Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit dengan Kapasitas 6.187,5 m3/Tahun

PRA RANCANGAN PABRIK

PEMBUATAN DAN PENCAIRAN BIOGAS
DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT
DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 18.750 KG/HARI
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia

DISUSUN OLEH:

APRIANA RAHMADANI
NIM: 050405010

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan
anugerah-Nya sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang
berjudul Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah
Cair Kelapa Sawit dengan Kapasitas 6.187,5 m3/Tahun. Tugas Akhir ini
dikerjakan sebgai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana.
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat mengikuti ujian
sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
Dalam mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan
bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MSi sebagai Dosen Pembimbing yang telah
membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas
akhir ini.
2. Bapak Ir. Indra Surya, M.Sc sebagai co-Dosen Pembimbing yang telah

membimbing, memberikan masukan dan arahan selama menyelesaikan tugas
akhir ini.
3. Bapak Dr. Ir. Irvan, MSi sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.
4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, Ketua Departemen Teknik Kimia Fakultas
Teknik USU.
5. Bapak M. Hendra S. Ginting, ST, MT, Sekretaris Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Ibunda tercinta, yang senantiasa teguh dalam memperjuangkan kuliah penulis
hingga selesai.
7. Almarhum Ayahanda tercinta, yang senantiasa sabar dan pengertian dalam
penantian kelulusan ini, meski akhirnya belum sempat menggapainya.

Universitas Sumatera Utara

8. Saudara kandung penulis, Putra, si kembar bang Gun, Ari dan seluruh
keluarga besar di Batang Kuis.
9. Keponakan penulis, Melly Aprilia Kanahaya, Lisa Oktari, Naufal Tara Habib,
Muhammad Rehfandy.
10. Partner penulis, Alviah Nadya Sari Simbolon, atas kerjasamanya dalam

penulisan tugas akhir ini.
11. Teman-teman penulis, Lady Marissa Febriana, Harini Romaito, Meri Analis,
Ovita Apni, Rhini wulandary, M. Izni Harahap, Rudiansyah, Indra Azmi
Marpaung yang terus menyemangati penulis selama penyusunan skripsi.
12. Para senior Penulis, Rusmiati, Salhayani, Rizki Hakiki, Shofia Rija
Napitupulu, Rahma Del Fitri, Fahmi Arief Nst, Amri Suteja yang telah
memotivasi dan membantu dalam kelengkapan bahan penyusunan skripsi.
13. Para Junior

Penulis,

Hanifah

Wita

Utami,

Irma Suraya,

Afiifah

Radhiyatullah, Ayu Ridaniati Bangun, Novita Indriani, Cut Anastasia,
Febrina Lia Gultom, Fitriah Sari Nst, Arma Sari Trg, Muharimah Nst, Amalia
Noor Zafira, Reviana Revitasari, Mahdalena, Sri widya Astuti, Nurul Azmi,
Ika Herawati Hsb.
14. Serta pihak-pihak yang telah ikut membantu penulis namun tidak tercantum
namanya.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang
bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga laporan ini
dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.

Medan,

Juni 2010
Penulis

Apriana Rahmadani
050405010

Universitas Sumatera Utara

INTISARI
Biogas cair sebagai alternatif pengganti bahan bakar, terutama liquidified
natural gas, sangat menjanjikan dalam mengatasi krisis energi yang terjadi saat ini.
Dalam skala perdagangan nasional dan internasional biogas cair merupakan salah
satu komoditas ekonomi yang meningkat jumlah permintaannya dari tahun ke tahun.
Pembuatan biogas cair menggunakan bahan baku limbah cair kelapa sawit karena
selain dapat mengurangi pencemaran lingkungan juga dapat bernilai ekonomis.
Biogas cair berbahan baku limbah cair kelapa sawit diproduksi dengan kapasitas 18.750 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Lokasi pabrik direncanakan beroperasi di desa Siabu, Kecamatan Bangkinang Barat, Kabupaten Kampar,
Provinsi Riau, dengan luas area 4.345 m2, tenaga kerja yang diperlukan sebanyak
113 orang, dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem
organisasi garis dan staf.
Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah
Cair Kelapa Sawit adalah sebagai berikut:
- Modal investasi

