Yogyakarta, 27 November 2008
ISBN 9-793-688893-9
Peningkatan Kemurnian Metana dalam Biogas
Menggunakan Larutan KOH di Kabupaten Gunungkidul Yogyakarta
Satriyo Krido Wahono, Roni Maryana, M. KismurtonoStaf peneliti UPT Balai Pengembangan Proses dan Teknologi Kimia – LIPI Desa Gading Kecamatan Playen Kab. Gunungkidul – Yogyakarta Email : dna_tqim@yahoo.com, satr002@lipi.go.id; Telp/Fax : (0274) 392570
Abstrak
Telah dilakukan pemurnian biogas menggunakan larutan KOH di tiga lokasi instalasi biogas di Kabupaten Gunungkidul yaitu di Desa Gading – Playen, di Desa Bandung – Playen dan di Desa Kepek – Wonosari. Biogas dari tiap – tiap instalasi tersebut dikontakkan dengan larutan KOH 1 M menggunakan absorber kontak sederhana selama 10 menit. Larutan KOH yang telah dikontakkan dititrasi menggunakan larutan HCl 1 M dengan indikator pp. Selain itu dilakukan pula pengambilan sampel gas pada bagian inlet dan outlet biogas pada absorber kontak sederhana, kemudian sampel gas tersebut dianalisa menggunakan instrumen gas kromatografi. Dari ketiga lokasi tersebut diperoleh data bahwa larutan KOH memiliki kemampuan untuk meningkatkan kadar metana rata-rata 9,53% atau 15,12% dari kadar metana semula. Peningkatan kadar metana tertinggi diperoleh di instalasi biogas yang berlokasi di Desa Gading – Playen dengan peningkatan kemurnian sampai 14,9% atau 23,84% dari kadar metana semula dengan kemurnian akhir metana sebesar 77,4%.
Kata kunci : biogas, kadar metana, pemurnian, larutan KOH
Increasing of Biogas Methane Content Using KOH
at Gunungkidul Yogyakarta
Abstract
Biogas purification using KOH has been done at three location of biogas instalation in Gunungkidul, they are at Gading – Playen, Bandung – Playen and Kepek – Wonosari. Biogas from each installation was contacted with KOH 1 M using absorber at 10 minutes. Waste of KOH was titrated using HCl 1 M with pp as indicator. At the other side, gas sample was taken from inlet and outlet of biogas absorber and then it was analized using gas chromatography instrument. From three location, KOH have ability to increase methane 9,53% or 15,12% from previous methane content in average. The highest increasing of methane content was got at Gading – Playen biogas instalation with increasing methane content until 14,9% or 23,84% from previous methane content and the last methane content was 77,4%.
Keywords : biogas, methane content, purification, KOH
Pendahuluan
Kebutuhan energi merupakan salah satu kebutuhan yang terus meningkat seiring dengan pertumbuhan jumlah penduduk di dunia. Dengan adanya pertambahan jumlah penduduk di suatu kawasan, juga akan mempengaruhi pola pertumbuhan ekonomi di kawasan tersebut. Oleh karena itu, antara konsumsi energi dengan tingkat pertumbuhan ekonomi di setiap negara terdapat fungsi korelasi yang signifikan, yang berimplikasi pada perlunya kehati-hatian dalam menerapkan kebijakan energi jika pertumbuhan ekonomi di negara tersebut ingin tetap terjaga (Ferguson dkk., 2000). Untuk mengantisipasi permasalahan tersebut, perlu dilakukan pengelolaan yang tepat terhadap sumber-sumber energi yang tersedia. Langkah awal yang dapat diterapkan adalah dengan penghematan energi untuk mengatasi permasalahan konsumsi energi dalam jangka pendek, kemudian perlu
Yogyakarta, 27 November 2008
ISBN 9-793-688893-9
dilakukan kebijakan lanjutan berupa diversifikasi sumber energi untuk mengejar ketertinggalan produksi energi yang tersedia (Wahono, 2008).Kabupaten Gunungkidul - Yogyakarta memiliki potensi sumber daya peternakan cukup besar khususnya sapi. Jumlah sapi di Gunungkidul adalah sebanyak 114.670 ekor pada tahun 2008 yang merupakan jumlah sapi terbesar di Yogyakarta (www.gunungkidulkab.go.id). Setiap harinya hewan ternak sapi potong mengeluarkan kotoran segar sebanyak 5-8% dari berat tubuhnya. Kotoran dalam bentuk bahan kering yang dihasilkan setiap harinya 0,6 sampai 1,7% dari berat tubuh (Bewick, 1980). Oleh karena itu, potensi sapi selain dipergunakan untuk pemenuhan kebutuhan pangan, juga berpotensi sebagai sumber energi dengan menghasilkan biogas dari kotorannya.
Biogas dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan panas dan listrik, bahan bakar kendaraan bermotor, injeksi ke dalam sistem perpipaan gas dan dikonversi menjadi bahan kimia yang lain (Kangmin dan Wan Ho, 2006). Teknologi biogas telah dikembangkan di berbagai negara, Denmark sejak tahun 1970-an serta Cina dan India sejak tahun 1980-an (Raven dkk, 2005; Setyo, 2005). Biogas termasuk teknologi energi yang multifungsi karena residu proses biogas juga dapat dimanfaatkan sebagai pupuk berkualitas tinggi. Selain itu pemanfaatan metana dalam biogas merupakan tindakan ramah lingkungan karena tanpa dimanfaatkan metana hasil penguraian limbah secara natural akan terlepas dan mencemari atmosfer sebagai salah satu gas rumah kaca (Wahono, 2008). Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kadar kemurnian metana dalam biogas menggunakan larutan KOH khususnya di tiga instalasi biogas di Kabupaten Gunungkidul Yogyakarta.
Metode
Bahan dan alat
Instalasi/Reaktor Biogas, Biogas, Larutan KOH 1 M, Larutan HCl 1 M, indikator pp, aquades, gas sampler, absorber kontak sederhana, erlenmeyer, buret, instrumen gas kromatografi.
Langkah Kerja
Instalasi biogas yang akan dimurnikan biogasnya ada di tiga lokasi di kawasan Kabupaten Gunungkidul yaitu di Desa Gading – Playen, di Desa Bandung – Playen dan di Desa Kepek – Wonosari. Biogas dari tiap – tiap instalasi tersebut dikontakkan dengan larutan KOH 1 M menggunakan absorber kontak sederhana dalam waktu 10 menit. Larutan KOH yang telah dikontakkan dititrasi menggunakan larutan HCl 1 M dengan indikator pp. Selain itu dilakukan pula pengambilan sampel gas pada bagian inlet dan outlet biogas pada absorber kontak sederhana, kemudian sampel gas tersebut dianalisa menggunakan instrumen gas kromatografi.
Hasil dan Pembahasan
Komponen utama biogas adalah metana berkisar antara 40 – 75 % dan berbagai gas pengotor lainnya dengan komposisi lengkap seperti pada tabel 1, selain itu biogas juga mengandung uap air.
Yogyakarta, 27 November 2008
ISBN 9-793-688893-9
Keberadaan pengotor gas selain metana menyebabkan fungsi biogas hanya terbatas untuk kegiatan memasak karena kemurniannya yang rendah, khususnya di tiga instalasi biogas yang ada di kawasan Kabupaten Gunungkidul. Pemanfaatan biogas yang lain sebagai bahan bakar generator dan bahan bakar fuel cell memerlukan persyaratan khusus dengan kemurnian yang lebih tinggi, sehingga metana dalam biogas perlu dimurnikan. Dengan gas pengotor utama berupa CO2, maka proses pemurnian dilakukan dengan mengurangi kadar CO2 dalam biogas tersebut melalui penyerapan. Salah satu bahan yang dapat dipergunakan untuk menyerap CO2 adalah larutan basa dengan kemampuan penyerapan KOH lebih bagus daripada NaOH (Maryana dkk, 2008).Tabel 1. Komposisi kandungan gas dalam biogas
No Jenis Gas Satuan Komposisi
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
1 Metana (CH4) % 54 – 70 55 – 65 55 – 75 50 – 75 55 – 70 40 – 70 50 – 60
2 Karbon Dioksida (CO2) % 27 – 45 35 – 45 25 – 45 25 – 40 30 – 45 30 – 60 40 – 60
3 Hidrogen Sulfida (H2S) Ppm Sedikit 0 – 1 0 – 3 < 2 < 500 0 – 3 < 100
4 Nitrogen (N2) % 0,5 – 3 0 – 3 0 – 0,3 < 2 0 – 2 - -
5 Hidrogen (H2) % - 0 – 1 1 – 5 < 1 - 0 – 1 -
6 Oksigen (O2) Ppm 0,1 - 0,1 – 0,5 < 2 - - -
Keterangan : (a) Harahap dkk, 1980; (b) Arifin dkk, 2008; (c). www.kolumbus.fi; (d) Hambali dkk, 2007; (e) Monnet, 2003; (f) Muryanto dkk, 2006; (g) Pellerin dan walker, 1988
Pemurnian biogas menggunakan KOH menggunakan prinsip reaksi asam – basa sehingga CO2 sebagai pengotor utama terserap sekaligus bereaksi dengan KOH seperti pada reaksi berikut (1) dan (2). Biogas dikontakkan dengan KOH menggunakan absorber kontak sederhana yang dihubungkan dengan instalasi biogas. Ketiga instalasi biogas yang dimurnikan menggunakan KOH tersebut memiliki karakter berbeda – beda seperti pada tabel 2.
