ENERGI LISTRIK DARI BIOGAS YANG BERASAL
TUGAS AUDIT ENERGI
Nama
: Lili Awaliyah Darajat
Kelas
: 3A-TKPB
NIM
: 141424019
ENERGI LISTRIK DARI BIOGAS YANG BERASAL
DARI KOTORAN SAPI
A. Biogas
Biogas merupakan bahan bakar gas (biofuel) dan bahan bakar yang dapat
diperbaharui (renewable fuel) yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau fermentasi
anaerob dari bahan organik dengan bantuan bakteri metana seperti Methanobacterium sp.
Bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas yaitu bahan
biodegradable seperti biomassa (bahan organik bukan fosil), kotoran, sampah padat hasil
aktivitas perkotaan dan lain-lain. Akan tetapi, biogas biasanya dibuat dari kotoran ternak
seperti sapi, kerbau, kambing, kuda, dan lain-lain. Kandungan utama biogas adalah gas
metana (CH4) dengan konsentrasi sebesar 50-80 vol. Gas dalam biogas yang dapat
berperan sebagai bahan bakar yaitu gas metana (CH4), gas Hidrogen (H2), dan gas
Karbon monoksida (CO).
Metana (CH4) adalah komponen penting dan utama dari biogas karena merupakan
bahan bakar yang berguna dan memiliki nilai kalor yang cukup tinggi, mempunyai sifat
tidak berbau dan tidak berwarna. Jika gas yang dihasilkan dari proses fermentasi
anaerobik ini dapat terbakar, berarti mengandung sedikitnya 45% gas methan. Untuk gas
murni (100%) mempunyai nilai kalor 8900kkal/m3. Nilai kalor yang tinggi, biogas dapat
digunakan untuk keperluan memasak, penerangan dana sumber pada penggerak mula
(prime mover).
No
1
2
3
4
5
6
Tabel 1.1. Tabel komposisi utama pada biogas
Nama Gas
Rumus Kimia
Jumlah (%)
Methan
CH4
60-70
Karbon Diokasida
CO2
30-40
Nitrogen
N2
3
Hidrogen
H2
1-10
Oksigen
O2
3
Hidrogen Sulfida
H2S
5
Sumber : Meynel, 1976
B. Bahan Penghasil Biogas
Kotoran hewan lebih sering dipilih sebagai bahan pembuat biogas karena
ketersediaannya yang sangat besar diseluruh dunia.Bahan ini memiliki keseimbangan
nutrisi, mudah diencerkan dan relatif dapat diproses secara biologi.Kisaran pemrosesan
secara biologi antara 28-70% dari bahan organik tergantung dari pakannya. Selain itu
kotoran segar lebih mudah diproses dibandingkan dengan kotoran yang lama dan atau
yang telah dikeringkan, disebabkan karena hilangnya substrat volatile solid selama
pengeringan.
Pada umunya komposisi kotoran sapi memiliki karateristik yang dapat dilihat
pada Tabel 2.
Tabel 2.2 Karateristik kotoran sapi
No
Komponen
1
Total padatan
2
Total padatan volatile (mudah menguap)
3
Total Kjedhal nirogen
4
Selulosa
5
Lignin
6
C.
Massa (%)
Hemilulosa
Sumber : Kumbahan dan industri (1979)
3-6
80-90
2-4
15-20
5-10
20-25
Proses Pembentukan Biogas
Proses pembentukan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses terbentuknya
gas metana dalam kondisi anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas
Metana (CH4) dan gas Karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas
Hidrogen (H2), gas Nitrogen (N2), dan gas Hidrogen Sulfida (H2S). Proses fermentasi
memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum
350C dan pH optimum pada range 6,4-7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan
yaitu bakteri anaerob seperti Methanobacterium,Methanobacillus,Methanococcus dan
Methanosarcina.
Reaksi kimia pembentukan biogas (gasmetan) ada 3 tahap, yaitu :
1) Reaksi Hidrolisis/Tahap Pelarutan: Pada tahap ini bahan yang tidak larut seperti
selulosa, polisakarida, dan lemak diubah menjadi bahan yang larut dalam air
seperti karbonhidrat dan
asam lemak.Tahap pelarutan berlangsung pada suhu 250C di digester.
2) ReaksiAsidogenik/Tahap Pengasaman: Pada tahap ini, bakteri asam
menghasilkan asam asetat dalam suasan anaerob.Tahap ini berlangsung pada
suhu 250C di digester.
3) Reaksi Metagonik/Tahap Gasifikasi: Pada tahap ini, bakteri metana membentuk
gas metana secara perlahan secara anaerob. Proses
ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu 250C di dalam digester. Pada proses
ini akan dihasilkan 70% CH4, 30% CO2, sedikit H2 dan H2S.
D. Pengolahan Digester
Cara Pengoperasian Unit Pengolahan (Digester) Biogas seperti terjabar dalam Seri
Bioenergi Pedesaan Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian Direkrot Jenderal Pengolahan
dan Pemasaran Hasil Pertanian Departemen Pertanian tahun 2009, sebagai berikut :
1) Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 2 (bahan biogas).
2) Masukkan bahan biogas ke dalam digester melalui lubang pengisian (inlet) hingga
bahan yang dimasukkan ke digester ada sedikit yang keluar melalui lubang
pengeluaran (outlet), selanjutnya akan berlangsung proses produksi biogas di dalam
digester.
