Pengembangan energi biogas sebagai alternatif mengurangi ketergantungan energi minyak bumi dari limbah organik

Pengembangan energi biogas sebagai alternatif mengurangi ketergantungan energi minyak bumi dari limbah organik. Indonesia sebagai negara agraris kebutuhan pupuk sangat dominan. Untuk mencukupi kebutuhan pupuk, petani dapat membeli pupuk kimia, membeli pupuk organik, atau membuat pupuk organik sendiri. Namun dengan pertimbangan lebih praktis, petani lebih suka membeli pupuk kimia. Sebagai akibatnya sisa-sisa daun bahkan kotoran ternak dianggap sebagai sampah yang tidak berguna mengotori dan dibakar begitu saja, mencemari udara.

Khusus petani di dataran tinggi, meskipun sudah menggunakan pupuk kimia, tetap membutuhkan pupuk kandang/kompos untuk menanam sayur-sayuran. Mengingkatnya harga pupuk dan obat-obatan yang tidak sebanding dengan harga jual produk pertanian menyebabkan petani menjadi sulit untuk mempertahankan hidup dari sektor pertanian.

Dilain pihak, masyarakat membutuhkan energi untuk memasak, penerangan, kegiatan industri sementara harga minyak bumi, listrik dan gas alam cair (LPG) yang terus-menerus meningkat dari tahun ke tahun. Disamping itu Indonesia suhunya sangat cocok untuk perkembangan bakteri, khususnya bakteri penghasil gas metan, maka teknologi tepat guna Biogas merupakan salah satu alternatif untuk mengatasi permasalahan energi.

Bagaimana agar limbah organik ini tidak kita pandang sebagai problem sampah yang mengotori lingkungan, namun sebaliknya justru sebagai sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan, dan dibutuhkan ?

Melalui forum RAPI 2002 ini penulis mengajak para peneliti, praktisi untuk dapat membantu, kerjasama membuat rekayasa pengembangan teknologi penggunaan sumber energi gas-bio.

Kata kunci :

Biogas/gas-bio : gas hasil fermentasi bahan organik oleh bakteri metan sebagai sumber energi

.

TEKNOLOGI BIO-DIGESTER (BIOGAS)

Landasan Teori

Ada 3 cara dekomposisi glukose :

1. Secara Respirasi Aerobik

C₆ H₁₂ O₆ +6O₂       6CO₂ +6H₂O

2. Secara Resprasi Anoxic

₂ C₆H₁₂O₆ +4NO_{3     →}    6CO₂ +6H₂O+ 2N

3. Secara Fermentasi Anaerobik

C₆ H₁₂ O_{6    →}   3CH₄ +3CO₂

I.Definisi

Gas-bio adalah gas hasil proses fermentasi bahan organik oleh bakteri metan (methanogen backteria) pada kondisi anaerob. Gas bio tersebut merupakan campuran dari berbagai gas al : CH₄ (54-70) %, CO₂ (27-45)%, O₂ (1-4) %, N₂ (0,5 - 3) %, CO (± 1 %) & H₂S <<<<.

Campuran gas ini mudah terbakar bila kandungan CH4 (methana) melebihi 50 %.

Biogas dari kotoran sapi ini mempunyai kandungan methana (CH4) ± 60 % sehingga sangat memungkinkan untuk bahan sumber energi.

II. Konstruksi Bio-Digester

Berdasarkan sistim penyimpanan gas ada 3 macam jenis digester (tempat pengolahan limbah) biogas yaitu :

A. Fixed dome digester ( digester permanen)

Digester permanen (bahannya dari : pasangan batu bata, pasangan batu kali, atau beton) dengan ruangan penyimpanan gas berada diatasnya. Digester jenis ini ruangan gasnya sudah tetap (tidak berubah, tidak mengecil atau membesar seperti jenis yang lainnya).

Sistem kerja fixed dome digester : saat tekanan gasnya tinggi maka sluri akan terdorong ke bak pelimpahan selanjutnya akan meluap keluar melalui lubang pengeluaran secara otomatis. Apabila gas digunakan, maka tekanan gas akan berkurang dan sluri masuk kembali ke digester. Apabila produksi gasnya berlebih akan terbuang keluar melalui lubang pengeluaran secara otomatis. Digester permanen ini pembangunannya harus teliti karena bila terjadi salah membangunnya atau tidak hati-hati misalnya sampai terjadi lubang sebesar lubang jarumpun berarti digester tersebut bocor/gagal, dan tekanan gasnya tidak dapat maximal

.

B. Digester Dengan Drum Mengapung

Prinsip kerjanya seperti gb (A) hanya tandon pengolah (digester) dari bahan bangunan yang permanen misalnya pasangan batu-bata, pasangan batu kali, beton dsb, sedang tempat penyimpanan gasnya dengan drum (dari bahan plat, fiber glas, dll).

Drum ini dapat mengapung bila produksi gasnya banyak dan menurun (tenggelam) bila gasnya sedikit/dipakai. Slury (sisa pengolahan) akan keluar sendiri karena tekanan gasnya. Digester type ini mudah cara mendeteksi adanya gas namun perlu perawatan rutin, yaitu pengecatan drum .

C. Digester Tutup Plastik

Tanah digali diisi campuran kotoran dengan air. Konstruksi ini biaya pembangunannya murah, ruang penyimpanan dari bahan plastik sehingga dapat menyesuaikan (menggelembung bila gasnya banyak dan mengecil bila gasnya sedikit). Digester tipe ini yang paling murah biaya konstruksinya, namun plastiknya mudah rusak sehingga perlu biaya merawatan untuk membeli plastik secara terus menerus. Tekanan gas diperoleh dengan memberi pemberat diatas plastik tersebut, misalnya dengan diberi kayu, kantong diisi pasir dsb. Setelah mengetahui beberapa keunggulan dan kelemahan masing-masing maka kita dapat memilih jenis mana yang lebih kita sukai dengan perytimbangan kondisi setempat. Untuk pembahasan selanjutnya akan dibahas tipe digester permanen dengan pertimbangan biaya perawatannya paling murah dan mudah mengoperasikannya.Untuk selanjutnya kita pembicaraan kita Bio-digester tipe digester permanen.

III. Proses pembentukan gas-bio

Bila selesai pembangunannya, digester diisi dengan (kotoran sapi : air kencing + air) dengan perbandingan yang ideal 1:1 diaduk merata. Pengisian untuk fixed dome digester hingga penuh melimpah ke dasar bak pelimpahan. Kemudian tutup digester dipasang dengan tanah liat sebagai sealnya, diisi air hingga penuh. Pada kondisi anaerob maka bakteri aceton dan bakteri metan akan menguraikan bahan organik yang mengandung : protein, lemak dan karbohidrat. Bakteri tersebut akan berkembang biak pada suhu antara 15^oC-35^oC, suhu optimal antara (32-35)^o celsius. Pada proses tsb. bakteri metan akan memotong (menguraikan) rantai carbon yang panjang menjadi unsur-unsur yang lebih sederhana menjadi gas bio, serta slury (sisa pengolahan berupa pupuk organik yang siap pakai). Pupuk slury ini sangat bermanfaat bagi tanaman karena mempunyai unsur hara yang tinggi. Berdasarkan hasil test laboratorium, dari proses ini akan dapat menurunkan BOD & COD sekitar 90 %, sangat membantu mengatasi polusi lingkungan, relatif tidak berbau.

PRODUKSI GAS-BIO DAN SLURY (PUPUK ORGANIK CAIR)

Dari proses degradasi oleh bakteri tersebut akan menghasilkan gas-bio dan slury (pupuk organik cair) yang siap pakai.

Produksi gas yang dihasilkan tergantung pada :

• Kandungan protein, lemak dan karbohidrat yang terkandung dalam kotoran.

• Lamanya waktu pembusukan minimal 30 hari, semakin lama pembusukan semakin sempurna prosesnya.

• Suhu didalam digester 15^o C s/d 35^o C

• Untuk limbah organik kotoran sapi, perbandingan campuran kotoran dengan air kencing + air, campuran yang ideal 1:1.

Berdasarkan pengalaman lapangan penulis (telah membangun lebih dari 300 unit biogas) pada suhu sekitar 25 ^o celcius 1 ekor sapi setiap harinya dapat memproduksi gas-bio sekitar ± 600 liter gas-bio. Kebutuhan 1 rumah tangga sekitar (1.200 - 2.000) liter/hari.

IV. PEMANFAATAN GAS-BIO & SLURY

a. Gas-bio

Gas-bio merupakan campuran berbagai macam gas sumber energi dengan kandungan methan (CH4) ≥ 60 %. Karena kandungan gas metannya tinggi dapat dipakai sebagai sumber energi, misalnya:

Untuk kompor, lampu penerangan (petromak), penghangat ruangan anak ayam (gasolec), refregerator, water heater, memotong plat dan mengelas, mesin diesel ( dual fuel ) dsb.

Metan akan siap terbakar jika bercampur sempurna dengan udara (5-15) % dari gas metan. Dan suhu pembakaran dalam silender akhir kompresi untuk mesin tidak lebih dari 700 ^o C, diatas suhu bakar solar, namun dibawah suhu ledak. Untuk biogas sekala besar (Perusahaan) penggunaan gas generator pengganti listrik perlu dikembangkan. Uji coba yang pernah penulis lakukan adalah dengan mesin diesel sistem dual fuel secara teoritis penghematan penggunaan bahan bakar solar maximal 95%. Pada mesin yang penulis cobakan effisiensinya baru sekitar 50 %.

b. Slury Untuk Pertanian

Sisa proses bio-digester berupa slury. Slury ini merupakan pupuk organik yang siap dipakai. Kandungan unsur haranya tinggi, sehingga sangat baik untuk pemupukan tanaman. Untuk tanaman sayuran, buah-buahan pemupukannya tidak secara terus menerus, seperti halnya memupuk dengan kompos atau pupuk kimia. Namun pada lahan yang khusus ditanami rumput dapat terus menerus dialiri slury cair ini.

Pemanfaatan Slury.

Terdapat 4 cara pengelolaan slury yang biasa dilakukan oleh petani biogas

1. Pemanfaatan slury cair

Pada keadaan cair kandungan unsur hara yang diperlukan bagi tanaman masih tinggi, terutama Nitrogen yang mudah menguap (bila dikeringkan), maka dianjurkan untuk memakai slury yang masih cair.

Untuk memudahkan pengangkutan dalam keadaan cair adalah dengan membuat parit, sehingga slury cair dapat mengalir dengan sendirinya (bila kemiringan lahan memungkinkan). Untuk lahan yang jauh dari bangunan digester dapat diangkut dengan ember plastik.

2. Pengomposan

Cara lain pemanfaatan slury ialah untuk mempercepat proses pengomposan . Sisa rumput yang tidak termakan, limbah dapur, daun-daun, limbah pertanian yang tidak terpakai dipotong kecil-kecil, ditampung dalam bak penampungan kompos. Sampah organik tersebut ditumpuk pada ketinggian sekitar 20 cm lalu disiram dengan slury cair, setelah itu ditumpuk lagi dengan sampah organik setebal 20 cm lagi, kemudian disiram dengan slury cair dan seterusnya.. Nitrogen dalam slury tersebut akan dimanfaatkan oleh bakteri aerob untuk menghancurkan sampah organik tsb.menjadi kompos. Selama proses pengomposan sampah organik dibolak-balik 2-3 kali. Selama kurang lebih 1 s/d 3 bulan sampah organik tersebut akan menjadi pupuk kompos, lamanya proses pengomposan sangat tergantung dari besar kecilnya pemotongan, seringnya pembalikan (agar bakteri memperoleh oksigen), serta kekentalan slury. Agar kualitas kompos bagus maka tempat pengomposan harus diberi atap (terlindung dari terik matahari & air hujan).

3. Pengeringan Slury.

Mengangkut slury cair secara manuaal ke lahan pertanian merupakan problem tersendiri. Umumnya petani tidak begitu suka mengangkut slury cair karena berat dan kotor. Untuk memudahkan pengangkutan slury, slury yang cair disaring dengan bak saringan pasir cepat (yang terdiri dari bagian bawah batu, bagian tengah krikil dan bagian atas pasir). Slury cair dialirkan pada bak penyaringan. Maka ampas dari slury akan terpisah pada bagian atas pasir. Slury tersebut akan mudah mengering, setelah kering dapat dengan mudah diangkut ke lahan pertanian. Air slury (sisa penyaringan) akan meresap kebawah dapat dialirkan ke kolam ikan.

Slury kering ini kandungan nutrisinya jauh berkurang, maka dianjurkan untuk memakai slury dalam keadaan cair/basah.

4. Kolam ikan

Kandungan oksigen dalam air slury umumnya rendah, karena proses didalam digester secara anaerob. Agar ikan dalam kolam tidak kekurangan oksigen harus ditambah/dicampur dengan air segar. Air slury yang dialirkan ke kolam ikan akan mempercepat tumbuhnya tumbuhan air, plankton pengganti makanan ikan.

V. DAUR ULANG LIMBAH ORGANIK

Semua limbah organik yang mengandung protein, lemak dan karbohidrat umumnya dapat menghasilkan gas-bio.

Contoh skema daur ulang limbah organik (kotoran hewan) dengan sistem biogas, sangat sesuai dengan konsep pembangunan berkelanjutan.

Gb.D (Siklus daur ulang limbah peternakan dengan bio-digester)

KESIMPULAN

• Produksi gas-bio dari limbah organik sangat bervariasi tergantung, suhu didalam digester, kandungan protein, lemak, dan karbohidrat, dalam limbah organik tersebut. Namun berdasarkan pengalaman pada suhu sekitar 25 ^O C, untuk biogas dari kotoran ternak produksi satu ekor sapi sekitar 600 liter gas-bio perhari. Sehingga satu rumah tangga di pedesaan membutuhkan energi gas-bio yang dihasilkan dari kotoran sapi minimal 3 ekor.

• Penerapan teknologi biogas ini akan sangat membantu mengatasi problem pencemaran lingkungan, untuk mewujudkan pembangunan berkelanjutan. Pengurangan polusi (BOD dan COD) sekitar 90 %.

• Slury relatif tidak berbau, sangat berguna bagi tanaman dan dapat menggemburkan tanah sehingga mencegah erosi tanah.

• Penggunaan gas-bio untuk sebagai sumber energi misalnya untuk : lampu penerangan, kompor, penghangat ruangan, refregerator, subtitusi bahan bakar mesin diesel, water heater, dll. Untuk biogas skala besar misal pada perusahaan perlu inovasi penggunaan gas secara optimal misal: untuk sumber energi mesin diesel (dual sistem) secara teoritis dapat menghemat penggunaan solar sekitar 95 % atau sistem singgle fuel dengan convert.