BIOGAS SEBAGAI ALTERNATIF ENERGI BIOMASSA

1.        PENGERTIAN BIOGAS

Biogas merupakan bahan bakar gas (biofuel) dan bahan bakar yang dapat diperbaharui (renewable fuel) yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau fermentasi anaerob dari bahan organik dengan bantuan bakteri metana seperti Methanobacterium sp. Bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas yaitu bahan biodegradable seperti biomassa (bahan organik bukan fosil), kotoran, sampah padat hasil aktivitas perkotaan dan lain-lain. Akan tetapi, biogas biasanya dibuat dari kotoran ternak seperti kerbau, sapi, kambing, kuda dan lain – lain. Kandungan utama biogas adalah gas metana (CH₄) dengan konsentrasi sebesar 50 – 80 % vol. Gas dalam biogas yang dapat berperan sebagai bahan bakar yaitu gas metana (CH₄), gas hidrogen (H₂) dan gas karbon monoksida (CO) (http://en.wikipedia.org, 2009 dan http://www.bioenergy.org.nz, 2009).

2.   PROSES PEMBUATAN BIOGAS

Proses pembuatan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses terbentuknya gas metana dalam kondisi anaerob dengan bantuan bakteri anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas metana (CH₄) dan gas karbon dioksida (CO₂)  yang volumenya lebih besar dari gas hidrogen (H₂), gas nitrogen (N₂) dan gas hydrogen sulfida (H₂S). Proses fermentasi memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum 35 ^oC dan pH optimum pada range 6,4 – 7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan yaitu bakteri anaerob seperti Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus dan Methanosarcina (Price and Paul, 1981).

Biogas yang dibuat dari kotoran ternak sapi mengandung gas CH₄ sebesar 55 – 65 %, gas CO₂ sebesar 30 – 35 % dan sedikit gas hidrogen (H₂), gas nitrogen (N₂) dan gas – gas lain. Panas yang dihasilkan sebesar 600 BTU/cuft. Sedangkan, biogas yang dibuat dari gas alam mengandung gas CH₄ sebesar 80 % dengan panas sebesar 1000 BTU/cuft. Kandungan gas CH₄ dari biogas dapat ditingkatkan dengan memisahkan gas CO₂ dan gas H₂S yang bersifat korosif (http://www.sciencedirect.com/, 2007). 

Reaksi pembentukan metana (Price and Paul, 1981) dari bahan – bahan organik  yang dapat terdegradasi dengan bantuan enzim maupun bakteri dapat dilihat sebagai berikut:

Sebagai contoh,  pada pembuatan biogas dari bahan baku kotoran sapi atau kerbau yang banyak mengandung selulosa. Bahan baku dalam bentuk selulosa akan lebih mudah dicerna oleh bakteri anaerob. Reaksi pembentukan CH₄ adalah : (http://digilib.petra.ac.id, 2003)

                        

Kondisi operasi pada pembuatan biogas (http://digilib.petra.ac.id, 2003), antara lain :

·         Temperatur                     = 20 – 40 ^oC (paling optimum pada T = 35 ^oC)

·         Tekanan gas                   = 20 - 25 cmH₂O atau 0,02 – 0,024 atm

·         Rasio C/N                      = 30

·         pH                                  = 6,8 – 8,0

·         Rasio bahan baku/air      = 2 : 3

Reaksi kimia pembuatan biogas (gas metana) ada 3 tahap, yaitu :

     1. Reaksi Hidrolisa / Tahap pelarutan

     Pada tahap ini bahan yang tidak larut seperti selulosa, polisakarida dan lemak diubah menjadi bahan yang larut dalam air seperti karbohidrat dan asam lemak. Tahap pelarutan berlangsung pada suhu 25^o C di digester (http://digilib.petra.ac.id, 2003).

Reaksi:                   

       

     2. Reaksi Asidogenik / Tahap pengasaman

       Pada tahap ini, bakteri asam menghasilkan asam asetat dalam suasana anaerob. Tahap ini berlangsung pada suhu 25^o C di digester (http://digilib.petra.ac.id, 2003).

Reaksi:            

     3. Reaksi Metanogenik / Tahap gasifikasi

     Pada tahap ini, bakteri metana membentuk gas metana secara perlahan secara anaerob. Proses ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu 25^o C di dalam digester. Pada proses ini akan  dihasilkan 70% CH₄, 30 % CO₂, sedikit H₂ dan H₂S (http://digilib.petra.ac.id, 2003).

Reaksi:

3.   KOMPOSISI BIOGAS

Menurut Wellinger and Lindenberg (2000), komposisi biogas yang dihasilkan sangat tergantung pada jenis bahan baku yang digunakan. Namun demikian, komposisi biogas yang utama adalah gas metana (CH₄) dan gas karbon dioksida (CO₂) dengan sedikit hidrogen sulfida (H₂S). Komponen lainnya yang ditemukan dalam kisaran konsentrasi kecil (trace element) antara lain senyawa sulfur organik, senyawa hidrokarbon terhalogenasi (Halogenated hydrocarbons), gas hidrogen (H₂), gas nitrogen (N₂), gas karbon monoksida (CO) dan gas oksigen (O₂). Berikut ini tabel mengenai komposisi utama yang terdapat dalam biogas.

4.    NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOGAS

Panas pembakaran dari suatu bahan bakar adalah panas yang dihasilkan dari pembakaran sempurna bahan bakar pada volume konstan dalam kalorimeter dan dinyatakan dalam kal/kg atau Btu/lb. Panas pembakaran dari bahan bakar bisa dinyatakan dalam High Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV). High Heating Value merupakan panas pembakaran dari bahan bakar yang di dalamnya masih termasuk latent heat dari uap air hasil pembakaran. Low Heating Value merupakan panas pembakaran dari bahan bakar setelah dikurangi latent heat dari uap air hasil pembakaran Nilai kalor pembakaran yang terdapat pada biogas berupa High Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV) pembakarannya dapat diperoleh dari tabel berikut:(http://digilib.petra.ac.id, 2003)

5.   PROBLEM BIOGAS

Problem yang muncul ketika biogas baru diproduksi adalah komposisi biogas itu sendiri karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Beberapa gas yang tidak menguntungkan antara lain :

1)      Gas Karbon dioksida (CO₂)

Gas CO₂ dalam biogas perlu dihilangkan karena gas tersebut dapat mengurangi nilai kalor pembakaran biogas. Nilai kalor pembakaran gas metana murni pada tekanan 1 atm dan temperatur 15,5 ^oC yaitu 9100 Kkal /m³ (12.740 Kkal/kg). Sedangkan nilai kalor pembakaran biogas sekitar 4.800 – 6.900 Kkal/m³ (6.720 – 9660 Kkal/kg) (Harasimowicz et al, 2007). Tingginya kandungan CO₂ dalam biogas menyebabkan nilai kalor pembakaran turun menjadi sebesar 4.301,63 – 6.213,47 Kkal/m³ (6.022,28 – 8.698,85 Kkal/kg) dari  nilai pembakaran CH₄ murni sebasar 9.559,18 Kkal/m³ (13.382,85 Kkal/kg) (http://www.bioenergy.org.nz, 2009).

2)      Gas Hidrogen Sulfida (H₂S)

Menurut Lastella et al (2002), konsentrasi gas ini dalam biogas relatif kecil ± 0,1 – 2%. Gas ini bersifat korosif sehingga konsentrasi yang besar dalam biogas dapat

menyebabkan korosi pada ruang pembakaran. Selain itu, gas ini mempunyai bau yang tidak sedap, bersifat racun dan hasil pembakarannya menghasilkan gas sulfur dioksida (SO₂). Menurut http://biopact.com (2007), bila biogas mengandung H₂S pada konsentrasi lebih kecil dari 1 % maka proses desulfurisasi tidak perlu dilakukan.

6.   MANFAAT BIOGAS DALAM KEHIDUPAN

Manfaat pembuatan biogas dari kotoran ternak antara lain :

1.      Gas yang dihasilkan dapat mengganti fuel seperti LPG atau natural gas. Pupuk sapi yang dihasilkan dari satu sapi dalam satu tahun dapat dikonversi menjadi gas metana yang setara dengan lebih dari 200 liter gasoline (http://www.sciencedirect.com, 2007).

2.      Gas yang dihasilkan dapat digunakan untuk sumber energi menyalakan lampu, dimana 1 m³ biogas dapat digunakan untuk menyalakan lampu 60 Watt selama 7 jam. Hal ini berarti bahwa 1m³ biogas menghasilkan energi = 60 W x 7 jam = 420 Wh = 0,42 kWh (http://digilib.petra.ac.id, 2003).

3.      Limbah digester biogas, baik yang padat maupun cair dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik (http://digilib.petra.ac.id, 2003).