Biogas

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Limbah peternakan khususnya ternak sapi merupakan bahan buangan dari usaha peternakan sapi yang selama ini juga menjadi salah satu sumber masalah dalam kehidupan manusia sebagai penyebab menurunnya mutu lingkungan melalui pencemaran lingkungan, menggangu kesehatan manusia dan juga sebagai salah satu penyumbang emisi gas efek rumah kaca. Pada umumnya limbah peternakan hanya digunakan untuk pembuatan pupuk organik. Untuk itu sudah selayaknya perlu adanya usaha pengolahan limbah peternakan menjadi suatu produk yang bisa dimanfaatkan manusia dan bersifat ramah lingkungan.
Pencemaran yang disebabkan oleh pengelolaan limbah yang belum dilakukan dengan baik, tetapi kalau dikelola dengan baik, limbah tersebut memberikan nilai tambah bagi usaha peternakan dan lingkungan di sekitarnya. Sistem usaha peternakan dengan penerapan produksi bersih merupakan salah satu upaya yang dapat dilakukan dalam meminimisasi limbah ternak.
Limbah peternakan seperti feses, urin beserta sisa pakan ternak sapi merupakan salah satu sumber bahan yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas. Namun di sisi lain perkembangan atau pertumbuhan industri peternakan menimbulkan masalah bagi lingkungan seperti menumpuknya limbah peternakan termasuknya didalamnya limbah peternakan sapi. Limbah ini menjadi polutan karena dekomposisi kotoran ternak berupa BOD dan COD (Biological/Chemical Oxygen Demand), bakteri patogen sehingga menyebabkan polusi air (terkontaminasinya air bawah tanah, air permukaan), polusi udara dengan debu dan bau yang ditimbulkannya (Anonim, 2010).
Pengolahan limbah peternakan melalui proses anaerob atau fermentasi perlu digalakkan karena dapat menghasilkan biogas yang menjadi salah satu jenis bioenergi. Pengolahan limbah peternakan menjadi biogas ini diharapkan dapat mengurangi ketergantungan pada bahan bakar minyak yang mahal dan terbatas, mengurangi pencemaran lingkungan dan menjadikan peluang usaha bagi peternak karena produknya terutama pupuk kandang banyak dibutuhkan masyarakat.
B. Tujuan
1. Agar mahasiswa dapat mengetahui tentang pengelolaan lingkungan hidup di bidang limbah
2. Agar mahasiswa dapat mengetahui secara langsung proses atau pembuatan dari berbentuk kotoran hingga menjadi gas






















II. MATERI DAN METODE

A. Materi
Bioenergi dapat dihasilkan dari bagian-bagian tanaman, minyak nabati, atau limbah pertanian. Jenis energi yang dihasilkan berupa energi dalam bentuk gas (biogas), padat (biomass) atau cair (biofuel). Energi tersebut selanjutnya dapat digunakan untuk menghasilkan panas (kalor), gerak (mekanik), dan listrik tergantung pada alat yang digunakan dan kebutuhan dari pengguna.
Sumber bahan untuk menghasilkan biogas yang utama adalah kotoran ternak sapi, kerbau, babi, kuda dan unggas; dapat juga berasal dari sampah organik.
B. Metode
Untuk membuat reaktor bio-gas skala rumah tangga diperlukan beberapa hal berikut: (1) Volume reaktor (plastik): 4000 liter, (2) Volume penampung gas (plastik): 2500 liter, (3) Kompor biogas: 1 buah, (4) Drum pengaduk bahan: 1 buah, (5) Pengaman gas: 1 buah, (6) Selang saluran gas: ± 10 m, (7) Kebutuhan bahan baku: kotoran ternak dari 2-3 ekor sapi/kerbau, dan (8) Biogas yang dihasilkan: 4 m3 perhari (setara dengan 2,5 liter minyak tanah). Adapun cara pengoperasian reaktor biogas skala rumah tangga:
1. Membuat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan 1:1.
2. Memasukkan bahan biogas ke dalam reaktor melalui tempat pengisian sebanyak 2000 liter, selanjutnya akan berlangsung proses produksi biogas ke dalam reaktor.
3. Setelah kurang lebih 10 hari reaktor gas dan penampung biogas akan terlihat mengembung dan mengeras karena adanya biogas yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar.
4. Sekali-sekali reaktor biogas digoyangkan supaya terjadi penguraian yang sempurna dan gas yang terbentuk di bagian bawah naik ke atas, lakukan juga pada setiap pengisian bahan bakar.
5. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak ± 40 liter setiap pagi dan sore. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge (lumpur) secara otomatis akan keluar dari reaktor setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas. Sisa hasil pengolahan biogas tersebut dapat digunakan langsung sebagai pupuk organik, baik dalam keadaan basah maupun kering.
(Pujianto, 2009).