: Rp. 64.372.283.607,-

- Biaya Produksi

: Rp. 38.167.903.382,-

- Hasil Penjualan

: Rp. 78.916.096.050,-

- Laba Bersih

: Rp. 38.167.903.382,-

- Profit Margin

: 51,38 %

- Break Even Point

: 46,64 %

- Return on Investment

: 44,12 %

- Pay Out Time

: 2,27 tahun

- Return on Network

: 73,53 %

- Internal Rate of Return : 62,89 %

Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan dan
Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ini layak didirikan.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .......................................................................................i

INTISARI ..........................................................................................................iii
DAFTAR ISI .....................................................................................................iv
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................x
DAFTAR TABEL .............................................................................................xi
BAB I

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

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA .................................................................II-1
2.1 Pengertian Biogas .....................................................................II-1
2.2 Sejarah Biogas ..........................................................................II-2
2.3 Langkah-langkah Pembentukan Biogas ....................................II-3
2.4 Parameter Fermentasi ...............................................................II-4
2.4.1 Alkalinitas .......................................................................II-4

2.4.2 pH ...................................................................................II-5
2.4.3 Nutrisi .............................................................................II-5
2.4.4 Logam Berat Terlarut ......................................................II-5
2.5 Fermentasi Anaerobik ..............................................................II-5
2.6 Nilai Potensial Biogas ..............................................................II-6
2.7 Limbah Cair Kelapa Sawit ........................................................II-6
2.8 Deskripsi Proses Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biogas
dari Limbah Cair Kelapa Sawit .................................................II-9
2.9 Sifat-sifat Bahan Pembantu dan Produk ....................................II-11
2.9.1 Metana (CH4) ..................................................................II-11
2.9.2 Karbon Dioksida (CO2) ...................................................II-12
2.9.3 Ferro Klorida (FeCl2) ......................................................II-12
2.9.4 Seng Klorida (ZnCl2) ......................................................II-13
2.9.5 Natrium Bikarbonat (NaHCO3) .......................................II-13

Universitas Sumatera Utara

2.9.6 Urea (CO(NH)2) ..............................................................II-14
2.9.7 Air (H2O) ........................................................................II-14
2.9.8 Propana (C3H8)................................................................II-14

2.10 Perhitungan Mikroba yang Dibutuhkan ...................................II-15
BAB III

NERACA MASSA .........................................................................III-1
3.1 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-110) .......................................III-1
3.2 Tangki Pencampur Nutrisi (M-202) ..........................................III-1
3.3 Bak Netralisasi (F-107) ............................................................III-1
3.4 Reaktor Fermentasi (R-207) .....................................................III-2
3.5 Filter Press ..............................................................................III-2
3.6 Membran Kontaktor (D-310) ....................................................III-2
3.7 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ....................................III-3
3.8 Flash Drum (F-406) .................................................................III-3

BAB IV

NERACA ENERGI ........................................................................IV-1
4.1 Reaktor Fermentasi (R-210) .....................................................IV-1
4.2 Cooler I (E-301) .......................................................................IV-1
4.3 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-304) ....................................IV-1
4.4 Kompresor ...............................................................................IV-2

4.5 Cooler II (E-402)......................................................................IV-2
4.6 Cooler III (E-403) ....................................................................IV-2
4.7 Ekspander (G-410) ...................................................................IV-2
4.8 Tangki Pencampur NaHCO3 (M-202) .......................................IV-3
4.9 Tangki Pencampur Nutrisi (M-110) ..........................................IV-3

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN .........................................................V-1
5.1 Bak Penampungan Limbah (F-101) ..........................................V-1
5.2 Screening (H-102) ....................................................................V-1
5.3 Bak Penampung (F-103)...........................................................V-2
5.4 Bucket Elevator (L-104) ...........................................................V-2
5.5 Bak Pencampur NaHCO3 (M-110) ...........................................V-2
5.6 Bak Netralisasi (F-106) ............................................................V-3
5.7 Pompa I (L-107) .......................................................................V-3
5.8 Pompa II (L-108) .....................................................................V-4

Universitas Sumatera Utara

5.9 Bak Pencampur Nutrisi (M-202)...............................................V-4
5.10 Tangki Penyimpan Nutrisi (F-203) .........................................V-4
5.11 Pompa III (L-201) ..................................................................V-5
5.12 Reaktor Fermentasi (R-210) ...................................................V-5
5.13 Tangki Penyimpanan Propana (F-408) ....................................V-6
5.14 Cooler I (E-301) .....................................................................V-7
5.15 Pompa IV (L-206) ..................................................................V-7
5.16 Filter Press (H-204) ...............................................................V-7
5.17 Bak Penampung Ampas Cair (F-207) .....................................V-7
5.18 Membran Kontaktor (D-310) ..................................................V-8
5.19 Bak Air (F-303) ......................................................................V-8
5.20 Bak Penampungan Air Bekas.................................................V-8
5.21 Pompa V (L-305)....................................................................V-9
5.22 Tangki Akumulasi Gas Metana (F-306) .................................V-9
5.23 Kompresor (G-401) ................................................................V-10
5.24 Cooler II (E-402)....................................................................V-10
5.25 Tangki Penyimpanan Propana Bekas (F-409) .........................V-10
5.26 Cooler III (E-403)..................................................................V-8
5.27 Ekspander (G-410) ................................................................V-10
5.28 Flash Drum (F-405)...............................................................V-10
5.29 Tangki Penyimpanan Metana Cair (F-406) .............................V-11
5.30 Tangki Penyimpanan Off Gas (F-407) ....................................V-11
BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ....................VI-1
6.1 Instrumentasi ..........................................................................VI-1
6.2 Keselamatan Kerja .................................................................VI-5
6.3 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan dan Pencairan
Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...................................VI-6
6.3.1 Pencegahan terhadap Kebakaran dan Peledakan ............VI-6
6.3.2 Peralatan Perlindungan Diri ...........................................VI-7
6.3.3 Keselamatan Kerja terhadap Listrik ...............................VI-8
6.3.4 Pencegahan terhadap Gangguan Kesehatan ...................VI-8
6.3.5 Pencegahan terhadap Bahaya Mekanis ..........................VI-8

Universitas Sumatera Utara

BAB VII

UTILITAS ......................................................................................VII-1
7.1 Kebutuhan Air ........................................................................VII-1
7.1.1 Screening ......................................................................VII-4
7.1.2 Sedimentasi ...................................................................VII-4
7.1.3 Klarifikasi .....................................................................VII-4
7.1.4 Filtrasi ...........................................................................VII-5
7.2 Kebutuhan Listrik ...................................................................VII-7
7.3 Kebutuhan Bahan Bakar .........................................................VII-8
7.4 Uit Pengolahan Limbah ..........................................................VII-9
7.5 Spesifikasi Peralatan Utilitas ............................................... VII-10
7.5.1 Screening (SC) ........................................................... VII-10
7.5.2 Pompa Screening (PU-01) .......................................... VII-10
7.5.3 Bak Sedimentasi (BS)................................................. VII-11
7.5.4 Pompa Sedimentasi (PU-02) ....................................... VII-11
7.5.5 Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) ...............VII-11
7.5.6 Pompa Alum (PU-03) .................................................VII-11
7.5.7 Tangki Pelarutan Soda Abu [Na2CO3] (TP-02) ...........VII-12
7.5.8 Pompa Soda Abu (PU-04) ..........................................VII-12
7.5.9 Clarifier (CL) ...........................................................VII-12
7.5.10 Tangki Filtrasi (TF) ..................................................VII-13
7.5.11 Pompa Filtrasi (PU-05) .............................................VII-13
7.5.12 Tangki Utilitas I (TU-01)..........................................VII-13
7.5.13 Pompa Tangki Utilitas I (PU-06) ..............................VII-14
7.5.14 Tangki Pelarutan Kaporit (TP-03).............................VII-14
7.5.15 Pompa Kaporit (PU-08) ............................................VII-14
7.5.16 Tangki Utilitas-2 (TU-02).........................................VII-15
7.5.17 Pompa Domestik (PU-09).........................................VII-15

BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ....................................VIII-1
8.1 Lokasi Pabrik .....................................................................VIII-1
8.2 Tata Letak Pabrik ...............................................................VIII-3
8.3 Perincian Luas Tanah .........................................................VIII-4
BAB IX

ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ................. IX-1

Universitas Sumatera Utara

9.1 Organisasi Perusahaan .......................................................... IX-1
9.1.1 Bentuk Organisasi Garis ............................................. IX-2
9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsionil ..................................... IX-2
9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ............................... IX-3
9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf ....................... IX-3
9.2 Manajemen Perusahaan ........................................................ IX-3
9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha ................................................ IX-5
9.4 Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung jawab.................... IX-6
9.5 Struktur Tenaga Kerja .......................................................... IX-8
9.6 Jumlah Karyawan dan Pendidikan ........................................ IX-10
9.7 Hak dan Kewajiban Karyawan.............................................. IX-11
9.8 JAMSOSTEK dan Fasilitas Tenaga Kerja............................. IX-14
9.9 Keselamatan Kerja ............................................................... IX-15
BAB X

ANALISA EKONOMI ................................................................ X-1
10.1

Modal Investasi ................................................................. X-1
10.1.1 Modal Investasi Tetap / Fixed Capital
Investment (FCI) ..................................................... X-1
10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ..................... X-2

10.2

Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC) ................... X-4
10.2.1 Biaya Tetap / Fixed Cost (FC)................................ X-4
10.2.2 Biaya Variabel / Variable Cost (VC) ...................... X-4

10.3

Total Penjualan / Total Sales.............................................. X-5

10.4

Bonus Perusahaan ................................................................X-5

10.5

Perkiraan Laba / Rugi Perusahaan ........................................X-5

10.6

Analisa Aspek Ekonomi ......................................................X-5
10.6.1 Profit Margin (PM)..................................................X-5
10.6.2 Break Even Point (BEP)...........................................X-5
10.6.3 Return on Investment (ROI) .....................................X-6
10.6.4 Pay Out Time (POT) ................................................X-6
10.6.5 Return on Network (RON) .......................................X-7
10.6.6 Internal Rate of Return (IRR)...................................X-7

BAB XI

KESIMPULAN ..............................................................................XI-1

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................xiii
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA .....................................LA-1
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI.....................................LB-1
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN .....................LC-1
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS ...LD-1
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ....................................LE-1

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 6.1

Instrumentasi pada Alat .........................................................VI-4

Gambar 8.1

Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan
Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...................................VIII-5

Gambar 9.1

Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas
dari Limbah Cair Kelapa Sawit .............................................IX-16

Gambar LC-1 Sketsa bar screening .............................................................LC-3
Gambar LD-1 Sketsa bar screening ............................................................. LD-2
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage)
dan Tangki Pelarutan.............................................................LE-5

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1

Komposisi Biogas .......................................................................... II-1

Tabel 2.2

Kondisi Optimum Produksi Biogas .................................................II-4

Tabel 2.3

Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik ...........................II-6

Tabel 2.4

Kesetaraan Biogas dengan Sumber Lain .........................................II-6

Tabel 2.5

Komposisi Kimia Limbah Cair PMKS ............................................II-7

Tabel 2.6

Komposisi Asam Amino Limbah Cair Segar PMKS .......................II-7

Tabel 2.7

Karakteristik Limbah PMKS dan Baku Mutu Limbah .....................II-9

Tabel 3.1

Neraca Massa pada Tangki Pencampur NaHCO3 ............................III-1

Tabel 3.2

Neraca Massa pada Tangki Pencampur Nutrisi ...............................III-1

Tabel 3.3

Neraca Massa pada Bak Netralisasi.................................................III-1

Tabel 3.4

Neraca Massa pada Reaktor Fermentasi ..........................................III-2

Tabel 3.5

Neraca Massa pada Membran Kontaktor.........................................III-2

Tabel 3.6

Neraca Massa pada Tangki Penampung Gas Metana .......................III-2

Tabel 3.7

Neraca Massa pada Flash Drum .....................................................III-2

Tabel 4.1

Neraca Energi pada Reaktor Fermentasi .........................................IV-1

Tabel 4.2

Neraca Energi pada Cooler I ..........................................................IV-1

