Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak pemerintah Indonesia telah menerbitkan Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak.
Salah satu sumber energi alternatif adalah biogas dari kotoran ternak sapi; yaitu suatu energi yang dihasilkan dari proses biodegradasi dengan bantuan bakteri dalam kondisi anaerob pada material organik (kotoran sapi). Keuntungan yang didapat dari proses pemanfaatan kotoran sapi bagi pemilik peternakan sapi adalah menambah penghasilan dari penjualan pupuk organik dan menghemat pengeluaran biaya penggunaan listrik. Sebenarnya pemanfaatan kotoran sapi dapat memberikan nilai ekonomis yang lebih tinggi jika dilakukan dengan cara membangun Pembangkit Listrik TenagaBiogas (PLTBG).
Biogas
Biogas adalah suatu jenis gas yang bisa dibakar, yang diproduksi melalui proses fermentasi anaerobik bahan organik seperti kotoran ternak dan manusia, biomassa limbah pertanian atau campuran keduanya, didalam suatu ruang pencerna (digester). Komposisi biogas yang dihasilkan dari fermentasi tersebut terbesar adalah gas Methan (CH4) dan gas karbondioksida (CO2). Gas methan (CH4) yang merupakan komponen utama biogas merupakan bahan bakar yang berguna karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi,. Karena nilai kalor yang cukup tinggi itulah biogas dapat dipergunakan untuk keperluan sumber energi. Sistim produksi biogas juga mempunyai beberapa keuntungan seperti: (1) mengurangi pengaruh gas rumah kaca, (2) mengurangi polusi bau yang tidak sedap, (3) sebagai pupuk dan (4) produksi energi.
Karakteristik Kandungan Biogas
Untuk tulisan kali ini, ada baiknya kita bahas mengenai apa saja yang terkandung dalam biogas ini dan apa saja akibatnya terhadap sebuah system pembakitan listrik berbasis biogas ini. Adapun Biogas mengandung beberapa komponen yaitu :
CO2, sekitar 25% sampai 50% per volume, akibat yang ditimbulkan kandungan CO2 yaitu menurunkan nilai kalori, meningkatkan jumlah methane dan anti knock pada engine, menyebabkan korosi (kurangnya kandungan karbon acid) jika gas dalam keadaan basah, serta merusak alkali dalam baan bakar biogas ini.
H2S, sekitar 0 sampai 0,5%, akibat yang ditimbulkan kandungan H2S yaitu : mengakibatkan korosi pada peralatan dan system perpipaan (stress corrosion) oleh karena itu banyak produsen mesin menetapkan batas maksimal H2S yang terkandung hanya 0,05% saja.
NH3, sekitar 0-0,05%, emisi NOx setelah pembakaran merusak kandungan bahan bakar biogas ini, dan meningkatkan sifat anti-knock pada engine.
Uap air, sekitar 1-5%, dapat menyebabkan korosi, resiko pembekuan, pada peralatan, instrument, plant dan system perpipaan.
Debu/ Dust, sekitar >5µm, mengakibatkan terhalangnya nozzle, dan kandungan biogas.
N2, sekitar 0-5%, akibat yang ditimbulkan yaitu mengurangi kandungan nilai kalori, dan meningkatkan anti-knock pada engine.
Siloxanes, sekitar 0-5mg m-3 , mengakibatkan terjadinya abrasive dan kerusakan pada mesin.
Sistem Produksi Biogas
Sistem produksi biogas dibedakan menurut cara pengisian bahan bakunya, yaitu pengisian curah dan pengisian kontinyu.
- Pengisian Curah
Sistem Pengisian Curah (SPC) adalah cara pengantian bahan yang dilakukan dengan mengeluarkan sisa bahan yang sudah dicerna dari tangki pencerna setelah produksi biogas berhenti, dan selanjutnya dilakukan pengisian bahan baku yang baru. Sistem ini terdiri dari dua komponen,yaitu tangki pencerna dan tangki pengumpul gas. Untuk memperoleh biogas yang banyak, sistem ini perlu dibuat dalam jumlah yang banyak agar kecukupan dan kontinyuitas hasil biogas tercapai.
