Gas methan terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik (tanpa udara)
oleh bakteri methan atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang
mengurangi sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik (biomassa)
sehingga terbentuk gas methan (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan
energi panas. Sebetulnya di tempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara
alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan
sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung,
Jawa Barat, (Kompas, 17 Maret 2005). Gas methan sama dengan gas elpiji
(liquidified petroleum gas/LPG), perbedaannya adalah gas methan mempunyai satu
atom C, sedangkan elpiji lebih banyak.
Kebudayaan Mesir, China, dan Roma kuno diketahui telah memanfaatkan gas alam
ini yang dibakar untuk menghasilkan panas. Namun, orang pertama yang mengaitkan
gas bakar ini dengan proses pembusukan bahan sayuran adalah Alessandro Volta
(1776), sedangkan Willam Henry pada tahun 1806 mengidentifikasikan gas yang
dapat terbakar tersebut sebagai methan. Becham (1868), murid Louis Pasteur dan
Tappeiner (1882), memperlihatkan asal mikrobiologis dari pembentukan methan.
Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Jerman
dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua Perang Dunia dan beberapa
unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama Perang
Dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil
untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena
harga BBM semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun 1950-an pemakaian
biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di negara-negara berkembang kebutuhan akan
sumber energi yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Kegiatan produksi
biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat pencerna anaerobik
pertama dibangun pada tahun 1900. (FAO, The Development and Use of Biogas
Technology in Rural Asia, 1981).
Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua
Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit gas
bio dengan prinsip yang sama, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan
bagian-bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan
baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyaluran
gas bio yang terbentuk.
Keuntungan teknologi ini dibanding sumber energi alternatif yang lain
adalah: Menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari‑hari.
Kotoran yang telah digunakan untuk menghasilkan gas dapat digunakan sebagal
pupuk organik yang sangat baik. Dapat mengurangi kadar bakteri patogen yang
terdapat dalam kotoran yang dapat menyebabkan penyakit bila kotoran hewan atau
sampah tersebut ditimbun begitu saja.
Yang paling utama yaitu bisa mengurangi permasalahan penanggulangan sampah
atau kotoran hewan menjadi sesuatu yang bermanfaat. Dengan teknologi tertentu,
gas methan dapat dipergunakan untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan
energi listrik, menjalankan kulkas, mesin tetas, traktor, dan mobil. Secara
sederhana, gas methan dapat digunakan untuk keperluan memasak dan penerangan
menggunakan kompor gas sebagaimana halnya elpiji.
Biogas merupakan sebuah proses produksi
gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material
organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobik digestion Gas yang
dihasilkan sebagian besar (lebih 50 % ) berupa metana. material organik yang
terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraiakan menjadi dua tahap dengan
bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material orgranik akan didegradasi
menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan
menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu
penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein,
karbohidrat menjadi senyawa yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi yaitu pembentukan
asam dari senyawa sederhana.
Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari
proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri
pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, methano bacterium.
Perkembangan proses Anaerobik digestion telah berhasil pada banyak aplikasi.
Proses ini memiliki kemampuan untuk mengolah sampah / limbah yang keberadaanya
melimpah dan tidak bermanfaat menjadi produk yang lebih bernilai. Aplikasi
anaerobik digestion telah berhasil pada pengolahan limbah industri, limbah
pertanian limbah peternakan dan municipal solid waste (MSW).
Proses dekomposisi anaerobik pada dasarnya adalah proses yang terdiri atas
dua tahap, yaitu :
1. Proses Asidifikasi (proses pengasaman)
Proses asidifikasi teradi karena kehadiran bakteri pembentuk asam yang disebut
dengan bakteri asetogenik. Bakteri ini akan memecah struktur organik kompleks
menjadi asam‑asam volatil (struktur kecil). Protein dipecah menjadi asam‑asam
amino. Karbohidrat dipecah menjadi gula dengan struktur yang sederhana. Lemak
dipecah menjadi asam yang berantai panjang. Hasil dari pemecahan ini akan
dipecah lebih jauh menjadi asam‑asarn volaid. Bakteri asetogenik juga dapat
melepaskan gas hidrogen dan gas karbondioksida.
2. Proses Produksi Metan
Bakteri pembentuk metan (bakteri metanogenik) menggunakan asam yang terbentuk
darl proses asidifikasi. Selain itu juga terdapat bakteri yang dapat membentuk
gas metan dari gas hidrogen dan karbondioksida yang dihasilkan dari proses pertama.
Ada tiga kelompok dari bakteri dan Arkhaebakteria yang berperan dalam proses
pembentukan biogas, yaitu:
1. Kelompok bakteri fermentatif: Steptococci, Bacteriodes, dan beberapa jenis
Enterobactericeae
2. Kelompok bakteri asetogenik: Desulfovibrio
3.Kelompok Arkhaebakteria dan bakteri metanogen: Mathanobacterium,
Mathanobacillus, Methanosacaria, dan Methanococcus.
Faktor‑faktor yang Mempengaruhi Terbentuknya Biogas
a. Pengaruh pH dan Alkalinitas
Alkalinitas adalah besaran yang menunjukkan jumlah karbonat dalam larutan.
Keasaman diindikasikan oleh besaran pH. Keasaman sangat berpengaruh terhadap
proses dekomposisi anaerobik, karena bakteri yang terlibat dalam proses ini
hanya dapat bertahan hidup pada interval pH 6,5‑8. Asam yang dihasilkan oleh
bakteri asetogenik digunakan oleh bakteri metanogenik dan pada akhirnya pH akan
konstan. Secara natural tidak akan terjadi perubahan pH dalarn interval yang
besar. Perubahan pH yang besar dapat terjadi karena perubahan dari lingkungan.
b. Pengaruh Temperatur
Bakteri anaerob sangat sensitif terhadap perubahan temperatur. Temperatur
optimum untuk terjadinya proses dekomposisi anaerobik adalah sekitar 35oC. Bila
temperatur terlalu rendah aktivitas bakteri akan menurun dan mengakibatkan
produksi biogas akan menurun. Di lain pihak bila temperatur terlalu tinggi
bakteri akan mati dan mengakibatkan produksi biogas akan terhenti.
Reaktor Biogas
Reaktor biogas (digester anaerob) adalah sebuah tempat yang kondisinya dijaga
sedenilkian rupa sehingga proses dekomposisi dapat berjalan dengan optimum.
Parameter keoptimuman dari proses ini adalah produksi biogas yang tinggi dengan
waktu reterisi yang tidak terlalu larna.
a. Kebutuhan Gas
Gas yang dibutuhkan untuk memasak 1 liter air adalah sekitar 26 liter, jadi
sekitar 200 liter gas perhari dibutuhkan untuk kebutuhan sehari‑hari rumah
tangga. Bila gas ini mengandung 60% gas metan kita mernbutuhkan sekitar 120
liter metan per hari dengan kandungan energi sebesar 39MJ/m3.
b. Kebutuhan Kotoran Hewan atau sampah
Satu kilogram padatan diolah (bagian darl kotoran hewan atau sampah yang dapat
terdegradasi) memproduksi 0,5 m3 metan, tetapi hanya setengah dari padatan
tersebut yang akan terdekomposisi. Hal ini berarti kita harus menambahkan
sekitar 0,5 kg padatan volatil per hari untuk dapat menghasilkan 120 liter gas
metan.
c. Ukuran Digester
Digester merupakan sebuah reaktor yang dirancang sedemikian rupa sehingga
kondisi didalamnya menjadi anaerobic, sehingga bisa memungkinkan proses
dekomposisi anaerobic bisa terjadi. Kotoran harus ditampung dalam digester
selama proses dekomposisi berlangsung atau dengan kata lain sampai kotoran
tersebut menghasilkan biogas. Proses dekomposisi oleh bakteri anaerobik sangat
dipengaruhi oleh ternperatur.
Biogas sebagian besar mengandung gs metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2),
dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfida (H2S)
dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen yang kandungannya sangat
kecil.
Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana
(CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi
(nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana
semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas
dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu :
Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2).
Hidrogen sulphur mengandung racun dan zat yang menyebabkan korosi, bila biogas
mengandung senyawa ini maka akan menyebabkan gas yang berbahaya sehingga konsentrasi
yang di ijinkan maksimal 5 ppm. Bila gas dibakar maka hidrogen sulphur akan
lebih berbahaya karena akan membentuk senyawa baru bersama-sama oksigen, yaitu
sulphur dioksida /sulphur trioksida (SO2 / SO3). senyawa ini lebih beracun.
Pada saat yang sama akan membentuk Sulphur acid (H2SO3) suatu senyawa yang
lebih korosif. Parameter yang kedua adalah menghilangkan kandungan karbon
dioksida yang memiliki tujuan untuk meningkatkan kualitas, sehingga gas dapat
digunakan untuk bahan bakar kendaraan. Kandungan air dalam biogas akan
menurunkan titik penyalaan biogas serta dapat menimbukan korosif.
Ada beberapa jenis reactor biogas yang dikembangkan diantaranya adalah
reactor jenis kubah tetap (Fixed-dome), reactor terapung (Floating drum),
raktor jenis balon, jenis horizontal, jenis lubang tanah, jenis ferrocement.
Dari keenam jenis digester biogas yang sering digunakan adalah jenis kubah
tetap (Fixed-dome) dan jenis Drum mengambang (Floating drum). Beberapa tahun
terakhi ini dikembangkan jenis reactor balon yang banyak digunakan sebagai
reactor sedehana dalam skala kecil.
1. Reaktor kubah tetap (Fixed-dome)
Reaktor ini disebut juga reaktor china. Dinamakan demikian karena reaktor ini
dibuat pertama kali di chini sekitar tahun 1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor
ini berkembang dengan berbagai model. Pada reaktor ini memiliki dua bagian
yaitu digester sebagai tempat pencerna material biogas dan sebagai rumah bagi
bakteri,baik bakteri pembentuk asam ataupun bakteri pembentu gas metana. bagian
ini dapat dibuat dengan kedalaman tertentu menggunakan batu, batu bata atau
beton. Strukturnya harus kuat karna menahan gas aga tidak terjadi kebocoran.
Bagian yang kedua adalah kubah tetap (fixed-dome). Dinamakan kubah tetap karena
bentunknya menyerupai kubah dan bagian ini merupakan pengumpul gas yang tidak
bergerak (fixed). Gas yang dihasilkan dari material organik pada digester akan
mengalir dan disimpan di bagian kubah.
Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya konstruksi lebih murah daripada
menggunaka reaktor terapung, karena tidak memiliki bagian yang bergerak
menggunakan besi yang tentunya harganya relatif lebih mahal dan perawatannya
lebih mudah. Sedangkan kerugian dari reaktor ini adalah seringnya terjadi
kehilangan gas pada bagian kubah karena konstruksi tetapnya.
2. Reaktor floating drum
Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan di india pada tahun 1937
sehingga dinamakan dengan reaktor India. Memiliki bagian digester yang sama
dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan
peralatan bergerak menggunakan 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.
Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat melihat secara langsung volume gas
yang tersimpan pada drum karena pergerakannya. Karena tempat penyimpanan yang
terapung sehingga tekanan gas konstan. Sedangkan kerugiannya adalah biaya
material konstruksi 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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar