Teknologi Biogas

Teknologi Biogas
Pokok Bahasan
•
•
•
•
•
Prinsip Dasar Biogas
Mikroorganisme Pembantu
Proses Fermentasi
Parameter Proses Pembentukan Biogas
Biogas dari Berbagai Jenis Limbah
Prinsip Dasar Biogas
• Proses penguraian bahan-bahan organik oleh
mikroorganisme dalam kondisi tanpa oksigen
(anaerob) untuk menghasilkan campuran dari
beberapa gas, seperti CH4, CO2
• Dihasilkan dengan bantuan bakteri
metanogen atau metanogenik
• Alat: reaktor biogas (digester) yang dirancang
agar kedap udara (anaerob)
Keuntungan Digester Anaerobik
•
•
•
•
Keuntungan Pengolahan Limbah
Keuntungan Energi
Keuntungan Lingkungan
Keuntungan Ekonomi
Keuntungan Pengolahan Limbah
• Digunakan untuk proses pengolahan alami
• Lahan yang dibutuhkan lebih kecil,
dibandingkan lahan untuk proses membuat
kompos
• Memperkecil polutan
• Menurunkan volume limbah yang dibuang
Keuntungan Energi
• Menghasilkan energi yang bersih dengan nyala
api berwarna biru
• Menghasilkan bahan bakar berkualitas tinggi
dan dapat diperbarui
• Dapat digunakan untuk berbagai penggunaan
• Tidak mudah meledak
Keuntungan Lingkungan
•
•
•
•
Mengurangi polusi udara
Memaksimalkan proses daur ulang
Pupuk yang dihasilkan bersih dan kaya nutrisi
Menurunkan emisi gas metan dan CO2 secara
signifikan
• Memperkecil kontaminasi sumber air karena
dapat menghilangkan bakteri coliform sampai
99%
• Tidak menimbulkan bau yang berbahaya bagi
kesehatan manusia
Keuntungan Ekonomi
• Ditinjau dari siklus ulang proses, digester
anaerobik lebih ekonomis dibandingkan
dengan proses lainnya
Mikroorganisme Pembantu
• Bakteri metanogenik
• Berfungsi: merombak bahan organik dan
menghasilkan gas metana dalam kondisi
anaerob
• Terdapat secara alami di kotoran isi rumen
ternak dan kotoran manusia
• Tujuan penambahan bakteri untuk
mempercepat proses perombakan dan
pembentukan biogas
Proses Fermentasi
• Bahan organik mikroorganisme anaerobik
CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S
• Tahapan proses terdiri dari
1. Tahap Hidrolisis
2. Tahap Pengasaman
3. Tahap Metanogenesis
Tahap Hidrolisis
• Penguraian bahan-bahan organik kompleks
yang mudah larut (protein, lemak,
karbohidrat)  senyawa yang lebih sederhana
• Perubahan struktur polimer menjadi
monomer : asam organik, glukosa, etanol, CO2
dan HC.
• (C6H10O5)n + n H2O  n (C6H12O6)
Tahap Pengasaman (Acidifikasi)
• Monomer dijadikan sumber energi bagi
bakteri pembentuk asam
• C6H12O6  2CH3CHOHCOOH (asam laktat)
• C6H12O6  CH3CH2CH2COOH + H2O + 2H2
(asam butirat)
• C6H12O6  CH3CH2COOH + 2CO2
(asam propionat)
• C6H12O6  CH3COOH (asam asetat)
Tahap Metagenesis
• Bakteri mengubah produk lanjutan menjadi
metan, karbondioksida, dan air
• 4H2 + CO2
 CH4 + 2H2O
• 4COOH
 CH4 + 3CO2 + 2H2O
• CH3COOH
 CH4 + CO2
• CH3CH2COOH + 1/2H2O  7/4CH4 + CO2
• 4CH3OH
 3CH4 + CO2 + 2H2O
• CH3(CH2) 2COOH + 2H2O + CO2  CH3COOH + CH4
• 4CO + 2H2O
 CH4 + 3CO2
• 4CH3N + 6H2O  9CH4 + 3CO2 + 4NH3
EVALUASI PRODUK
• Jumlah energi yang terdapat dalam biogas
tergantung pada konsentrasi metana
• > metana  > energi
• < metana  < energi
• Kualitas biogas ditingkatkan dengan
menghilangkan H2S (beracun), H2O (menurunkan
titik nyala biogas dan korosif) dan CO2
• Kandungan H2S, H2O dan CO2 dihilangkan dengan
alat atau bahan desulfurizer
Parameter Proses Pembentukan Gas
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Jenis bahan organik (substrat)
Derajat Keasaman (pH)
Imbangan C/N
Suhu
Loading rate (laju pengumpanan)
Zat toksik
Pengadukan
Starter
Waktu retensi
Jenis Bahan Organik
• Jenis bahan organik berpengaruh pada lama
waktu fermentasi
• Masing-masing bahan organik memiliki total
padatan yang berbeda-beda  proses
pembusukan material juga akan berbeda
• Urutan kandungan bahan organik berdasarkan
lamanya waktu penguraian: gula, protein, lemak,
hemiselulosa, selulosa dan lignin.
