3. Faktor –faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas

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