Menurut Haryati (2006), proses pencernaan anaerobik merupakan dasar dari reaktor biogas, yaitu proses penguraian bahan organik oleh aktivitas bakteri metanogenik dan bakteri asidogenik dalam kondisi anaerob, bakteri tersebut secara alami terdapat pada limbah yang mengandung bahan organik. , seperti sampah organik dari hewan, manusia, dan rumah tangga. Gas metana merupakan gas yang mengandung satu atom C dan 4 atom H yang mudah terbakar. Proses pencernaan anaerobik yang menjadi dasar reaktor biogas adalah proses penguraian bahan organik oleh aktivitas bakteri metanogenik dan bakteri asidogenik dalam kondisi tanpa udara.
Hidrolisis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan organik yang larut dan pemecahan bahan organik kompleks menjadi lebih sederhana dengan bantuan air (perubahan struktur dari bentuk polimer menjadi bentuk monomer). Pencernaan anaerobik adalah proses penguraian bahan organik oleh bakteri anaerob dalam kondisi anaerobik, menghasilkan biogas dan. Biogas juga merupakan salah satu jenis bioenergi yang didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan ketika bahan organik seperti kotoran hewan, kotoran manusia, jerami, sekam dan daun hasil pemilahan sayuran difermentasi atau mengalami proses metanisasi (Hambali E., 2008).
Gas metana telah lama digunakan oleh masyarakat Mesir kuno, Cina, dan Romawi untuk dibakar dan digunakan sebagai sumber panas. Sedangkan proses fermentasi selanjutnya untuk menghasilkan gas metana pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta (1776). Dan Becham (1868) murid Louis Pasteur dan Tappeiner (1882) adalah orang pertama yang menunjukkan asal muasal mikrobiologis terbentuknya gas metana.
Biogas yang dihasilkan dapat dijadikan bahan bakar karena mengandung persentase gas metana (CH4) yang cukup tinggi.
Waktu yang dibutuhkan untuk Proses Pencernaan
Derajat Keasaman (pH)
Kandungan Nitrogen dan Rasio Karbon Nitrogen
Bahan tumbuhan seperti serbuk gergaji dan jerami mengandung persentase C/N yang lebih tinggi, sedangkan kotoran manusia mempunyai nilai rasio C/N sebesar 8. Sampah organik yang memiliki nilai C/N tinggi dapat tercampur dengan rasio C/N yang lebih rendah. C/N di dapatkan rasio C/N yang lebih tinggi. ideal, seperti mencampurkan sisa jerami dengan limbah toilet (toilet waste) untuk mencapai kadar C/N ideal atau mencampurkan kotoran gajah dengan kotoran manusia untuk mencapai rasio C/N yang seimbang dan produksi biogas dapat memandu Anda secara optimal. Yang dimaksud dengan kandungan padatan total (TS) adalah jumlah bahan padat yang terkandung dalam sampah organik selama proses pencernaan dan menunjukkan laju penghancuran/penguraian bahan padat sampah organik tersebut.
TS juga menunjukkan banyaknya padatan dalam bahan organik, dan nilai TS sangat mempengaruhi lamanya proses penguraian/pencernaan (HRT) bahan organik tersebut. Merupakan bagian dari bahan padat (total solid-TS) yang berubah menjadi fasa gas pada tahap pengasaman dan metanogenesis, seperti pada proses fermentasi sampah organik. Dalam pengujian laboratorium, berat ketika bagian padat dari bahan organik yang hilang dibakar (diuapkan dan mengalami proses gasifikasi) dengan pembakaran pada suhu 538°C disebut padatan yang mudah menguap.
Atau Potensi produksi biogas atau disebut juga persentase padatan yang mudah menguap untuk beberapa bahan organik yang berbeda seperti terlihat pada tabel di bawah ini.
Pengadukan Bahan Organik
Semakin tinggi tekanan di dalam reaktor maka semakin rendah pula produksi biogas di dalam reaktor, terutama pada proses hidrolisis dan pengasaman.
Penjernihan Biogas
Persamaan – Persamaan Pembentukan Biogas
Persamaan lama waktu Penguraian
Selama proses ini terjadi pertumbuhan bakteri anaerob pengurai, penguraian bahan organik dan stabilisasi pembentukan biogas menuju kondisi optimal. Secara keseluruhan durasi penguraian (Hydraulic Retention Time-HRT) mencakup 70%-80% dari total waktu pembentukan biogas, jika siklus pembentukan biogas berjalan ideal yaitu 1 kali proses penambahan bahan organik langsung mendapatkan biogas sebagai proses terakhir. Kedalaman reaktor sangat mempengaruhi nilai SLR, dan jika parameter lain dapat dipertahankan pada kondisi ideal maka nilai SLR optimum adalah sekitar 3-6 kg ODM/m3-hari.
Persamaan produksi biogas spesifik
Persamaan produksi gas metan spesifik
Konversi Energi Biogas dan Pemanfaatannya
Konversi energi biogas untuk ketenagalistrikan
Konversi energi biogas untuk pembangkit tenaga listrik dapat dilakukan dengan menggunakan turbin gas, mikroturbin dan Mesin Siklus Otto. Pemilihan teknologi ini sangat dipengaruhi oleh potensi biogas yang ada, seperti konsentrasi gas metana dan tekanan biogas, kebutuhan beban dan dana yang tersedia. Dalam buku Konversi, Transmisi dan Penyimpanan Energi Terbarukan karya Bent Sorensen, 1 Kg gas metana setara dengan 6,13 x 107 J, sedangkan 1 kWh setara dengan 3,6 x 107 Joule.
Konversi energi gas metana ke energi listrik Jenis energi setara Energi acuan 1 kg gas metana. Penentuan data potensi bahan baku biogas (kotoran sapi) (Ps), dalam penelitian ini digunakan data potensi pemanfaatan kotoran sapi di KTBU (ton/hari atau kg/hari).
Komponen Utama PLT Biogas
Berdasarkan proses pengolahan sampah organik dikenal beberapa jenis reaktor seperti Batch Digester, Plug Flow Digester dengan proses siklus (a) flask plant, (b) fixed dome plant, (c) floating battery plant. Proses pengolahan sampah organik dengan pelarut tipe batch dilakukan dalam satu proses yaitu penggabungan sampah organik, pencernaan dan produksi biogas serta kompos terak (lumpur) yang kaya akan unsur hara bagi tanah. Sedangkan reaktor jenis CFSTR dan CSTR menggunakan pencampuran untuk mempercepat waktu pencernaan (HRT) pada tangki pencernaan anaerobik.
Pada beberapa kondisi, pencerna anaerobik dilengkapi dengan mesin slurry agar konsentrasi bahan merata pada setiap bagian pencerna. Dengan pencampuran, kemungkinan bahan mengendap di dasar reaktor berkurang, konsentrasi merata dan memungkinkan seluruh bahan lolos secara merata ke dalam proses fermentasi anaerobik. Tangki penyimpanan biogas adalah tangki yang digunakan untuk menyimpan dan mendistribusikan seluruh biogas yang dihasilkan dari reaktor biogas.
Untuk reaktor biogas kecil, reservoir biogas (Gas Holder) berada di bagian atas tangki biogas, dan pada reaktor model floating drum plant, jumlah biogas yang dihasilkan mendorong penutup gas ke atas reaktor dan merupakan indikator tahap metanogenesis. yang telah terjadi. Generator Turbin Mikro Turbin mikro adalah generator listrik kecil yang membakar bahan bakar gas atau cair untuk menghasilkan putaran kecepatan tinggi guna mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Perkembangan teknologi mikroturbin saat ini merupakan hasil pengembangan generator stasioner kecil dan turbin autogas, peralatan utama pembangkit listrik dan turbocharger, yang sebagian besar dikembangkan di industri otomotif dan pembangkit listrik.
Pada siklus seperti gambar diatas terlihat panas yang dihasilkan dari pembakaran biogas digunakan untuk memutar turbin dan turbin dihubungkan dengan generator sehingga menghasilkan energi listrik yang dialirkan ke beban. Panas sisa yang dihasilkan setelah dimanfaatkan oleh turbin digunakan kembali oleh recuperator dan pemanfaatan panas buang sebagai pemanas air.
Digester Biogas
- Komponen utama digester
- Komponen Pendukung Digester
- Teknik pencucian biogas
- Perancangan Ukuran Digester
Yang terpenting, apapun jenis yang Anda pilih, tujuan utamanya adalah mengurangi kotoran dan menghasilkan biogas dengan kandungan CH4 yang tinggi. Oleh karena itu, pada pembangunan reaktor fixed dome, gas yang dihasilkan akan langsung dialirkan ke pengumpul gas di luar reaktor. Bagian dalam reaktor tidak terlihat (apalagi yang dibuat di dalam tanah), sehingga kebocoran tidak dapat terdeteksi.
Pada bak digester, bahan baku ditempatkan pada suatu wadah atau bak dari awal hingga akhir proses pencernaan. Digester jenis ini biasanya digunakan pada tahap percobaan untuk mengetahui potensi gas sampah organik atau digunakan pada kapasitas biogas yang kecil. Dalam pencernaan aliran, aliran bahan baku dimasukkan pada interval tertentu dan residu dihilangkan.
Kelemahan dari jenis ini adalah volumenya yang kecil sehingga biogas yang dihasilkan hanya bisa digunakan untuk kebutuhan dalam negeri. Kelemahan dari sistem ini adalah jika diletakkan di tempat yang bersuhu dingin (rendah), maka suhu dingin yang diterima pelat baja akan merambat ke bahan baku biogas sehingga memperlambat proses bakteri tersebut, seperti diketahui. bahwa bakteri hanya akan bekerja maksimal pada kisaran suhu tertentu. Komponen-komponen yang digunakan untuk membuat suatu reaktor tergantung pada jenis reaktor yang digunakan dan tujuan dari pembangunan reaktor tersebut.
Tujuan pencampuran adalah untuk meningkatkan produksi biogas, memperlancar aliran bahan baku dan mencegah terbentuknya endapan pada saluran masuk. Tujuan dari tangki penyimpanan biogas adalah untuk menyimpan biogas yang dihasilkan dalam proses fermentasi anaerobik. Untuk tangki terpisah, strukturnya didesain khusus agar tidak bocor dan tekanan yang dihasilkan di dalam tangki seragam.
Katup pelepas tekanan sangat penting dalam reaktor biogas besar dan sistem kontinyu, seperti pencernaan pada umumnya. Pencampuran ini sangat bermanfaat bagi bahan-bahan yang ada pada pencerna anaerobik karena memberikan kesempatan bahan-bahan tetap tercampur dengan bakteri dan suhu tetap terjaga secara merata. Biogas yang bercampur dengan udara dapat meledak jika konsentrasinya mencapai 6-12% (tergantung kandungan CH4 pada biogas).
Jumlah bahan baku biogas pada reaktor terdiri dari kotoran sapi dan air, sehingga input bahan baku biogas sangat bergantung pada jumlah air yang dimasukkan ke dalam reaktor. Berdasarkan volume bahan baku (Q), maka dapat ditentukan volume kerja reaktor yang merupakan penjumlahan dari volume ruang penyimpanan (Vgs) dan volume ruang fermentasi (Vs).
