45
Zat- zat penghambat lain terhadap aktivitas mikroorganisme pada proses anaerob diantaranya kandungan logan berat sianida.
6. Faktor Konsentrasi Padatan dan Pencampuran Substrat Konsentrasi ideal padatan untuk memproduksi biogas adalah 7 – 9
kandungan kering. Kondisi ini dapat membuat proses digester anaerob berjalan dengan baik.
Walaupun tidak ada informasi yang pasti, mobilitas bakteri metanogen di dalam bahan secara berangsur – angsur dihalangi oleh peningkatan kandungan
padatan yang berakibat terhambatnya pembentukan biogas. Selain itu yang terpenting untuk proses fermentasi yang baik diperlukan pencampuran bahan yang
baik akan menjamin proses fermentasi yang stabil di dalam pencerna. Hal yang paling penting dalam pencampuran bahan adalah :
a Menghilangkan unsur – unsur hasil metabolisme berupa gas metabolites yang dihasilkan oleh bakteri metanogen ;
b Mencampurkan bahan segar dengan populasi bakteri agar proses fermentasi merata ;
c Menyeragamkan temperatur di seluruh bagian pencerna ; d Menyeragamkan kerapatan sebaran populasi bakteri ;
e Mencegah ruang kosong pada campuran bahan.
2.6. 3. Faktor –faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas
Banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan produksi biogas, antara lain
:
1. Bahan Baku
Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan isian harus terhindar dari bahan
anorganik seperti pasir, batu, kaca dan plastik .
46
Bahan baku dalam bentuk selulosa lebih mudah dicerna oleh bakteri anaerobik. Sebaliknya, pencernaan akan lebih sukar dilakukan bakteri anaerob jika
bahan bakunya banyak mengandung zat kayu atau lignin. Kotoran sapi dan kerbau sangat baik dijadikan bahan baku karena banyak mengandung selulosa .
2. Rasio Karbon Dan Nitrogen CN
Karbon dan Nitrogen adalah sumber makanan utama bagi bakteri anaerob, sehingga pertumbuhan optimum bakteri sangat dipengaruhi unsur ini, dimana
Karbon dibutuhkan untuk mensuplai energi dan Nitrogen dibutuhkan untuk membentuk struktur sel bakteri. Nitrogen amonia pada konsentrasi yang tinggi
dapat menghambat proses fermentasi anaerob. Konsentrasi yang baik berkisar 200– 1500 mglt dan bila melebihi 3000 mglt akan bersifat toxic. Proses
fermentasi anaerob akan berlangsung optimum bila rasio C:N bernilai 30:1, dimana jumlah karbon 30 kali dari jumlah nitrogen. Yunus, M, 1995
CN rasio dengan nilai 30 CN = 301 atau karbon 30 kali dari jumlah nitrogen akan menciptakan proses pencernaan pada tingkat yang optimum, bila
kondisi yang lain juga mendukung. Bila terlalu banyak karbon, nitrogen akan habis terlebih dahulu. Hal ini akan menyebabkan proses berjalan dengan lambat.
Bila nitrogen terlalu banyak CN rasio rendah; misalnya 3015, maka karbon habis terlebih dahulu dan proses fermentasi berhenti .
Ternak ruminansia seperti sapi, kambing dan domba rata-rata lebih lama dalam menghasilkan gas bio dibandingkan dengan ternak non ruminansia.
Lamanya produksi gas bio disebabkan oleh mutu pakan yang lebih rendah, sehingga rasio CN tinggi akibatnya perkembangan mikroba pembentuk gas lebih
lama dibandingkan yang bermutu tinggi. Tinggi rendahnya mutu ini tergantung pada nilai N nitrogen di dalam ransum. Namun demikian nilai N juga tergantung
pada C karbon. Jadi, perbandingan C dan N akan menentukan lama tidaknya proses pembentukan gas bio . Yunus, M, 1995
Mikroorganisme membutuhkan nitrogen dan karbon untuk proses asimilasi. Karbon digunakan sebagai energi sedangkan nitrogen digunakan untuk
membangun struktur sel. Bakteri penghasil metana menggunakan karbon 30 kali lebih cepat dari pada nitrogen .
47
Untuk menentukan bahan organik digester adalah dengan melihat rasioperbandingan antara Karbon C dan Nitrogen N. Beberapa percobaan
menunjukkan bahwa metabolisme bakteri anaerobik akan baik pada rasio CN antara 20-30. Jika rasio CN tinggi, Nitrogen akan cepat dikonsumsi bakteri
anaerobik guna memenuhi kebutuhan proteinnya, sehingga bakteri tidak akan
bereaksi kembali saat kandungan Karbon tersisa. Jika rasio CN rendah, Nitrogen akan terlepas dan berkumpul membentuk amoniak sehingga akan meningkatkan nilai
PH bahan. Nilai PH yang lebih tinggi dari 8,5 akan dapat meracuni bakteri anaerobik. Untuk menjaga rasio CN, bahan organik rasio tinggi dapat dicampur bahan organik
rasio CN rendah. Rasio CN beberapa bahan organik dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Rasio CN beberapa bahan organik Karki dkk, 1984 Bahan Organik
Rasio CN Kotoran bebek
8 Kotoran manusia
8 Kotoran ayam
10 Kotoran kambing
12 Kotoran babi
18 Kotoran domba
19 Kotoran kerbausapi
24 Enceng Gondok water
hyacinth 25
Kotoran gajah 43
Jerami jagung 60
Jerami padi 70
Jerami gandum 90
Serbuk gergaji 200
3. Kandungan Bahan Kering
Bahan isian dalam pembuatan biogas harus berupa bubur. Bentuk bubur ini dapat diperoleh bila bahan bakunya mempunyai kandungan air yang tinggi.
Bahan baku dengan kadar air yang rendah dapat dijadikan berkadar air tinggi dengan menambahkan air ke dalamnya dengan perbandingan tertentu sesuai
dengan kadar bahan kering bahan tersebut. Bahan baku yang paling baik mengandung 7-9 bahan kering .
48
Setiap kotoran atau bahan baku akan berbeda sifat pengencerannya. Kotoran sapi segar misalnya, mempunyai kadar bahan kering 18 . Agar
diperoleh kandungan bahan isian sebesar 7-9 bahan kering, bahan baku tersebut perlu diencerkan dengan air dengan perbandingan 1:1 bahan baku : air. Adonan
tersebut lalu diaduk sampai tercampur rata . Ternyata kotoran masing-masing jenis ternak mempunyai kandungan
bahan kering yang berbeda-beda. Perbedaan bahan kering yang dikandung berbagai macam kotoran ternak akan membuat penambahan air yang berlainan.
Untuk lebih jelasnya dapat diterangkan seperti pada tabel 2.4 di bawah ini.
Tabel 2.4. Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran beberapa jenis ternak Fontenot, J.p dkk, 1993
Jenis Ternak Bobot
Ternak kg
Produksi Kotoran
kgHari Bahan
Kering Sapi
~ Betina potong 520
29 12
~ Betina perah 640
50 14
Ayam ~ Petelur
2 0,1
26 ~ Pedaging
1 0,06
25 Babi
~ Dewasa 90
7 9
Domba 40
2 26
4. Temperatur
Gas metana dapat diproduksi pada 3 tingkat temperature sesuai dengan bakteri yang hadir. Bakteri psyhriphilic 0-7
o
C, bakteri mesophilic pada temperatur 13-40
o
C sedangkan termophilic pada temperatur 55-60
o
C. Temperatur yang optimal untuk digester adalah temperatur 30-35
o
C, kisaran temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk pertumbuhan bakteri dan
produksi metana di dalam digester dengan lama proses yang pendek. Temperatur yang tinggi atau pada tingkat termophilic jarang digunakan karena sebagian besar
49
bahan sudah dicerna dengan baik pada tingkat temperatur mesophilic, selain itu bakteri termophilic mudah mati karena perubahan temperatur .
