BIDANG KAJIAN 5 TEKNIK BIOENERGI 1 (BIOGAS)

Transkripsi

1 No Kode: DAR2/PROFESIONAL/001/2/2018 BIDANG KAJIAN 5 TEKNIK BIOENERGI 1 (BIOGAS) MODUL 1: PERENCANAAN PEMASANGAN PLTBG Nama Penulis: Dr.Eng. Usep Surahman, M.T. KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI 2018 Hak cipta@ Direktorat Pembelajaran, Dit Belmawa, Kemenristekdikti RI,

2 DAFTAR ISI COVER DAFTAR ISI DAFTAR ISTILAH DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL PENDAHULUAN A. Rasional dan deskripsi singkat B. Relevansi C. Petunjuk belajar MODUL 1: PERENCANAAN PEMASANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS (PLTBG) Capaian Pembelajaran Sub Capaian Pembelajaran Pokok-Pokok Materi Perencanaan Pemasangan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) Analisis Hasil Studi Kelayakan PLTBG a Tanggung Jawab Seorang Mandor dan Tukang b Memilih Ukuran Reaktor Biogas Yang Tepat Pemilihan Lokasi PLTBG...17 Rangkuman Tugas Tes Formatif Daftar Pustaka...27 Kunci Jawaban Tes Formatif Penutup

3 DAFTAR ISTILAH BIRU : Biogas Rumah BOD : Biological oxygen demand CPL : Capaian pembelajaran lulusan COD : Chemical oxygen demand Kohe : Kotoran hewan IDBP : Indonesian domestic biogas programme IRR : Internal rate of return NPV : Net Present Value PLTBg : Pembangkit listrik tenaga biogas PLN : Pembangkit Listrik Negara PPG : Pendidikan profesi guru PBP : Pay Back Period SMK : Sekolah menengah kejuruan TS : Total solid DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Mandor dan tukang dalam konstruksi Reaktor PLTBG Gambar 1.2 Komponen bangunan reaktor biogas Gambar 1.3 Komponen kompor biogas Gambar 1.4 Lampu gas Gambar 1.5 Meteran tekanan gas dan alat pencampur DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Analisis kebutuhan kotoran sapi untuk menghasikan listrik 2000 W Tabel 1.2 Informasi dasar mengenai ukuran-ukuran reaktor biogas yang dibangun BIRU dan kuantitas bahan baku yang dibutuhkan Tabel 1.3 Kapasitas reaktor biogas yang akan ditetapkan berdasarkan ketersediaan bahan baku. 3

4 PENDAHULUAN A. Rasional dan deskripsi singkat Modul ini membahas konsep, teori, aturan, dan implementasi Pembangkit Listrik Tenaga Bioenergi (Biogas) (PLTBG). Materi dalam kegiatan ini cukup luas, karena itu peserta dituntut dapat belajar mandiri berdasarkan prinsip pembelajaran mandiri (selfregulated learning). Di akhir mata kegiatan ini, peserta diharapkan dapat mengimplementasikan perencanaan pemasangan PLTBG pada pembelajaran di SMK Program Keahlian Teknik Energi Terbarukan dengan baik. B. Relevansi Bidang Kajian ini dikemas dalam empat modul dan seluruhnya diberi alokasi waktu delapan jam latihan. Empat modul tersebut disusun dengan urutan sebagai berikut: Modul 1: perencanaan pemasangan pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBG) Modul 2: pemasangan PLTBG Modul 3: pengoperasian PLTBG Modul 4: pengujian kinerja PLTBG Setelah mempelajari modul 1 ini Anda peserta Pendidikan Profesi Guru (PPG) akan mampu merencanakan pemasangan pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBG); mampu menganalisis hasil studi kelayakan PLTBG dan mampu memilih lokasi PLTBG. Kompetensi-kompetensi tersebut di atas sangat diperlukan bagi Anda yang bekerja sebagai pengajar Teknik Energi Terbarukan. C. Petunjuk Belajar Materi dalam Modul 1 ini cukup banyak dan perlu diselesaikan dalam beberapa kali tatap muka agar dosen dapat membagi materi sesuai alokasi waktu yang ada, dosen perlu membuat perencanaan pembelajaran. Komponen perencanaan pembelajaran tersebut paling tidak mempunyai lima aspek, yaitu: 1) Perumusan tujuan pembelajaran; 2) Pemilihan dan pengorganisasian materi ajar; 3) Pemilihan model pembelajaran dan kegiatan pembelajaran; 4) Pemilihan sumber belajar/media pembelajaran; dan 5) Penilaian hasil belajar. Agar kita berhasil dengan baik dalam mempelajari bahan ajar ini berikut beberapa petunjuk yang dapat Anda ikuti : 4

5 1. Bacalah dengan cermat bagian pendahuluan modul ini sampai anda memahami secara tuntas, untuk apa, dan bagaimana mempelajarinya. 2. Tangkaplah makna dari setiap konsep yang dibahas dalam modul ini melalui pemahamam sendiri dan tukar pikiran dengan teman Anda. 3. Upayakan untuk dapat membaca sumber-sumber lain yang relevan untuk menambah wawasan Anda, menjadikan perbandingan jika pembahasan dalam modul ini masih dianggap kurang. 4. Mantapkan pemahaman Anda dengan latihan dalam modul dan melalui kegiatan diskusi dengan mahasiswa atau dosen. 5

6 MODUL 1: PERENCANAAN PEMASANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS (PLTBG) 1.1 Capaian Pembelajaran Capaian Pembelajaran (CP) keahlian pada Modul 1 adalah sebagai berikut 1. Mampu merencanakan pemasangan pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBG) 1.2 Sub Capaian Pembelajaran Sub-Capaian Pembelajaran (CP) keahlian pada kegiatan belajar 1 adalah sebagai berikut 1. Mampu menganalisis hasil studi kelayakan PLTBG 2. Mampu memilih lokasi PLTBG 1.3 Pokok-Pokok Materi Pokok-pokok materi yang disajikan dalam Modul 1 mencakup beberapa poin yaitu: 1. Analisis hasil studi kelayakan PLTBG 1.1 Tanggung Jawab Seorang Mandor dan Tukang 1.2 Memilih ukuran reaktor biogas yang tepat 2. Pemilihan lokasi PLTBG Uraian Materi Uraian materi Kegiatan Belajar 1 adalah sebagai berikut: 6

