Energi Biomassa

5/27/2018 Energi Biomassa

1/75

Pengenalan EnergiBiomassaBiomassa adalah produk fotosintesis yang

menyerap energi surya dan mengubah

karbon dioksida, dengan air ke campuran

karbon, hidrogen dan oksigen. Biomassa

adalah material biologis yang dapat

digunakan sebagai sumber bahan bakar,

baik secara langsung maupun setelah

diproses melalui serangkaian proses

yang dikenal sebagai konversi biomassa.

Biomassa juga meliputi sampah bio yang

dapat diuraikan yang dapat digunakan

sebagai bahan bakar. Biomassa tidak

termasuk material organik yang telah

diubah dengan proses geologis ke dalamzat seperti batubara atau petroleum.

Bahan Baku BiomassaBahan Baku (feedstock) energi biomassa

sangat beragam jenisnya yang pada

dasarnya merupakan hasil produksi dari

makhluk hidup. Biomassa dapat berasal

dari tanaman perkebunan atau pertanian,

hutan, peternakan atau bahkan sampah.

Bioenergi adalah energi yang berasal dari

tanaman hidup (biomassa) yang terdapatdi sekitar kita. Energi itu biasa disebut

sebagai bahan bakar hayati atau biofuel.

Energi ini tidak akan pernah habis selama

tersedia tanah, air, dan matahari masih

memancarkan sinarnya ke muka bumi.

Selama mau menanam, membudidayakan,

serta mengolahnya menjadi produk

bermanfaat seperti bahan bakar.

Saat ini, Indonesia merupakan negara

yang paling kaya dengan energi hijau.

Menurut BPPT Kita memiliki minimal

4.1. TUJUAN :Setelah mempelajari Modul ini, peserta pelatihan

diharapkan dapat:

Memiliki pemahaman yang baik tentang energi

biomassa


2/75

Mengenali potensi energi biomassa

Mampu mendesain dan merencanakan sistem

pemanfaatan energi biomassa

Mampu memperkirakan biaya investasi untuk pemanfaatan

energi biomassa Memiliki pemahaman yang baik tentang berbagai

aplikasi energi biomassa

MODUL

PELATIHAN

ENERGIBIOMASSA4.2. PENGENALAN ENERGI BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX127Modul Pelatihan Energi Biomassa

49 jenis tanaman bahan baku biofuelyang tersebar secara spesifik di seluruh

pelosok Nusantara. Kelapa sawit tumbuh

di wilayah basah dengan curah hujan

tinggi.

Selain itu, ada tanaman tebu yang

menghendaki beda musim yang tegas

antara hujan dan kemarau. Singkong

mampu berproduksi baik di lingkungan

sub-optimal dan toleran pada tanah

dengan tingkat kesuburan rendah. Jarak

pagar mampu berproduksi optimal didaerah terik dan gersang. Kelapa terdapat

di pantai-pantai, bahkan di pulau- pulau

terpencil. Ditambah tanaman lainnya,

seperti sagu, nipah, nyamplung, bahkan

limbah-limbah pertanian, seperti sekam

padi, ampas tebu, tongkol jagung, dan


3/75

biji-bijian sangat mudah didapatkan di

Indonesia.

Potensi Energi Biomassa diIndonesiaIndonesia, Sebagai negara agraris yang

beriklim tropis memiliki beberapa sumberenergi terbarukan yang berpotensi besar,

antara lain : energi hidro dan mikrohidro,

energi geotermal, energi biomassa,

energi surya dan energi angin.

Potensi energi biomassa Indonesia, secara

teori diperkirakan mencapai sekitar

49.810 MW. Angka ini diasumsikan dengan

dasar kadar energi dari produksi tahunan

sekitar 200 juta ton biomassa dari residu

pertanian, kehutanan, perkebunan danlimbah padat perkotaan. Jumlah potensi

yang besar tidak sebanding dengan

kapasitas terpasang sebesar 302.4 MW

atau 0,64 persen yang dimanfaatkan. Bila

kita maksimalkan potensi yang ada dengan

menambah jumlah kapasitas terpasang,

maka akan membantu bahan bakar fosil

yang selama ini menjadi tumpuan dariSumber: Presentasi KESDM

Gambar 4.1. Potensi Pengembangan Komoditas Penghasil Bio Energi Indonesia

128

MODUL

4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan

penggunaan energi. (KESDM 2008)

Total areal hutan di Indonesia adalah

yang ketiga terbesar setelah mereka di

Brazil dan Zaire. Meskipun menghasilkan

sejumlah besar residu hutan, residu

dari penebangan dan pabrik terlihat

secara potensial ketersediaan bahan


4/75

bakar untuk pembangkit energi. Residu

dari kayu lapis danpulp / industri kertas

daur ulang dan produk turunan saat ini

dapat dimanfaatkan untuk atau sebagai

sumber energi. Dengan hutan tropis

Indonesia yang sangat luas, setiap tahundiperkirakan terdapat limbah kayu

sebanyak 25 juta ton yang terbuang dan

belum termanfaatkan. Jumlah energi

yang terdapat pada kayu sangat besar

yaitu 100 milyar Kkal pertahun.

Diperkirakan bahwa Indonesia

memproduksi 146.700.000 ton biomassa

per tahun, setara dengan sekitar 470 GJ/

tahun. Sumber utama energi biomassa di

Indonesia dapat diperoleh dari residu padiyang memberikan potensi energi terbesar

teknis 150 / tahun GJ, karet kayu dengan

120 / tahun GJ, gula residu dengan 78 /

tahun GJ, kelapa minyak residu, 67 GJ /

tahun, dan beristirahat dengan lebih kecil

dari 20 GJ / tahun berasal dari residu kayu

lapis dan veneer, penebangan residu,

residu kayu gergajian, residu kelapa, dan

limbah pertanian. (ZREU, 2000). Sumbersumber

biomassa dapat membantu dalam

penyediaan baik panas dan listrik untukrumah tangga dan industri pedesaan.

Indonesia juga memiliki banyak

perkebunan seperti karet, kelapa sawit,

kelapa dan tebu. Mereka menghasilkan

jumlah berlimpah biomassa dan jumlah

ini meningkat secara bertahap setiap

tahun khususnya untuk minyak sawit.

Sumber daya lainnya dari biomassa yang

memiliki potensi besar sebagai bahan

baku untuk menghasilkan listrik adalahlimbah pertanian dan sampah kota kota.

Energi biomassa menjadi penting bila

dibandingkan dengan energi terbarukan

karena proses konversi menjadi energi

listrik memiliki investasi yang lebih murah

bila di bandingkan dengan jenis sumber

energi terbarukan lainnya. Hal inilah yang


5/75

menjadi kelebihan biomassa dibandingkan

dengan energi lainnya. Proses energi

biomassa sendiri memanfaatkan energi

matahari untuk merubah energi panas

menjadi karbohidrat melalui proses

fotosintesis yang selanjutnya diubahkembali menjadi energi panas.

Dapat dilihat dari Gambar 1, daerahdaerah

yang sangat berpotensi

mengembangkan biomassa penghasil

bioenergi di Indonesia, selain kelapa sawit

yaitu jarak pagar, singkong, tebu, kapas

dan sagu.

Klasifikasi Biomassa sebagaiBioenergi

Berdasarkan jenisnya, Bahan BakuBiomassa dikelompokan menjadi

beberapa jenis yaitu kayu, buah, bijibijian,

akar dan limbah sisa biomassa.

Semua jenis bahan tersebut merupakan

bahan-bahan yang bisa dirubah menjadi

bahan baku bioenergi.

Berdasarkan proses pengolahannya

menjadi bioenergi, pengubahan (konversi)

biomasa dikelompokkan menjadi :

4.2. PENGENALAN ENERGI BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX129Modul Pelatihan Energi Biomassa

konversi termo-kimiapengubahan bentuk biomasa menjadi

bioenergi yang melibatkan panas dan

reaksi kimia

konversi fisika-kimiapengubahan bentuk biomasa menjadi

bioenergi yang melibatkan proses fisika

dan reaksi kimia

konversi biologipengubahan bentuk biomasa menjadi

bioenergi yang melibatkan proses biologi

Berdasarkan sifat fisiknya, biomasa sebagai

bahan baku bioenergi dikelompokkan


6/75

menjadi bahan bakar padatan (arang,

briket, pelet), bahan bakar gas (syngas,

biogas) dan bahan bakar cair (biodiesel,

biooil, bioetanol)

Berdasarkan pemanfaatan biomassa

sebagai bahan baku bioenergi dibagimenjadi

pemanfaatan panasPanas yang dihasilkan oleh pembakaran

biomasa, dimanfaatkan sebagai sumber

energi seperti memasak dan memanaskan

boiler.

pemanfaatan listrikListrik dapat dihasilkan melalui proses

konversi dari bahan baku menjadi

bahan bakar pembangkit listrik, listrikdimanfaatkan untuk aktivitas manusia

pemanfaatan TransesterifikasiBiodiesel yang dihasilkan secara

transesterifikasi dimanfaatkan sebagai

bahan bakar penggerak mesin seperti

kendaraan dan mesin diesel.

Sumber: PNPM Database 2010

Gambar 4.2. Pohon Energi Biomassa

130

MODUL


Pengenalan Biogas

Biogas merupakan sebuah prosesproduksi gas bio dari material organik

dengan bantuan bakteri. Proses degradasi

material organik ini tanpa melibatkan

oksigen disebut anaerobik digestion Gas

yang dihasilkan sebagian besar (lebih 50

% ) berupa metana. material organik yang

terkumpul pada digester (reaktor) akan


7/75

diuraiakan menjadi dua tahap dengan

bantuan dua jenis bakteri. Tahap pertama

material orgranik akan didegradasi

menjadi asam asam lemah dengan

bantuan bakteri pembentuk asam. Bakteri

ini akan menguraikan sampah padatingkat hidrolisis dan asidifikasi. Hidrolisis

yaitu penguraian senyawa kompleks atau

senyawa rantai panjang seperti lemak,

protein, karbohidrat menjadi senyawa

yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi

yaitu pembentukan asam dari senyawa

sederhana.

Setelah material organik berubah

menjadi asam asam, maka tahap kedua

dari proses anaerobik digestion adalahpembentukan gas metana dengan

bantuan bakteri pembentuk metana

seperti methanococus, methanosarcina,

methano bacterium. Kandungan utama

dalam biogas adalah kombinasi methane

(CH4), karbon dioksida (CO2), Air dalam

bentuk uap (H20), dan beberapa gas

lain seperti hidrogen sulfida (H2S), gas

nitrogen (N2), gas hidrogen (H2) dan jenis

gas lainnya dalam jumlah kecil.

Tabel 4.1.Komposisi Biogas

Substansi Simbol Persen

Metane CH4 50-70

Karbon Dioksida CO2 30-40

Hidrogen H2 5-10

Nitrogen N2 1-2

Uap Air H2O 0.3

Hidrogen Sulfida H2S trace

Sumber: Yadav and Hesse 1981

Bahan Baku BiogasBerdasarkan definisi diatas, yang dapat

dijadikan bahan baku biogas adalah

bahan-bahan material organik seperti

kotoran ternak, sampah organik, limbahlimbah

biomassa.

Tabel 4.2:

Potensi Produksi Gas dari Kotoran


8/75

Kotoran Produksi Gas / kg

(m3)

Sapi, Kerbau 0.023 - 0.040

Babi 0.040 - 0.059

Unggas 0.065 - 0.116

Manusia 0.020 - 0.028sumber: Guidebook of Biogas

Development 1984

Selain hewan dan kotoran manusia, bahan

tanaman juga dapat digunakan untuk

menghasilkan biogas dan biomanure.

Sebagai contoh, satu kg limbah tanaman

mentah dan eceng gondok memiliki

potensi dapat memproduksi masingmasing

0,037 dan 0,045 m3 biogas.

Bahan organik yang berbeda memiliki

4.3.BIOGAS4.3. BIOGASPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX131Modul Pelatihan Energi Biomassa

karakteristik bio-kimia yang berbeda,

potensi mereka untuk produksi gas juga

bervariasi. Dua atau lebih dari bahan

tersebut dapat digunakan bersama

dengan ketentuan bahwa beberapa

persyaratan dasar untuk produksi gas atau

untuk pertumbuhan normal methanogen

terpenuhi.

Beberapa karakteristik masukan-masukan

yang memiliki dampak signifikan pada

tingkat produksi gas yang dijelaskan di

bawah ini.

Rasio C/N: Hubungan antara kandunganjumlah karbon dan nitrogen dalam

bahan organik yang dinyatakan dalam

Rasio Carbon / Nitrogen (C/N) . Rasio C/

N berkisar dari 20 sampai 30 dianggap

optimum untuk pencernaan anaerobik.

Jika rasio C/N sangat tinggi, nitrogen


9/75

akan dikonsumsi secara cepat oleh

methanogen untuk memenuhi kebutuhan

protein mereka dan tidak akan lagi

bereaksi menyisakan konten karbon dari

bahan tersebut. Akibatnya, produksi gas

akan rendah. Di sisi lain, jika rasio C/Nsangat rendah, nitrogen akan dibebaskan

dan terakumulasi dalam bentuk amonia

(NH4), NH4 akan meningkatkan nilai pH

konten dalam digester. pH lebih tinggi

dari 8,5 akan mulai menunjukkan efek

toksik pada populasi metanogen. Kotoran

hewan, terutama kotoran sapi, memiliki

rata-rata rasio C/N sekitar 24. Bahan

tanaman yang seperti jerami dan serbuk

gergaji mengandung persentase yanglebih tinggi dari karbon. kotoran manusia

memiliki rasio C/N serendahnya 8. Rasio

C/N dari beberapa bahan yang biasa

digunakan disajikan pada Tabel berikut.

Tabel 4.3 :

Rasio C/N (karbon/nitrogen)

No Bahan Baku Rasio C/N

1 Kotoran Bebek 8

2 Kotoran Manusia 8

3 Kotoran Ayam 10

4 Kotoran Kambing 125 Kotoran Babi 18

6 Kotoran Domba 19

7 Kotoran Sapi/kerbau 24

8 Enceng Gondok 25

9 Kotoran Gajah 43

10 Batang Jagung 60

11 Jerami Padi 70

12 Batang Gandum 90

13 Serbuk Gergaji diatas 200

Sumber : Karki dan Dixit, 1984Pengenceran dan Konsistensi Umpan:

Sebelum pengumpanan digester,

kotoran, terutama kotoran sapi segar,

harus dicampur dengan air pada rasio 1:1

berdasarkan satuan volume (volume yang

sama yaitu air untuk volume kotoran).

Namun, jika kotoran tersebut dalam bentuk


10/75

kering, jumlah air harus ditingkatkan

sesuai untuk mencapai konsistensi yang

diinginkan dari input (misalnya rasio

bisa bervariasi dari 1:1.25 bahkan 1:2).

pengenceran yang harus dilakukan untuk

mempertahankan padatan total dari 7sampai 10 persen. Jika kotoran tersebut

terlalu encer, partikel-partikel padat

akan tenang masuk ke digester dan jika

terlalu tebal, partikel menghalangi aliran

gas yang terbentuk di bagian bawah dari

digester. Dalam kedua kasus, produksi gas

akan kurang dari optimal.

132

MODUL


Volatile Solids: Berat padatan organik

yang terbakar bila dipanaskan sampai

sekitar 538 oC didefinisikan sebagaivolatile solids. Potensi produksi biogas

dari bahan organik yang berbeda, yang

diberikan dalam Tabel 4.1, juga dapat

dihitung berdasarkan kandungan volatile

solid mereka.. Semakin tinggi kandungan

volatile padat dalam satuan volume

kotoran segar, semakin tinggi produksi

gas. Misalnya, kg padatan volatile dalam

kotoran sapi akan menghasilkan sekitar

0,25 m3 biogas (Sathianathan. 1975).

Tahapan Pembentukan BiogasTahapan yang terjadi selama proses

pembentukan bahan baku menjadi biogas

adalah :

Tahap 1 Hidrolisis

Limbah yang berasal dari tumbuhan dan

hewan terdiri dari karbohidrat, lipid,


11/75

protein dan bahan anorganik. Besarnya

molekul zat kompleks dilarutkan ke dalam

pelarut sederhana dengan bantuan

enzim ekstraseluler yang dikeluarkan oleh

bakteri. Tahap ini juga dikenal sebagai

tahap pemecahan polimer. Misalnya,selulosa yang terdiri dari polimerisasi

glukosa dipecah menjadi dimerik, dan

kemudian berubah menjadi molekul

monomer gula (glukosa) oleh bakteri

selulolitik.

Tahap 2 Pengasaman

Monomer seperti glukosa yang diproduksi

di Tahap 1 adalah fermentasi dalam

kondisi anaerob menjadi berbagai asam

dengan bantuan enzim yang dihasilkan

oleh bakteri pembentuk asam. Pada tahap

ini, bakteri pembentuk asam memecah

molekul dari enam atom karbon (glukosa)

menjadi molekul dengan atom karbon

lebih kecil (asam). Asam utama yang

dihasilkan dalam proses ini adalah asam

asetat, asam propionat, asam butirat dan

etanol.

Tahap 3 Metanisasi

Prinsipnya asam yang dihasilkan dalam

Tahap 2 diproses oleh bakteri metanogenuntuk menghasilkan metana. Reaksi yang

terjadi dalam proses produksi metana

disebut Metanisasi dan dinyatakan

oleh persamaan berikut (Karki dan Dixit

1984.).

Proses Pembuatan BiogasProses pembuatan biogas dengan langkah

langkah sebagai berikut:

1. Mencampur kotoran sapi dengan air

sampai terbentuk lumpur denganperbandingan 1:1 pada bak penampung

sementara. Bentuk lumpur akan

mempermudah pemasukan kedalam

digester

2. Mengalirkan lumpur kedalam digester

melalui lubang pemasukan. Pada

pengisian pertama kran gas yang ada


12/75

diatas digester dibuka agar pemasukan

lebih mudah dan udara yang ada

didalam digester terdesak keluar. Pada

CH3COOH CH4 + CO2

Asam Asetat Metane Karbon Dioksida

2CH3CH2OH + CO2CH4 + 2CH3COOHEtanol C.Dioksida Metane Asam Asetat

CO2 + 4H2CH4 + 2H2O

Karbon Dioksida Hidrogen Metane Air

4.3. BIOGASPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX133Modul Pelatihan Energi Biomassa

pengisian pertama ini dibutuhkan

lumpur kotoran sapi dalam jumlah yang

banyak sampai digester penuh.

3. Melakukan penambahan starter (banyak

dijual dipasaran) sebanyak 1 liter dan

isi rumen segar dari rumah potong

hewan (RPH) sebanyak 5 karung untuk

kapasitas digester 3,5 - 5,0 m2. Setelah

digester penuh, kran gas ditutup supaya

terjadi proses fermentasi.

4. Membuang gas yang pertama dihasilkan

pada hari ke-1 sampai ke-8 karena yang

terbentuk adalah gas CO2. Sedangkanpada hari ke-10 sampai hari ke-14 baru

terbentuk gas metan (CH4) dan CO2

mulai menurun. Pada komposisi CH4

54% dan CO2 27% maka biogas akan

menyala.

5. Pada hari ke-14 gas yang terbentuk

dapat digunakan untuk menyalakan

api pada kompor gas atau kebutuhan

lainnya. Mulai hari ke-14 ini kita sudah

bisa menghasilkan energi biogas yangselalu terbarukan. Biogas ini tidak

Gambar 4.3. Alur Proses Biogas

134

MODUL


13/75


berbau seperti bau kotoran sapi.

Selanjutnya, digester terus diisi lumpur

kotoran sapi secara kontinu sehingga

dihasilkan biogas yang optimal

Peralatan Produksi BiogasSebagaimana telah diterangkan diatas,

membuat biogas dengan kotoran sapi

cukup mudah. Hanya dengan memasukkan

kotoran sapi kedalam digester anaerob,dan mendiamkannya beberapa lama,

Biogas akan terbentuk. Hal ini bisa terjadi

karena sebenarnya dalam kotoran sapi

yang masih segar terdapat bakteri yang

akan men-fermentasi kotoran tersebut.

Tanpa dimasukkan ke dalam digester pun

biogas sebanarkan akan terbentuk pada

proses dekomposisi kotoran sapi, namun

prosesnya berlangsung lama dan tentu

saja biogas yang dihasilkan tidak dapatkita gunakan.

Ada tiga jenis digester yang telah

dikembangkan selama ini, yaitu:

1. Fixed dome plant, yang dikembangkan

di china,

2. Floating d rum plant, yang lebih banyak

dipakai di India dengan varian plastic

cover biogas plant, dan

3. Plug-flow p lant atau bal loon plant yang

banyak digunakan di Taiwan, Etiopia,

Kolombia, Vietnam dan Kamboja. Jenis

ini juga yang banyak digunakkan oleh

petani kita di daerah Lembang dan

Cisarua.

Bagian-bagian pokok digester gas bio

adalah:

1. Bak penampung kotoran ternak,


14/75

2. Digester,

3. Bak slurry,

4. Penampung gas,

5. Pipa gas keluar,

6. Pipa keluar slurry,

7. Pipa masuk kotoran ternak.Fixed dome plant

Pada fixed dome plant, digesternya tetap.

Penampung gas ada pada bagian atas

digester. Ketika gas mulai timbul, gas

tersebut menekan slurry ke bak slurry. Jika

pasokan kotoran ternak terus menerus,

gas yang timbul akan terus menekan slurry

hingga meluap keluar dari bak slurry.

Gambar 4.4.Fix Dome Plant


Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan

lewat pipa gas yang diberi katup/kran.

Reaktor ini disebut juga reaktor china.

Dinamakan demikian karena reaktor ini

dibuat pertama kali di china sekitar tahun

1930 an, kemudian sejak saat itu reaktor

ini berkembang dengan berbagai model.

Pada reaktor ini memiliki dua bagian

yaitu digester sebagai tempat pencerna

material biogas dan sebagai rumah bagi

bakteri,baik bakteri pembentuk asam

ataupun bakteri pembentu gas metana.

bagian ini dapat dibuat dengan kedalaman

tertentu menggunakan batu, batu bata

atau beton. Strukturnya harus kuat karna

menahan gas aga tidak terjadi kebocoran.

Bagian yang kedua adalah kubah tetap(fixed-dome). Dinamakan kubah tetap

karena bentunknya menyerupai kubah

dan bagian ini merupakan pengumpul

gas yang tidak bergerak (fixed). Gas yang

dihasilkan dari material organik pada

digester akan mengalir dan disimpan di


15/75

bagian kubah.

Keuntungan: tidak ada bagian yang

bergerak, awet (berumur panjang), dibuat

di dalam tanah sehingga terlindung

dari berbagai cuaca atau gangguan

lain dan tidak membutuhkan ruangan(diatas tanah). Biaya konstruksi lebih

murah daripada menggunaka reaktor

terapung, karena tidak memiliki bagian

yang bergerak menggunakan besi yang

tentunya harganya relatif lebih mahal dan

perawatannya lebih mudah

Kerugian: Kadang-kadang timbul

kebocoran, karena porositas dan retakretak,

tekanan gasnya berubah-ubah

karena tidak ada katup tekanan.Floating drum plant

Floating drum plant terdiri dari satu

digester dan penampung gas yang bisa

bergerak. Penampung gas ini akan

bergerak keatas ketika gas bertambah

dan turun lagi ketika gas berkurang,

seiring dengan penggunaan dan produksi

gasnya. Reaktor jenis terapung pertama

kali dikembangkan di india pada tahun

1937 sehingga dinamakan dengan reaktor

India. Memiliki bagian digester yang samadengan reaktor kubah, perbedaannya

terletak pada bagian penampung gas

Gambar 4.5. Floating Drum Plant

136

MODUL

4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukanmenggunakan peralatan bergerak

menggunakan drum. Drum ini dapat

bergerak naik turun yang berfungsi untuk


16/75

menyimpan gas hasil fermentasi dalam

digester. Pergerakan drum mengapung

pada cairan dan tergantung dari jumlah

gas yang dihasilkan.

Keuntungan: Tekanan gasnya konstan

karena penampung gas yang bergerakmengikuti jumlah gas. Jumlah gas bisa

dengan mudah diketahui dengan melihat

naik turunya drum.

Kerugian: Konstruksi pada drum agak

rumit. Biasanya drum terbuat dari logam

(besi), sehingga mudah berkarat, akibatnya

pada bagian ini tidak begitu awet (sering

diganti). Bahkan jika digesternya juga

terbuat dari drum logam (besi), digeseter

tipe ini tidak begitu awet. Biaya materialkonstruksi dari drum lebih mahal. faktor

korosi pada drum juga menjadi masalah

sehingga bagian pengumpul gas pada

reaktor ini memiliki umur yang lebih

pendek dibandingkan menggunakan tipe

kubah tetap.

Balloon plant

Konstruksi balloon plant lebih sederhana,

terbuat dari plastik yang pada ujungujungnya

dipasang pipa masuk untuk

kotoran ternak dan pipa keluar peluapanslurry. Sedangkan pada bagian atas

dipasang pipa keluar gas. Reaktor balon

merupakan jenis reaktor yang banyak

digunakan pada skala rumah tangga yang

menggunakan bahan plastik sehingga

lebih efisien dalam penanganan dan

perubahan tempat biogas. reaktor ini

terdiri dari satu bagian yang berfungsi

sebagai digester dan penyimpan gas

masing masing bercampur dalam saturuangan tanpa sekat. Material organik

terletak dibagian bawah karena memiliki

berat yang lebih besar dibandingkan gas

yang akan mengisi pada rongga atas.

Keuntungan: biayanya murah, mudah

diangkut, konstruksinya sederhana, mudah

pemeliharaan dan pengoperasiannya.


17/75

Gambar 4.6.Balloon Plant

Gambar 4.7. DigesterSumber foto: DEPTAN 2010


Kerugian: tidak awet, mudah rusak, cara

pembuatan harus sangat teliti dan hatihati

(karena bahan mudah rusak), bahan

yang memenuhi syarat sulit diperoleh.

Estimasi Penentuan KapasitasGas methan yang dihasil kan oleh kotoran

sapi dapat diketahui dari :(Arinal Hamni,

2005)1. Satu ekor sapi menghasilkan rata-rata

23.59 kg kotoran per hari

2. Tabung gas yang digunakan adalah

tabung gas berukuran 25 liter

3. Volume tabung gas adalah : O.032153

M kubik

4. Tekanan gas dalam tabung berkisar

0.40 Kg/ Cm2

5. Tekanan gas dalam satuan pascal

menjadi : P = 140500 pascal

6. Hitung nilai = P/ RT = 0.903769 Kg/m

kubik

7. Massa Gas Methan diperoleh dengan

menggunakan rumus : 0,03 K

8. Massa gas methane ini diperoleh

setelah proses pengumpulan

berlangsung selama 7Jam, sehingga

laju aliran masanya dapat dihitung

dengan menggunakan rumus : 0.00428

kg/jam

9. Selama satu hari gas methan campurandidapat sebesar : 0.10285 kg

10. Gas methan murni dapat dikumpulkan

setiap hari dengan asumsi 60% dari

gas total, maka diperoleh : 0.061714

Kg.

11. Gas methane yang dihasilkan dari


18/75

satu ekor sapi per hari 23.5 kilogram

kotoran sapi di atas dapat digunakan

untuk memanaskan kompor selama 3

jam.

Biaya Investasi, Operasional dan

PerawatanBeberapa pilihan biaya Investasi Instalasi

Biogas dapat dilihat pada tabel 4.4.

Tabel 4.4. Harga Digester

Jumlah sapi Digester Harga (Rp)

1-2 ekor Plastik 6

meter

1.500.000

2-3 ekor Plastik 8

meter

2.000.0001-2 ekor Pipa PVC

portabel 6

meter

3.500.000

2-3 ekor Pipa PVC

portabel 8

meter

4.000.000

kotoran 1

rit truk/

minggu

Fix Dome 5

meter kubik

11.250.000

(Sumber Ir.Sri Sumarsih, UPNVY, 2010)

untuk contoh rincian biayanya dapat

dilihat di tabel 4.5.

Tabel 4.5. Rincian Biaya Peralatan

Kebutuhan Harga (Rp)

Bak Mixer 57.500

Digester 81.250Outlet gas 6.000

Peneduh 378.000

Outlet slurry 100.000

Bak Penampung gas 275.000

Upah 200.000

TOTAL 1.000.750

(Sumber: PNPM-LMP kendari 2009)


19/75

138

MODUL


Sedangkan untuk biaya perawatan dan

operasional sangat lah kecil, dengan

asumsi perawatan dan operasional

hanya dikerjakan sendiri. Perawatan dan

operasional yang harus dilakukan adalah

1. Hindarkan digester biogas dari gangguan

anak-anak, tangan jahil, ataupun dari

ternak yang dapat merusak digester

dengan cara memagar dan memberi atap

supaya air tidak dapat masuk ke dalam

galian digester.

2. Pada sistem pengolahan biogas yang

menggunakan digester dan penampung

gas dari plastik, isilah selalu pengaman gas

dengan air sampai penuh. Jangan biarkan

sampai kosong karena gas yang dihasilkanakan terbuang melalui pengaman gas.

Apabila digester keras tetapi gasnya tidak

mengisi penampung gas, maka luruskan

selang dari pengaman gas sampai reaktor,

karena uap air yang ada di dalam selang

dapat menghambat gas mengalir ke

penampung gas. Lakukan hal tersebut

sebagai pengecekan rutin.

3. Pada digester skala rumah tangga,

digester biogas dapat digoyang-goyang

sehingga terjadi penguraian yang

sempurna dan gas yang terbentuk di

bagian bawah naik ke atas. Lakukan setiap

pengisian bahan biogas.

4. Cegah air masuk ke dalam digester

dengan menutup lubang pengisian disaat

tidak ada pengisian digester.


20/75

5. Pada sistem yang menggunakan

penampung gas dari plastik, berikan

pemberat di atas penampung gas

(misalnya dengan karung-karung bekas)

supaya mendapatkan tekanan di saat

pemakaian.6. Selalu bersihkan kompor biogas dari

kotoran atau minyak.

Contoh Aplikasi Biogas diIndonesiaPemanfaatan Biogas didesa Cisurupan-

Garut. (KHARISTYA, 2004)

Sapi perah merupakan hewan yang umum

dipelihara sebagai salah satu sumber mata

pencaharian di Kecamatan Cisurupan

Kabupaten Garut. Menurut data populasiKUD Mandiri Cisurupan tahun 2003,

jumlah sapi perah mencapai 5800 ekor

dari 1400 peternak. Dengan asumsi setiap

sapi mengeluarkan 22 kg kotoran/hari

total kotoran yang dikeluarkan sapi adalah

127 ton. Kotoran sapi dengan jumlah ini

dapat menghasilkan gas bio 1.7195.670

m3/hari.

Keterangan teknis dibawah ini untuk

kebutuhan memasak 1 KK dengan 4

anggota keluarga, dengan kapasitas sapi

3-5 sapi.

1. Biodigester yang dibuat memiliki

konstruksi yang sederhana. Biaya

pembangunan biodigester plastik

polyethilene dapat dikatakan murah

bila dibandingkan dengan biodigester

yang berkonstruksi beton.

2. Produksi gas bio mencapai 1,44 m3/

hari atau dapat digunakan memasak

34 jam. Dapat mencukupi kebutuhanmemasak nasi sejumlah 1,5 kg dan

memasak air minum 12 liter.

3. Model ini memiliki laju produksi gas bio

sebesar 0,16 m3/ kg VS.

4.3. BIOGAS


21/75

PENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX139Modul Pelatihan Energi Biomassa

Gambar 4.8.Digester dan penampung Biogas, desa Cisurupan,

Garut4. Investasi pembangunan

biodigester sebesar Rp 720.000.

5. Model biodigester yang dibangun

memiliki spesifikasi sebagai

berikut:

a. Volume total biodigester 11 m3

b. Volume efektif 8,8 m3

c. Waktu proses 40 hari

d. Jumlah sapi 5 ekor

e. Isian /hari 220 literf. Volume penyimpan gas 2.5 m3

g. Tekanan yang digunakan untuk

memasak adalah 0,8 cm air

Lesson learned

Kondisi geografis penempatan

Biodigester sangat berpengaruh

terhadap kecepatan pembentukan

gas. Temperatur lingkungan

mempengaruhi kecepatan reaksi

biokimiawi sehingga pengaruh

lingkungan perlu diperhitungkan140

MODUL


Pengenalan BioetanolBioetanol adalah etanol (C2H5OH) yang

dibuat dari biomassa yang mengandung

komponen pati atau selulosa, seperti

singkong, talas dan tetes tebu. Etanol

bentuknya berupa cairan yang tidak


22/75

berwarna dan mempunyai bau yang khas.

Berat jenis pada 15 oC adalah 0,7937 dan

titik didihnya 78,32 oC pada tekanan 76

mmHg. Sifatnya yang lain adalah larut

dalam air dan eter, serta mempunyai

panas pembakaran 328 kkal.Ketika harga BBM merangkak semakin

tinggi, bioetanol diharapkan dapat

dimanfaatkan sebagai bahan bakar

pensubstitusi BBM untuk motor bensin.

Sebagai bahan pensubstitusi bensin,

bioetanol dapat diaplikasikan dalam

bentuk bauran dengan minyak bensin,

misalnya 10 % etanol dicampur dengan 90

% bensin (gasohol E10) atau digunakan 100

% (E100) sebagai bahan bakar (Hambalidkk., 2007). Etanol absolut memiliki angka

oktan (ON) 117, sedangkan Premium

hanya 8788. Gasohol E10 secara

proporsional memiliki Oktan Number 92

atau setara Pertamax (lihat tabel 2). Pada

komposisi ini bioetanol dikenal sebagai

octan enhancer (aditif) yang paling ramah

lingkungan dan di negara-negara maju

telah menggeser penggunaan Tetra Ethyl

Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl

Ether (MTBE). Pencampuran sampaidengan 24 % masih dapat menggunakan

mobil bensin konvensional. Di atas itu,

diperlukan mobil khusus yang telah

banyak diproduksi di AS maupun Brazil

(Chemiawan, 2007).

Etanol (C2H5OH) merupakan suatu

senyawa kimia berbentuk cair, jernih

tak berwarna, beraroma khas, berfase

cair pada temperatur kamar, dan mudah

terbakar. Etanol memiliki karakteristikyang menyerupai bensin karena tersusun

atas molekul hidrokarbon rantai lurus.

Dalam dunia industri, etanol umumnya

digunakan sebagai pelarut, pembuatan

asetaldehid, serta bahan baku farmasi dan

kosmetik. Berdasarkan kadar alkoholnya,

etanol dibagi menjadi tiga grade sebagai


23/75

berikut.

a. Grade industri dengan kadar alkohol

9094 %

b. Netral dengan kadar alkohol 9699,5%,

umumnya digunakan untuk minuman

keras atau bahan baku farmasi.c. Grade bahan bakar dengan kadar

alkohol di atas 99,5 %.

Tabel 4.6

Perbandingan Kandungan Energi

Bahan

Bakar

Nilai Kalor Angka

MJ/L MJ/Kg Oktan

Etanol 23.5 31.1 129

Metanol 17.9 19.9 123Bensin 34.8 44.4 Min 91

Biomassa 15-19

Batu Bara 25-35

4.4.BIOETANOLSumber: KESDM 2008

4.4. BIOETANOLPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSA

MIKROHIDRO APPENDIX141Modul Pelatihan Energi Biomassa

Bahan Baku BioetanolBio-ethanol dikenal sebagai bahan bakar

yang ramah lingkungan, karena bersih

dari emisi bahan pencemar. Bio-ethanol

dapat dibuat dari bahan baku tanaman

yang mengandung Nira bergula (sukrosa)

seperti nira tebu, nira nipah, nira sorgum

manis, nira kelapa, nira aren, nira siwalan,

sari-buah mete. Bahan-bahan berpatiantara lain tepung-tepung sorgum biji

(jagung cantel), sagu, singkong/gaplek,

ubi jalar, ganyong, garut, umbi dahlia.

Bahan-bahan berselulosa (lignoselulosa)

seperti kayu, jerami, batang pisang,

bagas, dll juga bisa dimanfaatkan sebagai


24/75

sumber ethanol meskipun bahan tersebut

sekarang belum ekonomis, namun

teknologi proses yang efektif diperkirakan

akan komersial pada dekade ini

Selain tetes atau mollase, tanaman lain

yang dapat dipergunakan sebagai bahanbaku produksi ethanol (bio-ethanol)

adalah ubi kayu, ubi jalar, dan jagung.

Dari semua jenis bahan baku tersebut,

di Indonesia ubi kayu mempunyai

potensi lebih besar sebagai bahan baku

pembuatan ethanol. Hal ini disebabkan

ubi kayu dapat ditanam hampir di semua

jenis tanah mulai dari lahan yang subur

sampai ke lahan kering, bahkan lahan

kritis sekalipun. Disamping itu intensitasproduksi ubi kayu per hektar dalam satu

tahun relative cukup tinggi yaitu antara

15 sampai 27 ton per hektar.

Secara umum, semua wilayah di

Indonesia dapat ditanami ubi kayu,

walaupun Pulau Sumatra dan Jawa

mempunyai perkembangan produksi ubi

kayu yang sangat baik. Mengingat semua

wilayah Indonesia dapat ditanami ubi

kayu, sehingga bio-ethanol plant yang

berbahan baku ubi kayu berpotensiuntuk dikembangkan di Indonesia. Ratarata

untuk produksi 1 liter bio-ethanol

diperlukan 6,5 kg ubi kayu.

Tabel 4.7.

Perolehan Alkohol dari karbohidrat

Sumber

Karbohidrat

Hasil Panen

Ton/ha/th

Perolehan AlkoholLiter/ton Liter/ha/th

Singkong 25 (236) 180 (155) 4500 (3658)

Tetes 3,6 270 973

Sorgum Bici 6 333,4 2000

Ubi Jalar 62,5* 125 7812

Sagu 6,8$ 608 4133

Tebu 75 67 5025


25/75

Nipah 27 93 2500

Sorgum Manis 80** 75 6000

*) Panen 2 kali/th; $ sagu kering;

** panen 2 kali/th.

Sumber: Villanueva (1981); kecuali sagu, dari Colmes dan

Newcombe (1980); sorgum manis, dari Raveendram; danDeptan (2006) untuk singkong; tetes dan sorgum biji (tulisan

baru) [DJHPP, Kementan]

Singkong

Tebu Ubi-Ubian

Sorgum

Gambar 4.9. Bahan Baku Bioetanol

142

MODUL


Berdasarkan jenisnya bahan baku

bioetanol dikelompokkan menjadi :

1. Zat tepung

Zat tepung (berupa bubur) oleh enzimdiatase dari mount (kecambah) dapat

dirubah menjadi maltosa (golongan gula)

melalui tingkatan dekstrin. Temperatur

optimumnya 50-60 oC, kemudian diberi

ragi yang juga dapat mengeluarkan enzim

maltase. Enzim ini merubah maltosa

menjadi glukosa. Glukosa oleh enzim

dirubah menjadi etanol dan CO2

Reaksi

(C6H10O5)n + n H2O n C12H22O11

Amylum Maltase dari ragi

C12H22O11 + H2O 2C6H12O6

Maltosa Glukosa

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Konsentrasi etanol yang terjadi tidak

boleh melewati 15%. Dari hasil destilasi

diperoleh etanol 96% (R.Soepomo, 1998)


26/75

2. Molase

Molase merupakan hasil samping proses

pembuatan gula. Molase mengandung

sejumlah besar gula baik sukrosa maupun

gula pereduksi. Spesies ragi yang telah

dikenal mempunyai daya konversi gulamenjadi etanol yang sangat tinggi adalah

saccharomyces cerevisiae

Reaksinya

C12H22O11 + H2O C6H12O6

Sukrosa Glukosa

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Dalam pembuatan etanol tersebut, molase

dimurnikan terlebih dahulu dengan

menyaringnya kemudian diencerkan

dengan air sehingga molase menjadi 12

oBrix untuk mendapatkan kadar gula yang

optimum. Jika kadar gula terlalu tinggi,

maka waktu fermentasinya lebih lama

dengan sebagian gula tidak terkonversi,

sehingga tidak ekonomis (Judoamidjojo,

1992)

3. Cairan Buah-buahan yang manis

Cairan buah-buahan yang manis

mengandung glukosa dan fruktosa

sehingga mengalami peragian etanol.

C6H12O6 2C2H5OH + H2ODengan proses ini, cairan buah-buahan

berubah menjadi minimum yang seharihari

disebut dengan anggur, dengan

kadar etanol yang relatif lebih rendah.

(R.Soepomo, 1998)

Proses Pembuatan BioetanolGlukosa dapat dibuat dari pati-patian,

proses pembuatannya dapat dibedakan

berdasarkan zat pembantu yang

dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam danHydrolisa enzyme. Berdasarkan kedua

jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa

enzyme lebih banyak dikembangkan,

sedangkan hydrolisa asam (misalnya

dengan asam sulfat) kurang dapat

berkembang, sehingga proses pembuatan

glukosa dari pati-patian sekarang ini


27/75

dipergunakan dengan hydrolisa enzyme.

Dalam proses konversi karbohidrat

menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan

dengan penambahan air dan enzyme;

kemudian dilakukan proses peragian atau

fermentasi gula menjadi ethanol denganmenambahkan yeast atau ragi.

4.4. BIOETANOLPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX143Modul Pelatihan Energi Biomassa

Secara singkat teknologi proses produksi

ethanol/bio-ethanol tersebut dapat

dibagi dalam tiga tahap, yaitu:

A. Persiapan Bahan BakuBahan baku untuk produksi biethanol

bisa didapatkan dari berbagai tanaman,

baik yang secara langsung menghasilkan

gula sederhana semisal Tebu (sugarcane),

gandum manis (sweet sorghum) atau

yang menghasilkan tepung seperti jagung

(corn), singkong (cassava) dan gandum

(grain sorghum) disamping bahan

lainnya.

Persiapan bahan baku beragam

bergantung pada bahan bakunya, tetapi

secara umum terbagi menjadi beberapa

proses, yaitu:

Tebu dan Gandum manis harus

digiling untuk mengektrak gula

Tepung dan material selulosa harus

dihancurkan untuk memecahkan

susunan tepungnya agar bisa

berinteraksi dengan air secara baik

Pemasakan, Tepung dikonversi

menjadi gula melalui prosespemecahan menjadi gula kompleks

(liquefaction) dan sakarifikasi

(Saccharification) dengan

penambahan air, enzyme serta

panas (enzim hidrolisis). Pemilihan

jenis enzim sangat bergantung


28/75

terhadap supplier untuk menentukan

pengontrolan proses pemasakan.

Tahap Liquefaction memerlukan

penanganan sebagai berikut:

Pencampuran dengan air secara

merata hingga menjadi bubur Pengaturan pH agar sesuai dengan

kondisi kerja enzim

Penambahan enzim (alpha-amilase)

dengan perbandingan yang tepat

Pemanasan bubur hingga kisaran 80

sd 90 C, dimana tepung-tepung yang

bebas akan mengalami gelatinasi

(mengental seperti Jelly) seiring

dengan kenaikan suhu, sampai

suhu optimum enzim bekerjamemecahkan struktur tepung secara

kimiawi menjadi gula komplek

(dextrin). Proses Liquefaction selesai

ditandai dengan parameter dimana

bubur yang diproses menjadi lebih

cair seperti sup.

Tahap sakarifikasi (pemecahan gula

kompleks menjadi gula sederhana)

melibatkan proses sebagai berikut:

Pendinginan bubur sampai suhu

optimum enzim sakarifikasi bekerja Pengaturan pH optimum enzim

Penambahan enzim (glukoamilase)

secara tepat

Mempertahankan pH dan

temperature pada rentang 50 sd 60

C sampai proses sakarifikasi selesai

(dilakukan dengan pengetesan gula

sederhana yang dihasilkan)

B. Fermentasi

Proses fermentasi dimaksudkan untukmengubah glukosa menjadi ethanol/bioethanol

(alkohol) dengan menggunakan

yeast.

Pada tahap ini, tepung telah sampai

pada titik telah berubah menjadi gula

144


29/75

MODUL


sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa)

dimana proses selanjutnya melibatkan

penambahan enzim yang diletakkan pada

ragi (yeast) agar dapat bekerja pada suhu

optimum. Proses fermentasi ini akan

menghasilkan etanol dan CO2.

Bubur kemudian dialirkan kedalam

tangki fermentasi dan didinginkan pada

suhu optimum kisaran 27 sd 32 C, dan

membutuhkan ketelitian agar tidak

terkontaminasi oleh mikroba lainnya.

Karena itu keseluruhan rangkaian

proses dari liquefaction, sakarifikasi dan

fermentasi haruslah dilakukan pada

kondisi bebas kontaminan.

Selanjutnya ragi akan menghasilkan

ethanol sampai kandungan etanol dalamtangki mencapai 8 sd 12 % (biasa disebut

dengan cairan beer), dan selanjutnya ragi

tersebut akan menjadi tidak aktif, karena

kelebihan etanol akan berakibat racun

bagi ragi.

C. Distilasi

Distilasi dilakukan untuk memisahkan

etanol dari beer (sebagian besar adalah

air dan etanol). Titik didih etanol murni

adalah 78 C sedangkan air adalah 100 C

(Kondisi standar). Dengan memanaskan

larutan pada suhu rentang 78 - 100 C akan

mengakibatkan sebagian besar etanol

menguap.

Peralatan Produksi BioetanolAdapun rangkaian peralatan proses

adalah sebagai berikut:


30/75

1 Peralatan penggilingan

untuk menggiling bahan baku agar

menjadi tepung sehingga mudah

diproses

2 Pemasak, termasuk support, pengaduk

dan motor, steam line dan insulasiuntuk proses persiapan bahan baku dan

proses liquifikasi pada suhu 80-90oC.

dimana tepung-tepung yang bebas

akan mengalami gelatinasi (mengental

seperti Jelly) seiring dengan kenaikan

suhu, sampai suhu optimum enzim

bekerja memecahkan struktur tepung

secara kimiawi menjadi gula komplek

(dextrin). Proses Liquefaction selesai

ditandai dengan parameter dimanabubur yang diproses menjadi lebih cair

seperti sup.

3 External Heat Exchanger

sebagai penukar panas untuk pendukung

peralatan pemasak.

4 Pemisah padatan - cairan (Solid Liquid

Separators)

memisahkan padatan dengan cairan

5 Tangki Penampung Bubur

tempat terjadinya proses sakarifikasi

bertujuan mempertahankan pH dantemperature pada rentang 50 sd 60

oC sampai proses sakarifikasi selesai

(dilakukan dengan pengetesan gula

sederhana yang dihasilkan)

6 Unit Fermentasi (Fermentor) dengan

pengaduk serta motor

didalam alat ini, tepung telah sampai

pada titik telah berubah menjadi gula

sederhana (glukosa dan sebagian

fruktosa) dimana proses selanjutnyamelibatkan penambahan enzim yang

diletakkan pada ragi (yeast) agar dapat

bekerja pada suhu optimum. Proses

fermentasi ini akan menghasilkan etanol

dan CO2.

4.4. BIOETANOL


31/75


7 Unit Distilasi, termasuk pompa, heat

exchanger dan alat kontroldigunakan untuk memisahkan etanol

dari cairan berdasarkan titik didihnya

8 Boiler, termasuk system feed water dan

softener

sebagai sarana pendukung unit destilasi,

penghasil panas yang digunakan untuk

penguapan etanol.

9 Tangki Penyimpan sisa, termasuk fitting

untuk menyimpan sisa bahan baku yang

telah didestilasi Estimasi Kapasitas ProduksiFermentasi etanol adalah proses

perombakan gula oleh mikroba (bisa

yast/khamir atau bakteri) menjadi etanol

(Isroi, 2010).

Persamaan reaksinya adalah sebagai

berikut:

C6H12O6> CH3CH2OH + CO2

Persamaan reaksi yang telah disetarakan

adalah:

C6H12O6> 2CH3CH2OH + 2CO2

Jadi setiap 1 mol glukosa akan dihasilkan

2 mol etanol. Berat molekul (BM)

Glukosa adalah 180,16 gr/mol, BM etanol

adalah 46,07 gr/mol, Jadi kalau kita

memfermentasi 1 gr glukosa, etanol yang

dihasilkan kurang lebih adalah

= (2 x 46,07)/180,16

= 0,511gr (etanol absolute)

Atau bisa disimpukan faktor konversinya

adalah 51%.Berat jenis etanol pada kondisi standard

adalah 0,789 gr/cm3 , sehingga volumenya

adalah

= 0,511 gr x 0,789 gr/cm3

= 0,403 cm3

Kadar gula = 10%

Volume = 100 liter


32/75

maka total etanol teoritis yang bisa

diperoleh adalah:

= 10% x 100 liter x 0,511

= 5,11 kg

Volume etanolnya adalah

= 5,1 kg x 0,789= 4,03 liter.

Karena efisiensi distilasi tidak pernah

100%, maka perlu dikoreksi dengan

efisiensi hidrolisisnya. Misalkan saja 95%.

Jadi volume etahnol absolute yang bisa

didapat adalah:

= 4,03 liter x 95%

= 3,83 liter

Kalau kadar etanolnya 95%, maka

volumenya adalah:= (100%/95%) x 3,83 liter

= 4,03 liter

Kalau kadar etanolnya 60%, bisa dihitung

dengan cara yang sama:

= (100%/60%) x 3,83 litere

= 6,38 liter

Agar lebih mudah kita pakai contoh lagi.

Misalkan saja di sebuah kebun pepaya.

Potensi buah afkir yang bisa diolah

menjadi etanol adalah:

= 0.25 ton buah per minggu per ha atau= 2 ton buah per ha per bulan

Sari buah yang bisa kita peroleh sekitar

80% dari beratnya, jadi volumenya:

= 2000 kg x 80% = 1600 liter

146

MODUL


Andaikan kadar gulanya 10%, efisiensi

hidrolisisnya 95%, dan kadar etanol yang


33/75

dihasilkan 95%, maka volume etanol yang

dihasilkan adalah

= 10% x 1600 liter x 0,511 x 0.789 x 95% x

(100%/95%)

= 64,408 liter per ha per bulan

Biaya Investasi, Operasional danPerawatanUntuk memproduksi bio-ethanol plant

berkapasitas 60 kl/hari dari ubi kayu

diperlukan biaya investasi sebesar

7.380.000 US $ (Rp. 66.420.000,-)(B2TPBPPT),

dengan catatan 1 US$ = Rp 9000,

sehingga dengan harga minyak mentah

sebesar 55 US$/barel diasumsikan bioethanol

dapat bersaing dengan BBM. Biaya

tersebut sudah termasuk biaya investasipengolahan limbah dan pembangkit

listrik. Untuk memperoleh biaya produksi

ethanol selain biaya investasi juga

harus diperhitungkan biaya operasi dan

perawatan termasuk biaya bahan baku.

Parameter lain yang diperhitungkan ialah

umur dari bioethanol plant adalah 25

tahun, dengan lamanya operasi dalam

satu tahun sebesar 350 hari,bunga bank

12% per tahun.

Dengan harga Ethanol di tingkat pabrik

sebesar Rp. 2612 per liter adalah layak

secara ekonomi, tetapi harga diatas belum

memperhitungkan pajak alcohol yang

cukup tinggi dan penggunaannya sebagai

bahan bakar belum diatur dalam undangundang

atau peraturan dibawahnya.

Selain itu ada beberapa parameter yang

perlu diperhitungkan yaitu pertama, harga

ubi kayu yang dapat berubah setiap saat,

terutama bila bersaing dengan pabriktepung, atau pada saat musim kemarau

yang berkepanjangan sehingga produksi

menurun sedangkan ubi kayu yang ada

menjadi makanan pokok masyarakat.

Kedua, proses pembuatan bio-ethanol

membutuhkan jenis energy lain seperti

solar, kayu bakar dan lain-lain, sehingga


34/75

perlu dilakukan perhitungan neraca

energi secara cermat untuk melihat

potensi substitusi yang sebenarnya

terhadap BBM, serta perlu dicari jenis

energi terbarukan lainnya yang dapat

menggantikan penggunaan BBM di pabrikethanol.

Tabel 4.8. menunjukkan rincian biaya

investasi Pabrik bio-ethanol yang

berkapasitas 60 kl/hari menggunakan

Bahan Baku Ubi Kayu.

Tabel 4.8. Rincian Biaya Investasi Pabrik

Bio-Ethanol Anhydrous dengan Kapasitas

60 KL/HariNo Parameter Nilai (US$)

1 Total Biaya Investasi

Peralatan UtamaPeralatan Pengumpanan

Unit Pengolah Limbah

Tanah (min 30 Ha)

Power Plant

Bangunan Pabrik dan Kantor

7.380.000

5.580.000

690.000

400.000

60.000

450.000

200.0002. Umur Hidup

Hari Produks

Bunga / Interest

25 Tahun

365 hari

12% per

Tahun

(sumber : B2TP,BPPT 2005)

4.4. BIOETANOLPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSA

MIKROHIDRO APPENDIX147Modul Pelatihan Energi Biomassa

Tabel 4.9.Perhitungan Biaya total

Parameter Biaya

Rp/liter

Biaya Modal

- Bahan Baku Ubi Kayu 1625.00


35/75

Bahan Pembantu

-Alpha Amylase, Kg

-Gluko Amylase,Kg

-Asam Sulfat, L

-Na OH, L

-Urea, Kg-NPK

- Antifoam, ml

36.00

78.00

0.13

12.50

4.80

4.50

8.75

Utilitas-Air, L

-Uap Air, Kg

-Listrik, kwh

15.00

867.00

195.00

Biaya :

a. Bahan Baku dan Utilitas

b. Operasi dan Perawatan

c. Investasi (straight line)

2846.6862.03

106.87

A. Produksi (a + b + c)

B. Penyimpanan 2,5%

C. Keuntungan 15% Prod.

D. Lain-lain 2,5%

3015.58

54.41

326.49

54.41Total Harga Ethanol Pabrik 3450.89

Contoh aplikasi Bioetanol diIndonesiaKoperasi Serba Usaha (KSU) Agro Makmur

yang berkedudukan di desa Doplang,

Kecamatan Karangpandan, Kabupaten

Karanganyar, Jawa Tengah KSU. Agro


36/75

makmur disamping memproduksi dan

menjual bioethanol juga memproduksi

peralatan produksi bioethanol (untuk

kapasitas UMKM dan rumah tangga ) dan

kompor- kompor bioethanol berbagai

tipe. Kegiatan lain yang dilakukan terkaitdengan produksi bioethanol adalah

pendidikan dan pelatihan membuat

bioethanol, jasa konsultasi, dan alih

teknologi ke masyarakat.

Gambar 4.10. Alat Suling Bioetanol KSU

Agromakmur

Lesson Learned

Pembuatan bioetanol yang dilakukan

oleh KSU Agro Makmur berasal dari

limbah pasar tradisional, tetes tebu dan

singkong. Mampu menghasilkan Bioetanol

hingga kadar 95% dengan peralatan yang

sederhana.

(sumber : B2TP,BPPT 2005)

148

MODUL


A. Briket ArangBriket bioarang adalah gumpalangumpalan

atau batangan-batangan arang

yang terbuat dari bioarang (bahan lunak).

Bioarang yang sebenarnya termasuk

bahan lunak yang dengan proses tertentudiolah menjadi bahan arang keras dengan

bentuk tertentu. Kualitas dari bioarang ini

tidak kalah dengan batubara atau bahan

bakar jenis arang lainnya. Briquetting

terhadap sesuatu material merupakan

cara mendapatkan bentuk dan ukuran

yang dikehendaki agar dipergunakan


37/75

untuk keperluan tertentu.

Bahan Baku BriketBioarang adalah arang (salah satu jenis

bahan bakar) yang terbuat dari aneka

macam bahan hayati atau biomassa seperti

kayu, ranting, dedaunan, rumput, jeramidan limbah pertanian lainnya. Pembuatan

briket arang dengan menggunakan limbah

dari arang aktif juga merupakan salah

satu upaya menggali sumber energi yang

potensial.

Beberapa sumber bahan baku yang dapat

dipergunakan dalam pembuatan bioarang

ini antara lain :

Sampah : sampah adalah barang-barang

atau benda-benda yang sudah tidakberguna lagi dan harus dibuang. Sampah

kadang-kadang harus dimusnahkan

(dibakar) karena dianggap mengotori dan

sarang penyakit. Sampah dapat bersifat

benda-benda alami dan benda-benda

yang tidak alami. Sampah yang dapat

dijadikan bahan baku bioarang adalah

sampah yang bersifat alami, yakni bendabenda

hayati atau biomassa

Kayu: kayu termasuk benda hayati atau

biomassa, tetapi kayu umumnya memiliki

nilai ekonomis cukup tinggi. Selain dapat

dijadikan arang, kayu dapat dijadikan

barang-barang konsumsi lain yang memiliki

nilai ekonomis lebih tinggi. Oleh karena

itu, meskipun dapat dijadikan bioarang,

penggunaannya tidak disarankan, kecuali

kalau kayu tersebut sudah tidak dapat

digunakan untuk keperluan yang lebih

penting.

Remukan arang : remukan arang atau arangkayu dapat langsung diolah menjadi briket

bioarang. Karena wujudnya sudah arang,

maka pengolahannya tidak memerlukan

proses pembakaran, bahan dari remukan

arang hanya disarankan bagi orang-orang

yang hendak membuat briket dan menguji

efektifitas atau efisiensi pembakarannya.


38/75

4.5.BRIKET DAN

KOMPOR BIOMASSA4.5. BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX149Modul Pelatihan Energi Biomassa

Proses pembuatan briketbioaranga. Karbonisasi

Adalah proses pengkarbonan/

pengarangan/pembakaran bahan baku(umpan) didalam tungku pembakaran

(incenerator). Selama proses karbonisasi

perlu diperhatikan asap yang ditimbulkan

selama proses tersebut :

- Jika asap tebal dan putih berarti bahan

sedang mengering

- Jika asap tebal dan kuning, berarti

pengkarbonan sedang berlangsung.

Pada fase ini sebaiknya tungku ditutup

dengan maksud agar oksigen pada ruangpengarangan serendah-rendahnya.

- Jika asap semakin menipis dan berwarna

biru berarti pengarangan hampir selesai

kemudian drum dibalik dan proses

pembakaran selesai.

b. Penghalusan

Penghalusan bertujuan mengecilkan

ukuran partikel arang agar lebih seragam,

agar lebih mudah dicampur dengan

material lain dan agar lebih mudah

dibentuk sesuai dengan cetakan.c. Penyaringan

Bertujuan untuk memisahkan arang yang

sudah halus dengan padatan yang masih

besar.

d. Pencampuran dengan perekat

Proses ini dilakukan untuk mencampurkan


39/75

material biomasa lain dengan

tujuan meningkatkan nilai kalor dan

menambahkan perekat alami yang

digunakan untuk membentuk gumpalan

atau padatan yang lebih besar.

e. PencetakanSetelah material arang tercampur merata

dengan perekatnya, lalu diisikan kedalam

cetakan-cetakan briket untuk kemudian

dipadatkan/dimampatkan dengan cara

menekannya dengan bantuan alat press/

dongkrak.

Gambar 4.11. Proses Pembuatan Briket Arang

Gambar 4.12. Hasil Cetak Briket

150

MODUL


Peralatan Produksi Briket Arang

Peralatan yang digunakan untukpembuatan briket bioarang adalah:

a. Incenerator : tungku yang digunakan

untuk proses karbonisasi atau

pembakaran bahan baku, bisa berupa

drum pembakaran

b. Grinder : alat untuk mengecilkan atau

menghaluskan ukuran partikel arang,

bisa menggunakan mesin penghalus

atau mengunakan alu dengan

menumbuk secara manual.c. Saringan : saringan digunakan untuk

memisahkan padatan kasar dengan

padatan yang telah halus.

d. Mixer : pengaduk yang digunakan untuk

mencampur bahan-bahan baku lainnya

dengan perekatnya.

e. Alat cetak-tekan: digunakan untuk


40/75

membentuk padatan besar dengan

mencetak hasil campuran bahan

baku dengan perekat dengan cara

memasukannya kedalam cetakancetakan

yang kemudian dimampatkan

dengan cara ditekan/press.B. Kompor Biomassa Prinsip pembuatan Kompor

BiomassaAda 10 prinsip dalam pembuatan

kompor biomassa secara umum (Dr. Larry

Winiarskis 1982)

1. Jika dimungkinkan, insulasi sekitar ruang

api dengan bahan yang ringan dan tahan

panas. Usahakan tidak menggunakan

bahan yang berat seperti pasir dan tanahliat, insulasi sebaiknya ringan dan penuh

dengan pori2 udara. Contoh insulasi alami

adalah batu apung dan abu kayu.

2. Buat ruang pembakaran tepat diatas

ruang apinya. Tinggi ruang pembakaran

sebaiknya tiga kali lebih besar dari

diameter ruang api. Tinggi ruang

pembakaran lebih dari tiga kali diameter

ruang api akan menghilangkan jumlah

asap yang keluar, tetapi terlalu tinggi jugamenyebabkan terlalu banyaknya udara

dingin yang masuk sehingga menurunkan

panas. Ruang pembakaran yang lebih

rendah memiliki keuntungan tingginya

jumlah panas yang dipindahkan namun

jumlah asap yang dikeluarkan juga terlalu

banyak.

3. Ruang Api hanya membakar biomassa

yang masuk kedalamnya saja. Usahakan

biomassa yang berada diluar ruang api

Sumber foto: PT.TRIJAYA SANTIKA BHAKTI

4.5. BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX151Modul Pelatihan Energi Biomassa

tidak terbakar.


41/75

T u j u a n n y a

memaksimalkan

api dari dalam

ruang api saja

agar lebih efektif

dan tidak telalubanyak asap.

4. Tinggi

rendahnya panas

dirancang hanya

tergantung kepada jumlah biomasa yang

masuk saja.

5. Atur jumlah udara yang masuk kedalam

ruang api. Jumlah lubang udara yang cukup

akan menjaga kesetabilan temperatur

yang tinggi didalam kompor.6. Jumlah udara masuk yang terlalu

kecil menyebabkan timbulnya asap dan

sisa arang. Tetapi terlalu banyak udara

yang masuk juga mendinginkan api.

Perancangan lubang udara yang baik

merupakan suatu faktor yang penting

untuk efisiensi pembakaran.

7. Ruang masuk udara melalui pintu

bahan bakar harus memiliki ukuran yang

sama dengan ukuran ruang pembakaran.

Agar ada keseimbangan antara udarayang terbakar dengan udara yang masuk.

Udara yang masuk hanya udara yang

dibutuhkan untuk pembakaran saja.

8. Gunakan tatakan dibawah api.

Jangan meletakan bahan bakar dilantai,

dibutuhkan aliran udara melalui bawah api

yang naik keatas arang menuju api. Udara

yang berasal dari bawah telah mengalami

pemanasan sebelumnya ketika melewati

bahan bakar, menyebabkan udara mudahterbakar.

9. Lindungi insulator dengan selubung

agar panas insulator terjaga oleh udara

luar. Jika insulator ruang bakar terjaga

temperaturnya maka proses penyalaan

api akan lebih mudah.

10. Maksimalkan perpindahan panas


42/75

dari api menuju panci masakan dengan

menyesuaikan ukuran jarak antara

kompor dan panci. Jarak antara kompor

dan panci yang kecil menyebabkan panas

yang dipindahkan semakin tinggi, tetapi

jika terlalu kecil maka aliran udara yangkeatas juga semakin kecil sehingga hanya

sedikit panas yang naik keatas. Tetapi jika

jarak terlalu besar maka udara panas akan

melewati tengah-tengah ruang antara.

152

MODUL


Membuat Kompor SekamAlat yang dibutuhkan dalam membuat kompor sekam antara lain, seng (zn), besi, tang,

palu, gunting, gergaji besi, alat las, klamp.(PhilRice 1995)

Pembuatan kompor sekam:

A. Membuat wadah, cerobong dan ruang bakar

1. Buat Mal/gambar pola wadah, cerobong dan ruang bakar pada permukaan lembaranseng. Seperti gambar berikut

2. Potong ketiga pola tersebut

3. Lalu lubangi gambar lubang dengan menggunakan bor


4. Tekuk dan bentuk kerucut dengan

mempertemukan kedua tepi plat5. Sambung kedua tepi plat dengan

dengan cara dilas

B. Membuat penyangga dudukan panci/wajan

1. Potong bahan berikut

a. 3 besi bundar, @ 7 cm

b. 1 besi bundar, 35 cm


43/75

c. 1 besi bundar, 60 cm

2. Bengkokkan besi (a) 95o seperti pada

gambar

3. Bentuk besi (b dan c) menjadi lingkaran,

kemudian sambung ujungnya dengan

pengelasan4. Ambil cerobong lalu las besi (b) pada

lingkaran bagian atas

5. Pasang bantalan kayu setebal 5 cm,

letakkan diatas cerobong, lalu letakkan

besi (c) diatasnya

6. Lakukan penyambungan besi (c) dan

besi (b) dengan menggunakan besi (a),

atur jarak antara besi (a) agar seimbang

154

MODUL


C. Membuat penyangga kompor

1. Potong besi sebagai berikut:d. 3 besi bundar, @ 19 cm

e. 1 besi bundar, 78 cm

2. Tekuk besi (d) seperti pada gambar

3. Bentuk besi (e) menjadi lingkaran

kemudian sambung ujungnya dengan

menggunakan las

4. Sambungkan ketiga besi (d) pada besi

(e) dengan jarak yang sama.

D. Membuat tatakan abu

1. Buat pola lingkaran (f) diameter 13cm

pada lembaran seng

2. Potong pipa besi diameter 2 cm

sepanjang 4 cm

3. Potong 2 batang plat (h) masing-masing

lebar 2 cm dengan panjang 7 cm, lalu

tekuk salah satu ujungnya seperti pada

gambar


44/75

4. Lubangi plat (f) pada pusat lingkaran

sesuai dengan diameter pipa besi, lalu

sambung pipa besi pada plat (f) tepat

ditengah lingkaran


5. Sambung dengan las plat batang (h)

diplat (f) secara berseberangan.

6. Ambil wadah, balikkan kemudian

sambungkan plat batang (h) tatakan abu

diatasnya. Jarak antara wadah dan tatakan

abu adalah 2.5 cm.

E. Membuat penyangga pendukung1. Potong bahan berikut:

i. 3 batang plat, @ 5 cm

j. 3 batang plat, @ 8 cm

k. 3 besi bundar, @ 12 cm

2. Tekuk seperti gambar berikut

3. Ambil dudukan kompor dan letakkan

wadah diatasnya

4. Las plat (i) pada wadah dengan jarak

yang seimbang

5. Ambil plat ruang bakar kemudian

sambungkan plat (j) pada bibir plat ruang

bakar dengan jarak yang seimbang satu

dengan yang lain.

156

MODUL

4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan6. Sambung ruang bakar dengan wadah

seperti gambar, jarak antara ruang bakar

dan wadah adalah 3-4 cm.

7. Ambil plat cerobong yang telah


45/75

disambung dengan dudukan panci, lalu

balik. Sambukan besi (k) pada cerobong

dengan jarak yang sama.

F. Merakit Kompor Sekam

1. L e t a k k a n

dudukan kompordibagian bawah

2. Letakkan wadah

diatas dudukan

kompor

3. L e t a k k a n

cerobong diatas

wadah dan ruang

bakar

G. Cara menggunakan kompor sekam

1. Lepaskan cerobong dari atas wadah,

kemudian tuangkan sekam padi secara

merata pada wadah, setelah itu pasang

cerobong kembali ketempatnya.

2. Bakar kertas lalu masukkan ketengahtengah

cerobong, pastikan api kontak

dengan sekam.

4.5. BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX

157Modul Pelatihan Energi Biomassa3. Ketika kompor mulai menyala, letakkan

teko (alat memasak) pada dudukannya.

4. Jika api mulai redup dan abu mulai

penuh pada bagian bawah, bersihkan

tatakan abu dan dorong sekam kebawah

dengan batang kayu.

5. Setelah memasak pastikan tidak ada

sisa abu dan bara pada kompor, simpan

kembali sisa sekam.

Gambar 4.13. KOMEK (KomporEkonomis) Pengrajin JEPARA, JATENG

158

MODUL


46/75


C. Biaya Investasi, Operasional danPerawatan Briket Arang(sumber: Balitbang DEPTAN)Investasi

Peralatan yang dibutuhkan adalah

a. Incenerator : bisa menggunakan DRUM

besi bekas minyak, kapasitas 200 Liter

seharga Rp.40.000,-

b. Grinder : Material Plat MS, Penggerak :

Elektromotor 1 HP, Kapasitas : 5070

Kg/jam, Harga : 9.800.000,-(ASAKA

Mesin)

c. Saringan, kawat ayakan halus 70 mesh,

Rp.10.000/meter

d. Mixer, Kapasitas: 20 kg/batch, Material

Mild Steel, Pengerak Elektromotor

1,5 Hp, Harga :Rp. 7.000.000,- (ASAKA

Mesin)e. Alat cetak-tekan; alat pencetak otomatis,

mampu menghasilkan bermacam2

bentuk briket, harga Rp.16.000.000,-

Tabel 4.10. Biaya Operasional

Perawatan

Perawatan terhadap mesin perlu dilakukan

dengan cara selalu memberika oli/pelumas

pada mesin-mesin bergerak.

Kompor sekam

Investasi peralatanperalatan yang dibutuhkan untuk pembuatan

kompor sekam adalah tang, palu,

gunting, gergaji besi, alat las, klamp.

Operasional

Material yang dibutuhkan untuk pembuatan

kompor adalah plat seng, dan besi.

serta bahan bakar berupa sekam kering.


47/75

(Kompor sekam ini dijual dengan harga

Rp.50.000 untuk berbahan seng, dan

Rp.150.000 untuk yang berbahan plat

baja oleh pengrajin Jepara, Jawa tengah)

Perawatan

tindakan perawatan berupa pembersihandan pemisahan antara sekam segar dengan

abu sekam.

D. Contoh aplikasi Briket Arangdan Kompor Sekam di Indonesia. Aplikasi Briket ArangNovi Setiawan, perajin briket tempurung

kelapa di Jurug, Bangunharjo, Sewon,

Bantul, Yogyakarta. Briket yang diproduksi

nya adalah briket dengan kualitas ekspor.

Briket tempurung kelapa ini berkaloritinggi, dan diminati konsumen dari Arab

Saudi yang digunakan pada pembakaran

shisa atau rokok arab. Melalui eksportir,

secara periodik satu container di ekspor

ke Arab Saudi. Briket tempurung kelapa

A Pembuatan arang sekam Biaya

(Rp.)

1 Harga sekam kering (Rp/kg) 500

2 Rendemen arang sekam (70%) (70 kg)

3 Upah tenaga kerja (Rp/proses) 10.000

4 Biaya Produksi (Rp/kg) 142.86

5 Harga arang sekam (belum termasuk keuntungan)

(Rp/kg)

147,86

B Pembuatan Briket Arang Sekam

1 Harga 1 kg arang sekam 147.86

2 Kapasitas mencetak briket (kg/hari) (50 kg)

3 Upah kerja (Rp/hari/org) 20.000

4 Upah pembuatan briket arang sekam (Rp/kg) 1.333

5 Harga briket arang sekam (belum termasuk keuntungan)

(Rp/kg)1.480

Sumber: Balitbang Pertanian, DEPTAN 2005

4.5. BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX159


48/75

Modul Pelatihan Energi Biomassa

yang diproduksi berkualitas baik dan dikemas

secara eksklusif sehingga harganya

lebih mahal

Briket yang dijual ke pasar lokal lebih fleksibel

dari segi ukuran maupun kualitas.Untuk briket yang dijual ke pasar luar

negri, ukuran yang diminati yaitu 2,3 x 2,3

x 2,3 cm dengan standar kualitas terbaik.

Sedangkan untuk pasar lokal, umumnya

briket berukuran 3 x 3 x 2,5 cm. Hal tersebut

mempermudah proses produksi untuk

briket untuk segmen lokal.

Lesson learned

Industri Briket biomassa memiliki prospek

yang baik, selain ketersediaan bahan baku

yang mudah didapat, dengan penanganan

dan kemasan yang baik mampu menembus

pasar luar negeri.

Aplikasi kompor sekamPrototipe Kompor Sekam Segar Karawang

(KOMSEKAR) merupakan hasil penelitian

Instalasi Penelitian Karawang yang mulai

dikembangkan pada tahun 1990. Kompor

sekam tersebut pernah disosialisasikan

kepada para petani didaerah pengrajin

makanan tradisional (Opak) di Desa CibuayaKabupaten Karawang dan bahkan

telah dikirim satu unit ke IRRI Los Banos

Gambar 4.14. Kompor Sekam

Lesson learned

Kompor sekam dapat diaplikasikan untuk

daerah-daerah yang dekat dengan Huller

atau UPTD pengggilingan padi, dimana

terdapat sisa sekam yang sangat berlimpah.

jika terlalu jauh maka biaya yang

dikeluarkan untuk bahan bakar menjaditinggi.Sumber foto : LITBANG DEPTAN 2006

Sumber foto : HARIAN JOGJA 2010

160

MODUL


49/75


4.6.GASIFIKASI

BIOMASSA Pengenalan Gasifikasi BiomassaGasifikasi adalah proses pengubahan

materi yang mengandung karbon sepertibatubara, minyak bumi, maupun biomassa

kedalam bentuk karbon monoksida (CO)

dan hidrogen (H2) dengan mereaksikan

bahan baku yang digunakan pada

temperatur tinggi dengan jumlah oksigen

yang diatur. Tujuan proses gasifikasi

adalah mengubah unsur-unsur pokok

dari bahan bakar yang digunakan kedalam

bentuk gas yang lebih mudah dibakar,

sehingga hanya menyisakan abu dan sisasisamaterial yang tidak terbakar (inert).

Gasifikasi berbeda dengan pirolisis

dan pembakaran. Ketiga dibedakan

berdasarkan kebutuhan udara yang

diperlukan selama proses. Jika jumlah

udara/bahan bakar (AFR, air fuel ratio)

sama dengan 0, maka proses disebut

pirolisis. Jika AFR yang diperlukan selama

proses kurang dari 1.5, maka proses

disebut gasifikasi. Jika AFR yang perlukan

selama proses lebih dari 1.5, maka prosesdisebut pembakaran.

Mesin gasifikasi dapat dibedakan

berdasar:

a. Berdasar mode fluidisasi.

b. Berdasar arah aliran.

c. Berdasar gas yang perlukan untuk


50/75

proses gasifikasi.

Berdasar mode fluidisasi, mesin gasifikasi

dapat dibedakan menjadi gasifikasi

unggun tetap (fixed bed gasification),

gasifikasi unggun bergerak (moving bed

gasification), gasifikasi unggun terfluidisasi(fluidized bed gasification), dan entrained

bed. Jenis gasifikasi tersebut dapat

digambarkan sebagai berikut.

Berdasar arah aliran, mesin gasifikasi dapat

dibedakan menjadi gasifikasi aliran searah

(downdraft gasification) dan gasifikasi

aliran berlawanan (updraft gasification).

Pada gasifikasi downdraft, arah aliran gas

dan arah aliran padatan adalah samasama

ke bawah. Pada gasifikasi updraft,arah aliran padatan ke bawah sedangkan

arah aliran gas ke atas.

Gambar. 4.15. Perbedaan pirolisis, gasifikasi dan pembakaran.

Gambar 4.16. Perbedaan pirolisis, gasifikasi

dan pembakaran.

4.6. GASIFIKASI BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX161

Modul Pelatihan Energi BiomassaBerdasar gas yang perlukan untuk proses

gasifikasi, terdapat gasifikasi udara dan

gasifikasi uap. Gafisikasi udara, dimana

gas yang digunakan untuk proses

gasifikasi adalah udara. Gasifikasi uap, gas

digunakan untuk proses adalah uap.

Bahan Bakar GasifikasiBahan bakar yang cocok untuk gasifikasi

biomassa adalah bahan biomassa kering

seperti kayu kering, daun kering, sekam

padi, arang, ampas tebu, bongkol jagung

dan batok kelapa. Perbedaan mendasar

antara gasifikasi biomassa dan produksi

biogas adalah bahwa dalam bahan baku

produksi biogas adalah bahan organic

basah seperti kotoran hewan yang

bekerja oleh mikroba untuk menghasilkan


51/75

gas metana.

Nilai kalor rendah (LHV) biomass (15-20

MJ/kg) lebih rendah dibanding nilai kalor

batubara (25-33 kJ/kg) dan bahan bakar

minyak (gasoline, 42,5 MJ/kg). Artinya

untuk setiap kg biomas hanya mampumenghasilkan energi 2/3 dari energi 1 kg

batubara dan dari energi 1 kg gasoline.

Nilai kalor berhubungan langsung dengan

Gambar 4.17. Perbandingan Mode Fluidisasi

Gambar 4.18. Perbandingan Arah Aliran

162

MODUL


kadar C dan H yang dikandung oleh

bahan bakar padat. Semakin besar kadar

keduanya akan semakin besar nilai kalor

yang dikandung. Menariknya dengan

proses charing (pembuatan arang), nilaikalor arang yang dihasilkan akan meningkat

cukup tajam. Sebagai gambaran, dari hasil

proses pembuatan arang batok kelapa

pada temperatur 750oC dapat dihasilkan

arang dengan nilai kalor atas (HHV) 31

MJ/kg. Nilai ini setara dengan nilai kalor

batubara kelas menengah ke atas. Coba

bandingkan dengan arang batubara yang

mempunyai nilai kalor atas 35 MJ/kg.

Nilai kalor rendah (LHV, lower heating

value) adalah jumlah energi yang

dilepaskan dari proses pembakaran suatu

bahan bakar dimana kalor laten dari uap

air tidak diperhitungkan, atau setelah

terbakar, temperatur gas pembakaran

dibuat 150oC. Pada temperatur ini, air

berada dalam kondisi fasa uap.


52/75

Jika jumlah kalor laten uap air

diperhitungkan atau setelah terbakar,

temperatur gas pembakaran dibuat 25oC,

maka akan diperoleh nilai kalor atas (HHV,

higher heating value). Pada temperatur

ini, air akan berada dalam kondisi fasacair.

Karena biomas mempunyai kadar volatil

yang tinggi (sekitar 60-80%) dibanding

kadar volatile pada batubara, maka

biomas lebih reaktif dibanding batubara.

Perbandingan bahan bakar (fuel ratio,

FR) dinyatakan sebagai perbandingan

kadar karbon dengan kadar volatil. Untuk

batubara, FR ~ 1 - 10. Untuk gambut, FR

~ 0.3. Untuk biomass, FR ~ 0.1. UntukGambar 4.20. Definisi analisis ultimat dan

proximat

4.6. GASIFIKASI BIOMASSAGambar.4.19. Analisis proximat untuk beberapa jenis bahan bakar padat.


plastik, FR ~ 0. Analisis proximat untuk

beberapa jenis bahan bakar padat dapatdilihat pada gambar berikut.

Diluar analisis proximat, biomass juga

mengandung abu dan air (lihat Gambar

di bawah). Perlu ditekankan disini bahwa

umumnya hasil analisis ultimat dan

proximat akan diberi tambahan keterangan

daf. Arti dari daf (dry ash free) adalah hasil

analsisnya tidak mengikutkan abu dan air.

Masa biomass awal umumnya diistilahkan

sebagai as received (mengandung air,

abu, volatil, dan karbon). Kadar abu daribiomass berkisar dari 1% sampai 12%

untuk kebanyakan jerami-jeramian dan

bagas. Abu dari biomass lebih ramah

dibandingkan abu dari batubara karena

banyak mengandung mineral seperti fosfat

dan potassium. Pada saat pembakaran


53/75

maupun gasifikasi, abu dari biomas

juga lebih aman dibandingkan abu dari

batubara. Dengan temperature operasi

tidak lebih dari 950oC atau 1000oC, abu

dari biomassa tidak menimbulkan terak.

Abu biomasa mempunyai jumlah oxidakeras (silica dan alumina) yang lebih

rendah.

Proses GasifikasiProses gasifikasi biomassa dilakukan

dengan cara melakukan pembakaran secara

tidak sempurna didalam sebuah ruangan

yang mampu menahan temperatur tinggi

yang disebut dengan reaktor gasifikasi.

Agar pembakaran tidak sempurna dapat

terjadi, maka udara dengan jumlah yanglebih sedikit dari kebutuhan stokiometrik

pembakaran dialirkan kedalam reaktor

untuk mensuplai kebutuhan oksigen

menggunakn fan/blower. Proses

pembakaran yang terjadi menyebabkan

reaksi termo-kimia yang menghasilkan

CO, H2, dan gas metan (CH4). Selain itu,

dalam proses ini juga dihasilkan uap air

(H2O) dan karbon dioksida (CO2) yang

tidak terbakar.

Proses gasifikasi biomassa terdiri dari

beberapa tahapan. Tahapan pertama

adalah pyrolysis yang terjadi ketika

biomassa mulai mengalami kenaikan

temperatur. Pada tahap ini volatil yang

terkandung pada biomassa terlepas dan

menghasilkan arang (char).

Gambar 4.21. Struktur Gasifikasi

164

MODUL

4ENERGI BIOMASSA


54/75

Modul Pelatihan Energi Terbarukan

Tahapan kedua adalah terjadinya proses

pembakaran (combustion). Pada tahapan

ini volatil dan sebagian arang yang memiliki

kandungan karbon (C) bereaksi dengan

oksigen membentuk CO2 dan CO sertamenghasilkan panas yang digunakan pada

tahap selanjutnya yaitu tahap gasifikasi,

reaksi yang terjadi pada tahap ini adalah:

Reaksi pembakaran C + O2 = CO

Reaksi Boudouard C + CO2 = 2 CO

Tahap berikutnya adalah tahap reduksi.

Tahapan ini terjadi ketika arang bereaksi

dengan CO2 dan uap air yang menghasilkan

CO dan H2 yang merupakan produk

yang diinginkan dari keseluruhan proses

gasifikasi. Reaksi kimia yang terjadi pada

tahap ini adalah:

Reaksi water gas C + H2O = CO + H2

Tahapan tambahan dalam proses ini

adalah tahap water shift reaction.

Melalui tahapan ini, reaksi termo-kimia

yang terjadi didalam reaktor gasifikasi

mencapai keseimbangan. Sebagian CO

yang terbentuk dalam reaktor bereaksi

dengan uap air dan membentuk CO2 dan

H2. Reaksi kimia yang terjadi pada tahapini adalah:

Reaksi water shift reaction

CO + H2O = CO2 + H2

Jika proses gasifikasi dapat dikendalikan

sehingga temperatur reaksi terjadi

dibawah 1000oC, maka akan terjadi reaksi

pembentukan CH4. Hal ini terjadi ketika

C bereaksi dengan H2, sesuai dengan

reaksi:

Reaksi metana C + 2 H2 = CH4 Peralatan GasifikasiPeralatan yang digunakan dalam sistem

gasifikasi adalah

1. Peralatan sistem transportasi bahanbaku

Bahan baku memerlukan sistem

transportasi untuk mengangkut bahan


55/75

dari gudang menuju sistem pengumpanan

(misal dilengkapi unit dosing, sistem

pembersih kotoran, unit pengering dan

lain-lain). Sistem bisa berjenis konveyor

ataupun manual seperti lori.

Sumber: Gasification Guide 2007 (www.gasification-guide.eu)Gambar 4.22. Peralatan Proses Gasifikasi

4.6. GASIFIKASI BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX165Modul Pelatihan Energi Biomassa

2. Peralatan sistem pengumpanan bahanbaku

Sistem pengumpanan bahan baku

kedalam reaktor biasanya berjalan melaluipengaturan sistem keseluruhan. Bahan

baku dimasukkan saluran yang sangat

rapat, untuk mencegah kebocoran gas

dan masuknya udara berlebih kedalam

reaktor. Sistem dapat berupa konveyor

yang dilengkapi sistem katup buka-tutup.

3. Reaktor gasifikasi

Reaktor ini tempat terjadinya proses

konversi thermo-kimia dari biomassa

padat menjadi gas producer. Secara

umum biomassa terkonversi melaluibeberapa tahap pengeringan, pirolisis,

oksidasi parsial dan reduksi, mengubah

aliran umpan biomassa menjadi aliran gas

dengan produk yang diinginkan adalah

gas (H2,CO,CxHy, CO2,N2) dan produk yang

tidak diingikan seperti material partikulat,

debu, jelaga, polutan inorganik dan

polutan organik (tar) juga sisa abu.

4. Peralatan sistem pembersih gas

Tujuan sistem pembersih gas adalahuntuk menjaga kekonstanan kualitas gas

producer terhadap perubahan-perubahan

yang disebabkan karena proses yang

tidak berkesinambungan dan proses

pengumpanan. Pembersih gas berfungsi

untuk menghilangkan debu dan tar yang

terbawa oleh gas. Sistem pembersih gas


56/75

bisa berupa rangkaian siklon (penangkap

debu) atau filter.

5. Peralatan sistem pendinginan gas

Tujuan dari pendinginan gas adalah untuk

menurunkan temperatur gas producer

untuk memenuhi kebutuhan prosesberikutnya. Tujuan lain dari pendinginan

gas adalah untuk mencairkan tar yang

terbentuk dan uap air yang terbawa oleh

gas sehingga gas dingin yang dikeluarkan

lebih bersih dan lebih kering. Sistem

pendingin gas bisa berupa scruber atau

unit kondensor.

Estimasi Penghitungan KapasitasGasifier

Contoh 1 :Perancangan gasifier berbahan sekam

padi untuk thermal kapasitas setara 5 ltr

minyak tanah per jam (Industri makanan

minuman, pengeringan dll).

Energy 5 ltr minyak tanah setara

dengan 15 sd 17,5 kg sekam padi.

Volume 17,5 kg sekam padi kurang

lebih 160 liter ( bd +/ 0.11 kg/ltr).

Laju pirolisa / pembakaran sekam padi

1 mtr/jam (tiap material berbeda).

Penampang reaktor untuk membakar

160 ltr/jam = 160/10 = 16 dm2

Apabila di rencanakan bentuk persegi

ukurannya 4 dm2 ( 40 cm x 40 cm),

Kebutuhan udara theoritis 30 sd 40%

stochiometry (bisa didapat dengan uji

coba).

Blower udara yang diperlukan model

centrifugal 40 sd 60 watt.

Contoh 2

Perancangan gasifier untuk thermalterapan untuk ketel kecil kap uap 100 kg/

jam bahan cangkang sawit. (Indutri tahu,

krupuk dll)

Untuk menghasilkan 100 kg uap perjam

diperlukan 7 liter minyak bakar.

Energy 7 liter minyak bakar setara

dengan energy 17,5 kg energy cangkang


57/75

sawit.

Volume 17,5 kg cangkang sawi kurang

lebih 35 liter ( bd +/ 0.5 kg/ltr).

Laju pirolisa / pembakaran cangkang

sawi 0,25 mtr/jam (tiap material

berbeda). Penampang reaktor untuk membakar

35 ltr/jam = 35/2,5 = 14 dm2

Apabila di rencanakan bentuk persegi

ukurannya 3,75 dm2 ( bulatkan 40 cm

x 40 cm),

166

MODUL


Tabel 4.12. Investasi peralatan gasifikasi

Model

UPDRAFT DOWNDRAFT MODELS

RG-200 DG-100 DG-200 DG-400 DG-500*Gasifier OutputKW

th

360 150 360 1000 2000Gasifier Output Kcal 3,10,000 1,30,000 3,10,000 8,60,000 17,00,000Fuel Oil Equivalent lph 32 12 32 85 170Price of Gasifer Rs(INR) 6,00,000 6,00,000 13,50,000 19,50,000 37,50,000

Wood consumption-Max (


58/75

4 Total units weight (T) 22 28 32 40 50 61

5 Syngas production rate (Nm3/h) 1,400 2,800 3,500 5,300 7,000 10,500

6 Raw material (biomass)

consumption (kg/h) 800 1,600 2,000 3,000 4,000 6,000

7 Acceptable material moisture

content (%) 16 16 16 16 16 16

8 Gasifying efficiency (%) 65 65 65 65 65 659 Self consumption (kW) 22 40 48 60 80 97

10 Gasifier dimensions (m) 1.4,

H=7.5

2.0,

H=10.0

2.2,

H=12.0

3.0,

H=12.0

3.7,

H=14.0

3.7,H=14.0

11 Ash discharging type Dry Dry Dry Dry Dry Dry

Sumber : PT. Indo Asia Energy Developments 2009

4.6. GASIFIKASI BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX167Modul Pelatihan Energi Biomassa

Kebutuhan udara theoritis 30 sd 40%

stochiometry (bisa didapat dengan uji

coba). Blower udara yang diperlukan model

centrifugal 40 sd 60 watt.

Biaya Investasi, Operasional danPerawatanBiaya investasi yang dibutuhkan pada unit

gasifikasi terdiri dari biaya pembuatan

gasifier dan unit-unit pendukungnya.

Besarnya presentasi perbandingan unitunit

peralatan dapat dilihat dari tabel

berikut.Peralatan

Gasifikasi

Atmosferik Bertekanan

% total biaya

Unit Penampungan dan

penanganan bahan baku

15.4 11.1


59/75

Unit Pencacahan dan penyaringan

7.7 5.6

Unit Pengeringan 19.2 13.9

Unit Gasifier 38.5 55.5

Unit Pembersih gas 19.2 13.9

Total 100 100Tabel 4.11. Komponen biaya investasi pada peralatan

gasifier adalah (GIRRALD, 2007)

168

MODUL

4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan Contoh Aplikasi Gasifikasi BiomasaGasifikasi yang dibuat oleh Bapak Slamet Sulaiman (Surabaya Jawa Timur) dapat dilihat

pada gambar berikut ini:

4.7. RINGKASANPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX

169Modul Pelatihan Energi BiomassaBiomassa adalah produk fotosintesis yang

menyerap energi surya dan mengubah

karbon dioksida, dengan air ke campuran

karbon, hidrogen dan oksigen. Biomassa

adalah material biologis yang dapat digunakan

sebagai sumber bahan bakar, baik

secara langsung maupun setelah diproses

melalui serangkaian proses yang dikenal

sebagai konversi biomassa.

Potensi energi biomassa Indonesia, secarateori diperkirakan mencapai sekitar

49.810 MW. Angka ini diasumsikan dengan

dasar kadar energi dari produksi tahunan

Documents

Energi Biomassa