3) Setelah kurang lebih 8 hari biogas yang terbentuk di dalam digester sudah cukup
banyak. Pada sistem pengolahan biogas yang menggunakan bahan plastik,
penampung biogas akan terlihat mengembung dan mengeras karena adanya biogas
yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar, kompor biogas
dapat dioperasikan,
Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak
kira-kira 10% dari volume digester. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge
secara otomatis akan keluar dari lubang pengeluaran (outlet) setiap kali dilakukan
pengisian bahan biogas. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat
sebagai pupuk kandang/pupuk organik, baik dalam keadaan basah maupun kering.
E. Digester Biogas
Untuk menghasilkan biogas, dibutuhkan pembangkit biogas yangdisebut digester.
Pada digester terjadi proses penguraian material organik yangterjadi secara anaerob
(tanpa oksigen). Reaktor biogas dapat diklasifikasikan berdasarkan susunan konstruksi
penampung gas yaitu :
1) Kombinasi reactor / penampung gas :fixeddome dan fleksible bag.
2) Penampung gas terapung terdiri dari : tanpa sekat air dan dengan sekat air.
3) Penampung gas terpisah.
Gambar 5.1 Macam-macam digester
F. Komponen Utama Biodigester
Komponen utama pada digester sangat bervariasi, tergantung pada jenis digester
yang digunakan. Tetapi secara umunya biodigester terdiri dari komponen-komponen
utama sebagai berikut:
1. Saluran masuk slurry (kotoran segar).
2. Ruang digestion / ruang rermentasi.
3. Saluran keluar residu (sludge).
4. Tangki penyimpan gas.
G. Komponen Pendukung Digester
Selain empat komponen utama tersebut di atas, pada sebuah digester perlu
ditambahkan beberapa komponen pendukung untuk menghasilkan biogas dalam jumlah
banyak dan aman. Beberapa komponen pendukung adalah :
1)
Katup pengaman tekanan (control valve).
2) Sistem pengaduk.
3) Saluran gas.
H. Perancangan Digester
Dari potensi yang ada dan memungkinkan untuk dirancang sutu digester untuk
menghasilkan biogas. Perancangan digester dengan pertimbangan beberapa aspek
yaitu:
1. Temperature.
2. Derajat Keasaman (pH).
3. Rasio C/N bahan isian.
4. Kebutuhan Nutrisi.
5. Kadar Bahan Kering.
6. Pengadukan.
7. Zat Racun (Toxic).
8. Pengaruh Stater.
I. Konversi Energi Biogas dan Ketenagalisrikkan
Diketahui bahwa seekor sapi dengan bobot 450Kg dapat menghasilkan limbah
berupa feases dan urine kurang lebih 25Kg/hari.Jumlah sapi yang dimiliki tiap peternak
rata-rata 13 ekor.Jadi, apabila penelitian fokus kepada satu peternak, maka kotoran sapi
yang dihasilkan adalah 13 x 25 = 325 kg/hari/peternak.
Tabel 9.1. Populasi sapi yang ada di suatu kawasan peternakan sapi
No
1
Jenis Sapi
Pedet Betina
2
Pedet Jantan
18
3
Dara
34
4
Jantan Muda
10
5
Laktasi
184
6
Kering Kandang
26
7
Jantan Dewasa
23
Total
Jumlah (Ekor)
30
325
Untuk mengetahui proses konversi kotoran sapi menjadi biogas dapat dilihat dari
tabel berikut yang didapatkan dari Balai Besar Pengembangan Mekanisme Pertanian
Badan Litbang Pertanian, Departemen Pertanian.
Tabel 9.2 Kandungan Bahan Kering dan Volume Gas yang Dihasilkan Tiap Jenis Kotoran.
Banyak
Kandungan
Bahan yang
Tinja
Bahan
Dihasilkan
(kg/hari)
Kering-BK
(m³/kg.BK)
1
Gajah
30
18
0.018-0.025
2
Sapi
25-30
20
0.023-0.040
3
Kambing
1.13
26
0.040-0.059
4
Ayam
0.18
28
0.065-0.116
5
Itik
0.34
48
0.065-0.116
6
Babi
7
9
0.040-0.059
7
Domba
0.25-0.4
23
0.020-0.028
Sumber:Balai Besar Pengembangan Mekanisme Pertanian Badan Litbang Pertanian,Departemen
Pertanian, 2008
No
Jenis
Dari tabel di tersebut dapat diketahui jumlah potensi biogas yang dapat dihasilkan oleh
limbah kotoran sapi yang berada di kandang peternakan melalui perhitungan sebagai
berikut:
Jumlah sapi di peternakan yang berjumlah 13 ekor, dimana tiap ekor
menghasilkan 25 kg/hari. Maka, produksi kotoran sapi perhari: 13 x 25 =
325 kg/hari.
2. Kandungan bahan kering (BK) untuk kotoran sapi adalah 20%, maka
kandungan bahan kering total adalah: 325 x 0.20 = 65 kg-BK.
3. Sehingga, potensi biogas dari kotoran sapi adalah sebesar: 65 x 0.04 = 2.6
m3/hari.
1.
Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, untuk mengetahui konversi biogas
menjadi energi lain, dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 9.3 Tabel konversi biogas menjadi energi lain
No
Penggunaan
1
Penerangan
Lampu 60-100 Watt selama 6 jam
2
Memasak
Memasak 3 jenis makanan untuk 5-6 orang
3
Tenaga
Menjalankan motor 1 hp selama 2 jam
Listrik
4.7 Kwh energi listrik
4
Energi 1 m³ biogas
(Sumber : Suriawiria, Menuai Biogas dari Limbah , Departemen Pertanian, 2005)
Dengan demikian potensi energi listrik yang dihasilkan dari limbah kotoran sapi
dari satu peternakan yang memiliki 13 ekor sapi adalah sebagai berikut:
2.6 m3 x 4.7 kWh = 12.22 Kwh/hari,
= 0.509 kW
Dengan kapasitas 12.22 kWh/hari maka biogas dari kotoran sapi dapat dimanfaatkan
sebagai sumber energi terbarukan milik satu peternak 13 ekor sapi perah.
J. Generator Biogas
Gambar 10.1 Generator Biogas
Adapun spesifikasi generator biogas yang digunakan adalah sebagai berikut:
Tabel 10.1 Spesifikasi generator biogas yang direncanakan
Single
Cylinder
4-Stroke
Features
OHV
Forced Air-cooled
Single Phase Ac Synchronization with
Brush
Altenator
AC Voltage
230V
AC Output /
Max
Running Power : 1200 Watt
Peak Power
Frequency
Starting
System
Fuel
Fuel Capacity
Weight
Other
: 1300 Watt
50 / 60 Hz
Recoil Start / Electric Start
Biogas
0.55 Liter
65 Kg
Min. Fuel Consumption : 1.46 m³/hour
Dengan asumsi generator biogas akan dioperasikan selama 24 jam sehari, maka
energy keluaran dari pembangkit listrik tenaga biogas ini adalah:
·
Energi
= Daya x waktu (t)
= 1200 watt x 24 jam
= 28.800 Wh
Kemampuan digester dengan daya 0.509 kW = 509 Watt digester tersebut mampu
untuk generator yang mempunyai kemampuan 1200 Watt. Bila menggunakan mesin
generator dengan kapasitas 1200 Watt dengan kemampuan 509 Watt digester dapat
menampung gas metan selama =
= 0.424 hari. Jadi penampung gas dapat
menampung gas metan selama 0.424 hari.
Adapun biogas yang dibutuhkan untuk menyalakan genset selama 24 jam
berdasarkan minimal konsumsi biogas yang tertera pada spesifikasi genset (1.46 m3/hour)
adalah = 24 jam x 1.46 m3/hour = 35.04 m3/hari.
Sementara itu biogas yang dihasilkan 13 ekor sapi adalah 2.6 m3 dalam 24 jam.
Jadi proses pembentukan biogas untuk menghasilkan sumber penggerak generator
minimal 35.04 m3 pemakaian 24 jam diperlukan waktu
selama :
= 13.47 hari.
Lamanya generator set (genset) beroperasi untuk volume biogas 2.6 m3 dapat
ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut :
=
= 1.78 hari
K. Perancangan Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Pada gambar di bawah ini, dapat dilihat layout rancangan sederhana dari instalasi
pembangkit listrik biogas yang akan digunakan.
Gambar 11.1 Layout Rancangan Sederhana Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Penjelasan singkat dari rancangan instalasi tersebut adalah:
1. Kotoran ternak dialirkan menuju Reaktor (Digester) melalui saluran masuk (inlet).
2. Sebelum masuk digester, kotoran ternak dicampur dengan air dengan perbandingan
1:2 dengan menggunakan pengaduk mekanis.
3. Kemudian gas yang dihasilkan dari campuran kotoran dan air dialirkan menuju
penampung gas, dengan diatur oleh valve pengatur tekanan.
4. Penampung gas dibuat lebih dari satu agar biogas yang dihasilkan bisa digunakan
untuk lebih dari satu fungsi.
5. Biogas dari penampung gas biasa digunakan untuk menyalakan lampu petromaks,
kompor gas, dan generator biogas untuk kemudian menyalakan peralatan listrik.
6. Zat sisa proses Digesterisasi dapat digunakan langsung sebagai pupuk kandang
atau diolah menjadi pupuk urea kemasan yang siap dijual.
L. Komponen-komponen listrik tenaga biogas antara lain :
1) Saluran Masuk Slurry (Kotoran Segar dan Air ):
Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurrysebagai bahan utama ke dalam
reactor (digester).
2) Sistem Pengaduk : Sistem pengadukan yang paling mungkin dilakukan agar
kotoran segar danair tercampur secara sempurna adalah dengan pengadukan
mekanis.
3)
Reaktor (Digester) : Reaktor yang digunakan untuk pembangkitan biogas
menggunakan tipe kubah (fixed dome) dikarenakan model ini merupakan model
yang paling popular di Indonesia, dimana instalasi digester dibuat di dalam tanah
dengan konstruksi permanen. Selain menghemat tempat/lahan, pembuatan digester
di dalam tanah juga berguna mempertahankan suhu digester stabil dan mendukung
pertumbuhan bakteri menthanogen, tekanan yang dihasilkan lebih stabil, dan
mempunyai harga yang relatif lebih murah dan umurnya cukup panjang.
4)
Saluran Keluaran Residu : Saluran ini digunakan untuk mengeluarkan kotoranyang
telah difermentasi oleh bakteri. Saluran ini bekerja berdasarkan prinsip
kesetimbangan tekanan hidrostatik. Residu yang keluar pertama kalimerupakan
slurry masukan yang pertama setelahwaktu retensi. Sesuai penjelasan sebelumnya,
sisa pengolahan kotoran ini masih bisa digunakan sebagai pupuk kompos yang
baik bagi tanaman karena terjadi penurunan COD sehingga kotoran mengandung
lebih sedikit bakteri patogen sehingga aman untuk pemupukan sayuran atau
buah,terutama untuk konsumsi segar.
5)
Katup Pengaman Tekanan (Control Valve) : Katup pengaman ini digunakan
sebagai pengatur tekanan gas dalam biodigester. Katup pengaman ini
menggunakan prinsip pipa T, bila tekanan gas dalam saluran gas lebih tinggi dari
kolom air, maka gas akan keluar melalui pipa T, sehingga tekanan dalam
biodigester akan turun.