III. PEMBAHASAN

A. Pengertian Biogas
Biogas adalah gas mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara) (Anonim, 2009). Pada umumnya semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan bio-gas, namun demikian hanya bahan organik (padat, cair) homogen seperti kotoran dan urine (air kencing) hewan ternak yang cocok untuk sistem biogas sederhana.
Salah satu cara menentukan bahan organik yang sesuai untuk menjadi bahan masukan sistem bio-gas adalah dengan mengetahui perbandingan karbon (C) dan nitrogen (N) atau disebut rasio C/N. Beberapa percobaan yang telah dilakukan oleh ISAT menunjukkan bahwa aktivitas metabolisme dari bakteri methanogenik akan optimal pada nilai rasio C/N sekitar 8-20. Bahan organik dimasukkan ke dalam ruangan tertutup kedap udara (disebut Digester) sehingga bakteri anaeroba akan membusukkan bahasan organik tersebut yang kemudian menghasilkan gas (disebut biogas). Biogas yang telah berkumpul di dalam digester selanjutnya dialirkan melalui pipa penyalur gas menuju tabung penyimpan gas atau langsung ke lokasi pembuangannya. Biogas dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti gas-gas yang mudah terbakar lainnya. Pembakaran biogas dilakukan melalui proses pencampuran dengan sebagian oksigen (O2). Nilai kalori dari 1 meter kubik biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu, biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batubara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil. Namun demikian, untuk mendapatkan hasil pembakaran yang optimal, perlu dilakukan pra kondisi sebelum biogas dibakar, yaitu melalui proses pemurnian/penyaringan karena biogas mengandung beberapa gas lain yang tidak menguntungkan. Sebagai salah satu contoh, kandungan gas hidrogen sulfida yang tinggi yang terdapat dalam biogas jika dicampur dengan oksigen dengan perbandingan 1:20, maka akan menghasilkan gas yang sangat mudah meledak. Tetapi sejauh ini belum pernah dilaporkan terjadinya ledakan pada sistem biogas sederhana. Disamping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan sisa kotoran ternak yang dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada tanaman/budidaya pertanian.
Limbah biogas, yaitu kotoran ternak yang telah hilang gasnya (slurry) merupakan pupuk organik yang sangat kaya akan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman. Bahkan, unsur-unsur tertentu seperti protein, selulose, lignin dan lain-lain tidak dapat digantikan oleh pupuk kimia. Pupuk organik dari biogas telah dicobakan pada tanaman jagung, bawang merah dan padi. Komposisi gas yang terdapat di dalam biogas dapat dilihat pada tabel berikut:
B. Komponen Penyusun Biogas
Tabel 1. Komposisi Gas yang Terdapat Dalam Biogas
Jenis Gas Volume (%)
Metana (CH4)
Karbondioksida (CO2)
Hidrogen (H2)
Hidrogen Sulfida (H2S)
Oksigen (O2)
Air 40-70
30-60
0-1
0-3
0,1 - 0,5
2-7 (20-40o C)

Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkan:
Aplikasi 1m3 biogas setara dengan
1 m3 biogas Elpiji 0,46 kg
Minyak tanah 0,62 liter
Minyak solar 0,52 liter
Kayu bakar 3,50 kg
Dapat menghasilkan 1,25 kwh listrik
60—100 watt lampu bohlam selama enam jam

Potensi produksi gas dari berbagai jenis kotoran
Jenis Kotoran Produksi gas per kg (m3)
Sapi/kerbau 0,023 – 0,040
Babi 0,040 – 0,059
Unggas 0,065 – 0,116
Manusia 0,020 – 0,028

C. Manfaat Biogas
- Enerji.
Seperti telah disebutkan di atas bahwa saat ini pemerintah dan masyarakat Indonesia mulai merasakan adanya krisis enerji. Selama ini pemerintah dan masyarakat masih terpaku pada penggunaan enerji fosil yang tidak terbarukan, misalnya bahan bakar minyak, gas alam, dsb. Perhatian pemerintah terhadap enerji terbarukan masih sangat sedikit, padahal potensi untuk bahan bakar tersebut cukup besar. Salah satunya adalah gas methan yang dihasilkan oleh ternak: sapi, kambing, babi, ayam, dan sebagainya. Dengan menggunakan digester pengolah kotoran ternak, enerji yaitu gas methan yang dihasilkan cukup untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga.
- Lingkungan
Manfaat lainnya adalah bahwa dengan menggunakan biogas, dampak terhadap efek rumah kaca akan berkurang. Seperti diketahui bahwa peternakan juga merupakan penyumbang besar terhadap efek rumah kaca. Proses kimia limbah peternakan di alam terbuka, yang berupa gas-gas akan terbuang percuma ke udara bebas akan menyebabkan efek rumah kaca (pemanasan global). Jika gas-gas hasil proses kimia tersebut, antara lain gas methan, dimanfaatkan menjadi bahan bakar, maka sumbangan gas methan pada pemanasan global bisa diperkecil. Perlu diketahui juga bahwa sisa hasil pembakaran gas methan ini bersih dari polusi dengan emisi karbon dioksida yang sangat kecil.
- Kesehatan
Untuk kesehatan, penggunaan biogas ini juga berdampak baik. Beberapa syarat dalam menggunakan biogas adalah kotoran ternak harus bebas dari serat-serat kasar, harus terkumpul (tidak berserakan kemana-mana), dengan lantai yang diperkeras sehingga kotoran mudah dikumpulkan. Karena syarat-syarat tersebut maka kandang akan selalu terjaga kebersihannya. Hal ini akan berdampak pada kebersihan lingkungan kandang dan rumah, sehingga kesehatan ternak dan manusia disekitarnya terjamin.
- Pertanian
Dalam bidang pertanian, sisa atau limbah biogas, yang berbentuk semacam lumpur disebut slurry, bisa digunakan sebagai pupuk. Pupuk yang berasal dari limbah biogas ini sangat baik untuk tanaman, karena mengandung unsur hara yang tinggi. Lagi pula tidak membutuhkan proses yang lama untuk bisa digunakan sebagai pupuk, dengan kata lain untuk menggunakan kotoran ternak sebagai pupuk tidak perlu menunggu terlalu lama.
D. Potensi Gas yang Dihasilkan
Biogas yang terdiri dari gas methan dan gas karbon dioksida ini mempunyai nilai kalor 600 – 700 kkal/m3 atau sekitar 6 kwh/m3. Seekor sapi dewasa rata-rata menghasilkan kurang lebih 10 kg kotoran sapi setiap hari. Untuk menghasilkan 1 m3 biogas, diperlukan kira-kira 20 kg kotoran sapi. Jadi dalam sehari 1 ekor sapi menghasilkan 0,45 m3 biogas atau 1 kg kotoran sapi menghasilkan kurang lebih 0,05 m3 biogas.
Dalam penggunaan sehari-hari, untuk memasak air 1 liter, dibutuhkan 40 l (0,04 m3) biogas, dalam waktu 10 menit. Untuk menanak ½ kg beras, dibutuhkan rata-rata 0,15 m3 biogas, dalam 30 menit. Penggunaan sehari-hari dalam rumah tangga dibutuhkan rata-rata 3-4 m3 gas.
E. Prinsip Pengolahan Biogas
Pada prinsipnya teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri metan sehingga dihasilkan gas metan (Nandiyanto, 2007). Menurut Haryati (2006), proses pencernaan anaerobik merupakan dasar dari reaktor biogas yaitu proses pemecahan bahan organik oleh aktifitas bakteri metanogenik dan bakteri asidogenik pada kondisi tanpa udara, bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti kotoran binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga.
Bahan organik adalah bahan yang bisa terurai menjadi tanah, misalnya sampah dapur, tumbuh-tumbuhan kotoran ternak, dan sebagainya. Sampah organic tersebut dicampur dengan air (kadang diberi perlakuan tertentu terlebih dahulu) kemudian dimasukkan ke dalam digester. Di dalam digester tersebut terjadi proses hidrolisa dan fermentasi oleh bakteri-bakteri tertentu, yang salah satunya adalah methanogen bacterium.
Biogas yang dihasilkan antara lain adalah: methan CH4 (60%-70%), karbon dioksida CO2 (20%-30%), oksigen O2 (1%-4%), Nitrogen N2 (0,5%-3%, karbon monooksida CO (1%) dan asam sulfat H2S (kurang dari 1%). Jika mempunyai kandungan methan lebih dari 50%, maka biogas ini akan mudah terbakar.
Gas metan adalah gas yang mengandung satu atom C dan 4 atom H yang memiliki sifat mudah terbakar. Gas metan yang dihasilkan kemudian dapat dibakar sehingga dihasilkan energi panas. Bahan organik yang bisa digunakan sebagai bahan baku industri ini adalah sampah organik, limbah yang sebagian besar terdiri dari kotoran dan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya serta air yang cukup banyak.
Pembentukan biogas meliputi tiga tahap proses yaitu:
1. Hidrolisis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan-bahan organik mudah larut dan pemecahan bahan organik yang komplek menjadi sederhana dengan bantuan air (perubahan struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer).
2. Pengasaman, pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk asam. Produk akhir dari perombakan gula-gula sederhana tadi yaitu asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas karbondioksida, hidrogen dan ammonia.
3. Metanogenik, pada tahap metanogenik terjadi proses pembentukan gas metan. Bakteri pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini yang akan mereduksi sulfat dan komponen sulfur lainnya menjadi hydrogen sulfida.
Salah satu hal terpenting dalam membuat biogas adalah memilih digester. Ada 3 tipe digester biogas yang dikembangkan selama ini, yaitu:
1) Fixed dome plant, yang dikembangkan di China,
Pada fixed dome plant, digesternya tetap. Penampung gas ada pada bagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut menekan slurry ke bak slurry. Jika pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul akan terus menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup/kran.
Keuntungan: tidak ada bagian yang bergerak, awet (berumur panjang), dibuat di dalam tanah sehingga terlindung dari berbagai cuaca atau gangguan lain dan tidak membutuhkan ruangan (diatas tanah).
Kerugian: Kadang-kadang timbul kebocoran, karena porositas dan retak-retak, tekanan gasnya berubah-ubah karena tidak ada katup tekanan.
2) Floating drum plant yang lebih banyak dipakai di India dengan varian plastic cover biogas plant.
Floating drum plant terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya.
Keuntungan: Tekanan gasnya konstan karena penampung gas yang bergerak mengikuti jumlah gas. Jumlah gas bisa dengan mudah diketahui dengan melihat naik turunya drum.
Kerugian: Konstruksi pada drum agak rumit. Biasanya drum terbuat dari logam (besi), sehingga mudah berkarat, akibatnya pada bagian ini tidak begitu awet (sering diganti). Bahkan jika digesternya juga terbuat dari drum logam (besi), digeseter tipe ini tidak begitu awet.
3) Plug-flow plant atau balloon plant yang banyak di buat di Taiwan, Etiopia, Kolombia Vietnam dan Kamboja.
Konstruksi balloon plant lebih sederhana, terbuat dari plastic yang pada ujung-ujungnya dipasang pipa masuk untuk kotoran ternak dan pipa keluar peluapan slurry. Sedangkan pada bagian atas dipasang pipa keluar gas.
Keuntungan: biayanya murah, mudah diangkut, konstruksinya sederhana, mudah pemeliharaan dan pengoperasiannya.
Kerugian: tidak awet, mudah rusak, cara pembuatan harus sangat teliti dan hati-hati (karena bahan mudah rusak), bahan yang memenuhi syarat sulit diperoleh.
Bagian-bagian pokok digester biogas adalah:
1) bak penampung kotoran ternak,
2) digester,
3) bak slurry,
4) penampung gas,
5) pipa gas keluar,
6) pipa keluar slurry,
7) pipa masuk kotoran ternak.








IV. PENUTUP

A. Kesimpulan
Biogas adalah gas mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara) (Anonim, 2009). Pada umumnya semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan bio-gas, namun demikian hanya bahan organik (padat, cair) homogen seperti kotoran dan urine (air kencing) hewan ternak yang cocok untuk sistem biogas sederhana.
Biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan pengganti minyak tanah, LPG, butana, batubara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil.
Pada prinsipnya teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri metan sehingga dihasilkan gas metan (Nandiyanto, 2007). Menurut Haryati (2006), proses pencernaan anaerobik merupakan dasar dari reaktor biogas yaitu proses pemecahan bahan organik oleh aktifitas bakteri metanogenik dan bakteri asidogenik pada kondisi tanpa udara, bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti kotoran binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga.
Bahan organik adalah bahan yang bisa terurai menjadi tanah, misalnya sampah dapur, tumbuh-tumbuhan kotoran ternak, dan sebagainya. Sampah organic tersebut dicampur dengan air (kadang diberi perlakuan tertentu terlebih dahulu) kemudian dimasukkan ke dalam digester. Di dalam digester tersebut terjadi proses hidrolisa dan fermentasi oleh bakteri-bakteri tertentu, yang salah satunya adalah methanogen bacterium.

DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2009 .http://www.majarikanayakan.com. Diakses pada tanggal 10 Maret 2010.
Anonim, 2010. Pengolahan Limbah Ternak menjadi Biogas. http://gayul.wordpress.com/. Diakses pada hari Senin, 22 Maret 2010 jam 14.00 WIB.
Departemen Pertanian. 2009. Pemanfaatan Limbah dan Kotoran Ternak menjadi Energi Biogas. Seri Bioenergi Perdesaan: Direktorat Pengolahan Hasil Pertanian. Departemen Pertanian.
Haryati, Tuti. 2006. Biogas: Limbah Peternakan yang Menjadi Sumbar Energi Alternatif. Wartazoa Vol 16 no 3 tahun 2006.
Pujianto, dkk. 2009. Pengelolaan Limbah Cair Usaha Peternakan Sapi Perah Melalui Penerapan Konsep Produksi Bersih. UNY Press. Yogyakarta.