Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan dari aktivitas bakteri saat menguraikan bahan organik tanpa kehadiran oksigen, prosesnya seringkali disebut dengan proses anaerob. Berikut ini disajikan komposisi senyawa biogas.

2.1. Fermentasi Anaerobik

Fermentasi anaerobik adalah proses dekomposisi bahan – bahan organik secara biologis dengan bantuan mikroorganisme yang menghasilkan biogas dan kompos pada lingkungan tanpa adanya oksigen. Secara umum kandungan karbon di dalam sampah dapat dikonversi menjadi biogas (campuran metana dan karbondioksida), Sedangkan kandungan nutriennya akan dikonversi menjadi kompos.

2.1.1. Mekanisme Reaksi Dekomposisi Anaerobik

Secara umum mekanisme reaksi yang terjadi pada proses dekomposisi senyawa organik yang terdapat dalam sampah secara anaerobik adalah sebagai berikut :

  1. Eliminasi unsur oksigen dari bahan organik menjadi air

CxHyOz (s) CxHy-2z (g)z H2O(l) ……….                      (2.1)

  1. Eliminasi kelebihan hidrogen menjadi metan

CxHy-2z Cx-1/4 y + ½ z (s) + (1/4 y – ½ z ) CH4(g) ……(2)

  1. Eliminasi sisa karbon oleh air menjadi metan dan karbondioksida.

Cx-1/4 y + ½ z (s) + ( x – ¼ y + ½ z) H2O(l) (½ x – 1/8 y + ¼ z ) CH4(g) + ( ½ x – 1/8 y + ¼ z ) CO2(g) ……………………..  (3)

Dijumlahkan :

CxHyO                         ( ½ z + ¼ y – x ) H2O + ( ½ x + 1/8 y – ¼ z ) CO2 + ( ½ x + 1/8 y – ¼ z ) CH4 ………………………………………                           (4)

Yang dikenal dengan persamaan Buswell [Mariana, 2002].

Proses dekomposisi anaerobik ini melibatkan empat macam kelompok bakteri, yaitu :

  1. hydrolytic bacteria
  2. bakteri penghasil hidrogen, acetogenic bacteria
  3. homoacetogenic bacteria, dan
  4. methanogenic bacteria

 

Gambar 2.1. Proses penguraian secara anaerob. (Sumber Rivard, C., 1995)

 

 

 

 

 

 

Reaksi fermentasi sistem Anaerob (tanpa kehadiran sulfat dan nitrat)

 

Reaksi total

∆H = -403,6 Kkal

 

Reaksi oleh mikroorganisme hidrolitik

1.         ∆H = -225,4 Kkal

2.                              ∆H = -198,1 Kkal

3.    ∆H = -254,4 Kkal

4.                                            ∆H = -310,6 Kkal

5.                                                                                                                 ∆H = -144,0 Kkal

6.          ∆H = -164,8 Kkal

7.      ∆H = -56,20 Kkal

Reaksi oleh mikroorganisme asidogenesa

8.   etanol ∆H = +7,0 Kkal

9.   etanol ∆H = +9,6 Kkal

10.          ∆H = -3,96 Kkal

11.                    ∆H = +48,1Kkal

12.        ∆H = +53,0 Kkal

13. suksinat ∆H = +56,1 Kkal

14.   ∆H = +76,1 Kkal

 

Reaksi oleh mikroorganisme metanogenesa

15.                                   ∆H = -31,0 Kkal

16.                            ∆H = -135,6 Kkal

17.                      ∆H = -130,4 Kkal

Sumber: Thaurer, 1977.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2  Pengaruh Umpan pada Dekomposisis Anaerobik

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik

  1. Komposisi nutrien

Parameter penting pada proses anaerob adalah total bahan organik yang merupakan ukuran suatu material seperti karbohidrat, protein, dan lemak. Seluruh substrat itu dapat dikonversi menjadi asam-asam teruapkan dan metan.

  1. Kandungan oksigen terlarut

Okisgan terlarut dalam reaktor anaerob dapat menghambat seluruh tahapan anaerob yang meliputi hidrolitik, asetogenik dan metanogenik.

  1. Temperatur

Hampir seluruh aktivitas biologi dipengaruhi oleh temperatur. Temperatur dapat menghambat atau mempercepat pertumbuhan mikroba, penguraian bahan organik, produksi gas, penggunaan substrat, dan banyak aktivitas biologi lainnya. Salah satu alasannya adalah karena berbagai aktivitas biologi melibatkan reaksi-reaksi berbantuan enzim, dan enzim sangat sensitif terhadap perubahan temperatur.

Berdasarkan temperatur operasinya, proses anaerob secara garis besar diklasifikasikan menjadi 3 yaitu : mesofil, psycrofil, dan termofil.

Umumnya reaktor anaerob beroperasi pada temperatur mesofil yaitu 20 s.d. 45 oC. Kondisi mesofil dipilih karena mikroba-mikroba di alam lebih banyak yang bersifat mesofil daripada psychrofil dan termofil. Sludge retention time (SRT) dalam reaktor mesofil juga lebih pendek daripada dalam reaktor pschrofil (4 s.d 6 minggu dibanding 12 minggu) sehingga proses anaerob dapat terjadi lebih cepat.

Temperatur psycrofil yaitu 5 s.d 25 oC. Karena temperatur relatif rendah SRT dari anaerob psycrofil berada dalam rentang 100 s.d. 400 hari atau lebih.

Temperatur termofil yaitu 50 s.d. 70 oC. Laju degradasi bahan organik pada temperatur tersebut lebih cepat daripada sistem mesofil. Oleh karena itu SRT nya juga sangat singkat, namun pengendalian temperatur lebih sulit dan mahal daripada mesofil dan psycrophil.

Dalam seluruh jenis temperatur anaerob, sangatlah penting untuk menjaga temperatur seragam di seluruh bagian tangki. Jika terjadi variasi temperatur, maka akan menghambat atau menonaktifkan bakteri anaerob tertentu termasuk bakteri metanogen yang memiliki rentang adaptasi temperatur sangat sempit.

  1. PH

Karena aktivitas enzim sangat dipengaruhi oleh pH, setiap perubahan pH akan membawa perubahan pada sistem biologis. Umumnya mikroba anaerob beraktivitas pada pH optimum antara 6 s.d 7.5. Rentang pH yang cukup sempit ini dapat dikontrol oleh buffer alami berupa amonium (NH4+) dan bikarbonat (HCO3). Ion amonium diperoleh dari deaminasi dari asam-asam amino dan material yang mengandung nitrogen dan amino lainny seperti DNA, RNA, adenosin tripospat (ATP), dan enzim. Ion bikarbonat diperoleh dari karbondiokasida yang diproduksi selama hidrolisis, pembentukan asam dan metanogenesis.

  1. Konsentrasi  VS (volatile solids)

Fraksi VS dalam reaktor anaerob merupakan parameter yang penting dan dapat digunakan untuk perhitungan pembebanan. Semakin tinggi kosentrasi VS semakin tinggi pula pembebanan. VS merupakan bahan makanan untuk proses hidrolisis dan pembentukan asam secara anaerob.

Hubungan antara jumlah karbon dan nitrogen yang terdapat di dalam bahan-bahan organik ditunjukkan dengan istilah rasio karbon/nitrogen. Rentang rasio C/N antara 20 s.d 30 merupakan rentang optimum untuk proses penguraian anaerob. Jika rasio C/N terlalu tinggi, maka nitrogen akan terkonsumsi sangat cepat oleh bakteri-bakteri metanogen untuk memenuhi kebutuhan protein dan tidak akan lagi bereaksi dengan sisa karbonnya. Sebagai hasilnya produksi gas akan rendah. Di lain pihak, jika rasio C/N sangat rendah, nitrogen akan dibebaskan dan terkumpul dalam bentuk NH4OH. NH4OH akan meningkatkan harga pH dalam reaktor anaerob. Jika pH lebih tinggi dari 8,5 maka populasi bakteri metanogen akan menurun.

 

 

2.1.2.2.Ratio C/N/P pada Umpan

Selain jumlah nutrisi untuk pertumbuhan mikroorganisme yang terlibat dalam proses dekomposisi anaerobik harus mencukupi, kehadiran unsur C, N dan P sebaiknya berada pada ratio atau perbandingan yang tepat. Apabila unsur N dan P terlalu sedikit dibandingkan dengan unsur C, maka konversi C menjadi CH4 menjadi tidak sempurna. Sebaliknya, apabila unsur N berlebih, maka mikroorganisme akan mengkonsumsi unsur N tersebut menjadi senyawa – senyawa yang dapat menginhibisi proses, seperti NH3.

Fosfat merupakan makromineral yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk pertumbuhan populasi mikroba dan untuk menjaga stabilitas pH. Kekurangan P secara umum akan menyebabkan terganggunya pertumbuhan bakteri – bakteri yang terlibat dalam pembentukkan biogas yang berakibat penurunan produksi biogas.

Tabel 2.1 Rasio C/N Berbagai Bahan Organik

Sumber Bahan Organik

Rasio C/N

Kotoran bebek

8

Kotoran manusia

8

Kotoran ayam

10

Kotoran kambing

12

Kotoran babi

18

Kotoran domba

19

Kotoran kerbau/sapi

24

Eceng gondok

25

Kotoran gajah

43

Batang jagung

60

Jerami padi

70

Jerami gandum

90

Serbuk gergaji

>200

Sumber: Karki and Dixit, 1984.

Bahan dengan rasio C/N tinggi dapat dicampur dengan rasio C/N rendah untuk memperoleh campuran yang sesuai dengan kebutuhan. Di Cina, untuk mencapai rasio C/N yang optimum, biasanya jerami padi ditambahkan pada dasar reaktor anaerob. Hal serupa dilakukan di Machan Wildlife Resort berlokasi di kota Chitawan, Nepal, kotoran gajah dicampur dengan kotoran manusia sehingga kadar C/N mencapai nilai optimum (Karki, Gautam and Karki, 1994).

 

keterangan :

R =  rasio C/N dari campuran bahan organik.

Qn = massa basah material ke-n.

Cn = kadar karbon (%) material ke-n.

Nn = kadar nitrogen (%) material ke-n.

Mn = kadar air (%) material ke-n.

 

Tabel 2.2 Komposisi berbagai bahan organik

Bahan organik

Padi

Lig

%

Selulosa

(%)

Hemiselulosa

(%)

Nitrogen % Ash %
Kulit 3.3 10.7 11 2.08 10
gabah 2.1 1.424 5
beras <1 <1 1.376 1
hulls 17 55 10 0.48 20
jerami 12.5 32.1 24.0 17.5
Kotoran Hewan
Gajah 10.4 1.12
Ayam 3.4 5.424
Babi 2.2 4.416
Sapi, sampel 1 8.1 3.104
Sapi, sampel 2 7.9 3.216
Sapi, sampel 3 10.1 2.752

(Seluruh data berbasis kering)

Gambar 2.2   Bakteri Metanogenik (Rivard, C., 1995)

 

About nunulasa
Idealis yang realistis, Selalu Optimis dan Mudah Beradaptasi.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: