TUGAS AUDIT ENERGI Nama : Lili Awaliyah Darajat
Kelas : 3A-TKPB
NIM : 141424019
ENERGI LISTRIK DARI BIOGAS YANG BERASAL DARI KOTORAN SAPI
A. Biogas
Biogas merupakan bahan bakar gas (biofuel) dan bahan bakar yang dapat diperbaharui (renewable fuel) yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau fermentasi anaerob dari bahan organik dengan bantuan bakteri metana seperti Methanobacterium sp. Bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas yaitu bahan biodegradable seperti biomassa (bahan organik bukan fosil), kotoran, sampah padat hasil aktivitas perkotaan dan lain-lain. Akan tetapi, biogas biasanya dibuat dari kotoran ternak seperti sapi, kerbau, kambing, kuda, dan lain-lain. Kandungan utama biogas adalah gas metana (CH4) dengan konsentrasi sebesar 50-80 vol. Gas dalam biogas yang dapat
berperan sebagai bahan bakar yaitu gas metana (CH4), gas Hidrogen (H2), dan gas
Karbon monoksida (CO).
Metana (CH4) adalah komponen penting dan utama dari biogas karena merupakan
bahan bakar yang berguna dan memiliki nilai kalor yang cukup tinggi, mempunyai sifat tidak berbau dan tidak berwarna. Jika gas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerobik ini dapat terbakar, berarti mengandung sedikitnya 45% gas methan. Untuk gas murni (100%) mempunyai nilai kalor 8900kkal/m3. Nilai kalor yang tinggi, biogas dapat digunakan untuk keperluan memasak, penerangan dana sumber pada penggerak mula (prime mover).
Tabel 1.1. Tabel komposisi utama pada biogas
No Nama Gas Rumus Kimia Jumlah (%)
B. Bahan Penghasil Biogas
nutrisi, mudah diencerkan dan relatif dapat diproses secara biologi.Kisaran pemrosesan secara biologi antara 28-70% dari bahan organik tergantung dari pakannya. Selain itu kotoran segar lebih mudah diproses dibandingkan dengan kotoran yang lama dan atau yang telah dikeringkan, disebabkan karena hilangnya substrat volatile solid selama pengeringan.
Pada umunya komposisi kotoran sapi memiliki karateristik yang dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2.2 Karateristik kotoran sapi
No
Komponen
Massa (%)
1
Total padatan
3-6
2
Total padatan volatile (mudah menguap)
80-90
3
Total Kjedhal nirogen
2-4
Proses pembentukan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses terbentuknya gas metana dalam kondisi anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas Metana (CH4) dan gas Karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas
Hidrogen (H2), gas Nitrogen (N2), dan gas Hidrogen Sulfida (H2S). Proses fermentasi
memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum 350C dan pH optimum pada range 6,4-7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan yaitu bakteri anaerob seperti Methanobacterium,Methanobacillus,Methanococcus dan Methanosarcina.
Reaksi kimia pembentukan biogas (gasmetan) ada 3 tahap, yaitu :
1) Reaksi Hidrolisis/Tahap Pelarutan: Pada tahapini bahan yang tidak larut seperti selulosa, polisakarida, dan lemak diubah menjadi bahan yang larut dalam air seperti karbonhidrat dan
asam lemak.Tahap pelarutan berlangsung pada suhu 250C di digester.
3) Reaksi Metagonik/Tahap Gasifikasi: Padatahap ini, bakteri metana membentuk gas metana secara perlahan secara anaerob. Proses
ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu 250C di dalam digester. Pada proses ini akan dihasilkan 70% CH4, 30% CO2, sedikit H2 dan H2S.
D. Pengolahan Digester
Cara Pengoperasian Unit Pengolahan (Digester) Biogas seperti terjabar dalam Seri Bioenergi Pedesaan Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian Direkrot Jenderal Pengolahan dan Pemasaran Hasil Pertanian Departemen Pertanian tahun 2009, sebagai berikut : 1) Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1 : 2 (bahan biogas).
2) Masukkan bahan biogas ke dalam digester melalui lubang pengisian (inlet) hingga bahan yang dimasukkan ke digester ada sedikit yang keluar melalui lubang pengeluaran (outlet), selanjutnya akan berlangsung proses produksi biogas di dalam digester.
3) Setelah kurang lebih 8 hari biogas yang terbentuk di dalam digester sudah cukup banyak. Pada sistem pengolahan biogas yang menggunakan bahan plastik, penampung biogas akan terlihat mengembung dan mengeras karena adanya biogas yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar, kompor biogas dapat dioperasikan,
Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak kira-kira 10% dari volume digester. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge secara otomatis akan keluar dari lubang pengeluaran (outlet) setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat sebagai pupuk kandang/pupuk organik, baik dalam keadaan basah maupun kering.
