BIOGAS ENAL

A. JUDUL PROGRAM
Pengembangan Teknologi pengemasan Biogas sebagai Alternatif Energi Pengganti LPG
B. LATAR BELAKANG MASALAH
Beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang krusial di dunia. Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi penduduk dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi dari bahan bakar fosil memberikan tekanan kepada setiap negara untuk segera memproduksi dan menggunakan energi terbaharukan. Selain itu, peningkatan harga minyak dunia hingga mencapai 100 U$ per barel juga menjadi alasan yang serius yang menimpa banyak negara di dunia terutama Indonesia (Pambudi, 2008).
Lonjakan harga minyak dunia akan memberikan dampak yang besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang.
Usaha pemerintah untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak adalah dengan menerbitkan Peraturan Presiden Republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak. Pemerintah menargetkan ada 2.000 desa mandiri energi hingga tahun 2010. Mandiri energi berarti 60 persen kebutuhan energinya dipenuhi dari sumber setempat terutama dari energi terbarukan. Kebutuhan bahan bakar bagi penduduk berpendapatan rendah maupun miskin, terutama di pedesaan, sebagian besar dipenuhi oleh minyak tanah yang memang dirasakan terjangkau karena disubsidi oleh pemerintah, namun karena digunakan untuk industri atau usaha lainnya, terkadang terjadi kelangkaan persediaan minyak tanah di pasar. Selain itu mereka yang tinggal di dekat kawasan hutan berusaha mencari kayu bakar, baik dari ranting-ranting kering dan tidak jarang pula menebangi pohon-pohon di hutan yang terlarang untuk ditebangi, sehingga lambat laun mengancam kelestarian alam di sekitar kawasan hutan.
Kebijakan pemerintah yang mulai dijalankan pada awal tahun 2008 adalah melakukan konversi minyak tanah ke gas LPG. Hal ini bertujuan untuk mengurangi beban subsidi pemerintah terhadap minyak tanah. Kementerian Negara Koperasi dan UKM (selanjutnya disebut : KUKM): mengadakan kompor dan asesorisnya (regulator dan selang) serta mendistribusikannya bersama tabung dari Pertamina. Banyaknya infrastruktur yang ada merupakan potensi yang besar untuk mengembangkan isian tabung dari sumber gas yang lain (selain gas alam) yang memilki sifat keberlanjutan yang nyata. Hal ini dilandaskan karena cadangan gas bumi bersifat terbatas dan tidak dapat diperbaharui.
Energi terbarukan yang dapat dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai untuk daerah pedesaan adalah energi biogas dengan memproses limbah bio atau bio massa di dalam alat kedap udara yang disebut digester. Biomassa berupa limbah dapat berupa kotoran ternak bahkan tinja manusia, sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daun-daunan sortiran sayur dan sebagainya serta sebagian besar terdiri atas kotoran ternak. Kendala yang ada di lapangan adalah prose distribusi biogas yang belum efekti dan efisien. Masyarakat yang tidak memiliki peternakan umumnya tidak bisa menikmati biogas karena membuthkan instalasi pemasangan pipa yang panjang untuk dapat menjangkau semua areal.


C. PERUMUSAN MASALAH
Usul program ini pada dasarnya adalah untuk mengkaji lebih dalam mengenai proses pengemasan biogas sebagai altrnatif energi pengganti LPG. Permasalahannya adalah bagaimana teknologi proses pengemasan biogas yang efekitif dan efisien sehingga dapat menghasilkan gas dengan kualitas yang optimal dan memilki daya saing pasar yang tinggi.

D. TUJUAN PROGRAM
Tujuan yang ingin dicapai dari pelaksanaan program ini adalah:
1. Mengembangkan teknologi pengemasan biogas sebagai sumber alternatif energi pengganti gas LPG
2. Menemukan teknologi pengemasan biogas ke dalam tabung LPG yang tepat sehingga dihasilkan gas dengan kualitas yang tinggi

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dari PKM ini adalah pengembangan teknologi pengemasan biogas sebagai sumber alternatif energi pengganti gas LPG untuk mencukupi kebutuhan energi konsumsi rumah tangga dan industri yang berkelanjutan (suistanable).

F. KEGUNAAN PROGRAM
Program ini diharapkan akan memberikan kegunaan sebagai berikut :
1. Mengetahui dan mengembangkan teknologi pengemasan biogas sebagai sumber alternatif energi pengganti gas LPG
2. Meningkatkan kepekaan dan kreativitas mahasiswa dalam mengatasi masalah yang berkembang di masyarakat dan mencari solusi yang tepat
3. Mengenalkan teknologi pengemasan biogas sehingga dapat dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai pengganti gas LPG

G. TINJAUAN PUSTAKA
1. Mekanisme Pembuatan Biogas
Biogas berasal dari kata bios artinya hidup, sedang gas adalah sesuatu yang keluar dari tungku atau dari perapian atau tabung, yang dihasilkan oleh makhluk hidup melalui proses tertentu (BPTP, 2006). Biogas yang dihasilkan oleh aktifitas 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 (Wikipedia, 2008).
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 diatmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil (Wikipedia, 2008).
Gas metana sama dengan gas elpiji (liquidified petroleum gas atau LPG), perbedaannya adalah gas metana mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak (Rahman, 2005).
Tabel 1. Kandungan kimia Biogas

1. Metana (CH4) 54%-70%
2. Karbon dioksida(CO2) 27%-35%
3. Nitrogen (N2) 0,5%-2%
4. Karbon monoksida (CO) 0,1%
5. Oksigen (O2) 0,1%
6. Hidrogen Sulfida (H2S) Kecil






Biogas dapat dihasilkan melalui beberap tahap sebagai berikut:
a. Menampung Kotoran Sapi di Bak Penampungan Sementara
Kotoran sapi dari kandang yang bercampur dengan air cucian kandang ditampung di dalam bak penampungan sementara. Bak penampungan sementara ini berfungsi untuk menghomogenkan bahan masukan.
Dalam bak penampungan ini kotoran sapi yang menggumpal dihancurkan dan diaduk dengan perbandingan air dan kotoran sapi 1 :2 pengadukan harus dilakukan secara merata sehingga bentuknya menjadi lumpur kotoran sapi. Bentuk lumpur seperti ini akan mempermudah proses pemasukannya ke dalam digester. Selain itu, kotoran sapi yang berbentuk lumpur juga sangat menguntungkan karena dapat menghindari terbentuknya kerak di dalam digester yang bisa menghambat pembentukan biogas.

b. Mengalirkan Kotoran Sapi ke Digester
Lumpur kotoran sapi dialirkan ke digester melalui lubang pemasukan. Pada pengisian pertama, kran pengeluaran gas yang ada di puncak kubah sebaiknya tidak disambungkan dulu ke pipa. Kran tersebut dibuka agar udara dalam digester terdesak keluar sehingga proses pemasukan lumpur kotoran sapi lebih rendah.

c. Menambahkan Starter
Pada pemasukan pertama diperlukan lumpur kotoran sapi dalam jumlah banyak sampai lubang digester terisi penuh. Untuk membangkitkan proses fermentasi bakteri anaerob pada pengisian pertama ini perlu menambahkan starter (berupa starter komersial yang benyak dijual dipasar) sebanyak 1 liter dan isi rumen agar dari rumah potong hewan (RPH) sebanyak 5 karung untuk kapasitas digester 3,5-5,0 m3.
Setelah digester penuh, kran pengatur gas yang ada di puncak kubah ditutup dan biarkan digester memulai proses fermentasi. Lubang pemasukan sementara ditutup agar tidak ada penambahan lumpur kotoran sapi.

