BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat cepat memberi pengaruh kepada pola kehidupan manusia. Bagaimanapun tidak dapat dipungkiri bahwasannya sebagian besar aspek kehidupan manusia telah
memanfaatkan teknologi. Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, jamur, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dengan kata lain bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip ilmiah yang menggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusia. Bioteknologi adalah penerapan ilmu (suatu teknik dalam biologi). Bioteknologi dapat diartikan sebagai pemanfaatan prinsip-prinsip ilmah dan teknologi dengan menggunakan makhluk hidup sebagai alat bantu untuk menghasilkan produk atau jasa guna kepentingan manusia. Bioteknologi bukanlah suatu disiplin ilmu melainkan penerapan ilmu..
Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau
fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya; kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik dengan bantuan bakteri anaerob pada lingkungan tanpa oksigen bebas
B. Rumusan Masalah
Dari latar belakang yang telah dikemukakan maka dapat diambil beberapa masalah yang akan dibahas antara lain:
2. Bagaimana proses pembuatan Biogas?
3. Apa keterkaitan Fisika dengan bioteknologi khususnya Biogas?
C. Tujuan Penulisan
Maksud dan tujuan dalam penyusunan makalah ini, diantaranya: 1. Menjelaskan pengertian biogas.
2. Menjelaskan pembuatan biogas beserta gambar.
3. Menjelaskan keterkaitan Fisika dengan bioteknologi khususnya Biogas.
D. Batasan Masalah
Penulis membatasi makalah ini dengan beberapa batasan yaitu: menjelaskan bioteknologi khususnya biogas dan keterkaitannya dengan Fisika.
E. Manfaat Penulisan
Manfaat dari penulisan ini, untuk lebih mengetahui perkembangan bioteknologi dengan memanfaatkan limbah khususnya biogas dan mengetahui keterkaitan bioteknologi dengan Fisika.
BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Biogas
melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion. Gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana.Material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraikan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana.
Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium. Perkembangan proses anaerobik digestion telah berhasil pada banyak aplikasi. Proses ini memiliki kemampuan untuk mengolah sampah atau limbah yang keberadaanya melimpah dan tidak bermanfaat menjadi produk yang lebih bernilai. Aplikasi anaerobik digestion telah berhasil pada pengolahan limbah industri, limbah pertanian limbah peternakan dan municipal solid waste. Sejarah penemuan proses anaerobik digestion 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.
bahkan mati. Sedangkan penggunaan penampung gas secara floating drum yakni dimaksudkan agar dapat diamati produksi biogas yang dihasilkan, dengan dihitung kenaikan penampung gas yang diakibatkan oleh tekanan gas yang berada dalam penampung gas tersebut. Instalasi yang dibangun meliputi saluran inlet, digester, saluran outlet dan penampung gas. Untuk mencegah timbulnya kerak pada dasar digester dan lapisan atas slurry, maka dibuat sebuah pengaduk manual. Hal ini dikarenakan lapisan kerak dapat mencegah gas yang akan keluar dari digester. Lapisan kerak tersebut dapat mempengaruhi perkembangan mikroorganisme yang erat hubungannya dengan produksi biogas. Pengadukan juga memberikan kondisi temperatur yang homogen dalam digester. Menurut anonim (1981) pengadukan pada digester dapat meningkatkan produksi gas sebesar 10 – 15% dibandingkan dengan yang tidak
diaduk. Untuk menghilangkan H 2 O yang ikut dalam aliran gas maka perlu
adanya water trap. Perangkap H 2 O biogas akan dilewatkan melalui pipa T yang terhubung dengan tabung air. Uap air yang ikut bersama biogas diharapkan turun melalui pipa ke tabung penampung air.
substrat (kotoran ternak) ke dalam digester yang anaerob. Dalam waktu tertentu gas bio akan terbentuk yang selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber energi, misalnya untuk kompor gas atau listrik. Penggunaan biodigester dapat membantu pengembangan sistem pertanian dengan mendaur ulang kotoran ternak untuk memproduksi gas bio dan diperoleh hasil samping (by-product) berupa pupuk organik. Selain itu, dengan pemanfaatan biodigester dapat mengurangi emisi gas metan (CH4) yang dihasilkan pada dekomposisi bahan organik yang diproduksi dari sektor pertanian dan peternakan, karena kotoran sapi tidak dibiarkan terdekomposisi secara terbuka melainkan difermentasi menjadi energi gas bio.
Biogas memanfaatkan limbah pertanian dan peternakan sebagai sumber energi alternatif, yaitu dari biomassa. Sumber-sumber energi biomassa berasal dari bahan organik. dimana apabila biomassa tersebut dimanfaatkan untuk menghasilkan energi, akan menjadi bioenergi yang dikenal dengan biogas. Biogas merupakan gas bio yang dihasilkan dari proses fermentasi material organik dengan bantuan bakteri anaerob. Material organik ini seperti kotoran hewan ternak bahkan tinja manusia serta sampah-sampah organik dari sayuran, sekam, daun-daunan dan sebagainya. Proses fermentasi dilakukan oleh bakteri methanogen yang sebagian besar produknya adalah gas methana (CH4). Bakteri ini bekerja dalam lingkungan yang tidak memerlukan oksigen (anaerob). Awalnya masyarakat sekitar lebih banyak meletakkan kotoran sapinya di dekat kandang sehingga hal ini dapat menimbulkan pencemaran udara, dan baru sedikit yang dimanfaatkan untuk pembuatan pupuk organik. Proses pembuatan biogas cukup sederhana. Kita hanya memerlukan bahan organik dan sebuah alat pembangkit yang biasa disebut reaktor/digester.
B. Proses Pembuatan Biogas
reaktor atau digester yang diantaranya tipe kubah tetap (fixed dome type), tipe terapung (floating drum type) dan reaktor balon. Dilihat dari sisi konstruksinya, pada umumnya hanya digolongkan menjadi dua yaitu reaktor tipe kubah tetap dan terapung. Fixed dome (kubah tetap) mewakili konstruksi reaktor yang memiliki volume tetap sehingga produksi gas akan meningkatkan tekanan di dalam reaktor. Sedangkan floating drum (terapung) berarti ada bagian pada konstruksi reaktor yang dapat bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian reaktor tersebut juga menjadi tanda telah dimulainya produksi gas di dalam reaktor biogas.
Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang bisa 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 di bagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.
Terdapat empat tahapan lengkap proses fermentasi yang dilakukan oleh bakteri anaerob, di antaranya Hidrolisis, Asidogenesis, Asetagenesis, dan Metanogenesis. Pada tahap hidrolisis, molekul organik yang kompleks diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana, seperti karbohidrat, asam amino, dan asam lemak. Tahap asidogenesis, terjadi penguraian yang menghasilkan amonia, karbondioksida, dan hidrogen sulfida. Tahap asetagenesis, dilakukan proses penguraian produk asidogenesis, menghasilkan hidrogen, karbon dioksida, dan asetat. Sedangkan tahap metanogenesis adalah tahap terakhir dan sekaligus yang paling menentukan, yakni dilakukan penguraian dan sintesis produk tahap sebelumnya untuk menghasilkan gas metana.
jumlahnya kecil di antaranya hidrogen sulfida (H2S) 0-3% dan ammonia (NH3) serta hydrogen 1-5% dan nitrogen 0-0,3% yang kandungannnya sangat kecil . Nilai kalori dari 1 meter kubik biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu, biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil.
Penerapan teknologi biogas pada daerah yang memiliki peternakan dapat memberikan keuntungan ekonomis apabila dilakukan perancangan yang tepat dari segi teknis dan operasionalnya. Perancangan teknis meliputi: desain biodigester, desain penyaluran gas dan desain tangki penampung. Perancangan operasional meliputi kemampuan operator untuk memastikan perawatan fasilitas biogas berjalan rutin dan terpenuhinya suplai bahan baku biogas setiap harinya.
pohon hanya untuk dijadikan kayu bakar. Mereka dapat melakukan pekerjaan lain yang memiliki nilai tambah ekonomis tanpa harus menebang pohon dan merusak hutan. Perlu diperhatikan jika banyak kayu digunakan sebagai bahan bakar, maka lambat laun hutan di dunia akan habis, efek rumah kaca akan semakin besar, global warming pun tidak dapat dihindari. Oleh karena itu, biogas merupakan salah satu solusi untuk melawan global warming dan mengurangi efek rumah kaca.
