Biogas - IPB Repository

8 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Bioenergi
Bioenergi adalah bahan bakar alternatif terbarukan yang prospektif untuk
dikembangkan, tidak hanya karena harga minyak dunia yang tidak stabil seperti
sekarang ini, tetapi juga karena terbatasnya produksi minyak bumi Indonesia.
Terlebih lagi dengan kondisi perenergian Indonesia kini, pengembangan bioenergi
semakin memaksa untuk segera dilaksanakan. Ketersediaan energi fosil yang
diramalkan tidak akan berlangsung lama lagi memerlukan pemecahan yang tepat
yaitu dengan mencari sumber energi alternatif. Sekarang ini tersedia beberapa
jenis energi pengganti minyak bumi yang ditawarkan antara lain tenaga baterai
(fuel cells), panas bumi (geo-thermal), tenaga laut (ocean power), tenaga matahari
(solar power), tenaga angin (wind power), batu bara, nuklir, gas, fusi dan biofuel.
Diantara jenis-jenis energi alternatif tersebut, bioenergi dirasa cocok untuk
mengatasi masalah energi karena beberapa kelebihannya. (Hambali et al. 2007)
Kelebihan dari bioenergi adalah selain bisa diperbaharui, energi ini juga
bersifat ramah lingkungan, dapat terurai, mampu mengeliminasi efek rumah kaca,
kontinuitas bahan bakunya terjamin dan bioenergi dapat diperoleh dengan cara
yang cukup sederhana. Bioenergi merupakan energi yang dapat diperbaharui
yang diturunkan dari biomassa yaitu material yang dihasilkan dari mahluk hidup
(tanaman, hewan, dan mikroorganisme).
Bioenergi yang dikenal sekarang
mempunyai dua bentuk, yaitu bentuk tradisional yang sering kita temui yaitu kayu
bakar dan bentuk yang modern diantaranya yaitu bioetanol, biodiesel, PPO atau
SVO, Bio Briket, Bio Oil dan biogas. (Hambali et al. 2007)
Bioetanol merupakan etanol yang di buat dari biomassa yang mengandung
komponen pati atau selulosa seperti singkong, nipah, ubi jalar, sagu, jagung, tetes
tebu. Penggunaan bioetanol sebagai pensubstitusi sekarang ini pada umumnya
masih dalambentuk campuran dengan bensin sehingga masih ada ketergantungan
dengan bahan bakar fosil. (Hambali et al. 2007)
Biodiesel adalah bioenergi yang berbahanbakar nabati yang di buat dari
minyak nabati yang baru maupun dari minyak nabati bekas penggorengan melalui
9 proses trasesterifikasi, esterifikasi maupun proses esterifikasi-transesterifikasi.
Bahan baku biodiesel diantaranya adalah jagung, biji kapas, jerami, kacang
kedelai, wijen, biji matahari, kacang tanah, biji opium, rapeseed. Olive, ricinus,
jojoba, jatropha, kacang brazil, kelapa, sawit (Aun, 2006). Pembuatan biodiesel
dari minyak nabati ini sekarang mewakili biofuel, karena lebih mudah dan
sederhana
dibandingkan
jika
membuat
biofuel
dari
sampah
organik.
Kesederhanaan dan kemudahan proses ini dapat ditinjau dari rangkaian alat yang
digunakan, waktu pengerjaannya, dan juga hasil rendemen bahan bakar yang
dihasilkan, serta biaya operasionalnya. Selain memiliki keunggulan, biodiesel
juga
masih
memiliki
kelemahan-kelemahan
yang
menghambat
taraf
penerapannya. Antara lain terjadinya pembekuan biodiesel pada suhu rendah
(terutama di sekitar 10oC atau di bawahnya), nilai energi yang dihasilkan lebih
rendah, dan dapat rusak jika disimpan dalam jangka waktu lama. Apalagi
penggunaan minyak nabati langsung jelas akan menimbulkan masalah permesinan
seperti kekentalan yang tidak sesuai, dan reaksi lain selama pembakaran.
(Hambali et al. 2007)
Pure Plant Oil (PPO) didefinisikan sebagai minyak yang di dapat secara
langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak, minyak yang
telah dimurnikan ataupun minyak kasar tanpa melibatkan modifikasi secara kimia.