6)
Saluran Gas : Saluran gas ini disarankan terbuat dari polimer untuk menghindari
korosi.
7)
Penampungan Gas : Penampung gas adalah sebuah ruang kedap udara yang
digunakan sebagai tempat penyimpanan biogas yang telah dihasilkan oleh proses
biodigester sebelum disalurkan ke kompor atau genset biogas.
8)
Generator (Genset) Biogas : Generator biogas yang akan digunakan adalah
generator dengan daya keluaran 1.2 kW sesuai dengan potensi biogas yang bisa
mencapai 12.22 kWh/hari atau 0.509 kiloWatt perjamnya.
M. Aspek Ekonomi Pembangkit Biogas
Aspek ekonomi dari pembangkit yang dibahas terdiri dari :
1. Biaya investasi.
2. Biaya operasi dan perawatan (O&M cost).
3. Harga jual listrik.
1. Biaya Investasi
Biaya investasi adalah biaya yang dikeluarkan pada awal usaha untuk memenuhi
kebutuhan saran dan prasarana yang dibutuhkan untuk mewujudkan suatu proyek.Pada
pembuatan proyek instalasi biogas, biaya investasi dikeluarkan pada awal proyek secara
keseluruhan.Umur ekonomis dari instalasi biogas adalah 15 tahun.Hal ini dapat dilihat
dari kondisi bangunan serta peralatan yang dipakai yang diperkirakan dengan perawatan
dapat bertahan selama 15 tahun.
Tabel 12.1 Perkiraan biaya investasi sebuah pembangkit biogas
2. Biaya Operasi dan Perawatan (O&M cost)
Biaya operasi dan pemeliharaan biasanya terdiri dari biaya tenaga kerja dan biaya
pemeliharaan, antara lain :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Akusisi (pembelian, pengumpulan, dan transfortasi) dari kotoran sapi.
Pasokan air untuk membersihkan dan pencampuran substrat.
Pengawasan, pemeliharaan, dan perbaikan digester.
Penyimpanan dan pembuangan lumpur tersebut.
Distribusi gas dan pemanfaatannya.
Administrasi.
Tabel 12.2 Perkiraan biaya pemeliharaan sebuah pembangkit biogas
3. Harga Jual Listrik Pertahun
Energi yang dhasilkan apabila generator
beroperasi dengan daya 1200 watt. Daya = 1200 watt
Dengan waktu 24 jam energi adalah
Energi = Daya x Waktu (t)
Energi = 1200 watt x 24 jam
= 28.800 watt/hari
Jadi energi yang dihasilkan generator dengan daya 1200 watt yang beroperasi
selama 24 adalah 28.800 watt/hari.
Sesuai dengan Peraturan Menteri ESDM Nomor 27 tahun 2014 harga jual Biogas
sebesar Rp. 1.050 /Kwh.
Sesuai dengan Peraturan Menteri ESDM Nomor 27 tahun 2014 harga jual Biogas sebesar
Rp. 1.050 /Kwh.
Pemasangan instalasi biogas ini dimaksimalkan untuk 3 rumah, dengan masingmasing rumah menggunakan daya yang berbeda-beda dalam 1 bulan, yaitu :
1. 142 kWh.
2. 134 kWh.
3. 140 kWh.
Jadi total pemakaian listrik untuk 3 rumah dalam 1 bulan adalah 422 kWh.
Pemakaian listrik dalam 1 hari yaitu
= 14.06 kWh/hari
Untuk pemakaian biogas dilakukan selama 16 jam
= 0.878 kW
0.878 kW = 878 Watt/hari
Daya yang terpasang pada rangkaian 1 rumah yaitu 878 watt/hari
Pemakaian listrik dalam 1 tahun adalah 422 x 12 = 5.064 kWh/th.
Harga Jual
=
Harga Jual
=
Harga Jual
= Rp. 1.757,50
Jadi harga jual Listrik dalam 1 tahun dengan menggunakan PLTBG (Pembangkit
Listrk Tenaga Biogas) di daerah Peternakan Sapi Perah dan Penggemukan “Sumber
Makmur”. Kecamatan Tanah Sereal, Kelurahan Kebon Pedes, Kota Bogor adalah Rp.
1.757,50.
KESIMPULAN
Melalui proses digestifikasi anaerobik, kotoran ternak sapi di satu kawasan
peternakan sapi dapat dimanfaatkan menjadi energi primer untuk pembangkit listrik
tenaga biogas. Dengan rata-rata produksi kotoran sapi 325 kg/hari menghasilkan produksi
biogas sebesar 12.22 kWh/hari potensi tersebut menghasilkan daya keluaran sebesar
0.509 kW.
Dari hasil penelitian diatas didapatkan beberapa kesimpulan mengenai
pemanfaatan kotoran sapi di suatu kawasan peternak sapi antara lain :
1. Dengan potensi ternak 13 ekor sapi menghasilkan energi listrik 0.509 kW.
2. Dengan daya sebesar 0.509 kW = 509 Watt digester mampu untuk generator yang
mempunyai kapasitas 1200 Watt, dengan kemampuan digester menampung gas
metan selama 4.2 hari.
3. Dengan harga jual listrik Rp.1.757,50/kWh.
DAFTAR PUSTAKA
Priyadi, Fahad & Subiyanta, Erfan.2016.Studi Potensi Biogas dari Kotoran Ternak Sapi
sebagai Energi Alternatif untuk Penerangan.Universitas 7 Agustus 1945, Cirebon.
Nama
: Lili Awaliyah Darajat
Kelas
: 3A-TKPB
NIM
: 141424019
ENERGI LISTRIK DARI BIOGAS YANG BERASAL
DARI KOTORAN SAPI
A. Biogas
Biogas merupakan bahan bakar gas (biofuel) dan bahan bakar yang dapat
diperbaharui (renewable fuel) yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau fermentasi
anaerob dari bahan organik dengan bantuan bakteri metana seperti Methanobacterium sp.
Bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas yaitu bahan
biodegradable seperti biomassa (bahan organik bukan fosil), kotoran, sampah padat hasil
aktivitas perkotaan dan lain-lain. Akan tetapi, biogas biasanya dibuat dari kotoran ternak
seperti sapi, kerbau, kambing, kuda, dan lain-lain. Kandungan utama biogas adalah gas
metana (CH4) dengan konsentrasi sebesar 50-80 vol. Gas dalam biogas yang dapat
berperan sebagai bahan bakar yaitu gas metana (CH4), gas Hidrogen (H2), dan gas
Karbon monoksida (CO).
Metana (CH4) adalah komponen penting dan utama dari biogas karena merupakan
bahan bakar yang berguna dan memiliki nilai kalor yang cukup tinggi, mempunyai sifat
tidak berbau dan tidak berwarna. Jika gas yang dihasilkan dari proses fermentasi
anaerobik ini dapat terbakar, berarti mengandung sedikitnya 45% gas methan. Untuk gas
murni (100%) mempunyai nilai kalor 8900kkal/m3. Nilai kalor yang tinggi, biogas dapat
digunakan untuk keperluan memasak, penerangan dana sumber pada penggerak mula
(prime mover).
No
1
2
3
4
5
6
Tabel 1.1. Tabel komposisi utama pada biogas
Nama Gas
Rumus Kimia
Jumlah (%)
Methan
CH4
60-70
Karbon Diokasida
CO2
30-40
Nitrogen
N2
3
Hidrogen
H2
1-10
Oksigen
O2
3
Hidrogen Sulfida
H2S
5
Sumber : Meynel, 1976
B. Bahan Penghasil Biogas
Kotoran hewan lebih sering dipilih sebagai bahan pembuat biogas karena
ketersediaannya yang sangat besar diseluruh dunia.Bahan ini memiliki keseimbangan
nutrisi, mudah diencerkan dan relatif dapat diproses secara biologi.Kisaran pemrosesan
secara biologi antara 28-70% dari bahan organik tergantung dari pakannya. Selain itu
kotoran segar lebih mudah diproses dibandingkan dengan kotoran yang lama dan atau
yang telah dikeringkan, disebabkan karena hilangnya substrat volatile solid selama
pengeringan.
Pada umunya komposisi kotoran sapi memiliki karateristik yang dapat dilihat
pada Tabel 2.
Tabel 2.2 Karateristik kotoran sapi
No
Komponen
1
Total padatan
2
Total padatan volatile (mudah menguap)
3
Total Kjedhal nirogen
4
Selulosa
5
Lignin
6
C.
Massa (%)
Hemilulosa
Sumber : Kumbahan dan industri (1979)
3-6
80-90
2-4
15-20
5-10
20-25
Proses Pembentukan Biogas
Proses pembentukan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses terbentuknya
gas metana dalam kondisi anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas
Metana (CH4) dan gas Karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas
Hidrogen (H2), gas Nitrogen (N2), dan gas Hidrogen Sulfida (H2S). Proses fermentasi
memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum
350C dan pH optimum pada range 6,4-7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan
yaitu bakteri anaerob seperti Methanobacterium,Methanobacillus,Methanococcus dan
Methanosarcina.
Reaksi kimia pembentukan biogas (gasmetan) ada 3 tahap, yaitu :
1) Reaksi Hidrolisis/Tahap Pelarutan: Pada tahap ini bahan yang tidak larut seperti
selulosa, polisakarida, dan lemak diubah menjadi bahan yang larut dalam air
seperti karbonhidrat dan
asam lemak.Tahap pelarutan berlangsung pada suhu 250C di digester.
2) ReaksiAsidogenik/Tahap Pengasaman: Pada tahap ini, bakteri asam
menghasilkan asam asetat dalam suasan anaerob.Tahap ini berlangsung pada
suhu 250C di digester.
3) Reaksi Metagonik/Tahap Gasifikasi: Pada tahap ini, bakteri metana membentuk
gas metana secara perlahan secara anaerob. Proses
ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu 250C di dalam digester. Pada proses
ini akan dihasilkan 70% CH4, 30% CO2, sedikit H2 dan H2S.
D. Pengolahan Digester
Cara Pengoperasian Unit Pengolahan (Digester) Biogas seperti terjabar dalam Seri
Bioenergi Pedesaan Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian Direkrot Jenderal Pengolahan
dan Pemasaran Hasil Pertanian Departemen Pertanian tahun 2009, sebagai berikut :
1) Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 2 (bahan biogas).
2) Masukkan bahan biogas ke dalam digester melalui lubang pengisian (inlet) hingga
bahan yang dimasukkan ke digester ada sedikit yang keluar melalui lubang
pengeluaran (outlet), selanjutnya akan berlangsung proses produksi biogas di dalam
digester.
3) Setelah kurang lebih 8 hari biogas yang terbentuk di dalam digester sudah cukup
banyak. Pada sistem pengolahan biogas yang menggunakan bahan plastik,
penampung biogas akan terlihat mengembung dan mengeras karena adanya biogas
yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar, kompor biogas
dapat dioperasikan,
Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak
kira-kira 10% dari volume digester. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge
secara otomatis akan keluar dari lubang pengeluaran (outlet) setiap kali dilakukan
pengisian bahan biogas. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat
sebagai pupuk kandang/pupuk organik, baik dalam keadaan basah maupun kering.
E. Digester Biogas
Untuk menghasilkan biogas, dibutuhkan pembangkit biogas yangdisebut digester.
Pada digester terjadi proses penguraian material organik yangterjadi secara anaerob
(tanpa oksigen). Reaktor biogas dapat diklasifikasikan berdasarkan susunan konstruksi
penampung gas yaitu :
1) Kombinasi reactor / penampung gas :fixeddome dan fleksible bag.
2) Penampung gas terapung terdiri dari : tanpa sekat air dan dengan sekat air.
3) Penampung gas terpisah.
Gambar 5.1 Macam-macam digester
F. Komponen Utama Biodigester
Komponen utama pada digester sangat bervariasi, tergantung pada jenis digester
yang digunakan. Tetapi secara umunya biodigester terdiri dari komponen-komponen
utama sebagai berikut:
1. Saluran masuk slurry (kotoran segar).
2. Ruang digestion / ruang rermentasi.
3. Saluran keluar residu (sludge).
4. Tangki penyimpan gas.
G. Komponen Pendukung Digester
Selain empat komponen utama tersebut di atas, pada sebuah digester perlu
ditambahkan beberapa komponen pendukung untuk menghasilkan biogas dalam jumlah
banyak dan aman. Beberapa komponen pendukung adalah :
1)
Katup pengaman tekanan (control valve).
2) Sistem pengaduk.
3) Saluran gas.
H. Perancangan Digester
Dari potensi yang ada dan memungkinkan untuk dirancang sutu digester untuk
menghasilkan biogas. Perancangan digester dengan pertimbangan beberapa aspek
yaitu:
1. Temperature.
2. Derajat Keasaman (pH).
3. Rasio C/N bahan isian.
4. Kebutuhan Nutrisi.
5. Kadar Bahan Kering.
6. Pengadukan.
7. Zat Racun (Toxic).
8. Pengaruh Stater.
I. Konversi Energi Biogas dan Ketenagalisrikkan
Diketahui bahwa seekor sapi dengan bobot 450Kg dapat menghasilkan limbah
berupa feases dan urine kurang lebih 25Kg/hari.Jumlah sapi yang dimiliki tiap peternak
rata-rata 13 ekor.Jadi, apabila penelitian fokus kepada satu peternak, maka kotoran sapi
yang dihasilkan adalah 13 x 25 = 325 kg/hari/peternak.
Tabel 9.1. Populasi sapi yang ada di suatu kawasan peternakan sapi
No
1
Jenis Sapi
Pedet Betina
2
Pedet Jantan
18
3
Dara
34
4
Jantan Muda
10
5
Laktasi
184
6
Kering Kandang
26
7
Jantan Dewasa
23
Total
Jumlah (Ekor)
30
325
Untuk mengetahui proses konversi kotoran sapi menjadi biogas dapat dilihat dari
tabel berikut yang didapatkan dari Balai Besar Pengembangan Mekanisme Pertanian
Badan Litbang Pertanian, Departemen Pertanian.
Tabel 9.2 Kandungan Bahan Kering dan Volume Gas yang Dihasilkan Tiap Jenis Kotoran.
Banyak
Kandungan
Bahan yang
Tinja
Bahan
Dihasilkan
(kg/hari)
Kering-BK
(m³/kg.BK)
1
Gajah
30
18
0.018-0.025
2
Sapi
25-30
20
0.023-0.040
3
Kambing
1.13
26
0.040-0.059
4
Ayam
0.18
28
0.065-0.116
5
Itik
0.34
48
0.065-0.116
6
Babi
7
9
0.040-0.059
7
Domba
0.25-0.4
23
0.020-0.028
Sumber:Balai Besar Pengembangan Mekanisme Pertanian Badan Litbang Pertanian,Departemen
Pertanian, 2008
No
Jenis
Dari tabel di tersebut dapat diketahui jumlah potensi biogas yang dapat dihasilkan oleh
limbah kotoran sapi yang berada di kandang peternakan melalui perhitungan sebagai
berikut:
Jumlah sapi di peternakan yang berjumlah 13 ekor, dimana tiap ekor
menghasilkan 25 kg/hari. Maka, produksi kotoran sapi perhari: 13 x 25 =
325 kg/hari.
2. Kandungan bahan kering (BK) untuk kotoran sapi adalah 20%, maka
kandungan bahan kering total adalah: 325 x 0.20 = 65 kg-BK.
3. Sehingga, potensi biogas dari kotoran sapi adalah sebesar: 65 x 0.04 = 2.6
m3/hari.
1.
Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, untuk mengetahui konversi biogas
menjadi energi lain, dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 9.3 Tabel konversi biogas menjadi energi lain
No
Penggunaan
1
Penerangan
Lampu 60-100 Watt selama 6 jam
2
Memasak
Memasak 3 jenis makanan untuk 5-6 orang
3
Tenaga
Menjalankan motor 1 hp selama 2 jam
Listrik
4.7 Kwh energi listrik
4
Energi 1 m³ biogas
(Sumber : Suriawiria, Menuai Biogas dari Limbah , Departemen Pertanian, 2005)
Dengan demikian potensi energi listrik yang dihasilkan dari limbah kotoran sapi
dari satu peternakan yang memiliki 13 ekor sapi adalah sebagai berikut:
2.6 m3 x 4.7 kWh = 12.22 Kwh/hari,
= 0.509 kW
Dengan kapasitas 12.22 kWh/hari maka biogas dari kotoran sapi dapat dimanfaatkan
sebagai sumber energi terbarukan milik satu peternak 13 ekor sapi perah.
J. Generator Biogas
Gambar 10.1 Generator Biogas
Adapun spesifikasi generator biogas yang digunakan adalah sebagai berikut:
Tabel 10.1 Spesifikasi generator biogas yang direncanakan
Single
Cylinder
4-Stroke
Features
OHV
Forced Air-cooled
Single Phase Ac Synchronization with
Brush
Altenator
AC Voltage
230V
AC Output /
Max
Running Power : 1200 Watt
Peak Power
Frequency
Starting
System
Fuel
Fuel Capacity
Weight
Other
: 1300 Watt
50 / 60 Hz
Recoil Start / Electric Start
Biogas
0.55 Liter
65 Kg
Min. Fuel Consumption : 1.46 m³/hour
Dengan asumsi generator biogas akan dioperasikan selama 24 jam sehari, maka
energy keluaran dari pembangkit listrik tenaga biogas ini adalah:
·
Energi
= Daya x waktu (t)
= 1200 watt x 24 jam
= 28.800 Wh
Kemampuan digester dengan daya 0.509 kW = 509 Watt digester tersebut mampu
untuk generator yang mempunyai kemampuan 1200 Watt. Bila menggunakan mesin
generator dengan kapasitas 1200 Watt dengan kemampuan 509 Watt digester dapat
menampung gas metan selama =
= 0.424 hari. Jadi penampung gas dapat
menampung gas metan selama 0.424 hari.
Adapun biogas yang dibutuhkan untuk menyalakan genset selama 24 jam
berdasarkan minimal konsumsi biogas yang tertera pada spesifikasi genset (1.46 m3/hour)
adalah = 24 jam x 1.46 m3/hour = 35.04 m3/hari.
Sementara itu biogas yang dihasilkan 13 ekor sapi adalah 2.6 m3 dalam 24 jam.
Jadi proses pembentukan biogas untuk menghasilkan sumber penggerak generator
minimal 35.04 m3 pemakaian 24 jam diperlukan waktu
selama :
= 13.47 hari.
Lamanya generator set (genset) beroperasi untuk volume biogas 2.6 m3 dapat
ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut :
=
= 1.78 hari
K. Perancangan Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Pada gambar di bawah ini, dapat dilihat layout rancangan sederhana dari instalasi
pembangkit listrik biogas yang akan digunakan.
Gambar 11.1 Layout Rancangan Sederhana Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Penjelasan singkat dari rancangan instalasi tersebut adalah:
1. Kotoran ternak dialirkan menuju Reaktor (Digester) melalui saluran masuk (inlet).
2. Sebelum masuk digester, kotoran ternak dicampur dengan air dengan perbandingan
1:2 dengan menggunakan pengaduk mekanis.
3. Kemudian gas yang dihasilkan dari campuran kotoran dan air dialirkan menuju
penampung gas, dengan diatur oleh valve pengatur tekanan.
4. Penampung gas dibuat lebih dari satu agar biogas yang dihasilkan bisa digunakan
untuk lebih dari satu fungsi.
5. Biogas dari penampung gas biasa digunakan untuk menyalakan lampu petromaks,
kompor gas, dan generator biogas untuk kemudian menyalakan peralatan listrik.
6. Zat sisa proses Digesterisasi dapat digunakan langsung sebagai pupuk kandang
atau diolah menjadi pupuk urea kemasan yang siap dijual.
L. Komponen-komponen listrik tenaga biogas antara lain :
1) Saluran Masuk Slurry (Kotoran Segar dan Air ):
Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurrysebagai bahan utama ke dalam
reactor (digester).
2) Sistem Pengaduk : Sistem pengadukan yang paling mungkin dilakukan agar
kotoran segar danair tercampur secara sempurna adalah dengan pengadukan
mekanis.
3)
Reaktor (Digester) : Reaktor yang digunakan untuk pembangkitan biogas
menggunakan tipe kubah (fixed dome) dikarenakan model ini merupakan model
yang paling popular di Indonesia, dimana instalasi digester dibuat di dalam tanah
dengan konstruksi permanen. Selain menghemat tempat/lahan, pembuatan digester
di dalam tanah juga berguna mempertahankan suhu digester stabil dan mendukung
pertumbuhan bakteri menthanogen, tekanan yang dihasilkan lebih stabil, dan
mempunyai harga yang relatif lebih murah dan umurnya cukup panjang.
4)
Saluran Keluaran Residu : Saluran ini digunakan untuk mengeluarkan kotoranyang
telah difermentasi oleh bakteri. Saluran ini bekerja berdasarkan prinsip
kesetimbangan tekanan hidrostatik. Residu yang keluar pertama kalimerupakan
slurry masukan yang pertama setelahwaktu retensi. Sesuai penjelasan sebelumnya,
sisa pengolahan kotoran ini masih bisa digunakan sebagai pupuk kompos yang
baik bagi tanaman karena terjadi penurunan COD sehingga kotoran mengandung
lebih sedikit bakteri patogen sehingga aman untuk pemupukan sayuran atau
buah,terutama untuk konsumsi segar.
5)
Katup Pengaman Tekanan (Control Valve) : Katup pengaman ini digunakan
sebagai pengatur tekanan gas dalam biodigester. Katup pengaman ini
menggunakan prinsip pipa T, bila tekanan gas dalam saluran gas lebih tinggi dari
kolom air, maka gas akan keluar melalui pipa T, sehingga tekanan dalam
biodigester akan turun.
6)
Saluran Gas : Saluran gas ini disarankan terbuat dari polimer untuk menghindari
korosi.
7)
Penampungan Gas : Penampung gas adalah sebuah ruang kedap udara yang
digunakan sebagai tempat penyimpanan biogas yang telah dihasilkan oleh proses
biodigester sebelum disalurkan ke kompor atau genset biogas.
8)
Generator (Genset) Biogas : Generator biogas yang akan digunakan adalah
generator dengan daya keluaran 1.2 kW sesuai dengan potensi biogas yang bisa
mencapai 12.22 kWh/hari atau 0.509 kiloWatt perjamnya.
M. Aspek Ekonomi Pembangkit Biogas
Aspek ekonomi dari pembangkit yang dibahas terdiri dari :
1. Biaya investasi.
2. Biaya operasi dan perawatan (O&M cost).
3. Harga jual listrik.
1. Biaya Investasi
Biaya investasi adalah biaya yang dikeluarkan pada awal usaha untuk memenuhi
kebutuhan saran dan prasarana yang dibutuhkan untuk mewujudkan suatu proyek.Pada
pembuatan proyek instalasi biogas, biaya investasi dikeluarkan pada awal proyek secara
keseluruhan.Umur ekonomis dari instalasi biogas adalah 15 tahun.Hal ini dapat dilihat
dari kondisi bangunan serta peralatan yang dipakai yang diperkirakan dengan perawatan
dapat bertahan selama 15 tahun.
Tabel 12.1 Perkiraan biaya investasi sebuah pembangkit biogas
2. Biaya Operasi dan Perawatan (O&M cost)
Biaya operasi dan pemeliharaan biasanya terdiri dari biaya tenaga kerja dan biaya
pemeliharaan, antara lain :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Akusisi (pembelian, pengumpulan, dan transfortasi) dari kotoran sapi.
Pasokan air untuk membersihkan dan pencampuran substrat.
Pengawasan, pemeliharaan, dan perbaikan digester.
Penyimpanan dan pembuangan lumpur tersebut.
Distribusi gas dan pemanfaatannya.
Administrasi.
Tabel 12.2 Perkiraan biaya pemeliharaan sebuah pembangkit biogas
3. Harga Jual Listrik Pertahun
Energi yang dhasilkan apabila generator
beroperasi dengan daya 1200 watt. Daya = 1200 watt
Dengan waktu 24 jam energi adalah
Energi = Daya x Waktu (t)
Energi = 1200 watt x 24 jam
= 28.800 watt/hari
Jadi energi yang dihasilkan generator dengan daya 1200 watt yang beroperasi
selama 24 adalah 28.800 watt/hari.
Sesuai dengan Peraturan Menteri ESDM Nomor 27 tahun 2014 harga jual Biogas
sebesar Rp. 1.050 /Kwh.
Sesuai dengan Peraturan Menteri ESDM Nomor 27 tahun 2014 harga jual Biogas sebesar
Rp. 1.050 /Kwh.
Pemasangan instalasi biogas ini dimaksimalkan untuk 3 rumah, dengan masingmasing rumah menggunakan daya yang berbeda-beda dalam 1 bulan, yaitu :
1. 142 kWh.
2. 134 kWh.
3. 140 kWh.
Jadi total pemakaian listrik untuk 3 rumah dalam 1 bulan adalah 422 kWh.
Pemakaian listrik dalam 1 hari yaitu
= 14.06 kWh/hari
Untuk pemakaian biogas dilakukan selama 16 jam
= 0.878 kW
0.878 kW = 878 Watt/hari
Daya yang terpasang pada rangkaian 1 rumah yaitu 878 watt/hari
Pemakaian listrik dalam 1 tahun adalah 422 x 12 = 5.064 kWh/th.
Harga Jual
=
Harga Jual
=
Harga Jual
= Rp. 1.757,50
Jadi harga jual Listrik dalam 1 tahun dengan menggunakan PLTBG (Pembangkit
Listrk Tenaga Biogas) di daerah Peternakan Sapi Perah dan Penggemukan “Sumber
Makmur”. Kecamatan Tanah Sereal, Kelurahan Kebon Pedes, Kota Bogor adalah Rp.
1.757,50.
KESIMPULAN
Melalui proses digestifikasi anaerobik, kotoran ternak sapi di satu kawasan
peternakan sapi dapat dimanfaatkan menjadi energi primer untuk pembangkit listrik
tenaga biogas. Dengan rata-rata produksi kotoran sapi 325 kg/hari menghasilkan produksi
biogas sebesar 12.22 kWh/hari potensi tersebut menghasilkan daya keluaran sebesar
0.509 kW.
Dari hasil penelitian diatas didapatkan beberapa kesimpulan mengenai
pemanfaatan kotoran sapi di suatu kawasan peternak sapi antara lain :
1. Dengan potensi ternak 13 ekor sapi menghasilkan energi listrik 0.509 kW.
2. Dengan daya sebesar 0.509 kW = 509 Watt digester mampu untuk generator yang
mempunyai kapasitas 1200 Watt, dengan kemampuan digester menampung gas
metan selama 4.2 hari.
3. Dengan harga jual listrik Rp.1.757,50/kWh.
DAFTAR PUSTAKA
Priyadi, Fahad & Subiyanta, Erfan.2016.Studi Potensi Biogas dari Kotoran Ternak Sapi
sebagai Energi Alternatif untuk Penerangan.Universitas 7 Agustus 1945, Cirebon.