7 1.4 PERENCANAAN PEMASANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS (PLTBG) Berkurangnya cadangan sumber energi dan kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi di Indonesia dewasa ini membutuhkan solusi yang tepat, terbukti dengan dikeluarkannya kebijakan pemerintah dalam konversi minyak tanah ke gas. Namun pemanfaatan energi fosil seperti gas bumi (LPG dan LNG) sebagai sumber energi pengganti minyak tanah perlu untuk dikaji kembali. Hal ini penting karena sumber energi tersebut memiliki jumlah cadangan yang terbatas dan bersifat tidak dapat diperbaharui lagi (non renewable) sehingga konversi minyak tanah ke gas hanya berlangsung sementara. Dengan ketersediaan cadangan energi fosil yang terbatas diiringi peningkatan konsumsi energi, memaksa banyak peneliti untuk mencari sumber energi alternatif baru yang mudah, murah, dan ramah lingkungan. Salah satu sumber energi alternatif yang saat ini cukup potensial untuk diterapkan di Indonesia adalah biogas. Biogas ialah gas yang dihasilkan oleh mikroba apabila bahan organik mengalami proses fermentasi dalam suatu keadaan anaerobik yang sesuai baik dari segi suhu, kelembaban, dan keasaman. Pada umumnya semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas. Namun demikian kebanyakan bahan organik baik padat atau cair seperti kotoran dan urine (air kencing) hewan ternaklah yang biasanya dimanfaatkan untuk sistem biogas sederhana. Jenis bahan organik yang diproses sangat mempengaruhi produktivitas sistem biogas disamping parameter - parameter lain seperti temperatur digester, ph (tingkat keasaman), tekanan, dan kelembaban udara. Biogas sangat potensial sebagai sumber energi terbarukan karena kandungan methane (CH4) yang tinggi dan nilai kalornya yang cukup tinggi yaitu berkisar antara kkal/m3 (Harahap, 1980). Methane (CH4) yang hanya memiliki satu karbon dalam setiap rantainya, dapat membuat pembakarannya lebih ramah lingkungan dibandingkan bahan bakar berantai karbon panjang. Hal ini disebabkan karena jumlah CO2 yang dihasilkan selama pembakaran bahan bakar berantai karbon pendek adalah lebih sedikit. Tahap pertama pemasangan/rancang bangun PLTBG adalah survey lokasi, potensi dan kebutuhan listrik yang terhimpun dalam studi kelayakan PLTBG. Kemudian dilanjutkan dengan perencanaan pemasangan. Dilanjutkan dengan konstruksi atau perakitan. Tahap selanjutnya adalah operasional PLTBG dan pengujian kinerja PLTBG. 7

8 1.4.1 Analisis hasil studi kelayakan PLTBg Untuk memperoleh listrik 2000 W diperkirakan membutuhkan kotoran dari 20 sapi dimana diasumsikan bahwa per hari, 1 ekor sapi menghasilkan kotoran 15 kg. Kontinuitas suplai kotoran sapi harus dijamin keberadaannya. Analisis mengenai kebutuhan sapi dan kotoran sapi untuk menghasilkan listrik 2000 W dapat dilihat pada tabel di bawah. Tabel 1.1. Analisis kebutuhan kotoran sapi untuk menghasikan listrik 2000 W Jumlah Sapi Asumsi kotoran/sapi Jumlah kotoran Asumsi: 1 sapi membutuhkan digester Kebutuhan digester total Asumsi hasil (bervariasi 16-30%) Perkiraan hasil biogas Gas methana Nilai kalor methane Nilai kalor biogas (55% methane) Densitas biogas Perkiraan hasil biogas Potensi energi Operasi listrik 10 jam (Efisiensi 100%) Operasi listrik 3 jam (Efisiensi 30%) 20 ekor 15 kg/hari 300 kg/hari 0,0545 m3 1,09 m3 16% biogas 4,189 m3 biogas / hari 2,304 m3 / hari 50,2 kj/g 27,6 MJ/kg 0,717 kg/m3 3, kg 82,9 MJ 2,3 kw 2,3 kw Instalasi perencanaan anaerobik biogas (reaktor) adalah bangunan yang dibuat di bawah tanah, tersusun dari semen, batu-bata/batu, pasir dan pipa serta peralatan untuk mengurai bahan organik menjadi biogas. Biogas yang dihasilkan adalah salah satu pilihan dari sumber bahan bakar konvensional yang ada. Program Biogas Rumah (BIRU) menggunakan kotoran hewan (kohe) segar yang dicampur dengan air sebagai bahan baku utama untuk mendapatkan biogas. Biogas yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk memasak dan penerangan listrik dalam skala rumah tangga. BIRU adalah sebuah program kerjasama antara Hivos (Humanist Institut for Cooperation (english); Humanistisch Instituut voor Ontwikkelingssamenwerking (Dutch)) dan SNV (Stichting Nederlandse Vrijwilligers (Netherlands Development Organization)) yang didanai oleh Pemerintah Kerajaan Belanda dan didukung oleh Kementrian Energi dan Sumberdaya Mineral Indonesia (Tim Biru, 2010). 8

9 Kohe yang masih segar biasa juga disebut sebagai slurry. Kohe atau slurry yang sudah terfermentasi di dalam reaktor biogas akan mengalir keluar, menjadi material yang disebut sebagai bio-slurry, yang dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik di kebun sayur dan ladang pertanian lain. Keberhasilan dan efektivitas sebuah reaktor biogas sangat tergantung pada ketepatan rancangan, lokasi konstruksi yang sesuai dan kualitas pekerjaan konstruksi itu sendiri. Patut diingat bahwa bagian dari kewajiban pihak pembangun kepada pemilik reaktor adalah memberikan informasi mengenai cara penggunaan instalasi biogas yang tepat. Oleh karena itu, modul ini juga menyajikan hal-hal penting yang harus disampaikan pihak pembangun kepada pemilik reaktor ketika pembangunan telah selesai. Pembangunan instalasi biogas serta pemanfaatan yang efisien akan menambah kualitas hidup peternak. Pemanfaatan instalasi biogas dapat mengurangi pencemaran lingkungan, pemanfaatan energi yang lebih berkesinambungan serta berkontribusi pada pengurangan emisi gas rumah kaca. Oleh karena itu, kualitas bahan dan kinerja para pekerja yang terlibat dalam proses pembangunan instalasi biogas sangat penting dalam menjaga kualitas akhir dari reaktor tersebut a Tanggung Jawab Seorang Mandor dan Tukang Gambar 1.1 Mandor dan tukang dalam konstruksi Reaktor PLTBG 9

10 Peran tukang/mandor (Gambar 1.1) sangatlah vital dalam keberhasilan pemasangan suatu reaktor biogas: Memberikan informasi tentang manfaat biodigester ke para pengguna dan memotivasi mereka untuk membangun reaktor biogas. Memilih ukuran reaktor biogas yang tepat, berdasarkan ketersediaan bahan untuk mengisi reaktor biogas tersebut. Memastikan standar mutu bahan dan peralatan konstruksi sesuai. Tegas mengikuti rancangan dan gambar sketsa yang disediakan untuk pembangunan reaktor biogas. Mematuhi Panduan Konstruksi pada saat pemasangan reaktor biogas. Membekali pengetahuan dan keterampilan dasar kepada para pengguna untuk mengoperasikan beberapa komponen reaktor biogas. Memastikan pekerjaan selesai tepat waktu. Rutin melaporkan perkembangan dan kesulitan, bila ada, ke pengawas pekerjaan/manajer. Memastikan keterlibatan tukang yang telah terlatih dalam konstruksi - jangan biarkan tukang yang belum terlatih mengepalai konstruksi reaktor biogas. Bekerja sebagai penyuluh dan pendorong teknologi di tempat pemasangan biogas Melakukan pengecekan rutin dan layanan purna jual ke para pengguna untuk memastikan bangunan berfungsi baik dan tanpa masalah. 10

11 Komponen bangunan Reaktor Biogas Gambar 2.2 Komponen bangunan rektor biogas. Ada 6 bagian utama dari sebuah digester (Gambar 1.2): inlet (tangki pencampur) sebagai tempat kotoran hewan masuk, reaktor (ruang pencernaan anaerob), penampung gas (ruang penyimpanan), outlet (ruang pemisah), sistem pengangkut gas dan lubang kompos kotoran hewan yang telah hilang gasnya/bio-slurry. Campuran kotoran dan air (dicampur dalam saluran masuk atau ruang pencampur) mengalir melalui saluran pipa menuju digester. Pencampur menghasilkan gas melalui proses pencernakan di reaktor dan gas yang telah dihasilkan kemudian disimpan dalam penampung gas (bagian atas kubah). Slurry mengalir keluar dari digester menuju outlet dan menjadi bio-slurry mengalirke lubang slurry melalui overflow. Kemudian gas dialirkan ke dapur melalui saluran pipa. Model Pengembangan Biogas Indonesia umumnya terdiri dari bagian seperti berikut, yang juga ditunjukkan dalam sketsa gambar dalam lampiran: 1. Inlet (tangki pencampur) 2. Pipa inlet (bisa dihubungkan ke wc) 3. Digester 4. Penampung Gas (Kubah) 5. Manhole 11

12 6. Outlet & Overflow 7. Pipa Gas Utama dan turret 8. Katup Gas Utama 9. Saluran Pipa 10. Waterdrain (penguras air) 11. Pengukur Tekanan 12. Keran Gas 13. Kompor Gas dengan pipa selang karet 14. Lampu (Pilihan) 15. Lubang Bio-slurry 1.4.1b. Memilih ukuran reaktor biogas yang tepat Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Jerman dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua Perang Dunia dan beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama Perang Dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena harga BBM semakin murah dan mudahmemperolehnya pada tahun 1950-an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di negara-negara berkembang kebutuhan akan sumber energy yang murah dan selalu tersedia selalu ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun Negara berkembang lainnya, seperti China, Filipina, Korea, Taiwan, dan Papua Niugini, telah melakukan berbagai riset dan pengembangan alat pembangkit gas bio dengan prinsip yang sama, yaitu menciptakan alat yang kedap udara dengan bagianbagian pokok terdiri atas pencerna (digester), lubang pemasukan bahan baku dan pengeluaran lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyaluran gas bio yang terbentuk. Teknologi biogas bukanlah merupakan teknologi baru di Indonesia, sekitar tahun 1980-an sudah mulai diperkenalkan.teknologi penggolahan biogas sampai saat ini belum mengalami perkembangan yangm enggembirakan. Beberapa kendala antara lain yaitu kekurangan technical expertise, reaktor biogas tidak berfungsi akibat bocor/kesalahan konstruksi, disain kurang tepat user,membutuhkan penanganan secara manual 12

13 (pengumpanan/mengeluarkan lumpur dari reaktor) dan biaya konstruksi yang mahal. Oleh karena itu, diperlukan pengkajian yang lebih mendalam secara teknis dan ekonomis serta cara-cara pendekatan baru dalam pengembangannya (Widodo dan Nurhasanah, 2004). Tujuan kegiatan rekayasa dan pengembangan ini adalah untuk melakukan merekayasa dan menguji reaktor biogas. Dalam perancangan disain unit instalasi pemroses biomasa faktor penting yang harus diacu adalah jumlah sapi akan berpengaruh pada kuantitas kotoran ternak, jumlah air pembersih, pengisian reaktor dipengaruhi oleh volume reactor, jumlah kotoran sapi yang akan digunakan, lamanya bahan berada di dalam reaktor (Hidraulic Retention Time), perkiraan tekanan gas metana yang dihasilkan dan perkiraan produksi volume gas metana. Sedangkan perencanaan pembuatan unit instalasi pemroses energi biomasa dari kotoran sapi harus memperhatikan empat faktor yaitu pertama, ketersediaan jenis bahan konstruksi yang dapat dipakai untuk membuat unit penghasil biogas, kedua, ketersediaan jenis bahan organik buangan sebagai bahan isian, ketiga, jumlah kebutuhan dasar akan energi dari suatu keluarga atau kelompok masyarakat dan keempat, jenis keperluannya, pemanfaatan bahan keluaran yang berupa lumpur untuk pupuk tanaman ataupun algae pada kolam ikan. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik yaitu Suhu. Proses anaerobik dapat terjadi dibawah dua kisaran kondisi suhu, yaitu kondisi mesopilik, yaitu antara 20 o -45 o C, pada umumnya 35 o C dan kondisi thermopilik, yaitu antara o C, pada umumnya 55 o C. Suhu yang ptimal dari proses anaerobik bervariasi tergantung pada komposisi nutrient di dalam digester, tetapi kebanyakan proses anaerobik seharusnya dipelihara secara konstan untuk mendukung tingkat produksi gas. Secara umum proses anaerobik akan menghasilkan gas Methana (Biogas). Biogas (gas bio) adalah gas yang dihasilkan dari pembusukan bahan-bahan organik oleh bakteri pada kondisi anaerob (tanpa ada oksigen bebas). Proses anaerobik pada hakikatnya adalah proses yang terjadi karena aktivitas mikroba yang dilakukan pada saat tidak terdapat oksigen bebas. Proses anaerobik dapat digunakan untuk mengolah berbagai jenis limbah yang bersifat biodegradable, proses ini dilakukan didalam tabung reaktor. Perencanaan tabung reaktor untuk biogas ditentukan oleh beberapa faktor yaitu kuantitas kotoran, lokasi reaktor gas dan konstruksi reaktor. Pengembangan teknologi biogas memiliki banyak kendala yaitu kekurangan technical expertise, reaktor yang tidak berfungsi akibat kesalahan konstruksi, desain yang tidak bersahabat sehingga membutuhkan penanganan secara manual baik sistem pengumpan 13

14 maupun sistem pengeluaran lumpur dari reaktor serta biaya konstruksi yang mahal. Dalam menentukan tipe reaktor yang akan di kembangkan sebaiknya mempertimbangkan aspek teknis, ekonomis, bahan biogas dan lokasi. Ada bebrapa alat pembangkit biogas atau digester, yaitu Tipe Terapung (Floating Type). Tipe terapung ini banyak dikembangkan di India yang terdiri atas sumur pencerna dan diatasnya ditaruh drum terapung dari besi terbalik yang berfungsi untuk menampung gas yang dihasilkan oleh digester. Sumur dibangun dengan menggunakan bahan-bahan yang biasa digunakan untuk membuat fondasi rumah, seperti pasir, batu bata, dan semen. Karena banyak dikembangkan di India, maka digester ini disebut juga dengan tipe India. Tipe Kubah (Fixed Dome Digester). Tipe ini merupakan tipe yang paling banyak dipakai di Indonesia. Tipe kubah adalah berupa digester yang dibangun dengan menggali tanah kemudian dibuat dengan bata, pasir, dan semen yang berbentuk seperti rongga yang kedap udara dan berstruktur seperti kubah (bulatan setengah bola). Tipe ini dikembangkan di Cina sehingga disebut juga tipe kubah atau tipe Cina. Dengan sistem anaerobik- biogas, gas yang dihasilkan tergantung pada kandungan protein, lemak dan karbohidrat yang terkandung dalam limbah, lamanya waktu pembusukan minimal 30 hari karena semakin lama pembusukan semakin sempurna prosesnya, suhu di dalam digester yaitu 15 o C-35 o C, kapasitas kedelai minimal untuk dapat menghasilkan biogas adalah ± 400 kg, untuk produksi tahu dengan kapasitas kedelai 700 kg/hari dihasilkan tidak kurang dari liter gas bio per hari, kebutuhan satu rumah tangga dengan 4-5 orang anggota ± liter gas bio per hari (KLH, 2006). Adapun sistem pengolahan biogas meliputi inlet (masuknya biogas), bak equalisasi, bak pengendapan, bak Anaerobik Filter, bak peluapan, bak pengurasan, dan outlet (keluarnya biogas yang telah diolah). Anaerobik baffled reaktor merupakan salah satu sistem proses pengolahan biogas anaerobik dengan mengatur aliran dari bawah ke atas menggunakan sekatsekat. Seperti pada sebagian besar sistem anaerobik, sistem ini sangat membutuhkan pengaturan distribusi aliran, sehingga lumpur aktif bisa kontak dengan biogas secara merata. Reaktor ini berbentuk tangki persegi panjang, dibagi empat kompartemen berukuran sama. Masing-masing kompartemen dipisahkan dinding dari arah atap dan dasar tangki. Campuran kotoran sapi dan air r dialirkan menuju ke atas lalu kebawah antar dinding dan menuju ke atas lagi melalui sludge anaerobik blanket hingga melalui kompartemen ke empat. Dalam reaktor ini terjadi kontak antara biogas dengan biomassa aktif, dimana dengan reaktor ini biomassa akan tertahan sebanyak mungkin. 14

15 Ukuran reaktor dirancang untuk memaksimalkan produksi gas per unit volume reaktor agar biaya konstruksi dapat diminimalisir. Hal ini berkaitan dengan pencernaan secara anaerob yang tergantung pada aktivitas biologis dari bakteri methanogen yang berkembang lambat, maka ukuran reaktor harus memenuhi kinerja yang diharapkan dan cukup besar ukurannya untuk menghindari tercucinya bakteri tersebut keluar dari reaktor (washed out). Pada daerah tropis yang pada umumnya suhu didalam reaktor sekitar o C, retentention time berkisar antara hari. Untuk menentukan ukuran desain volume reaktor biogas, terlebih dahulu mencari kapasitas volume metrik produksi gas metana (specific yield). Tempat pengolahan biogas di Indonesia adalah jenis kubah yang tidak dapat dipindah-pindah dan disemen (fixed dome). Reaktor biogas model ini yang berukuran 4, 6, 8 10 dan 12 m³ layak untuk mendapat subsidi dari Program Biogas Rumah (BIRU) /Indonesia Domestic Biogas Programme (IDBP). Tidak ada ukuran dan model lain yang layak menjadi penerima subsidi dari program ini. Tabel 1.2 Informasi dasar mengenai ukuran-ukuran reaktor biogas yang dibangun BIRU dan kuantitas bahan baku yang dibutuhkan: SN Kapasitas tempat pengolahan*(m³) Produksi gas per hari (m³) Kotoran hewan yang dibutuhkan per hari ** (kg) Air yang dibutuhkan setiap hari Jumlah ternak yang dibutuhkan ,8-1,6 1,6-2,4 2,4-3,2 3,2-4,2 4,2-4, * Kapasitas tempat pengolahan artinya adalah volume reaktor biogas dan kubah penyimpanan gas ** rata-rata waktu penyimpanan: 50 hari Ukuran dan dimensi reaktor biogas telah diputuskan berdasarkan jangka waktu penyimpanan 50 hari dan 60% penyimpanan gas. Bahan baku segar yang diisikan ke dalam reaktor harus berada di dalam reactor setidaknya 50 hari sebelum dikeluarkan. Tempat pengolahan harus dapat menampung 60% gas yang diproduksi dalam waktu 24 jam. Ukuran reaktor biogas diputuskan berdasarkan jumlah bahan baku harian yang akan tersedia. Sebelum memutuskan ukuran reaktor yang akan dipasang, seluruh kotoran hewan (slurry) 15

16 harus dikumpulkan kemudian ditimbang minimal sekurang-kurangnya selama 1 minggu untuk mengetahui seberapa banyak ketersedian bahan baku setiap harinya. Tabel 1.3 Kapasitas reaktor biogas yang akan ditetapkan berdasarkan ketersediaan bahan baku. Kuantitas bahan baku yang tersedia setiap harinya (kg) Ukuran Tempat pengolahan yang disarankan (m³) 0,8 1,6 1,6 2,4 2,4 3,2 3,2 4,2 4,2 4,8 Kuantitas bahan bakar kayu yang dapat dihemat per hari (kg) Jika tempat pengolahan tidak sesuai kebutuhan, produksi gas akan kurang dari perkiraan secara teori. Apabila produksi gas berkurang, gas yang dikumpulkan dalam penampung tidak akan memiliki tekanan yang cukup untuk mendorong bio-slurry yang telah melalui proses percenakan anerob ke dalam outlet. Pada kasus seperti ini, tingkat bio-slurry yang seharusnya mengalir melalui outlet justru akan naik dan memasuki penampung gas. Jika katup gas utama dibuka dalam keadaan seperti ini, bio-slurry bisa melintasi saluran pipa dan bercampur dengan gas. Oleh karena itu, ukuran reactor harus disesuaikan dengan banyaknya slurry yang tersedia. Tempat pengolahan yang kurang bahan baku dan terlalu besar hanya akan meningkatkan biaya konstruksi dan akan menimbulkan masalah dalam pengoperasian nantinya. Hal penting yang harus diperhatikan pada saat memutuskan ukuran reaktor biogas adalah dasar pertimbangan pemilihan ukuran yakni ketersediaan kotoran hewan bukan mempertimbangkan jumlah keluarga dan gas yang dibutuhkan. Apabila peternak memiliki jumlah hewan ternak yang lebih banyak maka ukuran yang ditetapkan berdasarkan kebutuhan gas berkisar antara 0,33-0,40 gas per orang per hari. Tipe Rancangan reaktor harus memperhatikan lokasi reaktor, kapasitas Volatile solid ( bahan untuk biogas), sumber air, lokasi rumah penduduk. Volume dan volume metrik gas metana (Vs) dan volume reaktor sehingga kualitas biogas yang dihasilkan dapat dihitung jumlahnya dengan persamaan yang ada. Dalam rancangan reaktor harus mempertimbangkan pergerakan cairan bergerak secara grafitasi sehingga dapat menggurangi pemakai energi lain. 16

17 1.4.2 Pemilihan lokasi PLTBG Pemilihan wilayah konstruksi umumnya berdasarkan faktor-faktor sebagai berikut: 1. Lokasi harus mempermudah pekerjaan konstruksi. 2. Lokasi yang dipilih harus sedemikian rupa sehingga biaya konstruksi dapat diminimalisir. 3. Memilih lokasi yang mudah dijangkau untuk penggunaan dan pemeliharaan.tempat pengolahan, katup gas utama, saluran penggunaan, dan pengecekan gas harus mudah dicapai. 4. Lokasi tempat pengolahan harus aman Berdasarkan faktor-faktor diatas, pemilihan lokasi harus mempertimbangkan hal berikut: 1. Agar dapat berfungsi efektif, suhu yang benar (20-35 C) harus dapat dijaga di bagian dalam reaktor. 1 Karenanya, tempat dingin dan berkabut harus dihindari. Tempat hangat yang disinari matahari lebih baik. 2 Lokasi konstruksi harus memiliki permukaan yang datar. 3 Lokasi harus lebih tinggi dibandingkan sekitarnya untuk mencegah genangan air dan memperlancar aliran bio-slurry dari outlet ke lubang pembuatan kompos.tempat pengolahan harus berlokasi dekat dengan kandang ternak untuk memudahkan penggunaan dan menghindari kehilangan bahan baku, khususnya kotoran ternak. 4 Pertimbangkan jumlah air yang dibutuhkan untuk dicampur dengan kotoran. Sumber air yang jauh akan merepotkan. Untuk menjaga air supaya tidak terkena polusi, jarak sumur atau sumber mata air minimal 10 meter dari reaktor biogas, khususnya lubangbio-slurry. 5 Pipa gas yang terlalu panjang akan menambah resiko kebocoran gas dan biaya yang lebih tinggi. Katup gas utama yang terpasang di atas penampung gas harus dibuka dan ditutup sebelum dan sesudah biogas digunakan. Akan lebih baik jika tempat pengolahan dekat dengan tempat pemakaian. 6 Ujung tempat pengolahan minimal 2 meter dari fondasi rumah atau bangunan lain. 7 Lubang kompos harus cukup luas karena bagian ini merupakan satu kesatuan dari reaktor biogas. 8 Lokasi harus cukup jauh dari pepohonan untuk menghindari kerusakan reaktor biogas yang disebabkan oleh akar pohon. 17

18 9 Jenis tanah harus dapat menahan muatan untuk mencegah bangunan amblas ke dalam tanah. 10 Apabila luas tempat menjadi masalah, kandang hewan ternak dapat didirikan di atas tempat pengolahan setelah reaktor biogas selesai di cor. Perlu diingat bahwa mustahil dapat memenuhi seluruh pertimbangan di atas. Namun harus diupayakan agar sebagian besar poin tersebut dapat terpenuhi. Mengumpulkan bahan bangunan dan peralatan sesuai standar mutu. Jika bahan konstruksi tidak bermutu, reaktor biogas tidak akan berfungsi baik walau rancangannya benar dan kinerja tukang sangat baik. Bahan yang berkualitas rendah juga tidak akan menghasilkan reaktor biogas yang bermutu tinggi. Guna memilih bahan-bahan yang sesuai standar mutu, spesifikasi bahan harus seperti berikut: Semen Semen harus segar, bebas dari gumpalan dan disimpan di tempat yang kering. Semen yang bergumpal tidak boleh digunakan untuk konstruksi. Kantong semen tidak boleh ditumpuk langsung di atas lantai atau disenderkan ke dinding. Plank kayu mesti digunakan di lantai sebagai alas untuk mencegah semen menjadi lembab. Kantong semen ditumpuk berjarak sekitar 20 cm jauhnya dari dinding. Pasir Pasir harus bersih dan tidak bercampur dengan tanah atau bahan bangunan lain. Pasir yang kotor berdampak sangat buruk pada ketahanan bangunan. Apabila pasir tercampur sekitar 3% dengan bahan lain, maka pasir tersebut harus dicuci. Apabila ketinggian endapan lumpur lebih dari 3%, maka dapat disimpulkan bahwa pasir terlalu banyak mengandung lumpur. Apabila ini terjadi, pasir haruslah dicuci sebelum digunakan. Pasir kasar dan berbutir kecil adalah pilihan yang terbaik untuk bangunan beton, dan sebaliknya, pasir halus harus digunakan dalam proses memplaster. 18

19 Kerikil Ukuran kerikil tidak boleh terlalu besar atau terlalu kecil. Ukurannya tidak boleh melebihi 25% ketebalan beton. Ketebalan lapisan beton di bagian fondasi dan pada penutup outlet tidak boleh lebih dari 7,5 cm (3 inci), jadi ukuran maksimal batu kerikil harus 2 cm atau ¼ ukuran ketebalan beton. Batu kerikil harus bersih, keras dan berbentuk bersiku-siku. Jika batu tersebut kotor, maka harus dicuci dengan seksama sebelum digunakan. Air Air dibutuhkan terutama untuk membuat adukan semen, pengecoran dan memplaster. Air juga digunakan untuk merendam batu-bata sebelum digunakan. Selain itu, air dibutuhkan untuk mencuci atau membersihkan bahan bangunan yang kotor. Lebih baik tidak menggunakan air dari kolam atau kanal yang bisa saja kotor. Air yang kotor berdampak buruk pada ketahanan bangunan. (Pilih) Air dari saluran air, sumur atau sumber lain yang memasok air bersih harus dijadikan pilihan. Batu-Bata/Batu Batu-bata berperan penting dalam proses konstruksi. Batu-bata yang digunakan harus berkualitas tinggi (no.1). Batu-bata tersebut biasanya tersedia di pasar setempat. Batubata yang seperti ini mampu menahan tekanan hingga 120 kg cm³. Sebelum digunakan, batu-bata harus direndam dalam air bersih selama beberapa menit. Batu-bata yang basah tidak akan menyerap air dari adukan semen. Kerekatan dengan baik antara batu-bata dan semen sangat dibutuhkan. Cat Acrylic Emulsion Cat ini digunakan untuk membuat penampung gas (kubah) reaktor biogas kedap udara. Jenis cat ini harus memenuhi standar mutu dan disetujui oleh Program Biogas Rumah Tangga Indonesia. Besi Batang Batang baja ringan digunakan untuk membangun tutup tangki outlet dan ruang saluran air. Baja ini harus memenuhi standar teknik yang biasanya digunakan. Untuk tempat pengolahan yang berukuran 4, 6 dan 8 m³, menggunakan batang baja ringan berdiameter 8 mm. Untuk tempat pengolahan dengan ukuran 10 & 12 m³, direkomendasikan untuk menggunakan 19

20 batang baja beriameter 10 mm. Batang baja ringan harus bersih dari karat. Pipa gas harus dilapisi seng atau digalvanasi dan disetujui oleh IDBP. Pipa ini harus terbuat dari besi kualitas ringan. Batang baja harus disatukan di salah satu titik dengan menggunakan beton pada saat pemasangan. Panjang pipa sekurang-kurangnya 60 cm. Katup gas utama Katup ini mengontrol aliran biogas di saluran pipa dari penampung gas. Katup dibuka bila sedang digunakan dan ditutup setelah selesai. Apabila katup yang digunakan bermutu sedang, maka akan selalu ada resiko kebocoran. Katup yang digunakan harus berkualitas tinggi dan disetujui oleh IDBP. Pipa dan perkakas Pipa yang digunakan untuk menyalurkan gas dari penampung gas ke alat pengguna gas harus dipastikan bermutu tinggi seperti standar yang digunakan di Pakistan. Mutu rendah pipa GI sangat sesuai untuk tujuan ini; namun begitu pipa PVC berkualitas tinggi dapat juga digunakan. Diameter pipa setidaknya adalah setengah inci. Untuk panjang diatas 60 m (30 m apabila dua alat pembakaran digunakan pada waktu yang sama) pipa berdiameter ¾ inci harus digunakan. Apabila pipa GI yang digunakan, pipa yang panjangnya enam meter harus memiliki berat sekurang-kurangya 6 kg. Perkakas yang digunakan di saluran pipa biogas haruslah sendi/socket, siku/elbow, tee dan drat. Perkakas ini harus memenuhi standar persyaratan. Waterdrain Saluran ini mengalirkan air yang mengendap di dalam saluran pipa pada saat biogas menyentuh pipa yang dingin. Ini merupakan komponen penting dari tempat pengolahan reaktor biogas, maka dari itu kualitasnya harus benar-benar dengan hati-hati dikontrol. Saluran ini harus mudah dioperasikan dan kumparan benang didalamnya harus sempurna. Harus dipastikan bahwa lubang baut dibor dengan seksama dan di tempat yang benar. Ketebalan pencuci nilon harus 4 mm, baik itu tombol pegangan yang panjangnya 4 cm atau pembuka knop yang tepat harus digunakan. Peralatan ini harus disetujui oleh IDBP. 20

21 Keran Gas Keran gas digunakan untuk mengatur aliran gas ke kompor gas. Pemasangan bermutu tinggi harus dipertimbangkan. Para pengguna kerap mengeluh bahwa keran o diletakkan dengan benar dan diberi pelumas ke semua bagian secara teratur. Keran gas tidak boleh terlalu ketat atau terlau longgar. Keran gas yang akan digunakan dalam reaktor biogas harus disetujui oleh IDBP. Pipa selang karet Pipa ini digunakan untuk mengalirkan gas dari keran gas ke kompor gas. Selang ini terbuat dari karet neoprene berkualitas tinggi dan tidak patah saat digulung. Selang ini harus berdiameter 15 mm bagian luarnya dan 9 mm diameter bagian dalamnya. Ketebalan minimal dinding selang adalah 2,5 mm Burner cup Cincin regulator primer Burner Grill Body kompor Gambar 3.3 Komponen kompor biogas 21

22 Kompor Gas Kompor gas bisa mengggunakan dua atau satu tungku. Kompor gas satu tungku umum digunakan dalam kebutuhan rumah tangga dengan konsumsi gas 350 hingga 400 liter per jam. Kompor gas yang efisien sangat penting untuk reaktor biogas. Kompor harus bermutu tinggi dan cukup kuat untuk langsung diletakkan di atas tanah. Pasokan udara dapat disesuaikan dengan mudah dan lubangnya harus tepat diletakkan. Pemancar dan pipa yang menghidupkan tungku harus lurus dan diatur dengan benar. Lubang di dalam penutup tungku harus merata di seluruh bagian. Lampu Gas Lampu gas adalah peralatan penting lain yang digunakan dalam reaktor biogas. Para pengguna sering mengeluhkan lampu gas yang rusak. Lampu-lampu ini haruslah berkualitas tinggi dengan tingkat hemat energi sekitar 60%. Biasanya, lampu biogas memerlukan 150 hingga 175 liter biogas per jam. Lampu yang digunakan dalam reaktor biogas harus disetujui oleh IDBP. Meteran Tekanan Gas Meteran tekanan harus dipasang dalam sistem aliran guna memantau tekanan gas. Meteran dapat berbentuk huruf U (manometer) yang terbuat dari tabung plastik atau kaca transparan dan diisi dengan air berwarna, tipe jam digital atau analog meter tekanan. Alat yang telah disebutkan diatas dapat dibeli di pasar lokal dan harus memenuhi rangkaian standar mutu Alat pencampur Alat ini dipergunakan untuk mempersiapkan campuran yang baik antara air dan kotoran hewan. Letaknya di dalam tangki saluran masuk. Untuk reaktor biogas ukuran rumah tangga, dipasang alat pencampur vertikal. Alat tersebut harus bermutu bagus, seperti di dalam rancangan. Pengaduk harus telah dilapisi seng dan benar-benar telah di-galvanized. Pengaduk tersebut harus sesuai untuk pencampuran yang merata. 22

23 Gambar 1.4 Lampu gas Meteran tekanan gas Alat pencampur Gambar 1.5 Meteran tekanan gas dan alat pencampur 23

24 RANGKUMAN Modul 1 ini menjelaskan tentang perencanaan pemasangan PLTBG yang terdiri dari analisis studi kelayakan dan pemilihan lokasi PLTBG. Instalasi perencanaan anaerobik biogas (reaktor) adalah bangunan yang dibuat di bawah tanah, tersusun dari semen, batubata/batu, pasir dan pipa serta peralatan untuk mengurai bahan organik menjadi biogas. Biogas yang dihasilkan adalah salah satu pilihan dari sumber bahan bakar konvensional yang ada. Kualitas PLTBG tergantung pada kualitas mandor dan tukang yang mengerjakan reaktor PLTBG dan pemilihan ukuran reaktor yang tepat. Komponen bangunan reaktor gas terdiri dari 6 bagian utama dari sebuah digester: inlet (tangki pencampur) sebagai tempat kotoran hewan masuk, reaktor (ruang pencernaan anaerob), penampung gas (ruang penyimpanan), outlet (ruang pemisah), sistem pengangkut gas dan lubang kompos kotoran hewan yang telah hilang gasnya/bio-slurry. Ukuran reaktor biogas diputuskan berdasarkan jumlah bahan baku harian yang akan tersedia. Sebelum memutuskan ukuran reaktor yang akan dipasang, seluruh kotoran hewan (slurry) harus dikumpulkan kemudian ditimbang minimal sekurang-kurangnya selama 1 minggu untuk mengetahui seberapa banyak ketersedian bahan baku setiap harinya. Tempat pengolahan biogas di Indonesia adalah jenis kubah yang tidak dapat dipindah-pindah dan disemen (fixed dome). Reaktor biogas model ini yang berukuran 4, 6, 8 10 dan 12 m³ layak untuk mendapat subsidi dari Program Biogas Rumah (BIRU) /Indonesia Domestic Biogas Programme (IDBP). Tidak ada ukuran dan model lain yang layak menjadi penerima subsidi dari program ini. Pemilihan wilayah konstruksi umumnya berdasarkan faktor-faktor sebagai berikut: 1. Lokasi harus mempermudah pekerjaan konstruksi. 2. Lokasi yang dipilih harus sedemikian rupa sehingga biaya konstruksi dapat diminimalisir. 3. Memilih lokasi yang mudah dijangkau untuk penggunaan dan pemeliharaan.tempat pengolahan, katup gas utama, saluran penggunaan, dan pengecekan gas harus mudah dicapai. 4. Lokasi tempat pengolahan harus aman. Berdasarkan faktor-faktor diatas, pemilihan lokasi harus mempertimbangkan beberapa hal berikut diantaranya: agar dapat berfungsi efektif, suhu yang benar (20-35 C) harus dapat dijaga di bagian dalam reaktor, karenanya, tempat dingin dan berkabut harus dihindari. Tempat hangat yang disinari matahari lebih baik, lokasi konstruksi harus memiliki permukaan yang datar, lokasi harus lebih tinggi dibandingkan sekitarnya untuk mencegah genangan air dan memperlancar aliran bio-slurry dari outlet ke lubang pembuatan kompos, 24

25 dll. TUGAS 1 1. Carilah satu contoh nyata dari berbagai sumber tentang perencanaan pemasangan PLTBG yang mencakup analisis studi kelayakan dan pemilihan lokasi PLTBG TES FORMATIF 1 Pilihlah jawaban yang paling benar! 1. Berikut ini adalah bahan dalam pembuatan reaktor, kecuali. a. Semen c. Pasir b. Bambu d. Batu bata 2. Memilih ukuran reaktor biogas yang tepat, berdasarkan ketersediaan bahan untuk mengisi reaktor biogas tersebut murapakan salah satu dari peran dari a. Lurah c. Mandor b. Kepala Desa d. Petugas pemerintah 3. Berikut ini merupakan komponen bangunan reaktor biogas, kecuali a. Reaktor c. Factory Outlet b. Inlet d. Penampung gas 4. Ukuran dan model reactor biogas di bawah ini yang layak menerima subsidi adalah, kecuali a. 8 m2 b. 10 m2 c 12 m2 d 14 m2 5. Pemilihan lokasi PLTBG harus mempertimbangkan hal berikut, kecuali a. Menjaga suhu yang benar dalam reactor (20-45 ) c. Lokasi harus datar b. Tempat hangat yang disinari matahari lebih baik d. Lokasi lebih tinggi 6. Bangunan yang dibuat di bawah tanah, tersusun dari semen, batu bata, batu dan pipa serta untuk mengurai bahan organik menjadi gas disebut: a. Basement c. Reaktor biogas b. Reaktor nuklir d. Bunker 7. Sebutkan beberapa tugas tukang/mandor yang kamu ketahui! a. Memberikan informasi tentang manfaat biodegester b. Memastikan standar mutu bahan konstruksi c. Tegas mengikuti rancangan d. Semua benar 25

26 8. Apa akibatnya jika produksi gas berkurang dalam pemasangan pembangkit listrik tenaga biogas? a. Tidak memiliki tekanan untuk mendorong bio-slurry b. Bio- slurry akan mengalir melalui outlet c. Gas akan mengalir ke luar d. Salah semua 9. Apa dasar dalam penentuan ukuran reaktor biogas? a. Bahan baku harian yang tersedia c. Jumlah dana yang tersedia b. Jumlah gas yang dihasilkan d. Terserah pemilik 10. Pertimbangan pemilihan lokasi pembangkit listrik tenaga biogas berdasarkan faktorfaktor pemilihan wilayah kontruksi pada umumnya adalah sebagai berikut, kecuali: a. Suhu yang benar (20-35 C) harus dijaga b. Tempat yang dingin dan berkabut harus dihindari c. Lokasi konstruksi harus memiliki permukaan datar d. Lokasi tempat pengolahan harus aman 26

27 DAFTAR PUSTAKA Tim Biru, Model instalasi biogas Indonesia. Panduan Konstruksi. Tim BIRU Didit Waskito, Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Dengan Pemanfaatan Kotoran Sapi Di Kawasan Usaha Peternakan Sapi. Thesis Magister Teknik Manajemen Energi Dan Ketenagalistrikan, Universitas Indonesia. United Nations, Updated Guidebook on Biogas Development - Energy Resources Development Series 1984, No. 27, New York, USA Widodo, T.W. dan Nurhasanah, A., Kajian Teknis Teknologi Biogas dan Potensi Pengembangannya di Indonesia, Prosiding Seminar Nasional Mekanisasi Pertanian, Bogor, 5 Agustus

28 PENUTUP Berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi mempengaruhi perkembangan industri energi terbarukan menjadi semakin lebih berkembang. Hal tersebut menuntut masyarakat agar mampu menyesuaikan perkembangan energi terutama energi terbarukan. Perkembangan industri energi di Indonesia tidak terlepas dari kebutuhan dan konsumsi energi di setiap penjuru Indonesia. Perancangan modul Teknik Energi Terbarukan ini berisi mengenai kajian energi terbarukan secara umum, ruang lingkup energi terbarukan yang sedang berkembang pesat sekarang ini, selain itu juga mengetahui mengenai isu energi yang sedang terjadi saat ini. Langkah selanjutnya yaitu memahami mengenai konsep teoretis secara umum tentang energi, usaha pemasangan pembangkit listrik menggunakan energi terbarukan, manajemen industri, dan kesehatan, kebersihan dan keselamatan kerja (K3) pada industri energi, komunikasi efektif, dokumen perencanaan dan pemasangan, dan perhitungan efisiensi dari pembangkit listrik tersebut serta pelaporannya. 28