MAKALAH
FISIKA
BIOGAS
SEBAGAI
SUMBER
ENERGI ALTERNATIF
DI
SUSUN OLEH :
LIA
NOVIAWATI (XII MIA 3)
SMAN
3 TANGSEL
KATA PENGANTAR
Puji
syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat hidayah dan rahmat-Nya yang
diberikan kepada penulis berupa kesehatan rohani dan
jasmani sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul
”Teknologi Biogas Sebagai Energi Alternatif” dapat diselesaikan dengan
baik.
Penyusunan
makalah ini bertujuan untuk memenuhi tugas pembelajaran.Hasil yang ingin
dicapai agar dapat mengetahui serta memahami bagaimana pemanfaatan kotoran
hewan sebagai energi alternatif bagi kehidupan manusia.
Saya
menyadari dalam penyusunan makalah ini masih banyak terdapat
kekurangan-kekurangan yang mungkin di luar dari pengetahuan saya. Semoga makalah ini berguna bagi pembacanya dan pembaca dapat
memahami isi dari makalah ini.
Pamulang,
9 Maret 2016
Penyusun
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang Masalah
Permintaan kebutuhan Bahan Bakar Minyak (BBM) di Indonesia baik itu untuk
keperluan industri, transportasi dan rumah tangga dari tahun ketahun semakin
meningkat.Hal ini menyebabkan ketersediaan energi minyak bumi menjadi langka
dan harganya melambung tinggi. Pemerintah Indonesia pun mulai mencari terobosan
baru dalam menciptakan energi alternatif yang jauh lebih murah pengganti energi
minyak bumi. Dengan adanya energi alterrnatif, penggunaan energi yang tak
terbarukan semakin berkurang.
Salah satu kebijakan pemerintah
Indonesia adalah dengan pemanfaatan limbah kotoran ternak sebagai energi
alternatif (biogas) skala rumah tangga yang ramah
lingkungan untuk memenuhi keperluan rumah tangga itu sendiri.
Biogas biasanya dikenal sebagai gas rawa atau lumpur. Gas
campuran ini didapat dari proses perombakan kotoran ternak menjadi bahan
organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen (anaerob). Selama proses
fermentasi, biogas pun terbentuk. Sumber energi biogas dapat dimanfaatkan
ditengah-tengah kelangkaan energi minyak bumi.Penggunaan dari energi biogas
sebagai bahan bakar berdampak positif karena mengurangi pencemaran
lingkungan.Sangat diharapkan penggunaan teknologi baru ini dapat dimanfaatkan
oleh masyarakat ditengah kelangkaan energi minyak bumi dan harga minyak bumi
yang cukup melambung pada masa kini.
1.2
Rumusan Masalah
Adapun Rumusan Masalah dalam makalah
ini:
1. Apakah pengertian dari biogas?
2. Apa
saja keunggulan penggunaan biogas dari kotoran ternak?
3. Bagaimanakah
cara pembuatan biogas dari kotoran?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan makalah
ini adalah untuk:
2. Mengetahui keunggulan dari
penggunaan Biogas sebagai energi alternatif dibanding bahan bakar yang
berasal dari minyak bumi.
BAB II
STUDY PUSTAKA
A.
Pengertian
Biogas
Biogas merupakan sebuah proses produksi
gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material
organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion Gas yang
dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana. material organik yang
terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraiakan menjadi dua tahap dengan
bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi
menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan
menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu
penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein,
karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana.Sedangkan asifdifikasi yaitu
pembentukan asam dari senyawa sederhana.
Setelah material organik berubah menjadi
asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan
gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus,
methanosarcina, methano bacterium.
Perkembangan proses Anaerobik digestion
telah berhasil pada banyak aplikasi. Proses ini memiliki kemampuan untuk
mengolah sampah / limbah yang keberadaanya melimpah dan tidak bermanfaat
menjadi produk yang lebih bernilai. Aplikasi anaerobik digestion telah berhasil
pada pengolahan limbah industri, limbah pertanian limbah peternakan dan
municipal solid waste (MSW).
B.
Faktor
yang Mempengaruhi Produksi Biogas
Menurut Simamora, S. et al (2006), menyatakan bahwa banyak faktor
yang mepengaruhi keberhasilan produksi bigas. Faktor pendukung untuk
mempercepat proses fermentasi adalah kondisi lingkungan yang optimal bagi
pertumbuhan bakteri perombak. Ada beberpa faktor yang berpengaruh terhadap
produksi biogas yakni sebagai berikut:
1.
Kondisi Anaerob / Kedap Udara
Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan
organik oleh mikroorganisme anaerob. Instalasi pengolahan biogas harus kedap
udara.
2.
Bahan Baku Isian
Bahan baku isian berupa bahan organik seperti
kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapaur, dan sampah organik yang
terhindar dari bahan anorganik. Bahan isian harus mengandung 7 – 9 % bahan
kering dengan pengenceran 1 : 1 (bahan baku : air).
3.
Imbangan C/N
Imbangan C/N yang terkandung dalam bahan organik
sangat menentukan kehidupan dan aktivitas mikroorganisme dengan imbangan C/N
optimum 25 – 30 untuk mikroorganisme perombak.
4.
Derajat Keasaman (pH)
Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap
kehidupan mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan
mikroorganisme adalah 6,8 – 7,8.
5.
Temperatur
Produksi biogas akan menurun secara cepat akibat
perubahan temperatur yang mendadak di dalam instalasi pengolahan biogas. Untuk
menstabilkan temperatur kita dapat membuat instalasi biogas di dalam tanah.
6.
Starter
Starter diperlukan untuk mempercepat proses
perombakan bahan organik hingga menjadi biogas. Starter merupakan
mikroorganisme perombak yang telah dijual komersil dapat juga digunakan lumpur
aktif organik atau cairan rumen.
C.
Komposisi
Biogas
Biogas sebagian besar mengandung gs
metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya
kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan
(H2), nitrogen yang kandungannya sangat kecil.
Energi yang terkandung dalam biogas
tergantung dari konsentrasi metana (CH4).Semakin tinggi kandungan metana maka
semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya
semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat
ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan
hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Hidrogen sulphur
mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas mengandung
senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi yang
di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakar maka hidrogen sulphur akan lebih
berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu
sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO2 / SO3). senyawa ini lebih beracun.
Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (H2SO3) suatu senyawa yang
lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon
dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat
digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan menurunkan
titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif
D.
Reaktor
Biogas
Ada beberapa jenis reactor biogas yang
dikembangkan diantaranya adalah reactor jenis kubah tetap (Fixed-dome), reactor
terapung (Floating drum), raktor jenis balon, jenis horizontal, jenis lubang
tanah, jenis ferrocement. Dari keenam jenis digester biogas yang sering
digunakan adalah jenis kubah tetap (Fixed-dome) dan jenis Drum mengambang
(Floating drum).Beberapa tahun terakhi ini dikembangkan jenis reactor balon
yang banyak digunakan sebagai reactor sedehana dalam skala kecil.
1. Reaktor
kubah tetap (Fixed-dome)
Reaktor
ini disebut juga reaktor china.Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat
pertama kali di chini sekitar tahun 1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor
ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian
yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi
bakteri,baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentu gas metana. bagian
ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau
beton. Strukturnya harus kuat karna menahan gas aga tidak terjadi
kebocoran.Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah
tetap karena bentunknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas
yang tidak bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada
digester akan mengalir dan disimpan di bagian kubah.
Keuntungan
dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada menggunaka
reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi
yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya lebih
mudah.Sedangkan kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi kehilangan
gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya.
2. Reaktor
floating drum
Reaktor
jenis terapung pertama kali dikembangkan di india pada tahun 1937 sehingga
dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama dengan
reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan
peralatan bergerak menggunakan drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang
berfungsi untuk menyimpan gas hasil fermentasi dalam digester. Pergerakan drum
mengapung pada cairan dan tergantung dari jumlah gas yang dihasilkan.
Keuntungan
dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas yang tersimpan
pada drum karena pergerakannya. Karena tempat penyimpanan yang terapung
sehingga tekanan gas konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya material
konstruksi dari drum lebih mahal. faktor korosi pada drum juga menjadi masalah
sehingga bagian pengumpul gas pada reaktor ini memiliki umur yang lebih pendek
dibandingkan menggunakan tipe kubah tetap.
3. Reaktor
balon
Reaktor
balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga
yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan
perubahan tempat biogas.reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi
sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan
tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat
yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.
BAB III
STUDY KASUS
A.
Metode
Penelitian
Penelitian dilakukan di desa Bandung
Gunungkidul Yogyakarta.Diterapkan suatu model percontohan instalasi biogas di
peternak skala rakyat.Selanjutnya dilakukan uji pemanfaatan biogas untuk sumber
pengganti bahan bakar minyak yaitu uji memasak oleh keluarga peternak
tersebut.Tahap pertama dilakukan survey pada salah satu peternak rakyat di desa
Bandung Playen Gunungkidul yang memiliki ternak sapi peliharaan 2-6
ekor.Kemudian dilakukan wawancara untuk mengetahui data keluarga serta
kebutuhan pemakaian minyak tanah sebagai bahan bakar memasak
sehari-hari.Setelah itu dilakukan survey lahan pemeliharaan ternak sapi milik
keluarga tersebut serta pengamatan jumlah produksi kotoran sapi yang
dipelihara.Tahap selanjutnya adalah perancangan model instalasi biogas serta
pembangunan model instalasi tersebut.Model tersebut dibuat berdasarkan jumlah
ternak yang dimiliki oleh peternak, jumlah kotoran yang dihasilkan dari ternak
sapi, dan luas lahan yang dimiliki oleh peternak tersebut. Digester biogas yang
dibuat berkapasitas 4,84 m3 menggunakan type tangki terapung. Kotoran yang
berasal dari kandang ternak sapi dialirkan ke tangki pencerna.Pengujian
pemanfaatan biogas dilakukan dengan pengujian memasak sehari-hari.
B.
Hasil
dan Pmbahasan
a. Potensi
Kotoran Sapi di Peternak Rakyat untuk Biogas di lahan marginal
Lahan
Marginal / lahan kering marginal adalah Lahan kering yang kondisi fisik dan
kimianya tidak mendukung untuk diusahakan bagi budidaya tanaman, terutama
tanaman pangan tanpa perlakuan.
Biasanya
penduduk di lahan marginal banyak mengalihkan mata pencahariannya ke sektor
peternakan seperti yang terjadi di Gunungkidul.Penduduk di lahan marginal
khususnya di Gunungkidul sangat gemar memelihara ternak.Jenis ternak yang biasa
dipelihara adalah sapi potong. Data tahun 2002 menunjukkan bahwa populasi
ternak sapi potong di kabupaten Gunungkidul DIY berjumlah 102.212 ekor, yaitu
50% jumlah populasi ternak sapi potong di propinsi DIY.
Jika
setiap ekor ternak berbobot rata-rata 400 kg mengeluarkan kotoran sebanyak 5%
dari berat tubuhnya yaitu 20 kg/hari/ekor maka kotoran yang dihasilkan setiap
harinya adalah 2.044.240 kg. Hasil studi lapangan diambil satu keluarga
peternak dengan data sebagai berikut:
|
NO
|
KETERANGAN
|
DATA
|
|
1
|
Nama KK
|
Mugiman
|
|
Usia
|
42 tahun
|
|
|
Alamat
|
Desa Bandung Kec Playen Kab Gunungkidul
|
|
|
2
|
jumlah anggota keluarga
|
4 orang
|
|
3
|
jumlah kepemilikan ternak sapi
|
4 ekor
|
|
4
|
Berat rata-rata sapi
|
370,32 kg
|
|
5
|
Luas kepemilikan laha pekarangan
|
700
 |
|
6
|
keperluan minyak tanah untuk memasak
|
1 liter/hari
|
Tumpukan
kotoran tersebut sangat potensial menjadi energi yang berguna bagi kehidupan
jika dimanfaatkan dengan cara yang tepat. Setiap harinya hewan ternak sapi
potong mengeluarkan kotoran segar sebanyak 5-8% dari berat tubuhnya. Kotoran
dalam bentuk bahan kering yang dihasilkan setiap harinya 0,6 sampai 1,7% dari
berat tubuh (Bewick, 1980). Berdasarkan teori tersebut, dapat diasumsikan
perhitungan jumlah kotoran yang dihasilkan ternak sapi milik Pak Mugiman adalah
4 ekor X 370,32 kg X 7% = 104 kg/hari.
Selama
ini kotoran sapi potong tersebut hanya dibuang atau dialirkan ke kolam
penampungan terbuka atau menggunakannya sebagai pupuk kandang dengan cara
disebar begitu saja di lahan milik peternak. Jika kotoran sapi menumpuk maka
akan menyebabkan pencemaran lingkungan berupa bau yang tidak sedap, pencemaran
air tanah oleh nitrogen dan membantu penyebaran penyakit. Proses pembuatan
biogas memiliki beberapa manfaat diantaranya adalah menghasilkan energi
terbarukan, menghasilkan produk sampingan pupuk yang berkuailtas, ramah
lingkungan, mengurangi jumlah karbondioksida dan metan yang terserap dalam air
tanah. Konversi 300 kg kotoran ternak dapat menghasilkan 170 m3 biogas dalam
waktu 60 hari. Maka dengan jumlah sapi 4 ekor, berpotensi menghasilkan biogas
sejumlah 2,26 m3 dengan retensi waktu yang lebih singkat. Kotoran sapi yang
semula dibuang dapat termanfaatkan secara maksimal.
C.
Pemanfaatan
Kotoran Sapi Potong Untuk Produksi Biogas
Hal penting yang perlu diperhatikan jika
akan dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biogas untuk rumah tangga selain
ketersediaan kotoran sapi yang cukup adalah syarat teknis pembuatan dan
manajemen pengaturan kotoran yang akan diolah. Waktu yang dibutuhkan untuk
memasukkan kotoran ke dalam digester serta selang waktu proses menjadi biogas
sampai bisa dimanfaatkan untuk memasak perlu pula diperhitungkan. Sebuah contoh
estimasi yang didasarkan pada perhitungan volume digester menunjukkan bahwa
rata-rata waktu yang dibutuhkan untuk mengisi digester dengan volume 1m3 adalah
7-10 menit (Van Buren 1979, United Nation 1984). Semakin besar volume digester
semakin lama pula waktu yang dibutuhkan untuk proses pengisiannya. Banyaknya
jumlah ternak sapi yang dibutuhkan untuk membuat sebuah instalasi biogas dipengaruhi
oleh 2 faktor yaitu banyaknya kotoran yang dikeluarkan oleh ternak sapi dan
banyaknya jumlah kotoran yang dapat dikumpulkan (Motavalli et al. 1994).Jika
sebuah keluarga peternak memiliki 4 ekor sapi yang menghasilkan kotoran
sebanyak 100 kg maka setiap pengisian bahan memerlukan waktu 3 menit.Hal
tersebut dapat dilakukan tanpa mengganggu aktivitas sehari-hari.Berikut
ditampilkan rancangan digester biogas.
Kapasitas tampung digester yang
diinstalkan adalah 4,84 m3 , didasarkan pada jumlah kotoran yang dihasilkan
oleh ternak sapi yang dimiliki peternak yaitu 104 kg per hari. Kotoran sapi
yang berasal dari kandang langsung dialirkan melalui parit ke bak pengadukan,
setelah bahan merata, campuran dimasukkan ke dalam tangki pencerna melalui pipa
masukan bahan.Terbentuknya gasbio terutama gas metana, sangat dipengaruhi oleh
aktivitas mikroorganisme. Model yang dilakukan pada penelitian ini tidak
menambahkan starter, artinya proses dibiarkan alami pada bakteri endegenous
yang terdapat dalam campuran kotoran. Pada sistem biologis, mikroorganisme
memanfaatkan limbah untuk mensintesis bahan selular baru dan menyediakan energi
untuk sintesis. Proses pembentukan gasbio meliputi tiga tahap. Pada tahap
pertama, terjadi proses hidrolisis enzimatis terhadap polimer sehingga
terbentuk monomer terlarut. Proses ini melibatkan berbagai macam bakteri yang
menghasilkan enzim selulolitik, lipolitik, dan enzim proteolitik. Substrat di
dalam digester yang terdiri atas karbohidrat, protein, lipida, dan bahan
anorganik dipecah menjadi monomer terlarut. Pada tahap kedua, monomer hasil
proses hidrolisis akan menjadi substrat pada proses pembentukan asam, produk
utama yang dihasilkan adalah berupa asam asetat, asam propionat, dan asam
laktat. Produk lainnya berupa gas hidrogen, karbondioksida, dan alkohol
sederhana.Pada tahap ketiga bakteri metanogenik mengubah asam asetat, CO2, dan
gas H2 menjadi gas metana. Asam formiat juga bisa diubah menjadi metana, tetapi
asam formiat tidak selaludihasilkan pada proses fermentasi anaerob. Bakteri
metanogenik terbatas kemampuannya dalam mengubah substrat.Satu spesies bakteri
hanya bisa mengubah asam asetat menjadi metana, sedangkan spesies lainnya hanya
bisa memproduksi metana dari H2 dan CO2.Metana juga dapat dihasilkan dari
reduksi metanol, yang merupakan hasil samping dari penguraian karbohidrat.Asam
asetat merupakan substrat utama bagi bakteri metanogenik, 70% dari gas metana
yang dihasilkan (NAS, 1977).
D. Peran Biogas Sebagai
Energi Alternatif Rumah
Tangga Keluarga Pak Mugiman dengan
anggota 4 orang memerlukan minyak tanah sebagai bahan bakar memasak sebanyak 1
liter setiap harinya. Dalam satu bulannya keluarga tersebut mengeluarkan biaya
sebanyak Rp. 90.000,- untuk bahan bakar minyak. Hasil pengamatan terhadap uji
pemanfaatan hasil biogas untuk memasak adalah sebagai berikut :
|
Lama Uji
Memasak(menit)
|
Keterangan
|
|
105 menit
|
air 4 liter
nasi 0,5 liter
|
|
135 menit
|
air 4 liter
nasi 0,5 liter
sayur 1 liter
menggoreng krupuk, tahu,tempe
|
|
110 menit
|
air 4 liter
nasi 0,5 liter
menggoreng krupuk, tempe
|
|
150 menit
|
nasi 0,5 liter
air 4 liter
menggoreng tahu memasak sayur
|
Data di atas menunjukkan bahwa biogas
yang dihasilkan dari pengolahan kotoran ternak sapi di rumah keluarga tersebut
sudah dapat termanfaatkan.Terlihat bahwa waktu regenerasi biogas yang
dihasilkan untuk dapat digunakan kembali rata-rata adalah 10 hari.Pemanfaatan
biogas yang dihasilkan belum dapat dilakukan setiap hari karena terbatasnya
volume penampungan gas.Berdasarkan hasil pengujian, pada saat volume penampung
gas penuh sampai gas habis, kompor dapat menyala selama 240 menit.Waktu yang
dibutuhkan untuk pembentukan gas kembali sampai penampung gas penuh adalah 10
hari. Namun secara praktis, setiap 3 hari sekali, biogas dapat dimanfaatkan
untuk memasak tanpa harus menunggu tangki penampung gas penuh. Artinya jika
keluarga tersebut ingin memanfaatkan biogas untuk keperluan memasak setiap hari
maka dibutuhkan 3 buah penampung biogas. Sedangkan jumlah ternak yang dimiliki
sebanyak 4 ekor sudah dapat memenuhi kebutuhan bahan baku kotoran sapi untuk
pembuatan biogas.
BAB
IV
PENUTUP
A.
KESIMPULAN
1. Biogas
dapat diimplementasikan sebagai alternatif sumber energi skala rumah tangga di
peternakan rakyat khususnya di lahan marginal.
2. Sistem
penyediaan energi rumah tangga dari biogas dapat diterapkan untuk keluarga
dengan jumlah anggota 4 orang dan kepemilikan sapi 4 ekor.
3. Upaya
optimasi penerapan sistem penyediaan energi alternatif biogas untuk rumah
tangga peternak di lahan marginal masih perlu ditingkatkan.
DAFTAR
PUSTAKA
https://www.researchgate.net/profile/Satriyo_Wahono/publication/273128863_Potensi_Pemanfaatan_Limbah_Peternakan_Sapi_Potong_Melalui_Teknologi_Biogas_Sebagai_Sumber_Energi_Alternatif_Rakyat_Pedesaan_di_Lahan_Marginal_Studi_Kasus_di_Desa_Bandung_Kabupaten_Gunungkidul/links/54f857d70cf210398e95faea.pdf
http://dodymisa.blogspot.co.id/2015/05/makalah-pemanfaatan-biogas-dari-kotoran.html
http://satrioyudho.blogspot.co.id/2012/01/makalah-biogas.html
http://www.academia.edu/12985279/MAKALAH_ENERGI_BIOGAS
0 Response to "Makalah Fisika: Biogas Sebagai Sumber Energi Alternatif"
Posting Komentar