Tahapan Metabolisme dalam Pembentukan Biogas

apabila kandungan metana di dalamnya mencapai 45 atau lebih Garcelon dan Clark, 2007.

2.2 Sejarah Biogas

Ketertarikan secara ilmiah terhadap gas yang dihasilkan dari dekomposisi alami terhadap bahan organik, tercatat pertama kali dalam sejarah yaitu pada abad ke-16. Adalah Robert Boyle dan Stephen Hale yang mengatakan bahwa gas yang dapat terbakar dihasilkan dengan memberikan gangguan semacam pengadukan terhadap sedimen sungai dan danau. Digester anaerob pertama dibangun oleh koloni penderita lepra di Bombay, India, pada tahun 1859. Pada tahun yang sama, teknologi ini dikembangkan di Exeter, Inggris, di mana septic tank digunakan untuk menghasilkan gas bagi lampu penerangan jalan. Melalui penelitian ilmiah, proses anaerob memperoleh pengakuan akademis pada tahun 1930. Sekarang ini, proses anaerob telah meluas penggunaannya, terutama untuk pengolahan limbah dan buangan yang banyak mengandung bahan organik. Contoh- contoh limbah dan buangan ini meliputi kertas limbah, rumput-rumputan, makanan basi, limbah cair dan kotoran ternak. Salah satu pengecualian adalah limbah kayu yang sangat sulit ditangani menggunakan proses anaerob karena kebanyakan bakteri anaerob tidak mampu mendegradasikan lignin kecuali xylophalgeous yang digunakan oleh pabrik etanol seluloik di Amerika Serikat. Banyak pula negara berkembang yang telah memanfaatkan sistem anaerob sebagai sumber energi murah untuk memasak dan penerangan. Sejak tahun 1975, penggunaan biogas skala rumah tangga di Cina dan India juga telah didukung program pemerintah Wikipedia 2 , 2008.

2.3 Tahapan Metabolisme dalam Pembentukan Biogas

Pada proses anaerob, bahan organik didegradasikan menjadi metana dan karbon dioksida melalui tahap-tahap berlainan yang merupakan serangkaian kegiatan metabolik dari kelompok-kelompok mikroorganisme yang berbeda Gambar 2.1. Adapun tahap- tahap ini dapat dibedakan menjadi 4 tahap utama yaitu: 1. Hidrolisis dan Asidifikasi 5 6 Universitas Sumatera Utara Mula-mula, bakteri fermentatif akan menghidrolisis substrat polimer seperti polisakarida, protein dan lemak menjadi monomer-monomer gula, asam amino dan peptida. 2. Asidogenesis Pada tahap ini, hasil hidrolisis dari tahap sebelumnya akan difermentasikan menjadi asam lemak volatil asam asetat, asam butirat dan propionat dan asam lemak rantai panjang, CO 2 , format, H 2 , NH 4 + , HS - , alkohol. 3. Asetogenesis Selanjutnya, bakteri sintropik atau bakteri asetogenik pereduksi proton, menguraikan propionat, asam lemak rantai panjang, alkohol, beberapa asam amino dan senyawa aromatik, menjadi H 2 , format dan asetat. CH 4 + CO 2 CH 4 + H 2 O BAHAN ORGANIK Karbohidrat Protein Lemak Asam nukleat Hidrolisis dan Fermentasi Dehidrogenasi Asetogenik Hidrogenasi Asetogenik Dekarboksilasi Asetat Pembentukan metana reduktif Asam lemak H 2 + CO 2 Asetat 7 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.1 Skema metabolisme yang terlibat dalam degradasi anaerob lengkap dari bahan organik menjadi metana dan karbon dioksida McInerney, 1999 Degradasi senyawa-senyawa ini membentuk H 2 biasanya dihindari, kecuali bila konsentrasi H 2 atau format, dipertahankan cukup rendah oleh bakteri pengguna H 2 seperti metanogen ataupun bakteri homoasetogenik yang mengubah H 2 dan CO 2 menjadi asetat. Karena banyaknya variasi organisme yang terlibat dalam reaksi-reaksi di atas dan kemampuan mereka untuk menjalankan tipe metabolisme yang lain seperti fermentasi atau reduksi sulfat, organisme yang terlibat pada tahap ini disebut pemetabolisme sintropik. 4. Metanogenesis Tahap terakhir melibatkan 2 kelompok metanogen yang berbeda, yakni metanogen hidrogenotropik yang menggunakan H 2 dan format dari reaksi sebelumnya untuk mereduksi CO 2 menjadi CH 4 , dan metanogen asetotropik yang menguraikan asetat menjadi CO 2 dan CH 4 McInerney, 1999, Garcelon dan Clark, 2007, Wikipedia 3 , 2008 dan Field dan Sierra, 2004. Adapun reaksi-reaksi sintropik dan metanogenik yang mungkin terlibat dalam degradasi anaerobik dirangkum dalam Tabel 2.2. Tabel 2.2 Tabel reaksi sintropik dan metanogenik pada proses anaerob Reaksi ∆G⁰ kJ per reaksi Reaksi metanogenik 4H 2 + HCO 3 - + H + CH 4 + 3H 2 O - 135,6 Asetat - + H 2 O CH 4 + HCO 3 - - 31,0 Reaksi sintropik tanpa H 2 untuk digunakan metanogen Laktat - + 2H 2 O Asetat - + HCO 3 - + H + + 2H 2 - 4,2 Etanol + H 2 O Asetat - + H + + 2H 2 + 9,6 Butirat - + 2H 2 O 2 Asetat - + H+ + 2H 2 + 48,3 Propionat - + 3H 2 O Asetat - + HCO 3 - + H + + 3H 2 + 76,1 Benzoat - + 7H 2 O 3 Asetat - + HCO 3 - + 3H + + 3H 2 + 70,6 Asetat - + 4H 2 O 2HCO 3 - + H + + 4H 2 +104,6 Reaksi sintropik dengan H 2 untuk digunakan metanogen 2 Laktat - + H 2 O 2 Asetat - + HCO 3 - + H + + CH 4 - 143,6 2 Etanol + HCO 3 - 2 Asetat - + H 2 O + H + + CH 4 - 116,4 2 Butirat - + HCO 3 - + H 2 O 4 Asetat - + H + + CH 4 - 39,4 8 Universitas Sumatera Utara 4 Propionat - + 3H 2 O 4 Asetat - + HCO 3 - + H + + 3CH 4 - 102,4 4 Benzoat - + 19H 2 O 12 Asetat - + HCO 3 - + 9H + + 3CH 4 - 124,4 McInerney, 1999

2.4 Variabel Kondisi Proses