Tabel 4.3

Neraca Energi pada Tangki Akumulasi Gas Metana........................IV-1

Tabel 4.4

Neraca Energi pada Cooler II..........................................................IV-2

Tabel 4.5

Neraca Energi pada Cooler II..........................................................IV-2

Tabel 4.6

Neraca Energi pada Heat Exchanger –I...........................................IV-2

Tabel 4.7

Neraca Energi pada Heat Exchanger –II .........................................IV-2

Tabel 4.8

Neraca Energi pada Throttle .......................................................... IV-3

Tabel 6.1

Daftar penggunanan instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik
Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ...VI-3

Tabel 7.1

Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ...............................................VII-1

Tabel 7.2

Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan .....................................VII-3

Tabel 7.3

Kualitas Air pada Sungai Batang Ulak ............................................VII-3

Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah................................................................... VIII-4
Tabel 9.1 Susunan Jadwal Shift Karyawan ................................................... IX-9
Tabel 9.2 Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya .............................................. IX-10

Universitas Sumatera Utara

Tabel 9.3 Proporsi Gaji Karyawan ................................................................ IX-11
Tabel LB.1 Nilaikontribusi Unsur Atom .......................................................LB-1
Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,25 K (J/mol.K) ...... LB-2
Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) ................................................LB-2
Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) ................................................LB-2
Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kJ/mol)...........................................LB-3
Tabel LB.6 Data Air Pendingin yang Digunakan ...........................................LB-3
Tabel LB.7 Energi yang masuk ke dalam Fermentor .....................................LB-4
Tabel LB.8 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari Fermentor ...............LB-5
Tabel LB.9 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari Fermentor.............. LB-5
Tabel LB.10 Energi yang masuk menuju cooler I...........................................LB-6
Tabel LB.11 Energi yang keluar dari cooler I.................................................LB-6
Tabel LB.12 Energi yang masuk menuju tangki akumulasi ............................LB-7
Tabel LB.13 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki akumulasi .... LB-7
Tabel LB.14 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki akumulasi...LB-7
Tabel LB.15 Energi yang masuk menuju cooler II .........................................LB-10
Tabel LB.16 Energi yang keluar dari cooler-II ...............................................LB-10
Tabel LB.17 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari cooler-II................. LB-11
Tabel LB.18 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari cooler-II ...............LB-12
Tabel LB.19 Energi yang masuk ke tangki pencampur NaHCO3 ....................LB-14
Tabel LB.20 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki
pencampur NaHCO3 ................................................................LB-15
Tabel LB.21 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki
pencampur NaHCO3 ................................................................LB-15
Tabel LB.22 Energi yang masuk ke tangki pencampur nutrisi ........................LB-16
Tabel LB.23 Perhitungan Trial I Energi yang keluar dari tangki
pencampur nutrisi ....................................................................LB-17
Tabel LB.24 Perhitungan Trial II Energi yang keluar dari tangki

Universitas Sumatera Utara

pencampur nutrisi ......................................................................LB-17
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ........................LE-1
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ...............................................LE-3
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses ................................................LE-6
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas ...............................................LE-7
Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi..........................................................LE-9
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai .............................................................LE-12
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas ...................................................................LE-13
Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ...............................................................LE-14
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17
Tahun 2000 ...............................................................................LE-16
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 .LE-16

Universitas Sumatera Utara

INTISARI
Biogas cair sebagai alternatif pengganti bahan bakar, terutama liquidified
natural gas, sangat menjanjikan dalam mengatasi krisis energi yang terjadi saat ini.
Dalam skala perdagangan nasional dan internasional biogas cair merupakan salah
satu komoditas ekonomi yang meningkat jumlah permintaannya dari tahun ke tahun.
Pembuatan biogas cair menggunakan bahan baku limbah cair kelapa sawit karena
selain dapat mengurangi pencemaran lingkungan juga dapat bernilai ekonomis.
Biogas cair berbahan baku limbah cair kelapa sawit diproduksi dengan kapasitas 18.750 kg/hari dengan 330 hari kerja dalam 1 tahun. Lokasi pabrik direncanakan beroperasi di desa Siabu, Kecamatan Bangkinang Barat, Kabupaten Kampar,
Provinsi Riau, dengan luas area 4.345 m2, tenaga kerja yang diperlukan sebanyak
113 orang, dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem
organisasi garis dan staf.
Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah
Cair Kelapa Sawit adalah sebagai berikut:
- Modal investasi

: Rp. 64.372.283.607,-

- Biaya Produksi

: Rp. 38.167.903.382,-

- Hasil Penjualan

: Rp. 78.916.096.050,-

- Laba Bersih

: Rp. 38.167.903.382,-

- Profit Margin

: 51,38 %

- Break Even Point

: 46,64 %

- Return on Investment

: 44,12 %

- Pay Out Time

: 2,27 tahun

- Return on Network

: 73,53 %

- Internal Rate of Return : 62,89 %

Dari hasil analisa ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan dan
Pencairan Biogas dari Limbah Cair Kelapa Sawit ini layak didirikan.

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ketersediaan bahan bakar minyak bumi, salah satunya Liqudified Natural
Gas (LNG), khususnya di Indonesia semakin hari semakin terbatas. Indonesia yang
dulunya dikenal sebagai salah satu pengekspor minyak bumi, sejak tahun 2005 telah
menjadi pengimpor minyak bumi karena produksi dalam negeri tidak dapat lagi
memenuhi permintaan pasar domestik yang meningkat cepat seiring dengan
pertumbuhan penduduk dan industri. Kondisi ini diperparah dengan adanya kenaikan
harga minyak bumi dunia akibat keseimbangan pasar yang mengarah pada kondisi
over demand. Menyikapi kondisi tersebut dan untuk menjaga stabilitas pemenuhan
kebutuhan bahan bakar minyak (BBM) nasional, maka pada Januari 2006 pemerintah
mengeluarkan Peraturan Presiden No.5 Tahun 2006 mengenai Kebijakan Energi
Nasional (KEN) yang menyebutkan target penggunaan bahan bakar nabati (biofuel)
sebesar 5% dari total energi pada tahun 2025 dan Instruksi Presiden No.1 Tahun
2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan biofuel sebagai bahan bakar lain di
Indonesia. Di masa depan, biofuel memiliki prospek sebagai sumber utama energi
terbarukan pengganti minyak bumi, baik untuk kebutuhan domestik maupun tujuan
ekspor.
Selain itu, penggunaan bahan bakar minyak bumi selama ini menyebabkan
tingginya tingkat pencemaran lingkungan melalui emisi yang dihasilkan, seperti CO2,
NOx, SOx, dll. Hal ini terkait langsung dengan isu dunia mengenai pemanasan global
sebagai akibat dari efek rumah kaca. Untuk itu, diversifikasi dan penguasaan
teknologi merupakan yang faktor penting disamping kesadaran akan kelestarian
lingkungan (Witono, 2009).
Salah satu alternatif biofuel untuk menggantikan peran LNG adalah biogas.
Biogas dapat dibuat dari limbah organik, salah satunya limbah cair kelapa sawit
(LCKS). Pabrik minyak kelapa sawit (PMKS) merupakan industri yang sarat dengan
residu pengolahan berupa limbah, yaitu sebanyak 70-75 %. Jumlah limbah cair yang
dihasilkan oleh PMKS berkisar antara 600-700 liter/ton tandan buah segar (TBS).
Saat ini diperkirakan jumlah limbah cair yang dihasilkan oleh PMKS di Indonesia
I-1

Universitas Sumatera Utara

I-2
mencapai 28,7 juta ton (Siregar, 2009). Hal ini jelas akan menimbulkan kerusakan
bagi lingkungan hidup jika LCKS dibuang secara langsung karena LCKS memiliki
kandungan Biologycal Oxygen Demand (BOD) 212,8 g/L, Chemical Oxygen
Demand (COD) sebesar 347,2 g/L dan pH 4,1 (bersifat asam). Maka, pengolahan
LCKS menjadi biogas merupakan alternatif yang sangat baik karena selain dapat
memberikan nilai ekonomis juga dapat mengurangi kerusakan lingkungan hidup.
Dari hasil penelitian, potensi biogas yang dihasilkan dari 600-700 kg LCKS
sekitar 20 m3 biogas dan setiap m3 gas metan dapat diubah menjadi energi sebesar
4.700 – 6.000 kkal atau 20-24 MJ (Siregar, 2009).
Dengan banyaknya faktor-faktor pendukung pembuatan biogas berbahan
baku LCKS tersebut, maka pra rancangan pabrik pembuatan biogas berbahan baku
LCKS ini sangat layak dilakukan.