- Pengisian Kontinyu
Sistem Pengisian Kontinyu (SPK) adalah bahwa pengisian bahan baku kedalam tangki pencerna dilakukan secara kontinyu (setiap hari) tiga hingga empat minggu sejak pengisian awal, tanpa harus mengelurkan bahan yang sudah dicerna. Bahan baku segar yang diisikan setiap hari akan mendorong bahan isian yang sudah dicerna keluar dari tangki pencerna melalui pipa pengeluaran. Keluaran biasanya dimanfaatkan sebagai pupuk kompos bagi tanaman, sedang cairannya sebagai pupuk bagi pertumbuhan algae pada kolam ikan. Dengan SPK, gas bio dapat diproduksi setiap hari setelah tenggang 3 - 4 minggu sejak pengisian awal. Penambahan biogas ditunjukkan dengan semakin terdorongnya tangki penyimpan keatas (untuk tipe floating dome). Sedangkan untuk digester tipe fixed dome pernambahan biogas ditunjukkan oleh peningkatan tekanan pada manometer. Sampai pada tinggi tertentu yang dianggap cukup, biogas dapat dipakai seperlunya secara efisien.
Teknologi Biogas
Teknologi biogas adalah proses penguraian limbah ternak oleh bakteri anaerob (bakteri Aceton dan Metan) dalam suatu tangki pencerna (digester). Dari proses tersebut dihasilkan gas bio dan pupuk slurry. Bahan bangunan yang dipakai adalah material setempat, yang sebagian besar terdiri dari pasangan batu kali, pasangan batu bata, serta beton.
Bangunan yang diperlukan dalam proses bio digester adalah:
- Bak Pemasukan (inlet)
Bak yang berguna sebagai penampung kotoran dan air kencing ternak (sapi) sebelum dimasukkan di dalam digester. Bak pemasukan ini dilengkapi dengan penyaring agar sisa rumput atau benda lain yang tidak dikehendaki masuk ke dalam digester dapat tersaring dan dibersihkan.
- Digester
Digester adalah bangunan ruangan (tandon) sebagai tangki pencerna untuk memproses limbah organik misalnya kotoran sapi, air kencing dan air, sebagai tempat bakteri anaerob menguraikan limbah isian tersebut selama waktu tertentu. Dari proses fermentasi limbah tersebut akan menghasilkan gas bio, serta slurry (sisa keluaran setelah di proses sebagai pupuk organik) yang siap pakai dengan unsur hara yang tinggi.
Gas bio adalah campuran gas yang terdiri dari bermacam-macam gas, antara lain : CH4 (methana) sebagai unsur utama , CO2, dan gas-gas lainnya yang kandungannya sangat sedikit. Dari proses permentasi limbah tersebut akan mengeluarkan sisa yang bernama slurry dimana slurry mengandung unsur-unsur : N, P, K, Ca, Mg, yang sangat dibutuhkan sebagai pupuk bagi tanaman.
- Bak Pengeluaran
Bak Pengeluaran adalah bak sebagai tampungan limpahan slurry dari digester dan bila telah penuh menuju ke bak penampungan slurry.
- Bak Penampung Slurry
Bak ini berfungsi sebagai tempat menampung slurry luapan dari Bak Pengeluaran. Slurry di Bak Penampungan digunakan untuk menyaring/memisahkan slurry cair untuk dikeringkan sehingga ringan pengangkutannya, mudah dikemas dalam plastik untuk dijual. Dalam keadaan basah/ cair kandungan unsur haranya sangat tinggi. Penggunaan pupuk dalam keadaan basah/cair sangat dianjurkan sehingga tidak perlu melalui penyaring ini.
- Bak Pengencer Slurry
Bak pengencer Slurry ini digunakan untuk menambah kandungan oksigen yaitu secara aerasi dan bisa diencerkan dengan tambahan air sehingga bisa dimanfaatkan untuk ternak lele.
Proses Terjadinya Gas Bio dan Manfaatnya
Kotoran sapi yang dicampur dengan air kencing/air dicampur dalam bak pemasukan (inlet) selanjutnya disebut manure, masuk ke digester. Kandungan metan dalam biogas kurang lebih 60 % dan gas bio yang terbentuk. Gas metan (CH4) ini yang digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan sehari-hari,. Produksi gas bio menurut Nurhasanah (2007) satu ekor sapi untuk suhu (23-32) °C antara (600-1.000) liter biogas/hari. Untuk 15 ekor sapi gas- bio yang dihasilkan 9000-15000 liter/hari. Sisa dari proses tersebut di atas keluarlah slurry cair yang merupakan pupuk organik yang mengandung unsur makro yang dibutuhkan tanaman.
Kaji Teoritik Sistem Konversi Energi
Perubahan biogas menjadi energi listrik dilakukan dengan memasukkan gas dalam tabung penampungan kemudian masuk ke conversion kit yang berfungsi menurunkan tekanan gas dari tabung sesuai dengan tekanan operasional mesin dan mengatur debit gas yang bercampur dengan udara didalam mixer, dari mixer bahan bakar bersama dengan udara masuk kedalam mesin dan terjadilah pembakaran yang akan menghasilkan daya untuk menggerakkan generator yang menghasilkan energi listrik. Karakterisrik pembakaran yang terjadi pada mesin diesel berbeda dengan pembakaran pada mesin bensin.
Karakteristik Pembakaran Biogas Didalam Mesin Diesel
Bahan bakar biogas membutuhkan rasio kompresi yang tinggi untuk proses pembakaran sebab biogas mempunyai titik nyala yang tinggi 645 0C – 750 0C dibandingkan titik nyala solar 220 0C, maka mesin diesel umumnya digunakan secaradualfuel dengan rasio kompresi sekitar 15 – 18. Proses pembakaran pada mesin dualfuel, bahan bakar biogas dan udara masuk ke ruang bakar pada saat langkah hisap dan kemudian dikompresikan didalam silinder seperti halnya udara dalam mesin diesel biasa. Bahan bakar solar dimasukkan lewat nosel pada saat mendekati akhir langkah kompresi, dekat titik mati atas (TMA) sehingga terjadi pembakaran.
Temperatur awal kompresi tidak boleh lebih dari 80 0C karena akan menyebabkan terjadinya knocking dan peristiwaknocking yang terjadi pada mesin dualfuel hampir sama dengan yang terjadi pada mesin bensin, yaitu terjadinya pembakaran yang lebih awal akibat tekanan yang tinggi dari mesin diesel. Hal ini disebabkan karena bahan bakar biogas masuk bersama-sama dengan udara ke ruang bakar, sehingga yang dikompresikan tidak hanya udara tapi juga biogas.
Karakteristik Pembakaran Biogas Di Dalam Mesin Bensin
Mesin bensin dengan rasio kompresi yang hanya berkisar antara 6 – 9,5 tidak cukup untuk melakukanpembakaran biogas karena titik nyala biogas yang tinggi 645 0C - 750 0C, untuk itu dilakukan penambahan rasio kompresi mesin menjadi 10 – 12. Proses pembakaran biogas sama seperti pada mesin bensin normal, yaitu biogas dan udara masuk ke ruang bakar dan pada akhir langkah kompresi terjadi pembakaran, pembakaran ini terjadi karena bantuan loncatan bunga api dari busi.
Pemilihan Mesin Penggerak
Berdasarkan hasil survey lapangan bahwa mesin yang dapat digunakan untuk mesin penggerak generator PLTBG adalah mesin diesel dan bensin. Di pasaran untuk mesin bensin harganya jauh lebih mahal dari mesin diesel dengan daya yang sama dan untuk daya yang besar hanya mesin diesel yang dapat digunakan sebab tidak adanya mesin bensin dengan daya besar di pasaran. Penggunaan kedua jenis mesin tersebut dalam kenyataannya menghasilkan efisiensi yang rendah sehingga perlu adanya modifikasi.
Modifikasi yang perlu dilakukan untuk mengubah mesin diesel menjadi mesin berbahan bakar biogas adalah dengan cara menambahkan conversion kit dan mixer. Fungsi conversion kit adalah untuk mengatur debit dan menurunkan tekanan aliran bahan bakar sesuai dengan tekanan operasional yang diinginkan sedangkan mixer berfungsi sebagai pencampur bahan bakar dengan udara. Pemasangan mixer terletak pada saluran masuk udara dan conversion kit terpasang antaramixer dan tabung gas (Gas holder). Sistem modifikasi ini menggunakan sistem dualfuel yaitu mesin menggunakan dua bahan bakar yang dilakukan secara bersamaan dengan komposisi 20% solar dan 80% biogas . Hal ini dilakukan karena titik nyala pembakaran biogas sangat tinggi yaitu sekitar 645°C-750°C.
Modifikasi mesin bensin hampir sama dengan mesin diesel yaitu dengan cara menambah Conversion kit dan mixer. Perbedaannya adalah pada mesin bensin bahan bakar biogas dapat digunakan 100%, hal ini dikarenakan adanya busi sehingga bahan bakar biogas akan cepat terbakar. Pemasangan mixer terletak antara saringan udara dan karburator, sedangkan Conversion kit terpasang antara mixer dan tabung gas (gas holder). Perkiraan biaya untuk pembelian Conversion kit dan mixer yaitu sekitar Rp. 4.800.000,00 untuk kondisi alat baru.
Perhitungan Ekonomi PLTBG
Perhitungan ekonomi penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) untuk peternakan sedang dan besar dengan pemakaian mesin diesel dan bensin , dan dibandingkan dengan keuntungan listrik yang dihasilkan yang disesuaikan dengan tarif dasar listrik PLN.
Tabel 1. Daya Listrik Yang Dapat Dihasilkan Dari Peternakan Sedang Dan Besar
PETERNAKAN SEDANG
|
PETERNAKAN BESAR
| |
Jumlah Sapi (ekor)
|
60
|
300
|
Biogas yang dihasilkan (m³/ekor/hari)
|
0,94
|
0,94
|
Biogas yang dihasilkan dari peternakan (m³/ hari)
|
70,5
|
282
|
Daya yang dihasilkan (kW)
|
3,05
|
15,27
|
Energi yang dihasilkan (kWh)
|
73,2
|
366,5
|
Tabel 2. Perkiraan Biaya Investasi Pltbg Pada Peternakan Sedang dan Besar
PETERNAKAN SEDANG
|
PETERNAKAN BESAR
| |||
Mesin Bensin (3 KW)
|
Mesin Diesel (3KW)
|
Mesin Bensin
|
Mesin Solar (15KW)
| |
Harga Mesin
|
8.000.000,00
|
2.500.000,00
|
TDK ADA
|
51.500.000,00
|
Conversion+Mixer
|
4.800.000,00
|
4.800.000,00
|
4.800.000,00
| |
Total Investasi (Rp)
|
12.800.000,00
|
7.300.000,00
|
56.300.000,00
| |
Tabel 3. Perkiraan Biaya Operasi Pltbg Pada Peternakan Sedang dan Besar
PETERNAKAN SEDANG
|
PETERNAKAN BESAR
| |||
Mesin Bensin (3 KW)
|
Mesin Diesel (3KW)
|
Mesin Bensin
|
Mesin Solar (15KW)
| |
Kebutuhan Bahan Bakar Selain Biogas/Thn
|
TDK ADA
|
2.891.000
|
Tdk Ada
|
13.008.600
|
Perawatan Rutin/Thn
|
400.000
|
125.000
|
2.575.000
| |
Biaya Operasional Mesin/Thn
|
7.300.000
|
7.300.000
|
7.300.000
| |
Total Operasi (Rp)
|
7.700.000
|
10.316.000
|
22.883.600
| |
Biaya investasi dari mesin diesel lebih kecil dari pada mesin bensin, sehingga mesin diesel lebih menguntungkan dari segi ekonomi. Di lain sisi dari aspek perawatan mesin diesel dan mesin bensin dapat dikatakan sebanding dan membutuhkan biaya yang relatif sama. Dilihat dari aspek operasi mesin diesel lebih mudah, mempunyai umur operasi yang lama dan menggunakan sedikit bahan bakar untuk penyediaan daya yang sama dibandingkan dengan mesin bensin. Hal ini dapat dijadikan alasan bahwa mesin diesel lebih menguntungkan sebagai mesin penggerak pada PLTBG.
Keuntungan dari membangkitkan listrik dari PLTBG adalah energi listrik yang dapat hasilkan dikalikan dengan harga listrik yang harus dibayar pemakai jika menggunakan listrik dari PLN. Harga listrik Rp. 545/kWh dan biaya beban Rp. 30.000,00/kVA. Nilai rupiah yang dapat dihasilkan dari membangkitkan listrik dari biogas pada peternakan sedang dengan daya 3 kW (4 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan tiap hari 24 jam adalah Rp. 15.762.600,00.
Analisa ekonomi pembangkit listrik tenaga biogas dengan mesin penggerak dari mesin diesel untuk peternakan skala sedang, jika bunga investasi untuk kredit dari bank 19 % adalah :
Total investasi = Rp. 7.300.000,00 + Rp. 7.300.000,00 x 19% = Rp. 8.687.000,00
Umur teknis ekonomis 10 Tahun
Depresiasi = Rp. 8.687.000,00 / 10 = Rp. 868.700,00
Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional = Rp. 15.762.600,00 +Rp. 868.700,00 – Rp. 10.316.000,00 = Rp. 6.220.400,00
IRR(Initial Rate of Return) = 72 %
NPV (Net Present Value) = Rp. 15.726.618,00
BCR (Benefit Cost Ratio ) = 1,45
PB ( Pay back) = 1 tahun 5 bulan
Nilai rupiah yang dapat dihasilkan, sesuai harga listrik dari PLN, dari membangkitkan listrik dengan biogas pada peternakan besar dengan daya 15 kW (19 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan tiap hari 24 jam adalah Rp. 78.453.000,00. Jika bunga investasi untuk kredit dari bank 19 % maka analisa pembangkit listrik tenaga biogas untuk peternakan skala besar adalah
Total investasi = Rp. 56.300.000,00 + Rp. 56.300.000,00 x 19%
= Rp. 66.997.000,00
Umur teknis ekonomis 10 Tahun
Depresiasi = Rp. 66.997.000,00 / 10 = Rp. 6.699.700,00
Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional = Rp. 78.453.000,00 + Rp. 6.699.700,00 – Rp. 22.883.600,00 = Rp. 61.537.200,00
IRR(Initial Rate of Return) = 93 %
NPV (Net Present Value) = Rp. 170.743.335,00
BCR (Benefit Cost Ratio ) = 2,87
PB ( Pay back) = 1 Tahun 1 Bulan
Kesimpulan
PLTBG adalah instalasi pembangkit listrik dengan pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar yang dapat diperbaharui. Kotoran sapi sebagai media penghasil biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar PLTBG sehingga mengurangi pencemaran lingkungan dan efek rumah kaca. Jawa Tengah dengan kapasitas peternakan yang besar mempunyai potensi yang cukup baik untuk pembangunan PLTBG. PLTBG dapat dibangkitkan dengan penggunaan motor bakar berbahan bakar biogas tetapi mesin berbahan bakar biogas di Indonesia belum ada. Mesin diesel dan bensin secara teknis dapat digunakan sebagai penggerak generator PLTBG tetapi efisiensinya yang dihasilkan rendah sehingga perlu dilakukan modifikasi.Pemilihan mesin dalam penulisan ini untuk menghasilkan efisiensi maksimal dari mesin dengan memodifikasi mesin berbahan bakar diesel dan bensin. Berdasarkan hasil analisa mesin diesel dan bensin memerlukan penambahan conversion kit dan mixer. Conversion kit berfungsi mengatur debit bahan bakar supaya mengalir konstan dan penambahan mixer bertujuan untuk pencampur biogas dengan udara. Mesin diesel yang dimodifikasi ini menggunakan system dualfuel engine dimana bahan bakar solar digunakan bersama-sama dengan biogas, dengan komposisi sekitar 20 % solar dan 80% biogas. Mesin bensin dapat menggunakan 100% biogas untuk bahan bakar. Energi biogas dapat dimanfaatkan secara optimal dengan cara teringrasi dan penggunaan pada kegiatan-kegiatan yang produktif. Sehingga pemanfaatan energi biogas dapat memberikan dampak yang lebih luas dan dapat meningkatkan produktivitas, efisiensi serta nilai tambah pada produk.
sumber:http://dodymisa.blogspot.co.id/2015/05/pembangkit-listrik-tenaga-biogas-pltbg.html
Tidak ada komentar:
Posting Komentar