BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengelolaan Air Limbah PMKS · lebih mudah proses ekstraksi minyak juga diperoleh produk samping limbah cair. Air limbah yang dihasilkan dari sterilisasi

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengelolaan Air Limbah PMKS

Indonesia merupakan negara dengan pertumbuhan industri minyak

kelapa sawit terbesar di dunia dalam satu dekade tuimbuh hingga 2,7 kali dari

4,2 juta ton pada 1995 menjadi 11,4 juta ton pada 2004, dan kontribusi Indonesia

pada produksi crude palm oil (CPO) dunia naik menjadi 38,06 % dari total

produksi dunia yang mencapai 29,95 juta ton (Djikah 2007). Produksi CPO pada

akhir 2006 diperkirakan melampaui 13,5 juta ton, sementara sasaran jangka

menengah pada 2010 Indonesia menjadi eksportir dan produsen CPO terbesar

dunia yaitu 18 juta ton dari luas lahan perkebunan 5,6 juta ha (Deprind 2006).

Hal ini diyakini dalam jangka panjang permintaan CPO juga akan terus

meningkat, seiring dengan adanya penelitian dan pengembangan mengubah

minyak sawit menjadi bioenergi, termasuk proyek biodiesel dan biogas sebagai

energi terbarukan untuk mengurangi pemakaian energi dari bahan bakar minyak

bumi (Perpres no.5 RI 2006).

Pabrik minyak kelapa sawit (PMKS) rerata mengolah setiap ton tandan

buah segar (TBS) kelapa sawit dihasilkan 120-200 kg minyak mentah, 230-250

kg tandan kosong kelapa sawit (TKKS), 130-150 kg serat/ fiber, 60-65 kg

cangkang dan 55-60 kg kernel dan air limbah 0,7 m3. Proses ekstraksi produksi

minyak sawit mentah dapat dilakukan tiga cara berbeda yakni, proses kering,

proses penggorengan dan proses basah. Proses kering (decanter) dihasilkan

campuran minyak perikarp dan kernel, proses ini tidak menghasilkan limbah

cair. Proses basah lebih banyak digunakan oleh industri minyak sawit, selain

lebih mudah proses ekstraksi minyak juga diperoleh produk samping limbah

cair. Air limbah yang dihasilkan dari sterilisasi dan ruang separasi minyak secara

keseluruhan berupa campuran buangan cair, bahan organik tinggi sebagai

pencemar berat. Buangan cair pencemar ringan berasl dari air kondensat, air

pendingin, buangan boiler dan buangan sanitasi. Pengelolaan LCPMKS umum

diterapkan secara biologis, dialirkan ke dalam kolam-kolam penampungan

16

sebelum akhirnya memasuki badan perairan umum (H-Kittikun et al. 2000,

Yuliasari et al. 2001).

Sistem pengolahan anaerob limbah cair mempunyai keuntungan nyata

dibanding sistem pengolahan aerob, antara lain: dioperasikan hampir tanpa energi

tambahan, mampu menurunkan beban pencemar berat hingga sedang dan terbentuk

lumpur sebagai pengganti pupuk organik (kompos). Rancangan teknik perombakan

anaerob dalam sistem kolam biasanya merupakan serangkaian kolam terbuka yang

tersusun atas beberapa kolam (Loebis dan Tobing 1992). Rancangan dan operasi

dalam sistem kolam seharusnya mempertimbangkan kebutuhan volume tampung

pengendapan lumpur primer, seimbang dengan kelebihan lumpur anaerob.

Akumulasi lumpur akan menyebabkan pengurangan volume dan efisiensi

pengolahan limbah secara keseluruhan. Banyak faktor menentukan desain maupun

operasi sistem pengolahan antara lain, luas dan harga areal lahan, kondisi sekitar

areal kolam juga hilangnya sumber energi biogas. Namun demikian biogas belum

penting sebagai sumber energi yang diperoleh cukup dari pembakaran cangkang,

TKKS, dan janjang kelapa sawit (H-Kittikun et al. 2000).

Surplus energi dari sistem kolam terbuka, biaya investasi dan operasi

rendah, sederhana, menyebabkan penerapan sistem anaerob tertutup belum

mendesak dilakukan oleh PMKS. Walaupun berbagai sistem perombakan

anaerob tertutup telah banyak tersedia dan digunakan untuk pengolahan limbah

organik, misalnya reaktor pencampuran lengkap (Complete Mixed), (Fixed

Film), (Fixed Bed) (Faisal dan Unno 2001), (Anaerobic Filter), (Hybrid System)

(Borja dan Banks 1995) dan aliran ke atas lapis lumpur anaerob (Upflow

Anaerobic Sludge Blanket) (Lettinga dan Zeeman 1999, Metchalf dan Eddy

2003, Reith et al. 2003). Reaktor atau perombak UASB yang dikembangkan

oleh Lettinga et al. (1979), selama dua dekade terakhir telah banyak digunakan

untuk pengolahan limbah organik. Reaktor terdiri dari suatu tangki/ tabung

(Tinggi/Diameter= 2), di mana aliran limbah ke atas menembus lapisan/selimut

limbah organik anaerob yang menempati separuh volume reaktor dengan suatu

kerucut penetap terbalik, pada puncak perombak yang memungkinkan separasi

padat-cair efisien (Lettinga dan Zeeman 1999). Namun diperlukan keseimbangan

operasional sistem perombakan anaerob, terutama stabilitas pengaliran dan laju

17

pengupanan dengan memperhatikan fluktuasi beban, perataan (homogenitas) dan

suhu substrat (H-Kittikun et al. 2000).

Tiga lingkup minat paling potensial dalam memanfaatkan teknologi

perombakan anaerob (Technology Digestion Anaerobic/TDA), dalam

pengelolaan limbah organik maupun residu agroindustri. Pertama pengelolaan

limbah untuk mengendalikan polusi udara yaitu emisi metana dan bau busuk,

minat kedua peningkatan kualitas lumpur (digestat) sebagai pupuk organik yang

berdayaguna dan minat ketiga untuk memperoleh produk energi terbarukan

(Wellinger 1999). Minat produksi energi dan efisiensi menjadi sasaran utama,

maka desain dan perlengkapan teknis digesti anaerob lebih diperlukan untuk

dapat memproduksi biogas maksimum, sedangkan minat untuk pengendalian

polusi cukup diperlukan desain perombak yang memadai (Wellinger 1999).

Perombakan anaerob tertutup merupakan sistem penolahan yang lebih efisien,

dan biogas yang dihasilkan dari pengolahan tertutup dapat dimanfaatkan sebagai

bahan bakar. Oleh karena energi dan lingkungan merupakan isu yang menarik

akhir-akhir ini, pengelolaan limbah industri sawit dengan memanfaatkan

teknologi perombak anaerob skala lapang dan minat produksi maksimum biogas,

diperlukan desain dan peralatan teknis digesti dengan serta prioritas menerapkan

sistem UASB atau kontak anaerob dimodifikasi untuk pengelolaan LCPMKS

(Suzuki 2003, Reith et al. 2003).

Penerapan TDA umum dilakukan dalam pengelolaan buangan maupun

limbah cair dengan konsentrasi bahan organik tinggi, karena dihasilkan biogas

sebagai sumber energi terbarukan dan lumpur sebagai pupuk organik. Di

samping itu degradasi anaerob bahan organik kompleks menjadi bahan dengan

berat molekul rendah lebih efisien, sebagai alternatif pemecahan masalah

penumpukan, mengurangi bau menyengat sebagai sumber penyakit (Reith et al.

2003). Potensi terbesar TDA terletak pada industri pertanian sesuai dengan

ketersediaan melimpah biomas pertanian. Pembangunan perombak setidaknnya

separuh dari kuantitas industri pertanian dalam jangka pendek maupun

menengah memberi jumlah signifikan lapangan kerja baru (Werner et al. 1989).

Pengembangan TDA yang memfokuskan pada produksi biogas sebagai alternatif

pengganti bahan bakar minyak, dan sumber listrik peralatan internal pabrik serta

18

pemenuhan kebutuhan energi rumah tangga pekerja/karyawan telah banyak

dilakukan (H-Kittikun et al. 2001). Pemanfaatan TDA pada pengelolaan limbah

cair industri pertanian secara umum dapat mengurangi masalah pencemaran

lingkungan, memperbaiki kondisi sosial ekonomi masyarakat pedesaan,

menyediakan energi terbarukan guna memenuhi kebutuhan energi rumah tangga

sekaligus penerapan teknologi tepat guna yang terdapat di seluruh pelosok tanah

air serta wahana mewujudkan mekanisme pembangunan bersih dan

pembangunan berkelanjutan (MenLH 2006).

2.2. Teknologi Perombakan Anaerob

Pada hakekatnya, energi yang terkandung dalam bahan organik

merupakan energi matahari yang diikat oleh tanaman melalui proses fotosintesis.

Pemanfaatan kembali menjadi energi, baik secara langsung maupun tidak

langsung adalah pengambilan kembali energi matahari yang terikat biomasa.

Proses daur hidup di alam oleh semua makhluk hidup berlangsung melalui

berbagai tahapan panjang yang dibedakan menjadi dua arah yaitu, pembentukan

(biosintesa) dan pemecahan (biolisa). Kedua proses ini disebut biokonversi,

terjadi perubahan bentuk bahan polimer atau produk biomasa berbagai jenis

produk nabati maupun hewani berlangsung secara simultan, meskipun terdapat

fluktuasi keseimbangan proses akibat berbagai pengaruh (Judoamidjojo et al.

1989).

Proses produksi agroindustri menghasilkan air buangan dengan beban

organik tinggi, salah satunya adalah pabrik minyak kelapa sawit yang berbahan

baku lignoselulosa. Air limbah pabrik minyak kelapa sawit (PMKS) tersusun

atas bahan organik dengan nilai BOD, COD dan kandungan padatan tinggi. Air

buangan merupakan sumber pencemar sangat potensial. Pengelolaan air limbah

industri dengan cara fisika-kimia biasa dilakukan dengan koagulasi dan

flokulasi, namun biaya ini sangat mahal walaupun hasilnya cukup memuaskan,

sehigga banyak industri kecil tidak sanggup melakukan kegiatan produksi lebih

lanjut, karena dianggap mencemari lingkungan perairan sekitarnya (Syafila et al.

2001, Metcalf dan Eddy 2003).

19

Biokonversi anaerob bahan organik suatu teknologi yang dikembangkan

untuk melindungi lingkungan melalui pengelolaan limbah dan air limbah. Produk

akhir biokonversi anaerob adalah biogas, campuran metana dan karbon dioksida

yang bermanfaat sebagai sumber energi terbarukan. Perombakan anaerob

merupakan proses sederhana secara teknologi membutuhkan energi rendah untuk

mengubah bahan organik dari berbagai jenis air limbah, buangan padat dan

biomas menjadi metana. Aplikasi TDA yang lebih luas, menjadi kebutuhkan

dalam usaha menuju pembangunan berkelanjutan dan produksi energi

terbarukan. Kecenderungan ini didukung oleh pertumbuhan kebutuhan pasar

akan energi ”hijau” oleh optimisasi substansial TDA, terutama perkembangan

modern sistem ko-perombakan dan ”laju tinggi” (de Mez et al. 2003).

Teknologi perombakan (perombakan) anaerob merupakan salah satu

bagian strategi pengelolaan air limbah atau buangan industri yang cukup

berdayaguna dan efektif. Penerapan teknologi ini selain murah dan praktis untuk

buangan dengan beban organik, mampu mereduksi energi terkandung dalam

limbah untuk pengelolaan lingkungan dan mampu mendegradasi senyawa-

senyawa senobiotik maupun rekalsitran (Bitton 1999). Perombakan anaerob

secara alami terjadi di sedimen sungai/ aliran dan kolam yang tidak teraerasi

cukup, yang mengubah senyawa karbon menjadi gas metan, nitrogen dan asam

sulfida (penyusun gas rawa dan sawah), sebagai pengganti karbon dioksida

maupun air yang dihasilkan dalam perombakan aerob. Dalam lingkungan

anaerob mikroorganisme berperan membebaskan metana dari asam cuka antara

lain, Methanosarcina, Methanococcus, Methanobacterium, dan Methanobacillus.

Perombakan anaerob secara luas digunakan untuk memantapkan padatan organik

terkonsentrasi (memadat/lumpur), dengan BOD lebih besar dari 10,000 mg/l,

dipindahkan dari tangki-endap, filter biologik, dan pembangkit lumpur aktif.

Beberapa pembangkit menggunakan perombak anaerob sebagai langkah pertama

membuang kelebihan zat nitrogen dari aliran sisa sebelum perlakuan aerob

(Werner et al. 1989).

Sistem pengolahan dengan perombak anaerob laju tinggi seperti reaktor

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), Filter Anaerob (Anaerobic Filter)

dan Proses Kontak (Anaerob Contact Process) kurang layak untuk perombakan

20

jenis lumpur tetapi baik dikonsentrasikan pada air limbah (limbah cair) dan atau

bagian dari suatu sistem beberapa fase. Waktu tinggal lumpur lebih lama

dibanding waktu tinggal hidraulik, karena kotoran tertahan dalam reaktor. Sistem

laju tinggi lebih baik untuk aliran limbah dengan padatan mengendap rendah.

Berbagai jenis perombak pengolahan air limbah digunakan di seluruh dunia,

antara lain:

• Proses Kontak; System-Biobulk; • Upflow Anaerobic Sludge Blanket (

UASB); • Anaerobic Film Fixed Reactor (AFFR); • Fixed Film Repair Bed /

Fluidized System; • Expanded Granule Sludge Blanket (EGSB); • Hybrid

System; • Anaerobic Filter (AF) (Reith et al. 2003).