1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan biogas
ini yaitu diperlukannya alternatif energi untuk mengatasi kelangkaan bahan bakar
terutama Liqudified Natural Gas (LNG) sekaligus untuk mengurangi tingkat
pencemaran lingkungan akibat emisi yang dihasilkan. Oleh karena itu, dipilih biogas
untuk menggantikan LNG dengan limbah cair kelapa sawit (LCKS) sebagai bahan
baku. Selain karena bersifat organik, jumlah LCKS yang dihasilkan tiap tahun cukup
besar dan jika tidak diolah dapat merusak lingkungan. Harga LCKS juga relatif
murah sehingga harga biogas dari bahan baku LCKS dapat bersaing dengan harga
LNG. Oleh karena itu, perlu dilakukan kajian mengenai pembuatan biogas dari
LCKS skala pabrik.

1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik
Tujuan pembuatan pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan biogas ini
adalah untuk menerapkan disiplin ilmu teknik kimia, khususnya bidang neraca
massa, neraca energi, utilitas, perancangan proses, operasi teknik kimia dan bagian
ilmu teknik kimia lainnya dalam pra rancangan pabrik pembuatan dan pencairan
biogas dari limbah cair kelapa sawit.

Universitas Sumatera Utara

I-3
1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik
Manfaat Pra Rancangan Pabrik Pembuatan dan Pencairan Biogas dari Limbah
Cair Kelapa Sawit adalah dapat memberi gambaran kelayakan (feasibility) dari segi
rancangan dan ekonomi pabrik yang nantinya gambaran tersebut dapat menjadi
patokan untuk pengambilan keputusan terhadap pendirian pabrik tersebut. Selain itu,
untuk memaksimalkan potensi sektor industri dan perdagangan juga untuk memenuhi
kebutuhan bahan bakar.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Pengertian Biogas
Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi

dari bahan-bahan organik termasuk di antaranya: kotoran manusia dan hewan,
limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik
yang biodegrable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah
metana dan karbon dioksida (Anonim, 2007 ).
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 karbon dioksida (CO2). Tapi, hanya CH4 yang
dimanfaatkan sebagai bahan bakar.
Umumnya kandungan CH4 dalam reaktor sampah organik berbeda-beda.
Zhang et al.(1997) dalam penelitiannya, menghasilkan CH4 sebesar 50-80% dan CO2
20-50%. Sedangkan Hansen (2001), dalam reaktor biogasnya mengandung sekitar
60-70% CH4, 30-40% CO2, dan gas-gas lain, meliputi amonia (NH3), hidrogen
sulfida (H2S), merkaptan (tio alkohol) dan gas lainnya. Tetapi secara umum rentang
komposisi biogas adalah sebagai berikut:
Tabel 2.1 Komposisi Biogas

Komponen

%

Metana (CH4)
Karbon dioksida (CO2)
Nitrogen (N2)
Hidrogen (H2)
Hidrogen sulfida (H2S)
Oksigen (O2)
(Hermawan, dkk, 2007)

55-75
25-45
0-0,3
1-5
0-3
0,1-0,5

CH4 dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara,
dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi CO2 yang lebih sedikit.
Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena
CH4 merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila
dibandingkan dengan CO2. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil
dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer
II-1
Universitas Sumatera Utara

II-2
tidak akan menambah jumlah karbon di atmosfer bila dibandingkan dengan
pembakaran bahan bakar fosil.
Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar CH4 minimal 57% yang
menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996),
biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan CH4 telah mencapai minimal 60%.
Pembakaran gas CH4 ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan
asap (Hermawan dkk, 2007).
2.2

Sejarah Biogas
Gas CH4 terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik oleh bakteri

metana atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangi
sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik sehingga terbentuk gas
metana (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Sebetulnya di
tempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa
ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan
Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Gas metana
sama dengan gas LPG (Liquidified Petroleum Gas), perbedaannya adalah gas metana
mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak. (Anonim, 2005).
Kebudayaan Mesir, China, dan Roma kuno diketahui telah memanfaatkan gas
alam ini yang dibakar untuk menghasilkan panas. Namun, orang pertama yang
mengaitkan gas bakar ini dengan proses pembusukan bahan sayuran adalah
Alessandro

Volta

(1776),

sedangkan

Willam

Henry

pada

tahun

1806

mengidentifikasikan gas yang dapat terbakar tersebut sebagai CH4. Becham (1868),
murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882), memperlihatkan asal mikrobiologis dari
pembentukan CH4.
Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Jerman
dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua Perang Dunia dan beberapa unit
pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama Perang Dunia II
banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk
menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena harga
BBM (Bahan Bakar Minyak) semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun
1950-an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di negara-negara
berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu

Universitas Sumatera Utara

II-3
ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat
pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900.
Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan
Papua Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit
biogas dengan prinsip yang sama, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan
bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku
dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyaluran gas bio
yang terbentuk.
Dengan teknologi tertentu,

gas metana dapat

dipergunakan untuk

menggerakkan turbin yang menghasilkan energi listrik, menjalankan kulkas, mesin
tetas, traktor, dan mobil. Secara sederhana, gas metana dapat digunakan untuk
keperluan memasak dan penerangan menggunakan kompor gas sebagaimana halnya
LPG. (FAO, 1981).
2.3

Langkah-Langkah Pembentukan Biogas
Secara umum, langkah-langkah pembentukan biogas ada 3 yaitu :

1. Hidrolisis
Pada langkah pertama, bahan organik secara enzimatis diuraikan oleh enzim
ekstraselular (selulosa, amilase, proteinase, dan lipase) mikroorganisme. Bakteri
mendekomposisi rantai panjang karbohidrat, protein dan lemak menjadi bagian
yang lebih pendek. Sebagai contoh, polisakarida diubah menjadi monosakarida.
Protein dibagi menjadi peptida dan asam amino.
2. Asidifikasi
Bakteri penghasil asam, terlibat dalam langkah kedua, menkonversi hasil
fermentasi menjadi asam asetat (CH3COOH), hidrogen (H2) dan karbon dioksida
(CO2). Bakteri ini bersifat anaerobik dan dapat tumbuh di bawah kondisi asam.
Untuk menghasilkan asam asetat, mereka membutuhkan oksigen dan karbon.
Untuk ini, mereka menggunakan oksigen larut dalam larutan atau oksigen terikat.
Selain itu, bakteri penghasil asam menciptakan suatu kondisi anaerobik yang
penting bagi mikroorganisme penghasil metana. Setelah itu, terjadi penguraian
senyawa dengan berat molekul yang rendah menjadi alkohol, asam organik, asam
amino, karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan metana.

Universitas Sumatera Utara

II-4
3. Pembentukan Metana
Bakteri penghasil metana, terlibat dalam langkah ketiga, mendekomposisi
senyawa dengan berat molekul rendah. Sebagai contoh, digunakan hidrogen,
karbon dioksida, dan asam asetat untuk membentuk CH4 dan CO2. Di bawah
kondisi alami, mikroorganisme penghasil metana bersifat anaerobik dan sangat
sensitif terhadap perubahan lingkungan.
2.4

Parameter Fermentasi
Pada dasarnya efisiensi produksi biogas sangat dipengaruhi oleh berbagai

faktor meliputi : suhu, derajat keasaman (pH), konsentrasi asam-asam lemak volatil,
nutrisi (terutama nisbah karbon dan nitrogen), zat racun, waktu retensi hidrolik,
kecepatan bahan organik, dan konsentrasi amonia. Dari berbagai penelitian yang
penulis peroleh, dapat dirangkum beberapa kondisi optimum proses produksi biogas
yaitu:
Tabel 2.2 Kondisi Optimum Produksi Biogas
Parameter
Kondisi Optimum
Suhu
550C
Deajat Keasaman
6,8-7,8
Nutrien Utama
Karbon dan Nitrogen
Sulfida