SAMPAH ORGANIK BANTARGEBANG SEBAGAI SUMBER BIOGAS INDONESIA

SAMPAH ORGANIK BANTARGEBANG SEBAGAI SUMBER BIOGAS INDONESIA.

Semoga karya tulis ini bisa bermanfaat untuk kehidupan masyarakat Indonesia dalam menghadapi krisis energi akhir-akhir ini. Kritik dan saran kami harapkan untuk menjadi motivasi kami dalam pembuatan karya tulis yang selanjutnya.

PENDAHULUAN

Krisis energi yang melanda negeri ini diperkirakan masih akan berlangsung beberapa tahun ke depan. Di tengah persoalan tersebut, pengembangan energi baru dan terbarukan menjadi solusi alternatif. Pemerintah telah mengeluarkan Blue Print Pengelolaan Energi Nasional Periode 2005--2025 yang merupakan penjabaran dari Kebijakan Energi Nasional (Peraturan Presiden No.5 Tahun 2006). Dalam cetak biru itu, peranan energi baru dan terbarukan ditargetkan meningkat menjadi 4,4% pada tahun 2025. Kelangkaan sumber-sumber energi seperti gas elpiji dan berkurangnya debit air akibat musim kemarau di waduk-waduk pembangkit listrik membuat Pembangkit Listrik Tenaga Air kurang berfungsi dan menyebabkan pemadaman listrik bergilir di beberapa daerah. Hal ini tentu saja akan merugikan masyarakat yang kegiatan sehari-harinya menggunakan listrik. Fenomena-fenomena tersebut dapat terjadi karena sampai sekarang pemerintah dan masyarakat pada umumnya terkesan masih mengabaikan keberadaan bioenergi atau sumber energi baru yang berpotensi sangat besar untuk dikembangkan. Pengembangan bioenergi seperti biogas merupakan salah satu langkah untuk mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap sumber-sumber energi yang tidak dapat diperbaharui, misalnya Bekasi yang salah satu kotanya yakni Bantargebang dijadikan sebagai Tempat Pembuangan Akhir Sampah. Hal ini tentu saja membuat Bekasi kaya akan sampah organik yang merupakan salah satu bahan baku biogas. 

Pemanfaatan bioenergi sebagai sumber energi alternatif khususnya biogas di Indonesia merupakan langkah yang tepat untuk mengurangi ketergantungan terhadap gas elpiji yang harganya mahal dan keberadaannya yang langka di masyarakat. Selain itu, biogas juga bisa menghasilkan energi listrik yang cukup besar. Pengembangan biogas di daerah-daerah yang berpotensi untuk memproduksinya khususnya Bekasi dengan Tempat Pembuangan Akhir Sampah yang berlokasi di Bantargebang merupakan suatu langkah untuk membuka lapangan kerja baru dan sekaligus untuk mengurangi jumlah sampah, khususnya sampah organik.

TINJAUAN PUSTAKA

Karakteristik Biogas

Biogas didefinisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan-bahan organik (seperti kotoran hewan, kotoran manusia, jerami, sekam, dan daun-daun hasil sortiran sayur) difermentasi atau mengalami proses metanisasi. Biogas terdiri dari campuran metana (50--75%), CO₂ (25--45%), serta sejumlah kecil H₂, N₂, dan H₂S. Berikut adalah tabel 1. yang berisi komposisi biogas

Tabel 1. Komposisi Biogas

Komponen	Konsentrasi
Metana	50-75% vol.
Karbon Dioksida	25-45% vol.
Air	2-7% vol. (20-40o C)
Hidrogen sulfida	20-20.000 ppm
Nitrogen	< 2% vol.
Oksigen	< 2% vol.
Hidrogen	< 1% vol.

Dalam aplikasinya, biogas digunakan sebagai gas alternatif untuk memanaskan dan menghasilkan energi listrik. Kemampuan biogas sebagai sumber energi sangat tergantung dari jumlah gas metana. Setiap 1 m³ metana setara dengan 10 kwh. Nilai ini setara dengan 0,6 fuel oil. Sebagai pembangkit tenaga listrik, energi yang dihasilkan oleh biogas setara dengan 60—100 watt lampu selama enam jam penerangan. Berikut adalah Tabel 2. yang berisi nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkannya.

Tabel 2. Nilai kesetaraan biogas dan energi yang dihasilkannya

Aplikasi	1 m3 Biogas Setara dengan
Penerangan	60—100 watt lampu bohlam selama enam jam
Memasak	Dapat memasak tiga jenis bahan makanan untuk keluarga (5—6 orang)
Pengganti Bahan Bakar	0,7 kg minyak tanah
Tenaga	Dapat menjalankan satu motor tenaga kuda selama dua jam
Pembangkit Tenaga Listrik	Dapat menghasilkan 1,25 kwh listrik

Sumber Bahan Baku Biogas

Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara). Pada umumnya, semua jenis bahan organik yang diproses untuk menghasilkan biogas, tetapi hanya bahan organik yang padat dan cair homogen, seperti kotoran urin hewan ternak yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Diperkirakan ada tiga jenis bahan baku yang prospektif untuk dikembangkan sebagai bahan baku biogas di Indonesia, antara lain kotoran hewan dan manusia, sampah organik, dan limbah cair.

Kotoran Hewan dan Kotoran Manusia

Berdasarkan hasil estimasi, seekor sapi dalam satu hari dapat menghasilkan kotoran sebanyak 10—30 kg. Seekor ayam meghasilkan 25 g/hari, dan seekor babi dewasa dengan berat 4,5--5,3 kg/hari. Berdasarkan hasil riset yang pernah ada diketahui bahwa setiap 1 kg kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter biogas dan 20 kg kotoran babi dewasa bisa menghasilakan 1,379 liter biogas.

Gambar 1.1 Kotoran sapi bisa dijadikan sebagai penghasil biogas

Sampah Padat Organik

Secara garis besar sampah dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu anorganik, organik, dan khusus. Sampah organik berasal dari bahan-bahan penyusun tumbuhan dan hewan yang diambil dari alam atau dihasilkan dari kegiatan pertanian, perikanan, kegiatan rumah tangga, industri atau kegiatan lainnya ( sampah dapur, sisa sayuran, kulit buah, buah busuk, kertas, daun-daunan, jerami, dan sekam). Sampah organik ini dengan mudah dapat diuraikan dalam proses alami.

Gambar 1.2 sampah padat organik

Berdasarkan hasil penelitian, pembuatan biogas dari sampah organik menghasilkan biogas dengan komposisi metana 51,33--58,58% dan gas CO₂ 41,82--48,67%. Percampuran sampah organik tersebut dengan kotoran hewan dapat meningkatkan komposisi metana dalam biogas.

Limbah Organik Cair

Limbah cair merupakan sisa pembuangan yang dihasilkan dari suatu proses yang sudah tidak dipergunakan lagi. Kegiatan-kegitan yang berpotensi sebagai penghasil limbah cair antara lain kegiatan industri, rumah tangga, peternakan, dan pertanian. Saat ini, kegiatan rumah tangga mendominasi jumlah limbah cair dengan persentase sekitar 40% dan diikuti oleh limbah industri 30% dan sisanya limbah rumah sakit, pertanian, peternakan, atau limbah lainnya.

Komponen utama limbah cair adalah air (90%), sisanya yaitu bahan padat yang bergantung pada asal buangan tersebut. Tidak semua limbah cair dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku penghasil biogas. Limbah tersebut antara lain urin hewan ternak, limbah cair rumah tangga, dan limbah cair industri seperti industri tahu, tempe, tapioka, brem, dan rumah potong hewan. Pengolahan limbah cair untuk biogas dilakukan dengan mengumpulkan limbah cair dalam digester anaerob yang diisi dengan media penyangga yang berfungsi sebagai tempat melekatnya bakteri anaerob.

Manfaat Biogas

Pemanfaatan kotoran ternak atau manusia sebagai bahan baku biogas akan mengatasi beberapa masalah yang ditimbulkan kotoran tersebut bila dibandingakn dengan limbah hanya dibiarkan menumpuk tanpa pengolahan. Kotoran hewan yang menumpuk dapat mencemari lingkungan. Jika kotoran tersebut terbawa air masuk ke dalam tanah atau sungai akan mencemari air tanah dan air sungai. Selain itu, kotoran tersebut juga dapat membahayakan kesehatan manusia karena mengandung racun dan bakteri-bakteri patogen seperti E.coli. Limbah yang menumpuk dapat menyebabkan polusi udara, berupa bau yang tidak sedap, 
menyebabkan penyakit pernapasan (ISPA), terganggunya kebersihan lingkungan, dan dapat menimbulkan efek rumah kaca yang ditimbulkan oleh gas metana.

Penerapan biogas juga memberikan dampak terhadap perkembangan peternakan di Indonesia, yaitu dapat meningkatkan jumlah petani serta peternak dan secara otomatis meningkatkan populasi ternak. Selain itu, peternak dapat memasak dengan murah, bersih, ramah lingkungan, mendorong kelestarian alam, meningkatkan produksi ternak, menghemat devisa negara, dan mendukung perbaikkan ekonomi masyarakat.

Selain itu limbah hasil pembuatan biogas tidak dibuang begitu saja tetapi dibuat pupuk yang kaya akan nutrisi.

Gambar 1.3 Pupuk cair dari Biogas

PEMBAHASAN

Potensi Bantargebang Sebagai Penghasil Biogas Indonesia

Kelimpahan Sampah Organik di Bantargebang

Potensi sampah di Bekasi sangat besar, khusus untuk sampah rumah tangga, jumlah sampah yang diproduksi warga Jakarta mencapai 5.000 ton dan 600 ton di antaranya sampah rumah tangga. Dengan rincian, 70 persen sampah organik, dan 30 persennya sampah anorganik.

Kerja Sama antara Pemerintah Bekasi dan Jakarta

Pemerintah DKI Jakarta membuka investasi untuk pengelolaan sampah, termasuk pembuatan instalasi pembangkit listrik tenaga sampah senilai Rp800 miliar hingga Rp1,3 triliun. Proyek berjangka 15 tahun tersebut akan dimulai Desember mendatang.

Tidak Menghasilkan Limbah Produksi

Sisa produksi biogas tidak hanya dibuang begitu saja tetapi diproses menjadi pupuk yang kaya akan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman, seperti protein, selulose, lignin, dan lain-lain tidak bisa digantikan oleh pupuk kimia. Pupuk organik dari biogas telah dicobakan pada tanaman jagung, bawang merah dan padi.

Proses pembuatan pupuknya pun tidak rumit, yaitu hanya dikeringkan di bawah terik matahari selama beberapa hari tanpa harus menambahkan bahan-bahan lain.

Generator Synchron

Konstruksi Generator Sinkron
Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron (seperti telah dibahas di sini). Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitkannya GGL arus bola-balik.

Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem “brushless excitation”.

Bentuk Penguatan

Seperti telah diuraikan diatas, bahwa untuk membangkitkan fluks magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron. Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator Hydroelectric (Pembangkit listrik tenaga air), maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri tetapi dengan “Pilot Exciter” sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanent (magnet tetap).


Gambar 1. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter”.


Gambar 2. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System”.

Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor.

Ada dua tipe sistem penguatan “Solid state”, yaitu:
• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor melalui Slipring.
• “Brushless System”, pada sistem ini penyearah dipasangkan diporos yang berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slip-ring.

Bentuk Rotor

Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder gambar 3a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti Hydroelectric atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub menonjol gambar 3b.


Gambar 3a. Bentuk Rotor kutub silinder.


Gambar 3b. Bentuk Rotor kutub menonjol.


Bentuk Stator

Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik , seperti telah dibahas di sini, yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi.


Gambar 4. Inti Stator dan Alur pada Stator

Gambar 4 memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa, ada dua tipe yaitu :
a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).

Bentuk Stator Satu Lapis
Gambar 5 memperlihatkan belitan satu lapis, karena hanya ada satu sisi lilitan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga fasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga. Antar kumparan fasa dipisahkan sebesar 120 derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu siklus GGL penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus GGL penuh menunjukkan 360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis α_mek dan sudut listrik α_lis, adalah :




Gambar 5. Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa.

Contoh:
Sebuah generator Sinkron mempunyai 12 kutub. Berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan 180 derajat listrik.

Jawaban:
Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah:


Ini menunjukkan 180 derajat listrik


atau bisa juga secara langsung, yaitu:



Gambar 6. Urutan fasa ABC.

Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gambar 6. (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai tiga fasa adalah ABC, dengan demikian tegangan maksimum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B, dan kemudian fasa C.

Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB, atau urutan fasa negatif, sedangkan urutan fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi ggl yang dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah:

EA = EA ∟ 0° volt
EB = EB ∟ -120° volt
EC = EC ∟ -240° volt

Belitan Berlapis Ganda

Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 5 hanya mempunyai satu lilitan per kutub per fasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya dua lilitan secara seri. Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing-masing tegangan fasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per fasa.

Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan fluks dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per kutub per fasa. Gambar 7 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak kedalam alur biasanya disebut “ Winding Overhang”, sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang.


Gambar 7. Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa.


