Pemanfaatan Kotoran Sapi untuk Bahan Bakar PLT Biogas 80 KW di Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang Yasinta Fajar Saputri 2212 105 070 Dosen Pembimbing I Ir. Teguh Yuwono Dosen Pembimbing II Ir. H. Syariffuddin Mahmudsyah, M.Eng. Teknik Sistem Tenaga Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
Energi adalah kebutuhan pokok manusia. Konsumsi energi semakin meningkat dari tahun ke tahun. Sebagian besar energi yang digunakan berasal dari energi fosil, dan cadangan sumber daya energi fosil terbatas. Harga energi semakin mahal. Masalah lingkungan hidup. Indonesia banyak memiliki sumber energi terbarukan yang masih belum banyak dimanfaatkan, salah satunya pemanfaatan energi biogas. Energi Biomassa dan Biogas menurut Kementrian ESDM potensinya sebesar 50 GW
Sesuai dalam PerPres No.5/2006 tentang kebijakan pemerintah mengenai Skenario Bauran Energi Nasional dalam jangka waktu tertentu (2006-2025), yang tertuang dalam Kebijakan Energi Nasional (KEN). Yang menargetkan peningkatan peran energi baru dan terbarukan (EBT) menjadi 17% Energi Mix Tahun 2006 Energi Mix Tahun 2025 Tenaga Air 3.11% Minyak Bumi Panas Bumi 1.32% Gas Alam 28.57% Gas, 30% 20% Bahan Bakar Nabati, 5% EBT Panas Bumi, 5% Minyak Bumi 51.66% Biomasa, Nuklir, Tenaga air Energi Matahari, Tenaga angin, 5% Batubara 15.34% Batubara 33% Batubara cair, 2%
Bagaimana potensi energi terbarukan (energi biogas dari kotoran sapi) di Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang. Bagaimana analisis teknis, ekonomi, lingkungan dan sosial pembangunan PLT Biogas Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang. Apakah teknologi biogas dapat diterapkan sebagai sumber energi baru dan terbarukan di Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang dengan menggunakan analisis keputusan.
Bahan baku biogas yang digunakan adalah limbah peternakan (feses/kotoran ternak sapi) Biogas hanya digunakan sebagai bahan bakar Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLT Biogas) dan tidak untuk keperluan lain, seperti memasak, dan sebagainya. Analisa pengambilan keputusan penentuan jenis pembangkit ditinjau dari segi teknis, ekonomis, dan lingkungan.
Mengkaji pemanfaatan potensi limbah kotoran sapi di Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang sebagai bahan baku biogas. Mempelajari dan menganalisa pengaruh pembangunan PLT Biogas di Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang dalam usaha pemenuhan kebutuhan tenaga listrik dengan mempertimbangkan aspek teknis, ekonomi, lingkungan dan sosial.
Luas : 3.534,86 km 2 atau 353.486 ha Terdiri dari 33 Kecamatan, 12 Kelurahan, 378 Desa Terletak antara 0-2000 m dari permukaan laut Jumlah penduduk 2.419.889 jiwa (BPS Kab. Malang) Sumber : PNPM Kab Malang
Merupakan industri penghasil susu sapi Luas ± 26 Ha dan berada pada ketinggian 1200 meter di atas permukaan laut Suhu ± 16 0 C dengan kelembaban sebesar 45% Memiliki 4.000 ekor sapi Frissian Holstein dari Australia
Dalam perhitungan suatu pembangkit tenaga biogas dari kotoran sapi diperlukan lokasi peternakan untuk mendapatkan model dasar pembangkit tersebut. Dalam perhitungan tersebut digunakan model di Industri penghasil susu sapi yaitu PT. Greenfields Indonesia sebagai contoh kasus dalam menghasilkan kotoran sapi. Awal berdiri : 100 ekor Saat ini : 4000 ekor Sapi dengan bobot 450 kg dapat menghasilkan kotoran ± 25 kg/hari.
Sapi Frissian Holstein
Kapasitas Biogas Sebagai Bahan Bakar Generator Listrik Sumber : Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian Badan Litbang Pertanian, Departemen Pertanian, 2008 Jumlah sapi di PT. Greenfields Indonesia berjumlah 4000 ekor 1 ekor sapi mampu menghasilkan 25 kg kotoran / hari Produksi kotoran : 4.000 x 25 = 100.000 kg/hari Kandungan bahan kering : 100.000 x 0,20 = 20.000 kg.bk Potensi biogas dari kotoran sapi : 20.000 x 0,04 = 800 m 3 / hari
Dengan demikian potensi energi listrik yang dihasilkan dari limbah kotoran sapi yang ada di PT. Greenfields Indonesia adalah : 800 m 3 x 4,7 kwh = 3.760 kwh dengan daya keluaran : 3760 / 24 = 156,6 Kw Dengan kapasitansi per hari 3.760 kwh maka biogas dari kotoran sapi dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan di PT. Greenfields Indonesia Desa Babadan Kecamatan Ngajum Malang untuk pembangkit listrik.
