BAB II LANDASAN TEORI

(1)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengantar Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil mengurai dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan atau fermentasi dari bahan – bahan organik seperti kotoran manusia dan hewan, limbah rumah tangga, sampah atau setiap limah organik yang mudah dicerna dalam kondisi anaerobik, proses penguraian bahan organik secara anaerobik ini disebut dengan anaerobic digestion sedangkan peralatan yang memfasilitasi proses ini disebut dengan digester (Anguilar, 2001).

Kandungan utama dalam biogas adalah metana (CH4) dan karbon dioksida

(CO2), Metana dalam biogas bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada

batubara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emosi karbon

dioksida yang lebih sedikit, pemanfaatan biogas memegang peranan penting

berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan karbon dioksida. Karbon

dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis

(2)

tanaman, sehingga bila dilepaskan ke atmosfer tidak akan menambah jumalh karbon di atmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil.

Saat ini,banyak negara maju meningkatkan penggunaan biogas yang dihasilkan baik dari limbah cair maupun limbah padat atau yang dihasilkan dari sistem pengolahan biologi mekanis pada tempat pengolahan limbah dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 2.1 Kandungan utama dalam biogas

Sumber: http://elkace-energi.blogspot.com/

2.2. Nilai Potensial Biogas

Metana dalam biogas memiliki karakteristik mudah terbakar (flammable)

dapat mengakibatkan ledakan. Hasil pembakarannya relatif lebih bersih

daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi

(3)

karbon dioksida yang lebih sedikit. Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar

dan juga dapat menghasilkan listrik. Biogas merupakan bahan bakar alternatif

terbaik, karena biogas dapat menjadi bahan bakar ramah lingkungan, memiliki

kandungan energi dalam jumlah yang besar, dan limbah biogas (residu) dapat

dimanfaatkan sebagai pupuk. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang

diambil dari atmosfir oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke

atmosfir tidak akan menambah jumlah karbon di atmosfir bila dibandingkan

dengan pembakaran bahan bakar fosil.

Tabel 2.2 Nilai Setaraan Biogas Dengan Sumber Energi Lain

(4)

2.3. Proses Pembentukan Biogas

Biogas dibentuk dengan prinsip pencernaan anaerob dengan bantuan bakteri penghasil biogas. Bakteri ini terdiri dari beberapa jenis bakteri yaitubakteri penghasil gas metana dan bakteri asam yang tidak menghasilkan metana.Terdapat beberapa tahap yang harus dilalui dalam proses pembentukan biogas yaitu dimulai dari tahap hidrolisis, asidogenesis, asitogenesis dan tahap yangterakhir adalah metanogenesis.

Gambar 2.1 Tahapan Pembentukan Biogas

Hidrolisis merupakan penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang sederhana. Pada tahap pertama ini, bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid, dan protein didegradasi menjadi senyawa dengan rantai pendek, seperti peptida, asam amino, dan gula sederhana. Penguraian senyawa ini dilakukan oleh kelompok bakteri hidrolisa, seperti steptococci, bacteriodes, dan beberapa jenis enterobactericeae.

Asidogenesis merupakan pembentukan asam dari senyawa sederhana.

Clostridium merupakan jenis bakteri asidogen yang merubah asam-asam organik,

alkohol dan keton-keton (seperti ethanol, methanol, glycerol dan aceton). Syntrobacter

dan syntrophomonas wolfei merupakan contoh bakteri asitogen (McInernay et al, 1981)

(5)

merubah fatty acid dan alkohol menjadi asetat, hidrogen dankarbon dioksida dengan bantuan bakteri methanogen. Ethanol, propionik acid dan asam butirat dapat terkonversi menjadi asam asetat oleh bakteri asitogen.

Metanogenesis ialah proses pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti mathanobacterium, mathanobacillus, methanosacaria, dan methanococcus. Tahap ini mengubah asam-asam lemak rantai pendek menjadi H2, CO2, dan asetat. Asetat akan mengalami dekarboksilasidan reduksi Co2, kemudian bersama-sama dengan H2 dan Co2 menghasilkanproduk akhir, yaitu metan (Ch4) dan karbondioksida (CO2).

Gambar 2.2 Methanobacterium

(6)

2.4. Tahapan Penguraian Bahan Baku di Dalam Digester

Di dalam digester yang telah di isi dengan material organik penghasilbiogas yang dicampur dengan air dan di diamkan dalam kondisi anaerob akan mengalami proses penguraian/pembusukan oleh bakteri anaerob. Berikut merupakan tahapan penguraian material organik yang berupa lapisan-lapisan yang berbeda-beda sifatnya :

2.4.1 Effluent

Effluent terletak di lapisan bawah setelah lapisan bahan padat organik ataupun non organik. Effluent ini berbentuk semisolid seperti bubur, merupakan limbah setelah biogasnya terpisahkan. Effluent dapat dimanfaatkan sebagai pupuk/kompos yang dapat menyuburkan tanah pertanian.

2.4.2 Bahan Padat Organik Ataupun Non Organik

Bahan padat yang berbentuk organik maupun non-organik yang berupa endapan

padat yang terkumpul di dasar digester. Misalnya berupa pasir, tanah maupun benda

padat lainnya yang ikut masuk dalam digester dan tidak dapat membusuk bahan padatan

ini tidak dapat dimanfaatkan atau tidak dapat di pergunakan untuk menjadi biogas.

(7)

Gambar 2.3 Lapisan Yang Terbentuk Pada Penguraian Material Organik Dalam

Kondisi Anaerob Didalam Digester.

2.4.3 Supernatant

Supernatant terletak di lapisan tengah, di atas lapisan effluent. Supernatantini berbentuk cair dan merupakan tempat bakteri melakukan kegiatan untuk menguraikan bahan organik, sehingga lapisan cairan ini disebut juga sebagai cairan biologi aktif.

2.4.4 Biogas

Biogas ini berbentuk gas yang memiliki massa jenis yang rendah sehingga

terletak di lapisan paling atas dalam digester, biogas ini merupakan campuran antar

gas yang mudah terbakar (combustible), yang akan keluar menuju permukaan

(8)

digester. Kandungan yang terdapat di dalam biogas sangat tergantung pada material yang diurai oleh bakteri, serta keadaan lingkungan yang mempengaruhi proses penguraian tersebut .

2.5 Bahan Baku Penghasil Biogas

Secara umum bahan organik yang terdapat pada tanaman seperti karbohidrat dan

selulosa merupakan bahan yang disukai untuk dicerna. Salah satu bahan yang sangat

berprospek untuk dijadikan bahan baku biogas selain kotoran hewan adalah eceng

gondok yang memiliki selulosa yang besar,eceng gondok atau enceng gondok

(Eichornia Crassipes) adalah sejenis tumbuhan air yang hidup terapung di permukaan

air. Eceng gondok merupakan sejenis tanaman hidrofit. Tumbuhan ini tidak dapat

dimakan bahkan tanaman gulma ini menjadi tanaman pengganggu bagi tumbuhan lain

dan hewan sekitarnya.

(9)

Gambar 2.4 Eceng Gondok

Untuk menghasilkan biogas dari enceng gondok cukup mempergunakan eceng gondok basah yang telah di potong-potong dan dimasukkan kedalam wadah seperti drum untuk skala menengah atau botol galon aqua untuk skala kecil kemudian tutup dan biarkan berlangsung proses fermentasi oleh bakteri sehinggga akan menghasilkan methan. Dan zat methan ini yang berperan pada produksi biogas dalam skala lapangan.

Selain methan gas lain yang dihasilkan adalah CO

2

, O

2

, N

2

. Biogas yang bagus adalah

biogas yang porsi methannya tinggi.

(10)

Tabel 2.3 komposisi kimia eceng gondok segar

Sedangkan Komposisi Kimia Untuk Eceng Gondok Kering Adalah Sebagai Berikut.

Tabel 2.4 Komposisi Eceng Gondok Kering

2.6 Biogas dari Limbah Pertanian

Melalui biokonversi, limbah organik seperti tinja, sampah domestik dan limbah

pertanian dapat dikonversi menjadi bioenergi. Bioenergi merupakan gas kompleks yang

terdiri dari Metana, karbondioksida, Asam sulfida, dan gas-gas lainnya. Biokonversi

limbah organik ini melibatkan proses fermentasi. Proses biokonversi seperti ini dikenal

pula sebagai proses Pencernaan Anaerob. Proses biokonversi secara alami terjadi pula di

(11)

alam, yakni dalam pembentukan gas rawa atau sebagai produk samping dari pencernaan hewan, khususnya hewan-hewan pemamah biak. Gas rawa sebenarnya merupakan gas metan yang terbentuk dari bahan-bahan organik tanaman melalui proses dikomposisikan tanaman oleh bakteri. Selanjutnya, gas ini dikeluarkan dari rawa dan dalam kondisi tertentu dapat terbakar secara spontan. Gas ini secara ekonomi merupakan bahan bakar penting yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak, tetapi karena tumbuhan yang didekomposisi secara alami jumlahnya terbatas, maka perlu dicari bahan baku dan teknologi penggantinya.

Pembentukan gas pada hewan pemamah biak terjadi di dalam lambung dan berlangsung bersamaan dengan proses pencernaan makanan. Di dalam lambung, bahan- bahan berselulosa dari rumput-rumputan atau bahan lain yang menjadi makanan hewan pemamah biak dengan penambahan air diubah menjadi asam organik. Asam organik ini selanjutnya diurai secara anaerob menjadi gas metan dan karbondioksida. Diperkirakan sekitar 75 jutan ton gas metan dikeluarkan oleh hewan pemamah biak setiap tahunnya.

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 colidan 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-bahan organik tak larut menjadi bahan-bahan

organik dapat larut. Enzim utama yang terlibat adalah selulase yang menguraikan

selulosa.

(12)

2. Perubahan bahan-bahan organik dapat larut menjadi asam organik. Pembentukan asam organik ini terjadi dengan bantuan bakteri non methanogenik, protozoadan jamur.

3. Perubahan asam organik menjadi gas metan dan karbondioksida. Proses perubahan ini dapat terjadi karena adanya bantuan bakteri Metanogenik (Methanobacteriumdan 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 CO

₂

+ 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 ekstra selular yang dihasilkan oleh sejumlah mikro organisme. 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 C

6

H

12

O

6

+ 24 H

2

O 12 CH3COOH + 4 HCOOH + 8 H2 12 COOH --- 12 CH4 + 12 CO2

CH

₃

COOH --- 4 CO2 + H2

CO

2

+ 12 H2 --- 3 CH4 + 6 H2O

(13)

Secara singkat reaksi keseluruhan di atas dapat disederhanakan menjadi:

C6H5 COOH + 18 H2 O --- 15 CH4 + CO2

2.7 Tahap Pembentukan Biogas

Pembentukan biogas dilakukan oleh mikroba pada situasi anaerob, yang meliputi tiga tahap, yaitu hidrolisis, pengasaman dan tahap metanogenik (Irmawati, 2008:7-8).

1. Tahap hidrolisis

Terjadi pelarutan perubahan organic mudah larut dan pencernaan bahan organic yang komplek menjadi sederhana. Perubahan struktur bentuk primer menjadi bentuk monomer.