Teknologi Biogas

Pokok Bahasan Prinsip Dasar Biogas Mikroorganisme Pembantu Proses Fermentasi Parameter Proses Pembentukan Biogas Biogas dari Berbagai Jenis Limbah

Prinsip Dasar Biogas Proses penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme dalam kondisi tanpa oksigen (anaerob) untuk menghasilkan campuran dari beberapa gas, seperti CH4, CO2 Dihasilkan dengan bantuan bakteri metanogen atau metanogenik Alat: reaktor biogas (digester) yang dirancang agar kedap udara (anaerob)

Keuntungan Digester Anaerobik Keuntungan Pengolahan Limbah Keuntungan Energi Keuntungan Lingkungan Keuntungan Ekonomi

Keuntungan Pengolahan Limbah Digunakan untuk proses pengolahan alami Lahan yang dibutuhkan lebih kecil, dibandingkan lahan untuk proses membuat kompos Memperkecil polutan Menurunkan volume limbah yang dibuang

Keuntungan Energi Menghasilkan energi yang bersih dengan nyala api berwarna biru Menghasilkan bahan bakar berkualitas tinggi dan dapat diperbarui Dapat digunakan untuk berbagai penggunaan Tidak mudah meledak

Keuntungan Lingkungan Mengurangi polusi udara Memaksimalkan proses daur ulang Pupuk yang dihasilkan bersih dan kaya nutrisi Menurunkan emisi gas metan dan CO2 secara signifikan Memperkecil kontaminasi sumber air karena dapat menghilangkan bakteri coliform sampai 99% Tidak menimbulkan bau yang berbahaya bagi kesehatan manusia

Keuntungan Ekonomi Ditinjau dari siklus ulang proses, digester anaerobik lebih ekonomis dibandingkan dengan proses lainnya

Mikroorganisme Pembantu Bakteri metanogenik Berfungsi: merombak bahan organik dan menghasilkan gas metana dalam kondisi anaerob Terdapat secara alami di kotoran isi rumen ternak dan kotoran manusia Tujuan penambahan bakteri untuk mempercepat proses perombakan dan pembentukan biogas

Proses Fermentasi Bahan organik mikroorganisme anaerobik CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S Tahapan proses terdiri dari 1. Tahap Hidrolisis 2. Tahap Pengasaman 3. Tahap Metanogenesis

Tahap Hidrolisis Penguraian bahan-bahan organik kompleks yang mudah larut (protein, lemak, karbohidrat)  senyawa yang lebih sederhana Perubahan struktur polimer menjadi monomer : asam organik, glukosa, etanol, CO2 dan HC. (C6H10O5)n + n H2O  n (C6H12O6)

Tahap Pengasaman (Acidifikasi) Monomer dijadikan sumber energi bagi bakteri pembentuk asam C6H12O6  2CH3CHOHCOOH (asam laktat) C6H12O6  CH3CH2CH2COOH + H2O + 2H2 (asam butirat) C6H12O6  CH3CH2COOH + 2CO2 (asam propionat) C6H12O6  CH3COOH (asam asetat)

Tahap Metagenesis Bakteri mengubah produk lanjutan menjadi metan, karbondioksida, dan air 4H2 + CO2  CH4 + 2H2O 4COOH  CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH  CH4 + CO2 CH3CH2COOH + 1/2H2O  7/4CH4 + CO2 4CH3OH  3CH4 + CO2 + 2H2O CH3(CH2) 2COOH + 2H2O + CO2  CH3COOH + CH4 4CO + 2H2O  CH4 + 3CO2 4CH3N + 6H2O  9CH4 + 3CO2 + 4NH3

EVALUASI PRODUK Jumlah energi yang terdapat dalam biogas tergantung pada konsentrasi metana > metana  > energi < metana  < energi Kualitas biogas ditingkatkan dengan menghilangkan H2S (beracun), H2O (menurunkan titik nyala biogas dan korosif) dan CO2 Kandungan H2S, H2O dan CO2 dihilangkan dengan alat atau bahan desulfurizer

Parameter Proses Pembentukan Gas Jenis bahan organik (substrat) Derajat Keasaman (pH) Imbangan C/N Suhu Loading rate (laju pengumpanan) Zat toksik Pengadukan Starter Waktu retensi

Jenis Bahan Organik Jenis bahan organik berpengaruh pada lama waktu fermentasi Masing-masing bahan organik memiliki total padatan yang berbeda-beda  proses pembusukan material juga akan berbeda Urutan kandungan bahan organik berdasarkan lamanya waktu penguraian: gula, protein, lemak, hemiselulosa, selulosa dan lignin. Bahan organik limbah pertanian (selulosa dan lignin) lebih lama diuraikan dibandingkan kotoran ternak

Derajat Keasaman (pH) Derajat keasaman pada proses fermentasi akan mengalami penurunan menjadi 6 atau lebih rendah akibat terbentuknya asam organik. Kehidupan mikroorganisme selama proses fermentasi efektif pH 6,5-7,5. Setelah 2-3 minggu pH akan naik kembali menandakan perkembangan bakteri metan. Penurunan pH dapat dicegah dengan penambahan larutan kapur, Ca(OH) 2 atau CaCO3

Imbangan C/N Aktifitas mikroorganisme yang berperan selama proses fermentasi tergantung dari imbangan C/N. Mikroorganisme beraktifitas maksimum jika C/N : 25-20 Imbangan C/N yang tinggi  produksi metan rendah  kadar N rendah, N dibutuhkan untuk sumber energi perkembangbiakan mikroganisme pengurai Pencegahan: tambahan kadar N, seperti kotoran hewan ternak.

Imbangan C/N ImbanganC/N rendah  N bebas dan berakumulasi dalam bentuk amoniak sehingga menyebabkan bau busuk yang berlebihan. Pencegahan: ditambahkan bahan yang mengandung karbon atau serat tinggi, seperti rumput, jerami dan dedaunan. Cara: campurkan bahan organik dengan rumput/jerami yang telah dicacah hingga mencapai C/N sebesar 25.

Suhu Aktifitas bakteri dipengaruhi oleh suhu di dalam digester. Perubahan suhu yang mendadak  penurunan produksi biogas secara cepat. Pencegahan: supaya stabil, instalasi biogas harus ditempatkan di dalam tanah. Suhu optimum: 32-37C. Suhu yang >  digester rentan mengalami kerusakan.

Loading rate Adalah jumlah bahan pengisi yang harus dimasukkan ke dalam digester per unit kapasitas per hari. Supaya optimal: perlu pengisian bahan organik yang kontinyu setiap hari dengan memperhitungkan waktu tinggal dan volume digester. Jika bahan pengisi >  mengganggu proses akumulasi asam dan produksi metana Jika bahan pengisi <  produksi biogas menjadi rendah. Loading rate = volume digester : waktu tinggal

Zat Toksik Zat toksik akan menghambat pertumbuhan mikroorganisme  produksi gas menurun Zat toksik: logam berat tembaga, detergen, pestisida, kaporit, antibiotik. Pencegahan: gunakan air yang bersih.

Pengadukan Bertujuan menghomogenkan bahan baku Dilakukan sebelum bahan baku dimasukkan dalam digester dan setelah berada dalam digester. Pengadukan juga berfungsi untuk mencegah terjadinya pengendapan di dasar digester yang dapat menghambat pembentukan biogas Pengedapan terjadi jika menggunakan kotoran kering.

Stater Stater ditambahkan untuk mempercepat proses penguraian. Stater berupa bakteri mikroorganisme perombak (alami, semi buatan, buatan) Stater alami: lumpur organik atau cairan isi rumen Stater semi buatan : dari instalasi pembentuk biogas yang masih dalam keadaan aktif Stater buatan : bakteri metan yang sengaja dibiakkan di laboratorium/ dijual di pasaran

Waktu Retensi Adalah rata-rata periode saat bahan masukan masih dalam digester dan selama proses fermentasi oleh bakteri metanogenik. Waktu retensi dipengaruhi oleh suhu, pengenceran dan laju pemasukan bahan. Waktu retensi/waktu tinggal 29-60 hari, tergantung jenis bahan organik yang digunakan. Waktu retensi makin singkat jika suhu lebih dari 35 C

Waktu Retensi WAKTU (HARI) 1 2 3 - 40 60 Pengisian Bahan Proses Fermentasi Pupuk Organik

BIOGAS DARI BERBAGAI JENIS LIMBAH Limbah Peternakan Limbah Pertanian Limbah Peraiaran Limbah Industri Limbah Sampah Organik Limbah Kotoran Manusia