2.1 Biogas
Biogas adalah
campuran gas-gas yang dihasilkan dari suatu proses fermentasi bahan organik
oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen (anaerobic process) dan merupakan
bahan bakar gas yang dapat diperbaharui (renewable fuel) yang dihasilkan
secara anaerobic digestion atau fermentasi anaerob dari bahan organik
dengan bantuan bakteri metana seperti Methanobacterium sp. Gas yang
dihasilkan adalah gas metana (CH4), gas karbon dioksida (CO2),
gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) dan gas hidrogen
sulfida (H2S) (Sugiarto et al, 2013).
Biogas dapat digunakan sebagai pembangkit listrik dan sumber panas. Kandungan energi atau nilai kalor bergantung
pada kadar metana (CH4) dalam biogas tersebut. Satu meter
kubik (1m³) metana memiliki kandungan energi
sebesar 10 kWh.
Oleh karena itu kandungan energi biogas secara khusus (60% metana) terletak pada
kisaran 6 kWh, jadi kandungan energi rata-rata satu meter
kubik biogas setara dengan 0,6 liter
bahan bakar minyak (BBM).
Pembentukan gas metana secara biologis terjadi di alam dengan adanya bahan
organik basah dengan ketiadaan oksigen, misalnya dalam saluran
pencernaan sapi, kompos basah, tempat pembuangan sampah (landfill) atau persawahan yang tergenang (Wittmaier et
al, 2005:34).
2.2 Pemanfaatan Biogas
Biogas adalah sumber
energi yang memiliki banyak manfaat
untuk kehidupan, tergantung pada sifat dari sumber biogas. Umumnya, biogas dapat
digunakan dalam
produksi panas, produksi listrik oleh sel bahan bakar atau mikro-turbin, pembangkit combined
heat and power (CHP) atau bahan bakar kendaraan, lihat Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Pemanfaatan biogas (Sumber: Al Seadi et al, 2008)
Komposisi dan sifat
biogas bervariasi untuk beberapa derajat tergantung pada jenis bahan baku, sistem
pencernaan, suhu, waktu retensi dan lain sebagainya. Tabel 2.1 berisi tentang beberapa nilai komposisi rata-rata biogas
yang ditemukan di sebagian besar literatur. Mengingat biogas dengan kandungan
metana standar 50%,
nilai kalor 21 MJ/Nm³, kepadatan
1,22 kg/Nm³ dan
massa yang mirip dengan udara 1,29 kg/Nm³ (Al Seadi et al, 2008:40)
Tabel 2.1 Komposisi biogas
|
No
|
Komponen
|
Satuan
|
Konsentrasi
|
||||
|
(a)
|
(b)
|
(c)
|
(d)
|
(e)
|
|||
|
1
|
Metana (CH4)
|
%
|
50-75
|
40-70
|
50-75
|
55-65
|
55-75
|
|
2
|
Karbon dioksida (CO2)
|
%
|
25-45
|
30-60
|
25-40
|
35-45
|
25-45
|
|
3
|
Uap air (H2O)
|
%
|
2(20ºC)–7(40ºC)
|
|
|
|
|
|
4
|
Oksigen (O2)
|
ppm
|
< 2
|
-
|
< 2
|
-
|
0,1-0,5
|
|
5
|
Nitrogen (N2)
|
%
|
< 2
|
-
|
< 2
|
0-3
|
0-0,3
|
|
6
|
Ammonia (NH3)
|
%
|
< 1
|
|
|
|
|
|
7
|
Hidrogen (H2)
|
%
|
< 1
|
0-1
|
< 1
|
0-1
|
1-5
|
|
8
|
Hidrogen sulfida (H2S)
|
ppm
|
< 1
|
0-3
|
< 2
|
0-1
|
0-3
|
Sumber: (a) Al Seadi et al. (2008); (b) Muryanto
et al. (2006); (c) Hambali et al. (2007);
(d) Arifin et al. (2008); (e) www.wikipedia.com/biogas.
(2013)
Sebagai
pembangkit tenaga listrik, energi yang dihasilkan oleh biogas setara
dengan 60-100 watt lampu selama 6 jam penerangan. Kesetaraan biogas
dibandingkan dengan bahan bakar lain dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Nilai kesetaraan
biogas dan energi yang dihasilkan
|
Aplikasi
|
1 m3
Biogas setara dengan
|
|
1 m3 biogas
|
Elpiji 0,46 kg
Minyak tanah 0,62
liter
Minyak solar 0,52 liter
Kayu bakar 3,50 kg
|
Sumber : Waskito
(2011)
Secara umum,
biogas memiliki beberapa karakteristik seperti berikut ini pada Tabel 2.3,
Tabel 2.4, dan Tabel 2.5. Sudah banyak diketahui gas metan memiliki kandungan
gas seperti gas alam ada beberapa jenis dari gas alam berdasarkan dari mana
asal gas tersebut. Perbedaanya terletak pada komposisi kimia, rasio elemen
kimia, dan tekanan saluran bahan bakar (Deublein dan Stainhauser, 2008:53).
Tabel 2.3 Properti biogas secara umum
|
Composition
|
55-70% Methane (CH4)
30-45% Carbon dioxide (CO2)
Traces of other gases
|
|
Energy content
Fuel equivalent
Explosion limit
Ignition temperature
Critical pressure
Critical temperatur
Normal Density
Smell
Molar
Mass
|
6,0-6,5 kWh-3
0,60-0,65 L oil/m3
biogas
6-12 % biogas in air
650-750 oC
(with the above-mentioned methane content)
75-89 bar
-82,5 oC
1,2 kgm-3
Bad eggs (the smell of
desulfurized biogas is hardly noticeable)
16.043 kg kmol-1
|
Tabel 2.4 Properti gas metana
|
|
Temperatur
|
Pressure
[bar]
|
Density[kgL-1]
|
|
|
Critical point
Boiling point at 1.013
bar
Triple point
|
-82.59
oC (190.56 K)
-161.52
oC (111.63 K)
-182.47
oC (90.68 K)
|
45.98
-
0.117
|
0.162
0.4226
-
|
|
Tabel 2.5 Grid-type network for the natural gas
supply
|
Pressure Stage
|
Pressure
[bar gauge]
|
Pipe Diameter
[mm]
|
Flow Rate
[Ms-1]
|
|
Low pressure
-
Medium pressure
High pressure
-
|
<0.03
0.03-0.1
0.1-1.0
1-16
40-120
|
50-600
50-600
100-400
300-600
400-1600
|
0.5-3.5
1-10
7-18
<20
<20
|
Sumber: Deublein dan Stainhauser (2008)
Komposisi biokimia dari jenis bahan baku biogas yang bervariasi mempengaruhi
produksi metana secara teoritis, seperti yang
tersaji pada Tabel 2.6.
Tabel 2.6 Produksi metana dari berbagai macam
material
|
Feedstock
|
Methane yield [%]
|
Biogas yield [m3/tFF*]
|
|
Liquid cattle manure
|
60
|
25
|
|
Liquid pig manure
|
65
|
28
|
|
Distillers grains with solubles
|
61
|
40
|
|
Cattle manure
|
60
|
45
|
|
Pig manure
|
60
|
60
|
|
Poultry manure
|
60
|
80
|
|
Beet
|
53
|
88
|
|
Organic waste
|
61
|
100
|
|
Sweet sorghum
|
54
|
108
|
|
Forage beet
|
51
|
111
|
|
Grass silage
|
54
|
172
|
|
Corn silage
|
52
|
202
|
*FF=fresh
feedstock
Sumber:
Deublein dan Stainhauser (2008)
2.3 Digester Biogas
Untuk memperoleh biogas
dari bahan organik, diperlukan alat yaitu digester biogas/biodigester, yang
bekerja dengan prinsip menciptakan suatu tempat penampungan bahan organik pada kondisi
anaerob (bebas oksigen) sehingga bahan organik tersebut dapat difermentasi oleh
bakteri metanogen untuk menghasilkan biogas. Biogas yang timbul kemudian
dialirkan ketempat penampungan biogas sedangkan lumpur sisa aktifitas fermentasi
dikeluarkan lalu dijadikan pupuk alami yang dapat dimanfaatkan untuk usaha
pertanian maupun perkebunan.
Digester biogas
memiliki tiga (3) macam tipe dengan keunggulan dan kelemahannya masing-masing.
Ketiga tipe biogas tersebut adalah:
1. Tipe fixed domed plant
Terdiri dari digester
yang memliki penampung gas dibagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas
tersebut menekan lumpur sisa fermentasi (slurry)
ke bak slurry. Jika pasokan kotoran
ternak terus menerus, gas yang timbul akan terus
menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang
diberi katup/kran, lihat Gambar 2.2a.
-
Keunggulan : tidak ada bagian
yang bergerak, awet (berumur panjang), dibuat di dalam tanah sehingga
terlindung dari berbagai cuaca atau gangguan lain dan tidak membutuhkan ruangan
(di atas tanah).
-
Kelemahan : rawan terjadi retakan
di bagian penampung gas, tekanan gas tidak stabil karena tidak ada katup gas.
2. Tipe floating drum plant
Terdiri dari satu digester
dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak ke atas
ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan
penggunaan dan produksi gasnya, lihat Gambar 2.2b.
-
Kelebihan : konstruksi alat
sederhana dan mudah dioperasikan. Tekanan gas konstan karena penampung gas yang
bergerak mengikuti jumlah gas. Jumlah gas bisa dengan mudah diketahui dengan
melihat naik turunnya drum.
-
Kelemahan : digester rawan
korosi sehingga waktu pakai menjadi pendek.
3. Tipe baloon
plant
Konstruksi sederhana,
terbuat dari plastik yang pada ujung-ujungnya dipasang pipa masuk untuk kotoran
ternak dan pipa keluar peluapan slurry. Sedangkan pada bagian atas dipasang
pipa keluar gas, lihat Gambar 2.2d.
-
Kelebihan : biaya pembuatan
murah, mudah dibersihkan, mudah dipindahkan
-
Kelemahan : waktu pakai relatif
singkat dan mudah mengalami kerusakan
(a)
floating drum plant; (b) fixed dome plant; (c) fixed dome plant
dengan gas holder terpisah; (d) baloon plant; (e) chanel-typed digester
dengan pelindung matahari dan lapisan plastik
Gambar 2.2. Tipe digester biogas (Sumber: Kossmann and Pönitz, 2008)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar