fermentasi biogas dan bioetanol

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Bioteknologi adalah Ilmu terapan biologi yang melibatkan disiplin ilmu mikrobiologi, biokimia, genetika, dan biologi molekuler. Defenisi bioteknologi secara klasik atau konfensional adalah teknologi yang memanfaatkan agen hayati atau bagian-bagiannya untuk menghasilkan barang dan jasa dalam skala industri untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sedangkan jika ditinjau secara modern, bioteknologi adalah pemanfaatan agen hayati atau bagian-bagian yang telah direkayasa secara invitro untuk menghasilkan barang dan jasa pada skala industri. Bioteknologi dikembangkan untuk meningkatkan nilai bahan mentah dengan memenfaatkan kemampuan mikroorganisme atau bagian-bagiannya, misalnya bakteri dan kapang. Selain itu, bioteknologi juga memanfaatkan sel tumbuhan atau sel hewan yang dibiakkan sebagai bahan dasar berbagai proses industri. Bahan baker minyak yang ada sekarang suatu saat akan habis karena termasuk sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Hal ini merupakan tantangan bagi kita sebagai orang biologi untuk menemukan bahan bakar pengganti yang diproduksi melalui bioteknologi. Saat ini ada dua jenis bahan bakar yang diproduksi dari fermentasi limbah, yaitu : biogas dan bioetanol. 1.2. Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah cara dan pemanfaatan fermentasi anaerob kotoran ternak pada skala rumah tangga sehingga menjadi biogas? 2. Bagaimanakah cara dan pemanfaatan tumbuh-tumbuhan sehingga menjadi bioetanol? 3. Bagaimanakah implikasi biogas dan bioetanol sebagai peluang pengembangan energi alternatif untuk pengganti kelangkaan BBM? 1.3. Tujuan Untuk mengetahui bagaimana cara dan pemanfaatan fermentasi kotoran ternak dan tumbuh-tumbuhan pada skala rumah tangga menjadi biogas dan bioetanol sehingga dapat digunakan sebagai energi alternatif pengganti minyak tanah dan sumber penerangan. 1. Untuk pemanfaatan fermentasi anaerob kotoran ternak pada skala rumah tangga sehingga menjadi biogas. 2. Untuk mengetahui pemanfaatan tumbuh-tumbuhan sehingga menjadi bioetabol.. 3. Untuk mengetahui implikasi biogas dan bioetanol sebagai peluang pengembangan energi alternatif untuk pengganti kelangkaan BBM. 1.4. Manfaat Makalah ini, memberikan manfaat khususnya kepada mahasiswa berupa jasa, dan barang. Jasa disini adalah berupa pelayanan penyuluhan atau training tentang pemanfaatan fermentasi anaerob kotoran ternak menjadi biogas dan fermentasi tumbuh-tumbuhan menjadi bioetanol yang merupakan salah satu alternatif pengganti BBM dan penghematan listrik, dimana dapat mengurangi kontribusi pengeluaran sehari-hari oleh masyarakat akibat mahalnya minyak tanah dan gas minyak cair (elpiji) dan . Dalam hal ini adalah seperti pembangunan reaktor biogas yang berfungsi sebagai penampung limbah yang menghasilkan gas metana (C4), dan kompor gas berfungsi sebagai alat untuk memasak BAB II PEMBAHASAN A. BIOGAS Alternatif bahan bakar masa depan untuk menggantikan minyak salah satunya adalah biogas. Biogas dibuat melalui fase anaerob dalam fermentasi limbah kotoran organisme. Pada fase anaerob akan dihasilkan gas metana (biogas) yang mudah terbakar dan digunakan untuk bahan bakar. Komponen dan pemanfaatan dalam pembuatan biogas. Bahan baku yang bisa dipakai sebagai penghasil biogas adalah semua limbah yang mempunyai kandungan bahan organik lebih dari 2%. Komposisi gas yang dihasilkan meliputi gas methan (CH4) 51-70%, karbon dioksida (CO2) 26-45%, karbon monoksida (CO) 0,1%, nitrogen (N) 0,5-3%, oksigen (O2) 0,1% dan sedikit sekali hidrogen sulfida (H2S). Nilai kalori gas methan 17% lebih tinggi dari bensin. Nilai kalori gas methan murni 8.900 kkl/m3. Sedangkan nilai kalori biogas yang masih berupa campuran gas-gas berkisar 5.000-6.513 kkal/m3. Secara keseluruhan gas yang dihasilkan tak begitu berbau, tak berwarna dan dalam pengapian berwarna biru. Penempatan instalasi biogas bisa dilakukan di permukaan tanah atau dipendam, yang penting tangki pencerna dalam kondisi anaerob, suhu lingkungan psekitar 32-37 derajat C, pH optimal bahan isian 6,8-7,4 dengan C/N ratio=30. Kandungan bahan kering yang terbaik adalah 7-9%. Bila kotoran hewan atau bahan tanaman telah membusuk maka keluarlah gas. Gas tersebutlah yang ditampung dan dijadikan sebagai biogas. Kotoran ternak secara sendiri atau dicampur dengan bahan dari tanaman secara seimbang dengan air dan dimasukkan ke dalam wadah/ tempat penampungan tertentu untuk dibusukkan, akhirnya akan menimbulkan gas. Gas tersebut ditampung dalam wadah lainnya yang kedap udara, dan kemudian dibuatkan saluran yang dihubungkan dengan kompor untuk memasak. Berikut merupakan cara, komponen dan pemanfaatan pembuatan biogas pada skala rumah tangga yang meliputi spesifikasi, pemasangan, pengoperasian reaktor biogas, pengoperasian kompor biogas. 2.1. Persiapan Pemasangan Reaktor Biogas Persiapan pemasangan reaktor biogas sebagai berikut: 1. Pembuatan lubang reaktor, panjang = 4 m, lebar = 1,1 m, dalam = 1,2 m. 2. Pembuatan meja tabung plastik penampung gas : (diameter 1,2 m) panjang = 3 m, lebar = 1,2m, lebar =1,2m. 3. Kotoran sapi (fases) awal sebanyak 100 karung kantong semen atau karung seukurannya (100 kantong semen = 2000 lt). Persiapan awal ini untuk mempercepat produksi gas yang siap untuk digunakan (dinyalakan). 4. Drum untuk tempat pencampuran kotoran (fases) dengan air (1:1) ; 1 buah (200 liter). 5. Karung untuk tempat sisa kotoran dari proses produksi biogas. 6. Kayu atau bambu untuk pagar, supaya reaktor aman dari gangguan ternak atau lainnya. 7. Terpal dan bahan lainnya untuk atap reaktor supaya terhindar dari hujan atau material yang jatuh dari atas. 2.2. Pengoperasian Reaktor Biogas Setelah persiapan pemasangan reaktor biogas terpenuhi kemudian dilakukan cara pengoperasian reaktor biogas dengan skala rumah tangga yaitu dengan cara sebagai berikut: 1. Buat campuran kotoran ternak dan air dengan perbandingan1 : 1 (bahan biogas). 2. Masukkan bahan biogas ke dalam reaktor melalui tempat pengisian sebanyak 2000 liter, selanjutnya akan berlangsung proses produksi biogas di dalam reaktor. 3. Setelah kurang lebih 10 hari reaktor biogas dan penampung biogas akan terlihat mengembung dan mengeras karena adanya biogas yang dihasilkan. Biogas sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar, kompor biogas dapat dioperasikan. 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 reaktor. 5. Pengisian bahan biogas selanjutnya dapat dilakukan setiap hari, yaitu sebanyak + 40 liter setiap pagi dan sore hari. Sisa pengolahan bahan biogas berupa sludge (lumpur) secara otomatis akan keluar dari reaktor setiap kali dilakukan pengisian bahan biogas. Sisa hasil pengolahan bahan biogas tersebut dapat digunakan langsung sebagai pupuk organik, baik dalam keadaan basah maupun kering. 2.3. Cara Pengoprasian Kompor Biogas Kemudian apabila semua terpenuhi maka cara pengoperasian kompor biogas sebagai berikut 1. Buka sedikit kran gas yang ada pada kompor (memutar ke sebelah kiri). 2. Nyalakan korek api tepat diatas tungku kompor. 3. Apabila menginginkan api yang lebih besar, kran gas dapat dibuka lebih besar lagi, demikian pula sebaliknya. Api dapat disetel sesuai dengan kebutuhan dan keinginan kita. 2.4. Pemeliharaan Dan Perawatan Reaktor Biogas Apabila cara pengoperasian telah dilaksanakan maka pemeliharaan dan perawatan reaktor biogas juga sangat diperlukan dengan spesifikasi sebagai berikut: 1. Hindarkan reaktor dari gangguan anak-anak, tangan jahil, ataupun dari ternak yang dapat merusak reaktor dengan cara memagar dan memberi atap supaya air tidak dapat masuk ke dalam galian reaktor. 2. Isilah selalu pengaman gas dengan air sampai penuh. Jangan biarkan sampai kosong karena gas yang dihasilkan akan terbuang melalui pengaman gas. 3. Apabila reaktor tampak mengencang karena adanya gas tetapi gas tidak mengisi penampung gas, maka luruskan selang dari pengaman gas sampai reaktor, karena uap air yang ada di dalam selang dapat menghambat gas mengalir kepenampung gas. Lakukan hal tersebut sebagai pengecekan rutin. 4. Cegah air masuk ke dalam reaktor dengan menutup tempat pengisian disaat tidak ada pengisian reaktor. 5. Berikan pemberat di atas penampung gas (misalnya dengan karung-karung bekas) supaya mendapatkan tekanan di saat pemakaian. 6. Bersihkan kompor dari kotoran saat memasak ataupun minyak yang menempel. Penguraian senyawa organik ini memanfaatkan tiga kelompok mikroba sehingga menghasilkan gas metana, yaitu ; 1. Kelompok bakteri Fermentatif, yaitu Streptococci, Bacterioides, dan beberapa jenis Enterobacteriaceae. 2. Kelompok bakteri Asetogenik, yaitu Kethanobacillus dan Desulfovibrio. 3. Kelompok bakteri Metana, yaitu Methanobacterium, Methanobacillus dan Methanolcoccus. Ketiga kelompok bakteri tersebut bekerja sama dalam pembentukan biogas, walaupun yang mendominasi fermentasi metanah adalah Methanobacterium. Daya kerja dari bakteri–bakteri tersebut di atas sangat dipengaruhi oleh kondisi dan situasi lingkungan reaksi yang apabila tidak diatur dan distabilkan akan memperlambat atau bahkan menyetop reaksi fermentasi. Pengaturan dan pengendalian reaksi ini dilakukan di dalam sebuah alat yang disebut digester/reaktor. Reaksi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut : C6H12O6  3 CH4 + 3 CO2. 2.5. Sifat–Sifat Biogas. Sifat–sifat kimia dan fisika dari biogas berhubungan erat dengan sifat kimia dan fisika dari gas metana sebagai komponen mayoritas. Komposisi kimia dari biogas adalah sebagai berikut : Komponen % Metana (CH4) 55 – 75 Karbon dioksida (CO2) 25 – 45 Nitrogen (N2) 0 – 0,3 Hidrogen (H2) 1 – 5 Hidrogen sulfida (H2S) 0 – 3 Oksigen (O2) 0,1 – 0,5 2.6. Sifat–sifat kimia dan fisika dari biogas antara lain : 1. Nilai kalori dari 1 m³ biogas adalah sekitar 6 kWh yang setara dengan ½ liter minyak diesel. 2. Tidak seperti LPG yang bisa dicairkan dengan tekanan tinggi pada suhu normal, biogas hanya dapat dicairkan pada suhu –178º C sehingga kemungkinan untuk menyimpannya dalam sebuah tangki yang praktis sangat sulit. Jalan yang paling baik adalah menyalurkan biogas yang dihasilkan untuk langsung dipakai baik sebagai bahan bakar untuk memasak, penerangan dan lain–lain. 3. Daya rambat pembakaran biogas sangat lambat (± 430 mm per detik), namun biogas dengan udara (oksigen) dapat membentuk campuran yang mudah meledak apabila terkena nyala api. Konsentrasi 5% - 20% biogas di udara bebas sudah bisa terbakar. 4. Biogas tidak menghasilkan karbon monoksida apabila dibakar sehingga aman apabila dipakai untuk keperluan rumah tangga. 5. Komponen metana dalam biogas bersifat narkotika pada manusia, apabila dihirup langsung dapat mengakibatkan kesulitan bernapas dan mengakibatkan kematian. 2.7. Faktor–faktor Yang Mempengaruhi Reaksi. Reaksi fermentasi melibatkan mikroba–mikroba berupa bakteri yang merupakan mahluk hidup sehingga memerlukan pengaturan situasi dan kondisi lingkungan agar dapat terus hidup dan bekerja menghasilkan biogas. Faktor–faktor yang mempengaruhi unjuk kerja mikroba tersebut adalah : 1. Derajat Keasaman (pH) lingkungan. Reaksi fermentasi anaerobik berjalan dengan kecepatan paling baik pada pH 6,8 – 8,0. 