Digester Biogas

  1.  Desain / Rancangan Digester Biogas
Biogas yang dihasilkan dari bio-digesti tergantung pada komposisi substrat, jenis substrat, waktu retensi (fermentasi) dan kondisi biodigester. Komposisi rata-rata biogas dapat dilihat pada Tabel 3. Sebelum digunakan, komposisi biogas harus diketahui terlebih dahulu.  Hal ini karena adanya bahaya dari keberadaan hidrogen sulfida, terutama ketika biogas digunakan sebagai bahan bakar dalam mesin pembakaran internal [14]. H2S bersifat korosif sehingga dapat mengakibatkan karat pada peralatan logam.
Komposisi rata-rata biogas dari berbagai limbah / sisa organik
Tabel 3. Komposisi rata-rata biogas dari berbagai limbah / sisa organik [14].
Namun, pada tahun 2000, sekitar 90 % rumah tangga perkotaan di Ghana menggunakan peralatan masak dari tungku masak tradisional yang bukan terbuat dari logam [4], sehingga biogas yang diproduksi tidak memerlukan pemurnian. Hal ini karena gas hidrogen sulfida yang terdapat di biogas tidak memiliki efek negatif terhadap peralatan memasak mereka.
Digester biogas tipe kubah tetap Fixed dome digester 1. Mixing tank with inlet pipe. 2. Gasholder. 3. Digester. 4. Compensation tank. 5. Gas pipe.
Gambar 3. Digester biogas tipe kubah tetap Fixed dome digester 1. Mixing tank with inlet pipe. 2. Gasholder. 3. Digester. 4. Compensation tank. 5. Gas pipe.
Tiga tipe reaktor biogas yang telah dirancang, diuji dan disebarluaskan adalah fixed-domed (kubah tetap), floating drum (drum mengambang) dan Puxin digester [2]. Sebuah reaktor biogas tipe kubah tetap terdiri dari digester tertutup berbentuk kubah dengan pipa gas yang kaku dan dilengkapi dengan lubang perpindahan substrat atau biasa disebut tangki kompensasi. Gas akan terkumpul di bagian atas digester. Ketika produksi gas dimulai, slurry (bahan baku berbentuk seperti bubur) dipindahkan ke dalam tangki kompensasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3. Tekanan gas akan meningkat jika volume gas yang tersimpan bertambah. Hal ini ditandai dengan perbedaan ketinggian antara slurry di dalam digester tangki kompensasi [11]. Jika ada sedikit gas di gasholder (tabung gas), maka tekanan gas rendah.
Digester biogas tipe drum mengapung (Floating drum digester) 1. Mixing tank with inlet pipe. 2. Digester. 3. Compensation tank. 4. Gasholder. 5. Water jacket. 6. Gas pipe.
Gambar 4. Digester biogas tipe drum mengapung (Floating drum digester) 1. Mixing tank with inlet pipe. 2. Digester. 3. Compensation tank. 4. Gasholder. 5. Water jacket. 6. Gas pipe.
Reaktor biogas tipe Floating-drum (drum mengapung) terdiri dari digester bawah tanah dan tabung gas diatasnya yang dapat bergerak naik turun seperti ditunjukkan pada Gambar. 4. Gas dikumpulkan pada tabung gas, yang dapat naik atau turun, sesuai dengan jumlah gas yang tersimpan. Tabung gas dijaga supaya tetap tegak dan tidak miring menggunakan struktur kerangka yang berisi air (water jacket). Jika kadar gas di digester bertambah, maka tabung gas akan tertekan sehingga bergerak naik. Namun, jika kadar gas berkurang, maka tabung gas tersebut akan bergerak turun [12].
Puxin digester 1. Mixing tank with inlet pipe. 2. Digester. 3. Compensation tank. 4. Gasholder. 5. Gas pipe.
Gambar 5. Puxin digester 1. Mixing tank with inlet pipe. 2. Digester. 3. Compensation tank. 4. Gasholder. 5. Gas pipe.
Digester biogas Puxin adalah biogas digester dengan tekanan hidrolik. Digester ini terdiri dari tangki fermentasi yang dibangun dengan beton. Sebuah tabung gas dibuat dari serat gelas yang diperkuat plastik dan penutup outlet (saluran pembuangan) digester dibuat dari serat gelas yang diperkuat plastik atau beton. Tabung gas ini dipasang di atas digester. Tabung gas dan digester ditutup dengan air [2] seperti ditunjukkan pada Gambar. 5.
   2. Sumber Energi Biogas
Biogas merupakan jenis energi bersih dan terbarukan. Biogas dapat menambah daftar sumber energi konvensional. Biogas diproduksi melalui degradasi secara anaerobik yaitu proses yang sangat kompleks dan membutuhkan kondisi lingkungan tertentu serta berbagai populasi bakteri [8,14,15]. Proses fermentasi anaerob secara lengkap dan singkat ditunjukkan pada Tabel 4. Energi biogas memiliki beberapa keunggulan dibandingkan sumber energi lain. Keberhasilan penggunaan teknologi biogas tidak hanya dapat menghasilkan pembangkit energi dan bio-pupuk, tetapi juga menghasilkan manfaat sosial dan ekologi lainnya termasuk sanitasi, penghijauan dan pengurangan konsumsi bahan bakar dari minyak impor [16].
Degradasi anaerobik terhadap material organik
Tabel 4. Degradasi anaerobik terhadap material organik [13].
Substrat bahan baku untuk program biogas di Ghana telah diidentifikasi. Bahan baku biogas yang dinyatakan layak secara ekonomis meliputi enceng gondok, kotoran (feses), daun singkong, sampah perkotaan, limbah padat, residu (sisa) dan limbah pertanian.
Sapi, domba, kambing, babi dan unggas adalah ternak utama yang dikembangkan di Ghana. Industri unggas di Ghana merupakan industri unggas terbesar dan paling sukses [2]. Hewan ini dapat menghasilkan sejumlah besar pupuk kandang. Pupuk kandang merupakan substrat yang cocok untuk digesti anaerobik.  Selain itu, pupuk kandang juga merupakan substrat yang paling umum untuk produksi biogas dengan proses digesti anaerobik. Tabel 5 menunjukkan potensi biogas dari kotoran ternak dari berbagai daerah di Ghana pada tahun 2006.
Potensi biogas dari limbah organik yang dihasilkan ternak di Ghana pada tahun 2006
Tabel 5. Potensi biogas dari limbah organik yang dihasilkan ternak di Ghana pada tahun 2006  [2] [6] [17] [18].
Tabel 5 menunjukkan bahwa kotoran dari ternak yang diproduksi di Ghana menghasilkan sekitar 350 juta m3 biogas pada tahun 2006. Nilai kalor biogas adalah 22,5 MJ/m3 [14]. Dengan demikian, biogas yang diproduksi di Ghana dapat menghasilkan energi sekitar 7.875.000 GJ atau 2.100 GWh [6].
Hambatan yang dihadapi oleh Negara berkembang untuk menerapkan teknologi biogas adalah kurangnya sumber daya dan kemampuan untuk: (i) merencanakan dan menerapkan sistem pembuangan limbah, (ii) mengelola limbah cair dan padat, dan (iii) mengatasi masalah sanitasi, dimana perumahan sering dibangun terlebih dahulu sebelum sistem pembuangan dan kebutuhan infrastruktur lainnya terpenuhi [19]. Berdasarkan literatur [19,20], masalah limbah di Ghana juga merupakan akibat langsung dari berkembangnya penduduk perkotaan, perubahan pola produksi dan konsumsi, gaya hidup urban (perkotaan) dan industrialisasi. Penggunaan biogas dari Limbah Padat Kota (MSW) tidak dapat dilihat sebagai satu-satunya solusi untuk mengatasi masalah energi di seluruh negeri, tetapi bisa memperbaiki lingkungan melalui pengelolaan sampah yang benar, pelestarian air permukaan dan bawah tanah, penciptaan lapangan kerja, pengentasan kemiskinan dan pembangunan yang berkelanjutan [14].
Rata-rata limbah padat harian yang dihasilkan di Ghana mencapai 0,45 kg per kapita per hari [20]. Perkiraan populasi penduduk sebesar 22,9 juta pada tahun 2007 seperti dikutip dari Laporan Pembangunan manusia untuk tahun 2009 [30].  Dengan demikian, total MSW yang dihasilkan setiap tahunnya mencapai total 3,73 juta ton.
Setiap bahan organik dapat didegradasi untuk menghasilkan biogas [9,[11]]. Berdasarkan hal ini, maka proses degradasi bahan organik di TPA (Tempat Pembuangan Akhir) sama dengan proses pada reaktor biogas. Perbedaannya adalah bahwa produksi biogas dari digesti anaerobik yang berlangsung di dalam reaktor dapat dikendalikan dan prosesnya lebih cepat karena kondisinya diatur pada level optimal [19].
Studi yang dilakukan oleh Netherlands Development Organisation (SNV) telah menunjukkan bahwa Ghana memiliki potensi untuk membangun sekitar 278.000 [21] reaktor biogas di seluruh negeri.
