Pemanfaatan Biogas dari Kotoran Sapi sebagai Sumber Energi Alternatif

ILMUTEKNIK.ID – Semakin berkurangnya jumlah minyak bumi yang ada di dunia ini, membuat manusia harus berpikir lebih keras untuk mencari alternatif energi lain. Salah satunya adalah dengan pemanfaatan kotoran sapi yang bisa dijadikan biogas sebagai energi alternatif. Dilansir dari laman materipintar seekor sapi merupakan hewan vivipar, dimana fertilisasi pada hewan sapi terjadi secara internal, kedua gamet akan dilepaskan setelah organ reproduksi dan terjalinlah pembuahan.

Sebenarnya masih banyak sumber alternatif energi lain, tetapi kami memilih kotoran sapi karena sapi mudah ditemukan di berbagai daerah dan populasinya sangat banyak. Selain itu permintaan kebutuhan Bahan Bakar Minyak (BBM) di Indonesia baik itu untuk keperluan industri, transportasi dan rumah tangga dari tahun ketahun semakin meningkat.

Hal ini menyebabkan ketersediaan energi minyak bumi menjadi langka dan harganya melambung tinggi. Pemerintah Indonesia pun mulai mencari terobosan baru dalam menciptakan energi alternatif yang jauh lebih murah pengganti energi minyak bumi. Dengan adanya energi alterrnatif, penggunaan energi yang tak terbarukan semakin berkurang.

YUK !!! Baca Juga >>>ILMU ENERGI : POTENSI ENERGI NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK DI INDONESIA

Dengan adanya kebijakan pemerintah Indonesia adalah dengan pemanfaatan limbah kotoran ternak sebagai energi alternatif atau sering disebut dengan biogas, skala rumah tangga yang ramah lingkungan untuk memenuhi keperluan rumah tangga itu sendiri.

Biasanya  biogas ini lebih dikenal sebagai gas lumpur atau rawa. Campuran ini didapat dari proses perombakan kotoran ternak menjadi bahan organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen (anaerob). Selama proses fermentasi, biogas pun terbentuk. Sumber energi biogas dapat dimanfaatkan ditengah-tengah kelangkaan energi minyak bumi. Penggunaan dari energi biogas sebagai bahan bakar berdampak positif karena mengurangi pencemaran lingkungan. Sangat diharapkan penggunaan teknologi baru ini dapat dimanfaatkan oleh masyarakat ditengah kelangkaan energi minyak bumi dan harga minyak bumi yang cukup melambung pada masa kini.

Teknologi biogas merupakan teknologi yang relatif sudah sangat tua dikembangkan dan digunakan di berbagai negara sejak puluhan tahun yang lalu. Teknologi ini mudah diaplikasikan dan di operasikan bahkan di berbagai belahan dunia, mulai dari pedalaman Afrika dengan teknik super sederhana, sampai skala industri di Jerman. Jika kita menggantungkan terus pada Bahan Bakar Minyak (BBM) dan Gas sebagai energi utama tanpa mencari alternatif  lain maka beban hidup akan semakin berat terutama masyarakat kecil pedesaan padahal ada alternatif yang mudah dengan membuat biogas dari kotoran ternak. Pemerintah sudah saatnya mengalokasikan sebagian dari pengurangan subsidi BBM untuk mengembangkan biogas dari kotoran ternak keseluruh pelosok pedesaan.

Pengertian Biogas

Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk di antaranya; kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik.

Biogas adalah gas yang berasal dari makhluk hidup yaitu hewan dan tanaman. Biogas diproduksi oleh bakteri dari bahan organik di dalam kondisi hampa udara (anaerobik proses). Proses ini berlangsung selama pengolahan atau fermentasi, gas tersebut sebagian besar berupa metan dengan rumus molekul CH4 dan karbondioksida dengan rumus molekul CO2.

Campuran gas tersebut bersifat mudah terbakar jika kandungan metan mencapai lebih dari 50 %. Biogas yang berasal dari kotoran ternak berisi kira-kira 60 % metan. Potensi produksi gas dari suatu jenis bahan sesungguhnya cukup tinggi jika kadar bahan organiknya juga tinggi dan tingkat rasio C/N 20 : 1 sampai 40 : 1. Kecepatan produksi gas selanjutnya tergantung dari kondisi fisik bahan dan temperatur.

Bahan  kering dan berserabut lebih lama jika dibandingkan dengan bahan yang halus serta basah. Temperatur optimal pada suhu 35 C, berkisar antara 32 – 37 C. Selain itu juga tergantung dari jenis bakterinya. Kelompok bakteri yang berbeda bertugas untuk kehidupan fermentasi dalam sebuah ekosistem. Setiap jenis bakteri tergantung dengan jenis lainnya. Jangka fermentasi menjadi singkat jika populasi bakteri benar-benar seimbang . Kadar kering (total solid = TS) lapisan yang tidak terolah, berkisar antara 7 – 11 %. Hasil ini bisa dicapai jika kotoran padat dicampur air atau urine dengan volume yang seimbang. Proses digester yang sehat menunjukkan adanya pH 7.0 (tarafnetral dari bahan).

YUK !!! Baca Juga >>>Adu Hemat Kompor LPG VS Kompor Listrik

Bila bakteri yang menghasilkan metan telah tersedia dalam bahan misalnya dari kotoran ruminansia, produksi biogas dimulai dalam waktu 3 – 5 hari. Pada lahan pertanian digester diisi perlahan-lahan, sementara itu penggunaannya setelah  bangunan terisi penuh. Bila ada masalah untuk mengawali produksi gas (misal udara terlalu dingin), maka perlu ditambah 20 % kotoran pemacu yang berasal dari digester yang telah berfungsi, kemudian diaduk pada saat pengisian pertama.

Pengertian Kotoran

Kotoran sapi adalah limbah hasil pencernaan sapidan hewan dari subfamili Bovinae lainnya (kerbau, yak, bison). Kotoran sapi memiliki warna yang bervariasi dari kehijauan hingga kehitaman, tergantung makanan yang dimakan kerbau. Setelah terpapar udara, warna dari kotoran sapi cenderung menjadi gelap.

Kotoran sapi biasanya digunakan sebagai pupuk kandang. Di berbagai tempat di dunia, kotoran sapi yang dikeringkan digunakan sebagai bahan bakar. Kotoran sapi juga digunakan untuk menghasilkan biogas untuk dibakar dan menghasilkan listrik dan panas. Biogas memiliki kandungan gas metana dan telah digunakan secara luas id berbagai pedesaan di India dan Pakistan sebagai sumber energi terbarukan. Di Afrika Tengah, masyarakat suku Maasai membakar kotoran sapi di dalam rumah untuk menangkal nyamuk. Di tempat dingin, kotoran sapi dijadikan bahan insulasi termal. Kotoran sapi juga merupakan salah satu pilihan bahan baku pembuatan bahan bangunan setara dengan bata

 Pengolahan Kotoran Sapi Menjadi Biogas

• Tahap Hidrolisis (Hydrolysis)

Pada tahap ini, bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat kompleks; protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Contohnya polisakarida diubah menjadi monosakarida, sedangkan protein diubah menjadi peptide dan asam amino.

• Tahap Asidifikasi

Pada tahap ini, bakteri(Acetobacter aceti) menghasilkan asam untuk mengubah senyawa rantai pendek hasil proses hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen, dan karbon dioksida. Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerob yang dapat tumbuh dan berkembang dalam keadaan asam. Bakteri memerlukan oksigen dan karbondioksida yang diperoleh dari oksigen yang terlarut untuk menghasilkan asam asetat.

Pembentukan asam pada kondisi anaerobik tersebut penting untuk pembentukan gas metana oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu bakteri tersebut juga mengubah senyawa berantai pendek menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan sedikit gas metana.

Tahap ini termasuk reaksi eksotermis yang menghasilkan energi.

C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2+ 2 ATP (-118kJ per mol)

• Tahap Pembentukan Gas Metana

Pada tahap ini, bakteri Methanobacterium omelianski mengubah senyawa hasil proses asidifikasi menjadi metana dan CO2 dalam kondisi anaerob. Proses pembentukan gas metana ini termasuk reaksi eksotermis.

Proses pembuatan biogas dengan menggunakan biodigester pada prinsipnya adalah menciptakan suatu sistem kedap udara dengan bagian–bagian pokok yang terdiri dari tangki pencerna (digester tank), lubang input bahan baku, lubang output lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan lubang penyaluran biogas yang terbentuk. Dalam digester terkandung bakteri metana yang akan mengolah limbah organik menjadi biogas.

