Makalah Biogas PDF

Preview

Summary

MAKALAH BIOGAS Untuk memenuhi salah satu tugas Pendidikan Lingkungan Hidup Disusun oleh : 1. Abdul Latif 2. Apid Somantri 3. Dani Herdiyana 4. Linta Nurhasanah 5. Nina Maryana 6. Nuni Nurjanah 7. Susilawati Kelas : XI-TKJ-1 PEMERINTAH KOTA BANJAR DINAS PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN SMK NEGERI 4 BANJAR J...

Description

MAKALAH BIOGAS Untuk memenuhi salah satu tugas Pendidikan Lingkungan Hidup

Disusun oleh :

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Abdul Latif Apid Somantri Dani Herdiyana Linta Nurhasanah Nina Maryana Nuni Nurjanah Susilawati Kelas : XI-TKJ-1

PEMERINTAH KOTA BANJAR DINAS PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

SMK NEGERI 4 BANJAR Jalan Pangandaran Desa Sukamukti Kecamatan Pataruman Kota Banjar 46316 Email : [email protected] Telepon : (0265) 2732306 Websites : http://smkn4banjar.sch.id 2015

KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Illahi Robbi, atas berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan karya tulis ini yang berjudul “Biogas” dengan baik. Tak lupa pula shalawat serta salam semoga dilimpahkan kepada junjungan kita, Nabi Muhammad SAW, kepada para keluarganya, sahabatnya, dan para pengikutnya sampai akhir zaman. Aamiin. Selama penyusunan karya tulis ini tentunya hambatan selalu mengiringi, namun, masukan, saran, bimbingan, dorongan, dan bantuan dari berbagai pihak membuat semua hambatan dalam penyusunan hasil karya ini dapat teratasi. Hasil karya ini dibuat dengan tujuan sebagai informasi serta menambah wawasan khususnya mengenai teknologi ramah lingkungan yang sangat dibutuhkan pada saat sekarang ini. Karena, bumi ini semakin tua semakin pula sakit akibat aktivitas manusia yang semakin tidak ramah dengan alam. Akibatnya banyak sekali komponen alam yang terganggu maupun rusak akibat dari aktivitas manusia. Itulah sedikit gambaran dari hasil karya yang telah kami selesaikan ini. Tak ada gading yang tak retak. Demikian pula, taka ada karya yang sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk kemajuan hasil karya ini di masa mendatang. Penulis memanjatkan do’a semoga Allah SWT, memberikan balasan yang setimpal atas segala amal, budi baik semuanya. Akhir kata, kami selaku penyusun berharap agar semua yang tersaji dalam karya tulis ini dapat memberikan manfaat bagi kit semua. Aamiin. Banjar, 18 Februari 2015

Penulis

ii

DAFTAR ISI Cover ………………………………………………..………..

i

Kata Pengantar ………………….…………......................…..

ii

Daftar Isi ……………………………………………….... …..

iii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………………………………….…

1

1.2 Rumusan Masalah ……………………………….... 2 1.3 Tujuan ……………………………………………..

2

1.4 Manfaat …………………………………………....

2

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Biogas …………………………………. 3 2.2 Proses Pencernaan Anaerob ………………………. 6 2.3 Teknologi Digester ………………………………... 10 2.4 Cara Pembuatan Biogas …………………………… 12 2.5 Manfaat Biogas ……………………………………. 18 2.6 Kelebihan dan Kekurangan Biogas ………………... 20 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan ………………………………………… 21 3.2 Saran ……………………………………………….. 22 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

iii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Berbagai kasus pencemaran lingkungan dan memburuknya kesehatan masyarakat yang banyak terjadi dewasa ini diakibatkan oleh limbah cair dari berbagai kegiatan industri, rumah sakit, pasar, restoran hingga rumah tangga. Hal ini disebabkan karena penanganan dan pengolahan limbah tersebut kurang serius. Berbagai teknik pengolahan limbah, baik cair maupun padat untuk menyisihkan bahan polutannya yang telah dicoba dan dikembangankan selama ini belum memberikan hasil yang optimal. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka diperlukan suatu metode penanganan limbah yang tepat, terarah dan berkelanjutan. Salah satu metode yang dapat diaplikasikan adalah dengan cara BIOPROSES, yaitu mengolah limbah organik baik cair maupun organik secara biologis menjadi biogas dan produk alternatif lainnya seperti sumber etanol dan methanol. Dengan metode ini, pengolahan limbah tidak hanya bersifat “penanganan” namun juga memiliki nilai guna/manfaat. Biogas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon di atmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil. Saat ini, banyak negara maju yang meningkatkan penggunaan biogas yang dihasilkan baik dari limbah cair maupun limbah padat atau

1

yang dihasilkan dari sistem pengolahan biologi mekanis pada tempat pengolahan limbah. Teknologi pengolahan limbah baik cair maupun padat merupakan kunci dalam memelihara kelestarian lingkungan. Apapun macam teknologi pengolahan limbah cair dan limbah padat, baik domestik maupun industri yang dibangun harus dapat dioperasikan dan dipelihara masyarakat setempat. Jadi teknologi yang dipilih harus sesuai dengan kemampuan teknologi masyarakat yang bersangkutan.

1.2 Rumusan Masalah 1. Apakah yang dimaksud dengan biogas? 2. Apa sajakah kandungan dari biogas? 3. Bagaimanakah cara untuk mengolah limbah tahu, eceng gondok dan kotoran? 4. Apa sajakah kelebihan dan kekurangan biogas?

1.3 Tujuan 1. Mengetahui pengertian biogas. 2. Mengetahui kandungan biogas. 3. Mengetahui proses pembuatan biogas limbah tahu, eceng gondok dan kotoran. 4.` Mengetahui kelebihan dan kekurangan biogas.

1.4 Manfaat 1. Untuk lingkungan, dengan pembuatan biogas, maka lingkungan tidak menjadi rusak. 2. Untuk masyarakat, dapat meringankan beban karena biogas merupakan alternatif bahan bakar yang lebih murah. 3. Untuk siswa, dapat digunakan sebagai pembelajaran tentang pembuatan teknologi ramah lingkungan dan juga dapat melatih jiwa kewirausahaan. 4. Untuk pemerintah, dengan adanya biogas, maka dapat mengurangi berbagai macam permasalahan yang dihadapi terhadap kerusakan lingkungan.

2

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Biogas Biogas adalah gas mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan oleh proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara). Pada umumnya semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas, namun demikian hanya bahan organik (padat, cair) homogen seperti kotoran dan urine (air kencing) hewan ternak cocok untuk sistem biogas sederhana. Di daerah yang banyak industri pemrosesan makaan antara lain tahu, tempe, ikan, pindang atau brem bisa menyatukan saluran limbahnya ke dalam sistem biogas, sehingga limbah industri tersebut tidak mencemari lingkungan di sekitarnya. Hal ini memungkinkan karena limbah industri tersebut diatas berasal dari bahan organik yang homogen. Bahan bakar biogas tidak menghasilkan asap merupakan suatu pengganti yang unggul untuk menggantikan bahan bakar minyak atau gas alam. Gas ini dihasilkan dalam proses yang disebut pencernaan anaerob, merupakan gas campuran metan (CH4), karbondioksida (CO2), dan sejumlah kecil nitrogen, amonia, sulfur dioksida, hidrogen sulfida, dan hidrogen. Secara alami, gas ini terbentuk pada limbah pembuangan air, tumpukan sampah, dasar danau atau rawa. Mamalia termasuk manusia menghasilkan biogas dalam sistem pencernaannya, bakteri dalam sistem pencernaan menghasilkan biogas untuk proses mencerna selulosa. Biomassa yang mengandung kadar air yang tinggi seperti kotoran hewan dan limbah pengolahan pangan cocok digunakan untuk bahan baku pembuatan biogas. Limbah peternakan merupakan salah satu sumber bahan yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas, sementara perkembangan atau pertumbuhan industri peternakan menimbulkan masalah bagi lingkungan karena menumpuknya limbah peternakan. Polutan yang dihasilkan dari dekomposisi kotoran ternak yaitu BOD

3

(Biological Oxygen Demand) dan COD (Chemichal Oxygen Demand), bakteri patogen, polusi air, debu, dan polusi bau. Di banyak negara berkembang kotoran ternak, limbah pertanian, dan kayu bakar digunakan sebagai bahan bakar. Hal inilah yang menjadi perhatian karena emisi metan dan karbondioksida yang menyebabkan efek rumah kaca dan mempengaruhi perubahan iklim global. Jika dilihat dari segi pengolahan limbah, proses anaerob juga memberikan beberapa keuntungan yaitu menurunkan nilai COD dan BOD, total solid, volatile solid, nitrogen nitrat, dan nitrogen organik. Bakteri caliform dan patogen lainnya, telur insek, parasit, bau juga dihilangkan atau menurun. Di daerah pedesaan yang tidak terjangkau listrik, penggunaan biogas memungkinkan untuk belajar dan melakukan kegiatan komunitas di malam hari. Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 1.1 Kesetaraan biogas dengan beberapa sumber energi lain Bahan Bakar Jumlah Elpiji 0,46 kg Minyak Tanah 0,62 liter Minyak Solar 0,52 liter Bensin 0,80 liter Gas Kota 1,50 m3 Kayu Bakar 3,50 kg Sumber : Departemen Petanian (2009)

Komponen terbesar biogas adalah Methana (CH4, 54-80%-vol) dan karbondioksida (CO2, 20-45%-vol) serta sejumlah kecil H2, N2, dan H2S. Komposisi biogas bervariasi tergantung dengan asal proses anaerobik yang terjadi. Pada literature lain komposisi biogas secara umum ditampilkan dalam tabel berikut : Komponen Presentase Metana (CH4) 55 - 75% Karbondioksida (CO2) 25 - 45% Nitrogen (N2) 0 - 0,3% Hidrogen (H2) 1 - 5% Hidrogen Sulfide (H2S) 0 - 3% Oksigen (O2) 0,1 – 0,5% Tabel 1.2 Komposisi biogas secara umum

4

Biogas berasal dari fermentasi bahan-bahan organik diantaranya : a. Limbah tanaman : tebu, rumput-rumputan, jagung, dan lain-lain; b. Limbah dan hasil produksi : minyak, gas, penggiling padi, limbah sagu; c. Hasil samping industri : tembakau, limbah pengolahan buah-buahan dan sayuran, dedak, kain dari tekstil, ampas tebu dari industri gula dan tapioka, limbah cair industri tahu; d. Limbah Perairan : tumbuh-tumbuhan air, eceng gondok; e. Limbah Peternakan : kotoran sapi, kotoran kerbau, kotoran kambing, kotoran unggas. No. Bahan Organik Jumlah (Kg) Biogas (lt) 1

Kotoran Sapi

1

40

2

Kotoran Kerbau

1

30

3

Kotoran Babi

1

60

4

Kotoran Ayam

1

70

Tabel 1.3 Produksi Biogas Dari Berbagai Bahan Organik

No.

Jenis Ternak

Jml. Tinja Per Kandungan Air Bahan hari/Kg (%) Kering 1 Sapi 28 80 20 2 Sapi Perah 28 80 20 3 Kerbau 35 83 17 4 Kambing 1.13 74 26 5 Domba 1.13 74 26 6 Babi 3.41 67 33 7 Ayam/kampung/ras 0.18 72 28 8 Itik 0.34 62 38 9 Manusia 0.15 77 23 Tabel 1.4 Perbandingan Jumlah Kotoran /Tinja Yang Dihasilkan Ternak Dan Manusia

5

2.2 Proses Pencernaan Anaerob Proses pencernaan anaerob, yang merupakan dasar dari reaktor biogas yaitu proses pemecahan bahan organik oleh aktivitas bakteri metanogenik dan bakteri asidogenik pada kondisi tanpa udara. Bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti kotoran binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga. Proses anaerob dapat berlangsung di bawah kondisi lingkungan yang luas meskipun proses yang optimal hanya terjadi pada kondisi yang terbatas. Parameter

Nilai

Temperatur Mesofilik

35o C

Termofilik

54o C

pH

7-8

Alkalinitas

2500 mg/L Minimum

Waktu retensi

10-30 hari

Laju terjenuhkan

0.15-0.35 kg.VS/m3/hari

Hasil biogas

4.5-11 m3/kg.VS

Kandungan metana

60-70 %

Tabel 1.5 Kondisi pengoperasian pada proses pencernaan anaerob

Pembentukan biogas meliputi tiga tahap proses yaitu : a. Hidrolisis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan-bahan organik mudah larut dan pencernaan bahan organik kompleks menjadi sederhana; b. Pengasaman, pada tahap pengasaman komponen monomer yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bakteri asam. Produk akhir dari perombakan gula-gula sederhana ini yaitu asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas karbondioksida, hidrogen dan amonia. c. Metanogenik, pada tahap ini terjadi proses pembentukan gas metan. Bakteri pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini, yaitu untuk mereduksi sulfat dan komponen sulfur lainnya menjadi hidrogen sulfida.

6

Untuk lebih jelasnya proses pembentukan biogas dapat dilihat pada diagram alir di bawah ini : Selulosa 1. Hidrolisis

(C6H10O5)n + nH2O Selulosa

n(C6H12O6) Glukosa

Glukosa (C6H12O6)n + nH2O CH3CHOHCOOH Glukosa Asam Laktat CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2 Asam Butirat CH3CH2OH + CO2 Etanol Asam Lemak dan Alkohol

2. Pengasaman

3. Metanogenik

4H2 + CO2 2H2O + CH4 CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + CH4 CH3COOH + CO2 CO2 + CH4 CH3CH2CH2COOH + 2H2 + CO2 CH3COOH + CH4

Metana + CO2 Gambar 1.1 Diagram alur proses fermentasi anaerobik

Bakteri yang berperan dalam proses pencernaan anaerobik yaitu bakteri hidrolitik yang memecah bahan organik menjadi gula dan asam amino, bakteri fementatif yang mengubah gula dan asam amino menjadi asam organik, bakteri asidogenik merubah asam organik menjadi hidrogen, karbondioksida dan asam asetat, dan bakteri metanogenik yang menghasilkan gas metan dari asam asetat, hidrogen, dan karbondioksida. Bakteri metanogenik akan menghasilkan biogas yang bagus (kandungan gas metan tinggi) pada suhu 25o-30o C. Di dalam digester biogas terdapat dua jenis bakteri yang sangat berperan yaitu bakteri asidogenik dan bakteri metanogenik. Kedua bakteri ini harus dipertahankan jumlahnya seimbang. Bakteri-bakteri inilah yang merubah bahan organik menjadi gas metan dan gas lainnya dalam siklus hidupnya.

7

Kandungan gas metan dalam biogas yang dihasilkan tergantung pada jenis bahan baku yang dipakai. Sebagai contoh komposisi biogas dapat dilihat pada Table 1.6 Kotoran

Campuran Kotoran Sapi dan Sampah

Sapi

Pertanian

Metana (CH4)

65.7

55-70

Karbondioksida (CO2)

27.0

27-45

Nitrogen (N2)

2.3

0.5-3.0

0.0

0.1

Oksigen (O2)

0.1

6.0

Propan (C3H8)

0.7

-

Hidrogen Sulfida

Tidak

(H2S)

Terukur

Nilai Kalor (kkal/m3)

6513

Jenis Gas

Karbonmonoksida (CO)

Sedikit sekali 4800-6700

Tabel 1.6 Kompisisi gas (%) dalam biogas yang berasal dari kotoran ternak dan sisa pertanian.

Kegagalan proses pencernaan anaerobik dalam digester biogas bisa dikarenakan tidak seimbangnya populasi bakteri metanogenik terhadap bakteri asam yang menyebabkan lingkungan menjadi sangat asam (pH kurang dari 7) yang selanjutnya menghambat kelangsungan hidup bakteri metanogenik. Kondisi keasaman yang optimal pada pencernaan anaerobik yaitu sekitar pH 6,8 sampai 8, laju pencernaan akan menurun pada kondisi pH yang lebih tinggi atau rendah. Bakteri yang terlibat dalam proses anaerobik membutuhkan beberapa elemen sesuai dengan kebutuhan organisme hidup seperti sumber makanan dan kondisi lingkungan yang optimum. Bakteri anaerob mengkonsumsi karbon sekitar 30 kali lebih cepat dibanding nitrogen. Hubungan antara jumlah karbon dan nitrogen dinyatakan dengan rasio karbon/nitrogen (C/N), rasio optimum untuk digester anaerobik berkisar 20 - 30. Jika C/N terlalu tinggi, nitrogen akan dikonsumsi dengan cepat oleh bakteri metanogen untuk memenuhi

8

kebutuhan pertumbuhannya dan hanya sedikit yang bereaksi dengan karbon akibatnya gas yang dihasilnya menjadi rendah. Sebaliknya jika C/N rendah, nitrogen akan dibebaskan dan berakumulasi dalam bentuk amonia (NH 4) yang dapat meningkatkan pH. Jika pH lebih tinggi dari 8,5 akan menunjukkan pengaruh negatif pada populasi bakteri metanogen. Kotoran ternak sapi mempunyai rasio C/N sekitar 24. Hijauan seperti jerami atau serbuk gergaji mengandung persentase karbon yang jauh lebih tinggi, dan bahan dapat dicampur untuk mendapatkan rasio C/N yang diinginkan. Rasio C/N beberapa bahan yang umum digunakan sebagai bahan baku biogas disajikan pada tabel 1.7 Bahan

Rasio C/N

Kotoran bebek

8

Kotoran manusia

8

Kotoran ayam

10

Kotoran kambing

12

Kotoran babi

18

Kotoran domba

19

Kotoran sapi/kerbau

24

Tabel 1.7 Rasio karbon dan nitrogen (C/N) dari beberapa bahan baku

Slurry kotoran sapi mengadung 1,8 - 2,4% nitrogen, 1,0 - 1,2% fosfor (P205), 0,6 - 0,8% potassium (K 20), dan 50 - 75% bahan organik. Kandungan solid yang paling baik untuk proses anaerobik yaitu sekitar 8%. Untuk limbah kotoran sapi segar dibutuhkan pengenceran 1 : 1 dengan air. Jenis Kotoran Produksi Gas per Kg (m3) 0.023-0.040 Sapi/Kerbau 0.040-0.059 Babi 0.065-0.116 Unggas 0.020-0.028 Manusia Tabel 1.8 Potensi produksi gas dari berbagai jenis kotoran hewan

9

2.3 Teknologi Digester Saat ini berbagai bahan dan jenis peralatan biogas telah banyak dikembangkan sehingga dapat disesuaikan dengan karakteristik wilayah, jenis, jumlah dan pengelolaan kotoran ternak. Secara umum terdapat dua teknologi yang digunakan untuk memperoleh biogas. Pertama, proses yang sangat umum yaitu fermentasi kotoran ternak menggunakan digester yang didesain khusus dalam kondisi anaerob. Kedua, teknologi yang baru dikembangkan yaitu dengan menangkap langsung gas metan dari lokasi tumpukan sampah tanpa harus membuat digester khusus. Peralatan dan proses pengolahan dan pemanfaatan biogas ditampilkan pada gambar berikut.

Gambar 1.2 Peralatan dan proses pengolahan dan pemanfaatan biogas

Beberapa keuntungan kenapa digester anaerobik lebih banyak digunakan antara lain : 1. Keuntungan pengolahan limbah a. Digester anaerobik merupakan proses pengolahan limbah yang alami b. Membutuhkan lahan yang lebih kecil dibandingkan dengan proses kompos aerobik ataupun penumpukan sampah c. Memperkecil volume atau berat limbah yang dibuang d. Memperkecil rembesan polutan 2. Keuntungan energi a. Proses produksi energi bersih b. Memperoleh bahan bakar berkualitas tinggi dan dapat diperbaharui c. Biogas dapat dipergunakan untuk berbagai penggunaan

10

3. Keuntungan lingkungan . a. Menurunkan emisi gas metan dan karbondioksida secara signifikan b. Menghilangkan bau c. Menghasilkan kompos yang bersih dan pupuk yang kaya nutrisi d. Memaksimalkan proses daur ulang e. Menghilangkan bakteri coliform sampai 99% sehingga memperkecil kontaminasi sumber air 4. Keuntungan ekonomi Lebih ekonomis dibandingkan dengan proses lainnya ditinjau dari siklus ulang proses Bagian utama dari proses produksi biogas yaitu tangki tertutup yang disebut digester. Desain digester bermacam-macam sesuai dengan jenis bahan baku yang digunakan, temperatur yang dipakai dan bahan konstruksi. Digester dapat terbuat dari cor beton, baja, bata atau plastik dan bentuknya dapat berupa seperti silo, bak, kolam dan dapat diletakkan di bawah tanah. Sedangkan untuk ukurannya bervariasi dari 4-35 m3. Biogas dengan ukuran terkecil dapat dioperasikan dengan kotoran ternak 3 ekor sapi, 7 ekor babi atau 500 ekor unggas.

Gambar 1.3 Beberapa macam digester

Biogas yang dihasilkan dapat ditampung dalam penampung plastik atau digunakan langsung pada kompor untuk memasak, menggerakan generator listrik, patromas biogas, penghangat ruang/kotak penetasan telur dll.

11

...