Bioetanol dan Methane Base Oil : Solusi Pemanfaatan Limbah Organik dan Anorganik dalam Pemberdayaan Masyarakat dan Lingkungan

Posted: April 4, 2013 in Informasi, Komputasi Teknik, Kuliah

A. Pendahuluan

Sesuai dengan data dari Dinas Kebersihan dan Pertamanan kota Depok, rata-rata timbulan sampah di seluruh kota Depok berkisar antara 3500 sampai 4000 m3/hari. Sementara, kapasitas angkut pelayanan hanya sekitar 35 persen atau hanya tersedia 54 truk sampah dan sekitar 250 orang sumber daya manusia. Selain itu, diperkirakan TPA Cipayung hanya bisa menampung sampah se-kota Depok sampai tahun 2013. Permasalahan tentang sampah ini memang belum pernah terpecahkan dan sudah menjadi masalah bulanan bahkan tahunan. Masalah sampah ini juga dapat menyebabkan masalah lain yaitu banjir. Karena sampah yang tidak tertampung di TPA akhirnya akan terbuang sembarangan dan menyebabkan tersumbatnya selokan dan waduk. Pada tahun 2011 tercatat di Jabodetabek, terdapat 18 waduk yang sudah tidak berfungsi dan 50 persen dari waduk yang ada bekerja secara tidak optimal.

Walaupun sudah banyak solusi yang digagas untuk menanggulangi masalah sampah ini, belum ada yang dapat mengatasi masalah ini secara signifikan. Program-program pemerintah untuk  menanggulangi masalah sampah sangatlah pasif. Program-program pemerintah masih banyak yang belum terlaksana dengan baik karena tidak ada tindak lanjut pada beberapa program. Seperti program pembelajaran cara penanganan sampah di Jepang, sampai sekarang masih belum ada aplikasi untuk mengatasi sampah secara nyata. Namun, terdapat  juga program pemerintah yang terhambat karena tidak adanya kerja sama dari masyarkat itu sendiri. Seperti rencana pembangunan 60 UPS (unit pengolahan sampah)pada tahun 2007 sampai 2011 di kota Depok, namun sampai sekarang hanya ada 20 UPS, dikarenakan kurangnya sosialisasi ditambah lagi 57 persen masyarakat tidak setuju diwilayahnya dibangun UPS karena menganggap akan menimbulkan bau busuk dan lingkungan kotor. Upaya penanggulangan sampah juga dilakukan oleh sebagian masyarakat seperti Yayasan Depok Hijau atau Bank Sampah Anorganik.

Mengacu pada undang-undang tahun 2008 No.18 dan peraturan pemerintah tahun 2012 No.81 yang mewajibkan pengelolahan sampah kawasan komersial, penulis mengajukan suatu ide untuk mengelola sampah organik tidak hanya untuk kawasan komersial, tetapi juga kawasan permukiman.

