9 Gambar 2.1 Penggunaan biogas untuk berbagai aplikasi Kosaric dan
Velikonja, 1995
2.3 Proses Produksi Biogas
Proses produksi biogas, terjadi dua tahap yaitu penyiapan bahan baku dan proses penguraian anaerobik oleh mikroorganisme untuk menghasilkan gas metana.
2.3.1 Bahan baku
Biogas berasal dari hasil fermentasi bahan-bahan organik diantaranya Judoamidjojo dkk,1992 :
a. Limbah tanaman : tebu, rumput-rumputan, jagung, gandum dan lain-lain. b. Limbah dari hasil produksi :minyak, bagas, penggilingan padi, limbah sagu.
c. Hasil samping industri : tembakau, limbah pengolahan buah-buahan dan sayur-sayuran, dedak, kain dari tekstil, ampas tebu dari industri gula dan
tapioka, industri tahu limbah cair. d. Limbah perairan : alga laut, tumbuh-tumbuhan air.
Universitas Sumatera Utara
10 e. Limbah peternakan : kotoran sapi, kerbau, kambing, unggas.
Salah satu pemasalahan yang dihadapi dalam fermentasi anaerob adalah keberadaan senyawa-senyawa tertentu yang bertindak sebagai inhibitor. Oleh karena itu perlu
ditambahkan sesuatu pada bahan baku supaya menghilangkan pengaruh inhibitor yang ada.
Rasio ideal CN untuk proses dekomposisi anaerob untuk menghasilkan metana adalah 25-30. Oleh karena itu, pada proses pencemaran bahan baku diusahakan
memenuhi rasio ideal. Rasio CN dari beberapa bahan organik dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 2.2 Rasio CN untuk berbagai bahan organik
Bahan organik N dalam
CN
Kotoran manusia 6
5,9-10 Kotoran sapi
1,7 16,6-25
Kotoran babi 3,8
6,2-12,5 Kotoran ayam
6,3 5-7,1
Kotoran kuda 2,3
25 Kotoran domba
3,8 33
Jerami 4 12,5-25 Lucemes 2,8
16,6 Alga 1,9 100
Gandum 1,1 50
Serbuk jerami 0,5
100-125
Universitas Sumatera Utara
11 Ampas tebu
0,3 140
Serbuk gergaji 0,1
200-500 Kol 3,6 12,5
Tomat 3,3 12,5 Mustard Runch
1,5 25
Kulit kentang 1,5
25 Sekam 0,6 67
Bonggol jagung 0,8
50 Daun yang gugur
1 50
Batang kedelai 1,3
33 Kacang toge
0,6 20
Sumber : Kaltwasser, 1980 Penggunaan limbah sebagai bahan baku biogas memerlukan metode pengumpulan,
penyiapan, penanganan dan penyimpanan yang memadai. Pemilihan metode didasarkan pada sifat dan jumlah bahan baku yang bervariasi. Sifat alami bahan baku
adalah padatan, semipadatan atau cairan. Sejalan dengan itu sistem penanganannya harus sesuai dengan kondisi setempat.
2.3.2 Proses anaerob
Proses penguaraian oleh mikroorganisme untuk menguraikan bahan-bahan organik terjadi secara anaerob. Pada prinsipnya proses anaerob adalah proses biologi yang
berlangsung pada kondisi tanpa oksigen oleh mikrooeganisme tertentu yang mampu mengubah senyawa organik menjadi metana biogas. Proses ini banyak
Universitas Sumatera Utara
12 dikembangkan untuk mengolah kotoran hewan dan manusia atau air limbah yang
kandungan bahan organiknya tinggi. Sisa pengolahan bahan organik dalam bentuk padat digunakan untuk kompos. Berikut ini adalah proses pengolahan bahan organik
menjadi biogas dengan proses anaerobik.
Gambar 2.2 Instalasi sistem produksi dan pemanfaatan biogas Nemerow,1978. Secara umum, proses anaerob terdiri dari empat tahap yakni : hidrolisis,
pembentukan asam, pembentukan asetat dan pembentukan metana. Proses anaerob dikendalikan oleh dua golongan mikroorganisme hidrolitik dan metanogen. Bakteri
hidrolitik terdapat dalam jumlah yang besar dalam kotoran unggas karena reproduksinya sangat cepat. Organisme ini memecah senyawa organik kompleks
menjadi senyawa yang lebih sederhana. Senyawa sederhana diuraikan oleh bakteri penghasil asam acid-forming bacteria menjadi asam lemak dengan berat molekul
rendah seperti asam asetat dan asam butirat. Selanjutnya bakteri metanogenik mengubah asam-asam tersebut menjadi metana.
panas
tenaga
Unit proses metana
Tangki penyimpanan
sisa
Proses mengkontrol dan memantau digester.
Tempat pengolahan secara aerasi.
pupuk kompos
Universitas Sumatera Utara
13 Rangkaian reaksi enzimatis berbagai senyawa organik misalnya pengurai
karbohidrat, lemak, protein dapat dilihat berdasarkan reaksi berikut ini Nemerow, 1978 :
Penguraian karbohidrat : C
6
H
10
O
6 x
+
x
H
2
O C
6
H
12
O
6
C
6
H
12
O
6
2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
2CH
3
CH
2
OH 2CH
3
COOH + CH
4
CH
3
COOH CH
4
+ CO
2
Penguraian lemak :
Alfa oksidasi asam : 2RCH
2
CH
2
COOH + CO
2
+ 2 HOH 4RCOOH + CO
2
Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas mikroorganisme anaerob antara lain : 1. Temperatur
Gabungan bakteri anaerob bekerja dibawah tiga kelompok temperatur utama. Temperatur kriofilik yakni kurang dari 20
C, mesofilik berlangsung pada temperatur 20-45
C optimum pada 30-45 C dan termofilik terjadi pada
temperatur 40-80 C optimum pada 55-75
C. Kondisi optimum merupakan kondisi dimana laju pertumbuhan mencapai maksimum sehingga laju
penguaraian senyawa organik juga akan mencapai maksimum. Produksi
Universitas Sumatera Utara
14 biogas akan menurun secara cepat akibat perubahan temperatur yang
mendadak didalam instalasi pengolahan biogas Simamora dkk,2006 2. pH
Pada dekomposisi anaerob faktor pH sangat berperan, karena pada rentang pH yang tidak sesuai mikorba tidak dapat tumbuh dengan maksimum dan
bahkan dapat menyebabkan kematian yang pada akhirnya dapat menghambat perolehan gas metana. Derajat keasaman yang optimum bagi
kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8 Simamora dkk, 2006. 3. Nutrisi
Mikroorganisme membutuhkan beberapa vitamin essensial dan asam amino. Zat tersebut dapat disuplai kemedia kultur dengan memberikan nutrisi
tertentu untuk pertumbuhan dan metabolismenya. Berdasarkan nilai COD, perbandingan COD: N : P adalah 400: 7: 1 dan 1000: 7: 1 dikatakan sebagai
kebutuhan untuk substrat tinggi dan rendah. Selain itu juga dibutuhkan mikronutrien untuk meningkatkan aktivitas mikroorganisme misalnya besi,
magnesium, kalsium, natrium, barium, selenium, kobalt dan lain-lain Malina, 1992.
4. Ion kuat dan Salinitas Salinitas kandungan garam NaCL 0,2 M dilaporkan memiliki pengaruh
yang minimal terhadap populasi metanogenik, namun salinitas yang lebih besar dapat bersifat inhibitor. Tabel 2.4 menyajikan pengaruh beberapa ion
logam ringan pada proses anaerob.
Universitas Sumatera Utara
15 Tabel 2.3. Konsentrasi Kation ringan Stimulatory
Konsentrasi dalam mgl Kation
Stimulatory Moderately inhibitor
Strongly inhibitor
Natrium Na 100-200
3500-5500 8000
Kalium K 200-400
2500-4500 12000
Kalsium Ca 100-200
2500-4500 8000
Magnesium Mg 75-150
1000-1500 3000
Sumber : Grady dan Henry, 1980 5. Keracunan dan hambatan
Keracunan toxicity dan hambatan inhibition proses anaerob dapat disebabkan oleh berbagai hal misalnya produk antar asam lemak lebih
mudah menguap volatile yang dapat mempengaruhi pH. Pertumbuhan mikroba metanogenik terbatas jika jumlah asam lemaknya berlebihan.
Amonia, hidrogen sulfida dan asam lemak volatil berasal dari reduksi sulfat dan nitrat oleh bakteri yang juga dapat membentuk asam lemah dan basa
le,ah pada sistem penyangga buffer. Zat- zat penghambat lain terhadap aktivitas mikoorganisme pada proses anaerob diantaranya kandungan logam
berat sianida. 6. Faktor konsentrasi padatan.
Konsentrasi ideal padatan untuk memproduksi biogas adalah 7-9 kandungan kering. Kondisi ini dapat membuat proses digester anaerob
Universitas Sumatera Utara
16 berjalan dengan baik. Berikut ini nilai dalam kandungan kering Total Solid,
TS beberapa bahan baku biogas. Tabel 2.4. Nilai Dalam Kandungan Kering Bahan Baku Biogas.
Bahan baku Kandungan kering
Kotoran manusia 11
Sapi 18 Babi 11
Ayam 25 Sumber : Peter John Maynell, 1981.
2.4. Sistem Produksi Biogas
Kategori