ANAEROBIC DIGESTION/pembentukan biogas

Pendahuluan Banyaknya limbah ternak (feces ternak) dan komposisi sampah kota yang lebih dari 50% termasuk sampah organik. Adanya potensi yg dimiliki sampah untuk menghasilkan energi dengan bantuan mikroorganisme dalam kondisi anaerob  Teknologi ANAEROBIC DIGESTION Penggunaan teknologi anaerobic digestion menjadi alternatif yang cocok dengan adanya peningkatan harga bahan bakar dan pupuk.

Anaerobic Digestion Merupakan proses biologi dari bahan organik yang diuraikan dalam kondisi kekurangan oksigen di lingkungan sekitarnya. Keuntungan dari proses ini : Mengurangi volume limbah yang akan dibuang Tidak menimbulkan polusi udara Menghasilkan produk yang bernilai berupa : Biogas sebagai sumber energi; berupa bahan bakar dan pembangkit listrik / penggerak generator Lumpur yang stabil sebagai fertilizier dan soil conditioner

Biogas Biogas adalah bahan bakar yang berupa gas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerob oleh mikroorganisme dari bahan organik, seperti limbah pertanian, kotoran ternak, kotoran manusia atau campurannya di dalam suatu alat yang disebut digester. Komposisi biogas adalah Methan (CH4) = 54-70% Karbon dioksida (CO2) = 27-45% Nitrogen (N2) = 0.5-3% Oksigen (O2) = 0.1% Hidrogen sulfida (H2S) < 0.1%

Sejarah Biogas Sejarah penemuan proses pencernaan anaerobik untuk menghasilkan biogas tersebar di benua Eropa. Penemuan ilmuwan Volta terhadap gas yang dikeluarkan di rawa-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 Pasteur melakukan penelitian tentang biogas menggunakan kotoran hewan. Era penelitian Pasteur menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga saat ini.

Perkembangan Biogas RRC dengan program “China’s 2003-2010 National Rural Biogas Construction Plan” mulai diluncurkan tahun 2003. Tujuan : meningkatkan penggunaan biogas, dengan target 11 juta untuk total 20 juta rumah tangga pada tahun 2005, dan membuat satu dari sepuluh rumah tangga petani sebagai pengguna biogas

Pada tahun 2010, Cina akan meningkatkan penggunaan biogas skala rumah tangga lebih dari 31 juta untuk total 50 juta rumah tangga, sehingga tingkat penggunaan meningkat sampai 35 persen. Subsidi pemerintah China untuk setiap digester biogas sebesar 1000 yuan (sekitar US $ 150).

Tahun 1981 mulai dikembangkan instalasi biogas di India. Pengembangan instalasi biogas dilakukan oleh Departemen Sumber Energi non-Konvensional melalui program “The National Project on Biogas Development” dengan melakukan riset terhadap pengembangan model instalasi biogas. Tahun 1999, sekitar tiga juta rumah tangga di India menggunakan instalasi biogas.

Teknologi biogas mulai diperkenalkan di Indonesia pada tahun 1970-an Teknologi biogas mulai diperkenalkan di Indonesia pada tahun 1970-an. Pada awalnya teknik pengolahan limbah dengan instalasi biogas dikembangkan di wilayah pedesaan, tetapi saat ini teknologi ini sudah mulai diterapkan di wilayah perkotaan.

Pada tahun 1981, pengembangan instalasi biogas di Indonesia dikembangkan melalui Proyek Pengembangan Biogas dengan dukungan dana dari Food and Agriculture Organization (FAO) dengan dibangun contoh instalasi biogas di beberapa provinsi. Mulai tahun 2000-an telah dikembangkan reaktor biogas skala kecil (rumah tangga) dengan konstruksi sederhana yang terbuat dari plastik secara siap pasang dan dengan harga yang relatif murah .

Pemerintah Indonesia telah menerbitkan Peraturan Presiden Republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Tujuan : untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak melalui pengalihan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai alternatif pengganti bahan bakar minyak.

Proses Pembentukan Biogas Tahap I Hidrolisis Hidrolisa substrat utama seperti karbohidrat, lemak, dan protein dalam limbah ternak menjadi senyawa-senyawa sederhana, seperti asam asetat, alkohol, CO2, NH3, dan sulfida. Bakteri yang berperan Clostridium acteinum, Bacteriodes ruminicola, Bifidobacterium sp, Eschericia sp, Enterobacter sp, dan Desulfobio sp.

Tahap 2 Acidogenesis-Asetogenesis Bakteri mengoksidasi asam berantai karbon panjang, seperti asetat dan alkohol yang dilakukan oleh Lactobacillus sp, Streptococcus sp. Tahap 3 Metanogenesis Bakteri methanogenik menggunakan H2, CO2, dan asetat untuk pertumbuhannya, serta memproduksi CH4 dan CO2.

Urea yang berasal dari protein dihidrolisa oleh bakteri menjadi gas metan (CH4) dan NH4+. Asam asetat serta asam propionat dari lemak difermentasi menjadi gas metan dan CO2 CO2 yang dihasilkan direduksi menjadi CH4 dan H2O. Bakteri yang berperan pada tahap ini adalah Methanobacterium melianskii, Methanococcus sp, dan Methanosarcina sp 70% metan dihasilkan dari asam asetat, 15% dari H2 dan CO2, 15% lagi dari reduksi metanol

Karbon organik kompleks Anaerobic Digestion Karbon organik kompleks Hydrolysis Monosakarida, Peptida, Gliserol Acidogenesis Asam organik Acetogenesis Asetat – H2 / CO2 Methanogenesis CH4 + CO2

Pola Pembentukan Biogas

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan biogas C/N rasio = 20-30 kadar air 36 – 99% meningkatkan produksi biogas sampai 670%. kadar air antara 60 – 78% ( Elizabeth C.Price and Paul N. Cheremisinof ,1981) bahan kering sekitar 20-40% (Oleszkiewicz and Poggi-Varaldo, 1997) bahan kering lebih dari 50% memerlukan penambahan air. Aktivitas mikroorganisme pH = 6.6 - 7.6 Temperatur = 32-36oC Tidak mengandung bahan beracun

C / N Rasio Karbon dibutuhkan oleh bakteri sebagai sumber energi. Selain unsur karbon, unsur nitrogen juga sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri, khususnya dalam pembentukan sel. Jumlah unsur nitrogen ini diharapkan cukup. Bila jumlah unsur nitrogen terlalu sedikit ( C/N rasio tinggi) maka nitrogen akan digunakan terlebih dahulu untuk proses pembentukan sel bakteri, hal ini menyebabkan proses berjalan lambat. Bila jumlah nitrogen terlalu banyak ( C/N rasio rendah) maka karbon akan segera habis dan proses fermentasi berhenti dan akan terbentuk amonia yang akhirnya akan menghambat pertumbuhan bakteri. Masing-masing limbah memiliki C/N rasio yang berbeda.

Contoh Perhitungan C/N Rasio Kadar Air (%) C (%) N (%) Feces sapi potong 12 50 20 1.7 Serbuk gergaji 450 15 34 0.08 Untuk menentukan perbandingan antara feces sapi potong dengan serbuk gergaji dengan nilai C/N rasio 30 adalah : Ket : x = feces sapi potong y = serbuk gergaji Maka untuk mencapai C/N rasio 30, perbandingan feces sapi potong dan serbuk gergaji adalah 1 : 1

Kandungan Bahan Kering Setiap limbah memiliki kandungan bahan kering yang berbeda-beda. Pada proses pembentukan gas bio diperlukan kandungan bahan kering limbah berkisar antara 5-10% Jika nilai yang diharapkan belum tercapai, maka diperlukan penambahan air.

Contoh Perhitungan Kandungan Bahan Kering Keterangan : 1 kg feces dengan kadar air 50% Dibuat menjadi 1 kg feces dengan kadar air 90% Keterangan : x = kandungan air Maka air yang perlu ditambahkan = 4.5kg-0.5 kg = 4 kg

Temperatur Merupakan indikator tingkat pertumbuhan mikroba dalam memfermentasi limbah organik. Peningkatan temperatur berhubungan dengan peningkatan aktivitas mikroba. Metanogenetic bakteria sangat sensitif terhadap perubahan temperatur secara tiba-tiba. Maka temperatur harus dijaga dalam level yang konstan

Pengaruh temperatur dalam digestion anaerobic

pH Terjadi penurunan pH karena terbentuknya asam organik. Nilai pH paling rendah terjadi ketika asam organik dalam konsentrasi tinggi. Bakteri pembentuk metan tidak akan tumbuh pada pH di bawah 6.5

Skema Proses degradasi bhn oranik melalui pencernaan anaerob

Metode Pembentukan Biogas Metode Curah / Batch Digester Batch beroperasi pada satu siklus sampai substrat habis didegradasi. Pada akhir siklus pencernaan, Digester Batch dikosongkan, dibersihkan, diisi ulang dan restart untuk siklus baru. Digester Batch memiliki kualitas yang terukur karena sekali jalan, tidak terganggu atau terputus, tetapi kurang praktis.

Metode Kontinyu Pada digester Kontinyu dilakukan penambahan limbah organik setiap hari untuk memberikan pengisian. Sistem kontinyu memiliki biaya modal yang lebih rendah (hanya perlu satu digester) tetapi membutuhkan pemantauan ketat dari bahan baku.

Tipe-tipe Digester Digester Kubah Tetap (Fixed-dome) Digester ini disebut juga ”digester china”. Dinamakan demikian karena digester ini dibuat pertama kali di China sekitar tahun 1930-an, kemudian sejak saat itu digester ini berkembang dengan berbagai model. 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 : biaya konstruksi lebih murah dan perawatannya lebih mudah. Kerugian : seringnya terjadi kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya.

Digester Floating drum Digester jenis terapung pertama kali dikembangkan di India pada tahun 1937 sehingga dinamakan dengan ”digester India”. Digester jenis ini memiliki bagian digester yang sama dengan digester kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas dengan 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 : dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya, tekanan gas relatif konstan Kerugian : biaya material konstruksi dari drum lebih mahal, faktor korosi pada drum juga menjadi masalah sehingga bagian pengumpul gas pada digester ini memiliki umur yang lebih pendek dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap.

Digester Balon Digester balon merupakan jenis digester yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. Digester ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan satu bagian lain berfungsi sebagai penampung gas. Bahan yang digunakan untuk digester biasanya menggunakan kantong plastik dengan ketebalan yang lebih dibandingkan dengan balon plastik untuk menampung gas.

Keuntungan : sederhana sehingga mudah untuk dilakukan pada skala rumah tangga, proses pemasangan tidak menghabiskan waktu lama (tidak sampai satu hari), harga terjangkau, cukup awet, dengan menggunakan material plastik khusus sehingga dapat tahan hingga 6 tahun; mudah dalam perawatan dan penggunaan. Produksi gas dengan jenis ini setara dengan 2,5 liter minyak tanah/hari, lebih dari cukup untuk dijadikan bahan bakar memasak.

Energi yang dihasilkan Biogas Kandungan energi biogas berkisar antara 20.000 sampai 26.000 kJ/m3 bergantung pada jumlah kandungan metan, sedangkan untuk metan murni adalah 35.000 kJ/m3 (Sardjoko, 1991). Nilai kalor yang dihasilkan berkisar 4800– 6700 Kcal/m3 ± 0.48 kg gas LPG ± 0.62 liter minyak tanah

Ada Pertanyaan ?