B. PERANCANGAN

PEMANFAATAN SAMPAH ORGANIK RUMAH TANGGA DAN PERTANIAN UNTUK DIOLAH MENJADI BIOETANOL SEBAGAI BAHAN BAKAR

1. Latar Belakang
Saat ini bioetanol yang dihasilkan menggunakan bahan pangan sebagai bahan dasar seperti ubi kayu, tebu, jagung, nipah dan lain-lain. Namun dari bahan baku tersebut dapat mengakibatkan kerisis pangan dalam negeri karena dalam pembuatan bioetanol membutuhkan bahan dasar dalam jumlah yang banyak. Untuk itu perlu adanya bahan dasar pengganti, yang tidak beresiko pada krisis ketahanan pangan seperti pemanfaatan limbah organik. Selama ini limbah organik  di lingkungan rumah tangga,  restaurant, pasar baik yang ada di perkotaan maupun di pedesaan setiap hari semakin meningkat. Menurut data Dinas Kebersihan Pemda DKI Jakarta tahun 2000, setiap hari timbunan sampah Jakarta mencapai 25.650 meter kubik, yang terangkut ke tempat pembuangan akhir (TPA) sekitar 22.500 meter kubik. Sisanya, 3.150 meter kubik perhari tidak terangkut ke TPA (Direktur UNESCO, 2002).
Data tahun 2006 untuk kota malang, sampah tak terangkut hanya 160 meter kubik. Namun, tahun 2007 volume sampah tak terangkut meningkat sampai 3.240 meter kubik. Itu belum termasuk data 2008 dan 2009 hingga Juni.  Terlihat bahwa volume sampah tiap tahunnya semakin meningkat. Dari data tingginya jumlah pengguna energi di Indonesia khususnya di tingkat penggunaan bahan bakar minyak , maka solusi yang ditawarkan ialah gagasan berupa pemanfaatan  sampah organik sebagai bahan dasar utama  dalam pembuatan bioetanol.

2. Tujuan :

  1. Mempercepat proses penghancuran sampah dan mengubahnya menjadi sesuatu yang lebih berguna menjadi bioetanol. Karena dengan alat ini sampah organik akan berubah menjadi pupuk kompos dan sampah anorganik bisa diubah menjadi minyak (bahan bakar) dengan proses – proses selanjutnya. Bila dibandingkan dengan alat pencacah lain yang hanya bisa digunakan untuk satu jenis sampah saja, alat pencacah ini bisa digunakan untuk dua jenis sampah.
  2. Memudahkan dalam memecahkan masalah sampah skala rumah tangga.
  3. Mengurangi permasalahan penumpukkan sampah kota karena sebelum sampah masuk ke TPA (Tempat Pembuangan Akhir), sampah akan lebih dahulu diubah menjadi bioetanol dan kompos.
  4. Untuk mengetahui bagaimanakah cara pemanfaatan limbah organik sebagai bahan dasar bioetanol dalam menghadapi krisis energi global.

3. Bioetanol dan Pengolahannya

Bio-etanol merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari pengolahan tumbuhan) di samping Biodiesel. Bio-etanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) yang dilanjutkan dengan proses destilasi. Proses destilasi dapat menghasilkan etanol dengan kadar 95% volume, untuk digunakan sebagai bahan bakar (biofuel) perlu lebih dimurnikan lagi hingga mencapai 99% yang lazim disebut fuel grade ethanol (FGE). Bahan baku bioetanol adalah adalah sebagai berikut:
  1. Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut, umbi dahlia dan lain-lain.
  2.  Bahan bergula, berupa molasses (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nila batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nila lontar dan lain-lain.
  3. Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami padi, ampas tebu, janggel (tongkol) jagung, oggok (limbah tapioka), batang pisang, serbuk gergaji  (grajen) dan lain-lain.
  4. Proses pemurnian dengan prinsip dehidrasi umumnya dilakukan dengan metode Molecular Sieve, untuk memisahkan air dari senyawa etanol.
Secara umum, proses pengolahan bahan berpati seperti ubi kayu, jagung dan sagu untuk menghasilkan bio-etanol dilakukan dengan proses urutan. Pertama adalah proses hidrolisis, yakni proses konversi pati menjadi glukosa. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan a-glikosidik. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas, fraksi terlarut disebut amilosa dan
fraksi tidak terlarut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan a-(1,4)-D-glikosidik sedangkan amilopektin mempunyai struktur bercabang dengan ikatan a-(1,6)-D-glikosidik sebanyak 4-5% dari berat total.
Prinsip dari hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa (C6H12O6). Pemutusan rantai polimer tersebut dapat dilakukan dengan berbagai metode, misalnya secara enzimatis, kimiawi ataupun kombinasi keduanya. Hidrolisis secara enzimatis memiliki perbedaan mendasar dibandingkan hidrolisis secara kimiawi dan fisik dalam hal spesifitas pemutusan rantai polimer pati. Hidrolisis secara kimiawi dan fisik akan memutus rantai polimer secara acak, sedangkan hidrolisis enzimatis akan memutus rantai polimer secara spesifik pada percabangan tertentu.
Enzim yang digunakan adalah alfa-amilase pada tahap likuifikasi, sedangkan tahap sakarifikasi digunakan enzim glukoamilase. Berdasarkan penelitian, penggunaan a-amilase pada tahap likuifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 50.83 pada konsentrasi a-amilase 1.75 U/g pati dan waktu likuifikasi 210 menit, dan glukoamilase pada tahap sakarifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 98.99 pada konsentrasi enzim 0.3 U/g pati dengan waktu sakarifikasi 48 jam.
Tahap kedua adalah proses fermentasi untuk mengkonversi glukosa (gula) menjadi etanol dan CO2. Fermentasi etanol adalah perubahan 1 mol gula menjadi 2 mol etanol dan 2 mol CO2. Pada proses fermentasi etanol, khamir terutama akan memetabolisme glukosa dan fruktosa membentuk asam piruvat melalui tahapan reaksi pada jalur Embden-Meyerhof-Parnas, sedangkan asam piruvat yang dihasilkan akan didekarboksilasi menjadi asetaldehida yang kemudian mengalami dehidrogenasi menjadi etanol (Amerine et al., 1987).

4. Manfaat

Manfaat dari inovasi model bioetanol adalah :

  1. Biaya pembangunan isntalasi biogas menjadi relatif murah karena ditanggung bersama-sama oleh beberapa penghasil limbah;
  2. Pengelolaan dan perawatan menjadi lebih mudah;
  3. Mampu memperbaiki sanitasi lingkungan akibat sampah  pada kelompok perumahan kecil;
  4. Mampu menyediakan energi pengganti BBM dengan harga murah bagi masyarakat.
  5. Sangat sesuai diterapkan dalam program PNPM ( Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat) maupun program pemberdayaan masyarakat lainnya karena program ini dilaksanakan dalam skala komunitas.
Berdasarkan uraian di atas maka penggunaan bioetanolkomunal akan menyelesaikan permasalahan krisis energi  dan mampu menyediakan energi mandiri pada masyarakat. Dengan terbangunnya sistem sanitasi yang baik maka akan mengurangi resiko terjangkitnya penyakit pada hewan ternak akibat kontaminasi limbah organik, disamping itu akan mampu mengurangi pencemaran lingkungan akibat pengelolaan sampah yang kurang baik sekaligus menyediakan pupuk organik dalam skala komunitas.

5. Keunggulan dan Spesifikasi Perancangan Mesin 

  • Tipe : PLT-50 , Kapasitas : 50 kg / jam
  • Power : 8 HP
  • Dimensi mesin : 90x80x115 cm
  • Cutting size : 10 mm
  • Bahan : plat mild steel
  1. Dapat di bongkar pasang (tersusun atas 4 bagian) jadi dapat dirakit ditempat (bagian imput, pisau penghancur, output, compactornya)
  2.  portable,
  3. mudah dibersihkan dan maintainability
  4. Independent blade  pisau penghancurnya,
  5. Tersedia 2 pisau dengan tujuan ukuran potongan sampah kecil-kecil dan tidak membutuhkan daya penggerak  tambahan.
  6. Dilengkapi compactor berupa hidrolik agar sampah menjadi kering dan padat agar bisa langsung diolah
  7. Bisa untuk semua jenis sampah organik.

a1

6. Hasil Pengolahan Bioetanol
Teknik pembuatan bioetanol menggunakan limbah organik hampir sama dengan pengolahan ubi kayu menjadi etanol, yang membedakan ialah bahan dasar yang memanfaatkan sampah organik yang diolah dengan proses fermentasi hingga menghasilkan  etanol.  Dalam teknik pengolahannya yaitu :
  1. Limbah Rumah Tangga (berasal dari perumahan)
  2. Sortasi
  3. Pengecilan ukuran
  4. Pemberian bakteri asam laktat
  5. Penyimpanan secara anaerobik
  6. Sakarifikasi enzim Alpha amylase & Glukoamilase Crude enzimAspergillus niger
  7. Fermentasi  30ºC
  8. Bioetanol

Dari uji coba yang dilakukan, dapat dihasikan bioetanol dengan kandungan sekitar 85 %. Proses pengolahan bioetanol dilakukan di dalam ruangan yang mampu menampung 100 drum plastik yang tertutup rapat. Di dalam drum yang masing-masing berkapasitas 100 liter tersebut berisi cairan fermentasi yang berasal dari sampah. Hasil fermentasi kemudian disuling. Sulingan pertama menghasilkan bioetanol berkadar 40-50%. Bioetanol ini bisa dipakai untuk bahan bakar kompor. Bila hasil sulingan pertama itu disuling sekali lagi maka akan menghasilkan bioetanol berkadar 90 %. Proses ini dapat menghasilkan 80-100 liter bioetanol berkadar 50 % setiap hari sehingga total produksi bisa mencapai sekitar 2.400 liter per bulan.

PENGOLAHAN SAMPAH PLASTIK MENJADI MINYAK MENTAH DARI KONSENSASI GAS METHANE MENGGUNAKAN PEMANASAN

1. Latar Belakang

Gas alam merupakan salah satu bahan penting yang menjadi sumber bahan bakar untuk berbagai keperluan manusia. Selama perkembangan peradaban manusia, gas alam telah banyak memberikan kontribusi dalam mempermudah dan meringankan pekerjaan manusia. Selama ini, gas alam telah digunakan terutama sebagai sumber bahan bakar yang belakangan menjadi kian populer setelah bahan bakar berbasis fosil lainnya mulai mengalami penipisan stok, yang membuat kita mulai mencari alternatif bahan bakar lain. Dan gas alam inilah yang kemudian menjadi salah satu alternatif tersebut.

Selain itu, gas alam telah dimanfaatkan untuk berbagai keperluan lainnya, seperti bahan baku untuk penyusunan komponen lainnya yang sangat berbeda dari unsur pembentuk utamanya, misalnya pupuk, dan sebagai komoditas energi. Namun tak dapat dipungkiri bahwa meskipun gas alam dipilih sebagai alternatif penggunaan energi dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya yang lebih banyak menghasilkan polusi, namun gas alam juga merupakan salah satu sumber polusi yang memberikan dampak yang cukup signifikan.

Kekhawatiran mengenai polusi yang ditimbulkan akibat penggunaan bahan bakar yang berasal dari gas alam ini tentunya cukup beralasan. Pemanasan global telah mencapai tingkatan yang mengkhawatirkan, dan bukan tidak mungkin akan mengancam kelangsunagn hidup sebagian besar makhluk di muka bumi ini, khususnya manusia. Dan gas alam merupakan salah satu penyumbang dari kian meningkatnya pemanasan global ini. Salah satu unsur gas alam yang menjadi sebuah kekhawatiran bagi pertumbuhan tingkat polusi udara adalah metana. Metana yang terlepas ke atmosfir akan menjadi salah satu gas rumah kaca yang hanya melewatkan panas matahari masuk ke bumi, namun menghalangi panas yang terpantul dari bawah untuk terlepas kembali ke angkasa, sehingga panas tersebut akan terpantul kembali ke bumi dan menignkatkan suhu di bumi secara global.

Tingkat emisi metana ini merupakan salah satu faktor yang cukup mengkhawatirkan dalam peningkatan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfir dengan tingkat bahaya yang sangat tinggi. Informasi terakhir yang paling hangat membuktikan bahwa gas metana mempunyai efek pemanasan 25 kali lebih kuat dalam menyebabkan pemanasan global dibandingkan CO2. Perhitungan ini berdasarkan rata-rata dari efek pemanasan metana selama 100 tahun. Akan tetapi, setelah 1 dekade, gas metana sulit dilacak dan hampir menghilang setelah 20 tahun, Dengan demikian secara dramatis akan menghabiskan rata-rata 1 abad untuk mengurangi dampak gas metana. Dan karena kita tidak mempunyai waktu 100 tahun untuk mengurangi efek gas rumah kaca kita maka perhitungan terbaru menunjukkan bahwa selama periode 20 tahun efek pemanasan metana menjadi 72 kali lebih kuat.

Hal inilah yang kemudian mendasari ketertarikan penyusun makalah ini untuk membahas masalah pencemaran lingkungan, khususnya pencemaran udara oleh gas metana yang kemudian berdampak pada meningkatnmya Efek Rumah Kaca dan pemanasan global di bumi. Penyusun menyadari bahwa pembahasan dengan topik serupa sudah banyak dipaparkan dalam berbagai media lainnya, namun hal tersebut tidak menyurutkan niat penyusun untuk tetap menyusun makah ini, dengan tujuan untuk menambah khazanah pengetahuan kita mengenai bahaya pencemaran lingklungan oleh gas metana, sehingga dapat dijadikan dasar untuk melakukan pencegahan terhadap dampak buruk yang ditimbulkannya, minimal mengurangi dampak tersebut hingga ke batas minimum.

2.  Tujuan dan Manfaat

Sebagaimana telah dipaparkan sebelumnya, tujuan utama dari penyusunan makalah ini adalah untuk meningkatkan pengetahuan mengenai hal-hal penting yang terkait dengan masalah pencemaran lingkungan, yang dalam hal ini difokuskan terhadap pencemaran udara yang disebabkan oleh gas metana. Selanjutnya, tujuan tersebut dapat dirincikan secara lebih khusus menjadi sebagai berikut:

  1. Meningkatkan pengetahuan tentang gas metana dan pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh gas alam tersebut
  2. Meningkatkan pengetahuan tentang bahaya yang ditimbulkian oleh pencemaran lingkungan oleh gas metana, baik terhadap manusia maupun terhadap lingkungan itu sendiri
  3. Meningkatkan pengetahuan tentang langkah-langkah dan upaya-uapaya yang dapat dilakukan untuk menekan pencemaran lingkungan yangh disebabkan oleh gas metana ini

Diharapkan dengan penyusunan makalah ini akan memberikan manfaat terhadap upaya untuk mengurangi pencemaran lingkungan, khususnya pencemaran udara yang ditimbulkan oleh gas metana. Hal ini tidak terlepas dari upaya global untuk meningkatkan derajat kesehatan masyarakat.

3. Gambaran Umum Proses

a2

Gambar 1. Skematik alat konversi limbah plastik menjadi minyak mentah.

 Keterangan :

  • A : Tabung pirolisis; terjadi pemanasan secara radiasi (radiative heating) yang menyebabkan thermal cracking dari pellet sampah plasti, sehingga pellet sam[ah plastik mengalami degradasi, mencair (liquefaction) dan kemudian menjadi gas.
  • B : Gas hasil pirolisis mengalir pada suatu tube yang terhubung ke tabung berisi air.
  • C : Uap hasil pirolis pelet sampah plastic mengalami kondensasi oleh air (water-condensed) sehingga berubah menjadi fase cairan yang sudah berupa minyak mentah. Karena perbedaan massa jeni, maka cairan minyak berada di atas air.
  • D : Cairan minyak yang mengapung di atas air masuk ke tube yang terhubung ke penampungan minyak mentah agar terpisah dari air.
  • E : Cairan minyak mentah ditampung di ditabung. Pada tabung ini, keseluruhan cairan berupa minyak mentah yang sudah siap di distilasi.

4. Skematik Proses

a4

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s