2.2.1. Prinsip-prinsip proses perombakan anaerob

Dekomposisi anaerob mikrobiologis merupakan proses mikroorganisme

tumbuh dan menggunakan energi dengan memetabolisis bahan organik dalam

lingkungan anaerob dan menghasilkan metana. Proses perombakan anaerob

dapat dibagi menjadi empat tahap berikut, masing-masing menurut karakteristik

kelompok mikroorganisme sendiri.

1). Hidrolisis senyawa polimer organik menjadi senyawa sederhana dapat

diserap membran sel mikroba. Hidrolisis karbohidrat menjadi monomernya,

protein menjadi asam-asam amino, dan lemak atau minyak menjadi asam-asam

lemak rantai panjang ataupun alkohol.

2). Fermentasi senyawa sederhana dalam reaksi bertahap. Proses ini

merupakan sumber energi populasi non-metanogenik. Fermentasi hasil hidrolisis

tersusun berbagai senyawa organik sederhana terutama asam lemak volatil

(VFA) gas-gas CO2 dan H2, beberapa asam laktat dan etanol. Tahap ini dikenal

sebagai fermentasi asam atau asidogenesis.

3). Banyak hasil reduksi fermentasi asam harus dioksidasi di bawah

kondisi anaerob menjadi asam asetat, CO2, dan hidrogen yang akan menjadi

substrat bakteri metana. Konversi ini terjadi jika tekanan hidrogen parsial tetap

sangat rendah karena asupan hidrogen oleh metanogen. Bakteri pembentuk

oksidasi ini adalah bakteri syntrofik atau disebut juga bakteri asetogen atau

mikroba obligat pereduksi proton.

21

4). Tahap akhir pengolahan limbah cair anaerob adalah fermentasi

metana: yakni dua tipe reaksi terjadi, pertama CO2 dan H2 diubah menjadi

metana dan air, dan tahapan kedua, asetat diubah menjadi metana dan CO2.

(Werner et al. 1989).

2.2.2. Faktor-faktor yang berpengaruh pada perombakan anaerob

Perombakan anaerob merupakan proses biologis, yang dipengaruhi oleh

faktor lingkungan. Faktor pengendali utama antara lain, suhu, pH, dan senyawa

beracun (de Mez et al. 2003). Proses perombakan anaerob untuk pembentukan

biogas dipengaruhi oleh dua faktor yaitu, biotik dan abiotik. Faktor biotik berupa

mikroorganisme dan jasad aktif di dalam proses perombakan sistem anaerob.

Faktor abiotik meliputi, pengadukan, suhu, pH, substrat, kadar air substrat, rasio

C/N dan P dalam substrat dan kehadiran bahan toksik (Wellinger 1999).

Bioreaktor (perombak) fermentasi dibedakan menurut sistem

pengumpanan (feeding), penggunaan suhu, tingkat fermentasi, dan proses

fermentasi dua fase. Berdasarkan sistem pengumpanan, fermentasi dibedakan

lebih lanjut dalam: tiga macam cara: fermentasi kontinyu, semi kontinyu dan

curah. Fermentasi satu tingkat, fermentasi dilakukan dalam satu tangki atau

dapat dilakukan pada dua tingkat atau lebih sehingga terjadi waktu retensi lebih

lama tapi dekomposisi bahan organik lebih baik. Fermentasi dua fase dirancang

menjadi 2 periode, periode pembentukan asam dan periode pembentukan

metana. Keuntungan proses dua fase selain pengendaliannya lebih mudah

rendeman gas tinggi. Fermentasi kering, sistem filter sering dilakukan dalam

penelitian lebih lanjut (Loebis dan Tobing 1992, Metcalf dan Eddy 2003).

Perombak pembangkit biogas secara mendasar terdiri dari dua bagian

yaitu, bagian perombakan dan penyimpanan gas. Banyak perombak biogas

bersifat curah, limbah organik tinggal dalam tanki selama beberapa waktu dan

kemudian dipindahkan setelah produksi gas. Umum perombak kontinyu, lebih

efisien, tempat lumpur baru dihasilkan setiap hari, laju produksi gas lebih tinggi

per volume perombak, dan mempunyai bagian tambahan tempat komponen

bermacam gas bercampur dan bagian akhir tempat lumpur ”masak”. Dalam

perombak kontinyu, lebih layak karena mendapat umpan setiap hari. Dimensi

22

reaktor dan potensi biogas bergantung pada: jenis substrat yang dirombak,

kuantitas setiap bahan per ton, persentase kandungan bahan organik, dan total

padatan (Werner et al. 1989).

Suhu merupakan faktor penting mempengaruhi aktifitas mikroorganisme.

Suhu optimal proses perombakan anaerob (fermentasi) dibedakan menjadi tiga

macam yaitu suhu termofil (45-60) oC untuk penghancuran cepat dan produksi

tinggi (m3 gas/m3 bahan per hari) serta waktu retensi pendek bebas dari

desinfektan, suhu mesofil 27-40 oC (suhu kamar ruang/lingkungan), dan suhu

kryofil < 22 oC (banyak dipengaruhi udara musim sedang, biaya relatif lebih

murah) (Metcalf dan Eddy 2003). Pada kondisi kryofilik, 5-25 oC, proses

perombakan berjalan lambat, kondisi mesofilik, 30-40 oC, perombakan

berlangsung cukup baik dan terjadi percepatan proses perombakan dengan

kenaikan suhu, serta kondisi termofilik, 45-65 oC untuk bakteri termofil dengan

perombakan optimal pada 55 oC (NAS 1981, Bitton 1999). Proses perombakan

anaerob sangat peka terhadap perubahan suhu, suhu optimal termofil umum pada

kisaran 52-58 oC, namun dampak negatif dapat terjadi pada suhu lebih tinggi dari

60oC. Hal ini disebabkan oleh toksisitas ammonia meningkat dengan

meningkatnya suhu, sementara pengenceran substrat pada suhu tinggi

memudahkan difusi bahan terlarut. Di lain pihak pada suhu di bawah 50 oC laju

pertumbuhan bakteri termofil rendah dan lebih rendah dari pada laju tinggal

hidraulik. sehingga populasi mikroba dapat tercuci (washout) (Wellinger 1999).

Waktu tinggal merupakan faktor penting, periode waktu tetap

dipertahankan antara laju beban ke dalam perombak dan potensi penghilangan

bahan yang dicerna (digestat). Dua faktor ini saling berhubungan dan karena itu

mempertahankan kondisi optimal kedua parameter penting untuk meningkatkan

efisiensi proses perombakan. Perombak anaerob efisien adalah reaktor yang

menghasilkan banyak biogas atau jumlah biomas lebih banyak tercernak.

Kondisi ini dapat dilakukan dengan mengoperasikan reaktor pada beban input

biomas tinggi atau dengan menurunkan waktu tinggal. Pada kondisi operasi

sama perombak termofil lebih efisien dari pada perombak mesofil (Lusk 1997).

23

Keuntungan proses termofil dibandingkan dengan proses mesofil adalah:

• Waktu tinggal organik dalam pembangkit biogas lebih singkat karena

laju pertumbuhan bakteri termofil lebih tinggi dibandingkan dengan laju

pertumbuhan bakteri mesofil.

• Pembasmian organisme patogen lebih baik, ini merupakan keuntungan

sangat penting

• Meningkatkan pemisahan bahan padatan dari fase cair

• Degradasi asam lemak rantai panjang lebih baik

• Residu pembentukan biomas rendah

• Meningkatkan kelarutan dan ketersediaan substrat.

Kerugian proses termofil antara lain:

o Derajat ketidakstabilan tinggi

o Jumlah konsumsi energi lebih tinggi/besar

o Risiko hambatan ammonia tinggi (Wellinger 1999).

Interval pH selama pembentukan biogas adalah 6.8-8.5, nilai pH di luar

interval ini dapat menyebabkan proses tidak seimbang. Parameter pH

berpengaruh pada pertumbuhan bakteri dan mempengaruhi disosiasi ammonia,

sulfida dan asam-asam organik, yang merupakan senyawa penting untuk proses

perombakan anaerob. Tingkat keasaman perombak anaerob terutama

dikendalikan sistem penyangga bikarbonat yang juga dikendalikan oleh tekanan

parsial CO2 dan konsentrasi alkali maupun komponen asam fase cair. Beberapa

senyawa seperti asam organik dan karbon dioksida menyebabkan penurunan

nilai pH, sebaliknya senyawa seperti ammonia akan meningkatkan nilai pH.

Nilai pH pada reaktor termofil lebih tinggi dari pada reaktor mesofil (Bitton

1999)

Pembentukan asetat berlangsung selama degradasi substrat dalam perombak

anaerob, tetapi akumulasi asetat tidak dapat diketahui langsung dari nilai pH yang

menurun. Konsentrasi asetat akan melebihi konsentrasi yang dapat dideteksi sebagai

perubahan pH signifikan. Karena itu jika pH dalam reaktor turun menunjukkan

konsentrasi asetat tinggi sehingga proses perombakan terhambat. Nilai pH bukan

indikator yang baik untuk ketidak seimbangan fermentasi biomas kotoran hewan.

Nilai pH yang umum untuk proses fermentasi LCPMKS berkisar pH 6,7 – 8,5,

24

perubahan pH tiba-tiba merupakan isyarat pemberian pakan melimpah (Reith et al.

2003).

Bakteri campuran terlibat dalam proses perubahan bentuk (tranformasi)

senyawa organik kompleks dengan berat molekul tinggi menjadi metana. Interaksi

sinergi di antara berbagai kelompok mikroba terjadi pada perombakan anaerob

LCPMKS. Dalam kondisi anaerob asam asetat (cuka) direduksi menghasilkan gas

metana oleh Methanosarcina, Methanococcus, Methanobacterium, dan

Methanobacillus. Terdapat dua kelompok bakteri metanogen penting pada proses

anaerob, yaitu metanogen hidrogenotrofik (menggunakan H/ kemolitotrofik)

mengubah hidrogen dan CO2 menjadi metana, dan metanogen asetotrofik

(asetoklastik) metanogen pemisah asetat, mengubah asetat menjadi metana dan CO2

(Bitton 1999).

Aktifitas mikroorganisme membutuhkan beberapa jenis unsur hara,

bergantung pada komposisi kimia bahan sel. Konsentrasi minimum unsur hara yang

dibutuhkan sebaiknya ada dalam substrat/media agar dapat menjadi pakan

organisme perombakan anaerob (Wellinger 1999). Nutrisi itu adalah: a) Hydrogen

H, nitrogen N, oxygen O, dan carbon C sebagai bahan utama penyusun bahan

organik b.) Sulphur untuk sintesis asam amino c.) Phosphor: komponen penting

dalam asam nukleat d.) Kalium K, kalsium Ca, magnesium Mg, dan besi Fe:

dibutuhkan untuk aktifitas ensim dan komponen-komponen logam kompleks.

Sepuluh unsur di atas sebaiknya terdapat dalam konsentrasi sekitar 10-4

M. unsur lain yang sebaiknya terdapat dalam konsentrasi lebih kecil, misalnya

Nikel (Ni) penting untuk pertumbuhan bakteri anaerob. Konsentrasi tinggi Ca,

Mg, K dan Na dapat menjadi faktor penghambat. Sementara konsentrasi rendah

(0,01-0,005 M) kation-kation sel tersebut dapat aktif dan meningkatkan proses

perombakan. Akibatnya terjadi hubungan antar kation-kation berbeda (Werner et

al. 1989).

Bahan baku (substrat) dengan rasio C/N tinggi dicampur dengan rasio

C/N rendah akan memberikan rerata rasio komposisi input sesuai kadar optimal

produksi biogas yang diinginkan. Seperti di Cina, rasio C/N seimbang diperoleh

dari campuran sekam padi pada dasar perombak dengan kotoran/limbah

domestik. Di Nepal dan India pengumpanan perombak dengan kotoran gajah

25

dicampur limbah kotoran manusia memungkinkan keseimbangan rasio C/N

mendorong produksi biogas stabil. Jenis limbah (substrat) peternakan umum

kandungan nitrogen (N) tinggi dibandingkan kadar karbon (C). Rasio karbon

terhadap nitrogen limbah yang ditambahkan ke perombak sebaiknya berbanding

20 bagian C dan satu bagian N (16-19:1) untuk memperoleh produksi optimum

metana. Residu panen pertanian dan sayuran, biasanya berkadar N rendah tapi

tinggi kadar C, dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan kinerja perombak

dengan mencampur kadar N tinggi limbah peternakan, dan dapat memberi lebih

baik rasio C:N untuk produksi biogas (Wellinger 1999). Konsentrasi substrat

(rasio C:N:P) terkait kebutuhan nutrisi mikroba, homogenitas dan kandungan air

padatan tersuspensi (SS); padatan total (TS) dan asam lemak volatil (VFA)

(Bitton 1999).

Senyawa kompleks organik tidak dapat dimanfaatkan secara langsung

oleh bakteri di dalam proses metabolisme karena membran sel bakteri hanya

dapat dilewati oleh senyawa organik sederhana seperti glukosa, asam amino dan

asam lemak volatil. Proses penguraian senyawa kompleks organik menjadi

senyawa organik sederhana berlangsung pada proses hidrolisis yang dilakukan

oleh kelompok bakteri hidrolitik. Limbah cair mengandung senyawa kompleks

organik pengendali proses terletak pada tahap hidrolisis, karena proses

hidrolisisnya lebih lambat dibanding tahap proses lain. Senyawa kompleks

organik dihidrolisis mengikuti kinetika reaksi orde satu. Hidrolisis akan

mempengaruhi kinetika proses keseluruhan karena tahap yang berlangsung

paling lambat dapat mempengaruhi laju keseluruhan (Adrianto et al. 2001)

Biomasa yang digunakan pada proses hidrolisis terlebih dulu

diadaptasikan pada substrat yang digunakan. Proses hidrolisis karbohidrat

menjadi senyawa terlarut berlangsung atas bantuan ensim ekstraseluler yang

dikeluarkan oleh kelompok bakteri hidrolitik. Proses hidrolisis protein dilakukan

oleh ensim protesase menjadi polipeptida dan asam amino (Adrianto et al. 2001).

Ensim protease terdiri dari peptidase dan proteinase. Ensim yang dihasilkan oleh

satu genus yaitu Clostridium. Laju reaksi hidrolisis susbstrat tunggal lebih cepat

dibanding substrat campuran, karena dalam susbstrat tunggal hanya terdapat satu

komponen yang dihidrolisis tanpa gangguan oleh komponen lain, sedang

26

substrat campuran terjadi hidrolisis multi-komponen secara simultan dan

menghambat laju hidrolisis.

Senyawa paling lambat dihidrolisis adalah minyak, lemak, karena

konstanta hidrolisis terkecil, berarti minyak atau lemak merupakan faktor

pengendali dalam proses hidrolisis campuran maupun tunggal. Hidrolisis protein

pada kondisi anaerob adalah lebih rendah dibanding laju hidrolisis karbohidrat.

Adrianto et al. (2001) menyatakan bahwa lipid terhidrolisis dengan sangat

lambat dan lipid menjadi pembatas laju keseluruhan hidrolisis. Pada kondisi

termofil degradasi lipid non polar sangat lambat dibanding dengan komponen

polar demikian pula dalam biodegradasi senyawa kompleks organik secara

anaerob. Penguraian senyawa komplek mengikuti kinetika reaksi hidrolisis orde

satu. Laju reaksi hidrolisis karbohidrat pada substrat lebih cepat dibandingkan

laju reaksi protein..

Senyawa mudah didegradasi misalnya, protein dan lemak dapat

menghambat proses perombakan anaerob. Senyawa-senyawa ini mengandung

asam lemak rantai panjang dalam jumlah berlebihan dapat menghambat mikroba

dalam pembangkit biogas Penambahan senyawa secara mendadak ke dalam

digester dapat menghambat proses perombakan anaerob. Akan tetapi bergantung

pada kecepatan proses hidrolisis, dengan proses fermentasi berikutnya. Umum

lipid memiliki kandungan energi tinggi dan kandungan itu dapat didegradasi

sempurna menjadi biogas. Jika pembangkit biogas diadopsi untuk mendegradasi

konsentrasi tinggi lemak, banyak produksi biogas dapat diperoleh (Indrayati

2003). Efek sama terhadap protein juga dapat terjadi, biomas dengan kandungan

protein tinggi dapat menghambat proses perombakan. Oleh karena itu diperlukan

periode waktu tinggal lebih lama jika input biomas memiliki kandungan protein

tinggi. Periode waktu cukup diperlukan agar supaya pemecahan sempurna

protein menjadi satuan yang lebih kecil. (Adrianto et al. 2003).

Beberapa unsur dapat menyebabkan kematian bakteri anaerob, misalnya

logam berat dan pelarut organik. Tetapi banyak pula senyawa-senyawa racun

dapat diserap oleh bahan netral dalam perombak, dengan demikian proses

perombakan dapat terhindar dari efek negatif (Adrianto et al. 2003). Senyawa

dan ion tertentu dalam substrat dapat bersifat racun, misalnya senyawa dengan

27

konsentrasi berlebihan ion Na+ dan Ca+ > 8 g/l; K+>12 g/l; Mg++ dan NH4+ > 3

g/l, sedangkan Cu, Cr, Ni dan Zn dalam konsentrasi rendah dapat menjadi racun

bagi kehidupan bakteri anaerob (Bitton 1999).

Substrat dalam perombak biogas pertanian biasanya dicampur sedikit

demi sedikit dalam interval waktu per jam hingga beberapa kali sehari. Tenaga

digunakan untuk pencampuran bervariasi menurut fungsi ukuran dan bentuk

perombak serta komposisi substrat. Diperlukan tenaga berkisar 10-100 Wj/m3

hari. Umumnya > 30 Wj/m3.hari tenaga diberikan untuk pencampuran dengan

pertimbangan untuk pengumpanan substrat segar juga penyebaran suhu merata

keseluruhan substrat, menghindari pengendapan maupun terjadi buih serta

pelepasan gelembung biogas terjerat substrat. Susbtrat sebaiknya diaduk secara

mekanik karena cenderung memisah membentuk endapan dan skum. Terutama

skum yang terus menerus dilalui emisi biogas mengering sehingga sulit

dihilangkan. Selama partikel-pertikel masih basah dan lunak bersatu pada fase

cair mengapung ke permukaan skum mudah dihilangkan. Dalam digester lebih

besar biasanya digunakan dua-tiga penyampur/pemutar (stirer) dipasang pada

berbeda kedalaman perombak. Pada perombak kecil ukuran keluarga (1 x 1 m3)

hanya satu stirer dipasang agar hemat. Oleh karena penting, penyampuran skum

dan pembentukan sedimen sedapat mungkin dihindari.(Veziroglu 1987)

Biasanya penyampur diputar perlahan sekitar 15-50 rpm, begitu pula

tidak semua jenis dapat disesuaikan untuk semua substrat. Stirer pneumatik dan

hidraulik terbatas untuk mengencerkan substrat, misalnya kotoran babi dengan

potensi pembentukan skum rendah. Stirer bentuk kapak digunakan untuk kotoran

sapi yang mengandung banyak jerami. Akan tetapi juga dapat digunakan pada

substrat yang lebih encer. Stirer yang paling banyak digunakan adalah

penyampur pendorong. Mungkin lebih lentur terhadap komposisi substrat dan

bentuk maupun ukuran perombak. Di atas suhu fermentasi 40 oC stirer tidak

cukup untuk pendinginan (Wellinger 1999).

2.2.3. Beberapa faktor ketidak seimbangan proses perombakan anaerob

Perombakan anaerob merupakan proses kompleks bergantung pada

keseimbangan antara senyawa dan unsur yang ada. Demikian juga proses ini

28

bergantung pada interaksi antara kelompok-kelompok bakteria dan

keseimbangan senyawa sebagai pakan di antara jenis mikroorganisme vital agar

diperoleh hasil biogas terbesar. Dampak negatif dapat terjadi oleh

ketidakseimbangan, sehingga fermentasi anaerob secara total dapat berhenti atau

menurun. Alasan-alasan utama ketidak seimbangan proses itu antara lain:

(Werner et al. 1989).

Beban Hidraulik berlebihan terjadi jika waktu tinggal dalam perombak

anaerob lebih singkat dibandingkan laju pertumbuhan bakteri. Bakteri dalam

reaktor tidak cukup waktu tumbuh dan akan tercuci (wash-out). Kenyataan

beban hidraulik berlebih bila volume efektif reaktor menurun karena akumulasi

bahan inert (misal: lumpur dan pasir). Beban organik berlebihan daat terjadi

ketika kandungan bahan organik tinggi dibebankan ke dalam reaktor. Pada

kondisi demikian bakteri tak mampu memecah senyawa organik, sehingga

proses perombakan anaerob akan berjalan lamban.

Bahan racun dapat berupa senyawa yang sudah ada dalam biomasa atau

senyawa yang dihasilkan selama proses fermentasi anaerob. Hal ini dapat terjadi

jika biomasa kaya protein dicernak, menghasilkan sejumlah besar ammonia yang

menyebabkan hambatan ammonia. Fermentasi dapat juga menjadi lambat jika

biomas terolah mengandung konsentrasi lemak yang tinggi, didegradasi menjadi

senyawa beracun (asam lemak rantai panjang).

Indikator ketidakseimbangan proses perombakan karena susbstrat

asetogenik berlebih meski tidak toksis. Kenaikan konsentrasi asam organik

merupakan peringatan bahwa produksi asam berlebih daripada yang dikonsumsi.

Pemberian umpan (beban organik) yang tidak seimbang dapat menyebabkan

kenaikan konsentrasi asam organik. Oleh karena itu, konsentrasi dan komposisi

asam sebaiknya diukur dalam interval waktu lebih sempit dari pada respons.

Ketidakseimbangan proses dapat diketahui dari konsentrasi H2 dan CO.

(Wellinger 1999).

2.2.4. Keuntungan perombakan anaerob

Pengelolaan limbah secara anaerob memberi banyak keuntungan antara

lain: manfaat pengolahan limbah lebih mudah dan simpel, energi yang

29

bermanfaat, keuntungan lingkungan dan keuntungan ekonomi, yang secara

keseluruhan dapat dijelaskan sebagai berikut:

a) memberikan sumber energi melalui perolehan kembali (rekoveri)

metana (proses menghasilkan energi bersih); proses pengolahan limbah secara

alami, anaerob, memerlukan sedikit energi (suhu ambient kebutuhan energi

berkisar 0.05-0.1 kWj/m3 atau (0.18-0.36 MJ/m3), bergantung kebutuhan

pemompaan dan resikel effluent;

b) mengurangi padatan, volume limbah buangan yang dikelola dan beban

yang dibuang untuk landfill; produksi lumpur bergantung pada COD yang

dirombak, signifikan lebih rendah dibanding proses aerob;

c) mengurangi bau dan resikel maksimum dihasilkan kompos tersanitasi

baik dan pupuk kaya hara nitrogen (N), phosphate (P) and potassium (K);

demineralisasi yang hampir sempurna.

d) proses pengolahan anaerob modern mampu mengurangi beban

organik, kadar COD > 30 g COD/l/hari pada suhu 30 °C hingga 50 g COD/l/hari

pada suhu. 40 °C, sekalipun medium pekat limbah cair sangat mudah larut;

lumpur anaerob dapat disimpan dalam periode cukup lama tanpa pemberian

umpan dan signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca.

e) biaya pembangunan relatif rendah; keseluruhan siklus hidup

pengolahan lebih murah daripada yang lain, kebutuhan ruang lebih rendah

dibanding sistem konvensional; maupun pengomposan aerob (Reith et al. 2003,

Werner et al. 1989)

Selama perombakan anaerob senyawa biodegradabel efektif dihilangkan,

meninggalkan senyawa tereduksi dalam efluent, ammonium, senyawa N organik,

sulfida, senyawa P organik dan patogen. Pengolahan komplemen laju tinggi

lebih lanjut diperlukan sebagai pembangkit energi netral CO2 (listrik dan panas)

juga menghindari bau dan emisi metana serta nitrous oksida. Penghematan

pupuk dan semprotan bahan kimiawi, mereduksi areal kolam dan perlindungan

air tanah. Pengolahan sistem ini akan mengatasi gas rumah kaca secara efektif

dan mendukung tujuan Protokol Kyoto. Pengolahan residu organik limbah

rumah tangga dan proses pembuatan pakan menawarkan kisaran luas aplikasi

30

lebih lanjut pembangkit biogas pertanian. Hal ini sesuai dengan kebutuhan

sistem daur-ulang limbah berkelanjutan. (Werner et al. 1989).

2.3. Produksi Biogas

Biogas diproduksi di bawah kondisi dekomposisi anaerob melalui tiga

tahap yakni hidrolisis, pembentukan asam dan pembentukan metana (Veziroglu

1991). Semua jenis limbah organik dapat digunakan dalam pembangkit biogas

seperti limbah dapur dan kebun, kotoran sapi dan buangan domestik. Efisiensi

produksi biogas dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti: ratio Karbon-Nitrogen,

kandungan padatan volatil, laju pembebanan, pH, temperatur, toksisitas, larutan

dan waktu retensi serta percampuran. Waktu tinggal untuk perombakan mesofil

berkisar 30-60 hari, sedang dekomposisi anaerob dapat terjadi pada tiga kisaran

suhu psikhrofil (<30 oC), mesofil (30-40 oC) dan termofil (50-60 oC) (Werner et

al. 1989).

Sumber biomasa atau limbah berbeda menghasilkan biogas perbedaan

per jumlah input organik. Biogas dengan kandungan metana 65-70% memiliki

nilai kalor sama dengan 5200-5900 kkal energi panas setara 1,25 kwj listrik.

(Veziroglu 1991) dan de Baier (2005) menunjukkan bahwa residu pakan asli

dengan 30% TR dan 90% TR dapat dihasilkan kira-kira 500-600 m3 biogas per

TR atau 150-200 m3 biogas per ton limbah dan biogas yang memiliki kandungan

metana 65-70% (de Baier 2005), Warner et al. (1989) menyatakan per kilogram

padatan volatil dapat diperoleh 0,3-0,6 m3 biogas. Hobsen (1993) menyarankan

biogas yang dihasilkan sebaiknya digunakan untuk pemanasan/ pembakar atau

satuan tenaga pembangkit gabungan listrik dan panas (cogeneration heat dan

power / CHP) untuk memperoleh efisiensi tertinggi.

Hasil samping perombakan anaerob selain produksi biogas adalah

lumpur kaya nutrisi, yang berkualitas dan dapat dimanfaatkan untuk pakan

tambahan baik untuk sapi maupun unggas (Veziroglue 1991). Kandungan hara

meliputi nitrogen (N) murni, Phosphor (P), K Potassium (K) rasio C:N

berkurang dan banyak terjadi demineralisasi nutrisi, yang meningkatkan efek

dekomposisi (Werner et al. 1989). Dekomposisi lambat dapat mengurai struktur

serat, dapat sebagai pembenah tanah yang baik dan meninggalkan sedikit

31

ammonia. Lumpur bebas algae dan patogen: Salmonella, Shigella, Polivirus

Hookworm dan telur Schistosoma mempunyai laju fatalistik sesudah 10 hari

pada perombak mesofilik (Werner et al. 1989). Lumpur sebagai pengganti pupuk

buatan dengan keuntungan konsumsi energi berkurang dan mengurangi polusi

udara, air tanah maupun permukaan (Hobsen 1993). Cairan yang terbuang dapat

digunakan kembali misal: untuk perikanan, irigasi, pembangkit listrik air dst.

(Veziroglu 1991).

2.3.1. Kualitas biogas dan penjerapan (scrubbing)

Biogas hasil perombakan anaerob limbah organik terutama tersusun atas

metana 55-70%, karbon dioksida 30-45% dan sedikit hidrogen sulfida dan

amonia maupun gas lain yang konsentrasinya sangat ≤1%, diantaranya hidrogen,

nitrogen, karbon monoksida dan hidrokarbon terhalogenasi serta siloxan. Gas

pengotor (impuritis) ini harus dihilangkan, karena dapat menyebabkan korosi,

endapan dan beban peralatan. Substansi yang perlu diperhatikan antara lain: H2S;

Siloxan; Senyawa Aromatik; CO2; Oksigen dan Nitrogen serta senyawa

halogen (Cl2-F2). Biasanya gas campuran jenuh dengan uap air, juga terdapat

partikel debu (Kottner 2002). .

Menurut Pokja G25 Masyarakat Eropa (2004) kualitas biogas sebagai

bahan bakar setidaknya mengandung 85% metana dan 14% nitrogen. Untuk

menghilangkan sejumlah senyawa-senyawa tersebut banyak proses

dikembangkan, agar biogas efektif sebagai bahan bakar kendaraan dengan

konsentrasi metana meningkat. Hal ini dapat dilakukan terutama dengan

menghilangkan karbondioksida, dan meningkatkan nilai energi gas melalui

perbaikan sistem penyimpanan volume gas sehingga pemanfaatannya lebih lama.

Penghilangan karbondioksida memberi kualitas biogas konstan termasuk

nilai energi (kalor). Pada saat ini empat metode berbeda secara komersial

digunakan untuk menghilangkan karbondioksida, untuk mencapai baku mutu

bahan bakar kendaraan atau kualitas gas alam yang diinjeksikan dalam jaringan

gas alam, yakni: 1) proses perombakan dan 2) proses upgrading biogas hasil

perombakan (Kapdi et al. 2004).

32

Dua metode umum digunakan dalam proses perombakan untuk

menghilangkan H2S yakni: aerasi dan pemberian FeCl3 ke dalam lumpur

perombak. Asam sulfida (H2S): selalu ada dalam biogas walau konsentrasinya

bervariasi. Senyawa yang harus dihilangkan untuk menghindari korosi pada

kompresor, tangki penyimpan gas maupun mesin. H2S sangat reaktif, pada

kebanyakan jenis logam dan reaktifitasnya meningkat sejalan bertambahnya

konsentrasi dan tekanan, juga adanya air dan penurunan suhu. Oleh karena H2S

berpotensi menyebabkan masalah, segera dihilangkan pada proses peningkatan

kualitas biogas. Metode komersial yang sangat umum digunakan untuk

menghilangkan H2S adalah: spons besi; pelet oksida besi; karbon aktif; penyerap

air; penyerap NaOH; cara filter bed; dan striping maupun rekoveri udara,

absorpsi air; absorpsi poliethilen glykol; saringan molekul karbon dan

pemisahan membran (Kapdi et al. 2004) .

Hidrokarbon tinggi ataupun hidrokarbon berhalogen, terutama senyawa

Chlorida dan Fluorida ditemukan banyak pada gas landfill (TPA) Oleh

karenanya dapat menyebabkan korosi mesin CHP, pada ruang pembakaran, pada

katub busi, kran dan tabung. Dengan alasan ini perusahaan mesin CHP

menyarankan batas maksimum hidrokarbon berhalogen dalam biogas. Gas

sekelumit ini dapat dihilangkan dengan mengubah tekanan tabung yang diisi

dengan karbon aktif. Molekul-molekul kecil seperti metana, karbondioksida,

oksigen dapat melewati, sementara molekul-molekul lebih besar terjerap.

Ukuran pengubah dirancang untuk memurnikan gas selama periode lebih dari 10

jam. Biasanya ada 2 saluran paralel. saluran pertama mengendalikan gas metana

sementara lainnya H2S, CO2 dan gas lain-lain.

2.3.2. Pemanfaatan biogas

Biogas diproduksi pada digesti anaerob atau tempat-tempat landfill

terutama tersusun atas metana (CH4) dan karbon dioxida (CO2) dengan jumlah

H2S dan NH3 jauh lebih kecil. Jumlah hydrogen (H2), nitrogen (N2), carbon

monoxide (CO), carbodihydrates jenuh atau berhalogen, oxygen, dan siloxanes

kadang-kadang ada. Biasanya gas campuran jenuh dengan uap air.

33

Biogas dapat digunakan untuk berbagai keperluan sesuai dengan sifat gas

alam. Tidak semua gas dapat dimanfaatkan atau mempersyaratkan sifat baku gas

yang sama. Terdapat perbedaan yang dikenal antara kebutuhan pemanfaatan

biogas menetap (stationary) dan bahan bakar gas atau kualitas jejaring pipa.

Boiler tidak mempersyaratkan kualitas gas tinggi. Gas seharusnya biasa

bertekanan sekitar 8 -25 mbar. Disarankan bahwa konsentrasi H2S berkurang

hingga lebih kecil 500 ppm (Kapdi et al. 2004).

Pemanfaatan biogas dalam teknologi pembakaran mesin internal (mesin

berbahan bakar gas/bbg), sangat andal dan telah berkembang. Ribuan mesin bbg

telah dioperasikan di areal/ satuan-satuan pengelolaan limbah, tempat-tempat

landfill, dan pembangkit biogas. Ukuran mesin gas berkisar kira-kira 12 kW

pada peternakan kecil hingga ukuran beberapa MW pada skala besar dan di

tempat-tempat sampah dengan skala lebih luas. Sebuah mesin diesel dapat

diperbaiki kembali menjadi mesin berbahan bakar gas atau mesin berbahan

bakar ganda (hybrid) kira-kira 8-10 % disel diinjeksikan untuk pemanasan mesin

(ICRA 2005). Pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar kendaraan, digunakan

mesin yang sama konstruksinya dengan kendaraan mesin bbg alam. Terdapat

lebih dari 3 juta kendaraan berbahan bakar gas alam di dunia dan sekitar 10,000

kendaraan mobil dan bus berbahan bakar biogas. Ini menunjukkan bahwa

konstruksi kendaraan menggunakan biogas sebagai bahan bakar kendaraan tidak

bermasalah. Hanya saja kebutuhan kualitas biogas yang dihasilkan dari

perombak atau landfill terlebih dulu harus dijernihkan (IEA 2002).

2.3.3. Penyimpanan biogas

Penyimpanan metana dengan pemampatan (kompresi) sangat tepat untuk

pemakaian bahan bakar angkutan lapangan pertanian. Perangkat penyimpanan

membutuhkan kompresor, tabung dan penyimpanan yang aman serta bangunan

ataupun areal aman untuk penyerapan (absorption) menghilangkan gas

impurities yang merusak. Pengendalian teratur menggunakan filter-filter

berkualitas membutuhkan pengaturan dan tabung-tabung gas serta peralatan lain

yang memiliki masa pakai terbatas. Tabung gas ukuran biasa kualifikasinya

setara dengan tabung/botol yang diisi LPG, karena itu kompresi membatasi

34

jumlah metana (WestStar CALSTART Inc. 2004). Tanpa mengabaikan kerugian

yang mungkin timbul, untuk jarak jauh metana merupakan bahan bakar terbaik

mesin dengan pembakar internal yang ada, emisi gas rumah kaca sangat

berkurang meskipun laju pengapian lebih rendah. Akhir-akhir ini pemakaian

metana untuk berbagai mesin semakin luas dan handal, sehingga beban operasi

menjadi rendah juga gas-gas buang korosif sangat berkurang (Kahpre 1989).

Penyimpanan biogas dibutuhkan banyak tabung gas, kompresor serta

gasometer tutup apung pengatur tekanan gas untuk keperluan rumahtangga.

Untuk mesin yang tidak bergerak dan multiguna misalnya mesin pompa air,

pengendali mesin tetap; atau pembangkit listrik. Bentuk gas tidak sekompak

bentuk cair, tapi setidaknya dapat digunakan untuk sarana angkutan lokal.

Meskipun bahan bakar ideal untuk kendaraan berbentuk cair , namun pencairan

metana memerlukan biaya/ energi besar, sekitar 20-30% produksi, tergantung

skala produksi maupun harga mahal peralatan kryogeniknya. (Kapdi et al. 2004).

2.3.4. Biogas sumber energi terbarukan

Semakin bertambahnya konsumsi energi global dan keterbatasan

sumberdaya bahan bakar fosil, dan pengaruh pembakaran yang berdampak

negatif di sisi lain telah meningkatkan perhatian seluruh dunia pada pemanfaatan

sumber-sumber energi terbarukan termasuk biogas. Kenaikan jumlah bahan

limbah organik baik di komunitas perkotaan maupun pedesaan dan produksi

ribuan ton lumpur dari limbah dan limbah cair industri pertanian maupun

makanan yang berbeda-beda, memicu beberapa permasalahan lingkungan dan

ekonomi (Bhattacharya et al. 2003, ICRA 2005). Ketergantungan penggunaan

sumberdaya bahan bakar fosil yang semakin bertambah dan permasalahan yang

meningkat dari pengelolaan limbah yang tidak efisien memicu penelitian yang

meluas pada pencapaian sumber daya energi terbarukan dan baru. Sinar

matahari, angin, panas bumi dan mikrohidro power dan akhinya biogas sebagai

salah satu di antara sumber-sumber daya energi terbarukan (Demirbas dan Balat

2006).

Sebagaimana bentuk bioenergi umumnya, di masa mendatang teknologi

biogas tampak berkembang pesat. Sumber energi netral CO2 ini semakin

35

meningkat seiring upaya memenuhi komitmen Protokol Kyoto dan

memanfaatkan perdagangan emisi CO2. Biogas merupakan energi terbarukan

yang fleksibel, dapat menghasilkan panas, listrik sebagai pengganti bahan bakar

kendaraan. Selain berupa energi terbarukan, proses perombakan anaerob

menghasilkan pupuk berharga dan mengurangi emisi serta bau tak sedap. Oleh

karena itu dapat memberikan sumbangan positif untuk berbagai program

pemerintah. (Brown et al. 1998)

Komisi Europa membuat keputusan sangat penting berkaitan dengan

peningkatan kualitas maupun kuantitas energi terbarukan secara umum, energi berbasis

biomasa. Pada tahun 2010 produksi rata-rata listrik dari sumber terbarui akan meningkat

dari 12% hingga 21%. Selanjutnya konsumsi bahan bakar fosil untuk transport secara

bertahap juga akan digantikan oleh biomasa hingga mencapai 8 % pada 2020. Swedia

menjadi salah satu negara terdepan memproduksi bahan bakar gas (IEA 2002).

Amerika Serikat terutama negara bagian California, kendaraan beremisi rendah menjadi

isu penting. Projek CalStart yang mempromosikan perubahan ini, menempatkan biogas

sebagai bahan bakar alternatif terbaik sebelum ethanol dan hydrogen sebagai bahan

bakar sel (West Star-CALSTART 2004).

Biogas berbeda dari sumber-sumber energi terbarukan lainnya, keuntungannya

terkait pengendalian dan pengumpulan bahan limbah organik, pada saat yang sama

dihasilkan pupuk dan air untuk pemakaian kembali irigasi pertanian (Ahring et al.

1999). Dengan mempertimbangkan semakin meningkatnya limbah cair yang

menghasilkan bahan organik, misalkan industri minyak sawit (sekitar ≥40 juta ton

LCPMKS per tahun). di Indonesia, pengendalian limbah cair dan produksi biogas

menjadi tak terhindarkan. Pada penelitian ini teknologi biogas dan manfaat produksi

biogas kolam perombakan anaerob laju tinggi PT Pinago Utama sebagai studi kasus

analisis tekno-ekonomis dilakukan. Salah satu proses sangat efektif perombakan bahan

limbah organik dan pada saat sama memberikan banyak energi yang dibutuhkan adalah

perombakan anaerob.

Pengembangan teknologi perombakan anaerob pembangkit biogas akan dapat

memenuhi sebagian kebutuhan energi masyarakat dengan beranekaragam aplikasi.

Penilaian kelayakan secara teknis pembangunan pembangkit biogas dilakukan dengan

perhitungan ekonomis keuntungan biogas yang diperoleh (Yeoh 2004). Analisis

36

finansial untuk memperkirakan seberapa besar biaya yang dibutuhkan untuk

memproduksi suatu produk, sekaligus menilai kelayakan proses produksi dari nilai

tambah atau keuntungan yang diperoleh. Penilaian kelayakan tanpa mempertimbangkan

nilai sumberdaya alam dan lingkungan yang digunakan. Jadi dalam hal ini dilakukan

perhitungan biaya produksi dan harga jual produk. Selisih kedua nilai ini, diperoleh nilai

keuntungan bersih (net benefit) yang dijanjikan. Analisis finansial mencakup

penghitungan net present value; cost-benefit ratio; dan internal rate return, sedangkan

analisis sensitivitas akan dilakukan bila terjadi perubahan harga bahan bakar

konvensional skala nasional (Kadariah 1988, Kadarsan 1995).

Keuntungan produksi biogas dari pengolahan anaerob dibandingkan dengan

hasil pengomposan antara lain: (Wellinger 1999)

1. mengubah limbah organik menjadi produk bernilai tambah (listrik, panas dan

pupuk)

2. memanfaatkan energi dalam bahan organik menjadi listrik dan panas

3. dihasilkan lumpur stabil, mineralisasi nutrien, menghilangkan benih gulma dan

patogen, serta mengurangi bau secara nyata

4 membantu mengurangi CO2 dan karenanya mencapai tujuan Protokol Kyoto.