Biogas sebagai Alternatif Pemanfaatan Limbah

Biogas merupakan salah satu cara pemanfaatan limbah yang potensial dan dapat dikembangkan baik di negara maju maupun di negara berkembang. Pembuatan biogas relatif mudah, tidak memerlukan bahan yang mahal namun bisa dihasilkan produk yang sangat berguna. Biogas dapat dibuat dari berbagai limbah baik limbah pertanian, limbah peternakan, limbah industri bahkan limbah domestik, dengan memanfaatkan mikroorganisme yang bisa mendegradasi limbah akan dihasilkan produk akhir berupa gas metan dan karbondioksida. Komposisi biogas yang dihasilkan terdiri dari gas metan (55 - 65 %), karbondioksida ( 35-45%), nitrogen (0-3%), hydrogen (0-1 %), dan hydrogen sulfida (0-1 %) (Anunputtikul, Rodtong, 2004).

Faktor yang Menentukan Produksi Biogas

Keberhasilan dalam memproduksi biogas ditentukan oleh berbagai faktor. Faktor- faktor yang menentukan dalam keberhasilan produksi biogas diantaranya :

Pengaruh pH

Biogas terbentuk karena adanya kerja berbagai bakteri yang ikut terlibat dalam aktivitas perombakan substrat kompleks. Pertumbuhan bakteri yang terlibat tersebut sangat dipengaruhi oleh pH. Nilai pH optimum dalam produksi biogas berkisar antara 7-8 (Fulford,1988). Diawal reaksi pembentukan biogas, bakteri penghasil asam akan aktif lebih dulu sehingga pH pada digester menjadi rendah, kemudian bakteri metanogen menggunakan asam tersebut sebagai substrat sehingga menaikkan nilai pH kembali menjadi netral, ini menandakan bahwa dalam proses produksi biogas terjadi pengaturan pH secara alami, tingkat keasaman diatur oleh proses itu dengan sendirinya. Karbondioksida yang dihasilkan oleh bakteri larut dalam air untuk membentuk ion bikarbonat (HCO₃^-) yang menyebabkan larutan menjadi lebih alkali. Jumlah ion bikarbonat dalam larutan tergantung pada konsentrasi karbondioksida dan jumlah asam yang ada pada slurry.(Fulford, 1988) Jika bakteri penghasil asam tumbuh terlalu cepat maka asam yang dihasilkan akan lebih banyak dari jumlah yang dapat dikonsumsi oleh bakteri penghasil metan, akibatnya sistem akan terlalu asam, jika hal ini terjadi maka pH akan turun, sistem menjadi tidak seimbang dan aktivitas bakteri penghasil metan akan terhambat.(Burke, 2001)

Pengaruh Suhu

Suhu berpengaruh terhadap produksi biogas, umumnya produksi biogas meningkat dua kali lipat setiap kenaikan suhu 10⁰C pada kisaran suhu 15⁰C - 35⁰C (Fulford,1988). Bakteri metanogen sangat sensitif terhadap perubahan suhu, Perubahan suhu yang mendadak lebih dari 5⁰C dalam satu hari dapat menyebabkan bakteri ini berhenti bekerja sementara.

Pengaruh Racun

Antibiotik, desinfektan, dan pestisida merupakan contoh jenis racun yang dapat membunuh bakteri dan dapat menyebabkan produksi biogas tidak terjadi. Begitupun dengan deterjen, hidrokarbon seperti kloroform dan pelarut organik lainnya merupakan racun dalam proses produksi biogas.(Fulford,1988; Burke,2001). Sebelum proses produksi biogas dimulai maka harus dipastikan bahwa digester, substrat serta air yang digunakan bebas dari berbagai racun yang dapat membunuh bakteri yang diperlukan.

Sifat dari Substrat

Sifat substrat yang digunakan dalam produksi biogas sangat menentukan keberhasilan produksi biogas itu sendiri. Pada dasarnya bahan yang dijadikan substrat tersusun dari materi organik seperti karbohidrat, lemak, dan protein. Materi organik tersebut dapat didegradasi sehingga menghasilkan produk akhir berupa gas yang disebut biogas. Pada prinsipnya kecepatan dan efisiensi proses degradasi substrat tergantung pada bentuk secara fisik dan secara kimia.

Menurut Furfort (1988) substrat yang berasal dari kotoran ternak merupakan substrat yang paling mudah digunakan dalam produksi biogas dibandingkan substrat yang berasal dari tumbuhan, hal ini disebabkan kotoran ternak telah mengandung bakteri yang tepat serta proses degradasinya ikut dibantu secara mekanik oleh gigi pada saat proses mengunyah serta secara kimiawi dibantu oleh asam dan enzim pencernaan dalam saluran pencernaan hewan, hal ini berbeda dengan substrat yang berasal dari tumbuhan seperti limbah pertanian banyak mengandung lignin, selulosa serta hemiselulosa yang sulit didegradasi oleh bakteri sehingga memerlukan waktu yang lebih lama untuk dikonversi menjadi biogas.

Konsorsium Bakteri

Salah satu faktor yang sangat menentukan dalam proses pembentukan biogas adalah adanya peran serta bakteri, karena pada hakekatnya konversi materi organik menjadi biogas ini merupakan hasil kerja berbagai bakteri yang bekerja secara konsorsium.(Burke, 2001). Proses tidak akan berjalan jika hanya terdapat salah satu bakteri saja, konsorsium memerlukan lebih dari satu spesies bakteri metanogen, ada spesies metanogen yang mampu mengkonversi asetat menjadi metan contoh Thermoacetogenium phaeum, spesies lain mengkombinasikan CO₂ dan H₂ menjadi metan dan H₂O melalui proses reduksi karbonat. (Fresspatent.,2007) Kondisi reaktor harus benar-benar dijaga agar tetap terjadi keseimbangan sehingga bakteri dapat bekerja secara konsorsium.

Terdapat dua golongan bakteri yang terlibat dalam proses konversi materi organik menjadi biogas, yaitu bakteri non metanogen dan bakteri metanogen. Bakteri non metanogen bekerja lebih dulu menghasilkan berbagai asam organik seperti asam asetat, asam propionat, asam butirat dan lain-lain, contoh bakteri non metanogen adalah Escherichia coli, Bacteroides, Clostridium botylinum. Asam organik hasil kerja bakteri non metanogenik akan digunakan oleh bakteri metanogenik untuk dikonversi menjadi biogas.

Bakteri metanogen umumnya menyukai suasana pH netral atau alkali dengan kisaran nilai pH antara 6,8-8,5 untuk memproduksi metan (Teng,1994; Burke,2001). Bakteri penghasil asam tumbuh lebih cepat daripada bakteri penghasil metan. Jika bakteri penghasil asam tumbuh terlalu cepat maka asam organik yang dihasilkan lebih banyak dari jumlah yang dapat dikonsumsi oleh bakteri metanogen, akibatnya sistem akan terlalu asam, jika hal ini terjadi maka pH akan turun, sistem menjadi tidak seimbang dan aktivitas bakteri penghasil metan akan terhambat.( Furford,1988 ; Burke, 2001).