2. Perbandingan kadar karbon–nitrogen. Bakteri memerlukan unsur karbon dan nitrogen sebagai bahan makanan untuk kelangsungan hidupnya. Namun kecepatan bakteri mencerna karbon jauh lebih cepat daripada kecepatannya mencerna nitrogen. Untuk itu perlu pengaturan agar kadar karbon dan nitrogen dalam substrat seimbang. Perbandingan yang ideal (Rasio C/N) adalah 30. 3. Suhu lingkungan. Reaksi dekomposisi secara anaerobik biasanya terjadi pada suhu 0º C – 69º C, tetapi pada suhu di bawah 16º C reaksi berjalan sangat lambat. Suhu ideal untuk reaksi adalah pada 32º C – 35º C. Reaksi yang dijalankan di luar range suhu tersebut biasanya akan banyak mengandung karbon dioksida dan kadar metananya justru menurun. 4. Konsentrasi kepadatan. Pada reaksi anaerobik input bahan baku sebaiknya diencerkan dengan air hingga mencapai konsentrasi kepadatan ideal yaitu 6 – 8 %. 5. Pengadukan. Pengadukan sangat dianjurkan bila memungkinkan agar lapisan paling atas tidak mengeras, sehingga tidak akan mempersulit pelepasan biogas ke atas. B. BIOETANOL Secara definisi ilmu kimia bioetanol adalah sejenis alkohol yang merupakan bahan kimia yang terbuat dari bahan baku tanaman yang mengandung pati, misalnya ubi kayu, ubi jalar, jagung dan sagu. Secara umum rumus molekul etanol yaitu C2H5OH. Bioetanol dapat digunakan untuk berbagai keperluan antara lain sebagai bahan baku industri turunan alkohol,campuran miras, bahan dasar industri farmasi, campuran bahan bakar kendaraan dan sekarang akan dikembangkan sebagai bahan bakar kendaraan (BBM). Khusus untuk yang digunakan sebagai bahan bakar kendaraan, bioetanol ini harus memiliki kadar / grade sebesar 99,5 % sampai dengan 100 % kekeringannya sehingga dengan demikian tidak akan menimbulkan efek korosi bagi mesin. Bioetanol sekarang menjadi populer sebagai bahan bakar alternatif yang berasal dari tananam (biofeul) selain tanaman jarak, kelapa sawit. Sekarang sudah mulai banyak dikembangan oleh pengusaha UKM karena dapat dilakukan oleh industri skala kecil atau rumahan, dengan modal investasi yang relatif kecil kini bioetanol dapat diproduksi oleh siapa saja yang berminat dan di masa depan bahan bakar nabati termasuk bioetanol akan berkembang secara skala kerakyatan dan pemasarannya pun tidak sulit karena bisa langsung digunakan oleh penguna akhir. 2.8. Proses Pembuatan Alkohol Dari Ubi Kayu Secara garis besar ada 4 langkah proses pembuatan bioetanol dengan menggunakan ubi kayu yaitu : a. Mengubah zat pati dalam ubi kayu menjadi zat gula (hidrolisis) b. Mengubah gula (glukosa) menjadi etanol (fermentasi). C6H12O6  2 C2H5OH + 2 ATP 1. Destilasi, Pemurnian etanol hasil fermentasi menjadi etanol dengan kadar 95-96%. 2. Proses dehidrasi, penghilangan air sehingga kadar etanol meningkat menjadi 99,5%. Teknis pembuatan bioetanol dengan bahan ubi kayu : 1. Kupas ubi kayu segar sebanyak 50kg. Cuci dan giling. 2. Saring hasil gilingan untuk memperoleh bubur ubi kayu. 3. Tambahkan air 40-50 ltr, aduk sambil dipanasi. 4. Tambahkan 1,5 ml enzym alfa-amilase. Panaskan selama 30-60 menit pada suhu 90º C. (hidrolisis) 5. Dinginkan hingga suhu mencapai 55º C - 60º C selama 3 jam , lalu dinginkan hingga suhu dibawah 35º C. Gunakan alat penukar panas (Heat exchanger) untuk mempercepat proses pendinginan. 6. Tambahkan 1 gr ragi roti ,urea 65 gr dan NPK 14 gr. Biarkan selama 72 jam dalam keadaan tertutup, tetapi tidak rapat agar gas karbondioksida yang terbentuk bisa keluar. Fermentasi yang berhasil ditandai dari aroma berupa tape, suara gelembung gas yang naik keatas, dan keasaman (PH) diatas 4. (fermentasi) 7. Pindahkan cairan yang mengandung 7-9% bioetanol itu kedalam drum lain yang didesain sebagai penguap (evaporator). 8. Gunakan destilator, panaskan cairan bioetanol tersebut pada suhu 79º C. Kontrol suhu dapat dilakukan dengan menggunakan dua cara yaitu mengatur aliran air refluks dalam alat destilasi atau dengan mengatur api kompor. (destilasi) 9. Fraksi bioetanol 90-95% akan berhenti mengalir secara perlahan. 2.9. Implikasi Pemanfaatan Biogas Dan Bioetanol Ada beberapa potensi pemanfaatan biogas dan bioetanol, yaitu sebagai berikut a. Potensi pemanfaatan biogas terutama adalah untuk masyarakat pedesaan yang biasanya bergerak di bidang pertanian dan peternakan. Biogas memberikan solusi terhadap masalah penyediaan energi dengan murah dan tidak mencemari lingkungan sebab memanfaatkan limbah peternakan dan pertanian. Biogas memberikan efek pencegahan terhadap efek rumah kaca yang bermuara terhadap global warming melalui tiga cara yaitu : 1. Biogas memberikan substitusi energi dari bahan bakar fosil (BBM) yang diperlukan untuk memasak dan penerangan. 2. Gas metana yang dihasilkan oleh penguraian limbah dan sampah secara alami merupakan gas penyumbang terbesar efek rumah kaca dibandingkan dengan CO2. Pembakaran metana pada biogas mengubahnya menjadi CO2 sehingga mengurangi jumlah gas metana di atmosfir. 3. CO2 yang dihasilkan oleh pembakaran metana akan dikonsumsi oleh tanaman untuk mengubahnya menjadi O2. b. Di negara–negara berkembang membangun instalasi biogas skala rumah tangga dan skala pedesaan yang memanfaatkan limbah sekitar merupakan cara yang murah untuk mendapatkan energi untuk penerangan dan memasak. Hal ini telah dibuktikan oleh negara India dan Cina yang serius mengembangkan teknologi biogas bagi rakyatnya. c. Teknologi biogas telah diakui oleh UNDP (United Nations Development Programme) sebagai program aplikatif yang mampu memasyarakat dalam hal penyediaan energi secara murah. Sejak tahun 1975 pemerintah India dan Cina telah membuat program pemerintah untuk mengadopsi teknologi biogas skala kecil untuk penerangan dan memasak. Dewasa ini proyek biogas di negara–negara berkembang akan mendapatkan bantuan finansial dari United Nations Clean Development Mechanism apabila sanggup membuktikan kemampuannya menyerap emisi karbon sebagai bagian dari program dunia untuk pembangunan berkelanjutan dan mengatasi global warming. d. Teknologi bioetanol dapat dijadikan sumber bahan baku industri turunan alkohol, campuran miras, bahan dasar industri farmasi, campuran bahan bakar kendaraan dan sekarang akan dikembangkan sebagai bahan bakar kendaraan (BBM). BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan Dari pembahasan biogas dan bioetanol diatas, penyusun berharap kepada seluruh mahasiswa agar dapat membuat sebuah teknologi alternatif yang sederhana, mudah dioperasikan, murah dan dimana berfungsi sebagai pengganti minyak tanah untuk keperluan rumah tangga dan penghematan listrik. Sudah saatnya masyarakat diberi pilihan agar tidak selamanya bergantung pada minyak tanah, gas elpiji, dan listrik. Apalagi, sumber energinya kotoran ternak dan tumbuh-tumbuhan yang cukup tersedia disekitar kita. 3.2. Saran Belajar dengan tekun giat dan rajin. Belajar dari berbagai sumber misalnya : Guru, buku, internet maupun penelitian langsung, karena dengan belajar yang tekun akan terus menambah wawasan dan ilmu yang selalu bermanfaat dalam hidup kita. Selain itu diharapkan mahasiswa agar terus berdisiplin dan berkompetensi. DAFTAR PUSTAKA Sujana Arman. Drs ; 2007. Kamus Lengkap Biologi. Mega Aksara : Jakarta. Pratiwi. D.A. dkk ; 2007. Biologi SMA Kelas XII. Erlangga : Jakarta. Prawihartono Slamet ; 2003. Sains Biologi. Bumi Aksara : Jakarta. http:// www.biology-online.org / situs untuk mempelajari biologi lewat internet htt:// jv.wikipedia.org/ wiki/ biogas Halaman web tentang biogas pada situs wikipedia