Proses Pembentukan Biogas

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, anaerobic digestion (AD) adalah proses mikrobiologis dekomposisi bahan organik dalam ketiadaan oksigen. Produk utama dari proses ini adalah biogas dan digestate. Biogas adalah gas yang mudah terbakar, yang terutama terdiri dari metana dan karbon dioksida. Digestate adalah substrat membusuk, akibat produksi biogas. Selama proses AD, hanya sedikit panas yang dihasilkan sangat berbeda dengan dekomposisi aerobik (dengan oksigen). Peristiwa itu dinamakan pengomposan.

Proses pembentukan biogas merupakan hasil dari beberapa proses terkait, dimana bahan awal terus dipecah menjadi unit yang lebih kecil dengan melibatkan kelompok mikroorganisme tertentu dalam setiap langkah tersebut. Organisme ini berturut-turut menguraikan produk dari langkah sebelumnya yang disederhanakan dalam bentuk diagram proses AD, yang ditunjukkan pada Gambar 2.3, terdiri dari empat langkah proses utama: hidrolisis, acidogenesis, asetogenesis, dan metanogenesis.

Gambar 2.3 Langkah proses anaerobic digestion (Sumber: Al Seadi et al, 2001)

Proses langkah yang tersaji dalam Gambar 2.3, berjalan secara paralel dipengaruhi ruang dan waktu dalam tangki digester. Kecepatan proses dekomposisi total ditentukan oleh lambatnya reaksi dari rantai. Dalam kasus pembangkit biogas, pengolahan substrat sayuran yang mengandung selulosa, hemi-selulosa dan lignin, hidrolisis merupakan proses penentuan kecepatannya. Selama hidrolisis jumlah biogas yang dihasilkan relatif kecil. Produksi biogas mencapai puncaknya selama metanogenesis.

2.4.1   Hidrolisis

Hidrolisis adalah langkah pertama AD, dimana bahan organik kompleks (polimer) didekomposisi menjadi unit yang lebih kecil (monomer dan oligomer). Selama hidrolisis, polimer seperti karbohidrat, lipid, asam nukleat dan protein diubah menjadi glukosa, gliserol, purin dan pyridines. Mikroorganisme hidrolitik mengeluarkan enzim hidrolitik, mengubah biopolimer menjadi senyawa sederhana dan larut seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 di bawah ini:

Gambar 2.4 Skema proses hidrolisis

Berbagai mikroorganisme yang berperan dalam hidrolisis seperti exoenzymes, diproduksi oleh mikroorganisme yang menguraikan bahan partikel larut. Produk yang dihasilkan dari hidrolisis selanjutnya diurai oleh mikroorganisme yang terlibat dan digunakan untuk proses metabolismenya sendiri.

2.4.2   Acidogenesis

Selama acidogenesis, produk hidrolisis yang dikonversi oleh bakteri acidogenic (fermentasi) ke substrat metanogen. Gula sederhana, asam amino dan asam lemak terdegradasi menjadi asetat, karbon dioksida dan hidrogen (70%) serta menjadi asam lemak volatil (VFA) dan alkohol (30%).

2.4.3   Acetogenesis

Produk dari acidogenesis yang tidak dapat langsung diubah menjadi metana oleh bakteri metanogen diubah menjadi substrat metanogen selama asetogenesis. Asam lemak volatil (VFA) dan alkohol dioksidasi menjadi substrat metanogen seperti asetat, hidrogen dan karbon dioksida. VFA dengan rantai karbon lebih dari dua unit dan alkohol dengan rantai karbon lebih dari satu unit, dioksidasi menjadi asetat dan hidrogen. Produksi hidrogen meningkatkan tekanan parsial hidrogen. Hal ini dapat dianggap sebagai produk limbah dari asetogenesis karena menghambat metabolisme bakteri acetogenic. Selama methanogenesis, hidrogen diubah menjadi metana. Asetogenesis dan metanogenesis biasanya berjalan paralel sebagai simbiosis dua kelompok organisme.

2.4.4   Methanogenesis

Produksi metana dan karbon dioksida yang dilakukan oleh bakteri metanogen 70% dari metana yang terbentuk berasal dari asetat, sedangkan sisanya 30% dihasilkan dari konversi hidrogen (H) dan karbon dioksida (CO₂), sesuai dengan persamaan berikut:

Gambar 2.5 Skema proses methanogenesis

Metanogenesis merupakan langkah penting dalam seluruh proses anaerobic digestion karena proses reaksi biokimianya paling lambat. Methanogenesis ini sangat dipengaruhi oleh kondisi operasi seperti komposisi bahan baku pakan yang diberikan, suhu, dan pH adalah contoh faktor yang mempengaruhi proses metanogenesis sementara digester yang overloading, perubahan suhu atau besarnya masukan oksigen dapat mengakibatkan penghentian produksi metana.