BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 SEJARAH BIOGAS Biogas

6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
SEJARAH BIOGAS
Biogas merupakan suatu campuran gas-gas yang dihasilkan dari suatu proses
fermentasi bahan organik oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen (Prihandana &
Hendroko 2008). Biogas juga merupakan gas yang dilepaskan jika bahan-bahan
organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia, jerami, sekam, dan daun-daun
hasil sortiran sayur difermentasi atau mengalami proses metanisasi. Proses
metanisasi menghasilkan gas yang kaya akan methane dan slurry. Gas methane
dapat digunakan untuk berbagai sistem pembangkitan energi sedangkan slurry
dapat digunakan sebagai kompos (Hambali 2007). Pada awal perkembangan
biogas, Kebudayaan Mesir, Cina dan Roma kuno diketahui telah memanfaatkan
gas alam dengan cara dibakar untuk menghasilkan panas. Sejarah penemuan proses
anaerobik digestion untuk menghasilkan biogas tersebar di benua Eropa. Penemuan
ilmuwan Volta terhadap gas yang dikeluarkan di rawa-rawa terjadi pada tahun
1770, beberapa dekade kemudian Avogadro mengidentifikasikan tentang gas
metana. Setelah tahun 1875, dipastikan bahwa biogas merupakan produk dari
proses anaerobik digestion. Tahun 1884 Pasteour melakukan penelitian tentang
biogas menggunakan kotoran hewan.
Era penelitian Pasteour menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga
saat ini. Sejak tahun 1975, instalasi biogas mulai diperkenalkan di Cina. Cina
memiliki biogas dengan skala rumah tangga dan telah dimanfaatkan oleh sepertiga
rumah tangga di pedesaan. Tahun 1992, sekitar lima juta rumah tangga
menggunakan instalasi biogas sehingga biogas merupakan bahan bakar utama
penduduk Cina.Reaktor biogas yang banyak digunakan adalah model sumur
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
6
tembok dengan bahan baku kotoran ternak dan manusia serta limbah
pertanian.Tahun
1981
mulai
dikembangkan
instalasi
biogas
di
India.
Pengembangan instalasi biogas dilakukan oleh Departemen Sumber Energi nonKonvensional melalui program “The National Project on Biogas Development”
dengan melakukan riset terhadap pengembangan model instalasi biogas. Reaktor
biogas yang digunakan sama dengan reaktor biogas yang dikembangkan di Cina
yaitu menggunakan model sumur tembok dan dengan drum serta dengan bahan
baku kotoran ternak dan limbah pertanian. Tahun 1999, sekitar tiga juta rumah
tangga di India menggunakan instalasi biogas. Teknologi biogas mulai
diperkenalkan di Indonesia pada tahun 1970-an. Pada awalnya teknik pengolahan
limbah dengan instalasi biogas dikembangkan di wilayah pedesaan, tetapi saat ini
teknologi ini sudah mulai diterapkan di wilayah perkotaan. Pada tahun 1981,
pengembangan instalasi biogas di Indonesia dikembangkan melalui Proyek
Pengembangan Biogas dengan dukungan dana dari Food and Agriculture
Organization (FAO) dengan dibangun contoh instalasi biogas di beberapa provinsi.
Mulai tahun 2000-an telah dikembangkan reaktor biogas skala kecil (rumah
tangga) dengan konstruksi sederhana yang terbuat dari plastik secara siap pasang
dan dengan harga yang relatif murah.
2.2
BIOGAS
Biogas merupakan gas campuran metana (CH4), karbondioksida (CO2) dan gas
lainnya yang didapat dari hasil penguraian bahan organik (seperti kotoran hewan,
kotoran manusia, dan tumbuhan) oleh bakteri metanogen. Untuk menghasilkan
biogas, bahan organik yang dibutuhkan, ditampung dalam biodigester. Proses
penguraian bahan organik terjadi secara anaerob (tanpa oksigen). Biogas terbentuk
pada hari ke 4-5 sesudah biodigester terisi penuh dan mencapai puncak pada hari
ke 20-25. Biogas yang dihasilkan sebagian besar terdiri dari 50-70% metana (CH4),
30-40% karbondioksida (CO2) dan gas lainnya dalam jumlah kecil (Fitria, B.,
2009).
Biogas dihasilkan apabila bahan-bahan organik terurai menjadi senyawasenyawa pembentuknya dalam keadaan tanpa oksigen (anaerob). Permentasi
anaerobik ini biasa terjadi secara alami di tanah yang basah, seperti dasar danau
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
7
dan di dalam tanah pada kedalaman tertentu. Proses fermentasi adalah penguraian
bahan-bahan organik dengan bantuan mikroorganisme. Permentasi anaerob dapat
menghasilkan gas yang mengandung sedikitnya 50% metana. Gas inilah yang biasa
disebut dengan biogas. Biogas dapat dihasilkan dari Permentasi sampah organik
seperti sampah pasar, daun daunan, dan kotoran hewan yang berasal dari sapi, babi,
kambing, kuda, atau yang lainnya, bahkan kotoran manusia sekalipun. Gas yang
dihasilkan memiliki komposisi yang berbeda tergantung dari jenis hewan yang
menghasilkannya (Firdaus, U.I., 2009).
Biogas dapat dijadikan sebagai bahan bakar karena mengandung gas metana
(CH4) dalam prosentase yang cukup tinggi. Komponen biogas selengkapnya adalah
sebagai berikut:
Tabel 2.1 Komponen Penyusun Biogas
Jenis Gas
Jumlah (%)
Metana (CH4)
50-70
Nitrogen (N2)
0 - 0,3
Karbondioksida (CO2)
25 - 45
Hidrogen (H2)
1-5
Oksigen (O2)
0,1 – 0,5
Hidrogen Sulfida (H2S)
2.3
0-3
PROSES KONVERSI SAMPAH ORGANIK MENJADI BIOGAS
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
8
Gambar 2.1 Proses Tahap Konversi Sampah Organik Menjadi Biogas
Pada gambar tahap diatas ada 3 tahap yaitu:
2.3.1
Tahap Hidrolisis
Bahan Organik yang terdiri dari karbohidrat, lemak, protein yang terdapat pada
material organik terhidrolisis. Materi organik kompleks dipecah oleh enzim
extraseluler yang dihasilkan bakteri hidrolitik menjadi materi organik yang lebih
sederhana. Produk yang dihasilkan larut di dalam air yang selanjutnya digunakan oleh
bakteri pembentuk asam.
2.3.2
Tahap Asidifikasi
Molekul
monomer
glukosa
yang
merupakan
hasil
dari
tahap
hidrolisis
difermentasikan dalam keadaan anaerob menjadi beberapa benuk asam dengan
bantuan enzim yang diproduksi oleh bakteri pembentuk asam. Monomer glukosa yang
terdiri dari 6 atom diubah menjadi molekul-molekul yang mempunyai atom karbon
sedikit (bersifat asam) yaitu antara lain molekul asam asetat (CH3COOH) dan etanol
(CH3CH2OH). Selain itu bakteri tersebut juga mengubah senyawa berantai pendek
menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan
sedikit gas metana.Tahap ini termasuk reaksi eksotermis yang menghasilkan energi.
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP
2.3.3
(-118 kJ per mol)
Tahap Methanogenesis
Pada tahap methanogenik, asam-asam organik selanjutnya dirombak oleh bakteri
Methanogen menjadi gas metana, karbondioksida dan beberapa gas dalam jumlah
rendah. Proses pembentukan gas metana ini termasuk reaksi eksotermis.
CH3COO- + H+
CH4 + CO2
(-36 Kj per mol)
(www.wikipedia.org, 2009)
Beberapa referensi menyebutkan bahwa bakteri yang berperan dalam proses
degradasi bahan organik secara anaerob, yaitu:
Tabel 2.2 Jenis-jenis bakteri yang terdapat pada proses anaerobik
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
9
Bakteri Fermentasi
-Streptococoi
Bakteri Acetogenic
Desulfovibrio
-Bacterioides
Bakteri Methanogenic
Methanobacterium
-Methanococcus.
-Enterobacterriaceae.
Keberhasilan proses pembuatan biogas dipengaruhi oleh beberapa faktor. Lingkungan
sangat berpengaruh terhadap kehidupan dan aktivitas bakteri dalam poses fermentasi
anaerob. Kondisi lingkungan yang optimal, akan mendukung aktivitas bakteri dalam
melakukan proses fermentasi anaerob yang optimal, sehingga menghasilkan produksi
biogas yang optimal.
Sifat–sifat kimia dan fisika dari biogas antara lain :
1. Tidak seperti LPG yang bisa dicairkan dengan tekanan tinggi pada suhu
normal, biogas hanya dapat dicairkan pada suhu –178oC sehingga untuk
menyimpannya dalam sebuah tangki yang praktis mungkin sangat sulit.
Jalan terbaik adalah menyalurkan biogas yang dihasilkan untuk langsung
dipakai baik sebagai bahan bakar untuk memasak, penerangan dan lain–
lain.
2. Biogas dengan udara (oksigen) dapat membentuk campuran yang mudah
meledak apabila terkena nyala api karena flash point dari metana (CH4)
yaitu sebesar -188 ºC dan autoignition dari metana adalah sebesar 595 ºC.
(www.encyclopedia.com, 2009)
3. Biogas tidak menghasilkan karbon monoksida apabila dibakar sehingga
aman dipakai untuk keperluan rumah tangga.
4. Komponen metana dalam biogas bersifat narkotika pada manusia, apabila
dihirup
langsung
dapat
mengakibatkan
kesulitan
bernapas
dan
mengakibatkan kematian (Purnama, C., 2009).
2.4
TANKI PENCERNA (REAKTOR)
Digester merupakan tempat reaksi fermentasi anaerob limbah organik menjadi biogas
terjadi. Berdasarkan bentuk tangki digesternya, secara umum dikenal 3 (tiga) tipe
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
10
utama reaktor biogas yakni tipe balon (balloon type), tipe kubah tetap (fixed-dome
type) dan tipe kubah penutup mengambang (floatingdrum type), seperti gambar di
bawah ini:
Gambar 2.2 Reaktor Biogas Berdasarkan Bentuk Tangki Digester (a)
balloon plant, (b) fixed-dome plant, (c) floating-drum plant.
Berdasarkan proses pengolahan limbah organik dikenal beberapa tipe digester seperti
Batch Digester, Plug Flow Digester dengan proses daur ulang, Digester pengadukan
penuh (CFSTR), dan digester Anaerob dengan pengadukan berkala (CSTR), seperti
ditunjukkan gambar di bawah ini.
Proses pengolahan limbah organic dengan digester tipe batch dilakukan sekali
proses yakni pemasukan limbah organik, digestion dan penghasilan biogas dan slury
(lumpur) kompos yang kaya nutrisi bagi tanah. Digester tipe plug flow dapat
melakukan proses digestion (pencernaan limbah organik) beberapakali. Sementara
digester tipe CFSTR dan CSTR menggunakan pengadukan untuk mempercepat waktu
cerna (HRT) dalam tangki digester anaerob.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
11
Gambar 2.3 Reaktor Biogas Berdasarkan Proses Pengolahan (a) Batch Digester, (b)
Plug Flow Digester, (c) Digester CFSTR, (d) Digester CSTR
Dalam beberapa kondisi, pada digester anaerob dilengkapi dengan mesin pengaduk
lumpur (Slurry Mixture Machine) sehingga konsentrasi material merata disetiap
bagian digester. Dengan pengadukan potensi material mengendap di dasar digester
semakin kecil, konsentrasi merata dan memberikan kemungkinan seluruh material
mengalami proses fermentasi anaerob secara merata
2.5
SAMPAH ORGANIK
Sampah Organik adalah merupakan barang yang dianggap sudah tidak terpakai dan
dibuang oleh pemilik/pemakai sebelumnya, tetapi masih bisa dipakai kalau dikelola
dengan prosedur yang benar.Sampah organik adalah sampah yang bisa mengalami
pelapukan (dekomposisi) dan terurai menjadi bahan yang lebih kecil dan tidak berbau
(sering disebut dengan kompos). Kompos merupakan hasil pelapukan bahan-bahan
organik seperti daun-daunan, jerami, alang-alang, sampah, rumput, dan bahan lain
yang sejenis yang proses pelapukannya dipercepat oleh bantuan manusia. Sampah
pasar khusus seperti pasar sayur mayur, pasar buah, atau pasar ikan, jenisnya relatif
seragam, sebagian besar (95%) berupa sampah organik sehingga lebih mudah
ditangani. Sampah yang berasal dari pemukiman umumnya sangat beragam, tetapi
secara umum minimal 75% terdiri dari sampah organik dan sisanya anorganik.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
12
2.5.1 Jenis-jenis Sampah Organik
Sampah organik berasal dari makhluk hidup, baik manusia, hewan, maupun
tumbuhan. Sampah organik sendiri dibagi menjadi :
a. Sampah organik basah.
Istilah sampah organik basah dimaksudkan sampah mempunyai kandungan air
yang cukup tinggi. Contohnya kulit buah dan sisa sayuran.
b. Sampah organik kering.
Sementara bahan yang termasuk sampah organik kering adalah bahan organik lain
yang kandungan airnya kecil. Contoh sampah organik kering di antaranya kertas,
kayu atau ranting pohon, dan dedaunan kering.
2.4.2. Dampak Sampah Organik
Dampak terhadap Kesehatan:
Potensi bahaya kesehatan yang dapat ditimbulkan adalah sebagai berikut :
a. Penyakit diare, kolera, tifus menyebar dengan cepat karena virus yang berasal
dari sampah dengan
pengelolaan tidak tepat dapat bercampur air minum.
Penyakit demam berdarah (haemorhagic fever) dapat juga meningkat dengan
cepat di daerah yang pengelolaan sampahnya kurang memadai.
b. Penyakit jamur dapat juga menyebar (misalnya jamur kulit).
c. Penyakit yang dapat menyebar melalui rantai makanan. Salah satu contohnya
adalah suatu penyakit yang dijangkitkan oleh cacing pita (taenia). Cacing ini
sebelumnya masuk ke dalam pencernakan binatang ternak melalui makanannya
yang berupa sisa makanan/sampah.
Dampak terhadap Lingkungan:
Cairan rembesan sampah yang masuk ke dalam drainase atau sungai akan
mencemari air. Berbagai organisme termasuk ikan dapat mati sehingga beberapa
spesies akan lenyap, hal ini mengakibatkan berubahnya ekosistem perairan biologis.
Penguraian sampah yang dibuang ke dalam air akan menghasilkan asam organik dan
gas-cair organik, seperti metana. Selain berbau kurang sedap, gas ini dalam
konsentrasi tinggi dapat meledak.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z