Biogas
Biogas adalah sumber energi terbarukan berbentuk gas yang dihasilkan dari bahan baku seperti limbah pertanian, pupuk kandang, sampah kota, bahan tanaman, limbah, sampah hijau, air limbah, dan sisa makanan. Biogas diproduksi melalui proses pencernaan anaerobik dengan organisme anaerobik atau metanogen di dalam digester anaerobik, biodigester, atau bioreaktor. Komposisi gas utamanya adalah metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) dan mungkin memiliki sejumlah kecil hidrogen sulfida (H2S), uap air dan siloksan. Metana dapat dibakar atau dioksidasi dengan oksigen. Pelepasan energi ini memungkinkan biogas digunakan sebagai bahan bakar; biogas dapat digunakan dalam sel bahan bakar dan untuk tujuan pemanasan, seperti memasak. Ini juga dapat digunakan dalam mesin gas untuk mengubah energi dalam gas menjadi listrik dan panas.
Setelah menghilangkan karbon dioksida dan hidrogen sulfida, gas ini dapat dikompresi dengan cara yang sama seperti gas alam dan digunakan untuk menyalakan kendaraan bermotor. Di Inggris, misalnya, biogas diperkirakan memiliki potensi untuk menggantikan sekitar 17% bahan bakar kendaraan. Biogas memenuhi syarat untuk mendapatkan subsidi energi terbarukan di beberapa bagian dunia. Biogas dapat dibersihkan dan ditingkatkan ke standar gas alam, ketika menjadi bio-metana. Biogas dianggap sebagai sumber daya terbarukan karena siklus produksi dan penggunaannya berkelanjutan, dan tidak menghasilkan karbon dioksida bersih. Dari perspektif karbon, karbon dioksida yang diserap dari atmosfer dalam pertumbuhan sumber daya hayati primer sama banyaknya dengan yang dilepaskan, ketika bahan tersebut pada akhirnya diubah menjadi energi.
Produksi
Biogas diproduksi oleh mikroorganisme, seperti metanogen dan bakteri pereduksi sulfat, yang melakukan respirasi anaerobik. Biogas dapat mengacu pada gas yang diproduksi secara alami dan industri.
Alami
Di dalam tanah, metana diproduksi di lingkungan anaerob oleh metanogen, tetapi sebagian besar dikonsumsi di zona aerob oleh metanotrof. Emisi metana dihasilkan ketika keseimbangan mendukung metanogen. Tanah lahan basah adalah sumber alami utama metana. Sumber lain termasuk lautan, tanah hutan, rayap, dan ruminansia liar.
Tanaman Gas Bio
Pembangkit biogas adalah nama yang sering diberikan untuk digester anaerobik yang mengolah limbah pertanian atau tanaman energi. Biogas dapat diproduksi dengan menggunakan digester anaerobik (tangki kedap udara dengan konfigurasi yang berbeda). Tanaman ini dapat diberi makan dengan tanaman energi seperti silase jagung atau limbah yang dapat terurai secara hayati termasuk lumpur limbah dan sisa makanan. Selama proses tersebut, mikroorganisme mengubah limbah biomassa menjadi biogas (terutama metana dan karbon dioksida) dan digestate. Biogas dalam jumlah yang lebih tinggi dapat diproduksi ketika air limbah dicerna bersama dengan residu lain dari industri susu, industri gula, atau industri pembuatan bir. Misalnya, saat mencampur 90% air limbah dari pabrik bir dengan 10% whey sapi, produksi biogas meningkat 2,5 kali lipat dibandingkan dengan biogas yang dihasilkan oleh air limbah dari tempat pembuatan bir saja.Pembuatan biogas dari jagung yang ditanam dengan sengaja telah digambarkan sebagai tidak berkelanjutan dan berbahaya karena karakter perkebunan yang sangat pekat, intens, dan mengikis tanah.
Bahaya
Polusi udara yang dihasilkan oleh biogas mirip dengan gas alam karena ketika metana (konstituen utama biogas) dinyalakan untuk digunakan sebagai sumber energi, Karbon dioksida dibuat sebagai produk yang merupakan gas rumah kaca (seperti yang dijelaskan oleh persamaan ini: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O). Kandungan hidrogen sulfida yang beracun menimbulkan risiko tambahan dan telah bertanggung jawab atas kecelakaan serius. Kebocoran metana yang tidak terbakar merupakan risiko tambahan, karena metana adalah gas rumah kaca yang kuat. Sebuah fasilitas dapat membocorkan 2% dari metana.
Biogas dapat meledak jika dicampur dengan rasio satu bagian biogas dengan 8-20 bagian udara. Tindakan pencegahan keamanan khusus harus dilakukan untuk memasuki digester biogas yang kosong untuk pekerjaan pemeliharaan. Penting bahwa sistem biogas tidak pernah memiliki tekanan negatif karena dapat menyebabkan ledakan. Tekanan gas negatif dapat terjadi jika terlalu banyak gas yang dibuang atau bocor; Karena itu biogas tidak boleh digunakan pada tekanan di bawah satu inci kolom air, diukur dengan pengukur tekanan.Pemeriksaan bau yang sering harus dilakukan pada sistem biogas. Jika biogas tercium di mana saja, jendela dan pintu harus segera dibuka. Jika ada api, gas harus dimatikan di katup gerbang sistem biogas.
Gas TPA
Gas TPA dihasilkan oleh sampah organik basah yang membusuk dalam kondisi anaerobik dengan cara yang mirip dengan biogas.
Sampah ditutup dan dikompresi secara mekanis oleh berat material yang diendapkan di atasnya. Bahan ini mencegah paparan oksigen sehingga memungkinkan mikroba anaerob untuk berkembang. Biogas terbentuk dan secara perlahan dilepaskan ke atmosfer jika lokasi tersebut tidak direkayasa untuk menangkap gas. Gas TPA yang dilepaskan dengan cara yang tidak terkendali dapat berbahaya karena dapat meledak ketika keluar dari TPA dan bercampur dengan oksigen. Batas ledakan yang lebih rendah adalah 5% metana dan batas atas adalah 15% metana.
Metana dalam biogas 28 kali lebih kuat sebagai gas rumah kaca daripada karbon dioksida. Oleh karena itu, gas TPA yang tidak terkendali, yang terlepas ke atmosfer dapat berkontribusi secara signifikan terhadap efek pemanasan global. Selain itu, senyawa organik yang mudah menguap (VOC) dalam gas TPA berkontribusi pada pembentukan kabut asap fotokimia.
Teknis
Kebutuhan oksigen biokimia (BOD) adalah ukuran jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme aerobik untuk menguraikan bahan organik dalam sampel bahan yang digunakan dalam biodigester serta BOD untuk pembuangan cairan memungkinkan untuk perhitungan output energi harian dari biodigester.
Istilah lain yang terkait dengan biodigester adalah kekotoran limbah, yang menunjukkan berapa banyak bahan organik yang ada per unit sumber biogas. Unit yang umum untuk ukuran ini adalah dalam mg BOD/liter. Sebagai contoh, kekotoran limbah dapat berkisar antara 800 dan 1200 mg BOD / liter di Panama.
Dari 1 kg limbah biologis dapur yang sudah tidak terpakai, 0,45 m3 biogas dapat diperoleh. Harga untuk mengumpulkan limbah biologis dari rumah tangga adalah sekitar €70 per ton.
Komposisi
Komposisi biogas bervariasi tergantung pada komposisi substrat, serta kondisi di dalam reaktor anaerobik (suhu, pH, dan konsentrasi substrat). Gas TPA biasanya memiliki konsentrasi metana sekitar 50%. Teknologi pengolahan sampah yang canggih dapat menghasilkan biogas dengan 55-75% metana, yang mana untuk reaktor dengan cairan bebas dapat ditingkatkan menjadi 80-90% metana dengan menggunakan teknik pemurnian gas in-situ. Seperti yang diproduksi, biogas mengandung uap air. Volume fraksional uap air adalah fungsi dari suhu biogas; koreksi volume gas yang diukur untuk kandungan uap air dan ekspansi termal dengan mudah dilakukan melalui matematika sederhana yang menghasilkan volume standar biogas kering.
Untuk 1000 kg (berat basah) input ke biodigester tipikal, total padatan mungkin 30% dari berat basah sementara padatan tersuspensi yang mudah menguap mungkin 90% dari total padatan. Protein akan menjadi 20% dari padatan yang mudah menguap, karbohidrat akan menjadi 70% dari padatan yang mudah menguap, dan akhirnya lemak akan menjadi 10% dari padatan yang mudah menguap.
Kontaminan
Senyawa belerang
Beracun dan berbau busuk Hidrogen sulfida (H2S) adalah kontaminan yang paling umum dalam biogas, tetapi senyawa yang mengandung sulfur lainnya, seperti tiol mungkin ada. Jika dibiarkan dalam aliran biogas, hidrogen sulfida bersifat korosif dan ketika dibakar menghasilkan sulfur dioksida (SO2) dan asam sulfat (H2SO4), juga merupakan senyawa korosif dan berbahaya bagi lingkungan.
Amonia
Amonia (NH3) dihasilkan dari senyawa organik yang mengandung nitrogen, seperti asam amino dalam protein. Jika tidak dipisahkan dari biogas, pembakaran menghasilkan emisi NOx.
Siloksan
Dalam beberapa kasus, biogas mengandung siloksan. Mereka terbentuk dari penguraian anaerobik bahan yang biasa ditemukan dalam sabun dan deterjen. Selama pembakaran biogas yang mengandung siloksan, silikon dilepaskan dan dapat bergabung dengan oksigen bebas atau elemen lain dalam gas pembakaran. Endapan yang terbentuk sebagian besar mengandung silika (SiO2) atau silikat (SixOy) dan dapat mengandung kalsium, belerang, seng, fosfor. Endapan mineral putih tersebut terakumulasi hingga ketebalan permukaan beberapa milimeter dan harus dihilangkan dengan cara kimiawi atau mekanis.Teknologi praktis dan hemat biaya untuk menghilangkan siloksan dan kontaminan biogas lainnya telah tersedia.
Manfaat biogas yang berasal dari kotoran
Metana dalam kadar tinggi dihasilkan ketika kotoran disimpan dalam kondisi anaerobik. Selama penyimpanan dan ketika pupuk kandang telah diaplikasikan ke lahan, nitrous oksida juga diproduksi sebagai produk sampingan dari proses denitrifikasi. Nitrogen oksida (N2O) 320 kali lebih agresif sebagai gas rumah kaca dibandingkan karbon dioksida dan metana 25 kali lebih banyak dibandingkan karbon dioksida. Dengan mengubah kotoran sapi menjadi biogas metana melalui proses pencernaan anaerobik, jutaan ekor sapi di Amerika Serikat dapat menghasilkan 100 miliar kilowatt jam listrik, cukup untuk memberi listrik pada jutaan rumah di seluruh Amerika Serikat. Seekor sapi dapat menghasilkan kotoran yang cukup dalam satu hari untuk menghasilkan 3 kilowatt jam listrik. Selain itu, dengan mengubah kotoran sapi menjadi biogas metana dan tidak membiarkannya terurai, gas pemanasan global dapat dikurangi hingga 99 juta metrik ton atau 4%.
Aplikasi
Biogas dapat digunakan untuk produksi listrik pada pekerjaan pembuangan limbah, dalam mesin gas CHP, di mana limbah panas dari mesin tersebut dapat digunakan dengan mudah untuk memanaskan digester; memasak; pemanas ruangan; pemanas air; dan pemanas proses. Jika dikompresi, dapat menggantikan gas alam terkompresi untuk digunakan dalam kendaraan, di mana ia dapat menjadi bahan bakar mesin pembakaran internal atau sel bahan bakar dan merupakan pemindahan karbon dioksida yang jauh lebih efektif daripada penggunaan normal di pabrik CHP di tempat. Juga produk sampingan dari pabrik biogas, seperti digestate, dapat digunakan kembali, misalnya dengan berkontribusi untuk meningkatkan kualitas tanah.
Disadur dari: en.wikipedia.org