BIOGAS. KP4 UGM Th. 2012

BIOGAS

Latar Belakang

Potensi dan permasalahan:

Masyarakat banyak yang memelihara ternak :

sapi , kambing dll, dipekarangan rumah.

Sampah rumah tangga hanya dibuang, belum

dimanfaatkan.

Sampah dan kotoran ternak menjadi masalah

kebersihan,terakumulasi dan berdampak negatif.

Belum adanya usaha untuk menerapkan

teknologi tepat guna dalam menangani sampah

dan limbah ternak sekaligus menghasilkan energi.

Biasanya :



sampah dibuang ke TPS atau TPA, dibuang

ke pekarangan (ditimbun), dibuang ke

sungai.



kotoran ternak ditumpuk di dekat

Uraian Total (%) Sampah Organik* 71,85 Kertas 12,45 Plastik 7,60 Logam 0,90 Kaca/gelas 0,90 Karet 0,54 Kain 1,94 Lain-lain 3,82

Contoh Komposisi Sampah

*Sampah organik antara lain: sisa makanan, daun-daunan (bukan bahan keras/kayu dll)

Sekilas Sampah dan Limbah

Sampah Rumah Tangga Sampah Belum diolah Mencemari lingkungan Sifat-sifatnya :  Berbau

 Media pembiakan kuman  Beracun

 Potensi pencemar air tanah  Mengganggu estetika Kotoran ternak 1. Daun-daunan 2. Sisa makanan 3. Plastik (dipisahkan) 4. Kertas (dipisahkan) 5. Logam/kaca (dipisahkan) 6. Kayu (dipisahkan)

BAGAIMANA JIKA TIDAK

DIKELOLA ?



Kotoran yang menumpuk akan terbawa

oleh air masuk ke dalam tanah atau sungai

yang kemudian mencemari air tanah dan

air sungai.



Limbah organik mengandung racun dan

mikroba yang membahayakan kesehatan

manusia dan lingkungannya.

Peternakan Sapi

Limbah (feces, Urine, dll)

Limbah Padat Limbah Cair

Penggunaan langsung Dikeringkan utk dijual Penimbunan Manure Tangki Penampungan Saluran Air Pupuk Tanaman Ditimbun di

Area pemukiman

Polusi



Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa

tinja sapi mengandung 22.59% sellulosa,

18.32% hemi-sellulosa, 10.20% lignin, 34.72%

total karbon organik, 1.26% total nitrogen,

27.56:1 ratio C:N, 0.73% P, dan 0.68% K

(Lingaiah dan Rajasekaran, 1986).

Pemanfaatan Sampah dan Kotoran

Ternak



Kompos/pupuk (teknologi sederhana)



Biogas (teknologi sederhana)



Bio Oil (teknologi tinggi)



Bio Etanol (teknologi tinggi)

Yang menghasilkan energi dan pupuk

Teknologi Sederhana Pemanfaatan Sampah

dan Kotoran Ternak

Digester

biogas

Gas mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa oksigen yang ada dalam udara).

Limbah + Kotoran sapi  CH₄ + CO₂

KEUNTUNGAN DIGESTER

1.

Limbah dapat diubah menjadi biogas

untuk bahan bakar alternatif sehingga

mengurangi pemakaian bahan bakar.

2.

Sisa limbah yang sudah diolah dapat

dijadikan kompos atau pupuk tanaman.

3.

Lingkungan menjadi lebih bersih, tidak

Apa itu biogas ?

 Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang

dihasilkan dari proses fermentasi (pembusukan) bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup

dalam kondisi tanpa oksigen yang ada dalam udara).

 Bahan-bahan organik adalah bahan-bahan yang dapat terurai

kembali menjadi tanah, misal sampah dan kotoran sapi

 Proses fermentasi ini sebetulnya terjadi secara alamiah, tapi

waktu lama, tidak dimanfaatkan  gas sering terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA)

Sejarah Penemuan Biogas



Gas methan digunakan oleh warga Mesir, China, dan

Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai

penghasil panas.



Proses fermentasi untuk menghasilkan gas methan

pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta (1776).



Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan

oleh William Henry pada tahun 1806.



Yang memperlihatkan asal mikrobiologis dari

pembentukan methan adlh Becham (1868), murid

Louis Pasteur dan Tappeiner (1882)

 Pembangkit biogas pertama dibangun pada tahun 1900.

 Akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai

biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis

 Selama Perang Dunia II : petani di Inggris dan Benua Eropa

membuat pembangkit biogas untuk menggerakkan traktor.

 Karena BBM mudah dan murah pada 1950 pemakaian biogas

mulai ditinggalkan.

 Tetapi, di India produksi biogas tetap dilakukan.

 Di China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Nugini, dilakukan

riset dan pengembangan alat penghasil biogas

 Teknologi biogas juga dikembangkan di negara maju seperti

KEGUNAAN BIOGAS

Cocok digunakan sebagai b

ahan bakar alternatif

pengganti minyak tanah

karena...

Nilai kalori dari 1 meter kubik Biogas

sekitar 6.000 watt jam yang setara



Campuran gas bio mudah terbakar jika

kandungan gas methan lebih dari 50 %.



Gas dibakar  warna biru menghasilkan

energi panas.

Kira-kira : 5200-5900 Kcal /m

3

_gas

atau memanaskan air 65 -73 L dari 20

o

_{C sampai}

mendidih

Potensi Gas yang Dihasilkan



Asumsi : 1 Kg kotoran sapi bisa

menghasilkan 0,03 m

3

_gas



jumlah kotoran : 10 kg/hari/ekor sapi

dewasa



maka perkiraan jumlah sapi dewasa (berat

500 Kg) yang dibutuhkan untuk

menghasilkan sejumlah gas dapat dilihat

pada tabel berikut

No Ukuran Biogas (m3₎ Jumlah Sapi (ekor) Kotoran (Kg) Energi (Kcal) 1 2 2-3 20-30 10400-18000 2 3 3-4 30-40 15600-17700 3 4 4-6 40-60 20800-23600 4 6 6-10 60-100 31200-35400 5 8 12-15 120-150 41600-47200

KOMPOSISI BIOGAS

1.

Methana (CH

₄

) 40 – 70 %

2.

Karbondioksida (CO

₂

) 30 –60 %

3.

Hidrogen (H

₂

)

0 - 1 %

4.

Hidrogen Sulfida (H

₂

S) 0 – 3 %

5.

dll

Prinsip pembuatan biogas



Bahan organik (kotoran sapi dan sampah

setelah dihancurkan) dicampur air lalu

dimasukan ke dalam ruang/tabung tertutup

bebas/kedap udara yang disebut

DIGESTER

Proses :

Bahan organik + air  hidrolisa



fermentasi biogas (

CH

₄

+

Tahapan Peruraian Bahan Organik menjadi Biogas

 Tahap pelarutan bahan-bahan organik, bahan padat yang mudah larut

atau yang sukar larut akan berubah menjadi senyawa organik yang larut seperti karbohidrat, asam amino, dan asam lemak  hidrolisis

 Tahap asidifikasi atau pengasaman, merupakan tahap terbentuknya

asam-asam seperti hidrogen sulfida, asetat dan pertumbuhan sel bakteri.

 Tahap metanogenik, menghasilkan gas methana (CH₄), karbon

dioksida, dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya



Proses tsb memerlukan bakteri methan dan bakteri

asam



Secara alami bakteri ini terdapat dalam limbah yang

mengandung bahan organik, misal kotoran binatang,

manusia, sampah rumah tangga



Jumlah kedua bakteri hrs berimbang agar

kelangsungan hidup bakteri methan terganggu 

produksi biogas terganggu



Proses hidrolisa dan fermentasi ini harus dilakukan

dalam kondisi an aerob atau kedap udara  digester

harus dibuat sedemikian sehingga kedap udara

Selulosa Glukosa Asam Lemak dan Alkohol Metan + CO₂ (C₆H₁₀O₅)n + nH₂O n(C₆H₁₂O₆) selulosa glukosa 1. Hidrolisis 2. Pengasaman 3. Metanogenik (C₆H₁₂O₆)n + nH₂O CH₃CHOHCOOH glukosa asam laktat

CH₃CH₂CH₂COOH + CO₂+ H₂ asam butirat CH₃CH₂OH + CO₂ etanol 4H₂+ CO₂ 2H₂O + CH₄ CH₃CH₂OH + CO₂ CH₃COOH + CH₄ CH₃COOH + CO₂ CO₂+ CH₄ CH₃CH₂CH₂COOH + 2H₂+ CO₂ CH₃COOH + CH₄ Gambar 2. Tahap Pembentukan Gasbio (FAO, 1978)

Jenis Bakteri



Bakteri pembentuk asam antara lain:

Pseudomonas, Escherichia, Flavobacterium, dan

Alcaligenes yang mendegradasi bahan organik

menjadi asam-asam lemak.



Bakteri metana antara lain: Methanobacterium,

Methanosarcina, dan Methanococcus yang

mengubah asam-asam lemak menjadi biogas

Bagan produksi biogas

MATERIAL ORGANIK

Mengandung zat tepung, zat gula dll FASE INPUT Filtrasi, pencampuran, pengenceran FASA PRODUKSI Pembentukan asam, kombinasi gas FASA OUTPUT BIOGAS

Memasak _{Pupuk padat/cair}LUBERAN

Sampah

dipilah

Faktor-faktor yang mempengaruhi

pembentukan biogas



Bahan baku



Kondisi operasi



Pengadukan



Bahan penghambat

Bahan baku

 Bahan organik (mengandung unsur karbon dan hidrogen

serta nitrogen): sampah, limbah pertanian, kotoran

◦ Unsur nitrogen diperlukan bakteri untuk pembentukan sel.

◦ Agar fermentasi lebih cepat, bahan yg kasar harus digiling atau dirajang dulu

◦ Bahan baku berbentuk bubur  kandungan air hrs cukup tinggi (optimum : 7 - 9%).

◦ Kadar air dlm kotoran sapi kira-kira 18 % (rata-rata hewan 11-25%), maka perlu diencerkan dengan perbandingan 1 : 1

 Air yang tidak mengandung zat-zat yang dapat



Perbandingan unsur karbon dan nitrogen

(C/N) paling baik untuk pembentukan

biogas adalah 30.

◦

Rasio C/N untuk sampah mendekati nilai 12.

◦

Rasio C/N kotoran kuda dan babi adalah 25

◦

Rasio C/N sapi dan kerbau adalah 18.

Kondisi operasi



Temperatur

◦ Perkembangbiakan bakteri sangat dipengaruhi temperatur. Fermentasi anaerobik berlangsung pada 5o_{C - 55}o_C.

◦ Temperatur kerja yang optimum 35o_C.



Derajat Keasaman (pH)

◦ Pada awal proses, pH bahan dalam digester bisa turun sampai 6 atau lebih rendah akibat

degradasi bahan organik oleh bakteri aerobik.

◦ Kemudian pH mulai naik disertai

perkembangbiakan bakteri pembentuk metana dan hasil pencernaan yang optimum adalah pada pH 6,8 sampai 8.



Pengadukan

◦

Bahan baku yang sukar dicerna (misal jerami) dan

sisa bahan akan membentuk lapisan kerak pada

permukaan cairan.

◦

Lapisan perlu diaduk sehingga hambatan terhadap

laju biogas yang dihasilkan dapat dikurangi.



Bahan Penghambat

◦

Yang menghambat pertumbuhan mikroorganisme:

misalnya logam berat (tembaga, cadmium, dan

kromium), desinfektan, deterjen dan antibiotik.

◦

Karena itu air yang digunakan sebagai pencampur

tidak mengandung bahan-bahan tersebut.

PERHITUNGAN BIAYA

PEMBUATAN DIGESTER:



6m3  Rp 12.000.000,- (harga sdh

termasuk biaya instalasi – utk 12 m).

Harga jogja.



Utk generator: Rp 4.850.00,- (1.500 W)

dpt menghasilkan listrik sampai 1.000 W



Kompor 1 tungku Rp

500.000,-

Chooper : Rp