Biogas

PENDAHULUAN

Biogas berasal dari kata bios yang artinya hidup, sedangkan gas adalah sesuatu yang keluar dari tungku atau dari perapian atau lubang yang dihasilkan oleh makhluk hidup melalui proses tertentu. Proses yang dimaksud adalah proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob atau bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara. Biogas mempunyai sifat mudah terbakar, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah atau LPG untuk memasak dan untuk  penerangan.

Bahan baku utama pembuat biogas adalah limbah yang berasal dari bahan organik contoh bahan organik tersebut adalah kotoran dan urine ternak, limbah pertanian sayuran, limbah industri tahu, ikan pindang dan brem juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk memproduksi biogas.

Berdasarkan bahan baku yang diperlukan dan teknik pembuatannya maka instalasi biogas dapat dibuat dimanapun, artinya biogas dapat dihasilkan dimanapun juga. Instalasi biogas dapat dibuat dalam bentuk yang sederhana dan murah, ataupun dalam bentuk yangmenengah sampai skala besar untuk kepentingan beberapa rumah secara bersama.

Orang yang pertama mengkaitkan gas bakar ini dengan proses pembusukan adalah Alessandro Volta pada tahun 1776, kemudian pada tahun 1806, Willlam Henry dapat mengidentifikasikan gas yang dapat terbakar tersebut sebagai metan. Becham pada tahun 1868 salah satu murid Louis Pasteur dan Tappeiner pada tahun 1882 memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan metan (Rahman, 2005).

Alat pencerna aerobik atau disebut digester pertamakali dibangun pada tahun 1900. Pada tahun 1950 pemakaian biogas di Eropa mulai ditinggalkan, karena BBM semakin murah dan mudah untuk memperolehnya. Demikian juga di Negara-negara berkembang. Namun, saat ini dengan semakin meningkatnya harga minyakdunia dan kekhawatiran akan habisnya cadangan minyak, maka hamper semua Negara kembali melakukan upaya pencarian sumber energi alternative dan salah satunya adalah biogas.

Di Indonesia, pengembangan biogas menjadi penting dan mendapat perhatian dari pemerintah dan masyarakat setelah dikeluarkannya kebijakan pemerintah dalam mengurangi / memangkas subsidi BBM. Dampak selanjutnya adalah masyarakat memanfaatkan kayu bakar sebagai sumber energi alternatif. Penebangan hutan menjadi tidak terkontrol, sehingga mengancam kelestarian tanaman, mengakibatkan banjir dan tanah longsor, serta menipisnya cadangan air. Oleh karena itu dinas / instansi terkait perlu mendukung program pengembangan biogas di wilayahnya.

MANFAAT BIOGAS

Produk utama dari instalsi biogas adalah gas metan yang dapat dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan masyarakat. Manfaat biogas yang tidak secara langsung adalah menjaga kelestarian lingkunagn hidup dan konservasi sumberdaya alam, dll. Secara lebih rinci manfaat penggunaan biogas adalah sebagai berikut  :

1.      Manfaat Langsung :

Ø  Sebagai sumber energi untuk memasak

                  Biogas yang diproduksi oleh satu unit instalasi biogas dapat digunakan sebagai sumber energi untuk memesak. Untuk biogas yang menggunakan bahan baku kotoran sapi dari 3-4 ekor mampu menghasilkan biogas setara dengan 3 liter minyak tanah per hari, dan diperkirakan mampu untuk memenuhi energi memasak satu rumah tangga dengan 5 orang anggota keluarga. 

Ø  Sebagai sumber energi untuk penerangan

Biogas sebagai sumber energi untuk penerangan dengan cara yang sama seperti pemanfaatan untuk memasak, artinya kompor sebagai titik akhir penggunaan biogas diganti dengan lampu. Lampu yang digunakan adalah lampu yang dirancang khusus atau lampu petromaks yang dimodifikasi. Pengalaman di lapangan menunjukkan bahwa pemanfaatan biogas untuk memasak sekaligus sebagai sumber penerangan, biasanya dilakukan bila jumlah sapi paling sedikit 6 ekor dengan model digester permanen bata  kapasitasnya 9 M3 (Muryanto, 2006).

Ø  Penghasil pupuk organik siap pakai.

Manfaat lain dari penerapan biogas adalah dapat menyediakan pupuk organik siap pakai dalan jumlah banyak sesuai dengan kapasitas digester yang dibangun dan bahan baku yang digunakan. Kotoran ternak yang telah diproses dalam digester biogas dapat langsung digunakan sebagai pupuk organik, dan kaya akan kandungan unsur Nitrogen (N).  Bahan baku biogas seperti kotoran ternak merupakan bahan organik yang mempunyai kandungan Nitrogen (N) tinggi di samping unsur C, H, dan O. Selama proses pembuatan biogas, unsur C, H, dan O akan membentuk CH4 dan CO2, dan kandungan N yang ada masih tetap bertahan dalam sisa bahan, yang akhirnya akan menjadi sumber N bagi pupuk organik. (Suriawiria, 2005).

2.      Manfaat Tidak Langsung

Ø  Mengurangi Efek Gas Rumah Kaca

Penerapan biogas dapat membantu pengembangan system pertanian dengan mendaur ulang kotoran hewan untuk memproduksi biogas dan diperoleh hasil samping berupa pupuk organik dengan mutu yang baik. Penerapan biogas dapat mengurangi emisi gas metan (CH4) yang dihasilkan pada dekomposisi bahan organik yang diproduksi dari sektor pertanian dan peternakan, karena kotoran sapi tidak dibiarkan terdekomposisi secara terbuka melainkan difermentasi menjadi energi biogas.  Gas metan termasuk gas rumah kaca (green house gas), bersama dengan gas karbondioksida (CO2) memberikan efek rumah kaca yang menyebabkan terjadinya fenomena pemanasan global. Pengurangan  gas metan secara lokal dengan mengembangkan biogas dapat berperan positif dalam upaya penyelesaian masalah global efek rumah kaca, sehingga upaya ini dapat diusulkan sebagai bagian dari program Internasional Mekanisme Pembangunan Bersih (Clean Development Mechanism).

Ø  Membantu Program Pelestarian Hutan, Tanah dan Air.

Meningkatnya harga BBM khususnya  minyak tanah, akan mendorong masyarakat untuk mencari alternative bahan bakar murah, salah satunya adalah kayu bakar. Hal ini sangat mungkin terjadi di masyarakat yang berdomisili di sekitar kawasan hutan dan perkebunan. Oleh karena itu, dengan menerapkan biogas sebagai sumber energi di suatu wilayah, maka penebangan pohon yang digunakan sebagai sumber energi oleh sebagian masyarakat dapat dikurangi, bahkan dihilangkan. Dengan kata lain, bahwa pengembangan biogas di suatu wilayah,secara tidak langsung dapat mendukung upaya pelestarian hutan atau perkebunan di wilayah tersebut.

Ø  Mengurangi Polusi Bau

Pengembangan biogas mempunyai sifat ramah lingkungan, disini mengandung pengertian,bahwa penerapan biogas dapat menghilangkan bau yang tidak sedap. Sebagai contoh, kotoran sapi yang awalnya mempunyai bau yang tidak sedap, setelah dimanfaatkan sebagai bahan baku biogas, makahasil akhir dari proses tersebut merupakan pupuk organik yang tidak berbau. Demikian pula untuk daerah yang banyak terdapat industri pemrosesan makanan, misalnya tahu, tempe dan ikan pindang  akan menghasilkan limbah yang menyebabkan polusi bau yang mencemari leingkungan. Dengan penerapan biogas di daerah tersebut, maka limbah yang dihasilkan akan tidak mencemari lingkungan lagi, bahkan dapat dimanfaatkan sebagai energi yang dapat dimanfaaatkan sebagai sumber panas untuk memasak dan penerangan.

Ø  Meningkatkan sanitasi lingkungan dan keindahan.

Kotoran ternak dan limbah organik lainnya apabila tidak dikelola dengan baik dan berserakan dimana-mana, maka akan dapat mengganggu keindahan dan berdampak negative terhadap kesehatan masyarakat di sekitarnya. Disamping itu, terdapat kemungkinan bahwa kotoran ternak banyak mengandung bakteri Colly yang membahayakan bagi kesehatan manusia dan lingkungannya. Dengan penerapan biogas, dampak negatif tersebut dapat dikurangi atau dihilangkan.

Ø  Meningkatkan Pendapatan Usaha Ternak.

Pengembangan biogas dapat memberi peluang  untuk menambah pendapatan dari hasil penjualan pupuk kompos hasil dari limbah unit biogas. Selain pendapatan dari pupuk organik, maka penerapan biogas menghasilkan gas metan yang mempunyai nilai ekonomis. Jika seorang peternak memelihara 3 ekor sapi perah, maka akan dihasilkan biogas setara dengan 3 liter minyak tanah sehari. Hal itu berarti peternak dapat memperoleh tambahan pendapatan dari penghematan penggunaan minyak tanah sebesar 3 liter per hari.

Ø  Mendukung kebijakan Pemerintah mengurangi Subsidi BBM

Penerapan biogas dalam suatu kawasan, dapat mendukung kebijakan pemerintah untuk mengurangi subsidi BBM. Dengan penggunaan biogas, maka kebutuan masyarakat akan minyak tanah akan berkurang,hal ini akan mengurangi beban pemerintah untuk mensubsidi BBM.

PROSES TERBENTUKNYA GAS

Secara umum proses terbentuknya biogas adalah melalui proses degradasi limbah, baik limbah pertanian, kotoran hewan, maupun campurannya yang dicampur dengan air dan ditempatkan dalam ruang tertutup atau dalam kondisi anaerob/kedap udara. Keadaan anaerob ini dapat terjadi secara alamiah atau buatan. Misalnya yang terjadi secara alamiah adalah yang ada di perut binatang atau manusia, dan yang terjadi secara buatan adalah proses degradasi yang terjadi di dalam bak pencerna (digester) dengan bahan baku limbah organik. Kondisi anaerob dalam bak pencerna ini kemudian berkembang menjadi bermacam-macam bentuk dan bahan yang digunakan.

Biogas merupakan campuran dari berbagai jenis gas dan gas metan merupakan kandungan terbanyak. Nilai kalor metana murni (100%) adalah 8.900 kkal/m3. Pembuatan biogas dengan kotoran sapi, nilai kalori yang dihasilkan antara 4.800 – 6700 kkal/m3, yang akan menghasilkan biogas dengan komposisi 54 – 70% metana, 27-45% karbondioksida, 0,5 – 3,0% nitrogen, 0,1% karbonmonoksida, 0,1 % oksigen dan sedikit sekali hydrogen sulfida, amoniak dan nitrogen oksida (Harahap dan Ginting, 1984).

Secara garis besar reaksi kimia proses dekomposisi anaerob pada proses pembentukan biogas dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu  :

1.      Tahap pelarutan bahan-bahan organik, pada tahap ini bahan padat yang mudah larut atau yang sukar larut akan berubah menjadi senyawa organik yang larut.

2.      Tahap asidifikasi atau pengasaman, merupakan tahap terbentuknya asam-asam organik dan pertumbuhan atau perkembangan sel bakteri.

3.      Tahap metanogenik, merupakan tahap dominasi perkembangan sel mikroorganisme dengan spesies tertentu yang menghasilkan gas metan.

Nilai kalori dari 1 meter kubik biogas adalah +  6.000 watt/ jam yang setara dengan ½ liter minyak diesel, minyak diesel akan mengeluarkan asap yang mencemari lingkungan, sedangkan pemanfaatan biogas tidak mengeluarkan asap.

            Agar proses terbentuknya biogas berjalan sesuai dengan yang diharapkan,maka diperlukan persyaratan-persyaratan tertentu,diantaranya :

1.      Kandungan unsur C (karbon) dan N (Nitrogen) yang dikenal dengan C/N rasio.

Perubahan senyawa organik dari sampah/limbah atau kotoran hewan menjadi CH4(gas metan) dan CO2 (gas karbondioksida) memerlukan persyaratan C/N rasio antara 20 – 25. Apabila kita hanya menggunakan bahan organik berupa jerami, maka hanya akan terbentuk C/N rasio di atas 65, sehingga biogasnya akan mempunyai nilai bakar yang rendah atau kurang memenuhi syarat sebagai bahan energi. Lain halnya apabila bahan yang digunakan adalah kotoran ternak, misalnya kotoran kambing, maka akan menghasilkan  C/N rasio sekitar 8, dan hal ini mungkin akan terlalu tinggi nilai bakarnya, sehingga mungkin akan membahayakan pengguna, sehingga penerapannya harus ditambah dengan bahan lain sehingga C/N rasionya optimal. Beberapa hasil penelitian menginformasikan bahwa C/N rasio paling baik untuk pembentukan biogas adalah 30. Untuk sampah C/N rasionya adalah 12 , kotoran kuda dan babi adalah 25,sedangkan kotoran sapi  dan kerbau adalah 18.   

Rasio C/N adalah perbandingan kadar karbon (C) dan kadar nitrogen (N) dalam suatu bahan. Semua makhluk hidup terbuat dari sejumlah besar bahan karbon (C) serta nitrogen (N) dalam jumlah kecil. Sampah dapur organik yang tercmpur mempunyai rata-rata kandungan C/N rasio sekitar 15 : 1, sehingga perlu adanya penambahan unsur C agar mencapai atau mendekati perbandingan rasio C/N 25 : 1 sampai  30 : 1. Kisaran rasio ini merupakan nilai perbandingan terbaik, sehingga bakteri dapat bekerja sangat cepat. Tabel berikut menjelaskan perbandingan C/N rasio dari beberapa jenis bahan :

Nama Bahan Organik	Rasio C/N	Nama Bahan Organik	RasioC/N
Urine Darah Buangan pemot. Hewan Tinja Lumpur aktif Sampah sayuran Sampah dapur campur Pupuk hijau Ganggang laut Kulit kentang Jerami gandum Jerami padi Jerami jagung Serbuk gergaji Kertas Koran Kayu Kertas Daun daunan segar Daun daunan kering	0.8:1 3 : 1 2 : 1 6 : 1 – 10 : 1 6 : 1 12 : 1 – 20 : 1 15 : 1 14 : 1 19 : 1 25 : 1 40 : 1 – 125 : 1 50 : 1 – 70 : 1 100 : 1 500 : 1 50 : 1 – 60 : 1 200:1 – 400:1 150 : 1 – 200:1 10 : 1 – 40 : 1 50 : 1 – 60 : 1	Daun Tephrosia Kulit kopi Batang pohon pangkasan Pangkasan teh Bungkil biji kapuk Bungkil kacang tanah Kotoran sapi Kotoran ayam Kotoran kuda Cemara, buah/jarum Kopi bubuk, endapan Apel / buah Kulit kayu Sampah buah-buahan Rumput-rumputan segar Jagung, bonggol Kacang-kacangan Daun dadap muda	11 : 1 15:1 – 20:1 15:1 – 60:1 15:1 – 60:1 10:1 – 12:1 7:1 20:1 10:1 25:1 60:1 – 110:1 20:1 21:1 100:1 – 130:1 35:1 12:1 – 25:1 60:1 15:1 11:1

Nilai rasioC/N ini merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja bakteri.   

2.      Kandungan air

Bahan baku yang paling baik untuk menghasilkan biogas adalah bahan yang mengandung 7- 9 % bahan kering (BK). Prosentase bahan kering ini apabila digunakan sebagai acuan oleh petani akan menyebabkan kesulitan, karena sulit perhitungannya. Oleh karena nilai kandungan BK yang berbeda-beda, maka penambahan air untuk mengencerkan kotoran ternak juga berbeda pula, hal ini dilakukan agar diperoleh kandunganbahan kering yang optimal antara 7 – 9 %. Untuk mempermudah pelaksanaan di lapangan, khususnya untuk kotoran ruminansia, maka digunakan perbandingan rata-rata antara bobot kotoran dan air yang digunakan adalah 1 : 1.

No.	Ternak	Bobot (kg)	Bobot Kotoran Basah (kg)	Bahan Kering ( % )
1. 2. 3. 4.	Sapi pedaging Sapi perah Babi Domba	520 640 90 40	29 50 7 2	12 14 9 26

            Sumber :  Junus (1987).

         Contoh perhitungan penambahan air untuk kotoran sapi potong dan sapi perah :

Untuk kotoran sapi potong :
Bobot kotoran dari sapi potong, bobotbadan 520 kg	= 29 kg
Bahan Kering kotoran (BK) (%)	= 12 %
Jadi bobot kering kotoran = 12/100 x 29	= 3,48 kg
Bobot air dalam kotoran = 29 – 3,48	= 25,52 kg
Air yang digunakan agar BK 7% = 100/7 x 3,48	= 49,71 kg
Jadi air yang ditambahkan = 49,71 – 25,52	= 24,19 kg
Untuk kotoran Sapi Perah :
Bobot kotoran dari sapi perah umur 2 tahun	= 50 kg
Bahan Kering (BK) kotoran	= 14 %
Jadi bobot kering kotoran = 14/100 x 50	= 7,00 kg
Bobot air dalam kotoran = 29 – 3,48	= 43,00 kg
Air yang dibutuhkan agar BK 7 % = 100/7 x 7	= 100,00 kg
Jadi air yang ditambahkan = 100 – 43	= 57,00 kg

Berdasarkan contoh perhitungan tersebut, maka untuk kotoran sapi potong yang berat basahnya 29 kg, memerlukan penambahan air 24,19 kg. Pada kotoran sapi perah yang berat basahnya 50 kg, memerlukan penambahan air 57 kg. Karena perbedaan antara berat basah kotoran dan air tidak terlalu jauh, maka untuk memudahkan pelaksanaan di lapangan digunakan perbandingan 1 : 1.Perlu menjadi catatan bahwa persyaratan BK 7 – 9 % tetap menjadi pegangan. Apabila bahan baku yang digunakan berbentuk seperti lumpur atau adonan, maka penambahan jumlah air diperlukan dalamjumlah sedikit. Dapat disimpulkan bahwa kandungan air sangat penting dalam membuat bahan baku biogas, dan sebaiknya air hujan tidak digunakan sebagai pengencer, karena dapat menghambat proses terbentuknya gas.  

3.      Jasad renik / mikro organisme

Jasad renik yang berpengaruh pada proses pembuatan biogas ada 2 macam, yaitu bakteri pembentuk asam dan bakteri pembentuk gas metan. Bakteri pembentuk asam antara lain Pseudomonas, Escherichia, Flavobacterium, dan Alcaligenes yang mendegradasikan bahan organik menjadi asam lemak. Selanjutnya asam lemak didegradasikan menjadi biogas yang sebagian besar adalah gas metan oleh bakteri metan Methanobacterium, Methanosarcina, dan Metahnococcus (Sahidu dan Sirajuddin, 1983).

4.      Udara (Oksigen)

Persyaratan yang penting dalam proses pembuatan biogas adalah tidak diperlukan udara sama sekali. Jadi pada tabung digester, sama sekali tidak boleh bocor, apabila terjadi kebocoran, maka gas CH4 tidak akan terbentuk dan gasbio yang diharapkan tidak akan terbentuk.

5.      Temperatur

Perkembangbiakan bakteri metan sangat dipengaruhi oleh temperature. Pencernaan anaerobik dapat berlangsung pada kisaran suhu 5° C  - 55° C, sedangkan temperatur yang optimal untuk dapat menghasilkan biogas adalah 35 ° C.

6.      Derajat keasaman (pH)

Pada awal pencernaan, pH bahan dalam tanki pencerna atau digester dapat turun hingga 6 bahkan dapat lebih rendah lagi. Hal ini sebagai akibat degradasi bahan organik oleh bakteri anaerobik. Kemudian pH mulai naik disertai perkembang biakan bakteri pembentuk metan, kondisi optimal untuk bakteri ini adalah 6,8 – 8.

7.      Pengadukan

Bahan baku yang sukar dicerna,misalnya jerami sisa pakan yang mengandung senyawa lignin akan membentuk lapisankerak pada permukaan cairan. Lapisan ini dapat dipecah dengan alat pengaduk, sehingga hambatan terhadap laju terbntuknya gas dapat dikurangi. Namun untuk mempermudah aktifitas bakteri dalam menghasilkan gas, bahan-bahan tersebut dapat dihilangkan / dibuang.

8.      Bahan penghambat

Bahan yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme sehingga berpengaruh terhadap jumlah gas yang dihasilkan antara lain : logam berat seperti tembaga, cadmium, dan kromium. Selain itu desinfektan, deterjen dan antibiotic juga menghambat terbentuknya gas. Oleh karena itu sebaiknya air yang digunakan sebagai pengencer diusahakan agar tidak mengandung bahan-bahan tersebut.

INSTALASI  BIOGAS

Prinsip pembuatan instalasi biogas adalah menampung limbah organik yang berupa kotoran ternak, limbah tanaman maupun limbah industri pertanian, kemudian memproses limbah tersebut dan mengambil gasnya untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi serta menampung sisa hasil pemrosesan yang dapat digunakan sebagai pupuk organik. Dalam proses ini dibutuhkan 3 tabung, yaitu tabung penampungbahan baku, tabung pemroses/pencerna/digester dan tabung penampung sisa hasil pemrosesan. Bahan pembuat tabung dapat berupa batubata merah, plastic atau drum bekas baik dari seng maupun dari plastic. Penjelasan ketiga tabung tersebut adalah sbb :

1.      Tabung Penampung Bahan

Tabung ini berfungsi untuk menampung, mengencerkan dan menyaring kotoran sebelum diproses lebih lanjut ke dalam tabung kedua / digester. Penampungan digunakan untuk mempermudah proses, sedangkan pengenceran dilakukan karena persyaratan untuk menghasilkan gas metan. Penyaringan dilakukan agar tidak tercampur material lain yang mengganggu proses fermentasi.

           

Gambar. Bak penampung  dan pencampur kotoran di dlm kandang utk konstruksi 

               batu bata

Gambar.  Tabung pencampur  kotoran  konstruksi plastik

2.      Tabung Pemroses/Digester

Tabung ini merupakan tabung yang paling penting, hal ini disebabkan oleh fungsinya sebagai tempat peruses dan pemisah antara gas yang akan diambil dengan material lain yang akan dikeluarkan sebagai limbah, dan kemudian diisi dengan bahan baku yang baru. Jadi proses pengisian, pengeluaran gas dan pengeluaran limbah dapat berlangsung secara terus menerus. Oleh karena pentingnya tabung ini, maka proses pembuatannya harus benar-benar kedap/tidak bocor.

            Gambar. Digester Plastik

Gambar. Digester konstruksi batu bata

3.      Tabung penampung sisa pemrosesan

Tabung ini berfungsi untuk menampung limbah hasil akhir pemrosesan. Apabila bahan baku yang digunakan adalah kotoran sapi, maka akhir pemrosesan adalah pupuk organik. Pupuk ini sudah tidak berbau dan dapat langsung digunakan

Gambar. Tabung penampung limbah konstruksi plastic.

Gambar. Kompor Biogas.

Gambar. Tutup Digester konstruksi batubata

Gambar. Intalasi Pipa Biogas

Gambar. Detail Gambar Digester Konstruksi Batu bata

Macam-macam Konstruksi Bangunan Biogas

1.      Biogas Permanen Batu Bata

2.      Biogas Plastik

3.      Biogas Terapung

4.      Biogas Drum

5.      Biogas Fiber