Dekomposisi bahan-bahan organik dibawah kondisi anaerobik menghasilkan suatu gas yang sebagian besar terdiri atas campuran metana dan
arang oksida. Gas ini dikenal sebagai gas rawa ataupun bio gas. Campuran gas ini adalah hasil dari fermentasi atau peranan anaerobic disebabkan sejumlah besar
mikroorganisme terutama bakteri metana. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah berkisar 30
o
C -55
o
C . Temperatur yang tinggi akan memberikan hasil biogas yang baik namun
suhu tersebut sebaiknya tidak boleh melebihi suhu kamar. Bakteri ini hanya dapat subur bila suhu disekitarnya berada pada suhu kamar. Suhu yang baik untuk
proses pembentukan biogas berkisar antara 20-40
o
C dan suhu optimum antara 28- 30
o
C . 5.
Derajat Keasaman pH Derajat keasaman pH sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan
aktivitas bakteri. Kisaran pH optimal untuk produksi metana adalah 7-7,2 tetapi pada kisaran 7,2-8,0 masih diizinkan. Untuk mencegah penurunan pH pada awal
pencernaan dan menjaga pH pada kisaran yang diizinkan, maka dibutuhkan buffer yakni dengan penambahan larutan kapur .
Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8.
Pada tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam asam organik yang akan menurunkan pH. Untuk mencegah terjadinya penurunan pH dapat
dilakukan dengan menambahkan larutan kapur CaOH
2
atau kapur CaCO
3
. 6.
Lama Fermentasi Secara umum proses fermentasipencernaan limbah ternak di dalam tangki
pencerna dapat berlangsung 60-90 hari, proses terbentuknya gas bio pada hari ke- 5 dengan suhu pencernaan 28
o
C. Produksi biogas sudah terbentuk sekitar 10 hari. Setelah 10 hari fermentasi
sudah terbentuk kira-kira 0.1-0.2 m3kg dari berat bahan kering. Peningkatan penambahan waktu fermentasi dari 10 hari hingga 30 hari meningkatkan produksi
50
biogas sebesar 50 . Pada hari ke 30 fermentasi jumlah gas bio yang terbentuk mencapai maksimal, dan setelah 30 hari fermentasi terjadi penurunan jumlah gas
bio . Waktu lama cerna untuk beberapa kotoran ternak dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 2.5. Produksi biogas dan Lama cerna Retention time kotoran ternak di dalam tangki pencerna Uli, W. dkk, 1989
Jenis Kotoran Ternak Lama Cerna hari
Sapi 60-80
Sapi + Jerami 10 60-100
Babi 40-60
Babi + Jerami 10 60-80
Ayam 80
KambingDomba 80-100
2.6.4. Sistem Penyimpanan Biogas
Secara umum biogas yang diproduksi langsung dialirkan melalui pipa ke kompor biogas,lampu maupun genset. Untuk hal tersebut maka perlu meninjau
beberapa aspek penting terkait dengan efisiensi dan tingkat keamanan penggunaan tabung.
ada beberapa faktor yang penting diperhatikan untuk penyimpanan sementara biogas yaitu :
1. Volume simpan yang diperlukan biasanya tidak besar
2. Kemungkinan korosi dari gas H
2
S atau uap air yang masih terkandung dalam biogas,
3. Biaya penyimpanan karena nilai ekonomi biogas relatif rendah.
Selain hal tersebut dalam penyimpanan sementara biogas ada beberapa faktor lain, yaitu sistem penekanan gas ke dalam tabung. Ada tiga jenis sistem penekanan
yang digunakan yaitu: 1.
Sistem penyimpanan biogas bertekanan rendah, 2.
Sistem penyimpanan biogas bertekanan menengah dan 3.
Sistem penyimpanan biogas bertekanan tinggi.
51
Untuk lebih jelas dapat kita lihat pada tabel berikut : Tabel 2.6. Opsi penyimpanan biogas Tambunan, A.H., dkk. 2009
Tujuan Penyimpanan
Tekanan Psi
Sistem Penyimpanan
Bahan Ukuran ft
Penyimpanan singkat
Intermediate untuk
penggunaan di tempat
produksi 0,1
Tutup terapung Karet plastik
Bervariasi sesuai kebutuhan harian
2 kantung gas
Karet plastik 150 - 11000
2 - 6 Penampung gas
kedap air Baja
3500 Kantung gas
berpemberat Karet plastik
880 - 28000
Atap terapung Karet plastik
Bervariasi sesuai kebutuhan harian
Penyimpanan lama untuk
penggunaan di luar tempat
produksi 10 -
2900 Tabung propana
butana Baja
2000
2900 Tabung gas
komersial Baja Alloy
350
Biogas dapat disimpan pada kisaran tekanan 2 hingga 200 psi untuk sistem penyimpanan biogas bertekanan rendah. Penyimpanan dengan tekanan menengah
juga jarang diterapkan, karena korosi terhadap komponen penyimpan, sehingga untuk meningkatkan keamanan penggunaan diperlukan pemisahan biogas dari gas
H
2
S . Sementara jika tujuan penyimpanan ingin diarahkan pada penyimpanan
bertekanan tinggi, dan ingin dirubah kedalam fase cair liquid maka diperlukan perlakuan pemisahan komponen gas, berupa pemurnian biogas menjadi biometana
yang memiliki konsentrasi metana lebih dari 95. Pada analisa dengan
52
menggunakan program aplikasi Refpro Gambar 2.7, menunjukkan bahwa titik kritis dari metan dan karbon dioksida masing-masing adalah -82.7
o
C pada 45.96 MPa, dan 31
o
C pada 73.825 MPa. Refpro sendiri merupakan program aplikasi yang digunakan untuk mengghitung properti termodinamika berbagai zat.
Hubungan tekanan metan dengan CO
2
dapat kita lihat gambar 2.7 berikut :
Gambar 2.7. Diagram tekanan uap metan dan CO
2
Tambunan, A.H., dkk . 2009 Gambar dan penjelasan diatas menunjukkan bahwa pada suhu lingkungan
30
o
C metana tidak dapat dicairkan hanya dengan memberikan tekanan akan tetapi dengan penurunan suhu sekitar -173
o
C pada tekanan 1 atmosfir 0.1 MPa, atau dengan membuat kombinasi penurunan suhu dan peningkatan tekanan. Hal
ini juga berarti, jika ingin menerapkan perlakuan penyimpanan biogas bertekanan tinggi diperlukan proses yang rumit dan tentunya biaya yang tinggi.
53
Penggunaan penyimpanan biogas bertekanan rendah adalah cara yang paling efisien diantara ketiga metode yang ada, karena selain dapat dilakukan pada
tekanan operasi lebih rendah, penampung juga dapat dibuat dari bahan elastis yang lebih murah biayanya daripada menggunakan baja. Selain itu biogas yang
dihasilkan dari biodigester tidak perlu lagi dipisahkan kandungannya H
2
S karena faktor keamanan yang terganggu akibat sifat korosif yang ditimbulkan H
2
S seperti halnya yang terjadi jika digunakan penyimpanan bertekanan menengah.
Atau bahkan penyimpanan biogas bertekanan tinggi, dimana biaya menjadi masalah utama, selain itu penyimpanan ini lebih cocok diterapakan untuk
pengempaan biomethane. Ditambah lagi biomethane sejajar perlakuan penyimpanannya seperti gas komersial lainnya, dimana untuk penyimpanan
tekanan tinggi diperlukan penggunaan silinder baja untuk meningkatkan keamanan. Sehingga memang memerlukan biaya yang jauh lebih tinggi dari pada
3 jenis pengempaan yang ada.
2.7. Dinamometer