BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Biogas Biogas adalah gas

5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Biogas
Biogas adalah gas yang terbentuk melalui proses fermentasi bahan-bahan limbah
organik, seperti kotoran ternak dan sampah organik oleh bakteri anaerob ( bakteri
yang dapat hidup tanpa oksigen) (Wahyuni, 2013).
Sifat-sifat komponen gas utama tersebut dijelaskan sebagai berikut:
a. CH4 gas yang dipertimbangkan sebagai bahan bakar yang berguna. Gas ini
tidak beracun, tidak berbau, dan lebih ringan dari udara.
b. CO2 adalah gas inert yang tidak berwarna, tidak berbau, dan lebih berat dari
udara. CO2 merupakan gas yang agak beracun. Konsentrasi CO2 yang lebih
tinggi dalam biogas menghasilkan biogas dengan nilai kalori yang rendah.
c.
H2S suatu gas yang tidak berwarna. Karena lebih berat dari udara H2S ekstra
berbahaya pada tempat-tempat rendah. Pada konsentrasi rendah gas ini
memiliki bau khusus seperti telur busuk. Pada konsentrasi tinggi, akan lebih
berbahaya karena tidak berbau. Selain itu H2S juga bersifat korosif yang
dapat menyebabkan problem dalam proses pembakaran dari biogas.
d. Uap air, walaupun merupakan hasil tidak berbahaya, akan menjadi korosif
jika berkombinasi dengan NH3, CO2 dan khususnya H2S dari biogas.
Maksimum kandungan air dalam biogas dikembangkan karena temperatur
gas. Bila biogas berair jenuh meninggalkan digester, dengan pendinginan
akan menghasilkan kondensasi air (Arslan, 2008).
Nilai kalor pada biogas 4800 – 6200 kkal/m3 nilai ini sedikit lebih rendah dari
nilai kalor gas metana murni 8900 kkal/m3 (Surono, 2014). Kandungan biogas
didominasi oleh gas metana (CH4) yang merupakan hasil sampingan dari proses
degradasi bahan organik, seperti kotoran ternak, manusia, sampah, dan sisa-sisa
limbah lainnya. Pemanfaatan kotoran ternak selain dapat menghasilkan biogas untuk
bahan bakar, juga membantu kelestarian lingkungan dan memperoleh manfaatmanfaat lain seperti pupuk yang baik untuk tanaman, mencegah lalat, dan bau tidak
sedap yang berarti ikut mencegah sumber penyakit (Wibowo dkk., 2013).
6
Komposisi jenis gas dan jumlahnya pada suatu unit biogas dipaparkan pada tabel
berikut.
Table 2.1 Komposisi jenis gas dan jumlahnya pada suatu unit biogas
No
Komponen
%
1
Methana (CH4)
55-75
2
Karbondioksida (CO2)
25-45
3
Nitrogen (N2)
0-0,3
4
Hydrogen (H2)
1-5
5
Hydrogen Sulfida (H2S)
0-3
6
Oksigen (O2)
0,1-0,5
Sumber : (Fadli dkk., 2013)
Konsentrasi kotoran (metana, karbon dioksida, air, hidrogen sulfida, nitrogen,
oksigen, amonia, siloxanes dan partikel) tergantung pada komposisi substrat dari
mana gas itu berasal. Ketika mengalir keluar dari digester, biogas bersifat jenuh
dengan uap air, dan air ini menyebabkan korosi di pipa. Air dapat dihilangkan
dengan pendinginan, kompresi, absorpsi atau adsorpsi. Dengan meningkatkan
tekanan atau penurunan suhu, air akan kondensat dari biogas dapat dihilangkan.
Pendinginan dapat hanya dicapai dengan menanam saluran gas dilengkapi dengan
perangkap kondensat dalam tanah. Air juga bisa dihilangkan dengan menggunakan
adsorpsi saringan molekuler, SiO2, atau karbon aktif. Bahan ini biasanya diregenerasi
dengan pemanasan atau penurunan tekanan (Surata dkk., 2013).
2.2 Proses Pembentukan Biogas
Biogas
secara
karakteristik
fisik
merupakan
gas,
karena
itu
proses
pembentukannya membutuhkan ruangan dalam kondisi kedap atau tertutup agar
stabil. Pada prinsipnya biogas terbentuk melalui beberapa proses yang berlangsung
dalam ruang yang anaerob atau tanpa oksigen. Proses yang berlangsung secara
anaerob dalam tempat tertutup ini juga memberikan keuntungan secara ekologi
karena tidak menimbulkan bau yang menyebar kemana-mana (Wahyuni, 2013).
7
Apabila diuraikan dengan terperinci, secara keseluruhan terdapat tiga proses
utama dalam pembentukan biogas, yaitu proses hidrolisis, pengasaman (asidifikasi),
dan metanogenesis. Keseluruhan proses ini tidak terlepas dari bantuan kinerja
mikroorganisme anaerob.
a. Hidrolisis
Hidrolisis merupakan tahap awal dari proses fermentasi. Tahap ini
merupakan penguraian bahan organik dengan senyawa kompleks yang
memiliki sifat mudah larut seperti lemak, protein, dan karbohidrat menjadi
senyawa yang lebih sederhana. Tahap ini juga dapat diartikan sebagai
perubahan struktur dari bentuk polimer menjadi bentuk monomer. Senyawa
yang dihasilkan dari proses hidrolisis diantaranya senyawa asam organik,
glukosa, etanol, CO2 dan senyawa hidrokarbon lainnya. Senyawa ini akan
dimanfaatkan mikroorganisme sebagai sumber energi untuk melakukan
aktivitas fermentasi.
b. Pengasaman (Asidifikasi)
Senyawa-senyawa yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan dijadikan
sumber energi bagi mikroorganisme untuk tahap selanjutnya, yaitu
pengasaman atau asidifikasi. Pada tahap ini bakteri akan menghasilkan
senyawa-senyawa asam organik seperti asam asetat, asam propionat, asam
butirat, dan asam laktat beserta produk sampingan berupa alkohol, CO2,
hydrogen, dan zat ammonia.
c. Metanogenesis
Bakteri metanogen seperti methanococus, methanosarcina, dan methano
bactherium akan mengubah produk lanjutan dari tahap pengasaman menjadi
gas metan, karbondioksida, dan air yang merupakan kamponen penyusun
biogas (Wahyuni, 2013).
2.3 Hidrogen Sulfida
Hidrogen sulfida (H2S) merupakan gas pengotor yang terdapat dalam gas-gas
komersial. Hidrogen sulfida merupakan gas asam yang berbau dan mematikan serta
sangat korosif bagi berbagai jenis logam, sehingga membatasi penggunaannya untuk
bahan bakar pada mesin. Hasil pembakaran gas yang mengandung H2S menghasilkan
8
belerang dan asam sulfat yang sangat korosif terhadap logam. Kandungan H2S
mencapai 200 ppm dapat menyebabkan kematian dalam waktu 30 menit. Standar
keamanan dan kesehatan memberikan ijin maksimum pada tingkat 20 ppm. Gas
hidrogen sulfida (H2S) yang terkandung dalam gas hasil fermentasi mengurangi
umur pakai dari system pemipaan pada instalasi yang menggunakan biogas. Gas ini
juga beracun dan sangat korosif untuk sebagian besar jenis logam yang terbuat dari
besi. Jika Hidrogen sulfida yang terkandung dalam biogas terbakar maka akan
berubah menjadi sulphur oksida yang akan menyebabkan korosi pada komponen
yang terbuat dari logam dan membuat minyak pelumas mesin menjadi asam jika
digunakan misalnya pada mesin CHP (combines heat and power generation). Agar
dapat mencegah kerusakan yang ditimbulkan oleh hidrogen sulfida maka gas ini
harus dihilangkan atau minimal dikurangi kandungannya (Metty dkk., 2012).
2.4 Metana
Gas metana merupakan senyawa hidrokarbon paling sederhana yang
berbentuk gas yang tidak berwarna dan juga tidak berbau dengan rumus kimia CH4.
Selain tidak berwarna dan tidak berbau, sifat-sifat lain gas metana antara lain dapat
terbakar pada kadar antara 5- 15% , mempunyai berat molekul 16,04 gram/mol dan
berat jenis 0,703 N/m3 (specific gravity) 0,554. Dibandingkan dengan gas karbon
dioksida (CO2), gas metana dapat menimbulkan pemanasan global yang lebih besar.
Selain menimbulkan efek pemanasan yang lebih besar, gas metana juga tidak dapat
terserap oleh klorofil tumbuh-tumbuhan sehingga lebih setabil di atmosfir dibanding
gas CO2 yang dapat terserap tanaman melalui proses fotosintesis.
Jumlah emisi gas metana ke atmosfer yang berasal dari sumber-sumber alamiah pada
saat ini diperkirakan mencapai 208 juta ton pertahunnya. Dari keseluruhan sumbersumber alamiah yang ada, sumber dari lahan basah (wetland) merupakan sumber
yang terbesar yang jumlahnya diperkirakan sebanyak 170 juta ton pertahunnya
(Juriko, 2013).
9
1.5 Karbondioksida
CO2 adalah zat asam arang yang tidak berwarna, tidak berbau, dan lebih berat
dari udara. CO2 merupakan gas yang sedikit beracun. Konsentrasi CO2 yang lebih
tinggi dalam biogas menghasilkan biogas dengan nilai kalori yang rendah (Arslan,
2008). Karbon dioksida memiliki berat molekul 44,1 gram/mol dan berat jenis 1,98
N/m3 (specific gravity) sebesar 1,53 dimana berat jenis udara 1,293 N/m3 (specific
gravity) sebesar 1 sehingga bisa dikatakan karbon dioksida memiliki berat jenis lebih
besar dari udara. (Juriko, 2013).
2.6 Kalsium hidroksida
Kalsium hidroksida adalah senyawa dengan rumus kimia Ca(OH)2 . Kalsium
hidroksida dapat berupa kristal tak berwarna atau bubuk putih. Kalsium hidroksida
dihasilkan melalui reaksi kalsium oksida (CaO) dengan air (H2O). Ca(OH)2 disebut
juga air kapur dan merupakan basa dengan kekuatan sedang. Larutan ini akan
menjadi keruh bila dilewatkan karbondioksida (CO2). Hal ini disebakan karena
mengendapnya kalsium karbonat (CaCO3) sebagai hasil reaksi larutan kapur dengan
karbondioksida. Kalsium oksida (CaO) itu sendiri lebih dikenal dengan sebutan
kapur. Senyawa kimia ini berwarna putih dan bersifat basa kristal solid pada suhu.
Kapur biasanya dibuat dari dekomposisi thermal bahan baku seperti Kapur Gamping
yang mengandung kalsium karbonat (CaCO3), yaitu suatu proses yang disebut
dengan proses mengapur atau kapur burning, untuk membebaskan kalsium karbonat
dari sebuah molekul karbondioksida (CO2) menjadi kalsium oksida (CaO)
(Risnojatiningsih, 2009).
Menurut Risnojatiningsih, (2009) pembentukan Ca(OH)2 mengikuti persamaan
sebagai berikut :
CaO + H2O
Ca(OH)2 .......................................................
(2.1)
10
Gambar 2.1 Kalsium Hidroksida Padat
2.6.1 Reaksi kimia dari Ca(OH)2 dan CO2
Kandungan karbondioksida (CO2) pada biogas sebesar 25–45% ini
merupakan presentase yang cukup besar sehingga biogas memiliki nilai kalor yang
lebih rendah dibandingkan dengan gas metana murni. Sehingga kandungan CO2 pada
biogas perlu dihilangkan. Kalsium hidroksida dengan rumus kimia Ca(OH)2 dapat
bereaksi dengan karbondioksida dengan rumus kimia CO2 menjadi kalsium karbonat
dan air dengan rumus kimia CaCO3 dan H2O.
Menurut Masyhuri dkk., (2013) reaksi kimia dari Ca(OH)2 dan CO2 adalah sebagai
berikut :
Ca(OH)2 + CO2
CaCO3 + H2O …………………..…… (2.2)
2.6.2 Reaksi kimia dari Ca(OH)2 dan H2S
Kalsium
hidroksida
dengan
rumus
kimia
Ca(OH)2 dan
merupakan
basa dengan kekuatan sedang. Hidrogen sulfida merupakan gas asam yang berbau
dan mematikan serta sangat korosif bagi berbagai jenis logam, sehingga membatasi
penggunaannya untuk bahan bakar pada mesin (Elnusa, 2015). Kalsium Hidroksida
yang merupakan Basa akan bereaksi dengan Hidrogen Sulfida yang bersifat asam
yang akan menghasilkan air, kalsium dan Belerang .
Menurut Vivian dkk.,(2002) reaksi kimia dari Ca(OH)2 + H2S adalah sebagai
berikut:
Ca(OH)2 + H2S
2H2O + CaS …….…………………… (2.3)