Jumat, 13 April 2012

Energi Biogas Ilmu Alamiah Dasar

BAB I
PENDAHULUAN 

1.1 Latar Belakang. 
Kelangkaan bahan bakar minyak, yang disebabkan oleh kenaikan harga minyak dunia yang signifikan, telah mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi bersama-sama. Penghematan ini sebetulnya harus telah kita gerakkan sejak dahulu karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi adalah sumber energi fosil yang tidak dapat di perbarui (unrenewable), sedangkan permintaan naik terus, demikian pula harganya sehingga tidak ada stabilitas keseimbangan permintaan dan penawaran. Salah satu jalan untuk menghemat Bahan Bakar Minyak (BBM) adalah mencari sumber energi alternatif yang dapat di perbarui (renewable). Kebutuhan bahan bakar bagi penduduk berpendapatan rendah maupun miskin, terutama di pedesaan, sebagian besar dipenuhi oleh minyak tanah yang memang dirasakan terjangkau karena di subsidi oleh pemerintah. Namun karena digunakan untuk industri atau usaha lainnya, kadang-kadang terjadi kelangkaan persediaan minyak tanah di pasar. Selain itu mereka yang tinggal di dekat kawasan hutan berusaha mencari kayu bakar, baik dari ranting-ranting kering dan tidak jarang pula menebangi pohon-pohon di hutan yang terlarang untuk ditebangi, sehingga lambat laun mengancam kelestarian alam di sekitar kawasan hutan. 

1.2 Maksud dan Tujuan. 
Penulisan makalah ini dimaksudkan untuk membandingkan berbagai harapan tentang pemanfaatan biogas sebagai energi alternatif dengan fakta ilmiah pemanfaatan biogas dalam kehidupan sehari-hari. Adapun tujuan penulisan ini adalah untuk memberikan gambaran yang sesungguhnya kepada masyarakat tentang keterbatasan pemanfaatan biogas, sebagai sumber energi alternatif. 

1.3 Rumusan Masalah.
      1. Apakah pengertian dari biogas? 
      2. Efektifkah biogas sebagai pengganti BBM untuk menghasilkan energi? 
      3. Apa saja bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan biogas?
      4. Apa saja kandungan yang dimiliki oleh biogas? 
      5. Apa perbedaan biogas dengan sumber bahan bakar lainnya? 
      6. Bagaimana cara mengolah biogas? 
      7. Bagaimana cara pemanfaatan biogas? 

1.4 Tujuan Penulisan.
      1. Mengetahui pengertian biogas.
      2. Mengetahui kandungan yang terdapat dalam biogas. 
      3. Mengetahui kelebihan dan kekurangan yang dimiliki biogas. 
      4. Mengetahui cara pemanfaatan dan pengolahan biogas. 

1.5 Manfaat Penulisan. 
      1. Dapat mengetahui perbedaan biogas dengan sumber energi bahan bakar lainnya. 
      2. Dapat mengetahui kelebihan dan kekurangan yang dimiliki biogas. 
      3. Dapat mengetahui cara mengolah biogas. 
      4. Dapat menambah wawasan ilmu pengetahuan. 
      5. Dapat membantu memecahkan masalah akibat kelangkaan BBM sebagai sumber energi alternatif. 
     6. Dapat memotivasi untuk menghasilkan teknologi tepat guna dalam rangka membantu pemerintah untuk   menghemat energi.


BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 

2.1 Pengertian Biogas. 
Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana. Material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraikan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material organik akan didegradasi menjadi asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asidifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana. Setelah material organik berubah menjadi asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococcus, methanosarcina, methano bacterium. Perkembangan proses anaerobik digestion telah berhasil pada banyak aplikasi. Proses ini memiliki kemampuan untuk mengolah sampah atau limbah yang keberadaannya melimpah dan tidak bermanfaat menjadi produk yang lebih bernilai. Aplikasi anaerobik digestion telah berhasil pada pengolahan limbah industri, limbah pertanian, limbah peternakan, dan Municipal Solid Waste (MSW). 

2.2 Sejarah Biogas. 
Gas metana sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas. Sedangkan proses fermentasi lebih lanjut untuk menghasilkan gas metana ini pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta pada tahun 1776. Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan oleh William Henry pada tahun 1806, dan Becham tahun 1868, murid Louis Pasteur dan Tappeiner pada tahun 1882 adalah orang pertama yang memperlihatkan asal mikro biologis dari pembentukan metana. Adapun alat penghasil biogas secara anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. Pada akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas metana sebagai biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis pada masa antara Perang Dunia ke II. Selama Perang Dunia II, banyak petani di Inggris dan Benua Eropa yang membuat alat penghasil biogas kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Akibat kemudahan dalam memperoleh BBM dan harganya yang murah pada tahun 1950-an, proses pemakaian biogas ini mulai ditinggalkan. Tetapi, di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Oleh karena itu, di India kegiatan produksi biogas terus dilakukan semenjak abad ke-19. Saat ini, negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Nugini telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat penghasil biogas. Selain di negara berkembang, teknologi biogas juga telah dikembangkan di negara maju seperti Jerman. 

2.3 Prinsip Teknologi Biogas.
Pada prinsipnya, teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri metana sehingga dihasilkan gas metana. Gas metana adalah gas yang mengandung satu atom C dan 4 atom H yang memiliki sifat mudah terbakar. Gas metana yang dihasilkan kemudian dapat dibakar sehingga dihasilkan energi panas. Bahan organik yang bisa digunakan sebagai bahan baku industri ini adalah sampah organik, limbah yang sebagian besar terdiri dari kotoran, dan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya, serta air yang cukup banyak. Proses ini sebetulnya terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Prinsip pembangkit biogas yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry), dan pipa penyaluran biogas yang terbentuk. Di dalam digester ini terdapat bakteri metana yang mengolah limbah bio atau biomassa dan menghasilkan biogas. Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa, gas tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut dapat digunakan untuk keperluan memasak dan lain-lain.

2.4 Komposisi Biogas. 
Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hidrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hidrogen (H), dan nitrogen (N) yang kandungannya sangat kecil. Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan hidrogen sulfur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Hidrogen sulfur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakar maka hidrogen sulfur akan lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu sulfur dioksida atau sulfur trioksida (SO2/SO3), senyawa ini lebih beracun. Pada saat yang sama akan membentuk sulfur acid (H2SO3) suatu senyawa yang lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif.


BAB III 
PEMBAHASAN 

3.1 Pengolahan Biogas. 
Pengolahan biogas banyak macamnya, di antaranya dengan skala besar atau skala kecil. Keduanya membutuhkan bahan baku yang sama yaitu kotoran atau sampah organik. Perbedaannya untuk skala besar digunakan untuk menampung energi bagi masyarakat luas dengan kegiatan atau pekerjaan yang lebih banyak. Contohnya, pembangkit listrik di pedesaan. Sedangkan skala kecil digunakan untuk menampung energi bagi usaha atau kegiatan yang lebih personal.

