Proses pembentukan biogas

1. Proses pembentukan biogas

Biogas secara karakteristik fisik merupakan gas. Karena itu, proses pembentukannya membutuhkan ruangan dalam kondisi kedap atau tertutup agar stabil. Pada prinsipnya, biogas terbentuk dari beberapa proses yang berlangsung dalam ruang yang anaerob atau tanpa oksigen. Proses yang berlangsung secara anaerob dalam tempat tertutup ini juga memberikan keuntungan secara ekologi karena tidak menimbulkan bau yang menyebar kemana-mana.

Proses pembentukan biogas

Berikut mekanisme pembentukan biogas secara umum.

Mikroorganisme anaerob

Bahan organik→CH₄ + CO₂ + H₂ + NH₄

Apabila diuraikan dengan terperinci, secara keseluruhan terdapat tiga proses utama dalam pembentukan biogas, yaitu proses hidrolis, pengasaman ( asidifikasi ), dan metanogenesis. Keseluruhan proses ini tidak terlepas dari bantuan kinerja mikroorganisme anaerob.

a. Hidrolis

Merupakan tahap awal dari proses fermentasi. Tahap ini meruppakan penguraian bahan organik dengan senyawa kompleks yang memiliki sifat mudah larut seperti lemak, protein, dan karbohidrat menjadi senyawa yang lebih sederhana. Tahap ini juga dapat diartikan sebagai prubahan struktur dari bentuk polimer menjadi bentuk monomer. Senyawa yang dihasilkan dari proses hidrolis di antaranya senyawa asam organik, glukosa, etanol, CO₂ dan senyawa hidrokarbon lainnya. Senyawa ini akan dimanfaatkan mikroorganisme sebagai sumber energi untuk melakukan aktifitas fermentasi.

( C₆H₁₀O₅)n + n H₂ O → n ( C₆H₁₂O₆)

b. Pengasaman (Asidifikasi )

Senyawa - senyawa yang terbnetuk pada tahap hidrolisis akan dijadikan sumber energi bagi mikroorganisme untuk selanjutnya, yaitu pengasaman atau asidifikasi. Pada tahap ini, bakteri akan menghasilkan senyawa-senyawa asam organik seperti asam asetat, asam propionat, asam butirat, dan asam laktat beserta produk sampingan berupa alkohol, CO₃, hidrogen, dan zat amonia.
C₆H₁₂O₆ → 2CH₃ CHOHCOOH ( Asam laktat )
C₆H₁₂O₆ → CH₃CH₂CH₂COOH +2CO₂ + 2H₂ ( Asam butirat )
C₆H₁₂O₆ → CH₃CH₂COOH + 2CO₂ ( Asam propionat )
C₆H₁₂O₆ → CH₃COOH ( Asam asetat )

c. Metagenogenesis

Bakteri metanogen seperti methanococus, methanosarcina, dan methano bactherium akan mengubah produk lanjutan dari tahap pengasaman menjadi gas metan, karbondioksida, dan air yang merupakan komponen penyusun biogas. Berikut reaksi perombakan yang dapat terjadi pada tahap metanogenesis.

4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O
4HCOOH → CH₄ + CO₂ + 2H₂O
CH₃COOH → CH₄ + CO₂
CH₃CH₂COOH + 1/2H₂O → 7/4CH₄ + CO₂
4CH₃OH → 3CH₄ + CO₂ + 2H₂O
CH₃(CH₂)₂COOH + 2H₂O + CO₂ → CH₃COOH + CH₄
4CO + 2H₂O → CH₄ + 3CO₂
4(CH₃)N + 6H₂O → 9CH₄ + 3CO₂ + 4NH₃

Komposisi biogas berdarkan penelitian ( sumber : United Nasional (1978))

Jumlah energi yang dihasilkan dalam pembentukan biogas sangat bergantung pada konsentrasi gas metana yang dihasilkan pada proses metanogenesis. Semakin tinggi kandungan metana yang dihasilkan, maka semakin besar pula energi yang terbentuk. Sebaliknya, apabila konsentrasi gas metana yang dihasilkan rendah, maka energi yang dihasilkan juga semakin rendah.

Kualitas biogas yang dihasilkan juga dapat ditingkatkan melalui penghilangan hidrogen sulfur, kandungan air, dan karbondioksida yang turut terbentuk. Hidrogen sulfur merupakan senyawa yang mengandung racun dan dapat menyebabkan korosi ( pengkaratan ) sehingga menjadi berbahaya apabila biogas mengandung senyawa ini karena dapat merusak instalasi. Kandungan air dihindari karena dapat menurunkan titik penyalaan biogas. Kandungan ketiga zat tersebut dapat dihilangkan menggunakan alat desulfirizer yang dibutuhkan untuk menyalakan mesin generator ( angin ) agas mesin tidak mudah mengalami korosi.