d. Membuang Gas yang Pertama Dihasilkan
Dari awal hingga hari ke-8, kran yang di aras kubah dibuka dan gasnya dibuang. Pembuangan gas ini disebabkan gas awal yang terbentuk didominasi CO2. pada hari ke-10 hingga hari ke-14 pembentukan gas CH4 semakin meningkat dan CO2 menurun. Pada saat komposisi CH4 54% dan CO2 27% maka biogas akan menyala. Selanjutnya, biogas dapat dimanfaatkan untuk menyalakan kompor gas di dapur.

e. Memanfaatkan Biogas yang Sudah Jadi
Pada hari ke-14, gas sudah mulai terbentuk dan bisa digunakan untuk menghidupkan nyala api pada kompor. Mulai hari ke-14 kita sudah biasa menghasilakan energi biogas yang selalu terbarukan. Biogas ini tidak berbau seperti bau kotoran sapi.
Selanjutnya, digester terus diisi lumpur kotoran sapi secara kontinu sehingga dihasilkan biogas yang optimal. Selain menghasilkan biogas, proses pembuatan biogas juga menghasilkan sisa buangan lumpur yang dapat digunakan sebagai pupuk organik. Sisa buangan lumpur ini dapat dipisahkan menjadi bagian padatan dan cairan yang selanjutnya dapat dijadikan pupuk organik padat dan pupuk organik cair.

Banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan produksi biogas. Faktor pendukung untuk mempercepat proses fermentasi adalah kondisi lingkungan yang optimal bagi pertumbuhan bakteri perombak. Beberapa faktor yang memang mempengaruhi produksi biogas adalah kondisi anaerob atau kedap udara, bahan baku isian, imbangan C/N, derajat keasaman (pH), temperatur dan starter (Simamora dkk., 2006).
Produksi gas metana tergantung pada C/N rasio dari input (kotorana ternak), hydraulic residence time, pH,suhu dan toxicity. Hasil pengukuran suhu bahan di dalam reaktor berkisar 25-27oC dan pH berkisar antara 7-7,8 berdasarkan teori, kondisi ini baik bagi aktivitas mikroorganisme penghasil gas metana (Widodo dkk, 2006).
2. Pemurnian Gas Metana
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 (Pambudi, 2008).
Salah satu metode untuk memurnikan gas adalah dengan menggunakan membran. Kegiatan pemisahan ini bekerja menurut asas bahwa laju permeasi (perembesan) gas melalui membran berbeda-beda sesuai dengan jenis gasnya. Sebagai bahan membran digunakan polisulfon, polistirena, teflon, dan berbagai jenis karet. Proses pemisahan jenis ini mempunyai banyak keunggulan dibandingkan dengan proses pemisahan jenis lain, antara lain kondisi operasinya sedang, konsumsi energi lebih rendah, biaya investasi rendah, dan dapat beroperasi secara ekonomis (Austin, G.T. 1996).

3. Pencairan Gas
Istilah LPG dan LNG adalah pengistilahan umum untuk gas yang dicairkan baik oleh manusia atau karena keadaan alam. Jika LPG adalah gas cair dengan komponen utama adalah propana, maka LNG adalah gas cair dengan komponen utama metana. Metana dan propana adalah senyawa hidrokarbon rantai lurus yang tersusun untuk masing-masing satu unsur karbon dan tiga unsur karbon. Hidrokarbon adalah istilah umum untuk menyebut jenis senyawa tertentu yang terdiri atas unsur C (karbon) dan unsur H (unsur hidrogen) yang terutama terbentuk sebagai hasil siklus hidup dari fosil-fosil mahluk hidup purba (Crootth, 2007).
Perubahan wujud dari padat menjadi cair bisa dilakukan (secara umum) dengan dua hal. Pertama dengan mendinginkan gas melampaui di bawah titik didihnya. LPG (umumnya) titik didihnya pada tekanan atmosfer adalah 42oC, sedangkan LNG titik didihnya sekitar 162oC. Untuk mendinginkan ini diperlukan energi, yang biasanya diwujudkan oleh alat yang bernama refrigerator (kulkas di rumah adalah contoh refrigerator). Perubahan wujud juga dapat dilakukan dengan meningkatkan tekanan gas metana (menjadi LNG) dan gas propana (menjadi LPG). Pada temperatur kamar (25oC) metana akan mulai mencair pada 6.64 bar atau 92.78 psia, sementara propana mulai mencair pada 6.31 bar (Crootth, 2007).
4. Penabungan Gas Metana

Elpiji akan berbentuk gas dalam kondisi atmosfer. Volume elpiji dalam bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji dipasarkan dalam bentuk cair dalam tabung-tabung logam bertekanan. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung elpiji tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasaya sekitar 250:1.
Melalui proses ini gas metana yang berubah menjadi bentuk cair sehingga volumenya berubah menjadi 1/600 dari jumlah keseluruhan gas metana di dalam bentuk gas. Oleh karena itu gas metana dapat dimasukkan ke dalam tabung gas sesuai dengan kapasitas tabung (Wikipedia, 2008). Metana yang telah berbentuk cair selanjutnya dapat memasuki proses penabungan. Dengan menggunakan kompressor yang dilengkapi regulator, metana cair di alirkan ke dalam tabung LPG. Setelah tabung gas terisi maka tahap selanjutnya adalah pemasangan segel pengaman pada tabung gas agar gas yang sudah terisi tetap aman tersimpan.
Setiap tabung ELPIJI mampu menahan tekanan sampai sebesar 80-130 Kg/cm2. Hal ini perlu demi keamanan pemakai bahan bakar gas ELPIJI. Tekanan uap ELPIJI sebesar 4 - 9 Kg/cm2. Jadi tabung ELPIJI mempunyai kekuatan 9 kali lipat lebih besar dari tekanan uap ELPIJI sendiri. Ini artinya faktor keamanan terjamin sampai enam kali lipat.

H. METODE PELAKSANAAN PROGRAM
1. Persiapan Program
Persiapan pelaksanaan program meliputi observasi lapangan. Observasi lapangan dimaksudkan untuk mengetahui sejauh mana penggunaan biogas sebagai alternatif energi pengganti LPG dalam konsumsi rumah tangga.
2. Tahap Penelitian
Penelitian ini dilakukan melalui simulasi di Experimental Farm Fakultas Peternakan Universitas Jenderal Soedirman yang meliputi mekanisme pembuatan biogas, pemurnian metana, pencairan metana dan penabungan metana.
a) Mekanisme Pembuatan Biogas









Persiapan alat



Gas metana
Pengisian digester dengan limbah organik

Proses fermentasi secara anaerobik







b) Pemurnian Gas Metana
Metode untuk memurnikan gas adalah dengan menggunakan membran yaitu: polisulfon, polistirena, teflon, dan berbagai jenis karet. Proses pemurnian bekerja menurut asas bahwa laju permeasi (perembesan) gas melalui membran berbeda-beda sesuai dengan jenis gasnya.
c) Pencairan gas
Pencairan dilakukan dengan mendinginkan gas melampaui di bawah titik didihnya. LPG titik didihnya pada tekanan atmosfer adalah 42oC, sedangkan LNG titik didihnya 162oC. Untuk mendinginkan gas diperlukan energi, menggunakan refrigerator. Perubahan wujud juga dapat dilakukan dengan meningkatkan tekanan gas metana (menjadi LNG) dan gas propana (menjadi LPG). Pada temperatur kamar (25oC) metana akan mulai mencair pada 6.64 bar atau 92.78 psia, sementara propana mulai mencair pada 6.31 bar.
d) Penabungan gas metana
Penabungan gas menggunakan regulator yaitu alat pengatur tekanan gas yang keluar dari botol/tabung, pada keadaan terpasang, gas dengan tekanan tinggi dalam botol sudah berhubungan dengan regulator. Gas metana akan keluar apabila katup dibuka.
3. Uji kelayakan dari Sistem penabungan gas




I. I. JADWAL KEGIATA PROGRAM

Tahap Nama Kegiatan Bulan
I II III IV V VI VII
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Persiapan Survey peluang pasar X X
Penyusunan proposal X X X X
Pelaksanaan Pencarian tempat X X X X
Pembelian peralatan X
Penyebaran publikasi X X X X
Pelayanan jasa X X X X X X X X X X X X X X X X
Laporan Evaluasi & monitoring X X X X X X
Laporan kemajuan X X X X
Laporan akhir X X X X

J. NAMA DAN BIODATA KETUA SERTA ANGGOTA KELOMPOK
1. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap : Fera Indria J
b. NIM : A1H005041
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu
2. Anggota 1
a. Nama Lengkap : Rostika
b. NIM : A1H006002
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu
3. Anggota 2
a. Nama Lengkap : Mei Ernawati
b. NIM : A1H005064
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu
4. Anggota 3
a. Nama Lengkap : Febriana Sari Putri
b. NIM : A1H006014
c. Fakultas/Program Studi : Pertanian/Teknik Pertanian
d. Perguruan Tinggi : Universitas Jenderal Soedirman
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu






L. BIAYA

No. Spesifikasi Satuan Harga Satuan (Rp) Jumlah Harga (Rp)
1. Pembuatan proposal
Pengumpulan Data 10 jam 3.000 30.000
Pengetikan 15 jam 1.000 15.000
Tinta warna 1 pack 25.000 25.000
Tinta hitam 1 pack 20.000 20.000
Penggandaan proposal 6 buah 5.000 30.000
Sub total 120.000
2. Alat dan Bahan
Plat Aluminium 2 mm 2 lembar 150.000 300.000
As Pipi Besi ½ cm 1 buah 50.000 50.000
Gear Sepeda Besar 1 buah 40.000 40.000
Gear Sepeda Kecil 1 buah 20.000 20.000
Pelek Sepeda 2 buah 100.000 200.000
Rantai 1 unit 75.000 75.000
Dudukan Dinamo 1 buah 100.000 100.000
Dudukan Kincir air 1 buah 100.000 100.000
Rumah kincir dan Dinamo 1 unit 150.000 150.000
Cat Besi 2 kg 50.000 100.000
Dinamo Sepeda 2 unit 50.000 100.000
Komponen Regulator 1 unit 50.000 50.000
Komponen imverter + box 1 unit 800.000 800.000
Kabel Instalasi 20 meter 5.000 100.000
Stop Kontak 3 buah 20.000 60.000
Pompa Air 1 buah 250.000 250.000
Lampu Penerangan 3 buah 20.000 60.000
Fitting Lampu 3 buah 15.000 45.000
Saklar Lampu 3 buah 10.000 30.000
Sub total 2.630.000
3. Pengujian dan Analisa
Bengkel Las dan Bubut 50 jam 30.000 1.500.000
Aki 12 Volt 1 buah 200.000 200.000
Sewa Tachometer 100 jam 1.500 150.000
Sewa Multimeter 100 jam 1.000 100.000
Sewa Amperemeter 100 jam 1.000 100.000
Sub total 2.050.000
4. Transportasi
Observasi lapang 10 jam 5.000 50.000
Biaya angkut alat 1 kali 200.000 200.000
Sub total 250.000
5. Dokumentasi
Cetak foto 50 buah 1.000 50.000
Sub total 50.000
6. Pembuatan laporan
Pengetikan 15 jam 1.000 15.000
Tinta warna 1 pack 25.000 25.000
Tinta hitam 1 pack 20.000 20.000
Penggandaan laporan 6 jilid 5.000 30.000
Sub total 90.000
7. Akomodasi
Akomodasi Anggota 5 orang 50.000 250.000
Akomodasi Pendamping 1 orang 80.000 80.000
Sub total 320.000
Total 5.510.000