Categories
Teknologi

Definisi, Manfaat dan Cara Pembuatan Biogas

Tahukah kamu tentang Biogas ? Definisi dan Bagaimana Cara kerjanya ? Simak artikel dari sinau ternak yang ditulis oleh Sandy Saddema (Mahasiswa Peternakan UGM 2014) berikut ini.

Biogas saat ini menjadi salah satu opsi alternatif dalam pengolahan limbah kotoran peternakan. Limbah kotoran  yang tidak diolah dan dibiarkan begitu saja menjadi masalah tersendiri dalam dunia peternakan. Penimbunan kotoran ternak di sekitar kandang menyebabkan pencemaran lingkungan. Bau menyengat sudah pasti terjadi, dan akan diperparah ketika musim penghujan datang.

Jika kotoran ikut tergenang air hujan, maka dapat menurunkan mutu lingkungan dan mutu kesehatan bagi masyarakat sekitar peternakan. Situasi semacam inilah yang menyebabkan, secara sosial peternakan dipadang jelek oleh masyarakat pada beberapa daerah.

Berdasarkan hal tersebut, maka perlu dilakukan pengolahan limbah kotoran agar tidak menjadi masalah dan dibuang sia-sia. Yuk kita bahas lebih dalam terkait BIOGAS sebagai alternatif solusi pengolahan limbah kotoran peternakan.

instalasi biogas di negara maju

Definisi Biogas

Biogas adalah gas yang dapat dibakar dan dihasilkan melalui aktivitas anaerobik (tanpa oksigen) didalam digester dari bahan-bahan organik seperti kotoran ternak, limbah rumah tangga dan limbah pertanian.

Hendroko (2008) menjelaskan bahwa biogas merupakan suatu campuran gas-gas yang dihasilkan dari suatu proses fermentasi bahan organik oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen. Komposisi biogas yang dihasilkan adalah gas methan (CH4) sekitar 55-75%, gas karbondioksida (CO2) sekitar 25-45% dan gas lain dengan proporsi kecil.

Komponen%
Metana (CH4)55-75
Karbon dioksida (CO2)25-45
Nitrogen (N2)0-0.3
Hidrogen (H2)1-5
Hidrogen sulfida (H2S)0-3
Oksigen (O2)0.1-0.5

Gas methan (CH4) sebagai komponen utama biogas merupakan bahan bakar yang baik karena mempunyai nilai kalor yang tinggi, yaitu sekitar 4800 sampai 6700 kkal/m³, sedangkan gas metana murni mengandung energi 8900 Kkal/m³. Karena nilai kalor yang cukup tinggi itulah biogas dapat dipergunakan untuk keperluan penerangan, memasak, menggerakkan mesin dan sebagainya.

Gas methan sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas. Sedangkan, proses fermentasi lebih lanjut untuk menghasilkan gas methan ini pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta (1776).

Hasil identifikasi gas yang dapat terbakar ini dilakukan oleh Willam Henry pada tahun (1806) dan  dilanjutkan oleh Becham (1868).  Pada perkembangan selanjutnya, Louis Pasteur dan Tappeiner berhasil menjelaskan asal sal mikrobiologis dari pembentukan methan pada tahun 1882.

Adapun alat penghasil biogas secara anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900. Pada akhir abad ke-19, riset untuk menjadikan gas methan sebagai biogas dilakukan oleh Jerman dan Perancis.

Selama Perang Dunia II, banyak petani di Inggris dan Benua Eropa yang membuat alat penghasil biogas kecil yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Akibat kemudahan dalam memperoleh BBM dan harganya yang murah pada tahun 1950-an, proses pemakaian biogas ini mulai ditinggalkan.

biogas history
biogas history

Manfaat Biogas

Biogas Memberikan Banyak Manfaat Nilai Tambah untuk Masyarakat dari limbah organik.

Pertanian

Pengolahan anaerob pada kotoran ternak dan sisa makanan organik memberikan manfaatbagi sektor pertanian. Beberapa manfaat termasuk:

  • Diversifikasi keuangan dan mitigasi risiko melalui penjualan energi.
  • mendukung pengolahan lokal produksi pertanian.
  • mengurangi kebutuhan dan biaya pupuk komersial.

