OUTLINE Prinsip dasar produksi biogas. REAKTOR BIOGAS SKALA KECIL (Rumah Tangga dan Semi-Komunal) 4/2/2017

(1)

REAKTOR BIOGAS SKALA KECIL

(Rumah Tangga dan Semi-Komunal)

Dr. Budhijanto

Pusat Inovasi Agro Teknologi Universitas Gadjah Mada

OUTLINE

Prinsip dasar produksi biogas

Berbagai tipe reaktor - Reaktor yang

memerlukan tukang profesional

- Reaktor yang bisa dibuat sendiri

Pemanfaatan dan sisten distribusi biogas Hasil samping: pupuk organik

Masalah yang sering dihadapi

(2)

PRINSIP DASAR PROSES DAN

KALKULASI SEDERHANA VOLUM

REAKTOR

Prinsip Dasar Produksi Biogas

Bahan organik bisa dikonversi menjadi biogas dengan proses yang disebut ANAEROBIC DIGESTION Anaerobic digestion adalah proses peruraian oleh

mikroorganisme/bakteri dengan syarat tidak ada oksigen sama sekali. Bakteri yang digunakan adalah bakteri yang sudah ada di lingkungan kita (tidak perlu membeli). Bakteri ini tidak menyebabkan penyakit

(bersifat non-patogenik) Skema proses yang terjadi digambarkan pada diagram di

(3)

Syarat Keberhasilan Produksi Biogas

• Rutin memasukkan bahan

baku

(umpan) sebagai

“makanan” bakteri

pengurai

• Cukup air

– contohnya,

untuk kotoran sapi

biasanya volum kotoran

sapi dan air adalah

berkisar 1:1 sampai 1:2

• Umpan reaktor

tidak

mengandung racun

(misalnya sabun, cairan

disinfektan, pestisida)

INGAT !!!

ADA MAKHLUK HIDUP DI DALAM REAKTOR

Kalkulasi Sederhana Kebutuhan

Volum Reaktor

• Rule of thumb untuk bahan baku kotoran sapi:

1. Satu ekor sapi dewasa menghasilkan 15 kg kotoran padat/hari

2. Jumlah air 2 kali lipat jumlah kotoran sapi

3. Waktu tinggal optimal dalam reaktor biogas 30 hari

4. 1 m3_{volum reaktor menghasilkan}

kurang lebih 0,6 m3_biogas/hari

5. Nilai kalor 1 m3 _{biogas (1 atm, suhu}

25o_{C) setara dengan 0,2 liter LPG}

(cair) atau 0,3 liter solar.

• Contoh perhitungan: Jumlah sapi = 5 ekor

Estimasi jumlah kotoran sapi = 75 kg/hari Jumlah umpan reaktor (dengan air) = 150 kg/hari (kurang lebih 150 liter/hari) Estimasi kebutuhan volum reaktor = 30 hari x 150 liter/hari = 4,5 m3

Jadi jika diinginkan seluruh kotoran sapi diolah menjadi biogas, diperlukan minimal reaktor dengan volum 4,5 m3

Estimasi produksi biogas = 0,6 x 4,5 m3

= 2,7 m3_{/hari (setara dengan kurang lebih}

(4)

BERBAGAI TIPE REAKTOR BIOGAS

Tipe Reaktor Biogas

Tipe VERTIKAL (Dome)

Tipe HORIZONTAL (Pipa)

Untuk kapasitas kecil (misalnya hanya ada 1 ekor sapi), tipe horisontal lebih menguntungkan karena lebih mudah dibuat. Untuk skala besar,

(5)

Reaktor Tipe Vertikal (Dome)

Pembuatan Reaktor dengan

Pasangan Bata

Tanah digali dengan kedalaman kurang lebih 1.5-2 meter, kemudian dipasang dinding bata dan diaci agar kedap air dan kedap udara

Dibuat tutup berupa fixed dome (bisa diganti dengan floating dome juga)

Dibuat bak inlet dan outlet

Pekerjaan memerlukan keterampilan khusus, sebaiknya menggunakan tukang profesional

(6)

Alternatif Reaktor:

Ready-to-Use dari Bahan Fiber

Reaktor Tipe Horisontal (Dianggap

Bentuk Pipa)

• Hanya untuk skala mini

(kurang dari 5 m

3

_).

• Cocok untuk instalasi

individual (hanya untuk

keperluan 1 rumah

tangga).

• Bisa digunakan untuk

hewan ternak kecil

(misalnya kambing) dan

unggas.

(7)

Contoh Reaktor Balon

(Rancangan KKN Banjarnegara 2016)

Realisasi Reaktor Balon

(bisa dibuat sendiri)

Pembuatan fondasi Pembuatan bak pelindung

Instalasi yang sudah lengkap: Reaktor balon dalam bak, dilengkapi gas holder double- drum

Reaktor balon dibuat dari plastik silinder besar (bisa dibeli di toko plastik besar), dengan dua lapis plastik agar lebih kuat, ujung-ujung diikatkan ke pipa paralon.

(8)

Pembuatan Reaktor Balon

Ujung dilekatkan pada pipa

udara tekan sebelum diisi umpan

Perlu uji kebocoran dengan

Variasi Lain Reaktor Pipa

PVC 12 in (rancangan Dr. Chandra

(9)

Saran Pemilihan Tipe Reaktor

Tipe Vertikal/Dome

• Untuk kapasitas besar (volume minimal 5 m3_{), sebaiknya}

gunakan tukang profesional yang sudah terbiasa membuat reaktor biogas.

• Jika kapasitas kurang dari maka konstruksi pasangan bata akan sulit sehingga malah akan mahal.

• Jika ingin menggunakan tipe dome dengan ukuran kecil, disarankan menggunakan fiber (order ke perusahaan

profesional).

Tipe Horisontal/Pipa

• Hanya untuk skala kecil

(volume lebih kecil daripada

5 m

3

_{), biasanya hanya untuk}

percontohan.

• Bisa dibuat sendiri dengan

plastik.

• Alternatifnya bisa

menggunakan buis beton

(sebaiknya menggunakan

tukang profesional).

Gas Holder

• Reaktor yang kapasitasnya

kurang dari 5 m3, memerlukan

penyimpan gas eksternal yang

disebut GAS HOLDER.

• Gas holder diperlukan karena

ruang kosong di reaktor tidak

cukup besar untuk menyimpan

biogas.

• Tanpa gas holder pada reaktor

kecil, biasanya kompor akan

sering mati.

• Gas holder bisa dibuat secara

sederhana dengan plastik atau

drum bolak-balik dengan isian

air (lihat gambar di samping)

Plastik silinder

Double drum

(10)

PEMANFAATAN BIOGAS DAN

SISTEM DISTRIBUSI

Pemanfaatan “Tradisional”

• Sebagai bahan bakar

kompor

• Sebagai bahan bakar

lampu biogas

(11)

Konteks Modern Biogas

Substitusi bahan bakar

mesin (dengan modifikasi

sistem injeksi bahan

bakar):

1. Generator listrik

2. Mesin-mesin

peternakan (alat cacah

pakan dll.)

3. Pemanas air

Kemungkinan Distribusi Biogas

• Pertanyaan yang sangat sering

muncul: APAKAH BIOGAS BISA DISIMPAN DALAM TABUNG GAS (SEPERTI ELPIJI)?

• Jawaban sederhana:

1. Biogas tidak bisa dicairkan seperti elpiji pada kondisi tekanan dan suhu yang wajar.

2. Tidak efisien mendistribusikan biogas (atau yang sudah dimurnikan sebagai metana sekalipun) dalam tabung. 3. Apalagi jika reaktor biogas hanya

skala kecil, maka penyimpanan dalam tabung TIDAK EKONOMIS

(bahkan sampai 50 m3_masih

dianggap kecil dalam konteks penabungan biogas).

4. Aspek safety kompresi gas yang

mudah meledak seperti biogas, tidak bisa dilakukan oleh sembarang orang tanpa latar belakang teknis yang memadai

(12)

Sistem Distribusi Biogas

dengan Pemipaan

• Jika dibuat reaktor biogas

semi komunal untuk

rumah-rumah yang

berdekatan,

dimungkinkan

mendistribusikan biogas

dengan pipa.

• Pada radius kurang lebih

20 meter, tidak

diperlukan blower.

• Jika diinginkan distribusi

lebih jauh, perlu bantuan

blower.

1. Ideal: reaktor adalah titik PALING RENDAH 2. Jika reaktor tidak

bisa menjadi titik yang paling rendah, buat percabangan sebagai PERANGKAP AIR, secara berkala kran dibuka untuk mengeluarkan air 3. Pilihan pipa yang

biasa digunakan: PVC ½ in

MASALAH YANG SERING DIJUMPAI DALAM JARINGAN PEMIPAAN BIOGAS:

Pipa TERISI AIR yang mengembun sehingga menyumbat airan biogas

(13)

Saran pemipaan

• Jangan terlalu banyak

belokan

• Jangan dipendam karena

cenderung lebih banyak

embunan dan sulit

mengeluarkan air

• Jangan pakai selang

transparan karena akan

timbul lapisan semacam

lumut yang makin tebal

• Jarak ideal: kurang dari 20

m

• Tes kebocoran secara

berkala

Untuk pemipaan jauh

• Dengan bantuan blower

• Contoh: instalasi

penangkapan biogas di

TPA Segawe

Tulungagung (milik

Dinas PU Tulungagung),

bisa menyalurkan

landfill gas sampai ke

rumah-rumah

penduduk pada radius

100 meter.

(14)

HASIL SAMPING BERUPA PUPUK

Reaktor Biogas untuk

Kawasan Industri Kecil Tanpa Limbah

Contoh skenario di desa peternak susu perah:

- Kotoran sapi dijadikan biogas - Biogas digunakan untuk industri derivatif susu

- Slurry keluar reaktor biogas untuk pupuk pertanian organik

(15)

Konsep bisnis pupuk modern:

organik dan lokal

• Pupuk yang campurannya disesuaikan dengan

kondisi tanah dan jenis tanaman pada daerah

tertentu

• Lumpur dari reaktor biogas menguntungkan

karena bentuknya sudah halus, mudah

dicampur, dan mudah digranulkan

Contoh:

Pupuk Granul Triple S (

Site Specific and Slow-released

)

dari slurry outlet reaktor biogas

A

B

C

D

E

F

A. 0 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 100 % pupuk NPK B. 25 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 75 % pupuk NPK C. 50 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 50 % pupuk NPK D. 75 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 25 % pupuk NPK E. 100 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 0 % pupuk NPK F. Kontrol

(16)

MASALAH YANG SERING DIHADAPI

Tanda-tanda Reaktor yang “sehat”

Gelembung

pada lumpur

Outlet kental

Tekanan

stabil

(17)

Perawatan reaktor

• Masalah yang sering dihadapi:

1. Produksi biogas menurun

2. Pembakaran kurang bagus (kurang panas,

dll.)

3. Timbulnya karat pada peralatan

Penurunan produksi biogas

• Bisa diamati pada alat

ukur tekanan biogas

• Jika terjadi penurunan

tekanan, ada beberapa

kemungkinan:

a. Pengisian tidak

teratur

b. Campuran isian tidak

tepat

(18)

Campuran isian yang baik

• Tidak tercampur bahan

serat/keras

• 1 bagian kotoran sapi

dicampur dengan 1-2

bagian air

• Tidak tercampur bahan

kimia (misalnya air

bekas deterjen, sabun,

cairan pembersih, dll.)

Upaya meningkatkan produksi biogas

• Memperhatikan persyaratan pengisian:

kotoran sapi tidak tercampur bahan keras,

jumlah air ideal, tidak tercampur bahan kimia

• Mengisi dengan teratur, contoh:

Ukuran 15 m

3 _{: pengisian dengan kotoran dari}

10 ekor sapi (150 kg kotoran/hari + 150-300

liter air)

(19)

Pembakaran kurang bagus

• Sering ada keluhan

bahwa api biogas

“kurang panas”

• Penyebab: banyak

“pengotor” dalam

biogas

• Pencegahan: kontrol

jumlah air terikut

umpan masuk ke

reaktor

Penyebab terlalu banyak air

• Air pencucian kandang

masuk ke reaktor:

biasanya menjadi

terlalu banyak air jika

tidak semua kotoran

sapi masuk ke reaktor

• Air hujan masuk ke

reaktor

• Reaktor rembes

sehingga air masuk dari

tanah sekitarnya

(20)

Contoh kurang hati-hati

Inlet tidak ditutup, mudah kemasukan Air dan barang-barang yang bisa menyumbat