Berikut dibawah ini adalah gambar pembuatan biogas.
Gambar 1. Proses Pembuatan Kompos Digester
Gambar 3. Proses Pembuatan Biogas Sederhana
C. Keterkaitan Fisika dalam Bioteknologi yaitu biogas 1. Konservasi Energi
Konversi limbah melalui proses anaerobik digestion dengan menghasilkan biogas memiliki beberapa keuntungan, yaitu :
- Biogas merupakan energi tanpa menggunakan material yang masih memiliki manfaat termasuk biomassa sehingga biogas tidak merusak keseimbangan karbondioksida yang diakibatkan oleh penggundulan hutan (deforestation) dan perusakan tanah.
- Energi biogas dapat berfungsi sebagai energi pengganti bahan bakar fosil sehingga akan menurunkan gas rumah kaca di atmosfer dan emisi lainnya.
- Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang tidak bermanfaaat, bahkan bisa menngakibatkan racun yang sangat berbahaya. Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah.
- Selain keuntungan energy yang didapat dari proses anaerobik digestion dengan menghasilkan gas bio, produk samping seperti sludge. Meterial ini diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair. Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk padat.
2. Tinjauan dari Ilmu Fisika
Tekanan yang terjadi pada biogas terdapat dalam biodigester. Tekanan adalah gaya normal yang diberikan pada suatu permukaan persatuan luas.
P=F
A …(1)
Dimana : F = gaya yang bekerja (N) A = luas permukaan ( m2 )
Karena gaya yang bekerja pada biodigester berupa berupa fluida cair maka dari persamaan (1) bisa didekati dengan
P=F
A , karenaV=hA persamaannya menjadi: Ph=ρgh …(2)
h = kedalaman (m)
ρh = tekanan hidrostatis (Pa) atau ( Nm2 )
Manometer digunakan untuk mengukur beda antara intensitas tekanan di suatu titik dan tekanan atmosfer.
Sehingga dapat diuraikan persamaan tekanan yang terjadi, sebagai berikut :
P+ρgas biog Xi+ρgX=Pa+ρgH
Dimana: P = tekanan dalam biodigester (N/m2)
Pa = tekanan udara luar (1 atm)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
ρ gas bio= massa jenis gas bio (kg/m3) g = gravitasi (m/s)
X = tinggi fluida(m)
Xi = tinggi gas dalam manometer (m) H = tinggi fluida (m)
terbagi dalam berbagai dalam berbagai macam atau jenis, contohnya energi panas, energi air, energi batu-bara, energi minyak bumi, energi listrik, energi matahari, energi nuklir, dan energi gas bumi. Energi yang disebutkan di atas termasuk energi yang tidak dapat diperbaharui. Artinya, energi tersebut sumbernya terbatas dan sulit diperbanyak. Penggunaan energi secara tidak terbatas dapat mempercepat habisnya sumber energi sehingga saat ini pemerintah gencar melakukan kampanye hemat energi. Kebutuhan manusia yang tidak terbatas selalu dibatasi dengan ketersediaan sumber daya untuk memenuhinya. Salah satu masalah keterbatasan manusia pada zaman modern ini adalah bahan bakar khususnya bahan bakar minyak bumi (BBM). Hal itu karena BBM merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Kondisi tersebut dialami oleh hampir seluruh negara di dunia, termasuk Indonesia. Setelah harga BBM naik beberapa hari yang lalu, kehidupan masyarakat baik di desa maupun di kota semakin sulit. Warga berlomba-lomba mencari sumber energi alternatif, ada yang menggunakan energi matahari, energi air, maupun energi angin. Namun, sejauh ini masih belum ditemukan sumber energi yang benar-benar bisa menggantikan bahan bakar minyak. Kebanyakan sumber energi alternatif tidak bisa menghasilkan energi sebesar energi yang dihasilkan bahan bakar minyak. Sebenarnya ada sumber energi alternatif yang relatif sederhana dan sangat cocok untuk masyarakat pedesaan. Energi alternatif itu adalah biogas.
Biogas memiliki kandungan energi tinggi yang tidak kalah dari kandungan energi dari bahan bakar fosil. Nilai kalori dari 1m³ biogas setara dengan 0,6-0,8 liter minyak tanah. Untuk menghasilkan listrik 1Kwh dibutuhkan 0,62-1m³ biogas yang setara dengan 0,52 liter minyak. Oleh karena itu biogas sangat cocok menggantikan minyak LPG, minyak tanah, dan bahan bakar. Biogas mengandung 75% metana. Semakin tinggi
alam. Dengan demikian, jika biogas diolah dengan benar, bisa digunakan untuk menggantikan gas alam.
Biogas saat ini telah dapat digunakan sebagai bahan bakar generator pembangkit listrik. Generator yang sebelumnya menggunakan solar atau bensin sebagai bahan bakarnya dan dapat digantikan dengan biogas. Sebagai sumber energi, dalam proses pemanfaatannya, tentu saja hal itu menjadi kendala tersendiri. Karena itu, untuk penyimpanan energi yang dihasilkan melalui biogas, terlebih dahulu melalui konversi energi menjadi energi listrik. Energi gerak yang ada digunakan untuk mengerakkan turbin sehingga dapat dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan generator. Energi listrik yang dihasilkan tersebut dapat disimpan dalam bentuk arus DC, baik sebagai aki maupun baterai. Sementara limbah dari biogas dapat digunakan sebagai pupuk. Bahkan, unsur-unsur tertentu seperti protein, selulose, dan lignin tidak bisa digantikan oleh pupuk kimia.
BAB III PENUTUP A. KESIMPULAN
Biogas menjadi sumber energi alternatif berupa bahan bakar yang dapat diperbaharui. Selain itu, biogas memiliki nilai tambah di bidang ekonomi dan dalam hal mensejahterakan masyarakat.
Pemanasan global (global warming) telah menjadi masalah yang sangat mengancam bagi kehidupan manusia di muka bumi yang salah satunya
minyak bumi, batu bara dan gas alam yang juga merupakan sumber daya yang terbatas. Oleh karena itu, telah menyebabkan tuntutan ke pencarian sumber energi yang lebih ramah lingkungan dan bersifat dapat diperbaharui (renewable energi) sesuai dengan kesepakatan dalam Protokol Kyoto tentang pengurangan emisi gas efek rumah kaca. Biogas yang berasal dari limbah usaha peternakan sapi berupa kotoran ternak sapi beserta sisa pakan dapat dijadikan salah satu jenis sumber energi alternatif (bioenergi) untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil dan mengurangi resiko pencemaran lingkungan. Dan
memberikan hasil sampingan berupa pupuk cair dan padat.
B. SARAN
Penulis bersedia menerima kritik dan saran yang positif dari pembaca. Penulis akan menerima kritik dan saran tersebut sebagai bahan pertimbangan yang memperbaiki makalah ini di kemudian hari. Semoga makalah berikutnya dapat penulis selesaikan dengan hasil yang lebih baik lagi
DAFTAR ISI
Jensen, J. K and A. B. Jensen. 2000. Biogas and Natural Gas Fuel Mixture for The Future. Exhibition Centre. Page 1-8.
Pambudi, N. A. 2008. Pemanfaatan Biogas Sebagai Energi Alternatif. Yogyakarta: Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.
Suyati, F., 2006, Perancangan Awal Instalasi Biogas Pada Kandang Terpencar Kelompok Ternak Tani Mukti Andhini Dukuh Butuh Prambanan Untuk Skala Rumah Tangga. Yogyakarta: Skripsi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.