Faktor Distribusi

Seperti telah dijelaskan diatas bahwa sebuah kumparan terdiri dari sejumlah lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga, GGLl pada terminal menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan kumparan yang telah dipusatkan. Suatu faktor yang harus dikalikan dengan GGL dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasilkan total GGL yang dibangkitkan disebut faktor distribusi Kd untuk kumparan. Faktor ini selalu lebih kecil dari satu (Kd < 1). Diasumsikan ada n alur per fasa per kutub, maka jarak antara alur dalam derajat listrik, adalah :



dimana m menyatakan jumlah fasa.


Gambar 8. Diagram Phasor dari Tegangan Induksi Lilitan.

Perhatikan gambar 8, disini diperlihatkan GGL yang dinduksikan dalam alur 2 akan tertinggal (lagging) dari GGL yang dibangkitkan dalam alur 1 sebesar ψ =15 derajat listrik, demikian pula GGL yang dinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2ψ derajat, dan seterusnya. Semua GGL ini ditunjukkan masing-masing oleh phasor E1, E2, E3 dan E4. Total GGL stator per fasa E adalah jumlah dari seluruh vektor.

E = E1 + E2 + E3 + E4

Total GGLl stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari GGL lilitan oleh faktor.



Kd adalah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan persamaan:


Keuntungan dari kumparan distribusi, adalah memperbaiki bentuk gelombang tegangan yang dibangkitkan, seperti terlihat pada gambar 9.


Gambar 9. Total GGL Et dari Tiga GGL Sinusoidal.


Faktor Kisar

Gambar 10, memperlihatkan bentuk kisar dari sebuah kumparan, bila sisi lilitan diletakkan dalam alur 1 dan 7 disebut kisar penuh, sedangkan bila diletakkan dalam alur 1 dan 6 disebut kisar pendek, karena ini sama dengan 5/6 kisar kutub.


Gambar 10. Kisar Kumparan

Kisar :
5/6 = 5/6 x 180 derajat = 150 derajat
1/6 = 1/6 x 180 derajat = 30 derajat.

Kisar pendek sering digunakan, karena mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya:
• Menghemat tembaga yang digunakan.
• Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan.
• Kerugian arus pusar dan Hysterisis dapat dikurangi.



EL GGL yang diinduksikan pada masing-masing lilitan, bila lilitan merupakan kisar penuh, maka total induksi = 2 EL (gambar 11).


Gambar 11. Vektor Tegangan Lilitan.

Sedangkan kisar pendek dengan sudut 30 derajat listrik, seperti diperlihatkan pada gambar 8b, maka tegangan resultannya adalah:

E = 2 EL. Cos 30/2


atau,


dimana P° adalah kisar kumparan dalam derajat listrik.

Gaya Gerak Listrik Kumparan

Sebelumnya telah dibahas mengenai frekuensi dan besarnya tegangan masing-masing fasa secara umum. Untuk lebih mendekati nilai GGL sebenarnya yang terjadi maka harus diperhatikan faktor distribusi dan faktor kisar.

Apabila
Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T
T = Jumlah lilitan per fasa

dφ = φP dan dt = 60/N detik

maka GGL induksi rata-rata per penghantar:


sedangkan jika,

atau,


Sehingga GGL induksi rata-rata per penghantar menjadi:



bila ada Z penghantar dalam seri/fasa, maka : GGL rata-rata/fasa

= 2.f.φ.Z Volt

= 2.f.φ.(2T) = 4.f.φ.T volt

GGL efektif/fasa = 1,11x 4.f.φ.T = 4,44 x f .φ.T Volt

bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka GGL efektif/fasa

E = 4,44 . Kd. Kp .f .φ . T (Volt)

Semoga bermanfaat,

Kategori: Mesin Listrik,Sistem Pembangkitan dan Konversi Energi

Artikel Terkait Lainnya:

Mesin Listrik

• Kode IP (International Protection / Ingress Protection)
• Unduh Buku-Buku Teknik Elektro Gratis
• Tap Changer (Perubah Tap) Pada Transformator
• Animasi Generator DC dan Generator AC
• Standarisasi Motor Listrik
• Perubahan Reaktansi Mesin Listrik Pada Saat Terjadi Gangguan
• Animasi Motor DC

Sistem Pembangkitan dan Konversi Energi

• Unduh Buku-Buku Teknik Elektro Gratis
• Pembangkit Listrik Tenaga Osmosis
• Konversi Daya
• Persoalan Pokok pada Pembangkit Tenaga Listrik
• Sistem-Sistem Pendukung pada GenSet
• Generator Set (GENSET)
• AVR (Automatic Voltage Regulator)