3. Potensi Keuntungan dari Aplikasi Teknologi Biogas
3.1. Sektor Pertanian
Sektor pertanian Ghana telah memberikan kontribusi sangat besar terhadap pertumbuhan ekonomi. Sektor ini memberikan kontribusi sekitar 33,5% terhadap PDB dengan pertumbuhan tahunan 5,1% pada tahun 2008 [22] dengan mayoritas rumah tangga di Ghana bergantung pada pertanian. Sebagian besar pupuk kandang digunakan sebagai sumber utama pupuk pertanian. Laporan Tahunan Bank Ghana pada tahun 2008 menyebutkan bahwa GDP riil telah tumbuh sebesar 7,3% pada tahun 2008 atau berada di atas target yang telah ditetapkan, yaitu sebesar 7,0% dan 6,3% berhasil dicapai pada tahun 2007. Pertumbuhan ini didorong oleh peningkatan kinerja di sektor Pertanian dan Industri. Tingkat pertumbuhan di sektor pertanian meningkat dari 3,1% menjadi 4,9% pada tahun 2007, namun masih berada di bawah target yang ditetapkan, yaitu sebesar 5% [23].
Menurut peneliti [21], para petani di negara berkembang sangat membutuhkan pupuk untuk menjaga produktivitas lahan pertanian. Pada saat yang sama, ketersediaan nitrogen (N), kalium (K) dan fosfor (P) dalam bentuk bahan organik adalah sekitar delapan kali lebih tinggi dibandingkan kuantitas yang tersedia di pupuk kimia yang digunakan di negara berkembang. Ampas yang dihasilkan dari digester telah terbukti menjadi pupuk terbaik untuk pertanian. Ampas ini dapat menyediakan pupuk organik yang sangat bermanfaat dan memiliki kualitas yang tinggi bagi para petani [25]. Selain itu, ampas tersebut juga dapat digunakan sebagai alternatif pupuk kimia untuk pertanian [24]. Efek kumulatif dari penggunaan ampas biogas cair sebagai pupuk organik adalah dapat meningkatkan hasil produksi panen. Hal ini akhirnya dapat mengurangi impor pupuk kimia sehingga menambah tabungan untuk menjalankan kegiatan ekonomi lain yang nantinya juga akan dapat meningkatkan perekonomian Ghana.
3.2. Sektor Kesehatan
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, sekitar 87 % rumah tangga di Ghana menggunakan woodfuel sebagai sumber bahan bakar untuk memasak. Konsekuensi penggunaan Woodfuel adalah adanya paparan asap pada lingkungan indoor (di dalam ruangan/rumah) akibat pembakaran tidak sempurna. Hal ini dapat menyebabkan infeksi saluran pernapasan akut dan infeksi mata pada setiap penduduk, baik yang muda atau tua, sehingga dapat meningkatkan jumlah kematian bayi.
Penggunaan biogas sebagai bahan bakar untuk memasak dapat mengurangi paparan asap di dapur secara drastis. Hal ini dapat mengurangi jumlah penyakit yang diakibatkan oleh paparan asap, terutama bagi para wanita atau anak-anak.
Memasak menggunakan biogas jauh lebih mudah dibandingkan woodfuel. Hal ini karena mereka tidak perlu menjaga stabilitas kobaran api yang biasanya dilakukan dengan menambahkan woodfuel secara terus-menerus.
Kotoran (feses) manusia yang akan dijadikan pupuk pertanian harus melalui proses digesti bersama-sama dengan substrat organik lainnya sebelum diaplikasikan ke tanah pertanian. Jika kotoran tersebut digunakan secara langsung, maka akan dapat menyebarkan penyakit yang terdapat di feses tersebut.
Sebagian besar patogen yang terdapat di feses dapat menyebabkan gangguan pencernaan, seperti diare, muntah, dan kejang perut. Selain itu, pathogen tersebut juga dapat menyerang organ lain dan menimbulkan akibat yang parah [26].
3.3. Penciptaan Lapangan Kerja
Seperti yang dinyatakan sebelumnya, Ghana memiliki potensi untuk mendirikan sekitar 278.000 reaktor biogas. Hal ini dapat memberikan kesempatan besar untuk menciptakan lapangan kerja baik terampil maupun tidak terampil. Sebuah penyedia layanan Biogas, yaitu Biogas Technologies West Africa Limited (BTWAL)  memiliki 148 pekerja penuh waktu seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 2. Selain itu, bidang desain dan pembuatan peralatan konstruksi dan alat biogas juga dapat memberikan kesempatan bagi pencari kerja.
Institusi akademik juga mendapatkan peran di bidang penelitian dan pengembangan untuk meningkatkan kualitas sistem biogas yang sesuai di Ghana
Teknologi biogas juga akan membuka peluang kerja bagi tukang batu, tukang pipa, insinyur sipil dan agronomi, dimana mereka sering menjadi promoter paling efektif untuk aplikasi teknologi biogas [12].
Jika ada sepuluh penyedia layanan biogas saja, maka teknologi ini akan memberikan kontribusi besar terhadap penciptaan lapangan kerja.