Bahan baku PPO diantaranya CPO (crude palm oil atau minyak sawit mentah),
jarak pagar, singkong, sagu, tebu, sampai buah ’nyamplung’ (kosambi). Pada
aplikasinya PPO tidak dapat digunakan secara langsung di dalam mesin diesel.
Penggunaan secara langsung PPO ke dalam mesin diesel umumnya memerlukan
modifikasi/tambahan peralatan khusus pada mesin. Hal ini dikarenakan tingginya
viskositas yang dimiliki oleh PPO. (Hambali et al. 2007)
Bio briket didefinisikan sebagai bahan bakar yang berwujud padat dan
berasal dari sisa-sisa bahan organik yang telah mengalami proses pemampatan
dengan daya tekan tertentu. Bahan baku Bio briket adalah tempurung kelapa,
tempurung kelapa sawit, arang sekam dan bungkil jarak pagar.
Bio briket
merupakan bahan bakar yang potensial dan dapat dihandalkan untuk rumah
tangga yang dapat menggantikan penggunaan kayu bakar yang sangat meningkat
konsumsinya dan berpotensi merusak ekologi hutan. Tetapi di sisi lain Emisi CO
10 dari bio briket terjadi terutama pada tahap pembakaran volatil (tahap
devolatilisasi). Emisi CO dari bio briket lebih besar dari 50 ppm, melebihi
ambang batas yang diijinkan yang akan menyebabkan pencemaran udara.
(Hambali et al. 2007)
Bio oil adalah bahan bakar cair dari biomassa seperti kayu, kulit kayu,
kertas atau biomassa lainnya,yang diproduksi melalui pyrolisis (pirolisa) atau fast
pyrolisis (pirolisa cepat), berwarna gelap dan memiliki aroma seperti asap.
Senyawa ini bersifat water soluble dan merupakan oxygenated molucle. Bahan
baku Biooil adalah bagas tebu, limbah pertanian jagung, limbah industri pulp dan
kertas, serbuk kayu gergaji dan tandan kosong kelapa sawit. Bio oil dimanfaatkan
sebagai pengganti bahan bakar hidrokarbon pada industry seperti sebagai mesin
pembakaran, boiler, kelebihan yang lain bahwa bio oil sebagai bahan bakar yang
ramah lingkungan, dari kelebihan yang dimiliki bio oil juga memiliki kelemahan,
kelemahan utama dari minyak ini sebagai pengganti bahan bakar fosil adalah sifat
fisik yang masih rendah dan lebih sulit untuk dinyalakan (dibakar) dibandingkan
dengan bahan bakar minyak konvensional. (Hambali et al. 2007)
Bioenergi yang terakhir adalah biogas. Biogas didefinisikan sebagai gas
yang dilepaskan jika bahan-bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran
manusia, sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daun-daun hasil sortiran
sayur difermentasi atau mengalami proses methanisasi.
Bahan baku biogas
diantaranya adalah kotoran hewan dan manusia, sampah organik padat, dan
limbah organik cair. Biogas digunakan sebagai gas alternatif untuk memanaskan
dan menghasilkan energi listrik. Sebagai energi alternatif, biogas bersifat ramah
lingkungan dan dapat mengurangi gas efek rumah kaca. Pemanfaatan biogas
sebagai energi alternatif akan mengurangi penggunaan kayu bakar sebagai bahan
bakar sehingga akan mengurangi usaha penebangan pohon di hutan. Dengan
demikian akan menjaga ekosistem hutan dan peran hutan sebagai penyerap
CO2,gas yang menjadi penyebab efek rumah kaca. (Hambali et al. 2007)
Biogas sebagai energi alternatif memiliki kelebihan dibandingkan minyak
tanah maupun kayu bakar. Biogas dapat menghasilkan api biru yang bersih, tidak
menghasilkan asap sehingga dapat menjaga kebersihan rumah. (Hambali et al.
2007)
11 2.2.
Limbah Pabrik Kelapa Sawit
Industri pengolahan kelapa sawit menghasilkan limbah padat dan limbah
cair. Limbah padat terutama dalam bentuk tandan kosong kelapa sawit, cangkang,
serat yang sebagian besar telah dimanfaatkan sebagai sumber energi yang di bakar
langsung dan ampas dari dari tandan kosong kelapa sawit yang belum
dimanfaatkan (Loebis, 1992) dalam Mahajoeno (2008).
Limbah cair pabrik
kelapa sawit merupakan limbah terbesar yang dihasilkan dari proses ekstraksi
minyak kelapa sawit.
Hasan et al. (2004) menyatakan bahwa limbah dengan nilai rerata BOD 25
g/l dan COD 50 g/l mencemari lingkungan, Quah dan Gillies (1984) menyatakan
bahwa produk akhir perombakan anaerob limbah cair pabrik kelapa sawit
terutama gas metan dan CO2 dalam perbandingan 65:35 dikenal dengan Gas
Rumah Kaca, dan perkiraan emisi gas metan sebesar 28 m3 setiap ton limbah
cairnya.
Pabrik minyak kelapa sawit (PMKS) rerata mengolah setiap ton tandan buah
segar kelapa sawit menghasilkan 200 – 250 kg minyak mentah, 230 – 250 kg
tandan kosong kelapa sawit (TKKS), 130 – 150 kg serat/fiber, 60 – 65 kg
cangkang dan 55 – 60 kg kernel dan air limbah 0,7 m3. Industri minyak kelapa
sawit banyak menggunakan proses basah, selain lebih mudah proses ekstraksi
minyak juga diperoleh produk samping limbah cair. Air limbah yang dihasilkan
sterilisasian dan ruang separasi minyak secara keseluruhan berupa campuran
buangan cair yang mengandung bahan organik tinggi sebagai pencemar potensial
bagi lingkungan. Pengelolaan limbah cair umumnya diterapkan secara biologis,
dialirkan ke kolam-kolam sebelum akhirnya memasuki badan perairan umum
(Kittikun et al. 2000, Yuliasari et al. 2001).
2.3.
Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Limbah utama dari industri pengolahan kelapa sawit adalah limbah
padat
dan limbah cair. Limbah padat terdiri dari janjangan, serat-serat dan
cangkang. Limbah padat yang berupa janjangan dibakar dan abu hasil pembakaran
janjangan dapat dimanfaatkan sebagai pupuk tanaman. Serat-serat dan sebagian
kulit juga dibakar dan panas yang dihasilkan dari pembakaran tersebut dapat
12 digunakan sebagai sumber energi untuk menghasilkan uap yang banyak
diperlukan selama berlangsung. Sisa cangkang dapat digunakan sebagai bahan
baku industri yang aktif maupun industri hard board. Limbah
cair
industri
pengolahan kelapa sawit yang akan ditinjau lebih lanjut mempunyai potensi untuk
mencemarkan lingkungan karena mengandung parameter bermakna yang cukup
tinggi. Eckenfelder (1980) menyatakan bahwa golongan parameter yang dapat
digunakan sebagai tolok ukur penilaian kualitas air adalah sebagai berikut :
1. BOD (Biochemical Oxygen Demand) yang merupakan kadar senyawa organik
yang dapat dibiodegradasi dalam limbah cair.
2. COD (Chemical Oxygen Demand) yang merupakan ukuran untuk senyawa
organik yang dapat dibiodegradasi atau tidak.
3. TOC (Total Organic Carbon) dan TOD (Total Oxygen Demand) yang
merupakan ukuran untuk kandungan senyawa organik keseluruhan.
4. Padatan tersuspensi dan teruapkan (suspended dan volatile solids).
5. Kandungan padatan keseluruhan.
6. pH alkalinitas dan keasaman.
7. Kandungan nitrogen dan postor.
8. Kandungan logam berat.
Dari hasil penelitian komposisi limbah menunjukkan bahwa 76 persen BOD
berasal dari padatan tersuspensi dan hanya 22.4 persen dari padatan terlarut. Maka
banyak tidaknya padatan yang terdapat terdapat dalam limbah terutama padatan
tersuspensi mempengaruhi tinggi rendahnya BOD. Karakteristik dari limbah
cair industri pengolahan kelapa sawit dipaparkan pada Table 1.
13 Tabel 1 Karakteristik Limbah Cair Industri Pengolahan Kelapa Sawit
Parameter
Satuan
Rentang
4,0 – 4,6
pH
o
60 – 80
Suhu,
C
30.000 – 60.000
Total Solid
mg/l
15.000 – 40.000
Volatile Solid
mg/l
15.000 – 30.000
Suspended Solid
mg/l
4.000 – 11.000
Minyak
20.000 – 40.000
BOD
mg/l
40.000 – 70.000
COD
mg/l
500 – 900
Nitrogen
mg/l
90 – 140
Fosfat
mg/l
1.000 – 2.000
Kalsium
mg/l
250 – 300
Magnesium
mg/l
260 – 400
Kalium
mg/l
80 - 200
Besi
mg/l
(Sumber : RISPA, 1990 dalam Manurung, 2004)
2.4.
Rata - rata
4,3
70
50.000
30.000
20.000
8.000
25.000
55.000
700
120
1.500
270
325
110
Pengolahan Limbah Cair dengan Proses Anaerobik
Manurung (2004) menyatakan bahwa proses pengolahan anaerobik adalah
proses pengolahan senyawa – senyawa organik yang terkandung dalam limbah
menjadi gas metana dan karbon dioksida tanpa memerlukan oksigen.
Penguraian senyawa organik seperti karbohidrat, lemak dan protein yang
terdapat dalam limbah cair dengan proses anaerobik akan menghasilkan biogas
yang mengandung metana (50-70%), CO2 (25-45%) dan sejumlah kecil nitrogen,
hidrogen dan hidrogen sulfida.
Reaksi sederhana penguraian senyawa organik secara aerob :
anaerob
CH4 + CO2 + H2 + N2 + H2O
Bahan organik
mikroorganisme
Sebenarnya penguraian bahan organik dengan proses anaerobik mempunyai
reaksi yang begitu kompleks dan mungkin
terdiri dari ratusan reaksi yang
masing- masing mempunyai mikroorganisme dan enzim aktif yang berbeda.
Penguraian dengan proses anaerobik secara umum dapat disederhanakan
menjadi 2 tahap:
9 Tahap pembentukan asam
9 Tahap pembentukan gas metana
14 Langkah pertama dari tahap pembentukan asam adalah hidrolisa senyawa
organik baik yang terlarut maupun yang tersuspensi dari berat molekul besar
(polimer) menjadi senyawa organik sederhana (monomer) yang dilakukan oleh
enzim-enzim ekstraseluler.
Beberapa senyawa organik dan enzim pengurainya dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Senyawa Organik dan Enzim Pengurai
Enzym
Esterase :
Lipase
Phospatase :
Lecithinase
Pektin esterase
Cerohydrase
Farctosidase
Maltase
Cellobiose
Lactase
Amilase
Cellulase
Cytase
Poligalakturonase
Nitrogen-Carrying
Compound
Proteanase
Polipoptidase
Deaminase :
Urease
Asparaginase
Substrat
Produk
Gliserida (fat)
Gliserol (asam lemak)
Lecitin
Pektin metal
Ester
Cholin + H3PO4 + fat
methanol
+
asam
poligalakturonat
Sukrosa
Maltosa
Cellobioso
Laktosa
Strarch
Sellulosa
Asam Poligalakturonast
Frukosa + Glukosa
Glukosa
Glukosa
Galaktosa + Glukosa
Maltosa/Glukosa
+
maltooligo – saccarida
Sellobiosa
Gula sederhana
Asam Galakturonat
Protein
Protein
Polipeptida
Asam amino
Urea
Asparagin
CO2 + NH3
Asam aspartat + NH3
(Sumber : Bailey, 1987)
Pembentukan asam dari senyawa-senyawa organik sederhana (monomer)
dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasil asam yang terdiri dari sub divisi
acids/farming bacteria dan acetogenic bacteria. Asam propionat dan butirat
diuraikan oleh bakteri acetogenic menjadi asam asetat.
Pembentukan metana dilakukan oleh bakteri penghasil metana yang terdiri
dari sub divisi acetocalstic methane bacteria yang menguraikan asam asetat
menjadi metana dan karbon dioksida. Karbondioksida dan hidrogen yang
15 terbentuk dari reaksi penguraian di atas, disintesa oleh bakteri pembentuk metana
menjadi metana dan air.
Proses pembentukan asam dan gas metana dari suatu senyawa organik
sederhana melibatkan banyak reaksi percabangan. Mosey (1983) yang
menggunakan glukosa sebagai sampel untuk menjelaskan bagaimana peranan
keempat kelompok bekteri tersebut menguraikan senyawa ini menjadi gas metana
dan karbon trioksida sebagai berikut :
1. Acid forming bacteria menguraikan senyawa glukosa menjadi :
a. C6H12O6 + 2H2O
b. C6H12O6
c. C6H12O6 + 2H2
2CH3COOH + 2CO2 + 4H2
(as. asetat)
CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2
(as. butirat)
2CH3CH2COOH + 2H2O
(as. propionat)
2. Acetogenic bacteria menguraikan asam propionat dan asam butirat
menjadi :
d. CH3CH2COOH
e. CH3CH2CH2COOH
CH3COOH + CO2 + 3H2
(as. asetat)
2CH3COOH + 2H2
(as. asetat)
3. Acetoclastic methane menguraikan asam asetat menjadi :
f. CH3COOH
CH4
+ CO2
(metana)
4. Methane bacteria mensintesa hidrogen dan karbondioksida menjadi :
g. 2H2 + CO2
CH4 +
(metana)
2H2O
2.5. Faktor-faktor yang mempengaruhi Proses Anaerobik
Manurung (2004) menyatakan bahwa lingkungan besar pengaruhnya pada
laju pertumbuhan mikroorganisme baik pada proses aerobik maupun anaerobik.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik antara lain: temperatur, pH,
konsentrasi substrat dan zat beracun.
16 1. Temperatur
Gas dapat dihasilkan jika suhu antara 4oC - 60°C dan suhu dijaga konstan.
Bakteri akan menghasilkan enzim yang lebih banyak pada temperatur optimum.
Semakin tinggi temperatur akanmempercepat reaksi perombakan terhadap bahan
organik, tetapi jumlah bakteri akan semakin berkurang.
Beberapa jenis bakteri dapat bertahan pada rentang temperatur tertentu dapat
dillihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Pengaruh Temperatur terhadap Daya Tahan Hidup Bakteri
Jenis Bakteri
Rentang Temperatur
o
C
a. Phsycrophilic
b. Mesophilic
c. Thermophilic
2 – 30
20 – 45
45 - 75
Temperatur
Optimum
o
C
12 – 18
25 – 40
55 - 65
Proses pembentukan metana bekerja pada rentang temperatur 30-40°C, tapi
dapat juga terjadi pada temperatur rendah 4°C. Laju produksi gas akan naik 100400% untuk setiap kenaikan temperatur 12°C pada rentang temperatur 4oC - 65°C.
Mikroorganisme yang berjenis thermophilic lebih sensitif terhadap
perubahan temperatur dari pada jenis mesophilic. Pada temperatur 38°C, jenis
mesophilic dapat bertahan pada perubahan temperatur ± 2,8°C. Untuk jenis
thermophilic pada suhu 49°C, perubahan suhu yang dizinkan ± 0,8°C dan pada
temperatur 52°C perubahan temperatur yang dizinkan ± O,3°C.
2. pH (keasaman)
Bakteri penghasil metana sangat sensitif terhadap perubahan pH. Rentang
pH optimum untuk jenis bakteri penghasil metana antara 6,4 - 7,4. Bakteri yang
tidak menghasilkan metana tidak begitu sensitif terhadap perubahan pH, dan
dapat bekerja pada pH antara 5 hingga 8,5. Karena proses anaerobik terdiri dari
dua tahap yaitu tahap pambentukan asam dan tahap pembentukan metana, maka
pengaturan
pH awal proses sangat penting. Tahap pembentukan asam akan
menurunkan pH awal. Jika penurunan ini cukup besar akan dapat menghambat
aktivitas mikroorganisme penghasil metana. Untuk meningkatkan pH dapat
dilakukan dengan penambahan kapur.
17 3. Konsentrasi Substrat
Sel mikroorganisme mengandung Carbon, Nitrogen, Posfor dan Sulfur
dengan perbandingan 100 : 10 : 1 : 1. Untuk pertumbuhan mikroorganisme, unsurunsur di atas harus ada pada sumber makanannya (substart). Konsentrasi substrat
dapat mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Kondisi yang optimum
dicapai jika jumlah mikroorganisme sebanding dengan konsentrasi substrat.
Kandungan air dalam substart dan homogenitas sistem juga mempengaruhi proses
kerja mikroorganisme. Karena kandungan air yang tinggi akan memudahkan
proses penguraian, sedangkan homogenitas sistem
membuat kontak antar
mikroorganisme dengan substrat menjadi lebih intim.
4. Zat Beracun
Zat organik maupun anorganik, baik yang terlarut maupun tersuspensi
dapat menjadi penghambat ataupun racun bagi pertumbuhan mikroorganisme jika
terdapat pada konsentrasi yang tinggi, untuk lebih jelasnya dapat di lihat pada
Tabel 4.
Untuk logam pada umumnya sifat racun akan semakin bertambah
dengan tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih
sensitif terhadap racun dari pada bakteri penghasil asam.
Tabel 4 Beberapa Senyawa Organik Terlarut yang dapat Menghambat
Pertumbuhan Mikroorganisme
Senyawa
Konsentrat (mg/l)
1. Formaldehid
50 – 200
2. Chloroform
0,5
3. Ethyl benzene
200 – 1.000
4. Etylene
5
5. Kerosene
500
6. Detergen
1% dari berat kering
(Sumber: Parkin and Owen, 1986)
Tabel 5 ini akan menunjukkan batas konsentrasi beberapa logam sebagai
penghambat dan sebagai racun bagi pertumbuhan mikroorganisme.
18 Tabel 5 Beberapa Zat Anorganik yang dapat Menghambat Pertumbuhan
Mikroorganisme
Konsentrasi
Komponen
Sedang (mg/l)
Kuat (mg/l)
3.500 – 5.500
8.00
1. Na+
2.500 – 4.500
12.000
2. K+
2.500 – 4.500
8.000
3. Ca+2
1.000 – 1.500
3.000
4. Mg+2
1.000 – 3.000
3.000
5. NH+
200
6. S25 (larut)
7. Cu
50 – 70 (total)
3,0 (larut)
8. Cr (VI)
180 – 420 (total)
9. Cr (III)
2 (larut)
10. Ni
30 (total)
1 (larut)
11. Zn
(Sumber: Parkin and Owen, 1986)
2.6.
Proses Fermentasi dengan Perbedaan Substrat
Proses anaerobik digester yang secara bersama-sama dari perbedaan
substrat dengan substrat yang besar, yang keberadaannya memiliki porsi yang
lebih tinggi atau digester yang inovatif atau biasanya dengan istilah Co-digester.
Proses fermentasi dengan perbedaan substrat ini dapat diaplikasikan pada
pertanian, untuk menguraikan perbedaan substrat menjadi pupuk dan sisa hasil
panen untuk menghasilkan biogas.
Juga memperlihatkan potensi yang besar
untuk menguraikan beberapa limbah organik padat dan limbah cair. Disisi lain,
digester limbah cair pada sistem pengolahan limbah cair memiliki frekuensi 15 –
30 % lebih longgar. Pencampuran dari lumpur aktif dengan limbah organik tidak
hanya dapat menggunakan semua ruang yang tersedia, tetapi juga menghasilkan
alternatif pendekatan untuk mengolah limbah organik. Beberapa penelitian yang
dapat menunjukkan proses pencampuran substrat ini dapat di lihat pada Table 6.
19 Tabel 6. Ringkasan dari beberapa Penelitian sebelumnya
Jenis Umpan
100% lumpur alga
50% lumpur
alga+50% limbah
kertas
(berdasarkan volatile
solid)
100% limbah lumpur
(campuran lumpur
utama dan lumpur
aktif)
75% limbah lumpur +
25% limbah padat
100% lumbah lumpur
(campuran lumpur
utama dan lumpur
aktif)
66,6% limbah
lumpur+ 33,33%
jerami
50% sampah
makanan+50%lumpu
r aktif
Limbah padat kota
+limbah rumah
tangga.
75% lumpur aktif+
25% limbah sayur
dan buah
Temperatur
Organic Loading
Rate
(ORL)(gVS/lhari)
Hydraulic
Retention
Time(hari)
35oC
4
10
Hasil
Biogas
(l/g/VS
S)
0,143
0,293
0,392
35
0,580
1,512
38
0,427
36oC
55oC
1,44
1,80
20
15
0,253
0,226
o
36 C
55oC
2,14
2,73
20
15
0,311
0,250
35oC
2,43
13
0,229
26 – 36oC
2,9
25
0,36
30oC
5,7
13
0,37
o
56 C
Referensi
Yen et al.
2007
Sosnowsk
i et al.
2003
Komatsu
et al. 2007
Heo et al.
2004
Elango et
al.
2007
Dinsdale
et al.
2000
Meningkatkan produksi biogas dengan penambahan limbah organik ke
limbah cair/limbah lumpur aktif menghasilkan keseimbangan rasio C/N dan
mikronutrien. Ketidakseimbangan rasio C/N pada limbah cair/lumpur aktif dapat
menghalangi efisiensi proses anaerobic digester yang akan membentuk ammonia
nitrogen (TAN) volatile fatty acid (VFA), jika diakumulasi terlalu banyak dalam
digester, akan menghambat aktivitas methanogen. Pada umumnya rasio C/N dari
limbah cair antara 6/1 dan 16/1 sementara limbah organik mengandung organik
karbon yang lebih tinggi, dengan rasio C/N sekitar 30/1 atau lebih tinggi. Rasio
optimal C/N untuk anaerobic digester seharusnya antara 20 – 30; oleh karena itu,
kombinasi kedua limbah ini, akan menghasilkan keseimbangan C/N yang lebih
baik, sebagai bahan makan dan akhirnya dapat mendorong peningkatan produksi
biogas (Yen et al.2007, Stroot et al. 2001, Komatsu et al.2007).
20 Menurut Saeni (1989) dalam Priyono (2002), proses perombakan bahan organik
oleh bakteri dalam proses pembentukan biogas dapat digambarkan dengan reaksi
seperti di bawah ini :
a. Perombakan pada suasana aerob :
bakteri pengguna selulosa
(C6H12O6)n
n(C6H12O6)
selulosa
glukosa
n(C6H12O6) + 6 n(O2)
6 n(CO2) + 6 (H2O) + n kalori
glukosa
Karbondioksida air
oksigen
b. Perombakan pada suasana anaerob
(C6H12O6)n
n(C6H12O6)
selulosa
glukosa
n(C6H12O6)
2 n(CH3CH2OH + 2 n(CO2) + N kalori
glukosa
etanol
bakteri metana
2 n(CH3CH2OH + 2 n(CO2)
2 n(CH3COOH) + n(CH4)
asam asetat
2 n(CH3COOH)
bakteri metana
asam asetat
metana
2 n(CH4) + 2 n(CO2)
metana
2.7. Pengolahan Lumpur
Lumpur adalah campuran zat padat (solid) dengan cairan (air) dengan
kadar solid yang rendah (antara 0,25% sampai 6%). Pada kadar solid yang rendah
ini maka sifat fisik lumpur sama dengan sifat cairannya, yaitu mudah mengalir
dan berat jenis mendekati satu (Tjokrokusumo, 1998). Zat padat yang terdapat
dalam lumpur sebagian mudah terurai secara biologis (biodegradable) yang
disebut volatile solid, sebagian bersifat tetap (fixed solid).
Pengolahan lumpur antara lain adalah dengan anaerobic sludge digestion
yang dilanjutkan dengan sludge drying bed. Dalam proses ini, bagian padatan
yang mudah menguap (volatile) diuraikan dalam keadaan anaerobik menjadi gas
bio (Tjokrokusumo, 1998).
Semakin tinggi suhu semakin singkat waktu digestion yang diperlukan dan
sebaliknya. Ada dua macam proses pengeraman (digestion) berdasarkan suhu
21 operasional yaitu pertama thermophile antara 49oC dan kedua adalah messophile
antara 20oC sampai 37oC (Tjokrokusumo, 1998).
Sifat lumpur hasil olahan disamping lebih stabil volumenya juga lebih
sedikit dan kadar air dalam lumpur sekitar 90%. Jumlah volatile solid terurai
menjadi gas bio maksimum 70% (Tjokrokusumo, 1998).
2.8. Pengertian Biogas
Menurut Hambali et al (2007), Biogas didefinisikan sebagai gas yang
dilepaskan jika bahan-bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia,
sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daun-daun hasil sortiran sayur
difermentasi atau mengalami proses methanisasi. Biogas terdiri dari campuran
metana (50-75%), CO2 (25-45%) dan sejumlah kecil H2, N2 dan H2S.
Biogas diproduksi di bawah kondisi dekomposisi anaerob melalui tiga tahap
yakni hidrolisis, pembentukan asam dan pembentukan metana (Veziroglu. 1991).
Waktu tinggal untuk perombakan mesofil berkisar 30-60 hari, sedang
dekomposisi anaerob dapat terjadi pada tiga kisaran suhu psikhrofil (<30oC),
mesofil (30oC-40oC) dan termofil (50oC-60oC) (Warner et al.1989).
Pada aplikasinya, biogas digunakan sebagai gas alternative untuk
memanaskan dan menghasilkan energi listrik.
Kemampuan biogas sebagai
sumber energy sangat tergantung dari jumlah gas metana. Setiap satu m3 metana
setara dengan 10 kWh. Nilai ini setara dengan 0,61 fuel oil, sebagai pembangkit
tanaga listrik, energi yang dihasilkan oleh biogas setara dengan 60-100 watt
lampu selama penerangan 6 jam (Hambali et al. 2007).
Biogas memiliki nilai panas 21,48 MJ/m3 (diasumsikan terdiri dari 60%
CH4 ditambah 38% CO2 dan 2% kandungan gas yang lain), yang lebih rendah dari
gas alam (36,14 MJ/m3). Bagaimanapun kandungan gas dari biogas cukup bersih
hampir sama dengan karakteristik gas alam (Wikipedia 2008, Kolumbus 2008,
IEA 2008). Biogas dipertimbangkan sebagai pengganti gas alam untuk panas dan
power generation. Dilihat dari sudut lingkungan, aplikasi biogas sebagai sumber
energy tidak hanya dapat mengurangi krisis energy yang disebabkan oleh
habisnya bahan bakar fosil, tetapi juga sebagai penyumbang gas rumah kaca
22 dengan memproduksi karbondioksida. Dari segi sosial, pemanfaatan biogas juga
dapat membawa manfaat ekonomi (GTZ 2008, Hamelinck et al,2006)
2.8.1. Prinsip Pembuatan Biogas
Menurut Ginting (2007), prinsip pembuatan biogas adalah adanya bahan
organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan suatu
gas yang sebagian besar berupa metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan
karbondiokasida.
Gas yang terbentuk disebut gas rawa atau biogas. Produksi dekomposisi
anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutama bakteri metan. Suhu
yang baik untuk proses fermentasi adalah 30oC-55oC.
Pada suhu tersebut
mikroorganisme dapat bekerja secara optimal merombak bahan-bahan organik.
(Ginting, 2007)
2.8.2. Faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas
Menurut Ginting (2007), factor-faktor yang mempengaruhi produksi
biogas diantaranya adalah :
1. Kondisi Anaerob
2. Bahan baku (substrat)
Bahan baku isian antara lain feses, urin, sisa makanan. Bahan isian harus
mengandung bahan kering sekitar 7-9%. Keadaan ini dapat di capai dengan
melakukan pengenceran menggunakan air yang perbandingannya 1:1-2.
3. Imbangan C/N
Imbangan carbon dan Nitrogen dalam bahan baku sangat menentukan
kehidupan mikroorganisme. Imbangan C/N yang optimum adalah 25-30.
Feses dan urin sapi perah mempunyai kandungan C/N 18, karena itu perlu
ditambah dengan limbah pertanian yang mempunyai imbangan C/N yang
tinggi (lebih dari 30).
4. Derajat keasaman (pH)
PH sangat mempengaruhi kehidupan mikroorganisme, pH optimum adalah
6,8-7,8. Pada tahap awal fermentasi akan terbentuk asam sehingga pH turun.
5. Temperatur
23 Produksi biogas akan menurun secara cepat akibat perubahan temperatur yang
mendadak di dalam reaktor. Upaya praktis untuk menstabilkan temperatur
adalah dengan menempatkan reaktor di dalam tanah
6. Starter diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organik
menjadi biogas bisa digunakan lumpur aktif organik atau cairan isi rumen.
2.8.3. Keuntungan Produksi Biogas
Menurut Wellinger (1999), keuntungan Produksi Biogas dari pengolahan
anaerob antara lain :
1. Dapat mengubah limbah organik menjadi pupuk yang bernilai tambah (listrik,
panas dan pupuk)
2. Bisa memanfaatkan energi dalam bahan organik menjadi listrik dan panas
3. Menghasilkan lumpur yang stabil, mineralisasi nutrient, menghilangkan benih
gulma dan pathogen, serta mengurangi bau secara nyata.
4. Membantu mengurangi CO2 dan karenanya mencapai tujuan Protokol Kyoto.