TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Bahan Bakar Gas (BBG)
2.2.3 Karakteristik Bahan Bakar Biogas
Kandungan komposisi biogas dapat berbeda-beda tergantung dari bahan pembuatnya. Kandungan utama dari biogas adalah gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) kandungan gas lainnya ialah karbon monoksida (CO), nitrogen (N), hidrogen sulfide (H2S), oksigen (O2), hidrogen (H2), dan ammonia (NH3).
Sifat fisik dan kimiawi biogas dipengaruhi oleh bahan baku pembuat biogas tersebut dan nilainya berbeda-beda akan tetapi tidak terlalu jauh.
Secara umum komposisi kandungan biogas ditunjukan pada tabel dibawah ini (Karki et al, 2005) :
Tabel 2.2 Komposisi kandungan biogas Komponen Persentase (%)
Methane (CH4) 50 – 70
Hydrogen (H2) 5 – 10
Nitrogen (N2) 1 – 2
Water Vapour (H2O) 0.3
Hydrogen Sulphide (H2S) Sedikit Biogas memiliki beberapa sifat fisik secara umum yaitu :
Tabel 2.3 Sifat fisik biogas Sifat Fisik Keterangan Titik Bakar 650-750 0C Specific Gravity 0,55 Desnsitas 0, 717 kg/m3 RON 130 Nilai Kalor 17 MJ/kg Laju Nyala 0,25 m/s
Adapun sifat kimiawi dari biogas secara umum adalah :
1. Biogas mudah terbakar bila bercampur dengan oksigen flash point -188 0C.
2. Biogas sulit untuk disimpan dalam tabung praktis karena biogas dapat berubah fase menjadi cair pada suhu -1780C.
3. Biogas tidak menghasilkan karbon monoksida bila dibakar sehingga aman untuk penggunakan rumah tangga.
4. Biogas tidak memiliki warna dan tidak berbau. 2.2.4 Proses Purifikasi (Pemurnian) Biogas
Pemurnian (purifikasi) biogas adalah cara untuk meningkatkan nilai kalor dari biogas. Pemurnian bio gas dilakukan untuk menghilangkan gas CO2, H2O dan H2S yang terkandung dalam bio gas,seiring dengan hilangnya gas gas tersebut maka kandungan gas methana dalam bio gas akan meningkat yaitu sekitar 70-95%. Dengan pemurnian biogas, maka biogas akan semakin baik digunakan untuk pembakaran.
Menurut Ryckebosch (2011) pemurnian biogas dapat dilakukan melalui dua langkah utama yaitu menghilangkan trace components seperti hidrogen sulfida dan uap air yang menyebabkan korosi dan menghilangkan gas karbon dioksida untuk meningkatkan nilai kalor.
Proses pemurnian biogas dapat dilakukan dengan berbagai metode pemurnian diantaranya menggunakan water scrubbing, penyerapan kimia menggunakan MEA dan DEA pressure swing adsorption dan cryogenic separation.
Gambar 2.2 Proses pemurnian biogas 2.2.5 Proses Pembuatan Biogas
Pada dasarnya pembuatan biogas sangat sederhana, yaitu hanya dengan memasukkan substrat seperti kotoran ternak, limbah pertanian, limbah rumah tangga ke dalam digester yang anaerob yang kemudian akan menghasilkan biogas dan dapat disimpan di dalam tangki penyimpanan kemudian dapat digunakan.
Prinsip pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan gas yang sebagian besar adalah berupa gas metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbon dioksida,
gas inilah yang disebut biogas. Proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutamabakteri metan. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah 30-55oC, dimana pada suhu tersebut mikro organisme mampu merombak bahan bahan organik secara optimal.
Proses pembuatan gas metan secara anaerob melibatkan interaksi kompleks dari sejumlah bakteri yang berbeda, protozoa maupun jamur. Beberapa bakteri yang terlibat adalah Bacteroides, Clostridium butyrinum, Escericia coli dan beberapa bakteri usus lainnya, Methanobacterium, dan Methanobacillus. Dua bakteri terakhir merupakan bakteri utama penghasil metan dan hidup secara anaerob.
Proses pembuatan metan ini terbagi ke dalam tiga tahap, yaitu :
1. Hidrolisis secara enzimatik, bahan organik tak larut menjadi bahan-bahan organik dapat larut. Enzim utama yang terlibat adalah selulase yang menguraikan selulosa.
2. Perubahan bahan-bahan organik dapat larut menjadi asam organik. Pembentukan asam organik ini terjadi dengan bantuan bakteri non methanogenik, protozoa dan jamur.
3. Perubahan asam organik menjadi gas metan dan karbondioksida. Proses perubahan ini dapat terjadi karena adanya bantuan bakteri Metanogenik (Methanobacterium dan Methanobacillus). Keseluruhan reaksi perubahan bahan organik menjadi gas metan dan karbondioksida dapat dituliskan dengan persamaan reaksi sebagai berikut :
(C6 H10 O5)n + n H2O ---3n CO2 + 3n CH4
Persamaan di atas berlaku bila yang menjadi substrat adalah selulosa. Untuk substrat yang berupa senyawa organik kompleks, seperti Lignin dan tanin dan senyawa Polimer Aromatik lainnya, pembentukan gas metan tidak melalui reaksi seperti di atas. Substrat yang berupa senyawa aromatik yang lebih sederhana melalui aktifitas aerobik beberapa enzim ekstraselular yang dihasilkan oleh sejumlah mikroorganisme. Senyawa-senyawa aromatik sederhana ini umumnya Benzenoid. Selanjutnya, senyawa benzenoid ini melalui aktifitas bakteri metaorganik, seperti Methanobacterium formicum dan Methanospirilum hungati, seca anaerob diubah
menjadi gas metan dan karbondioksida. Proses perubahan ini terjadi melalui tahapan reaksi seperti berikut :
4 C6H5COOH + 24 H2O --- 12 CH3COOH + 4HCOOH + 8H2 12 CH3COOH ---12 CH4 + 12 CO2
4 COOH --- 4 CO2 + H2 3 CO2 + 12 H2 --- 3 CH4 + 6 H2O
Secara singkat reaksi keseluruhan di atas dapat disederhanakan menjadi: 4 C6H5COOH + 18 H2O ---15 CH4 + CO2
Berikut ini skema proses pembuatan biogas :
Gambar 2.3 Proses pembuatan biogas sederhana
Proses pembuatan biogas dalam perkembangan saat ini dibagi menjadi 3 jenis yaitu :
1. Fixed Dome Plant
Pada fixed dome plant, digesternya tetap. Penampung gas ada pada bagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut menekan slurry ke bak slurry. Jika pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul akan
terus menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup/kran.
2. Floating Drum Plant
Floating drum plant terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya.
3. Jenis 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 dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.