• Bahan organik limbah pertanian (selulosa dan
lignin) lebih lama diuraikan dibandingkan kotoran
ternak
Derajat Keasaman (pH)
• Derajat keasaman pada proses fermentasi akan
mengalami penurunan menjadi 6 atau lebih
rendah akibat terbentuknya asam organik.
• Kehidupan mikroorganisme selama proses
fermentasi efektif pH 6,5-7,5.
• Setelah 2-3 minggu pH akan naik kembali
menandakan perkembangan bakteri metan.
• Penurunan pH dapat dicegah dengan
penambahan larutan kapur, Ca(OH) 2 atau CaCO3
Imbangan C/N
• Aktifitas mikroorganisme yang berperan selama
proses fermentasi tergantung dari imbangan C/N.
• Mikroorganisme beraktifitas maksimum jika C/N :
25-20
• Imbangan C/N yang tinggi  produksi metan
rendah  kadar N rendah, N dibutuhkan untuk
sumber energi perkembangbiakan mikroganisme
pengurai
• Pencegahan: tambahan kadar N, seperti kotoran
hewan ternak.
Imbangan C/N
• ImbanganC/N rendah  N bebas dan
berakumulasi dalam bentuk amoniak sehingga
menyebabkan bau busuk yang berlebihan.
• Pencegahan: ditambahkan bahan yang
mengandung karbon atau serat tinggi, seperti
rumput, jerami dan dedaunan.
• Cara: campurkan bahan organik dengan
rumput/jerami yang telah dicacah hingga
mencapai C/N sebesar 25.
Suhu
• Aktifitas bakteri dipengaruhi oleh suhu di
dalam digester.
• Perubahan suhu yang mendadak 
penurunan produksi biogas secara cepat.
• Pencegahan: supaya stabil, instalasi biogas
harus ditempatkan di dalam tanah.
• Suhu optimum: 32-37C.
• Suhu yang >  digester rentan mengalami
kerusakan.
Loading rate
• Adalah jumlah bahan pengisi yang harus dimasukkan
ke dalam digester per unit kapasitas per hari.
• Supaya optimal: perlu pengisian bahan organik yang
kontinyu setiap hari dengan memperhitungkan waktu
tinggal dan volume digester.
• Jika bahan pengisi >  mengganggu proses akumulasi
asam dan produksi metana
• Jika bahan pengisi <  produksi biogas menjadi
rendah.
• Loading rate = volume digester : waktu tinggal
Zat Toksik
• Zat toksik akan menghambat pertumbuhan
mikroorganisme  produksi gas menurun
• Zat toksik: logam berat tembaga, detergen,
pestisida, kaporit, antibiotik.
• Pencegahan: gunakan air yang bersih.
Pengadukan
• Bertujuan menghomogenkan bahan baku
• Dilakukan sebelum bahan baku dimasukkan
dalam digester dan setelah berada dalam
digester.
• Pengadukan juga berfungsi untuk mencegah
terjadinya pengendapan di dasar digester
yang dapat menghambat pembentukan biogas
• Pengedapan terjadi jika menggunakan kotoran
kering.
Stater
• Stater ditambahkan untuk mempercepat proses
penguraian.
• Stater berupa bakteri mikroorganisme perombak
(alami, semi buatan, buatan)
• Stater alami: lumpur organik atau cairan isi
rumen
• Stater semi buatan : dari instalasi pembentuk
biogas yang masih dalam keadaan aktif
• Stater buatan : bakteri metan yang sengaja
dibiakkan di laboratorium/ dijual di pasaran
Waktu Retensi
• Adalah rata-rata periode saat bahan masukan
masih dalam digester dan selama proses
fermentasi oleh bakteri metanogenik.
• Waktu retensi dipengaruhi oleh suhu,
pengenceran dan laju pemasukan bahan.
• Waktu retensi/waktu tinggal 29-60 hari,
tergantung jenis bahan organik yang digunakan.
• Waktu retensi makin singkat jika suhu lebih dari
35 C
Waktu Retensi
WAKTU (HARI)
1
2
3
-
40
-
60
Pengisian Bahan
Proses Fermentasi
Pupuk Organik
BIOGAS DARI BERBAGAI JENIS LIMBAH
•
•
•
•
•
•
Limbah Peternakan
Limbah Pertanian
Limbah Peraiaran
Limbah Industri
Limbah Sampah Organik
Limbah Kotoran Manusia