CO2 + H2O H2CO3 ...(1)
H2CO3 + 2 KOH K2CO3 + 2 H2O ...(2)
(Dosch, www.udmercy.edu)
Tabel 2. Karakter Instalasi Biogas yang Mengalami Proses Pemurnian
No Instalasi Biogas Jenis Reaktor Bahan Kapasitas Tekanan Gas
1 Gading – Playen Floating Roof Fiber Glass 10 m3 4 – 6 cmH2O 2 Bandung – Playen Floating Roof Besi Plat 5 m3 5 – 8 cmH2O 3 Kepek – Wonosari Fixed Dome Konstruksi Beton 21 m3 10 – 20 cmH2O
Ketiga instalasi biogas memiliki tekanan gas yang dihasilkan berbeda – beda, hal ini disebabkan oleh jenis konstruksi reaktor dan bahan reaktor yang berbeda. Sedangkan kapasitas reaktor tidak berpengaruh langsung terhadap tekanan gas, karena pengaruh kapasitas terhadap tekanan gas berhubungan dengan jumlah kotoran/material padat dan cair yang ada dalam reaktor. Ketiga instalasi
Yogyakarta, 27 November 2008
ISBN 9-793-688893-9
pada tabel 2 mengalami perlakuan yang sama yaitu dikontakkan dengan larutan KOH selama 10 menit dan diambil sampel gasnya pada bagian inlet dan outlet setelah waktu 10 menit. Data hasil penyerapan CO2 menggunakan larutan KOH dari ketiga instalasi tersebut di atas seperti yang tercantum pada tabel 3.Tabel 3. Hasil Pemurnian Biogas Menggunakan Larutan KOH
No Instalasi Biogas CH4 Inlet CH4 Outlet d CH4 d CH4 / CH4 inlet KOH sisa
1 Gading – Playen 62,5 % 77,4 % 14,9 % 23.84 % 0.66 M 2 Bandung – Playen 63,1 % 68,6 % 5,5 % 8.72 % 0.56 M 3 Kepek – Wonosari 64,1 % 72,3 % 8,2 % 12.79 % 0.32 M
Dari hasil penyerapan pada tabel 3 dapat dilihat bahwa larutan KOH dapat dipergunakan sebagai absorber pemurnian biogas, hal ini terbukti dengan adanya peningkatan kadar metana pada bagian outlet dibandingkan inlet dari absorber kontak sederhana. Hasil yang diperoleh sangat variatif dengan nilai rata – rata peningkatan kemurnian adalah 9,53 % atau 15,12 % dari kadar metana semula. Larutan KOH yang dipergunakan dalam absorber kontak sederhana mengalami penurunan konsentrasi dengan nilai sebanding dengan tekanan gas yang ada di masing – masing instalasi biogas, semakin tinggi tekanan gas maka semakin tinggi penurunan konsentrasi KOH absorbernya. Hal ini terjadi karena dengan semakin besarnya tekanan gas mengakibatkan semakin meningkatnya perpindahan massa dari fase gas ke fase larutan dan terjadinya pergeseran kesetimbangan reaksi semakin ke arah pembentukan K2CO3, sehingga semakin banyak CO2 yang terserap dan bereaksi. Namun pada instalasi biogas Bandung – Playen terjadi perbedaan fenomena yaitu peningkatan kadar CH4 relatif lebih sedikit dibandingkan dengan penurunan kadar KOH penyerap, hal ini kemungkinan terjadi karena tekanannya rendah sehingga penyerapan absorbsi secara fisik relatif lebih sedikit dibandingkan dengan absorbsi secara kimia yang mengakibatkan kadar KOH mengalami penurunan yang signifikan namun peningkatan kadar CH4 relatif rendah. Hasil terbaik pemurnian biogas menggunakan larutan KOH diperoleh pada instalasi biogas Gading – Playen dengan peningkatan kemurnian sampai 14,9% atau 23,84% dari kadar metana semula dengan kemurnian akhir metana sebesar 77,4%.
Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan di atas dapat diambil kesimpulan bahwa dari ketiga lokasi tersebut larutan KOH memiliki kemampuan untuk meningkatkan kadar metana rata-rata 9,53% atau 15,12% dari kadar metana semula. Sedangkan peningkatan kadar metana tertinggi diperoleh di instalasi biogas yang berlokasi di Desa Gading – Playen dengan peningkatan kemurnian sampai 14,9% atau 23,84% dari kadar metana semula dengan kemurnian akhir metana sebesar 77,4%.
Yogyakarta, 27 November 2008
ISBN 9-793-688893-9
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung dalam penulisan ini, khususnya kepada Tim Pengembangan Energi Alternatif UPT BPPTK LIPI Yogyakarta.
Daftar Pustaka
Anonim. Basic Information on Biogas. www.kolumbus.fi Anonim. Potensi Daerah. www.gunungkidulkab.go.id
Arifin, R., F.F.P.Perdana dan S.R.Juliastuti. 2008. Pengaruh Enzim α-Amilase dan EM-4 terhadap Pembentukan Biogas dari Limbah Padat Tapioka. Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses 2008 ISSN : 1411 – 4216. Teknik Kimia Universitas Diponegoro Semarang Bewick, M.W.M. 1980. Handbook Of Organic Waste Conversion. Van Nostrand Reinhold. New York. Dosch, Michael P.. The Anesthesia Gas Machine. University of Detroit Mercy Graduate Program in
Nurse Anesthesiology. www.udmercy.edu
Fergusson, R., W. Wilkinson, R. Hill. 2000. Energy Policy 28 Hambali, E., dkk. 2007. Teknologi Bioenergi. Agro Media Pustaka Harahap, F., dkk. 1980. Teknologi Gas Bio. ITB Press. Bandung
Kangmin, Li dan Mae-Wan Ho. 2006. Biogas China. Institute of Science in Society Press Release 02/10/06. www.i-sis.org.uk
Maryana, Roni, Satriyo K. Wahono, M. Kismurtono. 2008. Proses Pemurnian Metana dari Biogas Menggunakan Larutan NaOH dan KOH. Prosdiding Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia 2008. ISSN 1410-5667. Teknik Kimia FTI – ITS Surabaya
Monnet, F.. 2003. An Introduction to anaerobic digestion of organic waste. Remade Scotland
Muryanto, J. Pramono, dkk. 2006. Biogas, Energi Alternatif Ramah Lingkungan. Cetakan 1, Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Jawa Tengah. Ungaran
Pellerin, R. A dan L. P. Walker. 1988. Operation and Performance of Biogas Fueled Cogeneration Systems. Energy in Agriculture
Raven, dkk. 2005. Biogas plants in Denmark: successes and setbacks. Eindhoven University of Technology. The Netherlands
Setyo I., Yuli. 2005. Reaktor Biogas Skala Kecil/Menengah (Bagian Pertama). ISTECS. Japan. www.beritaiptek.com
Wahono, Satriyo Krido. 2008. Biodiesel Sebagai Sumber Energi Alternatif Potensial. Materi Pelatihan Teknologi Proses Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak di UPT BPPTK LIPI. Yogyakarta Wahono, Satriyo Krido. 2008. Kajian : Pemanfaatan Zeolit Lokal Gunungkidul – Yogyakarta untuk
Optimasi Sistem Biogas. Prosdiding Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia 2008. ISSN 1410-5667. Teknik Kimia FTI – ITS Surabaya
