Pembentukan Biogas

Biogas yang dibuat dari kotoran ternak sapi mengandung gas metana (CH4) sebesar 55-65 %, gas karbon dioksida (CO₂) sebesar 30-35 % dan sedikit gas hidrogen (H₂), gas nitrogen (N₂) dan gas-gas lain. Panas yang dihasilkan sebesar 600 BTU/cuft. Sedangkan, biogas yang dibuat dari gas alam mengandung gas metana (CH₄) sebesar 80 % dengan panas sebesar 1000 BTU/cuft. Kandungan gas metana (CH₄) dari biogas dapat ditingkatkan dengan memisahkan gas karbon dioksida (CO₂) dan gas hidrogen sulfida (H₂S) yang bersifat korosif (Price dan Cheremisinoff, 1981). Proses degradasi bahan organik secara anaerob dilakukan oleh mikroorganisme dalam proses fermentasi 

Pembentukan biogas setidaknya melibatkan tiga komunitas bakteri yang di-perlukan oleh rantai proses biokimia yang melepaskan metana (Nelson, 2011). Digester anaerobik biasanya dirancang untuk beroperasi di zona suhu mesofilik (20-40°C) atau termofilik (>40°C). Sludge yang dihasilkan dari proses penguraian anaerobik yang berbentuk cair sering digunakan sebagai pupuk (Nelson, 2011).  

Proses fermentasi anaerobik adalah proses penggunaan bahan baku organik dan merubahnya menjadi biogas, kom-ponen utama yang terbentuk adalah karbon dioksida (CO₂) dan metana (CH₄) (Nelson, 2011). Proses fermentasi terdiri dari beberapa proses seperti hidrolisis polimer (I), fermentasi (II), asetogenesis (III), dan metanogenesis (IV). Fase-fase tersebut merupakan proses utama yang terjadi selama penguraian sampah organik dan pembentukan biogas (Nelson, 2011).

Hidrolisis. Tahap pertama dalam degradasi anearobik sebagian besar limbah organik adalah hidrolisis, dimana bahan-bahan polimer organik secara enzimatik dipecah menjadi bahan-bahan terkarut (biasanya monomer atau dimer) pyang kemudian dapat ditransportasi melewati membran sel. Hasil proses hidrolisis adalah pembentukan gula-gula dari karbohidrat, asam-asam lemak dari minyak/lemak, dan asam-asam amino dari protein. Proses ini dilakukan oleh mikroorganisme yang mampu menghasilkan enzim hidrolitik. Bakteri hidrolitik dapat dikelompokkan berdasarkan tipe enzim ekstra atau eksoseluler yang dihasilkannya, dan bakteri ini dapat terinhibisi oleh akumulasi gula dan asam amino. Faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap proses hidrolisis antara lain adalah pH dan suhu. Efisiensi hidrolisis tertinggi untuk selulosa terjadi pada pH 6,7 dan terendah pada pH 5,1-5,2 (Eastman & Ferguson, 1981). Suhu juga berpengaruh pada laju hidrolisis. Pada pH netral dilaporkan bahwa hidrolisis optimum untuk selulosa terjadi pada suhu 40^o C.

Fermentasi. Fermentasi merupakan proses utama disimiliasi bahan organik pada lingkungan anaerobik. Bahan-bahan organik terlarut difermentasi menjadi berbagai produk akhir, meliputi asam-asam format, asetat, propionat, butirat, laktat, suksinat, etanol, karbon dioksida, dan gas hidrogen (Romli, 2010).

Asetogenesis. Bakteri metanogen tidak dapat menggunakan produk-produk fermentasi dengan atom karbon lebih dari dua untuk pertumbuhannya. Bakteri ini hanya menggunakan sumber-sumber energi sederhana, misalnya asetat, metanol, metilamin, CO₂ dan H₂ atau format. Dalam proses oksidasi ini dihasilkan hidrogen dan karbon dioksida, dan bakteri yang berfungsi untuk proses konversi ini dikenal dengan bakteri asetogen.

Metanogenesis. Fungsi utama bakteri hidrolitik dan fermentatif adalah untuk memecah biopolimer menjadi unit-unit monomer dan konversi monomer ini menjadi produk-produk yang lebih sederhana. Dalam reaktor anaerobik aktivitas bakteri fermentasi harus dilengkapi dengan aktivitas bakteri metanogen yang mengkonversi produk-produk fermentasi menjadi gas metana yang tidak larut yang akan terlepas ke atmosfer. Ada dua kelompok utama bakteri yang bertanggung jawab dalam pembentukan metana yaitu bakteri metanogen asetoklastik dan bakteri metanogen pengguna hidrogen (Romli, 2010).

Komposisi Biogas

Biogas mengandung metana 50-70% dan 30-50% karbon dioksida, serta sejumlah kecil gas lainnya termasuk hidrogen sulfida, tergantung pada substrat (Sasse, 1988). Metana adalah komponen terutama yang dapat menghasilkan nilai kalori sebesar 21-24 MJ/m³ atau sekitar 6 kWh/m³ (Dimpl, 2010). Menurut Wellinger & Lindenberg (2000), komposisi biogas yang dihasilkan sangat tergantung pada jenis bahan baku yang digunakan. Namun demikian, komposisi biogas yang utama adalah gas metana (CH₄) dan gas karbon dioksida (CO₂) dengan sedikit hidrogen sulfida (H₂S). Komponen lainnya yang ditemukan dalam kisaran konsentrasi kecil (trace element) antara lain senyawa sulfur organik, senyawa hidrokarbon terhalogenasi (Halogenated hydrocarbons), gas hidrogen (H₂), gas nitrogen (N₂), gas karbon monoksida (CO) dan gas oksigen (O₂). Komposisi utama yang terdapat dalam biogas ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi Kandungan Biogas

No.	Komponen	Satuan	Komposisi
			1	2
1	Gas Methan (CH4)	%Vol	50-75	54-70
2	Karbon dioksida (CO2)	%Vol	24-40	27-45
3	Nitrogen (N2)	%Vol	<2	0-1
4	Hidrogen (H2)	%Vol	<1	0-1
5	Karbon monoksida (CO)	%Vol		0,1
6	Oksigen (O2)	ppm	<2	0,1
7	Hidrogen sulfida (H2S)	ppm	<2	sedikit

Keterangan : Hambali, 2007 dan Widarto,1997

Biogas

Produksi biogas merupakan suatu proses yang dikendalikan oleh mikroba. Biogas mengeksploitasi proses biokimia untuk menguraikan berbagai jenis biomasa. Biogas berpotensi memberikan sumber energi. Biodegradasi alami bahan organik dalam kondisi anaerob setiap tahunya diperkirakan menghasilkan 590-800 juta ton metana ke atmosfer (ISAT/GTZ, 1999).

Biogas merupakan bahan bakar gas dan bahan bakar yang dapat diperbaharui (renewable fuel) yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau fermentasi anaerob dari bahan organik dengan bantuan bakteri metana seperti Methanobacterium sp. Bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas yaitu bahan biodegradable seperti biomassa (bahan organik bukan fosil), kotoran, sampah padat hasil aktivitas perkotaan dan lain-lain. Akan tetapi, biogas biasanya dibuat dari kotoran ternak seperti kerbau, sapi, kambing, kuda dan lain-lain. Kandungan utama biogas adalah gas metana (CH₄) dengan konsentrasi sebesar 50-80 % vol. Kandungan lain dalam biogas yaitu gas karbon dioksida (CO₂), gas hidrogen (H₂), gas nitrogen (N₂), gas karbon monoksida (CO) dan gas hidrogen sulfida (H₂S). Gas dalam biogas yang dapat berperan sebagai bahan bakar yaitu gas metana (CH₄), gas hidrogen (H₂) dan gas CO (Price & Cheremisinoff, 1981).

Proses anaerobik berpotensi besar menghasilkan energi. Contohnya adalah biogas yang dihasilkan oleh bioreaktor yang dirancang khusus untuk substrat biomasa, termasuk limbah pertanian, industri dan limbah perkotaan, yang ter-degradasi secara anaerobik. Di negara berkembang perluasan biogas telah diterapkan pada reaktor skala kecil yang dirancang untuk mengolah limbah peternakan seperti kotoran sapi, babi dan ekskreta unggas (ISAT/GTZ, 1999).