Perancangan Instalasi Pembangkitan Listrik Tenaga Biogas Penjelasan singkat dari rancangan di atas : 1. Sebelum masuk digester, kotoran ternak dicampur dengan air dengan perbandingan 1:1 2. Kotoran ternak dan air dialirkan menuju Reaktor (Digester) melalui saluran masuk (inlet) dan diaduk dengan menggunakan pengaduk mekanis. 3. Kemudian gas yang dihasilkan dari campuran kotoran dan air dialirkan menuju penampang gas, dengan diatur oleh valve pengatur tekanan. 4. Biogas dari penampung gas bisa digunakan pada generator biogas untuk kemudian menyalakan peralatan listrik. 5. Zat sisa proses Digesterisasi dapat digunakan langsung sebagai pupuk kandang atau diolah menjadi pupuk urea kemasan yang siap dijual atau dapat digunakan sebagai pakan ternak lele.
Komponen - Komponen Pembangkitan Listrik Tenaga Biogas Saluran Masuk Slurry ( Kotoran Segar dan Air ) Sistem Pengaduk Reaktor ( Digester ) Saluran Keluaran Residu Katup Pengaman Tekanan (Control Valve) Saluran Gas Penampung Gas Generator (Genset) Biogas Macam-macam digester 1. Fixed Dome 2. Ballon 3. Floating Plant Plant Drum Plant
Capital Investment Cost atau biaya pembangunan adalah sebesar : Biaya Pembangunan = = = 800 USD / kw (dengan kurs 1 USD = Rp 11.500,-) = Rp 9.200.000,- / kw
(dengan kurs 1 USD = Rp 11.500,-)
Kemampuan Daya Beli Energi Listrik Dengan input data sebagai berikut : Pendapatan per kapita setiap bulan = Rp 1.215.000 (BPS Kab.Malang 2012) Dengan mengasumsikan dalam 1 rumah tangga terdapat 4 anggota keluarga sehingga didapat : Pendapatan rumah tangga = Rp 1.215.000 x 4 = Rp 4.860.000 Dengan diasumsikan pengeluaran rumah tangga untuk energi listrik rata-rata adalah 8%, maka pengeluarannya sebesar Rp 388.800. Dari hasil perhitungan didapatkan nilai daya beli masyarakat : x Rp 605/kWh = Rp 1.227,35 / kwh Dimana Rp 191.651 adalah rata-rata biaya total pemakaian listrik, dan Rp 605 adalah harga rata-rata energi listrik per kwh Dengan daya beli listrik rumah tangga sebesar Rp 1.227,35 maka harga jual energi listrik dari energi terbarukan biogas mampu dibayar oleh masyarakat karena ratarata harga jual energi listrik yang berasal dari energi terbarukan biogas masih dibawah daya beli untuk listrik rumah tangga (direncanakan Rp 1.000)
Pendapatan Per-Tahun ( Cash In Flow / CIF) Persamaan pendapatan pertahun CIF = kwh output x (Rp 1.000 HJ) HJ = TC + ( i x TC) a. Untuk Suku Bunga i = 6% CIF = 420.480 x (Rp 1.000 Rp 330,35) = Rp 281,5 juta/tahun b. Untuk Suku Bunga i = 9% CIF = 420.480 x (Rp 1.000 Rp 427,44) = Rp 240,7 juta/tahun c.untuk Suku Bunga i = 12% CIF = 420.480 x (Rp 1.000 Rp 555,13) = Rp 187,1 juta/tahun
Nilai Awal Proyek ( Net Present Value / NPV) Persamaan Nilai Awal Proyek :
Laba Investasi ( Return of Investment / ROI) Return of Investment adalah kemampuan pembangkit untuk mengembalikan dana investasi dalam menghasilkan tingkat keuntungan yang digunakan untuk menutup investasi yang dikeluarkan. Persamaan Nilai Awal Proyek : Bennefit t = CIF t COF t Dimana: t = jumlah keuntungan sampai tahun ke-t CIF t = Pemasukan tahun ke-t COF t = Pengeluaran tahun ke-t
Suku bunga 6% dana investasi dapat dikembalikan pada tahun ke- 6 sejak PLT Biogas beroperasi. Suku bunga 9% : thn ke -7 Suku bunga 12% : thn ke -8
CDM (Clean Development Mechanism) Negara maju dapat menurunkan emisi gas rumah kacanya dengan mengembangkan proyek ramah lingkungan di negara berkembang, dan membebankan pajak karbon (Carbon Tax) pada industri-industri penghasil karbon CDM adalah mekanisme dibawah Kyoto Protocol, yang dimaksudkan untuk membantu negara maju/industri memenuhi sebagian kewajibannya menurunkan emisi serta membantu negara berkembang dalam upaya menuju pembangunan berkelanjutan dan kontribusi terhadap pencapaian tujuan konversi perubahan iklim. Pembangkit listrik Biogas menghasilkan gas emisi yang rendah di bawah batas Protocol Kyoto maka kita dapat biaya Carbon Credit.
Tahap Konstruksi Pada tahap konstruksi akan terjadi penurunan kualitas udara berupa meningkatnya kandungan debu akibat transportasi bahan bangunan, peralatan dan pekerja di sepanjang jalan yang dilewati sarana transportasi menuju lokasi proyek. Dengan lokasi pembangkit di dalam kawasan PT. Greenfields Indonesia, maka dampak yang lain adalah terjadi gangguan terhadap sapi-sapi yang berada dalam kawasan tersebut. Tahap Operasi PLT Biogas ini tidak mengeluarkan emisi atau gas buangan seperti pembangkit yang menggunakan bahan bakar fosil. Selain itu PLT Biogas juga dapat mereduksi zat-zat dari kotoran hewan yang dapat mencemarkan lingkungan dengan menghasilkan gas-gas yang dapat menimbulkan efek rumah kaca seperti methana, karbon dioksida, dan hydrogen. Gas-gas yang dihasilkan dari pengolahan kotoran tersebut dimanfaatkan sepenuhnya sebagai sumber energi sehingga pembangkit ini ramah terhadap lingkungan
Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain : 1. Semakin menipisnya persediaan energi berbahan bakar fosil di Indonesia dan mahalnya energi fosil alternatif, maka perlu diciptakan energi baru yang tidak akan habis dan harga terjangkau, salah satunya yakni dengan energi biogas. Biogas memiliki prospek yang baik sebagai energi alternatif pengganti energi tidak terbarukan di Indonesia. Energi Biogas jauh lebih murah dibandingkan dengan sumber energi bahan bakar fosil 2. Di PT. Greenfield Indonesia desa Babadan Kabupaten Ngajum Malang, pemanfaatan biogas dengan menggunakan kotoran sapi sangat potensial. Seperti diketahui kotoran sapi perhari dapat mencapai 25 kg, dengan jumlah sapi sebanyak 4.000 ekor berpotensi menghasilkan energi listrik sebesar 3.760 kwh/hari atau 12,8297 mega Btu. Jika dibandingkan dengan sumber biogas lainnya seperti kotoran gajah (2.538 kwh/hari), babi (698,79 kwh/hari), itik (281,76 kwh/hari) dan manusia (48,4 kwh/hari) potensi energi listrik yang dihasilkan oleh kotoran sapi lebih tinggi dari pada sumber-sumber tersebut.
3. Dengan daya beli listrik rumah tangga sebesar Rp 1.227,35/kWh dibandingkan dengan harga jual energi listrik dari biogas sebesar Rp 1.000/kWh maka masyarakat di desa Babadan Kabupaten Ngajum Malang mampu membeli energi listrik dengan bahan bakar biogas tersebut. Selain itu, jika dilihat dari parameterparameter dalam analisa keputusan yaitu dari aspek teknis, aspek ketersediaan energi, ekonomis dan aspek lingkungan yang terdiri dari penanganan limbah dan akibat pencemaran terhadap makhluk hidup didapatkan total perhitungan aspekaspek tersebut sebesar 23, maka Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dengan menggunakan kotoran sapi layak untuk dikembangkan di PT. Greenfields Indonesia Desa Babadan Kabupaten Ngajum Malang
Proses Terjadinya Biogas Biogas merupakan sebuah proses produksi gas bio dari material organik dengan bantuan bakteri. Proses degradasi material organik ini tanpa melibatkan oksigen disebut anaerobic digestion gas yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50%) berupa metana, material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) akan diuraikan menjadi dua tahap dengan bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama material organik akan didegradasi menjadi asam asam lemah dengan bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri ini akan menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa yang sederhana. Sedangkan asidifikasi yaitu pembentukan asam dari senyawa sederhana. Setelah material organik berubah menjadi asam asam, maka tahap kedua dari proses anaerobik digestion adalah pembentukan gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti mathanococus, methanosarcina, methano bacterium. Biogas sebagian besar mengandung gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2), dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya hydrogen sulfide (H2S) dan ammonia (NH3) serta hydrogen dan (H2), nitrogen sulphur, kandungan air dan oksigen (O2).
Sumber : Biogas Digest, Volume I, Biogas Basics, Information and Advisory Service on Appropriate Technology (ISAT) and GATE in Deutsche Gesellscharft fur Technische Zusammenarbeit (GTZ), GmbH Semakin besar gasmetana yang dihasilkan maka semakin besar pula energi yang dapat dihasilkan
Fungsi Komponen - Komponen Pembangkitan Listrik Tenaga Biogas Saluran Masuk Slurry ( Kotoran Segar dan Air ) Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurry (campuran kotoran sapi dengan air) kedalam reaktor utama biogas. Tujuan pencampuran adalah untuk memaksimalkan produksi biogas, memudahkan mengalirkan bahan baku dan menghindari endapan pada saluran masuk. Sistem Pengaduk Dengan pengadukan potensi material mengendap di dasar digester semakin kecil, konsentrasi merata dan memberikan kemungkinan seluruh material mengalami proses fermentasi anaerob secara merata. Di PT. Greenfields Indonesia sistem pengadukan yang paling mungkin dilakukan agar kotoran segar dan air tercampur secara sempurna adalah dengan pengadukan mekanis. Reaktor ( Digester ) Digester merupakan komponen utama dalam produksi biogas. Digester merupakan tempat dimana bahan organik diurai oleh bakteri secara anaerob (tanpa udara) menjadi gas CH4 dan CO2. Digester harus dirancang sedemikian rupa sehingga proses fermentasi anaerob dapat berjalan dengan baik. Digester merupakan tempat reaksi fermentasi anaerob limbah organik menjadi biogas terjadi.
Fungsi Komponen - Komponen Pembangkitan Listrik Tenaga Biogas Saluran Keluaran Residu Saluran ini digunakan untuk mengeluarkan kotoran yang telah difermentasi oleh bakteri. Katup Pengaman Tekanan (Control Valve) Fungsi dari katup pengaman adalah sebagai pengaman digester dari lonjakan tekanan biogas yang berlebihan. Bila tekanan dalam tabung penampung biogas lebih tinggi dari tekanan yang diijinkan, maka biogas akan dibuang keluar. Selanjutnya tekanan dalam digester akan turun kembali. Saluran Gas Tujuan dari saluran biogas adalah untuk mengalirkan biogas yang dihasilkan digester. Bahan untuk saluran gas disarankan terbuat dari polimer untuk menghindari korosi. Penampung Gas Penampung gas adalah sebuah ruang kedap udara yang digunakan sebagai tempat penyimpanan biogas yang telah dihasilkan dari proses biodigester sebelum disalurkan ke genset biogas Generator (Genset) Biogas Mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Disini, motor penggerak yang digunakan untuk menghasilkan energi gerak adalah motor berbahan bakar gas, dan tentu saja gas yang digunakan adalah biogas.
Ballon Plant - Digunakan untuk kapasitas kecil (rumah-rumah) - Tidak tahan lama - Murah Fixed-dome Plant - Konstruksi sederhana dan dapat dikerjakan dengan mudah - Biaya konstruksi rendah - Tidak terdapat bagian yang bergerak - Dapat dipilih dari material yang tahan karat - Umur panjang - Dapat dibuat di dalam tanah sehingga menghemat tempat - Apabila ada kebocoran tidak diketahui karena berada di dalam tanah Floating Dome - Konstruksinya lebih rumit karena ada tampungan gas yang bergerak seiring naik atau turunnya produksi gas - Harga lebih mahal
Perhitungan Volume Digester Pembangunan digester yang ada di PT Greenfields Indonesia dengan volume total sebesar 2.500 m 3 atau 12,8297 mega Btu dengan ukuran 40 x 31,25 x 2 atau dapat menggunakan 4 buah digester yang masing-masing digester memiliki volume total sebesar 625 m 3 (20 x 15,62 x 2)
Perhitungan Total Harga Investasi
Kemampuan Daya Beli Energi Listrik (Data statistik PLN Malang 2012)
Kemampuan Daya Beli Energi Listrik Uraian Tahun 2012 2013 2014 Pendapatan per kapita/bulan Rp 1.215.000 Rp 1.551.000 Rp 2.366.826 Pendapatan rumah tangga (4 orang/rumah) Rp 4.860.000 Rp 5.374.800 Rp 6.540.000 Pengeluaran energi listrik ratarata 8% Rp 388.800 Rp 429.984 Rp 523.200 Daya (kw) 0,72 0,72 0,72 Faktor beban (%) 54,73 54,73 54,73 Rata-rata biaya total Rp 191.651 Rp 191.651 Rp 191.651 Harga rata-rata energi listrik per kwh Rp 605 Rp 605 Rp 605 Daya beli masyarakat/ kwh Ro 1.227,35 Rp 1.357,36 Rp 1.651,63
Perbandingan Energi Pembangkitan PLT Biogas