TA ELP

Tugas Akhir Mata Kuliah Energi dan Listrik Pertanian PENGAMATAN PRODUKSI BIOGAS DAN KONVERSI BAHAN BAKAR Oleh: 1. Gina Annisa Yulia F F14090075 2. Kurnia Lestari F14090077 3. Iwan Suwandi F14090079 4. Adytia Fiardy F14090080 5. Nur Rahma Refilia F14090086 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012 LATAR BELAKANG Permintaan kebutuhan Bahan Bakar Minyak (BBM) di Indonesia baik itu untuk keperluan industri, transportasi dan rumah tangga dari tahun ketahun semakin meningkat. Menyebabkan ketersediaan bahan bakar menjadi terbatas, atau harga menjadi melambung. Terkait dengan masalah tersebut, salah satu kebijakan pemerintah ialah rencana pengurangan penggunaan bahan bakar minyak tanah untuk keperluan rumah tangga. Sumber energi alternatif telah banyak ditemukan sebagai pengganti bahan bakar minyak, salah satunya adalah Biogas. (Fahri,2012) Beberapa tahun terkahir, ada banyak isu mengenai dampak dari pemanasan global atau global warming. Beberapa dampak yang terasa di antaranya suhu udara yang semakin meningkat dan iklim yang tidak menentu. Kondisi tersebut tidak hanya menyebabkan kondisi tidak nyaman bagi kesehatan manusia, tetapi juga berdampak pada kehidupan makhluk hidup secara global merupakan kejadian yang disebabkan oleh peningkatan suhu rata-rata lapisan atmosfer, suhu air laut, dan suhu daratan. Peningkatan suhu tersebut berasal peningkatan emisi gas rumah kaca yang dihasilkan dari kegiatan manusia sehari-hari. Gas rumah kaca adalah gas-gas di udara yang biasa menyerap panas, sehingga keberadaannya dapat meningkatkan suhu udara di bumi. Berikut beberapa faktor utama penyebab meningkatnya emisi gas rumah kaca yang terbentuk: Asap kendaraan bermotor Alih Fungsi Lahan Limbah ternak yang tidak terolah dengan baik Emisi karbondioksida berlebih Penggunaan biogas belum cukup berkembang luas antara lain disebabkan oleh karena masih relatif murahnya harga BBM yang disubsidi, sementara teknologi yang diperkenalkan selama ini masih memerlukan biaya yang cukup tinggi karena berupa konstruksi beton dengan ukuran yang cukup besar. (Fahri.2012). Namun energi biogas sangat potensial untuk dikembangkan karena berbagai alasan berikut: Perkembangan peternakan sapi di Indonesia sangat menunjang produksi biogas dari kotoran sapi. Kondisi tersebut sangat mendukung ketersediaan terhadap bahan baku secara kontinu dalam jumlah cukup dengan harga yang murah untuk memproduksi biogas Biogas ada;ah gas metan yang mempunyai sifat mudah terbakar sehingga berpotensi untuk dijadikan bahan bakar. Penggunaan biogas juga turut membantu menurunkan laju pemanasan global yang salah satunya disebabkan oleh gas metan Adanaya regulasi di bidang energi seperti kenaikan tarif listrik, kenaikan harga LPG (Liquefied Petroleum Gas), dan minyak tanah mendorong adanya pengembangan sumber eneegi alternatif yang murah, berkelanjutan, dan ramah lingkungan. Beralihnya penggunaan pupuk kimia menjadi pupuk organik oleh petani yang disebabkan harga pupuk kimia yang semakin mahal akibat terjadi kelangkaan. TUJUAN Tujuan dari tugas akhir ini sebagai berikut: Mengetahui proses produksi biogas Mempelajari konversi biogas terhadap kebutuhan energi dalam skala rumah tangga Mengetahui kelebihan dan kekurangan menggunakan biogas Memberikan informasi pemanfaatan limbah kotoran sapi kepada mahasiswa Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 46 TINJAUAN PUSTAKA