Fitria Putri Dwi P. (2312132015)S1-Teknik Kimia Ekstensi

PRODUKSI BIOGAS BERKELANJUTAN

Biogas merupakan campuran gas mudah terbakar yang diproduksi dengan carafermentasi alami dari biomassa basah. Komponen utama yang mudah terbakar yaitumetana dengan kandungan sekitar 50-75%-volume. Kandungan lain dalam biogas yaitukarbon dioksida, sulfida, oksigen dan uap air. Pembentukan biogas terjadi secara alamipada tanah yang basah ketika bahan organik terdekomposisi oleh mikroba anaerobik.

Tabel 1. Komposisi dari biogasKomponen Konsentrasi

Metana (CH4) 50-75%-volKarbon Dioksida (CO2) 25-45%-volUap Air (H2O) 2-7%-volSulfida (H2S) 0.002-2%-volNitrogen (N2) < 2%-volAmoniak (NH3) < 1%-volHidrogen (H2) < 1%-volGas Buangan < 2%-vol

Penggunaan biogas dalam siklus pertanian menghasilkan keuntungan pada nilaipemupukan dan keuntungan ekonomi yang lebih tinggi. Pada pandangan yang lebih luas,juga dapat memungkinkan seluruh sektor pertanian organik untuk menjadi lebih mandiridalam nutrisi tanaman dan lebih meningkatkan keseimbangan gas rumah kaca.

Gambar 1. Hubungan antara produksi biogas dengan pertanian organik

Produksi biogas ini memiliki beberapa keuntungan sehingga dapatdipertimbangkan untuk produksi berkelanjutan. Berikut keuntungan dari produksi biogas:1. Merupakan energi terbarukan2. Perlindungan iklim3. Tidak perlu bersaing dengan produksi pangan sebagai sumber biomasa4. Meningkatkan hasil panen dan kualitasnya5. Penyedia energi bebas6. Sumber pemasukan alternatif, dll.

Produksi pangan dan tanaman energi bersaing untuk lahan produktif dan sumberdaya lainnya seperti air. Pilihan untuk mengurangi kompetisi tersebut meliputipenggunaan lahan yang tidak terpakai, peningkatan produktivitas lahan (yield) danmenggunakan residu. Biogas di pertanian organik untuk sebagian besar sumber-sumberbahan input dari residu dan produk. Dimana tanaman energi yang digunakan,kebutuhannya untuk area tanaman yang seluruhnya atau sebagian diimbangi olehkenaikan yield di rotasi tanaman difasilitasi oleh sistem biogas.

Tabel 2. Potensial efek pada produksi pangan dari penggunaan bahan sebagai substrat biogas

Energy crops (Tanaman energi) : Mengubah lahan dari produksi pangan ke produksisubstrat menyebabkan penurunan tingkat produksi pangan. Dibandingkan denganproduksi biogas konvensional, proporsi tanaman energi biasanya lebih rendah padatanaman biogas organik. Salah satu alasannya adalah harga premium untuk produkorganik di pasar. Jika digunakan sebagai substrat untuk biogas, di pasar energi tidakada harga premium untuk produk organik. Jadi, dengan menggunakan tanaman energiuntuk menghasilkan biogas hanya pilihan kedua. Juga, beberapa asosiasi organik

membatasi proporsi tanaman energi yang akan digunakan dalam pembangkit biogasorganik.

Catch crops : contoh dari tanaman ini yaitu seperti rumput semanggi. Tanaman initidak memiliki kompetisi untuk produksi pangan tetapi panennya dapat meningkatkanketersediaan hara dalam rotasi tanaman, penggunaannya untuk produksi biogas dapatmembantu meningkatkan produksi pangan, terutama pada peternakan dimana dapatdigunakan sebagai pakan ternak alternatif. Meskipun tanaman ini lebih umum padapertanian organik daripada pertanian konvensional, penggunaannya dapat sangatmeningkat dari titik agronomi dan ekonomi.

Animal excrements : penggunaan kotoran pada proses biogas memberikan efek positifpada produksi pangan karena ketersediaan nutrisi untuk tanaman meningkat setelahproses biogas.

Organic waste : hasil sampingan dari produksi pangan yang tidak dapat dipasarkandapat digunakan pada plant biogas yang berkontribusi sebagai penyedia nutrisi daritanaman dengan menggunakan digestat sebagai pupuk.

Pada umumnya, banyak jenis dari biomassa yang dapat digunakan untuk produksibiogas. Substrat (input material) yang digunakan terdiri dari : Ekresi dari hewan (seperti slurry atau pupuk) Residu dari produksi makanan atau agrikultural (seperti jermai, gliserin, sekam padi,

dll) Jagung, rumput, bit, semanggi

Pemilihan substrat dipengaruhi oleh teknologi dan kapasitas mikrobiologi dariplant, ketersediaan substrat, kondisi yang diizinkan dan strategi operasi. Pembentukanbioagas untuk setiap mikroba memiliki kebutuhan lingkungan yang berbeda pula. Berkutsecara berurutan 4 tahapan pembentukan biogas : Hidrolisis : mikroorganisme mengeluarkan enzim, untuk mematahkan bahan organik

seperti karbohidrat, lipid dan asam nukleat menjadi unit-unit yang lebih kecil(glukosa, gliserol, purin dan piridin)

Acidogenesis : bakteri fermentasi memproses produk dari hidrolisis menjadi asetat,karbon dioksida, hidrogen dan asam lemak volatil.

Acetogenesis : asam lemak volatil dan alkohol dioksida menjadi asetat, hidrogen dankarbon dioksida sebelum dikonversi menjadi metana. Proses ini saling berkaitandengan metanogenesis.

Metanogenesis : khusus untuk mikroorganisme sel tunggal yang memproduksimetana dari asetat, hidrogen dan karbon dioksida. Tahap ini merupakan tahapanpaling lambat dan dipengaruhi oleh kondisi operasi seperti laju alir umpan, suhu danpH.

Biomassa diumpankan ke plant dengan memompakan bahan cairan / viskosdan/atau dengan memasukkannya menggunakan feeder. Di dalam fermenter ataudigester, substrat dipanaskan dan diaduk pada suhu 37oC atau lebih tergantung kebutuhanaktivitas mikroba untuk produksi biogas.

Biogas yang dikembangkan selama proses fermentasi naik ke permukaan substratdifasilitasi oleh pengadukan biasa dan / atau pencampuran. Biogas ini disimpan di dalampenyimpanan gas tekanan rendah di bagian atas fermenter atau di penyimpanan gas dibagian luar.

Setelah waktu tinggal beberapa minggu (kurang dari 20 hari untuk plant slurrykhusus sampai lebih dari 100 hari untuk bahan kaya lignoselulosa), biomassa yang telahberubah menjadi digestat dicampurkan dengan bakonten bahan kering yang lebih rendahdari bahan asli. Digestat dipompakan ke tangki penympanan sampai akan digunakansebagai fertilizer. Digestat mengandung hapir semua nutrisi dari input material. Hanyasebagian kecil dari sulfur atau nitrogen yang hilang sebagai komponen biogas atausebagai emisi. Biogas dibersihkan, biasanya dilakukan penghilangan sulfide dankelembaban dan selanjutnya biogas dialirkan sesuai kebutuhan.

Gambar 2. Prinsip dari sistem biogas

Biogas organik secara jelas meningkatkan ekonomi dari pertanian organik, jikapenerapannya pada kondisi yang sesuai. Faktor utama yang mempengarugi profitabilitasyaitu biaya untuk biomasa dan penghasilan dari energi yang diproduksi.

Penerapan biogas pada pertanian meningkatkan kultur yang umumnyamembutuhkan penyediaan nutrisi yang tinggi. Produksi jagung meningkat sekitar 29%dan rumput sekitar 24% setelah digunakan pupuk organik. Gandum yang memilikikeuntungan lebih tinggi juga, mengalami peningkatan yield sekitar 22%. Untuk kulturdengan kebutuhan nutrisi yang lebih rendah seperti rye atau kentang, mengalamipeningkatan rentang yield dibawah 15%.

Tidak hanya kenaikan yield, tetapi kualitas produk yang dihasilkan juga terjadipeningkatan karena digestat biogas ini merupakan pupuk yang fleksiel dan bernilai tinggi.Peningkatan kualitas yang utama yaitu pada peningkatan kandungan protein gandum,yang membuat harga di pasar menjadi tinggi.

Gambar 3. Peningkatan yield pada pertanian organik. (A) Persentase peningkatan yield rata-rata setelahpenggunaan pupuk dengan digestat. (B) Persentase peningkatan yield rata-rata setelah penggunaan pupuk

dengan digestat, untuk kelompok tanaman.

Peraturan mengenai biogas pada pertanian organikDasar peraturan untuk pertanian organik di Uni Eropa yaitu EU Regulation on

Organic Agriculture, yang memberikan kriteria tidak langsung untuk produksi biogasdengan kewajiban untuk meminimalisasi penggunaan sumber tidak terbarukan dansubstansi apa saja yang diperbolehkan digunakan sebagai pupuk di pertanian organik.

Berikut standard yang ditetapkan the International Federation of Organic AgriultureMovements (IFOAM) untuk produksi biogas berkelanjutan pada pertanian organik : Objektif : produksi biogas harus menghasilkan peluang pendapatan dan cocok

dengan konteks sosial-ekonomi bagi petani. Produksi biogas harus berkontribusiuntuk keselurah secara berkelanjutan dan terhadap prinsip keadilan, kesehatan.ekologi dan perawatan. Produksi ini harus meningkatkan daur ulang nutrisi danmengurangi efek emisi gas rumah kaca. Produksi ini tidak boleh menyebabkan efeknegative terhadap alam dan keaneka-ragaman hayati.

Sumber biomassa : sumber biomassa yang menyebabkan kompetisi penggunaannyauntuk produksi pangan harus dihindari; sumber utama yaitu residu pertanian dantumbuhan dari kawasan konservasi. Penggunaan biomassa dari pertanian non-organikharus dibatasi dan secara bertahap dikurangi.

Digestat sebagai pupuk : kesuburan tanah yang berkelanjutan merupakan focus padapertanian oranik. Sehingga penggunaan digestat harus dijadikan yang utama.

Efisiensi energi dan gas efek rumah kaca : emisi metana harus dihindari (dijagakurang dari 5%) melalui gas tank ketat dan penyimpanan tertutup. Efisiensi energiharus dioptimalkan, misalnya dengan menggunakan waste heat.

Perencanaan dan konstruksi : pada tahap perencanaan, kinerja lingkungan harusdipertimbangkan secara sistematis. Jarak transportasi harus diminimalkan sesuaidengan keperluan, efiensi energy dan emisi gas efek rumah kaca harus dihindari.

Konsep Biogas pada Pertanian Organik Intensifikasi Organik

Beberapa peternakan memiliki masalah menggunakan biomassa dari tanamanseperti semanggi rumput secara ekonomis. Akibatnya, bakteri rhizobia pada akartanaman, yang bertanggung jawab untuk memperbaiki nitrogen dari udara, akanmenggunakan nitrogen tersedia dari pembusukan daun. Hal ini menurunkan efisiensifiksasi nitrogen. Ketika bahan dipanen untuk biogas, kinerja bakteri dan karenanitrogen fiksasi meningkat. Pada saat yang sama, kehilangan nitrogen dikurangisebagai digestate yang dihasilkan dari produksi biogas dapat menyebar pada bidangproduktif pada saat-saat tanaman membutuhkannya.

Gambar 3. Efek biogas pada sistem pertanian organik

Energi dari kotoranPeternakan (konvensional serta organik) meningkatkan gas efek rumah kaca

dengan menggunakan kotoran hewan untuk produksi biogas. Metana gas rumah kacayang dipancarkan oleh kotoran dan lumpur sekarang digunakan untuk menghasilkanenergi dan tidak lagi dipancarkan ke udara. Selain itu, pembangkit energimenyebabkan penghasilan tambahan tanpa mengurangi kemampuan pemupukankotoran itu.