BIOMASSA adalah Alternatif Energi untuk Pedesaan (Part 1)

 Hallo sahabat seperjuangan, apakabar hari ini? semoga baik-baik saja. Setelah beberapa bulan tidak pernah update kali ini admin akan membahas mengenai biomassa sebagai alternatif energi listrik untuk menerangi pedesaan. Okehh,, tanpa berlama-lama langsung saja simak pembahasan dibawah ini.

================================================================================

Biomassa adalah bahan bakar yang dapat diperbaharui dan secara umum berasal dari makhluk hidup (non-fosil) yang didalamnya tersimpan energi atau dalam definisi lain, biomassa merupakan keseluruhan materi yang berasal dari makhluk hidup, termasuk bahan organik yang hidup maupun yang mati, baik di atas permukaan tanah maupun yang ada di bawah permukaan tanah. Biomassa merupakan produk fotosintesa dimana energi yang diserap digunakan untuk mengkonversi karbon dioksida dengan air menjadi senyawa karbon, hidrogen, dan oksigen. Biomasa bersifat mudah didapatkan, ramah lingkungan dan terbarukan. Secara umum potensi energi biomassa berasal dari limbah tujuh komoditif yang berasal dari sektor kehutanan, perkebunan dan pertanian.

Biomassa artinya bahan bakar yang dapat diperbaharui dan secara umum berasal dari makhluk hidup (non-fosil) yang didalamnya tersimpan energi. Lantas Bagaimana pembentukan dari biomassa itu sendiri, khususnya biogas?

A. Pembentukan Biogas

Pembentukan biogas relatif sederhana, prinsip dasarnya adalah memasukkan substrat berupa bahan organik seperti kotoran ternak atau limbah pertanian lainnya ke dalam tabung reaktor / digester yang anaerob. Subtract atau bahan bahan organik dalam tabung digester mengalami fermentasi yang dilakukan oleh bakteri anaerob sehingga menghasilkan biogas yang selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber energi. Gas yang dihasilkan selama proses fermentasi dalam digester sebagian besar berupa metana yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Proses terbentuknya biogas dari material organik yang terkumpul pada digester (reaktor) diuraikan menjadi dua tahap dengan bantuan bakteri. Tahap pertama material orgranik didegradasi menjadi asam lemah oleh bakteri pembentuk asam. Bakteri tersebut menguraikan sampah pada tingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang seperti lemak, protein, karbohidrat menjadi 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 methanococus, methanosarcina, methano bacterium. Perkembangan proses anaerobik digestion telah berhasil pada banyak aplikasi. Proses biologis pembentukan biogas dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu tahap hidrolisis, tahap pengasaman, dan tahap methanogenik.

1. Tahap Hidrolisis
Bahan Organik yang terdiri dari karbohidrat, lemak, protein yang terdapat pada material organik terhidrolisis. Materi organik kompleks dipecah oleh enzim extraseluler yang dihasilkan bakteri hidrolitik menjadi materi organik yang lebih sederhana. Produk yang dihasilkan larut di dalam air yang selanjutnya digunakan oleh bakteri pembentuk asam.
2. Tahap Pembentukan Asam
Molekul monomer glukosa yang merupakan hasil dari tahap hidrolisis difermentasikan dalam keadaan anaerob menjadi beberapa benuk asam dengan bantuan enzim yang diproduksi oleh bakteri pembentuk asam. Monomer glukosa yang terdiri dari 6 atom diubah menjadi molekul-molekul yang mempunyai atom karbon sedikit (bersifat asam) yaitu antara lain molekul asam asetat (CH₃COOH) dan etanol (CH₃CH₂OH).
3. Tahap Methanogenik
Pada tahap methanogenik, asam-asam organik selanjutnya dirombak oleh bakteri Methanogen menjadi gas metana, karbondioksida dan beberapa gas dalam jumlah rendah. Beberapa referensi menyebutkan bahwa bakteri yang berperan dalam proses degradasi bahan organik secara anaerob, yaitu:
1. Kelompok bakteri Fermentatif :Streptococoi, Bacterioides dan Enterobacterriaceae.
2. Kelompok bakteri Asetogenik : Desulfovibrio.
3. Kelompok bakteri Methanogenesis :Methanobacterium, Methanococcus.



Apa itu Pembangkit Listrik Tenaga Biogas? Bagaimana Cara Kerjanya? Apa saja Komponen dari Pembangkit Listrik Tenaga Biogas?


B. Pembangkitan Listrik Tenaga Biomassa

Pembangkit listrik tenaga biomassa (PLT-Bio) adalah proses pembangkitan energi listrik dengan meanfaatkan bahan baku biomassa. Gas metana (CH₄) merupakan sumber utama dari proses pembangkitan energi listrik ini.Melalui proses fermentasi anaerobic, biomassa yang digunakan di tampung dalam suatu wadah yang disebut dengan digester. Digester merupakan peralatan atau wadah untuk melakukan fermentasi anaerob terhadap biomassa yang ada agar mendapatkan biogas yang maksimal untuk dijadikan sumber energi. Dalam pembangunan digester beberapa hal yang harus diperhatikan yaitu :
1. Lingkungan Abiotis
Digester harus tetap dijaga dalam keadaan abiotis (tanpa kontak langsung dengan Oksigen (O₂)). Udara yang mengandung O₂ yang memasuki digester menyebabkan penurunan produksi metana, karena bakteri berkembang pada kondisi yang tidak sepenuhnya anaerob.
2. Temperatur
Secara umum, ada 3 rentang temperatur yang disenangi oleh bakteri, yaitu:
1. Psicrophilic (suhu 4–20^oC). Biasanya untuk negara-negara subtropics atau beriklim dingin.
2. Mesophilic (suhu 20–40^oC).
3. Thermophilic (suhu 40 – 60^oC). Digunakan hanya untuk men-digesti material, bukan untuk menghasilkan biogas.
Untuk negara tropis seperti Indonesia, digunakan unheated digester (digester tanpa pemanasan) untuk kondisi temperatur tanah 20–30^oC.


3. Kebutuhan Nutrisi
Bakteri fermentasi membutuhkan beberapa bahan gizi tertentu dan sedikit logam. Kekurangan salah satu nutrisi atau bahan logam yang dibutuhkan dapat memperkecil proses produksi metana. Nutrisi yang diperlukan antara lain ammonia (NH₃) sebagai sumber Nitrogen, nikel (Ni), tembaga (Cu), dan besi (Fe) dalam jumlah yang sedikit. Selain itu, fosfor dalam bentuk fosfat (PO₄), magnesium (Mg) dan seng (Zn) dalam jumlah yang sedikit juga diperlukan. Tabel berikut adalah kebutuhan nutrisi bakteri fermentasi.





4. Kandungan Bahan Kering
Tiap jenis bakteri memiliki nilai “kapasitas kebutuhan air” tersendiri. Bila kapasitasnya tepat, maka aktifitas bakteri juga akan optimal. Proses pembentukan biogas mencapai titik optimum apabila konsentrasi bahan kering terhadap air adalah 0,26 kg/l.
5. Pengadukan
Pengadukan dilakukan untuk mendapatkan campuran substrat yang homogen dengan ukuran partikel yang kecil. Pengadukan selama proses dekomposisi untuk mencegah terjadinya benda-benda mengapung pada permukaan cairan dan berfungsi mencampur methanogen dengan substrat. Pengadukan juga memberikan kondisi temperatur yang seragam dalam digester.
6. Kandungan Zat Beracun (Toxic)
Zat Racun (toxic). Beberapa zat racun yang dapat mengganggu kinerja digester antara lain air sabun, detergen, creolin. Berikut adalah tabel beberapa zat beracun yang mampu diterima oleh bakteri dalam digester.





C. Jenis-jenis Digester

1. Berdasarkan Konstruksinya
1. Fixed Dome




Digester ini memiliki volume tetap sehingga produksi gas akan meningkatkan tekanan dalam reaktor (digester). Karena itu, dalam konstruksi ini gas yang terbentuk akan segera dialirkan ke pengumpul gas di luar reaktor

2. Foating Dome




Pada tipe ini terdapat bagian pada konstruksi reaktor yang bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian reaktor ini juga menjadi tanda telah dimulainya produksi gas dalam reaktor biogas. Pada reaktor jenis ini, pengumpul gas berada dalam satu kesatuan dengan reaktor tersebut.

2. Berdasarkan Arah Aliran Bahan Baku
1. Bak (batch)
Pada tipe ini, bahan baku reaktor ditempatkan di dalam wadah (ruang tertentu) dari awal hingga selesainya proses digesti. Umumnya digunakan pada tahap eksperimen untuk mengetahui potensimgas dari limbah organik
2. Mengalir (Continous)
Untuk tipe ini, aliran bahan baku masuk dan residu keluar pada selang waktu tertentu. Lama bahan baku selama dalam reaktor disebut waktu retensi hidrolik (hydraulic retention time/HRT)
D. Komponen Utama Digester





Berdasarkan gambar diatas suatu digester terdiri dari beberapa komponen utama yakni
1. Saluran masuk slurry (kotoran segar)
Saluran ini digunakan untuk memasukkan slurry (campuran kotoran ternak dan air) ke dalam reaktor utama. Pencampuran ini berfungsi untuk memaksimalkan potensi biogas, memudahkan pengaliran, serta menghindari terbentuknya endapan pada saluran masuk.
2. Saluran Keluar Residu
Saluran ini digunakan untuk mengeluarkan kotoran yang telah difermentasi oleh bakteri. Saluran ini bekerja berdasarkan prinsip kesetimbangan tekanan hidrostatik. Residu yang keluar pertama kali merupakan slurry masukan yang pertama setelah waktu retensi. Slurry yang keluar sangat baik untuk pupuk karena mengandung kadar nutrisi yang tinggi
3. Katup Pengamanan Tekanan (Control valve)
Katup pengaman ini digunakan sebagai pengatur tekanan gas dalam biodigester. Katup pengaman ini menggunakan prinsip pipa T. Bila tekanan gas dalam saluran gas lebih tinggi dari kolom air, maka gas akan keluar melalui pipa T, sehingga tekanan dalam biodigester akan turun.
4. Sistem Pengaduk
Pengadukan dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya, pengadukan mekanis, sirkulasi substrat biodigester, dan sirkulasi ulang produksi biogas ke atas biodigester menggunakan pompa. Pengadukan ini bertujuan untuk mengurangi pengendapan dan meningkatkan produktifitas digester karena kondisi substrat yang seragam.
5. Saluran Gas
Saluran gas ini disarankan terbuat dari bahan polimer untuk menghindari korosi. Untuk pembakaran gas pada tungku, pada ujung saluran pipa bisa disambung dengan pipa baja antikarat.
6. Tangki Fermentasi
Terdapat dua jenis tangki penyimpan gas, yaitu tangki bersatu dengan unit reaktor (floating dome) dan terpisah dengan reaktor (fixed dome). Untuk tangki terpisah, konstruksi dibuat khusus sehingga tidak bocor dan tekanan yang terdapat dalam tangki seragam, serta dilengkapi H₂S removal untuk mencegah korosi.

D. Generator Set (Genset)





Genset atau yang merupakan singkatan dari Generator Set ini adalah sebuah Perangkat yang mampu menghasilkan daya listrik. Genset ini merupakan seperangkat atau gabungan antara generator atau alternator dan engine yang dapat digunakan sebagai alat pembangkit listrik generator set terdiri atas mesin engine (motor penggerak) dan juga generator / alternator, seperti yang telah di jelaskan sebelumnya. Engine yang satu ini menggunakan bahan bakar berupa solar (mesin diesel) atau dapat juga menggunakan biogas, sedangkan untuk generatornya sendiri merupakan sebuah gulungan kawat yang di buat dari tembaga yang terdiri atas kumparan statis atau stator dan di lengkapi pula dengan kumparan berputar atau rotor. Dalam proses kerjanya, menurut ilmu fisika, engine memutar rotor dalam sebuah generator yang selanjutnya hal ini menimbulkan adanya medan magnet pada bagian kumparan generator. Selanjutnya medan magnet ini kemudian akan melakukan interaksi dengan rotor yang kemudian akan berputar dan akan menghasilkan sebuah arus listrik dimana hal ini sesuai dengan hukum lorentz.


Okehh,, cukup untuk pembahasan kali ini akan dilanjutkan pada postingan berikutnya.....(Part 2)


=============================================================================
 Catatan Editor :
            Okeh, sekian materi dari editor semoga berguna bagi teman-teman semua dan jangan lupa share postingan ini keteman kalian. Tinggalkan Komentar pada kolom dibawah jika ada yang perlu ditanyakan. 
            Untuk meambahkan emoji pada kolom komentar dapat mengetik "emot0, emot1, dll" tanpa tanda kutip. Untuk mengetahui jenis emot yang dipakai, tinggal arahkan kursor ke tepat list emoji diatas kolom komentar.  Terimakasih~