LAPORAN PRAKTIKUM ENERGI ALTERNATIF

TEKNOLOGI GAS BIO

Oleh: Indah Ayuningtyas Wardani NIM A1H010096 KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS JENDERAL SOERDIRMAN FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO 2013 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah sampah ini sangat mengganggu lingkungan jika pengelolaannya tidak baik dan benar. Banyak masyarakat belum mengerti akan pentingnya pengelolaan sampah yang baik dan benar. Sampah rumah tangga dapat dibagi menjadi 2, yaitu sampah organik dan sampah anorganik. Sampah organik merupakan sampah yang cepat dan mudah membusuk seperti sisa makanan, daundaunan, kulit buah dan sayur dan feses. Sementara sampah anorganik merupakan sampah yang tidak mudah membusuk atau dapat membusuk tapi dalam waktu yang sangat lama seperti plastik, kertas, sterofoam, logam dan kaca dan bahan berbahaya dan beracun. Pengelolaan sampah yang baik seperti penyortiran dapat membantu mempercepat pembusukan sampah.

Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya feses manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Meski demikian, hanya bahan organik homogen berbentuk padat maupun cair seperti kotoran dan air kencing hewan ternak seperti babi dan sapi yang cocok untuk sistembiogas sederhana. Di samping itu, di daerah yang banyak terdapat industri pemrosesan makanan seperti tahu, tempe, ikan pindang dan brem, saluran llimbahnya bisa disatukan ke dalam sistem biogas sehingga limbah industri tersebut diatas berasal dari bahan organik yang hmogen. Jenis bahan organik yang diproses sangat mempengaruhi produktivitas sistem biogas. Biogas memiliki kandungan energi tinggi yang tidak kalah dari kandungan energi dalam bahan bakar fosil. Nilai kalor dari 1 m3 biogas sekitar 6000 watt jam atau setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu, biogas sangat cocok menggatikan minyak tanah, LPG, butana, batu bara dan bahan bakar fosil lainnya. Biogas mengandung 75% metana. Semakin tinggi kandungan metana dalam bahan bakar, maka semakin besar kalor yang dihasilkan. Oleh karena itu, biogas juga memiliki karakteristik yang sama dengan gas alam. Sehingga jika biogas diolah dengan benar, biogas bisa digunakan untuk menggantikan gas alam. Sampah organik selain bisa dimanfatkan sebagai pupuk kompos, dapat juga dimanfaatkan sebagai biogas karena fermentasi anaerobik di dalam biodigester, yaitu tempat untuk fermentasi sampah organik tersebut. Biogas dari sampah organik dapat membantu menjaga lingkungan tetap indah dan bersih juga dapat bermanfaat bagi kita. Karena selain dapat digunakan untuk memasak, biogas juga dapat digunakan untuk penerangan. B. Tujuan 1. Mengetahui instalasi biogas dari limbah sampah organik. 2. Mengetahui tahapan proses dalam produksi biogas.

II. BAHAN DAN ALAT A. Bahan 1. Kotoran ternak sapi 2. Sampah organik 3. Air 4. Bakteri

B. Alat 1. Digester 2. Gas holder 3. Drum penampung pupuk cair 4. Kompor gas bio 5. Alat tulis 6. Kamera

III.METODE PRAKTIKUM A. Waktu dan Tempat Praktikum

Mersi Kecamatan Purwokerto Timur pada Jumat, 6 Juni 2013 pukul 08.00 s.d. 11.00
WIB.

B. Metode Praktikum 1. Sampah rumah tangga dipisahkan antara yang organik dan anorganik. 2. Sampah anorganik diolah menjadi kerajinan tangan atau dapat didaur ulang, sedangkan sampah organik dibawa ke tempat pengolahan menggunakan mobil bak untuk kemudian dimaskukkan ke dalam lubang input sampah pada digester. 3. Sampah organik akan mengalami fermentasi anaerobik dan akan menghasilkan biogas. 4. Hasil proses fermentasi selain berupa gas juga menghasilkan cairan yang dapat digunakan sebagai pupuk cair organik. 5. Gas bio juga dapat dimanfaatkan sebagai penerangan dengan bantuan generator. 6. Mengambil sampah hasil rumah tangga, kemudian memisahkannya berdasarkan jenisnya. 7. Gas yang dihasilkan akan ditampung oleh gas holder dan disalurkan ke rumah-rumah warga dengan jangkauan 50 m.

IV. LANDASAN TEORI Limbah adalah sesuatu yang tidak berguna, tidak memilii nilai ekonomi dan akan dibuang, apabila masih dapat digunakan maka tidak disebut limbah. Jenis limbah cair pada dasarnya ada 2 yaitu limbah industri dan limbah rumah tangga. Limbah cair yang termasuk limbah rumah tangga pada dasarnya hanya mengandung zat-zat organik yang dengan pengolahan yang sederhana atau secara biologi dapat menghilangkan polutan yang terdapat didalamnya. Biogas (gas bio) merupakan gas yang timbul dari hasil fermentasi bahanbahan organik seperti, kotoran hewan, kotoran manusia, atau sampah direndam di dalam air dan disimpan di dalam tempat yang tertutup atau anaerob. Biogas ini sebenarnya dapat juga terjadi pada kondisi alami, namun untuk mempercepat dan menampung gas ini, maka diperlukan alat yang memenuhi syarat terbentuknya gas ini (Setiawan, 2007:35). Hambali et al. (2007:52) menyatakan bahwa biogas didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan-bahan organik (seperti, kotoran ternak, kotoran manusia, jerami, sekam dan daun-daun hasil sortiran sayuran) difermentasikan atau mengalami proses metanisasi. Menurut Simamora et al. (2006:12) bahwa biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan suatu gas yang sebagian besar merupakan metan dan karbon dioksida dan proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutama bakteri metan. Limbah yang selama ini tidak diolah dan dibiarkan menumpuk baik itu limbah pertanian, peternakan, dan limbah agro industri ternyata dapat menghasilkan suatu hal yang berguna. Contohnya, feses ternak yang selama ini hanya dipandang sebagai kotoran yang tidak bernilai. Ternyata dapat bermanfaat setelah diolah, tidak terlalu sulit untuk mengubah bahan tersebut menjadi gas, hanya mencampurkan bahan tersebut dengan air dan didiamkan dalam ruang hampa udara.

Kotoran ternak atau limbah organik lainnya jika di masukkan dalam digester (tangki pengurai) dalam beberapa hari akan mengalami proses fermentasi dan terbentuklah gas. Contohnya biogas yang digunakan sekarang kebanyakan memanfaatkan feses ternak sebagai bahan bakunya, selain itu ada juga yang menggunakan dari limbah pertanian dari pabrik. Hampir sama yang disampaikan Shiddiq (2009) bahwa biogas merupakan gas yang dihasilkan dari proses pembusukan limbah organik (dari mahluk hidup) dengan bantuan bakteri dalam keadaan anaerob. Limbah organik ini dapat berupa kotoran manusia, kotoran hewan, atau limbah agro industri. Teknologinya biogas merupakan teknologi sederhana yang memanfaatkan limbah yang tidak berguna lagi dengan proses penguraian. Kedua artikel diatas menjelaskan bahwa penguraian bahan organik secara anaerobik. Gas yang terbentuk akibat adanya proses fermentasi bahan-bahan organik yang diantaranya, kotoran manusia, kotoran hewan, atau limbah pertanian maupun limbah rumah tangga dan gas yang dihasilkan adalah sebagian gas metane. Keuntungan dari biogas yaitu dapat digunakan untuk memasak dan tenaga listrik, limbah dari biogas tersebut dapat diolah menjadi pupuk padat dan cair yang dapat digunakan langsung pada tanaman. Menurut Haryati (2006:160) biogas merupakan renewable energy yang dapat dijadikan bahan bakar alternatif untuk menggantikan bahan bakar yang berasal dari fosil seperti minyak tanah dan gas alam. Di beberapa negara, biogas membawa keuntungan untuk kesehatan, sosial, lingkungan dan finansial. Dijelaskan lebih lanjut bahwa instalasi biogas adalah suatu penyediaan sumber energi desentralisasi yang sangat berguna. Contohnya di Tanzania biogas di hasilkan dari limbah kota dan industuri yang menghasilkan tenaga listrik dan pupuk. Departemen Pertanian (2009) dijelaskan bahwa manfaat energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak tanah dan dipergunakan untuk memasak. Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, disamping itu produksi biogas juga menghasilkan sisa olahan kotoran ternak yang langsung dapat digunakan sebagai pupuk organik pada tanaman atau budidaya pertanian.

Biogas mempunyai banyak manfaat. Biogas merupakan hasil penguraian bahan organik dan menghasilkan gas yang dapat digunakan sebagai sumber energi, baik energi listrik, gas untuk memasak, pengganti minyak tanah. Di perjelas lagi oleh Setiawan (2007:35-37) bahwa kotoran ternak selain dijadikan pupuk kandang, kotoran ternak juga dapat digunakan untuk menghasilkan biogas. Biogas merupakan proses fermentasi feses ternak diubah menjadi gas dalam kondisi anaerob. Menurut Hambali et al. (2007:57-61) bahwa ada tiga jenis bahan baku yang prospektif untuk dikembangkan sebagai bahan baku biogas, diantaranya kotoran hewan dan manusia, sampah organik dan limbah cair. a. Kotoran Hewan dan Manusia Pemanfaatan kotoran ternak dan manusia sebagai bahan baku biogas akan mengatasi beberapa permasalahan yang timbul akibat kotoran tersebut bila dibandingkan limbah lain yang menumpuk tanpa pengolahan. Kotoran hewan yang menumpuk akan mencemari lingkungan. Jika kotoran tersebut terbawa air masuk kedalam tanah atau sungai. Sebagai bahan baku biogas, ketersediaan kotoran hewan sangat melimpah. Hewan-hewan tersebut diperlihara baik dalam jumlah besar di peternakan maupun dipelihara secara individu dalam jumlah kecil oleh rumah tangga. Berdasarkan hasil estimasi, seekor sapi dalam satu hari dapat menghasilkan kotoran sebanyak 10 - 30 kg, seekor ayam menghasilkan kotoran 25 gram per hari dan seekor babi dewasa menghasilkan kotoran 4,5 5,3 kg per hari. Berdasarkan hasil riset yang pernah ada diketahui bahwa setiap 10 kg kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter biogas dan 20 kg kotoran babi menghasilkan 1,379 liter biogas. b. Sampah Organik Padat Secara garis besar, sampah dibedakan menjadi tiga jenis yaitu anorganik, organik dan khusus. Sampah organik berasal dari bahan-bahan penyusun tumbuhan dan hewan yang diambil dari alam atau dihasilkan dari kegiatan pertanian, perikanan, kegiatan rumah tangga, industri dan kegiatan lainnya.

Sampah organik ini dengan mudah dapat diuraikan dalam proses alami. Potensi sampah di Indonesia sangat besar. Khususnya untuk rumah tangga, jumlah yang dihasilkan pada tahun 2020 diperkirakan akan meningkat 5 kali lipat. Diprediksi peningkatan tersebut bukan saja karena pertambahan penduduk, tetapi juga karena meningkatnya timbunan sampah perkapita yang disebabkan oleh perbaikan tingkat ekonomi dan kesejahteraan. Berdasarkan hasil penelitian, pembuatan biogas dari sampah organik menghasilkan biogas dengan komposisi metan 51,33 58,18% dan gas CO241,82 48,67% campuran sampah organik tersebut dengan kotoran dapat meningkatkan komposisi metan dalam biogas. c. Limbah Organik Cair Limbah cair merupakan sisa pembuangan yang dihasilkan dari suatu proses yang sudah tidak dipergunakan. Kegiatan-kegiatan yang berpotensi sebagai penghasil limbah cair antara lain kegiatan industri, rumah tangga, peternakan, dan pertanian. Saat ini kegiatan rumah tangga mendominasi jumlah limbah cair dengan persentase sekitar 40 % dan diikuti oleh limbah industri 30% dan sisanya limbah rumah sakit, pertanian, peternakan, atau limbah lainnya. Komponen utama limbah cair adalah air (99%) sisanya yaitu bahan padat yang bergantung pada asal buangan tersebut. Tidak semua limbah cair dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biogas, hanya limbah cair organik yang dapat digunakan sebagai bahan baku biogas. Limbah tersebut diantaranya urin hewan, limbah cair rumah tangga, dan limbah cair industri seperti, industri tahu, tempe, tapioka, brem dan rumah potong hewan. Pengolahan limbah cair untuk biogas dilakukan dengan mengumpulkan limbah cair dengan digester anaerob yang diisi dengan media penyangga yang berfungsi sebagai tempat hidup bakteri anaerob. Menurut Irmawati (2008:7-8) pembentukan gasbio dilakukan oleh mikroba pada situasi anaerob, yang meliputi tiga tahap, yaitu tahap hidrolisis, tahap pengasaman dan tahap metanogenik. Pada tahap hidrolisis terjadi pelarutan bahan-bahan organik mudah larut dan pencernaan bahan organik yang komplek menjadi sederhana, perubahan struktur bentuk primer menjadi bentuk monomer.

Pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir dari gula-gula sederhana pada tahap ini akan dihasilkan asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol dan sedikit butirat, gas karbondioksida, hidrogen dan amoniak. Pada tahap metanogenik adalah proses pembentukan gas metan. Diketahui bahwa biogas memiliki banyak kegunaan yang dapat membantu manusia dalam kehidupan sehari-hari. Pertama, gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik yang diantaranya, kotoran manusia dan hewan, limbah rumah tangga, sampah atau limbah organik dapat digunakan untuk memasak dan menjalankan generator untuk pembangkit tenaga listrik. Kedua, limbah pertanian, perkebunan, dan peternakan yang selama ini dibuang sekarang ini sudah dapat dikelola dan dapat dimanfaatkan serta dapat menghindari adanya pencemaran lingkungan. Ketiga, limbah yang dihasilkan dari biogas dapat digunakan sebagai pupuk cair dan pupuk padat, dan dapat digunakan untuk pertanian dan perkebunan. Oleh karena itu, bioenergi adalah sumber energi terbarukan, yaitu sumber energi yang dapat tersedia kembali dalam jangka waktu tahunan, tidak seperti minyak bumi atau batu bara yang membutuhkan waktu jutaan tahun. Teknologi ini juga membantu dalam hal pengolahan limbah serta memberikan hasil tambahan berupa pupuk cair dan pupuk padat, mengingat harga pupuk kimia sekarang yang semakin langka dan semakin mahal.

V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Hasil praktikum dapat dilihat pada Lampiran 1. B. Pembahasan Biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan suatu gas yang sebagian besar merupakan metan dan karbon dioksida dan proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutama bakteri metan. Pembentukan gasbio dilakukan oleh mikroba pada situasi anaerob, yang meliputi tiga tahap, yaitu tahap hidrolisis, tahap pengasaman dan tahap metanogenik. Pada tahap hidrolisis terjadi pelarutan bahan-bahan organik mudah larut dan pencernaan bahan organik yang komplek menjadi sederhana, perubahan struktur bentuk primer menjadi bentuk monomer. Pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir dari gula-gula sederhana pada tahap ini akan dihasilkan asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol dan sedikit butirat, gas karbondioksida, hidrogen dan amoniak. Pada tahap metanogenik adalah proses pembentukan gas metan. Faktor faktor yang mempengaruhi produksi biogas antara lain : 1. Kondisi anaerob Biogas dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh mikroorganisme anaerob. Oleh sebab itu maka reaktor biogas harus dalam keadaan anaerob.

2. Bahan Baku Isian Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan baku isian harus terhindar dari bahan - bahan anorganik seperti deterjen, pasir , tanah, batu , plastik dan beling.

Bahan isian ini harus mengandung berat kering sekita 7 9 % . Keadaan ini dapat dicapai dengan cara menambahkan air dengan perbandingan 1 : 1-2 (bahan baku air). 3. Temperatur Proses anaerob biasanya berlangsung pada temperatur 30 38oC atau pada temperatur 4958oC (termofilik) dan harus sangat diperhatikan mengingat organisme berkembang pada temperatur berbeda. 4. pH Keasaman (pH) optimal bagi kehidupan organisme adalah 6,8 7,8. Pada tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam-asam organik yang akan menurunkan pH . Mencegah terjadinya penurunan pH dapat dilakukan dengan penambahan Ca(OH)2 atau CaCo3. Penambahan NaHCO3 dapat meningkatkan alkalinitas dari suatu larutan fermentasi. 5. Starter Strater diperlukan untuk mempercepat proses perombakan bahan organik menjadi biogas. Starter merupakan mikro organisme perombak yang telah dijual komersial. 6. Rasio C/N Bakteri pembentuk metana umumnya menggunakan karbon sebagai sumber energi untuk pertumbuhan dan nitrogen dibutuhkan untuk membangun struktur sel. Biasanya karbon yang dibutuhkan 25 30 kali lebih banyak dibanding dengan nitrogen. Praktikum tentang pengolahan sampah menjadi biogas ini berlokasi di Jl. Gerilya Timur No. 508 Berkoh, Kelurahan Mersi Kecamatan Purwokerto Timur. Instalasi biogas sampah rumah tangga ini berdiri sejak tahun 2012 dan dibangun selama 60 hari dengan waktu pemeliharaan 180 hari. Instalasi biogas ini mampu menampung sampah organik rumah tangga yang kemudian akan diolah menjadi biogas dan pupuk cair.

Gambar 1. Lokasi Instalasi Biogas Sampah Rumah Tangga Tabel 1. Bagian-bagian Instalasi Pengolahan Limbah sampah rumah tangga di Mersi No. Nama Bagian Fungsi Gambar 1. Input Berfungsi untuk memasukkan sampah organik yang selanjutnya akan diolah menjadi biogas dan pupuk cair 2. Output Berfungsi untuk mengeluarkan limbah cair yang dihasilkan dari pengolahan sampah

3.

Digester

Berfungsi sebagai tempat pengolahan sampah menjadi biogas dan pupuk cair

4.

Katup penyaluran gas metan

Berfungsi untuk menyalurkan gas metan ke dalam gas holder

5.

Katup pencacahan dan pendorongan sampah

Berfungsi untuk mencacah dan mendorong sampah

6.

Gas holder

Berfungsi sebagai tempat penyimpanan sementara biogas sebelum digunakan

7.

Kompor gas

Berfungsi sebagai aplikasi penggunaan biogas untuk memasak

Pengolahan sampah organik menjadi biogas di Mersi tidak jauh berbeda dengan pengolahan limbah menjadi biogas di tempat lainnya, namun yang berbeda dari pengolahan limbah di Mersi yaitu bahan baku yang berupa limbah organik rumah tangga dan bentuk digesternya. Tahapan proses dalam produksi biogas dan pupuk cair yaitu: proses pemisahan antara sampah organik dan anorganik, kemudian untuk sampah anorganik dapat dijadikan kerajinan tangan ataupun dijual, sedangkan sampah organik dimasukkan ke dalam lubang input, kemudian sampah dicacah dan didorong dengan alat pengaduk yang terdapat di dalam katup pencacahan dan pendorongan. Sampah akan melakukan proses fermentasi di dalam digester, kemudian gas yang dihasilkan akan disalurkan ke gas holder oleh katup penyaluran gas dan limbah cairnya akan keluar melalui lubang output. Biogas yang dihasilkan dapat digunakan untuk bahan bakar kompor dan penerangan jika diberi generator untuk mengkonversi biogas menjadi listrik, sedangkan limbah cairnya dapat digunakan sebagai pupuk cair untuk tanaman. Berikut ini merupakan skema pengolahan limbah organik rumah tangga yang terdapat di Mersi.

Gambar 2. Diagram Pemanfaatan dan Pengolahan Limbah Pembuatan instalasi biogas sebaiknya harus jauh dari pemukiman padat karena polusi udara yang dihasilkan cukup mengganggu aktivitas warga. Namun, hal tersebut dapat dicegah dengan membuat instalasi limbah yang tertutup sehingga tidak mengganggu aktivitas warga. Jika demikian, maka instalasi limbah juga dapat dibangun di sekitar pemukiman yang padat penduduknya. Selain di Mersi, instalasi pengolahan limbah menjadi biogas juga terdapat di Ex-Farm UNSOED (pengolahan limbah ternak), Desa Kalisari Kecamatan Cilongok (IPAL cair tahu), IPAL industri tahu di Desa Cikembulan di Kabupaten Banyumas, IPAL dan Biogas dari Limbah Tahu industri tahu Grumbul Muntuk

Sokaraja Banyumas, IPAL untuk mengolah limbah cair industri tapioka di Desa Gumelar.

VI. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan 1. Instalasi biogas dari limbah sampah organik terdiri dari lubang input, output, digester, katup penyaluran gas metan, katup pencacahan dan pendorongan, gas holder. 2. Tahapan proses dalam produksi biogas yaitu: sampah organik dimasukkan ke dalam lubang input, kemudian sampah dicacah dan didorong dengan alat pengaduk yang terdapat di dalam katup pencacahan dan pendorongan. Sampah akan melakukan proses fermentasi di dalam digester, kemudian gas yang dihasilkan akan disalurkan ke gas holder oleh katup penyaluran gas dan limbah cairnya akan keluar melalui lubang output. B. Saran 1. Sebaiknya praktikum dilaksanakan menjadi beberapa shift agar praktikum dapat berjalan lebih kondusif. 2. Sebaiknya asisten dapat mengkondisikan praktikan agar praktikum lebih kondusif lagi.

DAFTAR PUSTAKA Abdullah, K., et al. 1998. Energi dan Listrik Pertanian. Academic Development of the Graduate Program, The Faculty of Agricultural Engineering and Technology, Bogor Agriculture University, Bogor. Jones, Don D., et al. 1980. Methane Generation from Livestock Waste. Energy management in Agriculture. A Publication of Cooperation Extension Service, Purdue University. Suryo, W., et al. 1980. Biogas Sebagai Sumber Energi Pedesaan. Makalah pada lokakarya Pengembangan Energi Non-Konvensional. Direktorat Jenderal Ketenagaan, Departemen Pertambangan dan Energi Republik Indonesia, Jakarta.

Lampiran 1. Hasil Praktikum Hasil Praktikum