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
5/27/2018 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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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,
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
13/75
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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,
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4.3. BIOGASPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX135Modul Pelatihan Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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.
5/27/2018 Energi Biomassa
17/75
Gambar 4.6.Balloon Plant
Gambar 4.7. DigesterSumber foto: DEPTAN 2010
4.3. BIOGASPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX137Modul Pelatihan Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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)
5/27/2018 Energi Biomassa
19/75
138
MODUL
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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.
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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)
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
29/75
MODUL
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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:
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
31/75
PENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX145Modul Pelatihan Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
Andaikan kadar gulanya 10%, efisiensi
hidrolisisnya 95%, dan kadar etanol yang
5/27/2018 Energi Biomassa
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$/barel diasumsikan bioethanol
dapat bersaing dengan BBM. Biaya
tersebut sudah termasuk biaya investasipengolahan limbah dan pembangkit
listrik. Untuk memperoleh biaya produksi
ethanol selain biaya investasi juga
harus diperhitungkan biaya operasi dan
perawatan termasuk biaya bahan baku.
Parameter lain yang diperhitungkan ialah
umur dari bioethanol plant adalah 25
tahun, dengan lamanya operasi dalam
satu tahun sebesar 350 hari,bunga bank
12% per tahun.
Dengan harga Ethanol di tingkat pabrik
sebesar Rp. 2612 per liter adalah layak
secara ekonomi, tetapi harga diatas belum
memperhitungkan pajak alcohol yang
cukup tinggi dan penggunaannya sebagai
bahan bakar belum diatur dalam undangundang
atau peraturan dibawahnya.
Selain itu ada beberapa parameter yang
perlu diperhitungkan yaitu pertama, harga
ubi kayu yang dapat berubah setiap saat,
terutama bila bersaing dengan pabriktepung, atau pada saat musim kemarau
yang berkepanjangan sehingga produksi
menurun sedangkan ubi kayu yang ada
menjadi makanan pokok masyarakat.
Kedua, proses pembuatan bio-ethanol
membutuhkan jenis energy lain seperti
solar, kayu bakar dan lain-lain, sehingga
5/27/2018 Energi Biomassa
34/75
perlu dilakukan perhitungan neraca
energi secara cermat untuk melihat
potensi substitusi yang sebenarnya
terhadap BBM, serta perlu dicari jenis
energi terbarukan lainnya yang dapat
menggantikan penggunaan BBM di pabrikethanol.
Tabel 4.8. menunjukkan rincian biaya
investasi Pabrik bio-ethanol yang
berkapasitas 60 kl/hari menggunakan
Bahan Baku Ubi Kayu.
Tabel 4.8. Rincian Biaya Investasi Pabrik
Bio-Ethanol Anhydrous dengan Kapasitas
60 KL/HariNo Parameter Nilai (US$)
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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.
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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.
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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
4.5. BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX153Modul Pelatihan Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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
5/27/2018 Energi Biomassa
44/75
4. Lubangi plat (f) pada pusat lingkaran
sesuai dengan diameter pipa besi, lalu
sambung pipa besi pada plat (f) tepat
ditengah lingkaran
4.5. BRIKET DAN KOMPOR BIOMASSAPENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX155Modul Pelatihan Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
46/75
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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.
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
49/75
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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.
5/27/2018 Energi Biomassa
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.
PENDAHULUAN PENGANTAR ET SURYA ANGIN BIIOMASSAMIKROHIDRO APPENDIX163Modul Pelatihan Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi 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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
4ENERGI BIOMASSAModul Pelatihan Energi Terbarukan
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 (
5/27/2018 Energi Biomassa
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
5/27/2018 Energi Biomassa
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
Top Related