 Adapun cara membuat biogas secara sederhana :

a. Siapkanlah starter (diambil dari kotoran sapi/ruminantia, kira-kira 1 jrigen, simpan selama 2 minggu

b. Siapkan kontainer (bisa menggunakan drum bekas yang di lubangi salah satu sisinya.

3. Siapkan drum lain berukuran lebih kecil dengan keran.

4. Siapkan kotoran sapi, kerbau, kuda, atau kotoran hewan lain dan sisa dedauanan/rumput.

5. Masukan 1 ember limbah  organik tersebut dalam drum, tambahkan satu ember air, aduk, demikian seterusnya sampai volume drum 80%, masukan starter, aduk hingga merata.

6. Masukan drum yang lebih kecil. Biarkan kira-kira 4 minggu, sudah mulai dihasilkan gas, dengan indikasi drum kecil terangkat.

Kandungan Dalam Biogas

Kandungan Energi Nilai kalori dari 1 m3 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, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal dari fosil.

Biogas dan Aktifitas Anaerobik Biogas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit.

Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon di atmosfer bila dibandikan dengan pembakaran bahan bakar fosil di bumi belakangan ini karena penggunaan BBM.

Dampak Positif dari Penggunaan Biogas

Manfaat energi biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak tanah dan dipergunakan untuk memasak kemudian sebagai bahan pengganti bahan bakar minyak (bensin, solar). Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Di samping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan sisa kotoran ternak yang dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada tanaman / budidaya pertanian. Potensi pengembangan Biogas di Indonesia masih cukup besar.Hal tersebut mengingat cukup banyaknya populasi sapi, kerbau dan kuda, yaitu 11 juta ekor sapi, 3 juta ekor kerbau dan 500 ribu ekor kuda pada tahun 2005. Setiap 1 ekor ternak sapi/kerbau dapat dihasilkan + 2 m3 biogas per hari. Potensi ekonomis Biogas adalah sangat besar, hal tersebut mengingat bahwa 1 m3 biogas dapat digunakan setara dengan 0,62 liter minyak tanah. Di samping itu pupuk organik yang dihasilkan dari proses produksi biogas sudah tentu mempunyai nilai ekonomis yang tidak kecil pula. Dampak positif lainnya yang lainnya adalah:

1. Biogas merupakan energi tanpa menggunakan material yang masih memiliki manfaat termasuk biomassa sehingga biogas tidak merusak keseimbangan karbondioksida yang diakibatkan oleh penggundulan hutan (deforestation) dan perusakan tanah.
2. Energi biogas dapat berfungsi sebagai energi pengganti bahan bakar fosil sehingga akan menurunkan gas rumah kaca di atmosfer dan emisi lainnya.
3. Metana merupakan salah satu gas rumah kaca yang keberadaannya duatmosfer akan meningkatkan temperatur, dengan menggunakan biogas sebagai bahan bakar maka akan mengurangi gas metana di udara.
4. Limbah berupa sampah kotoran hewan dan manusia merupakan material yang tidak bermanfaaat, bahkan bisa menngakibatkan racun yang sangat berbahaya. Aplikasi anaerobik digestion akan meminimalkan efek tersebut dan meningkatkan nilai manfaat dari limbah.
5. Selain keuntungan energy yang didapat dari proses anaerobik digestion dengan menghasilkan gas bio, produk samping seperti sludge. Meterial ini diperoleh dari sisa proses anaerobik digestion yang berupa padat dan cair. Masing-masing dapat digunakan sebagai pupuk berupa pupuk cair dan pupuk padat.
6. 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 bisa digantikan oleh pupuk kimia. Pupuk organik dari biogas telah dicobakan pada tanaman jagung, bawang merah dan padi.
7. Mengurangi penggunaan bahan bakar lain (minyak tanah, kayu, dsb) oleh rumah tangga atau komunitas
8. Menghasilkan pupuk organik berkualitas tinggi sebagai hasil sampingan
9. Menjadi metode pengolahan sampah (raw waste) yang baik dan mengurangi pembuangan sampah ke lingkungan (aliran air/sungai)