• Teori di balik Biogas

    Biogas merupakan campuran beberapa gas dengan komposisi tertentu yang dihasilkan dari proses penguraian anaerobik suatu materi organik. Metana merupakan gas dengan komposisi terbesar, sekitar 50%-70% kemudian diikuti oleh Karbondiokasida sekitar 20%-50%. Komposisi biogas yang dihasilkan akan berbeda-beda tergantung dari sifat kimia dan fisika suatu materi organik beserta parameter reaksi yang lainnya (Svenskt Gastekniskt Center, 2012). Tabel 1 memperlihatkan komposisi kimiawi biogas.

    Tabel 1. Komposisi Kimiawi Biogas

    No Senyawa Simbol Kimia Persentase (%)
    1 Metana CH4 50-75
    2 Karbon dioksida CO2 25-45
    3 Uap Air H2O 2 (20°C) -7 (40°C)
    4 Oksigen O2 < 2
    5 Nitrogen N2 < 2
    6 Ammonia NH3 < 1
    7 Hidrogen H2 < 1

    Sumber: Al Seadi, et al. (2008)

    Hampir semua materi organik bisa memiliki potensi untuk menghasikan biogas, namun, hanya materi organik yang relatif mudah diurailah yang cocok dijadikan bahan asupan untuk produksi biogas (Drosg, et al., 2013). Setiap materi organik yang berbeda akan memberikan komposisi biogas yang berbeda pula, misalnya sampah makanan akan menghasilkan jumlah metana yang berbeda dibandingkan dengan jenis bahan asupan lainnya. Tabel 2memperlihatkan presentase metana yang terkandung dalam satuan unit biogas yang dihasilkan oleh beberapa jenis bahan asupan (materi organik).

    Tabel 2.Input Materi Organik, Jumlah Biogas dan Kandungan Metana

    No Input Volume biogas (L/kg) Kandungan metana (%)
    1 Kotoran sapi cair 25 60
    2 Kotoran babi cair 28 65
    3 Limbah cair nabati 40 61
    4 Kotoran sapi 45 60
    5 Kotoran babi 60 60
    6 Kotoran unggas 80 60
    7 Umbi-umbian 88 53
    8 Sampah organik 100 61
    9 Gandum 108 54
    10 Lobak 111 51
    11 Rumput 172 54
    12 Jagung 202 52

    Sumber: Al Seadi, et al. (2008)

    Faktanya, sampah makanan rumah tangga memiliki kelebihan tersendiri sebagai bahan asupan untuk produksi biogas. Sebagai contoh, kombinasi berbagai materi organik dalam sampah rumah tangga mampu memberikan efek sinergis kepada produksi biogas (Mata-Alvarez, 2000). Keberadaan multi substrat ini juga berpotensi meningkatkan keseimbangan nutrien dan mempertahankan pH (Murto, 2004). Ditambah lagi, sampah makanan mengandung kandungan lipid yang mampu menghasilkan biogas dengan kadar metana sebesar 70%-80% (Drosg, et al., 2013).

    Mekanisme Pembentukan Biogas

    Proses pembentukan biogas terbagi ke dalam dua tahap berbeda, yaitu tahap pembentukan asam dan pembentukan metana (Li, 2012). Tahap pertama adalah pembentukan senyawa asam dari tiga senyawa organik yaitu protein, lipid (lemak) dan selulosa (karbohidrat). Tahap pembentukan asam ini terdiri dari 3 sub tahap, hidrolisis, asidogenesis dan asetogenenis. Hidrolisis merupakan tahap pemecahan senyawa makromolekul (protein, lipid dan selulosa) menjadi senyawa yang lebih kecil. Asidogenesis adalah tahap mengubah senyawa yang lebih kecil tersebut menjadi asam karboksilat seperti asam propionat (asam propanoat), asam butirat (asam butanoat), asam valerat (asam pentanoat). Asetogenesis adalah proses pengubahan asam karboksilat tersebut menjadi asam karboksilat yang lebih pendek yaitu asam asetat. Tahap kedua adalah metanogenesis dimana asam asetat tersebut dikonversi menjadi metana dan karbondioksida (biogas). Gambar 1 merepresentasikan proses pembentukan biogas.

    diagram

    Gambar 1. Skema Pembentukan Biogas (Rajendran, et al., 2013)

    Keempat tahap tersebut dilakukan sebagian besar oleh bakteri. Bakteri tersebut tumbuh dengan mencerna materi bahan asupan dan melakukan proses metabolisme (katabolisme/anabolisme). Bakteri tersebut akan mengkonsumsi biomassa serta menyerap nutrien untuk tetap bertahan hidup. Salah satu residu dari proses metabolisme tersebut adalah metana. Gambar 2 menjelaskan skema dari metabolisme bakteri.

    bakteri

    Gambar 2. Skema Metabolisme Bakteri (Schnürer dan Jarvis, 2010)

     Setiap tahap dalam proses penguraian anaerobik memiliki jenis bakteri yang berbeda-beda. Bakteri tersebut secara spesifik akan mencerna jenis subtrat tertentu. Tabel 3 memperlihatkan jenis bakteri beserta subtrat yang dicernanya.

    Tabel 3. Bakteri yang Terlibat dalam Proses Pembentukan Biogas

    No Tahap Substrat Genus Sumber referensi
    1 Hidrolisis Polisakarida Bacteriodes, Clostridium, dan Acetivibrio (Cirne, et al., 2007)
    Protein Clostridium, Peptostreptococcus dan Bifidbacterium (Ramsay dan Pullammanappallil, 2001)
    Lemak Clostridium (Gupta, et al., 2004)
    2 Acidogenesis Glukosa, asam amino, alkohol Enterobacterium, Bacteriodes, Acetobacterium dan Eubacterium (Schnürer dan Jarvis, 2010)
    3 Acetogenesis Asam lemak, alkohol, beberapa jenis asam amino Syntrophomonas, Syntrophus, Clostridium, dan Syntrobacter (McInerney, et al., 2008)
    4 Metanogenesis Asam asetat Methanosaeta dan Methanosarcina (Garcia, et al.,

    2000)

    Hidrogen dan karbon diokasida Methanobacterium, Methanococcus, Methanogenium dan Methanobrevibacter

    Jenis substrat tertentu memiliki persamaan reaksi yang spesifik. Misalkan, reaksi penguraian karbohidrat akan menghasilkan glukosa dan dari penguraian glukosa akan menghasilkan etanol. Tabel 4 memperlihatkan contoh lebih lanjut terkait reaksi yang terjadi dalam proses pembentukan biogas.

    Tabel 4. Contoh Reaksi yang Terjadi pada Proses Pembentukan Biogas

    No Tahap Substrat Contoh reaksi
    1 Hidrolisis Polisakarida (C6H12O6)n à n C6H12O6
    2 Acidogenesis Glukosa, asam amino, alkohol C6H12O6 → C3H7COOH + 2CO2
    3 Acetogenesis Asam lemak, alkohol, beberapa jenis asam amino C3H7COOHà2CH3COOH + 2H2
    4 Metanogenesis Asam asetat CH3COOH àCH4+ CO2
    Hidrogen dan karbon diokasida CO2+ 4H2àCH4+ 2H2O

    Sumber: Gerardi (2003); Hartmann, et al. (2002); Sa’adah dan Winarti, 2010

    Referensi

    1. Svenskt Gastekniskt Center, 2012. Basic Data on Biogas. Malmo: Svenskt Gastekniskt Center.
    2. Al Seadi, T., Rutz, D., PrassL, H., Kottner, M., Finsterwalder, T., Volk, S. dan Janssen, R., 2008. Biogas Handbook. Esbjerg: University of Southern Denmark.
    3. Drosg, B., Braun, R., Bochmann, G. dan Al Seadi, T., 2013. Analysis and characterisation of biogas feedstocks. Dalam: A. Wellinger, J. Murphy dan D. Baxter, ed. 2013. The biogas handbook: Science, production and application. Cambridge: Woodhead Publishing Limited. pp. 52-84.
    4. Mata-Alvarez, J., Mace, S. dan Llabres, P., 2000. Anaerobic Digestion of Organic Solid Wastes. An Overview of Research Achievements and Perspectives. Bioresource Technology, 74., pp. 3-16.
    5. Murto. M., Bjornsson, L. dan Mattiasson, B., 2004. Impact of Food Industrial Waste on Anaerobic Co-digestion of Sewage sludge and pig manure. Journal of Environmental Management, 70, pp. 101–107.
    6. Li, C., 2012. Using anaerobic co-digestion with addition og municipal organic wastes and pre-treatment to enhance biogas production from wastewater treatment plant sludge. Ph.D. Queen’s University.
    7. Rajendran, K., Aslanzadeh. S., Johansson, F. dan Taherzadeh, M.J., 2013. Experimental and Economical Evaluation of A Novel Biogas Digester. Energy Conversion and Management, 74, pp. 183–191.
    8. Schnürer, A. dan Jarvis, A., 2001. Microbiological Handbook for Biogas Plants. Diterjemahkan dari bahasa Swedia oleh Vetter Group. Swedia: Avfall Sverige (Swedish Waste Management) and Swedish Gas Centre (SGC).
    9. Cirne, D.G., Lehtomäki, A., Björnsson, L. dan Blackhall, L.L., 2007. Hydrolysis and microbial community analysis in two-stage anaerobic digestion of energy crops. Journal23 of Applied Microbiology, 103, pp. 516-527.
    10. Ramsay, I.R. dan Pullammanappallil, P.C., 2001. Protein degradation during anaerobic waste waster treatment:deviation of stoichiometry. Biodegradation, 12, pp. 247-257.
    11. Gupta, R., Gupta, N. and Rathi, P., 2004. Bacterial lipases: and overview of production, purification and biochemical properties. Applied Microbiology Biotechnology, 64, pp. 763-781.
    12. McInerney, M.J., 1988. Anaerobic hydrolysis and fermentation of fats and proteins. Dalam: J.B. Zehnder, ed. 1988. Biology of Anaerobic Microorganisms. USA: John Wiley and Sons, Inc. pp. 373-415.
    13. Garcia, J. L., Patel, B.K.C. and Ollivier, B., 2000. Taxonomic, phylogenetic and ecological diversity of methanogenic archaea. Anaerobe, 6, pp. 105-226.
    14. Gerardi, M.H., 2003. The Microbiology of Anaerobic Digesters. Chichester: John Wiley & Sons.
    15. Hartmann, H. dan Ahring, B. K., 2005. Strategies for the anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste – An overview. Dalam: International Water Association, 4th International Symposium on Anaerobic Digestion of SolidWaste. Copenhagen, Denmark, 31 Agustus – 2 September. London: IWA Publishing.
    16. Sa’adah, N.R. dan Winarti, P., 2009. Pengolahan Limbah Cair Domestik Menggunakan Lumpur Aktif Proses Anaerob. S.T. Universitas Diponegoro.

     

     

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial