REAKTOR BIOGAS SKALA KECIL (Rumah Tangga dan Semi-Komunal) Dr. Budhijanto Pusat Inovasi Agro Teknologi Universitas Gadjah Mada OUTLINE Prinsip dasar produksi biogas Berbagai tipe reaktor - Reaktor yang memerlukan tukang profesional - Reaktor yang bisa dibuat sendiri Pemanfaatan dan sisten distribusi biogas Hasil samping: pupuk organik Masalah yang sering dihadapi 1
PRINSIP DASAR PROSES DAN KALKULASI SEDERHANA VOLUM REAKTOR Prinsip Dasar Produksi Biogas Bahan organik bisa dikonversi menjadi biogas dengan proses yang disebut ANAEROBIC DIGESTION Anaerobic digestion adalah proses peruraian oleh mikroorganisme/bakteri dengan syarat tidak ada oksigen sama sekali. Bakteri yang digunakan adalah bakteri yang sudah ada di lingkungan kita (tidak perlu membeli). Bakteri ini tidak menyebabkan penyakit (bersifat non-patogenik) Skema proses yang terjadi digambarkan pada diagram di sebelah kanan. 2
Syarat Keberhasilan Produksi Biogas INGAT!!! ADA MAKHLUK HIDUP DI DALAM REAKTOR Rutin memasukkan bahan baku (umpan) sebagai makanan bakteri pengurai Cukup air contohnya, untuk kotoran sapi biasanya volum kotoran sapi dan air adalah berkisar 1:1 sampai 1:2 Umpan reaktor tidak mengandung racun (misalnya sabun, cairan disinfektan, pestisida) Kalkulasi Sederhana Kebutuhan Volum Reaktor Rule of thumb untuk bahan baku kotoran sapi: 1. Satu ekor sapi dewasa menghasilkan 15 kg kotoran padat/hari 2. Jumlah air 2 kali lipat jumlah kotoran sapi 3. Waktu tinggal optimal dalam reaktor biogas 30 hari 4. 1 m 3 volum reaktor menghasilkan kurang lebih 0,6 m 3 biogas/hari 5. Nilai kalor 1 m 3 biogas (1 atm, suhu 25 o C) setara dengan 0,2 liter LPG (cair) atau 0,3 liter solar. Contoh perhitungan: Jumlah sapi = 5 ekor Estimasi jumlah kotoran sapi = 75 kg/hari Jumlah umpan reaktor (dengan air) = 150 kg/hari (kurang lebih 150 liter/hari) Estimasi kebutuhan volum reaktor = 30 hari x 150 liter/hari = 4,5 m 3 Jadi jika diinginkan seluruh kotoran sapi diolah menjadi biogas, diperlukan minimal reaktor dengan volum 4,5 m 3 Estimasi produksi biogas = 0,6 x 4,5 m 3 = 2,7 m 3 /hari (setara dengan kurang lebih 1 liter solar per hari) 3
BERBAGAI TIPE REAKTOR BIOGAS Tipe Reaktor Biogas Tipe VERTIKAL (Dome) Tipe HORIZONTAL (Pipa) Untuk kapasitas kecil (misalnya hanya ada 1 ekor sapi), tipe horisontal lebih menguntungkan karena lebih mudah dibuat. Untuk skala besar, konstruksi tipe horisontal menjadi lebih sulit. 4
Reaktor Tipe Vertikal (Dome) Pembuatan Reaktor dengan Pasangan Bata Tanah digali dengan kedalaman kurang lebih 1.5-2 meter, kemudian dipasang dinding bata dan diaci agar kedap air dan kedap udara Dibuat tutup berupa fixed dome (bisa diganti dengan floating dome juga) Dibuat bak inlet dan outlet Pekerjaan memerlukan keterampilan khusus, sebaiknya menggunakan tukang profesional 5
Alternatif Reaktor: Ready-to-Use dari Bahan Fiber Reaktor Tipe Horisontal (Dianggap Bentuk Pipa) Hanya untuk skala mini (kurang dari 5 m 3 ). Cocok untuk instalasi individual (hanya untuk keperluan 1 rumah tangga). Bisa digunakan untuk hewan ternak kecil (misalnya kambing) dan unggas. 6
Contoh Reaktor Balon (Rancangan KKN Banjarnegara 2016) Realisasi Reaktor Balon (bisa dibuat sendiri) Pembuatan fondasi Pembuatan bak pelindung Instalasi yang sudah lengkap: Reaktor balon dalam bak, dilengkapi gas holder doubledrum Reaktor balon dibuat dari plastik silinder besar (bisa dibeli di toko plastik besar), dengan dua lapis plastik agar lebih kuat, ujung-ujung diikatkan ke pipa paralon. 7
Pembuatan Reaktor Balon Ujung dilekatkan pada pipa Perlu uji kebocoran dengan udara tekan sebelum diisi umpan Variasi Lain Reaktor Pipa PVC 12 in (rancangan Dr. Chandra W. Purnomo DTK UGM) Buis Beton 80 cm (rancangan Dr. Wiratni DTK UGM) 8
Saran Pemilihan Tipe Reaktor Tipe Vertikal/Dome Untuk kapasitas besar (volume minimal 5 m 3 ), sebaiknya gunakan tukang profesional yang sudah terbiasa membuat reaktor biogas. Jika kapasitas kurang dari maka konstruksi pasangan bata akan sulit sehingga malah akan mahal. Jika ingin menggunakan tipe dome dengan ukuran kecil, disarankan menggunakan fiber (order ke perusahaan profesional). Tipe Horisontal/Pipa Hanya untuk skala kecil (volume lebih kecil daripada 5 m 3 ), biasanya hanya untuk percontohan. Bisa dibuat sendiri dengan plastik. Alternatifnya bisa menggunakan buis beton (sebaiknya menggunakan tukang profesional). Reaktor yang kapasitasnya kurang dari 5 m3, memerlukan penyimpan gas eksternal yang disebut GAS HOLDER. Gas holder diperlukan karena ruang kosong di reaktor tidak cukup besar untuk menyimpan biogas. Tanpa gas holder pada reaktor kecil, biasanya kompor akan sering mati. Gas holder bisa dibuat secara sederhana dengan plastik atau drum bolak-balik dengan isian air (lihat gambar di samping) Gas Holder Plastik silinder Double drum Cetakan fiber 9
PEMANFAATAN BIOGAS DAN SISTEM DISTRIBUSI Pemanfaatan Tradisional Sebagai bahan bakar kompor Sebagai bahan bakar lampu biogas 10
Konteks Modern Biogas Substitusi bahan bakar mesin (dengan modifikasi sistem injeksi bahan bakar): 1. Generator listrik 2. Mesin-mesin peternakan (alat cacah pakan dll.) 3. Pemanas air Kemungkinan Distribusi Biogas Pertanyaan yang sangat sering muncul: APAKAH BIOGAS BISA DISIMPAN DALAM TABUNG GAS (SEPERTI ELPIJI)? Jawaban sederhana: 1. Biogas tidak bisa dicairkan seperti elpiji pada kondisi tekanan dan suhu yang wajar. 2. Tidak efisien mendistribusikan biogas (atau yang sudah dimurnikan sebagai metana sekalipun) dalam tabung. 3. Apalagi jika reaktor biogas hanya skala kecil, maka penyimpanan dalam tabung TIDAK EKONOMIS (bahkan sampai 50 m 3 masih dianggap kecil dalam konteks penabungan biogas). 4. Aspek safety kompresi gas yang mudah meledak seperti biogas, tidak bisa dilakukan oleh sembarang orang tanpa latar belakang teknis yang memadai 11
Sistem Distribusi Biogas dengan Pemipaan Jika dibuat reaktor biogas semi komunal untuk rumah-rumah yang berdekatan, dimungkinkan mendistribusikan biogas dengan pipa. Pada radius kurang lebih 20 meter, tidak diperlukan blower. Jika diinginkan distribusi lebih jauh, perlu bantuan blower. PERANCANGAN JARINGAN PEMIPAAN JARAK DEKAT 1. Ideal: reaktor adalah titik PALING RENDAH 2. Jika reaktor tidak bisa menjadi titik yang paling rendah, buat percabangan sebagai PERANGKAP AIR, secara berkala kran dibuka untuk mengeluarkan air 3. Pilihan pipa yang biasa digunakan: PVC ½ in MASALAH YANG SERING DIJUMPAI DALAM JARINGAN PEMIPAAN BIOGAS: Pipa TERISI AIR yang mengembun sehingga menyumbat airan biogas 12
Saran pemipaan Jangan terlalu banyak belokan Jangan dipendam karena cenderung lebih banyak embunan dan sulit mengeluarkan air Jangan pakai selang transparan karena akan timbul lapisan semacam lumut yang makin tebal Jarak ideal: kurang dari 20 m Tes kebocoran secara berkala Untuk pemipaan jauh Dengan bantuan blower Contoh: instalasi penangkapan biogas di TPA Segawe Tulungagung (milik Dinas PU Tulungagung), bisa menyalurkan landfill gas sampai ke rumah-rumah penduduk pada radius 100 meter. 13
HASIL SAMPING BERUPA PUPUK Reaktor Biogas untuk Kawasan Industri Kecil Tanpa Limbah Contoh skenario di desa peternak susu perah: - Kotoran sapi dijadikan biogas - Biogas digunakan untuk industri derivatif susu - Slurry keluar reaktor biogas untuk pupuk pertanian organik 14
Konsep bisnis pupuk modern: organik dan lokal Pupuk yang campurannya disesuaikan dengan kondisi tanah dan jenis tanaman pada daerah tertentu Lumpur dari reaktor biogas menguntungkan karena bentuknya sudah halus, mudah dicampur, dan mudah digranulkan Contoh: Pupuk Granul Triple S (Site Specific and Slow-released) dari slurry outlet reaktor biogas A B C D E F Pertumbuhan Tanaman Jagung di Tanah Pasiran A. 0 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 100 % pupuk NPK B. 25 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 75 % pupuk NPK C. 50 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 50 % pupuk NPK D. 75 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 25 % pupuk NPK E. 100 % pupuk Triple-S dari lumpur biogas + 0 % pupuk NPK F. Kontrol 15
MASALAH YANG SERING DIHADAPI Tanda-tanda Reaktor yang sehat Gelembung pada lumpur Outlet kental Tekanan stabil 16
Perawatan reaktor Masalah yang sering dihadapi: 1. Produksi biogas menurun 2. Pembakaran kurang bagus (kurang panas, dll.) 3. Timbulnya karat pada peralatan Penurunan produksi biogas Bisa diamati pada alat ukur tekanan biogas Jika terjadi penurunan tekanan, ada beberapa kemungkinan: a. Pengisian tidak teratur b. Campuran isian tidak tepat c. Saluran bocor 17
Campuran isian yang baik Tidak tercampur bahan serat/keras 1 bagian kotoran sapi dicampur dengan 1-2 bagian air Tidak tercampur bahan kimia (misalnya air bekas deterjen, sabun, cairan pembersih, dll.) Upaya meningkatkan produksi biogas Memperhatikan persyaratan pengisian: kotoran sapi tidak tercampur bahan keras, jumlah air ideal, tidak tercampur bahan kimia Mengisi dengan teratur, contoh: Ukuran 15 m 3 : pengisian dengan kotoran dari 10 ekor sapi (150 kg kotoran/hari + 150-300 liter air) 18
Pembakaran kurang bagus Sering ada keluhan bahwa api biogas kurang panas Penyebab: banyak pengotor dalam biogas Pencegahan: kontrol jumlah air terikut umpan masuk ke reaktor Penyebab terlalu banyak air Air pencucian kandang masuk ke reaktor: biasanya menjadi terlalu banyak air jika tidak semua kotoran sapi masuk ke reaktor Air hujan masuk ke reaktor Reaktor rembes sehingga air masuk dari tanah sekitarnya 19
Contoh kurang hati-hati Inlet tidak ditutup, mudah kemasukan Air dan barang-barang yang bisa menyumbat MARI BERSINERGI DALAM INOVASI UNTUK NEGERI 20