3.2 Reaktor Biogas. 
Ada beberapa jenis reaktor biogas yang dikembangkan diantaranya adalah reaktor jenis kubah tetap (Fixed Dome), reaktor terapung (Floating Drum), dan reaktor balon. Dari ke tiga jenis digester biogas yang sering digunakan adalah jenis kubah tetap (Fixed Dome) dan jenis Drum mengambang (Floating Drum). Beberapa tahun terakhir ini dikembangkan jenis reaktor balon yang banyak digunakan sebagai reaktor sederhana dalam skala kecil. Berikut ini dijelaskan masing-masing jenis-jenis reaktor biogas, yaitu :
3.2.1 Reaktor Kubah Tetap (Fixed Dome).
Reaktor ini disebut juga reaktor China. Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat pertama kali di China sekitar tahun 1930-an, kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi bakteri, baik bakteri pembentuk asam maupun bakteri pembentuk gas metana. Bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat karena menahan gas agar tidak terjadi kebocoran. Bagian yang kedua adalah kubah tetap (Fixed Dome). Dinamakan kubah tetap karena bentuknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah. Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunakan reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak yang menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah. Sedangkan kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya. 
3.2.2 Reaktor Floating Drum.
Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di India pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan. Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya. Karena tempat penyimpanan yang terapung sehingga tekanan gas konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material konstruksi dari drum lebih mahal. Faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap. 
3.2.3 Reaktor Balon.
Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. Reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing-masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak di bagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas. 
3.3 Proses Kerja Biogas.
Di dalam digester bakteri-bakteri metana mengolah limbah bio atau biomassa dan menghasilkan biogas metana. Dengan pipa yang di desain sedemikian rupa, gas tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Gas tersebut dapat digunakan untuk keperluan memasak dan lain-lain. Biogas dihasilkan dengan mencampur limbah yang sebagian besar terdiri atas kotoran ternak dengan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya, dengan air yang cukup banyak. Untuk pertama kali dibutuhkan waktu lebih kurang dua minggu sampai satu bulan sebelum dihasilkan gas awal. Campuran tersebut selalu ditambah setiap hari dan sesekali diaduk, sedangkan yang sudah diolah dikeluarkan melalui saluran pengeluaran. Sisa dari limbah yang telah dicerna oleh bakteri metana atau bakteri biogas, yang disebut slurry atau lumpur, mempunyai kandungan hara yang sama dengan pupuk organik yang telah matang sebagaimana halnya kompos sehingga dapat langsung digunakan untuk memupuk tanaman, atau jika akan disimpan atau diperjualbelikan dapat dikeringkan di bawah sinar matahari sebelum dimasukkan ke dalam karung.

3.4 Konversi Energi Biogas. 
Konversi limbah melalui proses anaerobik digestion dengan menghasilkan biogas memiliki beberapa keuntungan, yaitu
  • Biogas merupakan energi tanpa menggunakan material yang masih memiliki manfaat termasuk biomassa sehingga biogas tidak merusak keseimbangan karbon dioksida yang diakibatkan oleh penggundulan hutan (deforestation) dan perusakan tanah. 
  • Energi biogas dapat berfungsi sebagai energi pengganti bahan bakar fosil sehingga akan menurunkan gas rumah kaca di atmosfer dan emisi lainnya. 
  • Metana merupakan salah satu gas rumah kaca yang keberadaannya di atmosfer akan meningkatkan temperatur, dengan menggunakan biogas sebagai bahan bakar maka akan mengurangi gas metana di udara. 
  • Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang tidak bermanfaaat, bahkan bisa mengakibatkan racun yang sangat berbahaya. Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah. 
  • Selain keuntungan energi yang didapat dari proses anaerobik digestion dengan menghasilkan gas bio, produk samping seperti sludge. Meterial ini diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair. Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk
    padat.
3.5 Cara Pembuatan Biogas. 
Pembentukan biogas dilakukan oleh mikroba pada situasi anaerob yang meliputi tiga tahap yaitu tahap hidrolis, tahap pengasaman, dan tahap metanogenik.
1. Tahap Hidrolisis.
Tahap hidrolisis adalah penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana dengan bantuan air. Terjadi pelarutan bahan-bahan organik mudah larut dan pencernaan bahan organik yang kompleks menjadi sederhana perubahan struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer. 
2. Tahap Pengasaman.
Komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir dari gula-gula sederhana pada tahap ini akan dihasilkan asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas karbon diokasida, hidrogen, dan ammonia. 
3. Tahap Metanogenik.
Tahap metanogenik adalah proses pembentukan gas metana. Bakteri pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini yang akan mereduksi sulfat dan komponen sulfur lainnya menjadi hidrogen sulfida. 


BAB IV 
PENUTUP 

4.1 Kesimpulan.
Dengan adanya global warning (pemanasan global) berkurang sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui seperti Bahan Bakar Minyak (BBM), maka biogas dapat membantu menyelesaikan permasalahan yang muncul tentang itu. Biogas merupakan sistem teknologi penghasil energi dengan menggunakan bahan baku kotoran atau sampah organik. Menerapkan sistem fermentasi bakteri diciptakanlah alat biogas yang dapat dipergunakan sebagai penghasil energi dan pembangkit listrik. Bahan yang mudah didapatkan dan biaya yang tidak mahal sangat membantu masyarakat dalam menyelesaikan permasalahan ekonomi, khususnya dengan naiknya harga BBM saat ini. Pemanfaatan limbah peternakan (kotoran ternak) merupakan salah satu alternatif yang sangat tepat untuk mengatasi naiknya harga pupuk dan kelangkaan bahan bakar minyak karena kotoran ternak dapat dipergunakan sebagai sumber energi alternatif yang ramah lingkungan karena menghasilkan gas metana (CH4) yang dapat dipergunakan sebagai substitusi bahan bakar fosil.

4.2 Saran. 
Dari uraian dan kesimpulan yang telah disusun maka penyusun ingin memberikan saran sebagai berikut :
1. Semoga masyarakat luas dapat mempraktikan teknologi ini secara langsung, mudah, murah, ramah lingkungan, dan sederhana. 
2. Teknologi ini terus dikaji secara terus-menerus agar dapat menarik masyarakat untuk menggunakannya secara massal. 
3. Adanya sosialisasi dan penyuluhan dari para peneliti ilmuan atau pemerintah terhadap masyarakat luas agar beralih ke energi non konvensional. 
4. Diharapkan masyarakat melakukan penghematan Bahan Bakar Minyak (BBM) dengan konversi ke energi alternatif seperti energi biogas yang ramah lingkungan. 
5. Masyarakat yang telah menggunakan energi alternatif seperti energi biogas diharapkan dapat berbagi informasi dengan masyarakat lainnya agar semakin banyak orang yang menggunakan energi alternatif dan mulai belajar untuk tidak tergantung pada energi bahan bakar minyak. 


DAFTAR PUSTAKA 

Buku dan makalah
Harayti, T. Biogas: Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif: Wartazoa vol 16 no 03, 2006.
Karki, A.B dan K. Dixit. Biogas Fieldbook: Nepal: Sahayogi Press, 1984.
Mertahardianti, G.A dan S.R Juliastuti. Pengaruh Enzim Α-Amylase dalam Pembuatan Biogas dari Limbah Padat Tapioka yang Melibatkan Effective Microorganism (EM) dalam Anaerobic Digester: Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi, Yogyakarta, 2008.
Putro, S. Penerapan Instalasi Sederhana Pengolahan Kotoran Sapi Menjadi Energi Biogas di Desa Sugihan Kecamatan Bendosari Kabupaten Sukoharjo: Warta vol 10 no 2 , hal 178-188, 2007.
Sihombing, D.T.H dan S. Simamora. Biogas From Biogical Waste for Rural Household in Indonesia, dalam K. Abdullah, Bogor Agriculture University, Indonesia and O. Kitani: Tokyo, Tokyo University Agriculture, 1988.
Simamora, S., Salundik, Sri W, dan Surajudin. Membuat Biogas, Pengganti Bahan Bakar Minyak dan Gas dari Kotoran Ternak: Jakarta: Agromedia Pustaka, 2006.
Soewarno, N., A. Sato, Muchayat. Pengolahan Sampah Organik untuk Memproduksi Biogas sebagai Energi Terbarukan: Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia – SNTKI, 2009.
Wahyuni, S. Biogas, Jakarta: Penebar Swadaya, 2011.
Widodo, T.K., Ahmad A, Ana N., dan Elita R. Rekayasa dan Pengujian Reaktor Biogas Skala Kelompok Tani Ternak: Jurnal Enjiniring Pertanian. Vol. IV, No. 1, 2006.

Internet 
www.bbrp2b.kkp.go.id : “Riset Teknik Pembuatan Biogas sebagai Sumber Energi”. www.agribisnis.deptan.go.id :“Sepuluh Faktor Sukses Pemanfaatan Biogas Kotoran Ternak”.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar