LANDASAN TEORI + TINJAUAN PUSTAKA
description
Transcript of LANDASAN TEORI + TINJAUAN PUSTAKA
NAMA KELOMPOK PENGANTAR PENELITIAN:
1. HAFID ANGGITO :1211300112. EDWIN GALIH :121130099
JUDUL PENELITIAN
PEMANFAATAN BIOGAS DARI SAMPAH ORGANIK DENGAN BANTUAN SUBSTRAT EM4 SECARA ANAEROBIK SEBAGAI ENERGI LISTRIK
DASAR TEORI
A. BIOGAS
Biogas diproduksi dari penguraian senyawa – senyawa organik dalam
biomassa sebagai akibat aktivitas mikroorganisme (fermentasi) pada kondisi
anaerobic yang berwujud gas yang mudah terbakar, tidak berwarna dan tidak
berbau.Hasil produk utama dari biogas ini adalah gas metana (CH4), produk
sampingnya berupa gas CO2 dan gas – gas lain dalam jumlah yang sedikit serta
produk samping yang berupa endapan.Kandungan gas – gas keseluruhan dalam
biogas disajikan dalam tabel 1.
Tabel 1. Komposisi gas – gas keseluruhan dalam biogas
Sumber: www.unsoed.ac.id penelitian oleh Hermawan, 2005 (diunduh
tanggal 26 September 2015 jam 01.30 pagi)
B. MANFAAT PRODUKSI BIOGAS
1. Karena gas metana (CH4) adalah gas yang mempunyai nilai ekonomis yang
tinggi, maka dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar untuk berbagai
keperluan mulai dari keperluan memasak (Sasse, 1992) hingga penggerak
turbin pembangkit listrik tenaga uap (Joko Sutrisno, 2010).
2. Limbah organik yang tidak bermanfaat berupa kotoran hewan, kotoran
manusia hingga sampah – sampah organik dapat menyebabkan racun yang
berbahaya dan dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Dengan adanya
aplikasi teknologi pembuatan biogas mampu mengurangi efek dampak
pencemaran lingkungan yang ditimbulkan oleh limbah/sampah organik serta
meningkatkan nilai manfaat dari limbah/sampah organik.
3. Selain menghasilkan biogas, juga menghasilkan produk samping berupa
endapan lumpur organik yang dapat diolah menjadi pupuk kompos. Kualitas
pupuk kompos yang dihasilkan tergantung pada bahan baku yang digunakan.
Pengolahan lanjutan limbah biogas menjadi kompos dilakukan dengan cara
separasi cairan (cairan bisa digunakan untuk pupuk cair) dengan padatan
melalui proses filtrasi. Hasil filtrasi yang berupa padatan kemudian
dikeringkan dan ditambahkan senyawa – senyawa kimia seperti nitrogen (N),
phosfor (P), kalium (K), magnesium (Mg), kalsium (Ca) dan mineral lainnya
dalam jumlah sedikit serta penambahan protein, selulosa serta lignin (Joko
Sutrisno, 2010).
C. BAHAN BAKU BIOGAS
1. Kotoran hewan dan kotoran manusia yang masih baru mempunyai
keseimbangan nutrisi, mudah diencerkan dan dapaat diolah secara biologi.
Berbeda dengan kotoran hewan atau kotoran manusia yang sudah kering
karena mengalami kehilangan substrat padat karena adanya proses
pengeringan (volatilized solids). Substrat tersebut adalah bakteri penghasil gas
metana yang terdapat dalam usus hewan atau usus manusia. Dengan adanya
substrat yang berupa bakteri ini dapat membantu proses fermentasi sehingga
pembentukan biogas pada tangki biodigester dapat dilakukan lebih cepat.
Dekomposisi kotoran ternak maupun kotoran manusia menghasilkan polutan
berupa BOD (Biological Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen
Demand), polusi air, polusi udara, dan bakteri patogen.
2. Sampah organik yang berupa sayuran dan buah yang membusuk serta
rumput/jerami mempunyai 3 komponen utama yang berupa protein (berfungsi
sebagai enzim), karbohidrat (sebagai sumber energi) dan lemak (sebagai
cadangan energi). Ketiga komponen ini merupakan makromolekul, sehingga
harus dipecah terlebih dahulu menjadi mikromolekul untuk dapat digunakan
sebagai bahan baku produksi biogas dengan memanfaatkan substrat EM4 yang
berfungsi sebagai pengurai sekaligus membentuk gas bio.
3. Tongkol jagung merupakan bagian dari organ betina sebagai tempat
menempelnya bulir – bulir jagung. Organ ini mempunyai kandungan senyawa
selulosa sebesar 41% dan hemiselulosa sebanyak 36%. Yang dapat digunakan
sebagai bahan baku dalam produksi biogas.
4. Lumpur merupakan hasil dari sedimentasi berbagai bahan organik maupun
anorganik yang tersuspensi dan terendapkan di dasar sungai yang memiliki
kandungan unsur organik yang tinggi dengan kandungan nisbah C/N sebesar
12, 1.24% N total, 1.63 mg/100 gr P dan 48.50 mg/100 g K (Aneka planta,
2008).
D. EFISIENSI PRODUKSI BIOGAS
Efisiensi produksi biogas dipengaruhi oleh berbagai faktor meliputi: suhu,
derajat keasaman (pH), konsentrasi asam – asam lemak volatile, pengadukan,
nutrisi (nisbah karbon dan nitrogen), zat racun, kecepatan bahan organic dan
konsentrasi ammonia. Kondisi optimum untuk proses produksi biogas disajikan
dalam tabel 2.
Tabel 2. Kondisi optimum untuk produksi biogas
Sumber: www.unsoed.ac.id (pengolahan limbah organik menjadi biogas
(2004)). Diunduh tanggal 26 September 2015 jam 02.15 pagi
Parameter – parameter ini harus dikontrol dengan cermat supaya proses
digester secara anaerobic dapat berlangsung optimal antara lain:
a. Nisbah Karbon dan Nitrogen
Rasio C/N akan mempengaruhi proses terbentuknya biogas, terutama
gas metana. Selain itu, pada nutrien apabila rasio C/N tidak dikontrol,
maka terdapat kemungkinan adanya nitrogen berlebih (NH3) yang dapat
menghambat pertumbuhan dan aktivitas mikroorganisme. Nisbah C/N
pada berbagai bahan baku disajikan dalam tabel 3.
Tabel 3. Nisbah C/N pada berbagai bahan baku
no Bahan baku
Rasio C/N
(st: 20 –
25)
Perbandinga
n CH4 : CO2
Keterangan
1
Kotoran Ternak
dan kotoran
manusia
8 90 :10
Nilai bakar
terlalu tinggi
(mendekati
murni)
2 JeramiCN
>65 65 : 35
Nilai bakar
sedang (tidak
murni)
3 Sampah organikCN
>40 70 : 33
Nilai bakar
sedang (tidak
murni)
Sumber: Studi Pustaka Pemanfaatan Proses Biokonversi Sampah Sebagai
Alternative Untuk Memperoleh Biogas oleh Agung Nugroho Catur
Saputro, dkk., 2006
b. Suhu
Suhu akan mempengaruhi kelangsungan hidup mikroorganisme
pembentuk gas metana. Tingginya suhu operasi akan mengakibatkan
mikroorganisme mati, sedangkan pada suhu rendah, kecepatan produksi
biogas akan membutuhkan waktu lama.
c. pH (Derajat Keasaman)
pH harus dijaga pada rentangan 7 – 7,20. Jika pH turun maka akan
menyebabkan pengubahan substrat menjadi biogas terhambat sehingga
mengakibatkan penurunan kuantitas biogas. Dan jika pH naik, akan
menyebabkan produk yang dihasilkan adalah CO2 sebagai produk
utamanya. Selain itu 2 bakteri yang berperan dalam proses produksi
biogas adalah bakteri asam dan bakteri metana, dimana pemberiannya
harus dalam jumlah yang seimbang. tidak seimbangnya jumlah populasi
bakteri metana terhadap bakteri asam akan menyebabkan lingkungan
dalam bioreaktor menjadi sangat asam (pH < 7) dan dapat menghambat
kelangsungan hidup bakteri metana (Garcelon and Clark, 2005).
d. Zat racun
Kadar zat racun dalam bioreactor harus rendah, karena akan
mempengaruhi kelangsungan hidup mikroorganisme, selain itu gas yang
dihasilkan juga tidak akan optimal (http://www.pikiran-rakyat.com).
e. Pengadukan
Bahan baku yang sukar dicerna akan membentuk lapisan kerak
dipermukaan cairan. Untuk mengatasi pembentukan kerak di permukaan
isian tangki pencerna yang mempunyai luas permukaan tetap harus
dibuatkan pengaduk yang dapat memecahkan scum atau kerak (Yunus,
1995).Pemasangan alat pengaduk harus dilakukan dengan hati – hati agar
jangan sampai terjadi kebocoran pada tangki pencerna (Paimin, 2001).
f. Kadar air
Agar dapat beraktifitas secara normal, mikroba penghasil biogas
memerlukan substrat dengan kadar air 90% dan kadar padatan 8– 10%
(Sidik, 2008).
g. Ukuran dan densitas umpan
Semakin kecil ukuran bahan baku yang digunakan, proses
dekomposisi akan semakin cepat karena bidang permukaan bahan yang
kontak dengan mikroorganisme semakin luas (Sudradjat, 2006).
E. PROSES PRODUKSI BIOGAS
Dalam memproduksi biogas dalam skala kecil maupun skala besar terdapat
proses – proses yang harus diperhatikan antara lain:
1. Seleksi dan treatment terhadap bahan
Untuk mendapatkan gas metana dengan kualitas yang bagus dan dalam
kuantitas yang besar, diantaranya harus mengetahui jenis bahan baku yang
digunakan (analisis: ratio C/N, kandungan ammonia, bakteri – bakteri patogen
yang terkandung dalam bahan, analisis kandungan karbohidrat, lemak dan
protein), berat bahan yang ingin dipakai, jumlah, jenis dan kualitas
starter/bakteri pengurai, perbandingan pengenceran bahan menggunakan air
dan suhu operasi sebelum dilakukannya proses biodegradasi menggunakan
starter. Setelah proses seleksi selesai, baru bahan baku, jumlah air dan starter
dimasukkan kedalam reaktor biodigester dan dicampur menggunakan proses
mixing guna mengatasi pembentukan kerak dipermukaan reaktor biodigester.
Gambar 3. Skema proses produksi biogas (sumber: Suriawiria, Menuai
Biogas dari Limbah, 2005)
2. Reaksi yang terjadi didalam reaktor biodigester
Proses penguraian bahan menggunakan starter terjadi didalam reaktor
biodigester ini. Ada 3 tahap dalam pembentukan biogas, yaitu tahap
hidrolisis, tahap asidogenesis dan tahap methanogenesis.
a. Tahap hidrolisis
Pada tahap ini, bahan – bahan organik yang mengandung karbohidrat,
lipid dan protein didegradasi oleh mikroorganisme hidrolitik, menjadi
senyawa terlarut seperti asam karboksilat, asam keto, asam hidroksi,
keton, alkohol, asam amino, H2 dan CO2. Bakteri hidrolitik bekerja pada
suhu 30 – 40°C dengan pH optimum 6 – 7 (Nuraeni, 2002). Reaksinya
adalah sebagai berikut:
(( C6 H 10O5 )n )+n H 2O⃗ bakterihidrolitik n (C6 H12O6 )
Selulosa Glukosa
Gambar 1. Reaksi hidrolisis selulosa menjadi glukosa (sumber:
Manurung, 2007)
b. Tahap asidogenesis
Pada tahap ini sebagian produk hasil metabolisme protein, lemak, dan
karbohidrat yang berupa asam lemak rantai pendek (asam asetat, asam
propionat, asam butirat dan asam format) akan dikonversi menjadi asam
asetat oleh mikroorganisme asidogenik penghasil hidrogen
(pseudomonas, flavobacterium, Eschericia dan acetobacter). Bakteri
acidogenesis ini bekerja secara optimal pada kisaran pH 4,5 – 7.
Dengan terbentuknya asam organik, maka pH akan terus menurun,
namun pada waktu yang bersamaan terbentuk buffer yang dapat
menetralisir pH. Untuk mencegah penurunan pH yang drastis, maka perlu
ditambahkan buffer sebelum tahap pertama berlangsung. Tahap ini akan
terbentuk CO2 dan H2. Bakteri pembentuk asam menguraikan senyawa
glukosa menjadi asam lemak volatile menurut reaksi sebagai berikut:
C6 H12O6+2 H 2 O→2C H 3COOH +2C O2+4 H 2
2C6 H12O6 →2 C H 3 C H2C H 2COOH+4C O2+2 H 2
c.
C6 H12O6+2 H 2 →2C H3C H2COOH +2 H 2O
Gambar 2. Tahap pembentukan asam lemak volatile (sumber: Manurung,
2007)
d. Tahap metanogenesis
Pada tahap ini, asam – asam lemak rantai pendek diubah menjadi H2,
CO2 dan asetat. Asetat mengalami dekarboksilasi dan reduksi CO2.
Bersama – sama dengan H2 dan CO2 menghasilkan produk metana (CH4)
dan karbondioksida (CO2) (Hammad et al, 1999). Bakteri metanogenik
bersifat obligate anaerob dengan oksigen sebagai penghambat. Konversi
ini dilakukan oleh bakteri metan seperti methanobacterium omelianskii,
methanobacterium solugenii, dan methanobacterium suboxydons. Bakteri
As. asetat
Asam butirat
Asam propionat
methanogen bekerja secara optimal pada pH 6,2 – 7,8. Reaksinya adalah
sebagai berikut (Manurung, 2007):
Bakteri asetogenik menguraikan asam propionat dan asam butirat
menjadi asam asetat
C H3 C H 2COOH +2 H2O⃗ bakteriasetogenik C H 3COOH +C O2+3 H2
C H3 C H2C H 2COOH +2 H 2O→ 2 C H3COOH +C O2+2 H 2
Bakteri metan asetotropik menguraikan asam asetat menjadi metan:
C H3 COOH⃗ bakteri metan asetotropikC H 4+C O2
Bakteri metan hidrogenotropik mensintesa H2 dan CO2 menjadi
metana:
2 H2+C O2⃗methanobacterium suboxydons C H4+2 H2
Adanya aktivitas mikroorganisme pengurai yang menguraikan bahan
organik ini dapat menghasilkan panas didalam reaktor biodigester. Panas
yang ditimbulkan dari aktivitas mikroorganisme tersebut tidak
mengganggu kinerja bakteri pengurai tersebut asalkan reaktor biodigester
ini terisolasi sempurna (tidak ada panas dari lingkungan yang masuk ke
reaktor). Selain menghasilkan biogas, hasil samping dari proses
biodegradasi ini adalah endapan lumpur yang mengandung air.
Lumpur yang bercampur air ini akan dipisahkan menggunakan settler
atau dengan proses sedimentasi menggunakan thickener. Cairan bisa
digunakan untuk pupuk cair, sedangkan padatannya digunakan sebagai
pupuk padat.
Asam propionat
Asam butirat
Gambar 4. Mekanisme pembentukan biogas (sumber: FAO, 1978)
3. Purifikasi biogas (pemurnian gas metana (CH4))
Biogas terutama gas CH4 yang dihasilkan dari hasil penguraian
bahan organik menggunakan mikroorganisme pengurai tidak murni 100
%. Terdapat gas – gas seperti CO2, ammonia, H2S dan gas – gas lain
dalam jumlah sedikit yang terikut dengan gas metana. Untuk
mendapatkan kadar gas CH4 yang besar, diperlukan proses purifikasi guna
menghilangkan gas – gas yang tidak diinginkan terutama gas CO2karena
dapat mempengaruhi nilai bakar gas metana dengan sistem adsorbsi
(penjerapan) menggunakan campuran adsorben kaolin – zeolite atau
menggunakan karbon aktif dengan activating agents. Kemampuan
penjerapan oleh adsorben dipengaruhi luas permukaan porinya, untuk itu
dibutuhkan proses penghalusan (milling) untuk meningkatkan daya
adsorpsinya. Gas yang dihasilkan setelah proses pemurnian diuji dengan
menggunakan Gas Analyzer untuk mengetahui besarnya daya adsorben
terhadap gas CO2 yang di adsorpsi.
a. caolin – zeolite
Adsorben ini mampu meningkatkan kadar gas CH4 sampai dengan
68,5% volume saat menggunakan adsorben dengan rasio caolin –
zeolite 3:1, sedangkan saat biogas dilewatkan dalam adsorben caolin –
zeolite dengan rasio 1:6, diperoleh kadar gas metana sebesar 69,5%
volume.
b. Karbon aktif
Merupakan arang yang diperoleh dari carbinisation kayu, coconul
shells, peat, fruit pits. Sebagai activating agent digunakan zinc
chlorida, magnesium chlorida, kalsium chlorida dan phosphoric acid.
Digunakan untuk control polusi, solvent recovery, mengurangi bau
dan gas purification.
Tabel 4. Data untuk karbon aktif
Sumber: teknologi pengendalian pencemar gas oleh Rachmad
Boedisantoso, Surabaya 2011
F. JENIS REAKTOR BIODIGESTER DAN JENIS STARTER
1. Jenis Reaktor
a. Reaktor tipe kubah (Fixed-dome)
Reaktor ini memiliki 2 bagian yaitu:
Digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah
bagi bakteri, baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentuk
gas metana. Bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu
menggunakan batu, batu bata atau beton. Strukturnya harus kuat
karena untuk menahan gas agar tidak terjadi kebocoran.
Kubah tetap merupakan tempat pengumpul gas yang tidak bergerak
(fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan
mengalir dan disimpan dibagian kubah.
Kelebihan menggunakan reaktor tipe kubah adalah biaya konstruksi lebih
murah, sedangkan kelemahan menggunakan reaktor tipe ini adalah
seringnya terjadi kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi
tetapnya.
Gambar 5. Bioreaktor tipe kubah
b. Reaktor Terapung (floating drum)
Reaktor ini memiliki bagian digester yang sama dengan reaktor
kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas dengan
menggunakan peralatan 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.
Kelebihan menggunakan reaktor jenis ini adalah dapat melihat secara
langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya.
Karena tempat penyimpanan yang terapung sehingga tekanan gas konstan.
Kelemahan menggunakan reaktor tipe ini adalah biaya material konstruksi
dan perawatan 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.
Gambar 6. Reactor terapung
c. Reaktor tipe 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.
Gambar 7. Reactor tipe balon
Berdasarkan tata letak reaktor:
Reaktor yang tertimbun dibawah permukaan tanah.
Reaktor yang tertimbun sebagian dibawah permukaan tanah.
Reaktor yang berada diatas permukaan tanah.
Berdasarkan kondisi operasi reaktor:
Batch feeding
Pada tipe batch, bahan baku reaktor ditempatkan di dalam wadah
(ruang tertentu) dari awal hingga selesainya proses degradasi. Ini hanya
umum digunakan pada tahap eksperimen untuk mengetahui potensi gas
dari suatu jenis limbah organik. Tipe ini tidak efektif bila digunakan
untuk kebutuhan masyarakat, sebab akan sulit untuk pergantian materi
setiap rentang waktunya. Jadi banyaknya biogas yang dihasilkan sangat
tergantung dari banyaknya bahan isian.
Tipe continous feeding
Aliran bahan baku masuk dan residu keluar pada selang waktu
tertentu sesuai dengan keinginan. Pengisian bahan baku ke dalam digester
dilakukan secara continue yakni setiap hari, dilakukanpada minggu ketiga
dan keempat setelah pengisian awal dan demikian rentang waktu
selanjutnya mengikuti pola diatas tanpa mengeluarkan atau membuang
bahan isian awal (Karim dkk., 2005).
Tabel 5. Spesifikasi masing – masing bahan material reaktor
Sumber: Sri Wahyuni, M. P. “Biogas Energi Terbarukan Ramah Lingkungan dan Berkelanjutan” pada Kongres Ilmu Pengetahuan Nasional (KIPNAS) ke 10.
Jakarta, 8 – 10 November 2011
2. Jenis Starter atau Bakteri Pengurai
a. Effectiveness Microorganism 4 (EM4)
EM4 ditemukan pertama kali oleh Prof. Teruo Higa dari Universitas
Ryukyu jepang pada tahun 1980. Larutan EM4 mengandung
mikroorganisme fermentasi yang jumlahnya sangat banyak dan dapat
bekerja secara efektif dalam fermentasi bahan – bahan organik. Sasaran
proses fermentasi adalah biomolekul seperti karbohidrat, protein dan lipid
yang terkandung dalam bahan organik. Kondisi lingkungan yang
menguntungkan untuk proses fermentasi ini antara lain pH, kadar air dan
suhu operasi (Kahapang, 2007).
EM4 ini berupa larutan cair berwarna kuning kecoklatan, dimana
cairan ini berbau sedap dengan tingkat keasaman kurang dari 6. Apabila
terdapat bau busuk (Hanifah, 2001) menandakan bahwa mikroorganisme
yang terkandung didalamnya telah mati.
Sebelum digunakan, EM4 perlu diaktifkan dahulu dengan cara
memberikan air dan molase, karena mikroorganisme didalam EM4 berada
dalam kondisi dormansi/tidur (Yuwono, 2005). Effective microorganism 4
mengandung beberapa jenis mikroorganisme yang disajikan dalam tabel 5.
Tabel 6. jenis – jenis mikroorganisme yang terdapat dalam EM4
No Mikroorganisme Keterangan
1 Bakteri fotosintetik Bakteri ini membentuk senyawa – senyawa
untuk sekresi akar tumbuhan, bahan – bahan
organik atau gas berbahaya seperti hydrogen
sulfide (H2S) dengan dibantu sinar matahari
dan panas sebagai sumber energi. Senyawa –
senyawa ini antara lain asam amino, asam
nukleat dan gula.
2 Lactate acid bacteria Bakteri ini menghasilkan asam laktat dari
gula, dan karbohidrat yang dihasilkan oleh
bakteri fotosintetik dan ragi. Bakteri asam
laktat dapat menghancurkan bahan – bahan
organik seperti lignin dan selulosa dan
memfermentasikan tanpa menimbulkan
senyawa – senyawa beracun yang ditimbulkan
dari pembusukan bahan organik.
3 Ragi Bakteri ini menghasilkan senyawa bioaktif
seperti hormone dan enzim yang bermanfaat
bagi pertumbuhan tanaman dari asam amino
dan gula didalam tanah yang dikeluarkan oleh
bakteri fotosintetik atau bahan organik
melalui proses fermentasi
4 Actinomycetes sp bakteri ini menghasilkan zat antimikroba dari
asam amino yang dikeluarkan oleh bakteri
fotosintetik dan bahan organik. Zat ini dapat
menekan pertumbuhan jamur dan bakteri
yang merugikan tanaman.
5 Jamur fermentasi
(Aspergillus sp dan
Penicillium sp)
Menguraikan bahan organik untuk
menghasilkan alcohol, ester dan zat
antimikroba. Pertumbuhan jamur ini berfungsi
dalam menghilangkan bau dengan cara
menghilangkan penyediaan makanannya.
Sumber: D. Yogi Goswami and Frank Kreith, 2007, Energy Conversion
bab 22 “Biomass Conversion Processes For Energy Recovery” page 22 –
9 s.d. 22 – 34, 10th Edition, Informa Bussiness; America
Manfaat menggunakan effectiveness microorganism 4 diantaranya:
Mempercepat proses fermentasi limbah organik.
Menekan bau yang tidak sedap, terutama senyawa H2S dan ammonia.
Menekan perkembangan mikroorganisme patogen.
Dapat digunakan sebagai pupuk cair dan sebagai nutrisi tanaman.
Ramah lingkungan
b. Acinetobacter sp
Bakteri ini tergolong dalam bakteri anaerobic xilanolitic yang
diproduksi dari dalam usus hewan ruminansia. Penggunaan starter jenis ini
dapat meningkatkan C – organic, Nitrogen, Posfor, dan Kalium, dimana
unsur – unsur ini dapat mempengaruhi kualitas biogas serta menghasilkan
lumpur dengan kualitas yang baik untuk sector pertanian.
G. ANALISIS NILAI KALOR
1. Analisis nilai kalor secara eksperimental, langkah – langkah yang harus dilalui
adalah:
a. Menentukan perbedaan ketinggian manometer air untuk mendapatkan
massa harian produksi biogas dengan menggunakan persamaan:
Pgas= ρair g∆ h
Gambar 8. Manometer air
b. Mencari massa harian biogas yang diperoleh:
mgas=Pgas A
g
c. Mancari nilai kalor eksperimental dengan cara mencari terlebih dahulu
perubahan massa bahan bakar biogas yang dihasilkan dari variasi jenis
sampah dengan cara memanaskan ½ kg air dari suhu kamar (28°C)
menjadi 35±1°C menggunakan persamaan:
Q=(mair c pair ∆ T∆ mbb
)mtotal
2. Analisis nilai kalor secara teoritis
Untuk data komposisi gas dari biogas yang dihasilkan dari masing- masing
variasi jenis sampah akan digunakan untuk menentukan nilai kalor biogas
secara teoritis. Adapun caranya hasil dari masing - masing komposisi gas akan
di masukkan ke dalam rumus stokiometri pembakaran. Dari rumus stokiometri
ini akan didapatkan nilai kalor teoritis biogas dari masing – masing variasi
jenis sampah. Dimana, udara pada saat pembakaran mengandung 21% O2 dan
79% N2. Berikut rumus stokiometri yang digunakan:
Komposisi gas + udara = gas yang dihasilkan
(a1 ( C H4 )+a2 ( H 2O )+a3 (C O2 ))+(b (O2 )+c (7921
N2))→¿
Nilai kalor bawah = energy produk – energy reaktan
Nilai kalor atas = nilai kalor bawah + λair mair
Keterangan:
Energy reaktan:
Energy produk:
Nilai kalor bawah adalah nilai kalor sebelum ada proses pembakaran
dalam kJ, sedangkan nilai kalor atas adalah nilai kalor sesudah adanya
proses pembakaran dalam kJ.
mair = massa air yang ingin dipanaskan dalam kg
λair = panas laten uap air (kJ/kg)
∆ mbb = perubahan berat bahan bakar sebelum dan sesudah proses
pembakaran dalam kg
mtotal = massa keseluruhan biogas yang dihasilkan dalam kg
Q = jumlah kalor yang dihasilkan secara eksperimental
c p air = kapasitas panas air (kj/kg°K)
∆ T = beda temperature dalam K
Tabel 7. Nilai kalor standar dari beberapa jenis gas yang terkandung dalam
biogas
Sumber: Jurnal Energi dan Manufaktur Vol.5, No.1, Oktober 2012
Putu Tenaya dkk., “Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Bahan Kering
Terhadap Produksi dan Nilai Kalor Biogas Kotoran Sapi” Bali.
Sumber: O’Callaghan. Paul, (1993), Energy Management, McGraw – Hill,
International Edition, England.
3. Analisis melalui reaksi pembakaran
Analisis ini diperlukan untuk mengetahui berapa besar nilai kalor yang
dihasilkan pada sampah organik. Cara analisisnya adalah sebagai berikut
(Wakil, 1992):
Analisis ini diperlukan untuk mengetahui berapa besar nilai kalor yang
dihasilkan apabila reaksi tidak terjadi pada suhu diatas 25 °C menggunakan
persamaan:
Analisis besar listrik yang dihasilkan pada pembangkit listrik sumber
tenaga dari sampah diantaranya dengan asumsi bahwa efisiensi pembangkit
termal antara 30% - 45% dengan cara sebagai berikut: (Wakil, 1992)
4.
Dengan:
H. TEKNOLOGI KIT CONVERTER BIOGAS KE ENERGI GERAK UNTUK
MENGHASILKAN LISTRIK
Mekanisme kerja dari kit converter biogas adalah sebagai berikut:
Bahan bakar gas CH4 yang berada dalam tabung bertekanan tinggi (1)
dikeluarkan dengan menurunkan tekanannya menggunakan regulator CH4 tekanan
tinggi (2) dan kembali diturunkan tekanannya sesuai dengan kebutuhan konsumsi
bahan bakar dengan menggunakan regulator asetelin (3). Gas yang sudah
diturunkan tekanannya dialirkan melalui selang gas ke kran membran (4).
Kevakuman yang terjadi di ruang bakar yang diakibatkan oleh langkah isap piston
dari TMA ke TMB mengakibatkan pegas kran membran tertarik dan membuka
aliran gas dan gas akan mengalir ke kran pembagi (5) untuk kemudian dialirkan
ke main jet dan pilot jet di dalam pencampur (mixer) (6).
Udara yang masuk karena kevakuman dalam ruang bakar akan bercampur
dengan gas CH4 dan kemudian masuk ke dalam ruang bakar mesin satu silinder
empat langkah (7).
(a)
(b)
Gambar 9(a): mekanisme kerja kit converter biogas; gambar 9(b) mekanisme
yang terjadi dalam tabung pencampur (mixer)
Keterangan:1. Tabung CH4
2. Regulator pengatur tekanan I
3. Regulator Pengatur tekanan II
4. Kran membrane5. Kran pembagi6. Pencampur (Mixer)7. Mesin satu silinder
empat langkah untuk pusat penggerak generator
(b)