Sejarah penemuan proses anaerobik digestion untuk menghasilkan biogas tersebar dibenua Eropa. Penemuan ilmuan Alessandro Volta terhadap gas yang dikeluarkan dirawa-rawa terjadi pada tahun 1770, beberapa dekade kemudian Avogadro mengidentifikasikan tentang gas metana. Setelah tahun 1875 dipastikan bahwa biogas merupakan produk dari proses anaerobik digestion. Tahun 1884 Pateour melakukan penelitian tantang biogas menggunakan kotoran hewan. Era penelitian Pasteour menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga saat ini. Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Di Jerman dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua perang dunia dan beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama perang dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. Biogas dibentuk dari hasil fermentasi anaerobik yang merupakan proses perombakan suatu bahan menjadi bahan lain yang lebih sederhana dengan bantuan mikroorganisme tertentu dalam keadaan tidak berhubungan langsung dengan udara bebas. Komponen terbesar biogas adalah Methana (CH4, 54-80%-vol) dan karbondioksida (CO2, 20-45%-vol) serta sejumlah kecil H2, N2 dan H2S. Pada literature lain komposisi biogas secara umum ditampilkan dalam tabel berikut : Tabel 2.1 Komposisi Biogas Secara Umum. Sumber : Juanga, 2007 Menurut Buren (1979) biogas dapat dibuat dari bahan-bahan antara lain kotoran hewan dan manusia, limbah pertanian, sampah kota, limbah industri pertanian dan bahan-bahan lain yang memiliki kandungan bahan organik. Biogas mempunyai sifat mudah terbakar dengan warna nyala biru, tidak beracun dan memiliki nilai kalori 2,24 x 104 J/m3. Gas metana yang merupakan komponen gas yang paling dominan pada biogas memiliki sifat tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa, adanya gas lain meyebabkan timbulnya bau. Gas metana termasuk gas yang stabil (Buren, 1979). Nilai energi gas metana cukup tinggi sehingga dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti penerangan, pengeringan, memasak dan keperluan lainnya (Fauziyah 1996). Proses Produksi Biogas Proses produksi biogas, terjadi dua tahap yaitu penyiapan bahan baku dan proses penguraian anaerobik oleh mikroorganisme untuk menghasilkan gas metana. 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. 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 C/N untuk proses dekomposisi anaerob untuk menghasilkan metana adalah 25-30. Oleh karena itu, pada proses pencemaran bahan baku diusahakan memenuhi rasio ideal. Proses penguraian anaerobik/ aerobik Proses pembusukan dapat bersifat aerobik atau anaerobik. Pada proses pembusukan aerobik, bakteri aerobik memanfaatkan oksigen dan menghasilkan amoniak, bakteri anaerobik merombak bahan organik menjadi biogas, kotoran, dan pupuk organik cair. Proses pembusukan bahan organik ini dilakukan oleh mikroorganisme dalam proses fermentasi. Proses kerja daripada bakteri ini dapat dibagi dalam tiga tahapan yaitu tahap pemecahan polimer (Tahap 1), tahap pembentuka asam organik (Tahap 2) dan tahap produksi metana (Tahap 3). Tahap 1 (Pemecahan polimer) Pada tahap ini sekelompok mikroorganisme akan menguraikan substrat organik. Penguraian ini dilakukan oleh berbagai jenis bakteri. Bakteri yang berperan antara lain memiliki enzim selulolitik, lipolitik dan proteolitik. Enzim yang dihasilkan ini mempercepat hidrolisa polimer menjadi monomer larut yang merupakan substrat bagi mikroorganisme tahap kedua. Bakteri selulolitik memegang peranan dalam tahap ini. Temperatur kerja optimum adalah 50 – 60 oC (bakteri thermophilik) dan temperatur 30 – 40 oC (bakteri mesophilik). Kedua kelompok selulolitik ini bekerja pada kisaran pH 6-7. Pada proses ini kemungkinan penurunan pH bisa terjadi dikarenakan terbentuknya asam organik. Hal ini perlu distabilkan dengan penambahan larutan kapur. Apabila bakteri tahap 2 dan tahap 3 telah bekerja dan reaksi dalam kesetimbangan maka pH sistem berkisar 7. Kerja sinergis selalu terjadi diantara berbagai macam bakteri dalam pemecahan polimer menjadi monomer yang larut. Suatu studi menunjukkan bahwa laju pemecahan polimer lebih tinggi pada medium yang berisi campuran bakteri selulolitik dan nonselulolitik dibanding dalam medium berisi biakan murni bakteri selulolitik. Tahap pembentukan monomer ini merupakan tahap pengendali waktu dalam peruraian limbah ini. Hal ini disebabkan oleh kerja bakteri fermentor yang sangat lambat dibanding dengan kerja bakteri tahap 2 dan tahap 3. laju peruraian ini tergantung pada temperatur, jenis substrat dan pH sistem. Tahap 2 (Pembentukan Asam Organik) Bakteri pada tahap ini menghasilkan asam-asam organik yang dibentuk dari senyawa monomer larut. Hasil terbesar dari bakteri asetogenik ini ialah asam asetat, propionat dan asam laktet. Bakteri metanogenik sebagian besar hanya manfaatkan asam asetat. Beberapa spesies bakteri metanogenik dapat memproduksi metan dari gas hidrogen dan karbondioksida, yang mana bahan ini terproduksi selama dekomposisi karbohidrat. Selain itu metan juga dapat diproduksi dengan reduksi metanol atau hasil sampingan lain selama pemecahan karbohidrat. Tahap 3 (Produksi Metan) Bakteri metanogenik sangat peka terhadap lingkungan. Dikarenakan bakteri ini harus dalam keadaan anaerob, maka sejumlah kecil oksigen dapat menghalangi pertumbuhannya. Bukan hanya itu, bakteri ini juga kekal terhadap senyawa yang memiliki tingkat oksidasi tinggi seperti nitrit dan nitrat. Bakteri ini juga peka terhadap perubahan pH. Kisaran pH optimal untuk memproduksi metan adalah 7,0 – 7,2, namun gas masih terproduksi dalam kisaran 6,6 – 7,6. jika pH dibawah 6,6 akan menjadi faktor pembatas bagi bakteri dan pH dibawah 6,2 akan menghilangkan kemampuan bakteri metanogenik. Dalam keadaan demikian bakteri asetogenik tetap aktif hingga pH 4,5 – 5,0, sehingga diperlukan buffer untuk menetralkan pH. Beberapa senyawa merupakan racun bagi bakteri ini. Senyawa itu antara lain ammonia (lebih dari 1500 -3000 mg/l), dari total ammonia nitrogen pada pH diatas 7,4, ion ammonium (lebih dari 3000 mg/l dari total ammonia nitrogen pada sedmbarang pH), sulfida terlarut (lebih dari 50 – 100 mg/l) serta larutan garam dari beberapa logam seperti tembaga, seng dan nikel. METODELOGI PELAKSANAAN Metode yang digunakan dalam pelaksanaan tugas akhir ini antara lain sebagai berikut : Pengamatan di Lapangan Langkah ini dilakukan untuk mengetahui kondisi tempat pengamatan secara visual (langsung) sehingga dapat mengetahui keadaan fisik dari obyek yang diamati. Observasi ini berkenaan dengan studi kasus tentang pengamatan produksi biogas. Wawancara Wawancara dilakukan sebagai upaya untuk pengumpulan informasi dan data yang berhubungan dengan konversi biogas terhadap minyak elpiji. Wawancara dilakukan dengan pihak-pihak terkait, antara lain manajer, asisten manajer dan staf-staf. Pengambilan Data Sekunder Data sekunder yang diperoleh dari tempat digunakan sebagai bahan untuk melihat penggunaan biogas. Data dapat berupa konversi biogas atau berupa data lainnya yang dapat menunjang hasil laporan. Studi Pustaka Studi Pustaka dilakukan untuk mencari referensi dan literatur yang berkaitan dengan pengamatan yang dilakukan, Studi Pustaka melalui buku panduan membuat biogas dan internet. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengamatan Dari hasil survey ke PT Swen Inovasi Transfer didapatkan informasi pengamatan produksi biogas dan konversi biogas terhadap penggunaan bahan bakar, dimana dalam pengamatan biogas melihat memproduksi mulai dari hewan ternak menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk kegiatan skala rumah tangga, Pada pembuatan biogas dari kotoran hewan yaitu: Siapkan kotoran ternak yang masih baru (2-3 hari) Tambahkan air dengan perbandingan kotoran dan air adalah 1 : 2, lalu lakukan pengadukan. Masukkan hasil campuran ke dalam digester biogas. Pengisian awal bahan dilakukan sampai batas optimal lubang pengeluaran. Diamkan selama 7-14 hari, dengan tetap menjaga posisi kran gas kontrol dan kran gas pengeluaran dalam keadaan tertutup. Pada hari ke-14, keluarkan gas pertama yang terkumpul di bagian atas kubah digester samapai tidak mengeluarkan bau gas. Pasalnya, gas yang tebentuk tersebut tidak dapat langsung digunakan atau dibakar karena masih mengandung campuran gas dan udara. Lakukan pengisian bahan (kotoran ternak) yang dicampur dengan air dengan perbandingan yang sama seperti pencampuran awal ke dalam digester setiap hari. Lakukan pengecekan rutin alat kontrol gas yang terpasang untuk mendeteksi adanya biogas yang terbentuk. Pasalnya, gas akan berproduksi secara terus-menerus tergantung dari pemeliharaan dan pengisian bahan (bahan ternak). Hindari memasukkan pestisida, disinfektan, air detergen, dan air sabun ke dalam digester biogas. Pada pengamatan biogas ini kandungan bahan bakar alternatif, sangatlah tinggi dimana suhu api yang dihasilkan dari biogas mencapai 700˚C dimana api secara visual warna api berwarna biru tua, warna biru tua ini panas yang dihasilkan cocok untuk memasak, lalu biogas ini bahan bakar yang tidak mudah terbakar, bila tidak ada sumber panas bukanlah nyata api dan biogas tidak mudah meledak sehingga aman digunakan. Biogas yang diamati digunakan untuk skala rumah tangga, dimana gas dapat digunakan oleh alat khusus biogas yang tidak sembarangan bahan bakar minyak lain dapat digunakan, sehingga biogas memerlukan biaya tinggi untuk membeli alat khusus, sehingga biogas dapat digunakan. Biogas ini kandungan CH4 (methan) Pembahasan Pada pengamatan pembuatan biogas ini didapat nilai konversi KESIMPULAN DAN SARAN Produksi biogas ada beberapa tahap yang harus dilalui yaitu pemecahan polimer yang dilanjut dengan pembentukan asam dan terakhir produksi metan. Sehingga biogas siap untuk digunakan. Beberapa keuntungan dari biogas yaitu tidak berisiko untuk meledak, nyala api baik (berwarna biru), panas api bias mencapai 700ᵒC sehingga sangat baik untuk proses memasak,dll. Sedangkan kelemahan dari biogas yaitu bila ada kebocoran pada kantong biogas akan menimbulkan bau yang menyengat, kompor yang digunakan desain khusus sehingga tidak bisa menggunakan kompor biasa di pasaran luar. DAFTAR PUSTAKA http://riau.litbang.deptan.go.id/ind/images/stories/PDF/biogas.pdf