa ... V-4 S ... V-3

5.9 Blower ... V-4

BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

6.1 Instrumentasi ... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja ... VI-5

BAB VII UTILITAS

7.1 Kebutuhan Air ... VII-1 7.2 Kebutuhan Bahan Kimia ... VII-4 7.3 Kebutuhan Listrik ... VII-4 7.4 Kebutuhan Bahan Bakar ... VII-5 7.5 Unit Pengolahan Limbah ... VII-5 7.6 Spesifikasi Peralatan Utilitas ... VII-6 7.6.1 Pompa Sumur Bor ... VII-6 7.6.2 Bak Pengendapan ... VII-6 7.6.3 Pompa Bak Pengendapan ... VII-7 7.6.4 Sand Filter ... VII-7 7.6.5 Pompa Sand Filter ... VII-7 7.6.6 Tangki Utilitas ... VII-8 7.6.7 Pompa Tangki Utilitas ... VII-8

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK

8.1 Lokasi Pabrik ... VIII-1 8.2 Tata Letak Pabrik ... VIII-2 8.3 Kebutuhan Areal Untuk Pendirian Pabrik ... VIII-4 8.4 Perincian Luas Tanah ... VIII-5

BAB IX ORGANISASI MANAJEMEN PERUSAHAAN

9.1 Organisasi dan Manajemen ... IX-1 9.2 Bentuk Badan Usaha ... IX-1 9.2.1 Badan Usaha Perorangan ... IX-2 9.2.2 Badan Usaha Persekutuan ... IX-2 9.2.3 Badan Usaha Perorangan ... IX-5 9.2.4 Koperasi ... IX-5 9.2.5 Badan Usaha Milik Negara ... IX-6 9.2.6 Penggabungan Badan Usaha ... IX-6 9.3 Bentuk Struktur Organisasi ... IX-7 9.4 Uraian Tugas Wewenang dan Tanggung Jawab ... IX-8 9.4.1 Direktur ... IX-8 9.4.2 Kepala Bagian Produksi dan Laboratorium ... IX-8 9.4.3 Kepala Bagian Personalia dan Pemasaran ... IX-9 9.4.4 Sekretaris ... IX-9 9.5 Sistem Kerja dan Tenaga Kerja ... IX-10 9.6 Kesejahteraan Tenaga Kerja ... IX-10 9.7 Jumlah Tingkat Pendidikan dan Gaji Tenaga Kerja ... IX-10

BAB X ANALISA EKONOMI

10.1 Modal Investasi ... X-1 10.2 Hasil Penjualan ... X-3 10.3 Biaya Produksi Tetap ... X-3 10.4 Perkiraan Laba/Rugi Usaha ... X-4 10.5 Aspek Analisa Ekonomi ... X-5

BAB XI KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A

LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Timbunan Sampah dikota Medan ... I-1 Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik ... II-2 Tabel 2.2 Komposisi Sampah Berdasarkan Unsur ... II-2 Tabel 2.3 Komposisi Biogas ... II-4 Tabel 2.4 Sifat-Sifat Gas ... II-15 Tabel 3.1 Kompsisi Sampah Organik ... III-1 Tabel 3.2 Komposisi Sampah Berdasarkan Unsur ... III-1 Tabel 3.3 Komposisi Karbohidrat ... III-2 Tabel 3.4 Komposisi H2

Tabel 3.5 Kompsisi CO

S ... III-2 2

Tabel 3.6 Komposisi CH

... III-2 4

Tabel 3.7 Neraca Massa pada Treser ... III-3 ... III-2

Tabel 3.8 Nerca Massa pada Tangki Penampungan ... III-3 Tabel 3.9 Neraca Massa pada Fermentor ... III-12 Tabel 3.10 Neraca Massa pada Absorber CO2

Tabel 3.11 Neraca Massa pada Absorber H

... III-13 2

Tabel 4.1 Neraca Panas Masuk pada Heater ... IV-2 S ... III-14

Tabel 4.2 Neraca Panas Keluar pada Heater ... IV-2 Tabel 4.3 Neraca Panas Masuk Fermentor (alur 3)... IV-3 Tabel 4.4 Neraca Panas Keluar Fermentor (alu 5) ... IV-3 Tabel 4.5 Neraca Panas Keluar Fermentor (alur 6) ... IV-4 Tabel 6.1 Data Penggunaan Intrumen pada Pabrik ... VI-2 Tabel 7.1 Kualitas Air Sibolangit ... VII-2 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah ... VIII-5 Tabel 9.1 Jumlah, Tingkat Pendidikan dan Gaji Tenaga Kerja ... IX-12

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Flowsheet Proses ... II Gambar 7.1 flowsheet Utilitas ... VII Gambar 8.1 Denah Lokasi Pabrik ... VIII-6 Gambar 9.1 Struktur Organisasi ... IX-13 Gambar LE.1 Grafik Break Event Point (BEP) ... LE

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pertumbuhan jumlah penduduk yang terus meningkat dengan pola hidupkonsumtif sudah tentu diikuti dengan meningkatnya produksi sampah.Disemua daerah sampah selalu menimbulkan masalah yang rumit untuk dipecahkan.Masalah persampahan perkotaan diindonesia saat ini sudah sampai pada tingkat sangat serius.Berbagai pihak ikut serta dalam upaya meningkatkan mutu kesehatan dan lingkungan pemukiman.

Kota medan termasuk diantara kota-kota besar di Indonesia, juga tak luput dari permasalahan sampah kota.Sebagai ibukota Propinsi Sumatra Utara,Kota Medan termasuk pusat perdagangan,industri dan jasa yang berkembang pesat.kota ,Medan

sebagai metropolitan, memiliki luas 265,1 km2

Tabel 1.1. Timbulan sampah dikota Medan

, yang terdiri dari 21 kecamatan dan 151 kecamatan kelurahan. Jumlah timbunan sampah pada tahun 2004 mencapai 396.775 ton/tahun.Dinas kebersihan mencatat timbulan sampah dikota medan dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

No Tahun Jumlah timbulan sampah

(ton/tahun)

1 2001 476.964

2 2002 500.506

3 2003 500.780

4 2004 396.755

Sumber: Dinas kebersihan, 2005.

Dengan melihat pertambahan jumlah penduduk kota medan yang semakin banyak menyebabkan sumber daya alam yang tersedia semakin berkurang misalnya bahan bakar minyak (BBM), Eksploitasi sumber daya alam terutama minyak bumi yang berlebihan telah memberikan ancaman terhadap lingkungan dan keselamatan manusia itu sendiri. Hal lain yang juga dihawatirkan banyak orang jumlah cadangan

minyak bumi dari hari ke hari semakin berkurang dan terancam habis. Karena itu perlu upaya untuk mencari energi alternatif guna menghemat cadangan minyak bumi yang pada saat ini semakin sedikit. Biogas adalah salah satu energi yang dapat dikembangkan mengingat bahan bakunya cukup tersedia.Biogas adalah energi yang terbarukan sehingga sangat mungkin untuk menggantikan BBM yang terancam habis, pada sisi lain penggunaan biogas dapat mengatasi permasalahan sampah kota mengingat mayoritas sampah kota berasal dari bahan organik yang dapat digunakan untuk bahan baku biogas.biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses pembusukan bahan- bahan organik oleh bakteri padakondisi an aerop (hampa udara). Gas bio yang dihasilkan dari proses fermentasi terdiri dari : CH4 atau methane (60-70%),Co2 atau karbon dioksida (20-30%),O2 (1-4%),N2 (0,5-3%),Co atau karbon monoksida (1%) dan H2S (kurang dari 1%). Campuran gas bio ini menjadi mudah membakar jika memiliki kandungan gas methane sebesar lebih dari 50 %.

Apabila gas ini dibakar akan berwarna biru dan menghasil banyak energi panas. Satu meter kubik biogas setara dengan 5.200-5.900 Kcal atau apabila dipakai untuk memanaskan air dapat meningkatkan 130 Kg air dari 20 derajat sampai mendidih atau

menyalakan lampu 50-100 watt selama 6 jam.

1.2 Perumusan Masalah

Pengaruh pertumbuhan ekonomi membuat hidup masyarakat menjadi berkecukupan, yang menjadikan lekat pola hidup produksi massal dan konsumtif, sehingga jumlah sampah yang dihasilkan semakin membengkak. Konsekuensinya adalah semakin menipisnya sisa tahun penampungan di tempat pembuangan akhir, serta sulitnya mendapatkan lahan tempat pembuangan akhir yang baru, sehingga jumlah sampah tidak layak bakar membengkak. Atas dasar itu, dewasa ini daur ulang sampah menjadi barang bermanfaat menjadi orientasi, karena di samping dapat mengurangi beban tempat pembuangan akhir, juga turut mengurangi konsumsi sumber daya alam dan meringankan beban lingkungan.

Metan adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global dan ketika terlepas ke atmosfer, dan umumnya dianggap sebagai polutan ketimbang

sumber energi yang berguna untuk kepentingan masyarakat yang dapat digunakan sebagai bahan bakar.

Sementara ini kebutuhan dalam negeri cukup terpenuhi, untuk itu pendirian pabrik metana ini ditujukan untuk kebutuhan ekspor, sehingga dapat meningkat devisa negara dan mengurangi pengangguran di Indonesia dan juga dapat memenuhi permintaan industri yang menggunakan bahan baku dari sampah maupun limbah dari berbagai pabrik.

1.3 Tujuan Perancangan

Tujuan Pra Rancangan Pabrik ini adalah untuk mengaplikasikan ilmu teknologi kimia industri yang meliputi neraca massa, neraca energi, operasi teknik kimia, utilitas dan bagian ilmu teknologi kimia industri lainnya yang penyajiannya disajikan pada Pra Rancangan Pabrik Proses Pembuatan metanasi dari sampah organik.

1.4 Manfaat Perancangan

Pendirian pabrik proses pembuatan gas metana dari sampah organik ini adalah mengadakan energi alternatif sebagai pengganti BBM dan mengurangi ketergantungan rakyat terhadap BBM,serta menibgkatkan masyarakat miskin perkotaan melalui usaha industri daur ulang (biogas).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Umum

Sampah adalah bahan buangan padat atau semi padat yang dihasilkan adari aktifitas manusia atau hewan yang dibuang karena tidak diinginkan atau tidak digunakan lagi (tchobanoglous, dkk,1993).Menurut petunjuk Teknis Perencanaan Pembangunan dan

Pengelolaan Bidang ke-PLP-an perkotaan dan pedesaan, sampah adalah limbah yang

bersifat padat terdiri dari sampah organik, sampah anorganik dan sampah B3yang dianggap tidak berguna lagi dan harus dikelola agar tidak membahayakan lingkungan dan

melindungi investasi pembangunan (dep.PU Ditjen Cipta Karya, 1999).

Sementara itu, Hadiwiyoto (1983) mendefenisikan sampah adalah sisa-sisa bahan yang mengalami perlakuan-perlakuan, baik karena telah diambil bagian utamanya, atau karena pengelolaan, atau karena sudah tidak ada manfaatnya, yang ditinjau dari aspek pencemaran atau ganguan kelestarian lingkungan.

2.2. Klasifikasi sampah

Bila dilihat dari sifatnya, sampah dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu:

a. Sampah organik

Sampah organik adalah sampah yang mengandung senyawa-senyawa orgaik yang tersusun dari unsur-unsur karbon, hydrogen dan oksigen.Yang termasuk sampah organik adalah daun-daunan, kayu, kertas, karton, sisa-sisa makanan,sayur,buah, yang mudah diuraikan oleh mikroba.

b. Sampah anorganik

Terdiri dari kaleng, plastik, besi, logam, gelas atau bahan lain yang yang tidak tersusun oleh senyawa-senyawa organic. Sampah anorganik tidak dapat diuraikan oleh mikroba.

Berdasarkan data yang ada pada Dinas Kebersihan Kota Medan adapun komposisi unsure-unsur dari sampah organik basis kering dapat dilihat dalam tabel 2.1

Tabel 2.1 Komposisi Sampah Organik

Bahan Organik %

Sampah dedaunan 32

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

(Sumber : Dinas kebersihan kota medan, 2005)

Tabel 2.2 Komposisi Sampah berdasarkan Unsur Komponen

Sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur Abu

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30 4,50

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10 5,30

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20 6,00

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10 1,50

(Sumber : Dinas kebersihan kota medan, 2005)

2.3. Sejarah Penemuan Biogas

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

Adapun alat penghasil biogas secara anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. pada akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis pada masa antara dua Perang Dunia. Selama Perang Dunia II, banyak petani di Inggris dan Benua Eropa yang membuat alat penghasil biogas kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Akibat kemudahan dalam memperoleh BBM dan harganya yang murah pada tahun 1950-an, proses pemakaian biogas ini mulai ditinggalkan. Tetapi, di negara-negara berkembang kebutuhan akan

sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Oleh karena itu, di India kegiatan produksi biogas terus dilakukan semenjak abad ke-19. saat ini, negara berkembang lainnya, seperti China. Filipina, Korea, Taiwan dan Papua Nugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat penghasil biogas. Selain di negara

berkembang, teknologi biogas juga telah dikembangkan di negara maju seperti Jerman..

Salah satu cara penanggulangan sampah organik yang potensial untuk dikembangkan di Indonesia adalah dengan menerapkan teknologi anerobik untuk menghasilkan biogas. Secara ilmiah, biogas yang dihasilkan dari sampah organik adalah gas yang mudah terbakar (flammable). Gas ini dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa udara). Umumnya, semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas. Tetapi hanya bahan organik homogen, baik padat maupun cair yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Bila

sampah-sampah organik tersebut membusuk, akan dihasilkan gas metana (CH4) dan

karbondioksida (CO2). Tapi, hanya CH4 yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar.

Umumnya kandungan metana dalam reaktor sampah organik berbeda-beda. secara rentang komposisi biogas adalah sebagai berikut:

Tabel 2.3. Komposisi Biogas

Komponen %

Metana (CH4)

Karbon dioksida (CO2)

Nitrogen (N2)

Hidrogen (H2)

Hidrogen sulfida (H2S)

Oksigen (O2

55-75 25-45 0-0.3 1-5 0-3 0.1-0.5 )

Dalam skala laboratorium, penelitian di bidang biogas tidak membutuhkan biaya yang besar tetapi harus ditunjang dengan peralatan yang memadai. Perangkat utama yang digunakan terutama adalah tabung digester, tabung penampung gas, pipa penyambung, katup, dan alat untuk identifikasi gas. Untuk mengetahui terbentuk atau tidaknya biogas dari reaktor, salah satu uji sederhana yang dapat dilakukan adalah dengan uji nyala. Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar metana minimal 57% yang

menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996),

biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan metana telah mencapai minimal 60%. Pembakaran gas metana ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan asap.

2.4. Mekanisme pembentukan biogas

Sampah Organik sayur-sayuran dan buah-buahan seperti layaknya kotoran ternak adalah substrat terbaik untuk menghasilkan biogas. Proses pembentukan biogas melalui pencernaan anaerobik merupakan proses bertahap, dengan 3 tahap utama yakni:

1. Tahap Hidrolisis

Dimana pada tahap ini bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid, dan protein didegradasi oleh mikroorganisme hidrolitik menjadi senyawa terlarut seperti asam karboksilat, asam keto, asam hidroksi, keton, alkohol, gula sederhana, asam-asam amino, H2 dan CO2.

• Lipida dirubah menjadi Asam lemak rantai panjang dan Gliserin

• Protei dirubah menjadi Asam amino

Protein Asam amino

• Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin

Asam nukleat

Pada Asam nukleat terdapat Asam Posfat sebagai pembentuk, asam Pospat akan terionisasi secara sendirinya saat reaksi terjadi hal disebabkan gugus Posfat memiliki sifat dapat larut didalam air. Sehingga pada Purin dan Pirimidin tidak lagi terdapat asam Posfat yang berasal dari asam nukleat.

• Polisakarida dirubah menjadi monosakarida.

Polisakarida terbagi atas : - Pati - Glikogen

- Selulosa

Pati (amilum) merupakan polisakarida yang mengandung 75-80% amilopektin dan

amilosa 20-25% yang mana terdiri atas D-Glukopinarosa yang berikatan α(1-4)

glikosidik. Ikatan D-glikopinarosa merupakan polimer dari Glukosa.

D-Glukopinarosa Glukosa

Glikogen merupakan polisakarida yang memiliki rantai yang panjang. Sama

halnya dengan pati. Glikogen memiliki gugus rantai lurus α(1-4) dan gugus rantai

bercabang α(1-6) glikosidik, sehingga Glikogen memiliki ikatan yang lebih panjang dari pada pati.

Selulosa merupakann polisakarida. Pati, glikogen, dan selulosa merupakan

polisakarida yang terdapat pada tumbuh-tumbuhan yang berupa kayu. Oleh sebab itu pati, glikogen, selulosa memiliki cabang atau ikatan polimer yang panjang. Selulosa memiliki gugus rantai lurus.

2. Tahap Asidogenesis

Tahap asidogenesis merupakan tahap penguraian monomer-monomer dari Asam lemak

rantai panjang, Gliserin, Asam amino, Glukosa, Purin dan Pyrimidin.

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2, N2, H2

• Asam lemak rantai panjang diuraikan menjadi Asam lemak volatil.

.

Asam lemak rantai panjang terdiri atas :

- Asam lemak stearat

- Asam lemak palmitat

- Asam lemak oleat

Asam lemak palmitat Asam propionat Hidrogen

• Gliserin dirubah menjadi Asam propionat

Gliserin Asam propionat Hidrogen

• Asam amino diurai menjadi asam akrilat

Asam amino Asam akrilat Nitrogen Hidrogen

• Glukosa diurai menjadi akohol (etanol)

Glukosa Etanol

• Purin diurai menjadi asam propionat

Purin Asam propionate phospat

• Pirimidim diurai menjadi asam butirat

Pirimidin Asam butirat

1.Reaksi pada asam lemak rantai panjang + gliserin

Asam lemak stearat Asam butirat

Asam lemak palmitat Asam propionat

Gliserin Asam propionat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4

2. Reaksi pada Asam nukleat

Asam nukleat Pirimidin purin

Purin Asam propionate phospat

Pirimidin Asam butirat

Asam nukleat

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino, Asam nukleat.

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH

Asam butirat asam propionate asam laktat

4

Asam nukleat

Asam amino Asam akrilat

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

Asam amino Asam nukleat

6CH3CH2COOH + 12CH3CH2CH2COOH + CH3-CHOH-COOH + CH2

Asam butirat Asam propionat Asam laktat Asam akrilat

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

3. Asetogenesis

Hasil asidogenesis dikonversi menjadi hasil akhir bagi produksi metana berupa asetat, hidrogen, dan karbondioksida. Sekitar 70% dari COD semula diubah menjadi asam asetat. Pembentukan asam asetat kadang-kadang disertai dengan pembentukan karbondioksida atau hidrogen, tergantung kondisi oksidasi dari bahan organik aslinya.

Etanol, asam propionat, dan asam butirat dirubah menjadi asam asetat oleh bakteri asetogenik dengan reaksi seperti berikut (Said, 2006) :

CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + 2H2………( pers 1)

Etanol Asam Asetat

CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + 2H2…………..(pers.2)

Asam Propionat Asam Asetat

CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2…………..(pers.3)

Asam Butirat Asam Asetat

4. Metanogenesis

Pada tahap metanogenesis, terbentuk metana dan karbondioksida. Metana dihasilkan dari asetat atau dari reduksi karbondioksida oleh bakteri asetotropik dan hidrogenotropik dengan menggunakan hidrogen.

Tiga tahap pertama di atas disebut sebagai fermentasi asam sedangkan tahap keempat disebut fermentasi metanogenik (Lettinga, et all, 1994). Tahap asetogenesis terkadang ditulis sebagai bagian dari tahap asidogenesis.

Berbagai studi tentang digesti anerobik pada berbagai ekosistem menunjukkan bahwa 70 % atau lebih metana yang terbentuk diperoleh dari asetat (pers.1. Jadi asetat

merupakan intermediet kunci pada seluruh fermentasi pada berbagai ekosistem tersebut (Main et al. 1977). Hanya sekitar 33% bahan organik yang dikonversi menjadi metana

melalui jalur hidrogenotropik dari reduksi CO2 menggunakan H2

Reaksi kimia pembentukan metan dari asam asetat dan reduksi CO

(pers.2) (Marchaim, 1992)..

2

Asetotropik metanogenesis :

dapat dilihat pada persamaan reaksi berikut :

CH3COOH CH4 + CO2

Hidrogenotropik metanogenesis :

………. (pers.1)

CH2 + CO2 CH4 + H2O ………. (pers.2)

2.5. Faktor -Faktor yang Mempengar uhi Pr oses biogas

Lingkungan besar pengaruhnya pada laju pertumbuhan mikroorganisme baik pada proses aerobik maupun anaerobik. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik antara lain: temperatur, pH, konsentrasi substrat dan zat beracun.

1. Temper atur

Gas dapat dihasilkan jika suhu antara 4 - 60°C dan suhu dijaga konstan. Bakteri akan menghasilkan enzim yang lebih banyak pada temperatur optimum. Semakin tinggi temperatur reaksi juga akan semakin cepat tetapi bakteri akan semakin berkurang. Proses pembentukan metana bekerja pada rentang temperatur 30-40°C, tapi dapat juga terjadi pada temperatur rendah, 4°C. Laju produksi gas akan naik 100-400% untuk setiap kenaikan temperatur 12°C pada rentang temperatur 4-65°C. Mikroorganisme yang berjenis thermophilic lebih sensitif terhadap perubahantemparatur daripada jenis mesophilic. Pada temperatur 38°C, jenis mesophilic dapat bertahan pada perubahan temperatur ± 2,8°C. Untuk jenis thermophilic pada suhu 49°C, perubahan suhu yang dizinkan ± 0,8°C dan pada temperatur 52°C perubahan temperatur yang dizinkan ± O,3°C.

2. pH (keasaman)

Bakteri penghasil sangat sensitif terhadap perubahan pH. Rentang Hoptimumntuk jenis bakteri penghasil metana antara 6,4 - 7,4. Bakteri yang tidak menghasilkan metana tidak begitu sensitif terhadap perubahan pH, dan dapat bekerja pada pH antara 5 hingga 8,5. Karena proses anaerobik terdiri dari dua tahap yaitu tahap pambentukan asam dan tahap pembentukan metana, maka pengaturan pH awal proses sangat penting. Tahap pembentukan asam akan menurunkan pH awal. Jika penurunan ini cukup besar akan dapat menghambat aktivitas mikroorganisme penghasil metana. Untuk meningkatkat pH dapat dilakukan dengan penambahan kapur.

3. Konsentrasi Substrat

Sel mikroorganisme mengandung Carbon, Nitrogen, Posfor dan Sulfur dengan perbandingan 100 : 10 : 1 : 1. Untuk pertumbuhan mikroorganisme, unsur-unsur di atas harus ada pada sumber makanannya (substart). Konsentrasi substrat dapat mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Kondisi yang optimum dicapai jika jumlah mikroorganisme sebanding dengan konsentrasi substrat. Kandungan air dalam substart dan homogenitas sistem juga mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Karena kandungan air yang tinggi akan memudahkan proses penguraian, sedangkan homogenitas sistem membuat kontak antar mikroorganisme dengan substrat menjadi lebih intim.

4. Zat Baracun

Zat organik maupun anorganik, baik yang terlarut maupun tersuspensi dapat menjadi penghambat ataupun racun bagi pertumbuhan mikroorganisme jika terdapat pada

konsentrasi yang tinggi. Untuk logam pads umumnya sifat racun akan semakin bertambah dengan tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih sensitif terhadap racun daripada bakteri penghasil asam.

Ada beberapa senyawa yang bisa menghambat (proses) penguraian dalam suatu unit biogas saat menyiapkan bahan baku untuk produksi biogas, seperti antiobiotik, desinfektan dan logam berat (Setiawan, 2005).

Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2

Tabel 2.4 Tabel kesetaraan Biogas

, dan partikulat lainnya) dan telah mencapai kualitas pipeline adalah setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini, gas tersebut dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya pun telah layak sebagai bahan baku pembangkit listrik, pemanas ruangan, dan pemanas air. Jika dikompresi, biogas dapat menggantikan gas alam terkompresi yang digunakan pada kendaraan. Di Indonesia nilai potensial pemanfaatan biogas ini akan terus meningkat karena adanya jumlah bahan baku biogas yang melimpah dan rasio antara energi biogas dan energi minyak bumi yang menjanjikan.Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain adalah sebagai berikut:

Bahan Bakar Jumlah

Biogas Elpiji

Minyak tanah Minyak solar Bensin

Gas kota Kayu bakar

1 m3

0,46 kg 0,62 liter 0,52 liter 0,80 liter

1,50 m3

3,50 kg

sumber Departemen Pertanian,2005 2.5Prinsip Teknologi Biogas

Pada prinsipnya, teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses

fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri methan sehingga dihasilkan gas methan. Gas methan adalah gas yang mengandung satu atom C dan 4 atom H yang memiliki sifat mudah terbakar. Gas methan yang dihasilkan kemudian dapat dibakar sehingga dihasilkan energi panas. Bahan organik yang bisa digunakan sebagai bahan baku industri ini adalah sampah organik, limbah yang sebagian besar terdiri dari kotoran, dan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya, serta air yang cukup banyak. Proses ini sebetulnya terjadi secara almiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan

sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Namo Bintang yang terletak di Pancurbatu Sumatra Utara

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

Alat biogas ini terbagi atas dua tipe, tipe terapung (floating type) yang dikembangkan di India dan tipe kubah tetap (fixed dome type) yang dikembangkan di China, biogas dikenal sebagai gas rawa atau lumpur dan bisa digunakan sebagai bahan bakar. Biogas adalah gas mudah terbakar yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob. Pada umumnya semua jenis bahan-bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas (Anonim, 2005). Pembentukan biogas terjadi selama proses fermentasi berjalan (Setiawan, 2005).

Penggunaan biogas sudah dikenal oleh Rusia dan Inggris sejak lama. India sejak masih dijajah dikenal sebagai pengguna energi biogas yang sangat luas, bahkan sudah disatukan dengan WC biasa. Pembuatan dan penggunaan biogas di Indonesia mulai digalakkan pada awal tahun 1970-an dengan tjuan memanfaatkan buangan atau sisa yang berlimpah dari benda yang tidak bermanfaat menjadi yang bermanfaat, serta mencari sumber energi lain diluar kayu bakar dan minyak tanah. Berdasarkan bahan-bahan untuk membuat biogas, cara dan lingkungan untuk menghasilkannya, biogas dapat dihasilkan di manapun. Pembuatan giogas bisa dalam bentuk yang sederhana untuk kepentingan bersama beberapa rumah atau leibh. Secara sederhana, pembuatan biogas bisa dengan drum bekas yang masih kuat atau sengaja dibuat dalam bentuk bejana dari tembol atau bahan-bahan lainnya (Suriawiria, 2005).

Biogas dieprgunakan dengan cara yang sama seperti penggunaan gas lainnya yang

mudah terbakar dengan mencapurnya dengan oksigen (O2). Untuk mendapatkan hasil

pembakaran yang optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan (Anonim, 2005)

Biogas dapat digunakan untuk kepentingan penerangan dan memasak. Lampu atau kompor yang sudah umum dan biasa dipergunakan untuk gas lain selain biogas tidak cocok untuk pemakaian biogas, sehingga memerlukan penyesuaian karena bentuk dan sifat biogas berbeda dengan bentuk dan sidfat gas lain yang sudah umum. Pusat Teknologi Pembangunan (PTP) ITB telah sejak lama membuat lampu atau kompor yang dapat menggunakan biogas, yang asalnya dari lampu petromak atau kompor gas biasa yang dapat menggunakan biogas dengan pertimbangan keselamatan dan penggunaan. Kompor biogas tersebut tersusun dari rangka, pembakar, spuyer, cincin penjepit spuyer dan cincin penagtur udara, yang kalau sudah diatur akan mempunayai spesifikasi

termperatur nyala api dapat menacapai 5600

Gas metan hasil fermentasi merupakan kandungan utama biogas yang mempunyai nilai kalor antara 590 – 700 K.cal/m

C dengan warna nyala biru muda pada malam hari, dan laju pemakaian biogas 350 liter/jam, serta harganya diperkirakan antara Rp.2.500,00 sampai Rp.3.000,00 saja (catatan tahun 1978). (Suriawiria, 2005).

3

. sumber kalor lain dari biogas adalah dari H2 serta CO dalam jumlah kecil, sedang karbon dioksida dan gas nitrogen tak berkontribusi dalam soal nilai panas. Nilai kalor biogas lebih besar dari sumber energi lainnya, seperti coalgas (586 K.cal/m3) ataupun watergas (302 K.cal/m3). Nilai kalor biogas lebih kecil dari gas

alam (967 K.cal/m3

Biogas merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan sangat tinggi dan cepat daya nyalanya, sehingga sejak biogas berada pada bejana pembuatan sampai penggunaannya untuk penerangan ataupun memasak, harus selalu dihindarkan dari api yang dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan (Suriawiria, 2005).

). Setiap kubik biogas setara dengan 0,5kg gas alam cair (liquid petroleum gases/LPG),0,5 L bensin dan 0,5 L minyak diesel Biogas sanggup membangkitkan tenaga listrik sebesar 1,2 – 1,50 kilo watt hour (kwh) (setiawan,2004).

Pembuatan biogas dimulai dengan memasukkan bahan organik ke dalam digester, sehingga bakteri anaerob membusukkan bahan organik tersebut dan menghasilkan gas yang disebut biogas. Biogas yang telah terkumpul di dalam digester dialirkan melalui pipa penyalur gas menuju tangki peyimpan gas atau langsung ke lokasi penggunaannya, misalnya kompor. Biogas dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti cara penggunaan gas lainnya yang mudah terbakar. Pembakaran biogas dilakukan dengan mencampurnya dengan oksigen (O2). Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang

optimal perlu dilakukan proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Keuntungan lain yang diperoleh adalah dihasilkannya lumpur yang dapat digunakan sebagai pupuk. Faktor-faktor yang mempengaruhi produktivitas sistem biogas antara lain jenis bahan organik yang diproses, temperatur digester, ruangan tertutup atau kedap udara, pH, tekanan udara serta kelembaban udara. Komposisi gas yang terdapat di dalam biogas adalah 40-70 % metana (CH4), 30-60 % karbondioksida (CO2) serta sedikit hidrogen (H2) dan hidrogen sulfida (H2

Dari proses fermentasi dihasilkan campuran biogas yang terdiri atas, metana (CH S) (Anonim, 2005).

4),

karbon dioksida, hidrogen, nitrogen dan gas lain seperti H2S. Metana yang dikandung

biogas ini jumlahnya antara 54 – 70%, sedang karbon dioksidanya antara 27 – 43%. Gas-gas lainnya memiliki persentase hanya sedikit saja (Setiawan,2005).

2.5. Mikroba yang berperan

Mikroba merupakan salah satu faktor kunci yang ikut menentukan berhasil tidaknya suatu proses penanganan limbah cair organik secara biologi. Keberadaannya sangat diperlukan untuk berbagai tahapan dalam perombakan bahan organik. Marchaim (1992) menyatakan bahwa efektifitas biodegradasi limbah organik menjadi metana membutuhkan aktifitas metabolik yang terkoordinasi dari populasi mikrobia yang berbeda-beda. Populasi mikroba dalam jumlah dan kondisi fisiologis yang siap diinokulasikan pada media fermentasi disebut sebagai starter.

Bakteri, suatu grup prokariotik, adalah organisme yang mendapat perhatian utama baik dalam air maupun dalam penanganan air limbah (Jenie dan Winiati, 1993). Jadi, dalam proses anaerobik, mikrobia yang digunakan berasal dari golongan bakteri. Bakteri yang bersifat fakultatif anaerob yaitu bakteri yang mampu berfungsi dalam kondisi aerobik maupun anaerobik. Bakteri-bakteri tersebut dominan dalam proses penanganan limbah cair baik secara aerobik ataupun anaerobik.

Marchaim (1992) menyatakan bahwa digesti ataupun pencernaan bahan organik yang efektif membutuhkan kombinasi metabolisme dari berbagai jenis bakteri anaerobik.

Beberapa jamur (fungi) dan protozoa dapat ditemukan dalam penguraian anaerobik, tetapi bakteri merupakan mikroorganisme yang paling dominan bekerja didalam proses penguraian anaerobik. Sejumlah besar bakeri anaerobik dan fakultatif yang terlibat dalam proses hidrolisis dan fermentasi senyawa organik antara lain adalah Bacteroides, Bifidobakterium, Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus. Bakteri asidogenik (pembentuk asam) seperti Clostridium, bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi asetat dan H2

Bakteri metana yang telah berhasil diidentifikasi terdiri dari empat genus (Jenie dan Rahayu,1993):

) seperti Syntrobacter wolini dan Syntrophomonas wolfei (Said, 2006)

1. Bakteri bentuk batang dan tidak membentuk spora dinamakan Methanobacterium

2. Bakteri bentuk batang dan membentuk spora adalah Methanobacillus

3. Bakteri bentuk kokus yaitu Methanococcus atau kelompok koki yang membagi

diri.

4. Bakteri bentuk sarcina pada sudut 900

Bakteri metanogen melaksanakan peranan penting pada digesti anaerob karena mengendalikan tingkat degradasi bahan organik dan mengatur aliran karbon dan elektron dengan menghilangkan metabolit perantara yang beracun dan meningkatkan efisiensi termodinamik dari metabolisme perantara antar spesies.

dan tumbuh dalam kotak yang terdiri dari 8 sel yaitu Methanosarcina.

Soetarto et all. (1999) menyatakan bahwa bakteri metanogen merupakan obligat anaerob yang tidak tumbuh pada keadaan yang terdapat oksigennya dan menghasilkan metan dari oksidasi hidrogen atau senyawa organik sederhana seperti asetat dan metanol serta tidak dapat menggunakan karbohidrat, protein, dan substrat komplek organik lain.

Bakteri penghasil metan bersifat gram varibel, anaerob, dapat mengubah CO2 menjadi

metan, dinding selnya mengandung protein tetapi tidak mempunyai peptidoglikan. Bakteri ini merupakan mikrobia Archaebacteria yang merupakan jasad renik prokariotik yang habitatnya sangat ekstrim. Archaebacteria adalah kelompok prokariot yang sangat berbeda dari eubacteria. Dinding selnya tidak mengandung peptidoglika (murein), tidak sensitif terhadap kloramfenikol. Pada Methanobacterium sp., dinding selnya mengandung materi seperti peptidoglikan yang disebut pseudopeptidoglikan atau pseudomurein

tersusun dari N asetil glukosamin dan asam N asetil talosaminuronat (2 gula amino). Asam amino yang ada semuanya bentuk L (pada peptidoglikan bentuk D). dinding sel Archaebacteria tahan terhadap lisosim. Methanosarcina sp. Mengandung dinding sel tebal galaktosamin, asam glukuronat, dan glukosa. Dinding sel Methanococcus dan Methanomicrobium mengandung protein dan kekurangan karbohidrat.

Dwidjoseputro (1998) menyatakan bahwa ciri genus Methanobacterium adalah anaerob, autotrof/hetorotrof, dan menghasilkan gas metan. Bakteri autotrof (seringkali dibedakan antara kemoautotrof dan fotoautotrof) dapat hidup dari zat-zat anorganik. Bakteri heterotrof membutuhkan zat organik untuk kehidupannya.

Substrat yang digunakan oleh bakteri metanogen berupa karbon dengan sumber

energi berupa H2/CO2, format, metanol, metilamin, CO, dan asetat. Kebanyakan

metanogen dapat tumbuh pada H2/CO2, akan tetapi beberapa spesies tidak dapat

memetabolisme H2/CO2. Nutrisi yang dibutuhkan oleh metanogen bervariasi dari yang

sederhana sampai kompleks. Berkaitan dengan asimilasi karbon, ada yang berupa metanogen autotrof dan heterotrof. Di habitat aslinya, bakteri metanogen terantung dari bakteri lain yang menyuplai nutrien esensial seperti sisa mineral, vitamin, asetat, asam amino, atau faktor-faktor tumbuh lainnya (Main and Smith, 1981).

2.7. Deskripsi Proses

Hal utama untuk proses metanasi adalah sampah yang akan di olah. Hal penting lainnya berupa jenis cairan yang dihasilkan dari sampah tersebut yaitu berupa

CH3COOH, H2 + CO2 yang berupa gas. Pada proses metanasi ini yang paling berperan

penting adalah cairan CH3COOH, Smith dan Mah (1966) menunjukkan bahwa 37%

metana dihasilkan dari CH3COOH dan selebihnya dibandingkan dengan didalam seluruh

proses yang ada dalam proses tersebut berperan juga C6H12O6

Pada topik yang telah dijelaskan diatas dalam proses ini dilakukan proses fermentasi pada karbohidrat yang mengasilkan asam asetat, dapat kita lihat pada reaksi berikut;

(karbohidrat) dan lemak.

Produk Asam asesat dan Hidrogen akan menghasilkan metana pada reaksi berikut;

2C2H4O2 2CH4 + 2CO

4H

2

2 + CO2 CH4 + 2H2

Dari reaksi metanasi diaas metana berasal dari Karbohidrat 66%, Asam asetat 33% dan selebihnya dihasilkan Hidrogen

O

Pada flowsheet yang ada dijelaskan perodurnya sebagai berikut:

1. Sampah domestik terdiri dari sampah besi, kaca, pasir dan plastik. Hal pertama

yang harus dilakukan adalah memisahkan sampah-sampah tersebut. Sampah plastik dapat dibakar atau diolah lagi untuk menghasilkan composit, pada sampah organik dimasukkan ke dalam timbangan untuk dilakukan proses selanjutnya.

2. Proses kedua dilakukan pemotongan atau pencacah sampah, sampah-sampah

organik tersebut akan dibuat hingga menjadi seperti bubur. Hal ini dilakukan untuk mempermudah proses pengadukan didalam digester.

3. Setelah sampah dicacah kemudian dimasukkan kedalam pompa pengisian,

didalam pompa pengisian diberi steam untuk menguapkan sampah yang akan dipompakan. Uap dan cairan sampah dipompakan kedalam tangki fermentasi. Waktu tinggal yang dilakukan pada tangki fermentasi selama 6 jam pada shuku

pertama-tama 350. Pada tangki fermentasi juga dilakukan penambahan

mikroorganisme dan suhu dinaikkan hingga 650

4. Setelah proses fermentasi selesai dilakukan kemudian lumpur yang dihasilkan

dialirkan kedalam bak penampung lumpur untuk diolah menjadi produk kompos. C. Sifat mokroorganisme yang ada harus bersifat termofilik, hal ini akan mendukung mutu dan jumlah gas metana yang dihasilkan.

5. Proses dilanjutkan kedalam kondensor, didalam kondensor suhu gas yang

dihasilkan diturunkan dengan menggunakan air sebagai pendingin. Hal ini dilakukan untuk menghindari ledakan uap gas yang bersuhu tinggi dari fermentor.

6. Gas yang telah dimasukkan kedalam kondensor kemudian dialirkan kedalam kolom absorbsi. Absorbsi berfungsi untuk memisahkan gas-gas ada dimana

reagent yang digunakan adalah air. Air berfungsi untuk mengikat gas CO2. Gas

CO2

7. Gas kemudian diproses kembali dengan menggunakan mengabsorbsi gas H

yang diikat dengan reagent air ialah gas-gas yang memiliki fasa yang sama dengan fasa air.

2S yang berlebihan, gas H2

Dalam proses pembuatan gas metana ini terdapat hal-hal lainnya yaitu:

S yang diperoleh secara berlebihan selain bau yang tidak menyenangkan dan juga dapat membuat kondisi kurang baik. Reagent yang digunakan adalah Fe (besi). Fe (besi) dapat mengikat gas Sulfur yang dihasilkan.

COD effluent lumpur 22370 mg/liter, BOD effluent lumpur 13980 mg/liter. Laju alir proses 590 m3

Steam hanya bekerja sebagai pemanas saja, apabila dilakukan secara kontak langsung maka steam akan berjalan dengan lambat, hal ini disebabkan karena sampah organik yang akan diproses sudah bebentuk lebih bubur.

/hari. pH 13.

Ukuran yang dapat dipompakan oleh pompa adalah 200 mess. Pada tangki fermentasi adapun terdapat didalamnya perbandingan solid dan liquid ialah 15% untuk padatan dan 40% untuk air dan Mikroorganisme yang dicampurkan. Suhu yang bekerja pada tangki fermentasi 650C – 750C. tekanan untuk proses ini 1,14 atm. Aktivator yang

LAMPIRAN A

NERACA MASSA

Kapasitas = 570 ton/hari

=

jam 24

hari 1 hari

kg 000 . 600

x

= 23750 kg/hari

Basis = 1 jam operasi

Satuan perhitungan = kg/jam

Dalam perhitungan neraca massa ini, digunakan neraca unsur dari unsur-unsur penyusun senyawa. Komposisi sampah organik adalah sebagai berikut:

Tabel LA.1 Komposisi sampah organik

Bahan organik %

Sampah dedaunan 32

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

Air 29,8

Tabel LA.2 Komposisi sampah berdasarkan unsur Komponen

sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10

Tabel LA.3 Komposisi Karbohidrat C6H12O

Komponen C

6

6H12O6 BM Fraksi

Carbon, C Hidrogen, H

Oksigen, O

12 1 16

0,4 0,067 0,533

Tabel LA.4 Komposisi H2

Komponen H

S

2S BM Fraksi

Hidrogen, H Sulfur, S

1 32

0,06 0,94

Tabel LA.5 Komposisi CO

Komponen CO

2

BM

2 Fraksi

Carbon, C Oksigen, O

12 16

0,273 0,727

Tabel LA.6 Komposisi CH

Komponen CH

4

BM

4 Fraksi

Carbon, C Hidrogen, H

12 1

0,75 0,25

1. Thresher

Fungsi : sebagai alat untuk mempekecil ukurannya hingga menjadi bubur.

Thresher

1 2

Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5%

Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5%

LA-I

Asumsi:

- Olahan berupa bahan organik yaitu dedaunan, makanan, kertas, kayu

- Sisa merupakan bahan anorganik yang tidak ikut diolah. Sampah anorganik

antara lain: kaca, logam, dan lain-lain. F1dedaunan

F

= 0,320 x 23750 kg/jam = 7600 kg/jam

1 makanan F

= 0,162 x 23750 kg/jam = 3847,5 kg/jam

1 kertas F

= 0,175 x 23750 kg/jam = 4156,3 kg/jam

1 kayu F

= 0,045 x 23750 kg/jam = 1068,8 kg/jam

1

air = 0,298 x 23750 kg/jam = 7077,5 kg/jam

Bahan masuk = bahan keluar

Alur 1

F1 = F2

C ; F

Untuk dedaunan

1

C = 0,478 x F1

= 0,478 x 7600 kg/jam = 3632,5 kg/jam

dedaunan

H ; F1H

O ; F

= 0,06 x 7600 kg/jam = 456 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,38 x 7600 kg/jam = 2888 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,034 x 7600 kg./jam = 258,4 kg/jam

1 S Abu ; F

= 0,003 x 7600 kg/jam = 22,8 kg/jam

1

abu = 0,045 x 7600kg/jam = 342 kg/jam

C ; F

Untuk makanan

1

C = 0,48 x F1

= 0,48 x 3847,5 kg/jam = 1846,8 kg/jam

makanan

H ; F1H

O ; F

= 0,064 x 3847,5 kg/jam = 246,24 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,376 x 3847,5 kg/jam = 1446,66 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,026 x 3847,5 kg./jam = 100,04 kg/jam

1

S = 0,001 x 3847,5 kg/jam = 3,85 kg/jam

Abu ; F1abu = 0,05 x 3847,5 kg/jam = 192,38 kg/jam

C ; F

Untuk kertas

1

C = 0,435 x F1

= 0,435 x 4156,3 kg/jam = 1807,99 kg/jam

kertas

H ; F1H

O ; F

= 0,06 x 4156,3 kg/jam = 249,38 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,44 x 4156,3 kg/jam = 1828,77 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,003 x 4156,3 kg./jam = 12,47 kg/jam

1 S Abu ; F

= 0,002 x 4156,3 kg/jam = 8,31 kg/jam

1

abu = 0,06 x 4156,3 kg/jam = 249,38 kg/jam

C ; F

Untuk kayu

1

C = 0,495 x F1

= 0,495 x 1068,8 kg/jam = 529,06 kg/jam

kayu

H ; F1H

O ; F

= 0,06 x 1068,8 kg/jam = 64,13 kg/jam

1 O

N ; F

= 0,427 x 1068,8 kg/jam = 456,38 kg/jam

1 N

S ; F

= 0,002 x 1068,8 kg./jam = 2,14 kg/jam

1 S Abu ; F

= 0,001 x 1068,8 kg/jam = 1,07 kg/jam

1

abu = 0,015 x 1068,8 kg/jam = 16,032 kg/jam

Total untuk sampah masuk (F1

F

): 1

unsur makanan + F1unsur mankanan + F1unsur kertas + F1 Total C untuk sampah masuk (F

unsur kayu 1

C

3632,8 + 1846,8 + 1807,99 + 529,06 = 7818,7 kg/jam ) :

Total H untuk sampah masuk (F1H

456 + 246,24 + 249,38 + 64,13 = 1018,76 kg/jam ) :

Total O untuk sampah masuk (F1O

2888 + 1446,66 + 1828,77 + 456,38 = 6619,87 kg/jam ) :

Total N untuk sampah masuk (F1N

258,4 + 100,04 + 12,47 + 2,14 = 373,05 kg/jam ) :

Total S untuk sampah masuk (F1S

22,8 + 3,85 + 8,31 + 1,07 = 36,03 kg/jam ) :

Total Abu untuk sampah masuk (F1Abu

342 + 192,375 + 249,375 + 16,031 = 806,09 kg/jam ) :

F

Alur 2

1 = F2 F

= 16672,5 2

C = F1C F

= 7818,7 kg/jam 2

H = F1H F

= 1018,76 kg/jam 2

O = F1O F

= 6619,87 kg/jam 2

N = F1N F

= 373,05 kg/jam 2

S = F1S F

= 36,03 kg/jam 2

abu = F1abu F

= 806,08 kg/jam 2

H2O = F1H2O = 7077,5 kg/jam

Tabel LA.7 Neraca Massa pada thresher (TR-01)

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2

1 Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2 Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3 Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4 Nitrogen (N) 373,05 373,05

5 Sulfur (S) 36,03 36,03

6 Abu 806,09 806,09

7 H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

2. Tangki penampungan umpan (TK-01)

Tangki

C H

C H

F2 = F3

F

Alur 3

2 = F3 F

= 16672,5 3

C = F2C F

= 7818,7 kg/jam 3

H = F2H F

= 1018,76 kg/jam 3

O = F2O F

= 6619,87 kg/jam 3

N = F2N F

= 373,05 kg/jam 3

S = F2S F

= 36,03 kg/jam 3

abu = F2abu F

= 806,08 kg/jam 3

H2O = F2H2O

Tabel LA.8 Neraca massa pada Tangki Penampungan (TK-01)

= 7077,5 kg/jam

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 2 Alur 3

1. Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2. Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3. Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4. Nitrogen (N) 373,05 373,05

5. Sulfur (S) 36,03 36,03

6. Abu 806,09 806,09

7. H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

3. fermentor (FR-01)

2 3

4 C6H12O6

HO

CH4

CO Bakteri anaerob

Asumsi :

• bahan organik terkonversi menjadi gas metana sebesar 90 %

• Jumlah bakteri anaerob sebesar 15 % dari substrat

• Unsur N2 semuanya dianggap gas sebesar 3 %

• Lipida dirubah menjadi Asam lemak rantai panjang dan Gliserin

Lipida

3 5

6

Lumpur N2

Air Bakteri

• Protei dirubah menjadi Asam amino

Protein Asam amino

• Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin

Asam nukleat

Pirimidin Purin Asam phospat

• Polisakarida dirubah menjadi monosakarida.

Polisakarida terbagi atas : - Pati - Glikogen

- Selulosa

D-Glukopinarosa Glukosa

α(1-4) Glikogen Glukosa

2. Tahap Asidogenesis

Tahap asidogenesis merupakan tahap penguraian monomer-monomer dari Asam lemak rantai panjang, Gliserin, Asam amino, Glukosa, Purin dan Pyrimidin.

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2, N2, H2

• Asam lemak rantai panjang diuraikan menjadi Asam lemak volatil.

.

Asam lemak rantai panjang terdiri atas :

- Asam lemak stearat

- Asam lemak palmitat

- Asam lemak oleat

Asam lemak stearat Asam butirat Metana

Asam lemak palmitat Asam propionat Hidrogen

• Gliserin dirubah menjadi Asam propionat

Gliserin Asam propionat Hidrogen

• Asam amino diurai menjadi asam akrilat

Asam amino Asam akrilat Nitrogen Hidrogen

• Glukosa diurai menjadi akohol (etanol)

Glukosa Etanol

• Purin diurai menjadi asam propionat

Purin Asam propionate phospat

• Pirimidim diurai menjadi asam butirat

Pirimidin Asam butirat

1.Reaksi pada asam lemak rantai panjang + gliserin

Asam lemak stearat Asam butirat

Asam lemak palmitat Asam propionat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

Gliserin Asam propionat

2. Reaksi pada Asam nukleat

Asam nukleat Pirimidin purin

Purin Asam propionate phospat

+

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4

Asam butirat asam propionate asam laktat

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

Pirimidin Asam butirat

Asam nukleat

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino, Asam nukleat.

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH

Asam butirat asam propionate asam laktat

4 CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

Asam nukleat

Asam amino Asam akrilat

+

Asam amino Asam nukleat

6CH3CH2COOH + 12CH3CH2CH2COOH + CH3-CHOH-COOH + CH2

Asam butirat Asam propionat Asam laktat Asam akrilat

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

3. Tahap Asetogenesis

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

+

2CH3CH2OH + 2CO2 2CH3COOH + 2H2………( pers 1)

12CH3CH2COOH + 2H2O 12CH3COOH + 24H2

6CH

…………..(pers.2)

3CH2CH2COOH + 12H2O 12CH3COOH + 12H2…………..(pers.3)

2CH3CH2OH + 12CH3CH2COOH + 6CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 36H2

40H

2 + 26CH3

4. Tahap Metagenesis

COOH

C6H12O6 + 2H2O 2C2H4O2 + 2CO2 + 4H 2C

2

2H4O2 2CH4 + 2CO2

CO

2 + 4H2 CH4 + 2H2

C

O

6H12O6 3CH4 + 3CO2

F

Alur 3

3 N2 F

= 373,05 kg/jam 3

H2O F

= 7077,5 kg/jam 3

abu Untuk H

= 806,09 kg/jam 2

Komposisi H

S, dimana : 2

Komposisi S:

BM Fraksi

H S 1 32 0,06 0,94

Sehingga F3H2S

94 , 0 3 S F

= = 38,329 kg/jam

F3kbhd = F3 – F3N2 – F3H2O – F3abu – F3

= 23750 – 373,05 – 7077,5 – 806,5 – 38,329 = 15455,031 kg/jam H2S

Untuk karbohidrat (C6H12O6 C : 0,4 x F

) 3

0,4 x 15455,031 = 6182,0124 kg/jam

kbhd

+

+

Bakteri Bakteri LA-XV

H : 0,067 x 15455,031 = 1035,4870 kg/jam

O : 0,533 x 15455,031 = 8237,5315 kg/jam

Untuk H2

H : 0,06 x F S

3

0,06 x 38,329 = 2,29 kg/jam H2S

S : 0,94 x 38,329 = 36,029 kg/jam

Untuk N N : 1 x F 2 3

N2 = 373,05 kg/jam

F

Alur 4

3

baktri = F4 = 0,15F3

= 0,15 x 23750 kg/jam

= 3562,5 kg/jam

Reaksi : C

Alur 6

6H12O6 3CH4 + 3CO2

N

3

kbhd

BM F3kbhd

= = 180 031 , 15455 = 85,86 274 , 77 ) 1 ( 9 , 0 86 , 85 1 3 1 = − − = − = x xX N kbhd kbhd kbhd γ τ γ F

Untuk karbohidrat : 6

kbhd = F3kbhd + (BMkbhd x τkbhd x r1

= 15455,031 + (180x – 1 x 77,274 ) = 1545,711 kg/jam )

C : 0,4 x F6kbhd H : 0,067 x F

= 0,4 x 1545,711 = 618,284 kg/jam

6 kbhd O : 0,533 x F

= 0,067 x 1545,711 = 103,562 kg/jam 6

kbhd F

= 0,533 x 1545,711 = 823,863 kg/jam 6

H2O = F3H2O F

= 7077,5 kg/jam 6

bakteri = F3bakteri F

= 3562,5 kg/jam 6

abu = F3abu F

= 806,09 kg/jam 6

N2 = 0,7 x 373,05 = 261,135 kg/jam

F

Alur 5

5

CH4 = BMCH4 x τCH4 x r = 16 x 3 x 77,274

1

= 3709,152 kg/jam C : 0,75 x F5CH4

H : 0,25 x F

= 2781,864 kg/jam 5

CH4 = 927,288 kg/jam

Untuk Karbon dioksida (CO2

F

) : 5

Co2 = BMCO2 x τCO2 x r = 44 x 3 x 77,274

1

= 10200,168 kg/jam C : 0,273 x F5CO2

H : 0,727 x F

= 2184,645 kg/jam 5

CO2 = 7415,522 kg/jam

Untuk H2

F

S : 5

H2S = F3H2S

C : 0,06 x 38,329 = 2,29 kg/jam = 38,329 kg/jam

H : 0,94 x 38,329 = 36,029 kg/jam

Untuk N2

F

: 5

N2 = F3N2 – F6N2

= 373,0 – 261,135 = 11,915 kg/jam = 38,329 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa Pada Fermentor (FR-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6

1. C6H12O6 15455,031 - - 1545,711

2. H2O 7077,5 - - 7077,5

3. N2 373,05 - 111,915 261,135

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. Abu 806,09 - - 806,09

6. Bakteri - 3562,5 - 3562,5

7. CH4 - - 3709,152 -

8. CO2 - - 10200,168 -

Total

23750 3562,5 14059,564 13253,932

27312,5 27312,5

4. Absorbsi (AB-01)

Asumsi :

• Co2 yang terikat dengan air sebesar 70 % dari umpan CO2

Absorbsi

7

8

9 10

H2O

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

H2S

CO2

H2O

• H2O yang digunakan sebesar 30 % umpan keseluruhan

F

Alur 7

7

CH4 = F5CH4 F

= 3709,152 kg/jam 7

CO2 = F5CO2 F

= 10200,168 kg/jam 7

N2 = F5N2 F

= 111,915 kg/jam 7

H2S = F5H2S = 38,329 kg/jam

F

Alur 10

10

H2O = 0,3 x F7H2O

= 0,3 x 14059,564 = 4217,8692 kg/jam

Untuk CO

Alur 8

2 F

8

CO2 = 0,7 x F7CO2

= 0,7 x 10200,168 = 7140,117 kg/jam

C : 0,273 x 7140,117 = 1949,2519 kg/jam O : 0,727 x 7142,117 = 5190,8650 kg/jam

Alur 9

Untuk CH F

4 9

CH4 = F7CH4

C : 0,75 x 3709,152 = 2781,864 kg/jam = 3709,152 kg/jam

H : 0,25 x 3709,152 = 927,288 kg/jam

Untuk CO2

F

9

C02 = F7C02 = 3060,051 kg/jam

C : 0,273 x 3060,051 = 835,393 kg/jam H : 0,727 x 3060,051 = 2224,657 kg/jam

Untuk N F

2 9

N2 = F7N2 = 111,915 kg/jam

Untuk H2

F

S 9

H2S = F7H2S

C : 0,06 x 38,329 = 2,29 kg/jam = 38,329 kg/jam

H : 0,94 x 38,329 = 36,029 kg/jam

Tabel LA.10 Neraca massa pada Absorbsi (AB-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 7 Alur 10 Alur 9 Alur 8

1. CH4 3709,152 - 3709,152 -

2. CO2 10200,168 - 3060,051 10200,168

3. N2 111,915 - 111,915 -

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. H2O - 4217,117 - 4217,117

Total

14059,564 4217,117 6919,447 11357,234

18276,681 18276,681

11. Absorbsi (AB-02)

Absorbsi (Fe) 9

10 11

12

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

H2S

Fe

Asumsi :

- H2

- H

S yang masuk diabsorb kembali dengan menggunakan reagent Besi (Fe) 2

- Fe yang digunakan sama dengan 20 % dari keseluruhan.

S yang terikut dengan Fe (besi) sebesar 80 % dari umpan

Sehingga :

Reaksi : 3H2S + 3 Fe 3 FeS + 3H2

F

Alur 9

9 CH4 F

= 3709,152 kg/jam

9 CO2 F

= 3060,051 kg/jam

9 N2 F

= 111,915 kg/jam

9

H2S = 38,329 kg/jam

F

Alur 11

11

Fe = 0,2 x F

= 0,2 x 6919,447 kg/jam 9

= 1383,89 kg/jam

Untuk H

Alur 10

2 F

S 9

H2S = 0,8 x F9H2S

= 0,8 x 38,329 kg/jam

= 30,663 kg/jam

H : 0,06 x 30,663 = 1,84 kg/jam

S : 0,94 x 30,663 = 28,823 kg/jam

F11Fe = 1383,89 kg/jam

F

Alur 12

12

CH4 = F9CH4 F

= 3709,152 kg/jam 12

CO2 = F9CO2 F

= 3060,051 kg/jam 12

N2 = F9N2 F

= 111,915 kg/jam

12

H2S = F9H2S - F10H2S

= 38,329 kg/jam – 30,663 kg/jam

= 7,666 kg/jam

H : 0,06 x 7,666 = 0,456 kg/jam

S : 0,94 x 7,666 = 7,20 kg/jam

Tabel LA.11 Neraca massa pada Absorbsi (AB-02) reagent Fe (besi)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

9 11 10 12

1. CH4 3709,152 - - 3709,152

2. CO2 3060,051 - - 3060,051

3. N2 111,915 - - 111,915

4. H2S 38,329 - 30,663 7,666

5. Fe - 1383,89 1383,89 -

Total

6919,447 1383,89 1414,553 6888,784

8303,337 8303,337

BAB III

NERACA MASSA

Kapasitas = 570 ton/hari

=

jam 24

hari 1 hari

kg 000 . 600

x

= 23750 kg/hari

Basis = 1 jam operasi

Satuan perhitungan = kg/jam

Dalam perhitungan neraca massa ini, digunakan neraca unsur dari unsur-unsur penyusun senyawa. Komposisi sampah organik adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Komposisi sampah organik

Bahan organik %

Makanan 16,2

Kertas 17,5

Kayu 4,5

Air 29,8

Tabel 3.2 Komposisi sampah berdasarkan unsur Komponen

sampah

Persentase Massa (berat kering)

Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur

Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30

Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10

Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20

Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10

(Sumber : dinas kebersihan kota Medan, 2005)

Tabel 3.3 Komposisi Karbohidrat C6H12O

Komponen C

6

6H12O6 BM Fraksi

Carbon, C Hidrogen, H

Oksigen, O

12 1 16

0,4 0,067 0,533

Tabel 3.4 Komposisi H2

Komponen H

S

2S BM Fraksi

Hidrogen, H Sulfur, S

1 32

0,06 0,94

Tabel 3.5 Komposisi CO2

III-1

Komponen CO2 BM Fraksi Carbon, C

Oksigen, O

12 16

0,273 0,727

Tabel 3.6 Komposisi CH

Komponen CH

4

BM

4 Fraksi

Carbon, C Hidrogen, H

12 1

0,75 0,25

1. Thresher

Fungsi : sebagai alat untuk mempekecil ukurannya hingga menjadi bubur.

Tabel 3.7 Neraca Massa pada thresher (TR-01)

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2

1 Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2 Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3 Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4 Nitrogen (N) 373,05 373,05

5 Sulfur (S) 36,03 36,03

6 Abu 806,09 806,09

Thresher

1 2

Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5%

Dedaunan 32% Makanan 16,2% Kertas 17,5% Kayu 4,5%

7 H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

2. Tangki penampungan umpan (TK-01)

Tabel 3.8 Neraca massa pada Tangki Penampungan (TK-01)

No Unsur Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 2 Alur 3

1. Carbon (C ) 77818,7 77818,7

2. Hidrogen (H) 1018,76 1018,76

3. Oksigen (O) 6619,87 6619,87

4. Nitrogen (N) 373,05 373,05

5. Sulfur (S) 36,03 36,03

6. Abu 806,09 806,09

7. H2O 7077,5 7077,5

Total 23750 23750

3. fermentor (FR-01)

Tangki penampungan

C H O N S Abu

C H O N S Abu

2 3

Fermentor

3

4

5 6

C6H12O6

H2O

N2

H2S

Abu

CH4

CO2

N2

H2S

H2

Bakteri anaerob

• Lipida dirubah menjadi Asam lemak rantai panjang dan Gliserin

Lipida

• Protei dirubah menjadi Asam amino

Protein Asam amino

• Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin

Asam nukleat

Pirimidin Purin Asam phospat

• Polisakarida dirubah menjadi monosakarida.

Polisakarida terbagi atas : - Pati - Glikogen

- Selulosa

D-Glukopinarosa Glukosa

α(1-4) Glikogen Glukosa

2. Tahap Asidogenesis

Tahap asidogenesis merupakan tahap penguraian monomer-monomer dari Asam

lemak rantai panjang, Gliserin, Asam amino, Glukosa, Purin dan Pyrimidin.

Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H2S, CO2, N2, H2

• Asam lemak rantai panjang diuraikan menjadi Asam lemak volatil.

.

Asam lemak rantai panjang terdiri atas :

- Asam lemak palmitat

- Asam lemak oleat

Asam lemak stearat Asam butirat Metana

Asam lemak palmitat Asam propionat Hidrogen

• Gliserin dirubah menjadi Asam propionat

Gliserin Asam propionat Hidrogen

• Asam amino diurai menjadi asam akrilat

Asam amino Asam akrilat Nitrogen Hidrogen

• Glukosa diurai menjadi akohol (etanol)

Glukosa Etanol

• Purin diurai menjadi asam propionat

Purin Asam propionate phospat

• Pirimidim diurai menjadi asam butirat

Pirimidin Asam butirat

1.Reaksi pada asam lemak rantai panjang + gliserin

Asam lemak stearat Asam butirat

Asam lemak palmitat Asam propionat

Gliserin Asam propionat

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

+

2. Reaksi pada Asam nukleat

Asam nukleat Pirimidin purin

Purin Asam propionate phospat

Pirimidin Asam butirat

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH4

Asam butirat asam propionate asam laktat

3CH3-CH2-COOH + H2 + 2H3PO4

CH3CH2CH2COOH + ½N2 + H2

+

Asam nukleat

3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino, Asam nukleat.

5OH-C-C3H7 + 9CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH-COOH + 7CO2 + 10H2 + 4CH

Asam butirat asam propionate asam laktat

4

Asam nukleat

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4

CH3CH2CH2COOH + 3CH3CH2COOH +

Asam propionate Asam butirat

½N2 + 2H2 + 2H3PO4 III-10

Asam amino Asam akrilat

+

Asam amino Asam nukleat

6CH3CH2COOH + 12CH3CH2CH2COOH + CH3-CHOH-COOH + CH2

Asam butirat Asam propionat Asam laktat Asam akrilat

=CH-

COOH + 7CO2

2 27

+ H2 + 4CH4 + N2 + H3PO4

3. Tahap Asetogenesis

2CH3CH2OH + 2CO2 2CH3COOH + 2H2………( pers 1)

12CH3CH2COOH + 2H2O 12CH3COOH + 24H2

6CH

…………..(pers.2)

3CH2CH2COOH + 12H2O 12CH3COOH + 12H2…………..(pers.3)

2CH3CH2OH + 12CH3CH2COOH + 6CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 36H2

40H

2 + 26CH3

4. Tahap Metagenesis

COOH

C6H12O6 + 2H2O 2C2H4O2 + 2CO2 + 4H 2C

2

2H4O2 2CH4 + 2CO2

CO

2 + 4H2 CH4 + 2H2

C

O

6H12O6 3CH4 + 3CO2

+

+

+

Bakteri

Bakteri

Tabel 3.9 Neraca Massa Pada Fermentor (FR-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6

1. C6H12O6 15455,031 - - 1545,711

2. H2O 7077,5 - - 7077,5

3. N2 373,05 - 111,915 261,135

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. Abu 806,09 - - 806,09

6. Bakteri - 3562,5 - 3562,5

7. CH4 - - 3709,152 -

8. CO2 - - 10200,168 -

Total

23750 3562,5 14059,564 13253,932

27312,5 27312,5

4. Absorbsi (AB-01)

Tabel 3.10 Neraca massa pada Absorbsi (AB-01)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 7 Alur 10 Alur 9 Alur 8

Absorbsi

7

8

9 10

H2O

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

H2S

CO2

H2O

1. CH4 3709,152 - 3709,152 -

2. CO2 10200,168 - 3060,051 10200,168

3. N2 111,915 - 111,915 -

4. H2S 38,329 - 38,329 -

5. H2O - 4217,117 - 4217,117

Total

14059,564 4217,117 6919,447 11357,234

18276,681 18276,681

11. Absorbsi (AB-02)

Tabel 3.11 Neraca massa pada Absorbsi (AB-02)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

9 11 10 12

1. CH4 3709,152 - - 3709,152

2. CO2 3060,051 - - 3060,051

3. N2 111,915 - - 111,915

4. H2S 38,329 - 30,663 7,666

5. Fe - 1383,89 1383,89 -

Total

6919,447 1383,89 1414,553 6888,784

8303,337 8303,337

Absorbsi (Fe) 9

10 11

12

CH4

CO2

N2

H2S

FeS

CH4

CO2

N2

H2S

Fe

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Satuan perhitungan : kkal/jam

Basis temperatur : 25oC (298 K)

Tabel LB.1 Data karakteristik zat

Komponen Berat Molekul Cp (kkal/kmol)

Padat Cair Gas

C6H12O6 180 0,224 - -

Abu 852,29 0,321 - -

CO2 44 - 19,05* 0,2055

H2O 18 - 1,0 0,4512

N2 28 0,224* - 0,243

CH4 16 - - 5,34

H2S 34 - - 7,2

*)menggunakan metode Hurst and Harrison

(sumber : Perry, 1997)

Tabel LB.2 Data Entalpi (panas) Permbentukan ∆Ho Komponen

f(298)

∆Ho

f(298) (kkal/kmol)

C6H12O6 -120,26

CO2 -94,05

CH4 -17,89

1. Fermentor (FR-01)

Reaksi yang terjadi :

C6H12O6 3CH4 + 3CO2

Persamaan energi :

Panas masuk = panas keluar + Akumulasi Asumsi akumulasi = 0

Sehingga neraca akan menjadi : Panas masuk = panas keluar

Panas bahan masuk + panas steam = panas bahan keluar + panas reaksi ∆Hr(298) = (3.∆Hf(298)CH4 + 3. ∆Hf(298)) – (∆Hf(298)C6H12O6

= 3. (-17,89) + 3. (-94,05) – (-120,26)

)

= - 53,67 + (- 282,15) + 120,26

= - 215,56 kkal / gmol = - 215560 kkal / kmol

r.∆Hr(298) = -215560 x 81,315 = -17528261 kkal/ kmol

P = 1,14 atm T = 65oC

3

4

5

6

C6H12O6

H2O

N2

H2S

Abu

30oC

65o

C

65oC

CH4

CO2

N2

H2

H2S

Bakteri anaerob

Lumpur N2

Air

Tabel LB-3. Perhitungan Panas Bahan Masuk Fermentor (alur 3)

Komponen Fs3

(kg) Ns3 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns3 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal)

C6H12O H 6 2 N O H 2 2 Abu S 15455,031 7077,5 373,05 38,329 806,09 85,86 413,88 13,323 1,127 1 1,12 5,0 1,12 36 1,605 96,1632 2069,45 14,92176 40,572 1,605

∆H in , alur 3 2222,711

Dianggap tidak ada panas masuk pada bakteri

Tabel LB-4. perhitungan Panas Bahan Keluar Fermentor (alur 5 )

Komponen Fs5

(kg)

Ns5

(kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 N 2 H 2 (g) 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 213,6 8,22 9,72 288 49517,179 1905,576 38,841 324,576

∆H out , alur 5 51786,172

Komponen Fs6 (kg) Ns6 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns6 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal) Abu N H 2 2 806,09 O 261,135 7077,5 1 9,326 413,88 12,84 8,96 40 12,84 83,560 16555,2

∆H out , alur 6 16651,6

Total ∆H out = ∆H5 out + ∆H6

= 51786,172 + 16651,6 out

= 68437,772 kkal

Panas yang diberikan oleh steam (Qs) :

dT dQs

= ∆H out total + r.∆Hr -∆H

= 68,347,772 + 17528261,4 – 2222,711

in

= 17594476,46 kkal

Reaktor menggunakan steam uap panas sebagai media pemanas yang masuk pada

suhu 120oC dan tekanan 1 atm, kemudian keluar sebagai pada suhu 100o

∆H

C dan tekanan 1 atm.

steam

Maka, massa steam (m

= 2716 - 419,1 = 2296,9 kj / kg = 548,97 kkal/kg …………(Reklaitis, 1983)

s

m

) adalah :

s = =

∆∆ 548,97kkal/kg

kkal 46 , 17594476 steam H Qs

= 32049,978 kg

2. Kondensor (C-01)

Kondensor

65oC ₃₀o

C

Air pendingin 25oC

CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

Tabel LB-6. Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor (alur 5)

Komponen Fs5

(kg)

Ns5

(kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 N 2 H 2 (g) 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 213,6 8,22 9,72 288 49517,179 1905,576 38,841 324,576

∆H in , alur 5 51786,172

Tabel LB-7. Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor (alur 7)

Komponen Fs5

(kg)

Ns5

(kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 N 2 H 2 (g) 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 26,7 1,0275 1,215 36 6189,647 238,197 4,855 40,572

5 ₇

∆H out , alur 5 6473,271

Karena tidak terjadi ∆Ep dan ∆Ek pada kondensor, maka perubahan panas steam

sama dengan perubahan entalpinya (∆H).

dT dQs

= ∆H out total + r.∆Hr -∆Hin, tot

= 6473,271 – 51786,172

= -45312,901 kkal (tanda negatif berrti melepas panas)

Kondensor dilengkapi dengan jacket yang berisi air pendingin yang masuk pada suhu 25oC dan air sisa keluar pada suhu 60o

dt Cp 303

298 (l)

∫

C.

=

kg kmol x kmol

kJ

18 1 5

,

2638 = kJ/kg ………..(Reklaitis, 1983)

= 146,583 kJ/kg = 35,034 kkal/kg

Maka masa air (ma

M

) yang digunakan adalah : a

dT Q K

K

∫

∆ 303

298 (l) Cp

= =

kg kkal

kkal

/ 034 , 35

901 , 45312

BAB IV

NERACA ENERGI

Satuan perhitungan : kkal/jam

Basis temperatur : 25oC (298 K)

Tabel 4.1 Data karakteristik zat

Komponen Berat Molekul Cp (kkal/kmol)

Padat Cair Gas

C6H12O6 180 0,224 - -

Abu 852,29 0,321 - -

CO2 44 - 19,05* 0,2055

N2 28 0,224* - 0,243

CH4 16 - - 5,34

H2S 34 - - 7,2

*)menggunakan metode Hurst and Harrison

(sumber : Perry, 1997)

Tabel 4.2 Data Entalpi (panas) Permbentukan ∆Ho Komponen

f(298)

∆Ho

f(298) (kkal/kmol)

C6H12O6 -120,26

CO2 -94,05

CH4 -17,89

(sumber ; Reklaitis, 1983)

1. Fermentor (FR-01)

P = 1,14 atm T = 65oC

3

4

5

6

C6H12O6

H2O

N2

H2S

Abu 30

o

C

65o

C

65oC

CH4

CO2

N2

H2

H2S

Bakteri anaerob

Lumpur N2

Air

Tabel 4-3. Perhitungan Panas Bahan Masuk Fermentor (alur 3)

Komponen Fs3

(kg) Ns3 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns3 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal)

C6H12O H 6 2 N O H 2 2 Abu S 15455,031 7077,5 373,05 38,329 806,09 85,86 413,88 13,323 1,127 1 1,12 5,0 1,12 36 1,605 96,1632 2069,45 14,92176 40,572 1,605

∆H in , alur 3 2222,711

Dianggap tidak ada panas masuk pada bakteri

Tabel 4-4. perhitungan Panas Bahan Keluar Fermentor (alur 5 )

Komponen Fs5

(kg) Ns5 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 N 2 H 2 (g) 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 213,6 8,22 9,72 288 49517,179 1905,576 38,841 324,576

∆H out , alur 5 51786,172 Tabel 4-5. Perhitungan Panas Bahan Keluar Fermentor (alur 6)

Komponen Fs6

(kg)

Ns6

(kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns6 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal) Abu N H 2 2 806,09 O 261,135 7077,5 1 9,326 413,88 12,84 8,96 40 12,84 83,560 16555,2

∆H out , alur 6 16651,6

2. Kondensor (C-01)

Tabel 4-6. Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor (alur 5)

Komponen Fs5

(kg) Ns5 (kmol) dt Cp 303 298 (l)

∫

(kkal/ kmol)

Ns5 Cp dt

303 298 (l)

∫

. (kkal) CH CO 4 3709,152

2 10200,168

231,822 231,822 213,6 8,22 49517,179 1905,576 Kondensor

65oC ₃₀o

C

5 ₇

Air pendingin 25oC

Air sisa 60oC CH4

CO2

N2

H2S

CH4

CO2

N2

Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah :

• 10 % x Rp 50.000.000,- = Rp 5.000.000,- • 15 % x Rp (100.000.000,- – 50.000.000,-) = Rp 7.500.000,- • 30 % x Rp (154.293.761.687,- - 100.000.000 ,-) = Rp 46.258.128.480,- Total PPh = Rp 46.246.628.480

C. Laba setelah Pajak

Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh

= Rp 154.293.761.687,- 46.246.628.480,- = Rp 108.047.133.207,-

LE. 4 Analisa Aspek Ekonomi

A. Profit Margin (PM)

PM = 100%

penjualan total pajak sebelum Laba x

PM = 100%

040 . 154 . 167 . 252 , 687 . 761 . 293 . 154 x Rp Rp −

= 61,3 %

Profit margin sebesar 61,3 %, menunjukan keuntungan perusahan yang diperoleh tiap perusahaan tiap tahunnya.

B. Break Even Point (BEP)

BEP = 100%

variabel Biaya -penjualan Total tetap Biaya x

BEP = 100%

, 042 . 781 . 055 . 25 , 040 . 154 . 167 . 252 , 311 . 611 . 817 . 72 x Rp Rp Rp − − − −

= 32,06 %

BEP merupakan titikkeseimbangan penerimaan dan pengeluaran dari suatu pabrik/unit dimana semakin kecil BEP maka perusahaan semakin baik. BEP biasanya tidak lebih dari 50 %, maka dari hasil diatas diketahui pendapatan dan pengeluaran sebanding.

Kapasitas produksi gas Metana pada titik BEP = 7899.878 kg/jam x 32,06 % = 253.290 kg

Nilai penjualan pada titik BEP = 32,06 % x Rp 252.167.154.840,- = Rp 8.084.478.983.000,-

C. Pay Out Time (POT)

POT = x tahun ROI 1

1

ROI =

492 . 825 . 836 . 210 207 . 133 . 047 . 108 Investasi Modal Total pajak setelah Laba Rp Rp = = 0,512

POT = x1tahun 512

, 0

1

= 1,9 tahun

POT selama 1,9 tahun merupakan jangka waktu pengembalian modal dengan asumsi bahwa perusahaan beroperasi dengankapasitas penuh tiap tahun.

D. Return on Network (RON)

RON = x100%

ri Modalsendi

hpajak Labasetela

RON = 100%

200 . 095 . 502 . 126 207 . 133 . 047 . 108 x Rp Rp

= 85,41 %

E. Internal Rate of Return (IRR)

Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh pengeluaran dari tahun yang disebut Cash flow diambil ketentuan sebagai berikut:

• Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 % tiap tahun • Harga tanah diasumsikan mengalami kenaikan 10% tiap tahun • Massa pembangunan disebut tahun ke nol

• Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun

• Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke -10 Cash flow = laba setelah pajak + depresiasi

• Berdasarkan perhitungan diperoleh IRR sebesar 64,04 %

Tabel LE.10 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)

Tahun Laba sebelum pajak Pajak Laba sesudah Pajak Depresiasi Net Cash Flow P/F

i = 51 %

PV pada i = 51 %

P/F pada i = 52 %

Pv pada i = 52 %

0 0 0 0 0 -4.627.323.621.931,68 1 -4.627.323.621.931,68 1 -4.627.323.621.931,68

1 9.917.554.709.000 2.975.248.913.000 6.942.305.786.000 3.811.911.101,24 6.946.117.697.101,24 0.6623 4.600.413.751.000 0.6579 3.026.612.207.000 2 10.909.310.179.900 3.272.775.551.000 7.636.534.628.900 3.811.911.101,24 7.632.722.717.000 0.4386 3.347.712.184.000 0.4328 1.448.889.833.000 3 11.891.065.650.800 3.567.002.195.000 8.324.063.455.800 3.811.911.101,24 8.320.251.544.000 0.2904 2.416.201.048.000 0.2848 68.813.405.850 4 12.872.821.121.700 3.861.828.836.000 9.010.992.285.700 3.811.911.101,24 9.007.180.374.000 0.1924 1.732.981.504.000 0.1873 32.458.743.570 5 13.854.567.592.600 4.156.356.477.000 9.698.220.115.600 3.811.911.101,24 9.694.408.204.000 0.1274 1.235.067.605.000 0.1232 15.216.032.890 6 14.836.332.063.500 4.450.882.118.000 10.385.449.945.500 3.811.911.101,24 10.381.638.030.000 0.0844 87.621.024.970 0.0811 7.106.065.125 7 15.818.087.534.400 4.746.008.759.000 11.072.078.975.400 3.811.911.101,24 11.068.267.060.000 0.0559 61.871.612.870 0.0533 3.297.756.966 8 16.799.843.005.300 5.039.935.400.000 11.759.907.605.300 3.811.911.101,24 11.756.095.690.000 0.0370 43.497.554.050 0.0351 1.526.764.147 9 17.781.598.476.200 5.334.462.041.000 12.447.136.435.200 3.811.911.101,24 12.443.324.520.000 0.0245 30.486.145.070 0.0231 704.229.951,1 10 18.763.353.947.100 5.628.988.682.000 13.134.365.265.100 3.811.911.101,24 13.130.553.350.000 0.0162 21.271.496.430 0.00152 32.332.674,57

IRR = 51 % +

(52 51)% )

66 , 655 . 914 . 4 ( 657 . 063 . 042 . 2

657 . 063 . 042 . 2

− −

− x

= 51,9 %

0

5E+10

1E+11

1.5E+11

2E+11

2.5E+11

1

3

5

7

9

11

Kapasitas produksi (% )

B

ia

y

a

(

R

u

p

ia

h

)

penjualan

_{biaya variabel}

biaya tetap

biaya produksi

Gambar LE.1 Break Event Point BEP = 5,8%

STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN

PABRIK PEMBUATAN GAS METANA DARI SAMPAH ORGANIK

RUPS

Dewan Komisaris

General Manager

Manager Prooduksi

Kabag Utilitas

Kabag Proses

Kabag Laboratorium

Manager Teknik SDM/Umum Manager

Finansial/Marketing

Kabag

maintanance & Listrik

Kabag

Instrumentasi

Kabag Perso nalia

Kabag SDM

Kabag Keam anan

Kabag Marketing

Kabag Pembelian

KARYAWAN

Gambar 9.1 Struktur Organisasi Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana dari Sampah Organik