E. Digester Biogas
Untuk menghasilkan biogas, dibutuhkan pembangkit biogas yangdisebut digester. Pada digester terjadi proses penguraian material organik yangterjadi secara anaerob (tanpa oksigen). Reaktor biogas dapat diklasifikasikan berdasarkan susunan konstruksi penampung gas yaitu :
1) Kombinasi reactor / penampung gas :fixeddome dan fleksible bag.
2) Penampung gas terapung terdiri dari : tanpa sekat air dan dengan sekat air.
Gambar 5.1 Macam-macam digester
F. Komponen Utama Biodigester
Komponen utama pada digester sangat bervariasi, tergantung pada jenis digester yang digunakan. Tetapi secara umunya biodigester terdiri dari komponen-komponen utama sebagai berikut:
1. Saluran masuk slurry (kotoran segar).
2. Ruang digestion / ruang rermentasi.
3. Saluran keluar residu (sludge).
4. Tangki penyimpan gas.
G. Komponen Pendukung Digester
Selain empat komponen utama tersebut di atas, pada sebuah digester perlu ditambahkan beberapa komponen pendukung untuk menghasilkan biogas dalam jumlah banyak dan aman. Beberapa komponen pendukung adalah :
1) Katup pengaman tekanan (control valve).
2) Sistem pengaduk.
3) Saluran gas.
H. Perancangan Digester
menghasilkan biogas. Perancangan digester dengan pertimbangan beberapa aspek yaitu:
1. Temperature.
2. Derajat Keasaman (pH). 3. Rasio C/N bahan isian.
I. Konversi Energi Biogas dan Ketenagalisrikkan
Diketahui bahwa seekor sapi dengan bobot 450Kg dapat menghasilkan limbah berupa feases dan urine kurang lebih 25Kg/hari.Jumlah sapi yang dimiliki tiap peternak rata-rata 13 ekor.Jadi, apabila penelitian fokus kepada satu peternak, maka kotoran sapi yang dihasilkan adalah 13 x 25 = 325 kg/hari/peternak.
Tabel 9.1. Populasi sapi yang ada di suatu kawasan peternakan sapi
No
Untuk mengetahui proses konversi kotoran sapi menjadi biogas dapat dilihat dari tabel berikut yang didapatkan dari Balai Besar Pengembangan Mekanisme Pertanian Badan Litbang Pertanian, Departemen Pertanian.
Tabel 9.2 Kandungan Bahan Kering dan Volume Gas yang Dihasilkan Tiap Jenis Kotoran.
Banyak Kandungan Bahan yang
Dari tabel di tersebut dapat diketahui jumlah potensi biogas yang dapat dihasilkan oleh limbah kotoran sapi yang berada di kandang peternakan melalui perhitungan sebagai berikut:
1. Jumlah sapi di peternakan yang berjumlah 13 ekor, dimana tiap ekor menghasilkan 25 kg/hari. Maka, produksi kotoran sapi perhari: 13 x 25 = 325 kg/hari.
2. Kandungan bahan kering (BK) untuk kotoran sapi adalah 20%, maka kandungan bahan kering total adalah: 325 x 0.20 = 65 kg-BK.
3. Sehingga, potensi biogas dari kotoran sapi adalah sebesar: 65 x 0.04 = 2.6 m3/hari.
Berdasarkan sumber Departemen Pertanian, untuk mengetahui konversi biogas menjadi energi lain, dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 9.3 Tabel konversi biogas menjadi energi lain
No Penggunaan Energi 1 m³ biogas
1 Penerangan Lampu 60-100 Watt selama 6 jam
2 Memasak Memasak 3 jenis makanan untuk 5-6 orang
3 Tenaga Menjalankan motor 1 hp selama 2 jam
4 Listrik 4.7 Kwh energi listrik
(Sumber : Suriawiria, Menuai Biogas dari Limbah, Departemen Pertanian, 2005)
Dengan demikian potensi energi listrik yang dihasilkan dari limbah kotoran sapi dari satu peternakan yang memiliki 13 ekor sapi adalah sebagai berikut:
2.6 m3 x 4.7 kWh = 12.22 Kwh/hari,
= 0.509 kW
Dengan kapasitas 12.22 kWh/hari maka biogas dari kotoran sapi dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan milik satu peternak 13 ekor sapi perah.
J. Generator Biogas
Adapun spesifikasi generator biogas yang digunakan adalah sebagai berikut:
Tabel 10.1 Spesifikasi generator biogas yang direncanakan Single
Cylinder
4-Stroke
Features OHV
Forced Air-cooled
Single Phase Ac Synchronization with Brush
System Recoil Start / Electric Start
Fuel Biogas
Fuel Capacity 0.55 Liter
Weight 65 Kg
Other Min. Fuel Consumption : 1.46 m³/hour
Dengan asumsi generator biogas akan dioperasikan selama 24 jam sehari, maka energy keluaran dari pembangkit listrik tenaga biogas ini adalah:
· Energi = Daya x waktu (t)
=1200 watt x 24 jam
=28.800 Wh
Kemampuan digester dengan daya 0.509 kW = 509 Watt digester tersebut mampu untuk generator yang mempunyai kemampuan 1200 Watt. Bila menggunakan mesin generator dengan kapasitas 1200 Watt dengan kemampuan 509 Watt digester dapat
menampung gas metan selama =
= 0.424 hari. Jadi penampung gas dapat
menampung gas metan selama 0.424 hari.
Adapun biogas yang dibutuhkan untuk menyalakan genset selama 24 jam berdasarkan minimal konsumsi biogas yang tertera pada spesifikasi genset (1.46 m3/hour) adalah = 24 jam x 1.46 m3/hour = 35.04 m3/hari.
selama :
= 13.47 hari.
Lamanya generator set (genset) beroperasi untuk volume biogas 2.6 m3 dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut :
=
= 1.78 hari
K. Perancangan Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Pada gambar di bawah ini, dapat dilihat layout rancangan sederhana dari instalasi pembangkit listrik biogas yang akan digunakan.
Gambar 11.1 Layout Rancangan Sederhana Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Penjelasan singkat dari rancangan instalasi tersebut adalah:
1. Kotoran ternak dialirkan menuju Reaktor (Digester) melalui saluran masuk (inlet).
2. Sebelum masuk digester, kotoran ternak dicampur dengan air dengan perbandingan 1:2 dengan menggunakan pengaduk mekanis.
3. Kemudian gas yang dihasilkan dari campuran kotoran dan air dialirkan menuju penampung gas, dengan diatur oleh valve pengatur tekanan.
4. Penampung gas dibuat lebih dari satu agar biogas yang dihasilkan bisa digunakan untuk lebih dari satu fungsi.
5. Biogas dari penampung gas biasa digunakan untuk menyalakan lampu petromaks, kompor gas, dan generator biogas untuk kemudian menyalakan peralatan listrik.
L. Komponen-komponen listrik tenaga biogas antara lain :
1) Saluran Masuk Slurry (Kotoran Segar dan Air ):
Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurrysebagai bahan utama ke dalam reactor (digester).
2) Sistem Pengaduk : Sistem pengadukan yang paling mungkin dilakukan agar kotoran segar danair tercampur secara sempurna adalah dengan pengadukan mekanis.
3) Reaktor (Digester) : Reaktor yang digunakan untuk pembangkitan biogas menggunakan tipe kubah (fixed dome) dikarenakan model ini merupakan model yang paling popular di Indonesia, dimana instalasi digester dibuat di dalam tanah dengan konstruksi permanen. Selain menghemat tempat/lahan, pembuatan digester di dalam tanah juga berguna mempertahankan suhu digester stabil dan mendukung pertumbuhan bakteri menthanogen, tekanan yang dihasilkan lebih stabil, dan mempunyai harga yang relatif lebih murah dan umurnya cukup panjang.
4) Saluran Keluaran Residu : Saluran ini digunakan untuk mengeluarkan kotoranyang telah difermentasi oleh bakteri. Saluran ini bekerja berdasarkan prinsip kesetimbangan tekanan hidrostatik. Residu yang keluar pertama kalimerupakan slurry masukan yang pertama setelahwaktu retensi. Sesuai penjelasan sebelumnya, sisa pengolahan kotoran ini masih bisa digunakan sebagai pupuk kompos yang baik bagi tanaman karena terjadi penurunan COD sehingga kotoran mengandung lebih sedikit bakteri patogen sehingga aman untuk pemupukan sayuran atau buah,terutama untuk konsumsi segar.
5) Katup Pengaman Tekanan (Control Valve) : Katup pengaman ini digunakan sebagai pengatur tekanan gas dalam biodigester. Katup pengaman ini menggunakan prinsip pipa T, bila tekanan gas dalam saluran gas lebih tinggi dari kolom air, maka gas akan keluar melalui pipa T, sehingga tekanan dalam biodigester akan turun.
6) Saluran Gas : Saluran gas ini disarankan terbuat dari polimer untuk menghindari korosi.
7) Penampungan Gas : Penampung gas adalah sebuah ruang kedap udara yang digunakan sebagai tempat penyimpanan biogas yang telah dihasilkan oleh proses biodigester sebelum disalurkan ke kompor atau genset biogas.
generator dengan daya keluaran 1.2 kW sesuai dengan potensi biogas yang bisa mencapai 12.22 kWh/hari atau 0.509 kiloWatt perjamnya.
M. Aspek Ekonomi Pembangkit Biogas
Aspek ekonomi dari pembangkit yang dibahas terdiri dari : 1. Biaya investasi.
2. Biaya operasi dan perawatan (O&M cost). 3. Harga jual listrik.
1. Biaya Investasi
Biaya investasi adalah biaya yang dikeluarkan pada awal usaha untuk memenuhi kebutuhan saran dan prasarana yang dibutuhkan untuk mewujudkan suatu proyek.Pada pembuatan proyek instalasi biogas, biaya investasi dikeluarkan pada awal proyek secara keseluruhan.Umur ekonomis dari instalasi biogas adalah 15 tahun.Hal ini dapat dilihat dari kondisi bangunan serta peralatan yang dipakai yang diperkirakan dengan perawatan dapat bertahan selama 15 tahun.
Tabel 12.1 Perkiraan biaya investasi sebuah pembangkit biogas
2. Biaya Operasi dan Perawatan (O&M cost)
Biaya operasi dan pemeliharaan biasanya terdiri dari biaya tenaga kerja dan biaya pemeliharaan, antara lain :
1. Akusisi (pembelian, pengumpulan, dan transfortasi) dari kotoran sapi. 2. Pasokan air untuk membersihkan dan pencampuran substrat.
3. Pengawasan, pemeliharaan, dan perbaikan digester. 4. Penyimpanan dan pembuangan lumpur tersebut. 5. Distribusi gas dan pemanfaatannya.
Tabel 12.2 Perkiraan biaya pemeliharaan sebuah pembangkit biogas
3. Harga Jual Listrik Pertahun
Energi yang dhasilkan apabila generator
beroperasi dengan daya 1200 watt. Daya = 1200 watt
Dengan waktu 24 jam energi adalah
Energi = Daya x Waktu (t)
Energi = 1200 watt x 24 jam
= 28.800 watt/hari
Jadi energi yang dihasilkan generator dengan daya 1200 watt yang beroperasi selama 24 adalah 28.800 watt/hari.
Sesuai dengan Peraturan Menteri ESDM Nomor 27 tahun 2014 harga jual Biogas sebesar Rp. 1.050 /Kwh.
Sesuai dengan Peraturan Menteri ESDM Nomor 27 tahun 2014 harga jual Biogas sebesar Rp. 1.050 /Kwh.
Pemasangan instalasi biogas ini dimaksimalkan untuk 3 rumah, dengan masing-masing rumah menggunakan daya yang berbeda-beda dalam 1 bulan, yaitu :
1. 142 kWh.
2. 134 kWh.
3. 140 kWh.
Pemakaian listrik dalam 1 hari yaitu
= 14.06 kWh/hari
Untuk pemakaian biogas dilakukan selama 16 jam
= 0.878 kW
0.878 kW = 878 Watt/hari
Daya yang terpasang pada rangkaian 1 rumah yaitu 878 watt/hari Pemakaian listrik dalam 1 tahun adalah 422 x 12 = 5.064 kWh/th.
Harga Jual =
Harga Jual =
Harga Jual = Rp. 1.757,50
Jadi harga jual Listrik dalam 1 tahun dengan menggunakan PLTBG (Pembangkit Listrk Tenaga Biogas) di daerah Peternakan Sapi Perah dan Penggemukan “Sumber
Makmur”. Kecamatan Tanah Sereal, Kelurahan Kebon Pedes, Kota Bogor adalah Rp. 1.757,50.
KESIMPULAN
Melalui proses digestifikasi anaerobik, kotoran ternak sapi di satu kawasan peternakan sapi dapat dimanfaatkan menjadi energi primer untuk pembangkit listrik tenaga biogas. Dengan rata-rata produksi kotoran sapi 325 kg/hari menghasilkan produksi biogas sebesar 12.22 kWh/hari potensi tersebut menghasilkan daya keluaran sebesar 0.509 kW.
Dari hasil penelitian diatas didapatkan beberapa kesimpulan mengenai pemanfaatan kotoran sapi di suatu kawasan peternak sapi antara lain :
1. Dengan potensi ternak 13 ekor sapi menghasilkan energi listrik 0.509 kW.
2. Dengan daya sebesar 0.509 kW = 509 Watt digester mampu untuk generator yang mempunyai kapasitas 1200 Watt, dengan kemampuan digester menampung gas metan selama 4.2 hari.
DAFTAR PUSTAKA
