Biogas dari Kotoran Sapi

Biogas dari Kotoran Sapi – Permasalahan energi mempunyai kecenderungan untuk meningkat setiap tahunnya, terutama di negara berkembang seperti Indonesia. Pada tahun 2008, negara Indonesia kelauar dari OPEC dikarenakan kebutuhan impor bahan bakar minyak sudah melebihi kesanggupan ekspornya.

Biogas dari Kotoran Sapi

Sapi (pixabay.com)

Di lain sisi ketersedian cadangan energi fosil berupa gas dan minyak yang terbatas tidak sebanding dengan peningkatan kebutuhan energi. Memang tidaklah terlalu buruk bagi kita untuk bergantung dengan sumber energi fosil namun juga perlu dipikirkan bahwa energi fosil akan habis beberapa dasawaras lagi. Karena itu, akhirnya mendorong banyak ilmuwan unutk mencari sumber energi alternatif baru untuk menggantikan sumber energi fosil.

Salah satunya adalah biogas. Biogas sangat berpotensi untuk dimanfaatkan menjadi sumber energi terbarukan. Hal ini dikarenakan kandungan gas metana (CH4) yang tinggi dan nilai kalornya yang cukup tinggi yaitu berkisar antara 4.800-6.700 kkal/m3. Dimana gas metana hanya memiliki satu karbon di setiap rantainya yang membuat pembakarannya lebih ramah lingkungan.

Pengertian Biogas

Biogas dari Kotoran Sapi

Struktur Gas Metana (youtube.com)

Biogas adalah gas flameable (mudah terbakar) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri dalam kondisi  anaerob (tertutup dari udar bebas). Proses fermentasi ini biasa terjadi di dalam digester, bahan-bahan organik di dalamnya akan mengalami pembusukan sehingga menghasilkan biogas. Biogas yang dihasilkan selanjutnya dialirkan dengan pipa menuju tempat penampungan gas atau ke tempat penggunaanya.

Adapun kandungan gas metana pada biogas yang dibuat dari kotoran sapi nilainya sekitar 55% – 65%, kemudian gas karbondioksida sekitar 30% – 35% dan mengandungsedikit gas hidrogen (H2) dan gas-gas lainnya. Sedangkan panas yang dihasilkan adalah sebesar 600 BTU/cubic foot.

Manfaat Biogas dari Kotoran Sapi

Biogas dari Kotoran Sapi

Manfaat Biogas dari Kotoran Sapi (dswtwildernessjournal.com)

Biogas dapat dimanfaatkan sebagai pengganti bahan bakar LPG dan minyak tanah yang biasa digunakan unutk memasak, juga dapat menggantikan bahan bakar minyak seperti bensin dan solar. Selain itu biogas juga dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi unutk membangkitkan listrik.

Sisa kotoran sapi yang digunakan untuk menghasilkan biogas juga dapat digunakan sebagai pupuk organik untuk budidaya tanaman atau kegiatan pertanian. Indonesia memiliki potensi yang masih cukup besar untuk pengembangan biogas, hal ini mengingat banyak populasi sapi dan kerbau. Berdasarkan data, pada tahun 2005 terdapat 11.000.000 ekor sapi dan 500.000 ekor kerbau di Indonesia.

Proses Pembuatan Biogas dari Kotoran Sapi

Biogas dari Kotoran Sapi

Pabrik Biogas (pixabay.com)

Proses pembuatan biogas dari kotoran sapi terjadi karena adanya dekomposisi bahan organik secara anaerob (tertutup dari udara bebas). Proses ini akan menghasilkan suatu gas yang sebagian besar mengandung metana dan karbondioksida (CO2). Gas yang terbentuk disebut gas rawa atau biogas.

Biogas yang terbentuk dapat dijadikan sebagai bahan bakar, karena mengandung gas metana (CH4) yang mudah terbakar. Dimana proses pembusukan anaerob yang terjadi dibantu oleh sejumlah mikroorganisme seperti bakteri metan.

Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah berkisar antara 25-55oC. Saat suhu tersebut, mikroorganisme dapat bekerja secara optimal untuk merombak bahan-bahan organik. Komposisi gas yang terdapat pada pembentukan biogas, seperti ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Jenis-jenis Reaktor atau Digester

Biogas dari Kotoran Sapi

Digester (energyonwi.uwex.edu)

Digester biasanya berbentuk tabung dan digunakan sebagai tempat terjadinya proses fermentasi anaerob. Jenis digester dapat dibagi menjadi 2 jika dilhat dari cara pengisiannya, yaitu batch feeding (sekali pengisian) dan continuous feeeding (pengisian secara terus menerus).

1. Batch Feeding

Biogas dari Kotoran Sapi

Batch Feeding Digester (build-a-biogas-plant.com)

Batch feeding merupakan jenis digester yang bahan bakunya dimasukkan ke dalamnya sampai penuh, kemudian ditunggu hingga terjadi proses fermentasi dan menghasilkan biogas. Setelah tidak ada lagi biogas yang dihasilkan atau biogas yang dihasilkan sedikit, semua bahan isian di keluarkan dari digester untuk kemudian diganti dengan bahan bahan isian yang baru.

2. Continuous Feeding

Biogas dari Kotoran Sapi

Continuous Feeding Digester (suezwaterhandbook.com)

Continuous feeding adalah jenis digester yang pengisian bahan organiknya dilakukan setiap hari dalam jumlah tertentu, setelah biogas mulai berproduksi. Pada pengisian awal digester diisi penuh, lalu di tungggu sampai biogas berproduksi. Setelah biogas berproduksi, pengisian bahan organik dilakukan secara terus-menerus setiap hari dengan jumlah tertentu. Digester jenis continuous feeding mempunyai dua jenis, yaitu jenis kubah terapung (floating dome) dan jenis tetap (fixed dome).

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Biogas

Biogas dari Kotoran Sapi

Ilmuwan (themanufacturer.com)

Disaat kita ingin membuat biogas dari kotoran sapi, haruslah kita perhatikan juga beberapa faktor yang akan mempengaruhi hasil produksi bigas yang kita buat. Terdapat beberapa faktor yang perlu diperhatikan, diantaranya suhu pencernaan, tingkat keasaman (pH), perbandingan kandungan karbon dan nitrogen, bahan baku isian, proses pencampuran atau pengadukan, dan hidraulic retention time (HRT).

1. Temperatur atau Suhu

Suhu pencernaan sangat berpengaruh terhadap keaktifan dan pertumbuhan bakteri metan, kebanyakan bakteri pembentuk metan aktif pada dua rentang waktu, yaitu rentang mesofilik antara 30-35 derajat celcius (suhu ruang) dan rentang termofilik antara 50-60 derajat celcius.

Pada temperature 40-50 derajat celcius aktifitas bakteri pembentuk metan terhalangi, dan di sekitar suhu 42 derajat celcius kinerja digester akan terputus-putus dikarenakan transisi bakteri pembentuk metan dari organisme mesofilik menjadi organisme termofilik.

Meskipun bakteri pembentuk metan aktif dan tumbuh pada beberapa rentang temperatur kebanyakan dari bakteri tersebut merupakan mesofilik dan beberapa merupakan termofilik dan psikrofilik yang terbatas pada unit yang memerlukan perlakuan tertentu seperti septic tank dimana proses pencernaan tidak panas dan membutuhkan waktu yang lama.

Rentang temperatur optimum untuk pertumbuhan bakteri pembentuk metan dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Kelompok Bakteri

Rentang Temperatur, oC

Psikorofilik

5-25

Mesofilik

30-35

Termofilik

50-60

2. Tingkat Keasamaan (pH)

Tingkat keasaman bahan isian sangatlah berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme di dalamnya. Tingkat keasaman yang sesuai dengan kehidupan mikroorganisme adalah seitar 6,8%-7,8%. Pada tahap awal fermentasi akan terbentuk asam organik yang akan menurunkan nilai keasaman hingga mencapai 4%-5%. Hal yang bisa dilakukan untuk menghasilkan pH yang sesuai adalah dengan menambahkan kabur atau larutan kapur.

3. Rasio Carbon Nitrogen (C/N)

Perimbangan karbon (C) dan nitrogen (N) yang terkandung dalam bahan organik sangat menentukan kehidupan dan aktivitas mikroorganisme. Perbandingan C/N yang sesuai bagi mikroorganisme perombak, adalah berkisar anatara 25%-30%. Kotoran (feses dan urine) sapi mempunyai kandungan C/N sebesar 18%, maka perlu ditambah dengan limbah pertanian lain yang mempunyai kandungan C/N 30% lebih tinggi dibaningkan kotoran sapi.

Persamaan berikut menunjukan cara unutk mencari rasio (C/N) pada biogas:

  • Rasio N = Jumlah kotoran atau limbah (kg) x N (%)
  • Rasio C = Jumlah kotoran atau limbah (kg) x C (%)
  • Jumlah total Rasio pada biogas (C/N) = N/C

4. Bahan Baku Isian

Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur, dan sampah organik. Bahan baku yang umum digunakan biasanya, adalah kotoran sapi perah. Bahan baku isian harus terhindar dari bahan anorganik seperti pasir, batu, plastik, atau pecahan kaca.

Karena hal itu dapat menghambat proses fermentasi bahan-bahan organik. Bahan isian ini harus mengandung bahan kering setidaknya sebanyak 7%-9%. Pecampuran seluruh bahan isian dapat dilakukan dengan cara mengencerkannya menggunakan air yang perbandingannya 1:1.

5. Pengadukan

Setelah bahan isian dicampur maka perlu dilakukan proses pengadukan agar campuran menjadi homogen. Pengadukan akan meningkatkan proses pencernaan dengan menyebarkan bakteri, substrat, dan nutrisi ke seluruh bagian digester serta menyamakan suhu.

Kegiatan metabolisme bakteri pembentuk asetat dan metan memerlukan kontak spasial yang dekat. Pengadukan yang lembut dapat memastikan kontak tersebut. Pengadukan diperlukan agar hidrolisis limbah dan produksi asam organik dan alkohol oleh bakteri pembentuk asetat dapat berjalan baik

6. Hidraulic Retention Time (HRT)

HRT atau waktu retensi sangat dipengaruhi oleh suhu. Hubungan antara suhu dan waktu retensi dapat dilihat pada gambar di atas. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin tinggi suhu maka waktu retensi akan semakin sedikit, sebaliknya apabila suhu rendah waktu retensi akan lebih lama.

Oleh karena itu temperatur harus dijaga agar tetap stabil. Untuk negara tropis seperti Indonesia tidak diperlukan perlakuan khusus karena suhu ruang normal di Indonesia relatif stabil untuk produksi biogas dan waktu retensinya berkisar antara 10-30 hari.

Cara Membuat Biogas dari Kotoran Sapi

Biogas dari Kotoran Sapi

Kandang Sapi untuk Biogas (greenenergyfutures.ca)

Untuk menghasilkan biogas dari kotoran sapi, perlu dilakukan persiapan seperti menghitung kebutuhan energi, menentukan model digester, membuat filter gas, membuat bahan baku isian. Semua itu harus harus dipenuhi agar dapat memproduksi biogas secara efisien dan hemat.

1. Menghitung Kebutuhan Energi

Sebelum memulai membuat biogas, ada baiknya diperkirakan dan diperhitungkan terlebih dahulu banyaknya biogas yang ingin diproduksi. Hal ini bertujuan agar dapat biogas dapat dipakai secara efisien dan menghemat biaya pembangunan dan perawatan alat.

Sebagai contoh terdapat 6 rumah yang ingin menggunakan biogas untuk menggantikan bahan bakar gas unutk memasak. Keudian diperkirakan berapa banyak gas yang dihabiskan setiap rumah, misal setiap rumah biasanya menghabiskan satu elpiji 12 kg setiap bulan. Biogas sebanyak 1 m3 sama dengan 0,46 kg elpiji, jadi setiap bulannya dibutuhkan 12 kg/0,46 kg = 26,09 m3, kemudian dikali 6 rumah sehingga totalnya adalah 156,54 m3 biogas.

Perhitungan di atas berdasarkan tabel kesataraan biogas senilai 1 m3 dengan bahan bakar lain di bawah ini.

2. Menentukan Model Digester

Setelah menghitung kebutuhan biogas setiap bulannya,selanjutnya menghitung besarnya digester yang akan digunakan. Rata-rata satu ekor sapi menghasilkan 20 kg kotoran setiap hari dan berpotensi menghasilkan 0,36 m3 biogas.

Sehingga jika dihitung (156,54 m3/0,36 m3) x 20 kg = 8696,67 kg kotoran setiap bulan. Jika 20 kg kotoran memiliki volume 1 m3 dan pernadingan air dan kotoran adalah 1:1, maka dibutuhkan digester dengan volume minimal (8696,67 kg x 2 / 20 kg) x 1 m3 = 869,67 m3.

3. Membuat Filter Gas

Sebelum digunakan biogas harus disaring terlebih dahulu agar gas tidak mengandung zat berbahaya dan tidak terlalu bau. Berikut skema dari filter gas yang biasa digunakan untuk menyaring biogas.

cara membuat Biogas dari Kotoran Sapi

Adapun keterangan dari setiap bagian alat filter biogas yang biasa digunakan dalam pembangkit listrik tenaga biogas.

  1. Digester
  2. Menara Absorber
  3. Pompa
  4. Menara Absorber
  5. Tangki Penampung
  6. Tangki Pengendap
  7. Generator
  8. Aerator

4. Membuat Bahan Baku Isian

Bahan baku utama membuat biogas adalah kotoran sapi dan dicampur dengan air dengan perbandingan 1:1 yang ditampung di bak penampungan sementara. Setelah tercampur dengan baik kemudian dialirkan ke dalam digester  dan ditambahkan starter ebanyak 1 liter dan isi rumen segar sebanyak 5 karung unutuk digester ukuran 3,5 – 5 m2. Kemudian cairan tersebut akan mulai menghasilkan biogas pada hari ke 14.

Demikianlah cara membuat biogas dari kotoran sapi yang mudah dan sederhana. Dengan melakukan setiap langkah yang dijelaskan di atas secara benar, maka Anda akan mampu dengan mudah membuat biogas dari kotoran sapi. Semoga artikel ini bisa bermanfaat dan berguna bagia Anda. Salam.

Leave a Reply