MAKALAH
PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK TERBARUKAN
“PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS”
OLEH
ARDIANSYAH G1D006023
ROKY PRATAMA ADITYA G1D006052
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Semangat pemerintah dalam upaya mengefesienkan biaya anggaran dengan secara bertahap mengurangi subsidi BBM mengakibatkan dikembangkannya sektor energi alternatif dan terbarukan. Teknologi biogas merupakan teknologi sudah dikembangkan dan digunakan di berbagai negara sejak puluhan tahun yang lalu. Teknologi ini mudah diaplikasikan dan di operasikan bahkan di berbagai belahan dunia, mulai dari pedalaman afrika dengan teknik super sederhana, sampai skala industri di Jerman. Teknologi ini sangat sesuai dikembangkan di Nusa Tenggara Barat (NTB), mengingat NTB merupakan salah satu sentra penghasil ternak terbesar di Indonesia.
Selain potensi aplikasinya yang memadai (mudah di buat), produksi biogas juga memberikan nilai tambah ekonomis bagi masyarakat sebagai sarana penyedia energi siap pakai. Berdasarkan basis perhitungan pemanfaatan kotoran 2 ekor sapi, maka produksi biogas dapat mencapai 1m3 perhari. 1 m3 Biogas setara dengan:
• 60-100 watt lampu bohlam selama 6 jam.
• 5-6 jam memasak menggunakan kompor gas
• Setara dengan 0,7 liter bensin
• Dapat memproduksi 1,25 kwh listrik
1.1. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang kami bahas dalam makalah kami adalah bagaimana biogas dapat menghasilkan listrik, bagaimana prinsip kerjanya, komponen apa saja yang terdapat pada pemangkit listrik tenaga biogas, serta kelemahan dan kelebihan pembangkit tersebut.
1.2. Tujuan
BAB II
PEMBAHASAN
Apa itu Pembangkit listrik tenaga Biogas ?
Pembangkit listrik tenaga Biogas memproduksi biogas dan pupuk organik dari sampah biologi pertanian dan industri makanan dengan bantuan oxygen-free fermentation (anaerobic digestion) atau bakteri anaerob (bakteri yang membantu dalam proses penguraian).
Pembangkit listrik tenaga Biogas adalah system yang paling banyak digunakan dalam mendaur ulang sampah biologi (organik). Perbedaan lain dari system mendaur ulang konvensional yaitu :
1. Pembangkit listrik tenaga Biogas tidak menggunakan tenaga listrik, tetapi menghasilkan (memproduksi) tenaga listrik.
2. Produksi listrik digunakan untuk usaha-usaha dan sisa akhir produksi daur ulang (pupuk organik atau pupuk kering/kompos) memungkinkan untuk dijual atau untuk digunakan dalam bidang pertanian.
Apa keuntungan menggunakan Pembangkit listrik tenaga Biogas ?
Keuntungan Utama
1. Kebersihan Lingkungan
2. Bio-Gas
3. Bio-fertilizer (pupuk alami)
4. Mengirit biaya investasi (untuk sebuh perusahaan baru)
Keuntungan Tambahan :
✔ Keuntungan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas secara detail yaitu:
Kebersihan Lingkungan dan penggunaanya
Pembangkit Listrik tenaga Biogas sangat bermanfaat dalam hal membersihkan lingkungan, misalnya saja sampah-sampah hasil rumah tangga yang sering dibuang ke tempat pembuangan sampah akhir, kini dengan adanya Pembnagkit Listrik Tenaga Biogas, sampah-sampah tersebut dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan gas dan listrik yang sangat berguna bagi manusia, panas bias dimanfaatkan untuk memanaskan suhu dalm ruangan dan suhu pada rumah kaca (tempat penanaman tumbuh-tumbuhan yang tidak secara langsung terkena sinar matahari), Pembangkit Listrik Tenaga Biogas juga sangat bermanfaat bagi pencegahan global warming, contohnya : metana hasil fermentasi sampah, bila tidak dimanfaatkan akan menyebabkan menumpuknya gas metana di atmosfer, yang dapat menyebakan efek rumah kaca, dengan pembangkit listrik tenaga biogas, metana yang bersifat mudah terbakar bias dimanfaatkan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik, bisa juga digunakan untuk keperluan memasak dan bahan bakar kendaraan (BBG) Dengan menanam modal ke Pembangkit Listrik Tenaga Biogas kita mengganti uang dengan manfaat dan meletakkan pemakaian yang efektif.
Listrik Tenaga Biogas dapat mereduksi tingkat COD dan BOD. COD (chemical oxygen demand) dan BOD (biological oxygen demand). Pembangkit Listrik Tenaga Biogas mengurangi sebagian pencemaran zat atau bahan biologis (kadar zat organik dikurangi sampai 60-70%).
Biogas
Apa itu Biogas?
Biogas terdiri dari kira-kira 50-70% Metana (CH4) dan 50-30% carbon dioksida
(CO2), arti dari biogas yaitu gas dari kotoran, gas dari rawa, dan metana (CH4). Berbeda
dari metabolisme karbon microorganisme dari zat organik di lingkungan oxygen-bebas (bakteri anaerob), proses ini dikenal sebagai pembusukan atau fermentasi anoxic dan mengikuti rantai makanan. di dalam proses fermentasi sampah organik dapat memhasilkan biogas. gas ini dapat digunakan sebagai gas-alam untuk tujuan dibidang teknologi, pemanas atau menghasilkan energi listrik. gas ini dapat disimpan di stasiun pengisian bahan bakar gas, digunakan sebagai bahan bakar kendaraan. untuk menghasilkan energi listrik, biogas tidak membutuhkan bahan –bakar tambahan.
kandungan biogas mirip dengan gas-alam. jika proses pembakaran dapat disesuaikan, biogas hanya memerlukan pengeringan sulfida hidrogen dan pemisahan amoniak. jika proses pembakaran tidak dapat disesuaikan maka sistem pemisahan gas carbon dioksiada akan diperlukan.
untuk kendaraan, mengisi bensin harus menggunakan sistem pengolahan gas tambahan. setelah itu hasil pengolahan biogas menjadi gas-alam murni ((90-97%) metana (CH4) dan (10-3%) gas carbon dioksida (CO2)). hasil sampingan lainnya dari
pengolahan biogas yaitu (CO2). Gas ini digunakan sebagai alat mencairkan es, untuk
(kurang lebih 30 euro per 1000 m3/ kurs 1euro = Rp 15.606 ). Pembangkit Listrik tenaga Biogas adalah solusi terbaik untuk menyediakan gas ke wilayah terpencil.
Bio-fertilizer
Pupuk mentah atau sampah organik lain tidak dapat dipakai sebagai pupuk untuk 3-5 tahun. Bakteri anaerob berfungsi untuk mengurai biomasa,setelah selesai dan siap untuk dipakai sebagai pupuk alami (organik) yang bermanfaat besar. hal ini tidak hanya isu ekologis, tetapi berhubungan dengan manfaat yang didapat. di dalam sampah organik mentah (pupuk ) senyawa kimia membatasi senyawa organik untuk pemakaian pada tanam-tanaman. sebagai contoh kandungan mineral di pupuk mentah 40% jika dibandingkan dengan mengurai biomasa,kandungan mineralnya menjadi 60%. Hasil penguraian biomasa menghasilkan pupuk organik dalam bentuk padat dan cair yang bebas dari nitrat, biji rumput-rumputan, pathogenic microflora , telur cacing dan bau-bauan. Sebagai hasil, pupuk organik menghasilkan keseimbangan. Hasil penerapan dapat meningkat antara 30-50%.
Pembangkit Listrik Tenaga Biogas memproduksi Pupuk organik kualitas tinggi. Kualitas dari pupuk organik lebih tinggi dari pupuk mineral dan kerugian hampir setara dengan “0”.
Bahan baku Biogas yang dihasilkan dari m3/ton bahan baku
Pupuk dari kotoran sapi (kompos) 60
air sisa pembuatan keju dan susu 50 Buah-buahan dan bubur gula bit 50-70
Gliserin 500
Mengirit biaya Investasi
Dengan adanya Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Perusahaan baru dapat mengirit biaya pengeluaran untuk jalur pipa gas baru, transmisi listrik, generator bantu dan fasilitas penyimpanan sampah. Dengan periode penguraian yang singkat, volume tempat penyimpanan sampah cair dapat dikurangi dua kali lipat. investasi berharga dapat mencapai kisaran 30-40% dari harga Pembangkit Listrik Tenaga Biogas.
Electricity (Listrik)
Pembakaran 1 m3 biogas memproduksi 2 kwh listrik. kamu mendapatkan listrik
gratis dibandingkan dengan jaringan listrik umum. Dengan membangun Pembangkit Listrik Tenaga Biogas kamu akan mempunyai listrik dengan harga murah, yaitu sekitar 0.01$/kwh.
Heat (Panas)
Panas yang dihasilkan generator dapat dimanfaatkan dalam bidang teknologi, steam generation, pengeringan biji, mengeringkan kayu bakar, menyediakan air panas dan pemanas dalm system rumah kaca.
Rumah kaca di dekat Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dapat memperoleh keuntungan. Panas dapat disalurkan secara langsung dari pembakaran biogas atau dari alat pendingin generator. hanya saja alat pendingin generator hanya dapat memanaskan 2 ha area rumah kaca. Sekedar untuk diketahui 90% biaya yang dikeluarkan dalam rumah kaca hanyalah untuk pemanasan tumbuhan (ketimun, tomat, bunga dan harga pupuk). Jika rumah kaca digabungkan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas, ini akan menghasilkan penghematan mencapai 300-500%
Panas juga digunakan untuk menghidupkan alat penguap kulkas dan alat pendinginan untuk pendinginan susu segar dalam pertanian, perusahaan susu atau daging dan penyimpanan telur.
Bahan-Bakar Kendaraan
Setelah mengolah biogas maka diperoleh biomethane ( 90-95% metana, sisanya CO2). Biomethane lebih baik daripada gas-alam, perbedaannya adalah dari sumber gas.
dilengkapi dengan sistem pengolahan biogas dan stasiun pengisian metana untuk kendaraan sangat menghemat biaya pengeluaran untuk kendaraan.
Keuntungan bersih dalam ongkos pengolahan biometana 20 euro untuk 1000 m3, dan harga untuk bahan bakar disel 900 euro untuk 1000 L. 1 L bahan bakar disel sama 1 m3 dari biometana.
Skema Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Peralatan dan Fasilitas Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
1. Tangki homogenization 2. Pemuat Biomasa padat 3. Bioreactor (digester)
4. Alat Pencampur (Pengaduk) 5. Gasholder (penyimpanan gas)
6. Pencampur (Pengaduk) air dan Sistem Panas 7. Sistem gas
9. Mesin Pemisah (Separator ) 10. Kendali Ukuran
11. Perlengkapan kendali dengan visualization 12. Sistem Suar dan sistem keamanan
Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Sampah organik padat (pupuk, kotoran) diangkut oleh rel berjalan (conveyor) ke tanki penyimpanan kotoran, sampah cair awalnya datang ke tangki utama. di tangki utama sampah dicampur, setelah dicampur suhunya akan hangat (kadang-kadang digin) untuk itu diperlukan suhu ideal. Biasanya tangki penyimpanan mempunyai daya tampung untuk 2-3 hari. Sampah padat dapat diisi juga ke tangki itu untuk dicampur atau dimasukan ke digester melalui keran pengisian.
Sampah organik cair dipompa ke Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dengan pompa atau jalur pipa dari tempat penyulingan sampah organic cair. stasiun pompa kotoran (SPS) dipisahkan dengan lokasi digester. Dari tangki pencampuran dan kran biomasa (pupuk, kotoran atau tempat penyulingan air kotor) disalurkan ke Digester (reaktor Organik). Tangki Reaktor Organik dibuat dari beton yang tahan terhadap asam dan gas. Reaktor panas dipisahkan. pemisahan panas ini dilakukan tergantung pada tempat Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dan kondisi iklim. bahkan di dalam Digester suhu memegang peranan penting, hal ini dapat diatasi dengan cara: biasanya disebut suhu mesophilic (+30-41°) dalam beberapa hal suhu termophilic digunakan (kira-kira 55°). Biomasa di dalam Digester diaduk, pengadukan ini dilakukan dengan beberapa cara dan bergantung dari jenis bahan baku, kelembabannya dan ciri-ciri yang lain yang digunakan. Pengadukan ini biasanya dilakukan oleh slopped mixer, mesin pengaduk tipe “paddle giant” atau pengaduk tipe submersed. semua tipe pengaduk ini dibuat dari baja tahan-karat bahkan alat pengaduk ini dapat berupa mesin hidraulik. Namun lapisan pompa mesin pengaduk biomasa dapat dimasuki oleh beberapa jenis bakteri. Bioreactor dibangun dengan beton atau kubah beton dan punya umur pemakaian 25-30 tahun.
dalam sisi dinding Digester. Jika Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dilengkapi dengan unit co-generation, Pemanasan digester dapat dilakukan oleh generator yang mendinginkan air. generator yang mendinginkan air mempunyai suhu 90° dan sebelum panas ini disalurkan ke sistem Pemanas Digester, panas ini dicampur dengan air dengan suhu 40° sehingga sistem pemanas menerima air dengan suhu 60°. Air yang sebelumnya digunakan dapat dikembalikan dan dapat didaur ulang. Pada waktu musim dingin Pembangkit Listrik Tenaga Biogas memerlukan panas 70% dari alat pendingin generator dan memerlukan 10% pada musim panas. Jika Pembangkit Listrik Tenaga Biogas hanya digunakan untuk produksi gas air panas dapat diambil dari boiler.
Rata-rata waktu Penyimpanan biomasa di bioreactor (tergantung pada material yang digunakan ) 20-40 hari. selama waktu ini bahan organik melakukan metabolisasi (dimodifikasi) oleh micro organisme. Pakan ternak dari jagung disimpan dalam rentang waktu 70 - 160 hari. Waktu penyimpanan ditetapkan dari ukuran digester.
Proses fermentasi dilakukan oleh bakteri anaerob, yang dimasukan ke digester sepanjang pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Biogas. Selanjutnya bakteri anaerob tidak perlu dimasukan ke digester. Memasukan Bakteri anaerob dilakukan dari 3 cara berikut ini yaitu:
1. Memasukan inti sari Bakteri anaerob 2. Menambahkan pupuk baru atau
3. Memasukan biomasa pada saat pengoperasian Pembangkit Listrik tenaga Biogas.
Biasanya metode ke 2 dan 3 yang paling murah yang digunakan orang-orang. Bakteri Anaerob dimasukan ke dalam pupuk yang berasal dari perut hewan dan tidak berbahaya bagi manusia atau hewan. Lagi pula Bio Reaktor ditutup hingga kedap udara. oleh sebab itu BioReaktor atau fermenter dapat ditempatkan dekat lahan pertanian atau fasilitas produksi.
Sebagai hasil akhir didapatkan : Biogas dan Pupuk Organik (dalam bentuk padat maupun cair).
membran memiliki daya tahan terhadap cahaya matahari, endapan dan penguapan didalam BioReaktor. BioReaktor ditutup, hingga kedap udara menutupi gasholder. Ruang udara diantara gasholder dan sisi depan yang miring dipompa dengan udara untuk menekan dan menyekat panas. kadang-kadang Gasholder memiliki banyak penutup ruangan. Penutup dapat dilindungi oleh sabuk di atas kubah beton atau meletakan pemisah di tangki beton. Kapasitas Gasholder 0.5 – 1 x pengoperasian per hari.
Dari gasholder biogas terus dialirkan ke gas co-generation unit. disini panas dan listrik dapat diproduksi. 1m3 dari bioga memproduksi 2 kwh energi listrik dan 2 kwh
energi panas. Pembangkit Biogas yang besar dilengkapi dengan system proteksi terhadap kegagalan operasi, (pengoperasian mesin dan kegagalan pada saat pembakaran biogas). System biogas dilengkapi dengan ventilasi, pengekstrak embun dan desulphurization unit.
System secara keseluruhan dioperasikan oleh unit kendali otomatis. Unit kendali bekerja mengoperasikan stasiun pompa, pencampur (pengaduk), sistem panas, otomatis gas dan generator.
Setelah Bakteri anaerob mengurai biomasa. Hasilnya siap untuk dipakai sebagai pupuk. Pupuk organik cair dipisahkan oleh unit pemisah dan tersedia di tangki. di jerman (amoniak cair) digunakan sebagai pupuk dengan amoniak tinggi (NH4). Pupuk padat tersedia secara terpisah. Dari tangki penyimpan, Pupuk organik cair dipompa ke tangki Pengangkutan untuk lebih jauh didistribusikan atau dijual.
Bila perusahaan tidak perlu listrik tetapi gas untuk mengisi kendaraan, Pembangkit Biogas menyediakan dengan sistem pengolahan gas dan stasiun pengisian metana. Sistem pengolahan gas dilengkapi dengan alat pemisah CO2 dari biogas dan
berdasarkan penyerapan dan teknologi Pemisah. Kandungan CO2 dapat dikurangi dari
40% menjadi 10% (bahkan 1% jika mungkin diperlukan). Pilihan ini sangat menarik dengan mempertimbangkan dengan seksama bahan bakar disel harganya tinggi.
Pembangkit Listrik Tenaga Biogas sendiri memakai energi 10-15% pada waktu musim dingin dan 3-7% di waktu musim panas. Untuk mengoperasikan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas besar hanya memerlukan 1 orang untuk kerja 2 jam/hari.
Gambar-gambar bagian Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
Pemuat Samapah Padat Stasiun Pompa Di dalam Bioreactor
Gasholder (penyimpanan gas) Sistem Suar darurat Unit Kendali kekeruhan biomasa
Unit Co-Generation Unit Co-generator Separator (Mesin
Pemisah)
Proses Produksi Biogas
Proses Produksi Biogas : 4 tahapan dalam Fermentasi
Gambar 1. Metabolisme produk dalam fermentasi anaerob
Bakteri menguraikan sampah organik di lingkungan anaerob. Biogas adalah hasil menengah metabolisme itu.
Proses pembusukan dapat dibagi menjadi 4 tahapan (lihat gambar1) setiap tahapan terdiri dari bakteri yang berbeda
Di tahap yang pertama bakteri aerob memperbaiki zat high-molecular (protein, karbohidrat, lemak, selulosa) dengan memakai bantuan enzim low-molecular sebagai bahan campurannya, monosaccharida, asam amino , asam lemak dan air adalah hasil akhirnya. Oleh bakteri hidrolisis, Enzim bertugas menguraikan component substrate ke molekul kecil water-soluble. Polimer berubah menjadi monomer (memisahkan molekul). Proses ini disebut hidrolisis.
Tahapan Produksi:
✔ asam (asam cuka, asam semut, asam butyric, asam propionic, asam caproic,
asam laktat),
✔ alkohol dan ketone (metanol, ethanol, propanol, butanol, gliserin dan aseton), ✔ gas (carbon dioksida, carbon, hidrogen sulfida dan amoniak).
Tahap ini disebut oksidasi.
Sesudah itu bakteri acid-forming membentuk susunan awal metana, (asam cuka, carbon dioksida dan hidrogen). produk ini tersusun dari asam organik. dalam cara ini suhu kandang sangat penting.
Langkah ini adalah langkah terakhir dalam pembentukan metana, carbon dioksida dan air. 90% hasil pembentukan metana diproduksi di tingkatan ini, 70% dari asam cuka. jadi formasi asam cuka 3 tahap ini adalah faktor yang menetapkan kecepatan pembentukan metana.
Tahapan Proses 1 dan 2
Skema 1 dan 2 proses produksi metana
Ukuran Partikel
Semakin kecil ukuran substrate partikel semakin mudah pembusukan dilakukan oleh bakteri (ukuran bakteri 1/1000 mm), periode Fermentasi menjadi lebih pendek, Proses produksi biogas jauh lebih cepat
Hasil akhir dari Penguraian secara biological:
✔ Biogas (55% metana , 42% gas carbon dioksida, 2% sulfida hidrogen , 1%
hidrogen.
✔ fermented substrate sebagai sisa fermentasi, terdiri dari air, selulosa sisa,
BAB III
KESIMPULAN DAN SARAN
3.1. Kesimpulan
1. Biogas adalah gas mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara).
2. Pada pembangkit ini memanfaatkan gas untuk memutar turbin.
3. Pembangkit ini mempunyai banyak keuntungan, diantaranya: dapat mengurangi sampah yang ada di lingkungan, bahan baku mudah untuk dicari, dan zat sisa dari pembangkit ini dapat digunakan sebagai pupuk.
4. Kekurangan dari pembangkit ini yaitu dapat menimbulkan bau yang tak sedap dan susah dalam perawatan/ pembersihannya.
3.2. Saran
DAFTAR PUSTAKA
http:// biogas zorg-biogas.com
Arismunandar Wiranto, Penggerak Mula Turbin, Edisi Ketiga, Bandung, ITB, 2004
Betty Sri Laksmi Jenie dan Winiati Pudji Rahayu, Penanganan Limbah Industri Pangan, Jakarta, 2008