Water trap

Water trap

Untuk menghilangkan air hasil kondensasi yang ikut mengalir, gunakan tabung kontrol gas atau tabung penjebak. Alat ini terbuat dari sambungan pipa PVC model "T" dengan diameter 0,5 Inchi. Saluran bagian atas merupakan saluran input dan output, sedangkan saluran bagian bawah terendam dalam air. Tabung penjebak diletakkan di bawah dari saluran biogas agar uap air dari hasil kondensasi turun dan masuk ke dalam botol. Kandungan uap air dalam biogas dapat terdeteksi jika nyala api yang dihasilkan dari kompor biogas berwarna kemerahan.




2. Mikroorganisme Pembantu

Proses pembentukan biogas tidak terlepas dari kinerja mikroorganisme, Mikroorganisme yang berupa bakteri etanogenik ini membantu proses fermentasi hingga pebentukan biogas. Bakteri ini bekerja merombak bahan organik dan merubahnya enjadi gas metana, Karakteristik bakteri metanogenik dapat hidup dalam lingkungan anaerobik ( tanpa oksigen ), umumnya bakteri ini terdapat pada kotoran rumen dan kotoran manusia. Bakteri metanogenik dapat diperoleh dari kotoran ternak itu sendiri atau diisolasi dari rumen sapi sebagai starter, Selain terkandung di dalam kotoran padat, bakteri metagonik juga terkandung dala bentuk dan campuran bahan organik.

Pada dasarnya, bakteri sangat sensitif terhadap perubahan suhu lingkngan, sehingga diperlukan perlakuan khusus untuk mempertahankan populasi bakteri pada kadar yang diperlukan, Perubahan suhu yang tiba-tiba dapat menyebabkan penurunan laju pertumbuhan bakteri dan berdampak pada rendahnya prosuksi gas metana. Karena itu, sangat penting untuk menempatkan digester pada posisi dan lokasi yang tepat agar suhu yang dihasilkan dapat mendukung kinerja bakteri metanogenik.

3. Bahan Baku Pembuatan Biogas

Pada prinsipnya, bahan baku untuk membuat biogas berasal dari subtrat bahan organik atau sisa jasad renik, baik yang sudah mengalami dekomposisi maupun yang masih segar, Sebagian besar bahan baku yang dapat diggunakan pembuatan biogas merupakan limbah sisa aktivitas manusia, seperti limbah peternakan, limbah pertanian, limbah industri, limbah perairan, hingga sampah organik.

a. Limbah peternakan

Sektor peternakan merupakan salah satu sektor usaha unggulan di Indonesia yang terus mengalami peningkatan setiap tahunnya. Hal ini tidak terlepas dari meningkatnya permintaan terhadap prosuk berupa telur, susu, maupun daging, sering dengan pertumbuhan ekonomi nasional.

Produksi kotoran ternak segar per hari (sumber:United Nations,1984)

Jenis Ternak	Bobot Ternak ( kg/ekor )	Produksi ( kg/hari )
Sapi potong	400-500	20-29
Sapi perah	500-600	30-50
Ayam petelur	1,5-2,0	0,10
Ayam pedaging	1,0-1,5	0,06
Babi dewasa	80-90	7,00
Domba	30-40	2,00

Biasanya, sektor peternakan skala kecil atau rumah tangga di daerah pedesaan dapat memelihara 2-5 ekor sapi. Sementara itu, skala usaha yang lebih besar dapat dipelihara hingga ratusan ekor ternak, Namun, selain meningkatnya produksi hasil ternak, limbah peternakan juga turut meningkat. Produk hasil peternakan sapi juga disertai dengan melimpahnya produksi limbah peternakan, Keberadaan limbah ini menimbulkan bau yang dapat mengakibatkan poluusi udara yang dapat mengganggu kesehatan manusia.

Pemanfaatan kotoran sapi untuk biogas

Solusi yang dapat diterapkan untuk mengurangi dampak negatif dari keberadaan limbah kotoran ternak salah satunya dengan melakukan pengolaan limbah menjadi biogas. Limbah peternakan seperti kotoran padat ( feses ) dan cair ( urine ) dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioas. Biogas yang dihasilkan dapat dijadikan sebagai sumber energi. Sementara itu, sisa pengolahan biogas dapat dijadikan pupuk organik dan biourine ternak dapat digunakan sebagai pembuatan pupuk pupuk organik cair

Potensi gas yang dapat dihasilkan dari beberapa jenis limbah (sumber:Chengdu Biogas Research Institute, 1989)

Jenis Limbah	Potensi gas yang dihasilkan/kg kotoran (m3)
Sapi atau kerbau	0,023-0,040
Babi	0,040-0,059
Ayam	0,065-0,116
Manusia	0,020-0,028

Umumnya kebutuhan energi memasak satu keluarga rata-rata 2000 liter biogas per hari, sedangkan produksi harian biogas dari seekor sapi berkisar 600-1000 liter per hari. Dengan demikian, untuk memenuhi kebutuhan memasak atau penerangan untuk satu rumah tangga dibutuhkan setidaknya produksi bahan baku limbah untuk biogas dari 2-3 ekor sapi.

b. Limbah pertanian

pertanian merupakan salah satu sektor usaha yang mendukung perekonomian Indonesia. Sama seperti sektor peternakan, produksi pertanian yang cukup besar juga menghasilkan limbah pertanian dalam jumlah besar salah satu jenis limbah pertanian yang banyak dihasilkan yaitu jerami atau sekam padi di areal persawahan. Tanaman padi yang merupakan komoditas utama pertanian Indonesia dapat menghasilkan limbah jerami kering sebanyak 3-3,7 ton/ha. Maka dapat dibayangkan berapa besar jumlah limbah jerami yang dihasilkan areal persawahan di seluruh Indonesia. Selain padi, masih banyak komoditas pertanian lainnya yang menghasilkan limbah pertanian dalam jumlah besar.

Pertanian untuk biogas

Besarnya umlah limbah dari sektor pertanian ini masih belu dapat dimanfaatkan secara optimal. Biasanya, petani cenderung membakar sisa-sisa limbah atau menimbun ke tanah. Padahal cara tersebut acapkali menimbulkan kerugian di linkungan sekitar. Selain asap pembakaran yang menghasilkan CO₂ abu sisa pembakaran di tanah juga dapat memicu pertumbuhan gulma maupun rumput liar.

Salah satu pola pengolahan limbah yang tepat adalah dengan mengolahnya menjadi biogas. Pemanfaatan limbah ini dapat memberikan keuntungan ganda. Selain menghasilkan biogas, sisa-sisa bahan dapat dijadikan pupuk kompos untuk dimanfaatkan kembali pada musim tanam berikutnya. Jika jumlah pupuk yang dihasilkan berlebih, pupuk tersebut dapat dijual untuk menambah penghasilan petani.

c. Limbah perairan

Kebanyakan limbah perairan yang dimanfaatkan berupa hasil sampingan atau tanaman yang tumbuh di perairan, seperti enceng gondok, rumput laut, atau alga. Rumput laut merupakan salah satu komoditas unggulan perairan yang jumlahnya melimpah. Kebanyakan pemanfaatannya baru sebatas pada bahan pangan, padahal pada spesies tertentu, seperti euchema cottoni dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biogas karena memiliki nilai C/N sebesar 43,98. Selain rumput laut tanaman air yang dapat dimanfaattkan sebagai bahan baku biogas adalah enceng gondok. Tanaman ini sering ditemukan tumbuh secara liar pada perairan yang tercemar dan sering dianggap sebagai gulma air.

Pemanfaatan enceng gondok dalam biogas

Bahan baku pembuatan biogas umumnya berasal dari agroindustri, seperti perkebunan kelapa sawit, tebu, singkong, dan kedelai. Proses pengolahan produk perkebunan dan pertanian tersebut akan menghasilkan limbah sebagai produk sampingan, Libah-limbah tersebut memiliki potensi untuk mencemari lingkungan,. Karena itu, limbah agroindustri harus dikelola dengan baik unntuk meminimalisasi dampak negatif terhadap lingkungan.  Salah satu caranya dengan mengolah limbah agroindustri menjadi biogas. Contoh pengolahan limbah agroindustri di antaranya pengolahan limbah pabrik tapioka dan limbah pabrik gula. Kedua limbah tersebut merupakan bahan yang potensial menghasilkan biogas.

d. Sampah organik

Bahan lain yang potensial untuk pembuatan biogas adalah limbah sampah organik. Sampah organik acapkali menimbulkan masalah lingkungan apabila tidak dikelola dengan tepat. Kemampuan untuk mengelola sampah organik saat ini belum sepadan dengan jumlah sampah yang dihasilkan setiap harinya. Karena itu, tidak jarang ditemukan sampah bertumpuk di suatu titik dan menyebabkan bau yang tidak sedap.

Sampah organik untuk biogas

Pengolahan sampah secara tepat sebaiknya di lakukan dari sektor hulu ( rumah tangga ) hingga hilir. Pada tempat pengolahan sampah terpadu, setiap sampah akan ditempatkan sesuai dengan jenisnya, yaitu organik dan anorganik.  Pemisahan ini akan memudahkan tahap pengolahan selanjutnya. Sampah organik dapat dijadikan bahan untuk pupuk atau biogas, sedangkan sampah anorganik dapat didaur ulang menjadi barang-barang yang mimiliki nilai pakai.

e. Limbah kotoran manusia

Bahan baku lain yang dapat digunakan adalah limbah kotoran manusia. Limbah jenis ini memang tidak lazim  dan belum banyak digunakan. Namun, limbah kotoran manusia memiliki keunggulan dari segi imbangan C/N yang jauh lebih rendah dari kotoran ternak sehingga lebih cepat terferentasi menghasilkan gas.

Bagikan Artikel ini