Ekonomis

Manfaat ekonomi hijau dari biogas sangat besar dan meliputi:

  • penciptaan lapangan kerja lokal di bidang teknis, manufaktur dan konstruksi / perdagangan
  • pembangunan ekonomi menghasilkan miliaran dolar investasi di masyarakat pedesaan
  • penciptaan produk sampingan yang berguna dari limbah, bertindak sebagai pengganda ekonomi yang signifikan

Energi

Sebagai sumber energi terbarukan, biogas memiliki karakteristik unik. Biogas bisa

  • Menghasilkan daya yang fleksibel dan dapat diandalkan 24/7
  • mengelola catu daya terbarukan yang terputus-putus melalui sarana penyimpanan dan daya fleksibel
  • meningkatkan / mendukung infrastruktur lokal dan kualitas daya
  • meningkatkan ke gas alam terbarukan (RNG) untuk injeksi ke dalam jaringan gas alam, menghasilkan energi terbarukan ‘hijau’ melalui infrastruktur yang ada
  • dikompres untuk digunakan sebagai bahan bakar transportasi, atau penggantian langsung gas alam yang berasal dari fosil dalam pemanasan rumah tangga, atau proses industri, komersial, dan kelembagaan

Lingkungan

Manfaat biogas bagi lingkungan sangat banyak.

  • mengontrol perkecambahan gulma, mengurangi penggunaan herbisida
  • menghilangkan senyawa penyebab bau
  • menangkap dan menggunakan metana, gas rumah kaca 21 kali lebih buruk dari CO2
  • Mengubah aliran limbah energi tinggi menjadi bahan bakar, mengalihkannya dari TPA

Sebagai ilustrasi dapat dilihat manfaat biogas dari bagan dibawah ini:

manfaat biogas
manfaat biogas

Cara Membuat biogas dari kotoran ternak

Bahan

Alat. Alat yang digunakan dalam proses pembuatan biogas dari kotoran ternak antara lain: alat pengaduk, bak penampung, digester dan pipa.

Bahan. Bahan yang digunakan dalam proses pembuatan biogas dari kotoran ternak antara lain: Feses sapi, air dan starter.

Langkah-langkah

  1. Kotoran sapi dicampur dengan air hingga terbentuk lumpur dengan perbandingan 1:1 pada bak penampung sementara.
  2. Lumpur dari bak penampungan sementara kemudian di alirkan ke digester. Pada pengisian pertama digester harus di isi sampai  penuh.
  3. Melakukan penambahan starter (banyak dijual dipasaran). Setelah digester penuh, kran gas ditutup supaya terjadi proses fermentasi.
  4. Gas metan sudah mulai di hasilkan pada hari 10 sedangkan pada hari ke -1 sampai ke – 8 gas yang terbentuk adalah CO2. Pada komposisi CH4 54% dan CO2 27% maka biogas akan menyala.
  5. Pada hari ke -14 gas yang terbentuk dapat digunakan untuk menyalakan api pada kompor gas atau kebutuhan lainnya.
  6. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak kurang lebih 20 liter setiap pagi dan sore hari. Sisa pengolahan bahan biogas berupa lumpur / sludge secara otomatis akan keluar dari lubang pengeluaran (outlet) setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat digunakan sebagai pupuk kandang/pupuk organik, baik dalam keadaan basah (cair) maupun kering. (Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian, 2009).

Sebagai ilustrasi digester dapat dilihat pada bagan di bawah ini:

digester biogas
digester biogas

Proses kimiawi biogas

Pembentukan biogas dilakukan oleh mikroba pada situasi anaerob, yang meliputi tiga tahap, yaitu tahap hidrolisis, tahap pengasaman, dan tahap metanogenik. Secara garis besar, penjelasan tahap – tahap tersebut sebagai berikut :

1. Hidrolisis.

Pada tahap hidrolisis, bahan organik di enzimatik secara eksternal oleh enzim ekstra selular (selulose, amilase, protease dan lipase) mikroorganisme. Bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat komplek, protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Sebagai contoh polisakarida diubah menjadi monosakarida sedangkan protein diubah menjadi peptida dan asam amino.

Berdasarkan uraian tersebut, pada proses hidrolisis terjadi pelarutan bahan-bahan organik mudah larut dan pencernaan bahan organik yang komplek menjadi sederhana dan perubahan struktur bentuk primer menjadi bentuk monomer.

2. Pengasaman.

Pada tahap ini bakteri menghasilkan asam, mengubah senyawa rantai pendek hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat (CH3COOH), hidrogen (H2) dan karbondioksida (CO2). Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerobik yang dapat tumbuh dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan.

Pembentukan asam pada kondisi anaerobik tersebut penting untuk pembentuk gas metana oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbondioksida, H2S, dan sedikit gas metana.

3. Metanogenik.

Pada tahap ini bakteri metanogenik mendekomposisikan senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh bakteri ini menggunakan hidrogen, CO2 dan asam asetat untuk membentuk metana dan CO2. Bakteri penghasil asam dan gas metana bekerjasama secara simbiosis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfir yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metana menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam. Tanpa adanya proses simbiotik tersebut, akan menciptakan kondisi toksik bagi mikroorganisme penghasil asam.

Sebagai ilustrasi dapat dilihat proses pembentukan biogas dari bagan dibawah ini:

Faktor yang berpengaruh pada produksi Biogas

Banyak faktor yang mepengaruhi keberhasilan produksi biogas. Faktor pendukung untuk mempercepat proses fermentasi adalah kondisi lingkungan yang optimal bagi pertumbuhan bakteri perombak. Ada beberpa faktor yang berpengaruh terhadap produksi biogas yakni sebagai berikut:

1. Kondisi anaerob atau kedap udara.

Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh mikroorganisme anaerob. Instalasi pengolahan biogas harus kedap udara.

2. Bahan baku isian.

Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapaur, dan sampah organik yang terhindar dari bahan anorganik. Bahan isian harus mengandung 7 – 9 % bahan kering dengan pengenceran 1 : 1 (bahan baku : air).

3. Rasio atau Imbangan C/N.

Imbangan C/N yang terkandung dalam bahan organik sangat menentukan kehidupan dan aktivitas mikroorganisme dengan imbangan C/N optimum 25 – 30 untuk mikroorganisme perombak.

4. Derajat keasaman (pH).

Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,5 – 7,5.

5. Temperatur.

Produksi biogas akan menurun secara cepat akibat perubahan temperatur yang mendadak di dalam instalasi pengolahan biogas. Untuk menstabilkan temperatur kita dapat membuat instalasi biogas di dalam tanah.  Temperatur  optimal dalam proses biogas berkisar 35-38 (Mesofilik) dan 55-57 (Termofilik).

6. Starter.

tarter diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organik hingga menjadi biogas. Starter merupakan mikroorganisme perombak yang telah dijual komersil dapat juga digunakan lumpur aktif organik atau cairan rumen. (Simamora, 2006).

7. Pengadukan.

Pengadukan dalam proses pembuatan biogas berfungsi untuk mengontrol PH, menjaga lingkungan agar tetap homogen, pendistribusian larutan starter agar menyebar pada seluruh digester serta mencegah penumpukan produk metabolisme berkonsentrasi tinggi yang dapat menghambat bakteri metanogen.

8. Nutrisi.

Nutrisi yang dibutuhkan dalam proses biogas adalah nitrogen, fosfor dan unsur-unsur lain dalam jumlah mikronutrisi. Nutrisi tersebut berfungsi untuk membangun sel-sel dalam membentuk mikroorganisme dan menghasilkan biogas. Unsur kimia yang membentuk mikroorganisme antara lain karbon (50%), Oksigen (20%), Nitrogen (12%), Hidrogen (8%), Fosfor (2%), Sulfur (1%) dan Kalium (1%). Proses Pembentukan biogas membutuhkan rasio C:N = 25:1

Parameter Satuan Rentang Keterangan
Suhu0C35-3855-57Proses MesofilikProses Termofilik
Waktu Retensi HidrolikHari20-50Tergantung limbah cair
Konsentrasi CODppm COD<80.000Tergantung peternakan
Konsentrasi Methana%50-75Tergantung substrat
pH 6,5-7,5Selama fermentasi

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *