PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS (PLTBG)
Abstrak
PLTBG adalah instalasi pembangkit listrik dengan
pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar yang dapat diperbaharui. Kotoran sapi
sebagai media penghasil biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar PLTBG
sehingga mengurangi pencemaran lingkungan dan efek rumah kaca. Jawa Tengah
dengan kapasitas peternakan yang besar mempunyai potensi yang cukup
baik untuk pembangunan PLTBG. PLTBG dapat dibangkitkan
dengan penggunaan motor bakar berbahan bakar biogas tetapi mesin berbahan bakar
biogas di Indonesia belum ada. Mesin diesel dan bensin secara teknis dapat
digunakan sebagai penggerak generator PLTBG
tetapi efisiensinya yang dihasilkan rendah sehingga perlu
dilakukan modifikasi.Pemilihan mesin dalam penulisan ini untuk menghasilkan
efisiensi maksimal dari mesin dengan memodifikasi mesin berbahan bakar diesel
dan bensin. Berdasarkan hasil analisa mesin diesel dan bensin memerlukan
penambahan conversion kit dan mixer. Conversion kit berfungsi mengatur debit bahan
bakar supaya mengalir konstan dan penambahan mixer bertujuan untuk pencampur
biogas dengan udara. Mesin diesel yang dimodifikasi ini menggunakan system
dualfuel engine dimana bahan bakar solar digunakan bersama-sama dengan biogas,
dengan komposisi sekitar 20 % solar dan 80% biogas. Mesin bensin dapat
menggunakan 100% biogas untuk bahan bakar.
Pendahuluan
Peternakan sapi dari tahun ke tahun semakin besar
jumlahnya, penambahan jumlah tersebut menyebabkan tingkat pencemaran lingkungan
yang tinggi antara lain menyebabkan bau tidak sedap yang mengganggu kenyamanan
lingkungan sekitar, endemik bibit penyakit, dan air resapan tanah dan sungai
menjadi beracun dan bau. Dalam kotoran sapi terkandung gas metana (CH4) apabila
dibuang secara bebas ke atmosfir akan menyebabkan efek rumah kaca, proses ini
berakibat suhu bumi menjadi tinggi, ini adalah yang disebut dengan pemanasan
global (global warning), yang secara langsung meningkatkan intensitas
frekuensi angin topan, merubah komposisi hutan , mengurangi produksi pertanian,
menghancurkan biota laut sehingga ikan mengalami kekurangan makanan dan
ekosistem laut menjadi hancur.
Alasan diatas dapat dijadikan bahan pertimbangan bahwa
kotoran sapi lebih baik dimanfaatkan daripada dibiarkan menumpuk. Beberapa cara
pemanfaatan kotoran sapi antara lain dengan mengolah kotoran sapi menjadi pupuk
organik maupun biogas, yaitu suatu energi yang dihasilkan dari proses
biodegradasi dengan bantuan bakteri dalam kondisi anaerob pada material organik
(kotoran sapi). Keuntungan yang didapat dari proses pemanfaatan kotoran sapi
bagi pemilik peternakan sapi adalah menambah penghasilan dari penjualan pupuk
organik dan menghemat pengeluaran biaya penggunaan listrik. Sebenarnya
pemanfaatan kotoran sapi dapat memberikan nilai ekonomis yang lebih tinggi jika
dilakukan dengan cara membangun pembangkit listrik tenaga biogas (PLTBG).
Sebagai contoh Jawa Tengah memiliki potensi yang sangat
besar untuk mengembangkan PLTBG karena memiliki peternakan yang besar. Data
pada tahun 2002, sapi potong sebesar 13344495 ekor dan sapi perah sebesar
119026 ekor. PLTBG dapat dibangkitkan dengan penggunaan mesin diesel atau
bensin, ini merupakan cara untuk mengatasi tidak adanya mesin berbahan bakar
biogas di Indonesia dan apabila mendatangkan dari luar negeri biaya pembangunan
instalasi PLTBG menjadi besar. Permasalahan yang muncul dengan penggunaan mesin
diesel dan bensin dengan bahan bakar biogas adalah efisiensi yang dihasilkan
rendah dan cara untuk mengatasi masalah ini dengan cara memodifikasi mesin
diesel atau bensin dan dilakukan pemilihan mesin yang sesuai dengan daya yang
dapat dibangkitkan oleh penghasil gas (digester) yang dimiliki oleh peternakan.
Kaji Teoritik Sistem Konversi Energi
Sistem instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG)
dapat dibuat skema sebagai berikut:
Bagan sistem instalasi pembangkit listrik dari biogas
kotoran sapi.
Perubahan biogas menjadi energi listrik dilakukan dengan
memasukkan gas dalam tabung
penampungan kemudian masuk ke conversion kit yang
berfungsi menurunkan tekanan gas dari tabung sesuai dengan tekanan operasional
mesin dan mengatur debit gas yang bercampur dengan udara didalam mixer,
dari mixer bahan bakar bersama dengan udara masuk kedalam mesin dan
terjadilah pembakaran yang akan menghasilkan daya untuk menggerakkan generator
yang menghasilkan energi listrik. Karakterisrik pembakaran yang terjadi pada
mesin diesel berbeda dengan pembakaran pada mesin bensin.
Karakteristik pembakaran biogas didalam mesin diesel
Bahan bakar biogas membutuhkan rasio kompresi yang tinggi
untuk proses pembakaran sebab biogas mempunyai titik nyala yang tinggi 645 0C –
750 0C dibandingkan titik nyala solar 220 0C, maka mesin diesel umumnya
digunakan secara dualfuel dengan rasio kompresi sekitar 15 – 18. Proses
pembakaran pada mesin dualfuel, bahan bakar biogas dan udara masuk ke
ruang bakar pada saat langkah hisap dan kemudian dikompresikan didalam silinder
seperti halnya udara dalam mesin diesel biasa. Bahan bakar solar dimasukkan
lewat nosel pada saat mendekati akhir langkah kompresi, dekat titik mati atas
(TMA) sehingga terjadi pembakaran.
Temperatur awal kompresi tidak boleh lebih dari 80 0C
karena akan menyebabkan terjadinya knocking dan peristiwa knocking yang
terjadi pada mesin dualfuel hampir sama dengan yang terjadi pada mesin
bensin, yaitu terjadinya pembakaran yang lebih awal akibat tekanan yang
tinggi dari mesin diesel. Hal ini disebabkan karena bahan bakar biogas
masuk bersama-sama dengan udara ke ruang bakar, sehingga yang dikompresikan
tidak hanya udara tapi juga biogas.
Gambar 2.
Grafik performance pada mesin
a) a sfc biogas dalam dualfuel, b sfc solar dalam
mesin diesel, c sfc solar dalam dualfuel
b) a mesin diesel dengan solar yang diritkan, b efisiensi
mesin diesel, c efisiensi dualfuel
Karakteristik pembakaran biogas didalam mesin bensin
Mesin bensin dengan rasio kompresi yang hanya berkisar
antara 6 – 9,5 tidak cukup untuk melakukanpembakaran biogas karena titik nyala
biogas yang tinggi 645 0C – 750 0C, untuk itu dilakukan penambahan rasio
kompresi mesin menjadi 10 – 12. Proses pembakaran biogas sama seperti pada
mesin bensin normal, yaitu biogas dan udara masuk ke ruang bakar dan pada akhir
langkah kompresi terjadi pembakaran, pembakaran ini terjadi karena bantuan
loncatan bunga api dari busi.
Gambar 3.
Diagram performance mesin bensin dengan bahan
bakar bensin ( ____ ) dan biogas ( __.__ )
1) daya, 2) torsi, 3) konsumsi bahan bakar spesifik
Daya listrik yang dapat dihasilkan dari PLTBG
Tabel 1. Daya listrik yang dapat dihasilkan dari
peternakan sedang dan besar
Pemilihan Mesin Penggerak
Berdasarkan hasil survey lapangan bahwa mesin yang dapat
digunakan untuk mesin penggerak generator PLTBG adalah mesin diesel dan bensin.
Di pasaran untuk mesin bensin harganya jauh lebih mahal dari mesin diesel
dengan daya yang sama dan untuk daya yang besar hanya mesin diesel yang dapat
digunakan sebab tidak adanya mesin bensin dengan daya besar di pasaran.
Penggunaan kedua jenis mesin tersebut dalam kenyataannya menghasilkan efisiensi
yang rendah sehingga perlu adanya modifikasi.
Modifikasi yang perlu dilakukan untuk mengubah mesin
diesel menjadi mesin berbahan bakar biogas adalah dengan cara menambahkan conversion
kit dan mixer. Fungsi conversion kit adalah untuk mengatur
debit dan menurunkan tekanan aliran bahan bakar sesuai dengan tekanan
operasional yang diinginkan sedangkan mixer berfungsi sebagai pencampur
bahan bakar dengan udara. Pemasangan mixer terletak pada saluran masuk
udara dan conversion kit terpasang antara mixer dan tabung gas (Gas
holder). Sistem modifikasi ini menggunakan sistem dualfuel yaitu
mesin menggunakan dua bahan bakar yang dilakukan secara bersamaan dengan
komposisi 20% solar dan 80% biogas . Hal ini dilakukan karena titik nyala
pembakaran biogas sangat tinggi yaitu sekitar 645°C-750°C.
Gambar 4
Skema pemasangan mixer dan conversion kit pada
mesin diesel
Modifikasi mesin bensin hampir sama dengan mesin diesel
yaitu dengan cara menambah Conversion kit dan mixer. Perbedaannya
adalah pada mesin bensin bahan bakar biogas dapat digunakan 100%, hal ini dikarenakan
adanya busi sehingga bahan bakar biogas akan cepat terbakar. Pemasangan mixer
terletak antara saringan udara dan karburator, sedangkan Conversion
kit terpasang antara mixer dan tabung gas (gas holder). Perkiraan
biaya untuk pembelian Conversion kit dan mixer yaitu sekitar Rp.
4.800.000,00 untuk kondisi alat baru.
Perhitungan ekonomi
Perhitungan ekonomi penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga
Biogas (PLTBG) untuk peternakan sedang dan besar dengan pemakaian mesin diesel
dan bensin , dan dibandingkan dengan keuntungan listrik yang dihasilkan yang
disesuaikan dengan tarif dasar listrik PLN.
Tabel 2. Perkiraan biaya investasi PLTBG pada peternakan
sedang dan besar
Tabel 3. Perkiraan biaya operasi PLTBG pada peternakan
sedang dan besar
Biaya investasi dari mesin diesel lebih kecil dari pada
mesin bensin, sehingga mesin diesel lebih menguntungkan dari segi ekonomi. Di
lain sisi dari aspek perawatan mesin diesel dan mesin bensin dapat dikatakan
sebanding dan membutuhkan biaya yang relatif sama. Dilihat dari aspek operasi
mesin diesel lebih mudah, mempunyai umur operasi yang lama dan menggunakan
sedikit bahan bakar untuk penyediaan daya yang sama dibandingkan dengan mesin
bensin. Hal ini dapat dijadikan alasan bahwa mesin diesel lebih menguntungkan
sebagai mesin penggerak pada PLTBG.
Keuntungan dari membangkitkan listrik dari PLTBG adalah
energi listrik yang dapat hasilkan dikalikan dengan harga listrik yang harus
dibayar pemakai jika menggunakan listrik dari PLN. Harga listrik
Rp. 545/kWh dan biaya beban Rp. 30.000,00/kVA. Nilai
rupiah yang dapat dihasilkan dari membangkitkan listrik dari biogas pada
peternakan sedang dengan daya 3 kW (4 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan
tiap hari 24 jam adalah Rp. 15.762.600,00.
Analisa ekonomi pembangkit listrik tenaga biogas dengan
mesin penggerak dari mesin diesel untuk peternakan skala sedang, jika bunga
investasi untuk kredit dari bank 19 % adalah :
Total investasi = Rp. 7.300.000,00 + Rp. 7.300.000,00 x
19%
= Rp. 8.687.000,00
Umur teknis ekonomis 10 Tahun
Depresiasi = Rp. 8.687.000,00 / 10
= Rp. 868.700,00
Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional
= Rp. 15.762.600,00 +Rp. 868.700,00 – Rp. 10.316.000,00
= Rp. 6.220.400,00
IRR(Initial Rate of Return) = 72 %
NPV (Net Present Value) = Rp. 15.726.618,00
BCR (Benefit Cost Ratio ) = 1,45
PB ( Pay back) = 1 tahun 5 bulan
Nilai rupiah yang dapat dihasilkan, sesuai harga listrik
dari PLN, dari membangkitkan listrik dengan biogas pada peternakan besar dengan
daya 15 kW (19 kVA) dalam satu tahun dengan penggunaan tiap hari 24 jam adalah
Rp. 78.453.000,00. Jika bunga investasi untuk kredit dari bank 19 % maka
analisa pembangkit listrik tenaga biogas untuk peternakan skala besar adalah
Total investasi = Rp. 56.300.000,00 + Rp. 56.300.000,00 x
19%
= Rp. 66.997.000,00
Umur teknis ekonomis 10 Tahun
Depresiasi = Rp. 66.997.000,00 / 10
= Rp. 6.699.700,00
Cash flow = Keuntungan + Depresiasi- biaya operasional
= Rp. 78.453.000,00 + Rp. 6.699.700,00 – Rp.
22.883.600,00
= Rp. 61.537.200,00
IRR(Initial Rate of Return) = 93 %
NPV (Net Present Value) = Rp. 170.743.335,00
BCR (Benefit Cost Ratio ) = 2,87
PB ( Pay back) = 1 tahun 1 bulan
Diskusi
Berdasarkan hasil perhitungan diatas dapat diambil
kesimpulan untuk skala peternakan sedang dan besar lebih baik menggunakan mesin
diesel, disamping ekonomis aspek operasi mesin diesel lebih mudah dibandingkan
dengan mesin bensin. Umur operasi mesin diesel mempunyai jangka waktu yang
lama.
Kendala yang dihadapi untuk pembangunan PLTBG adalah
modal awal yang besar, kurangnya
penguasaan ilmu tentang pembangunan PLTBG, adanya
keraguaan dari pemilik peternakan tentang berhasil tidaknya PLTBG, kurangnya
perhatian pemerintah tentang penelitian PLTBG dan kurangnya pemberian bantuan
dana bagi pemilik peternakan. Saran untuk mengatasi kendala diatas adalah
peminjaman modal ke bank atau pemberian kredit lunak oleh pemerintah kepada
pemilik peternakan, perlunya mempelajari lebih dalam modifikasi yang perlu
dilakukan pada mesin untuk PLTBG, pemberian kucuran dana untuk penelitian dari
pemerintah, perlunya adanya penyuluhan terhadap peternak sapi sehingga tidak
adanya keraguan lagi dari para peternak untuk pembangunan PLTBG.
Kesimpulan
1. Pemilihan mesin harus berdasarkan daya yang dapat
dihasilkan oleh digester, harga mesin, biaya modifikasi dan aspek operasi dan
pemeliharaan.
2. Mesin penggerak generator pada PLTBG untuk skala
peternakan sedang dan besar lebih baik dengan penggunaan mesin diesel karena
dari aspek ekonomis , operasi dan pemeliharaan lebih baik disbanding dengan
mesin bensin.
Saran
1. Perlu adanya kerjasama antara pemerintah maupun pihak
swasta dengan peternakan sapi untuk pembangunan PLTBG.
2. Perlu adanya penelitian lebih lanjut tentang
penggunaan dan pemodifikasian mesin diesel dan bensin dengan bahan bakar biogas
untuk mendapatkan efisiensi mesin yang lebih baik.
Daftar Pustaka
Barker, James, C., (2001), “Methane Fuel Gas from
Livestock Wastes A Summary”, North Carolina Cooperative Extension Service, hal.
1-8.
Ferguson, Colin, R., (1986), “Internal Combustion
Engine Applied Thermosciences”, John Wiley & Sons, New York, hal
209-220.
Mallev, V.L.,(1991), “Operasi dan Pemeliharaan Mesin
Diesel”, Erlangga, Jakarta.
Mathur, M.L. dan Sharma, R.P., (1980), “A Cource in
Internal Combustion Engines”, Dhanpat Rai & Sons, Nai Sarak Delhi, hal
589-614.
Mitzlaff, Klaus Von, (1988), “Engines for Biogas”,
Deutsche Gesell schoft fur Technische Zusammenarbeit (GTZ), Eschborn, hal
1-133.
Obert, Edward, F., (1973), “Internal Combustion Engine
and Air Pollution”, Harper & Row Publishers. Inc, New York.
Petrovsky, N., (1979), “ Marine Internal Combustion
Engine”, Mir Publishers, Moskow, hal 27-52.
PLN, (2003), “ Tarif Dasar Listrik 2003”, PLN.
Rocque, A.J.,(1995), “Connecticut’s Greenhouse Gas
Emissions Inventory 1990 and 1995 Calendar Years”,
State of Connecticut Department of Environmental
Protection, Hartford, hal vi.
Troitsky, A. dan Samdkhvalov, M., (1979), “ Motor
Vehicle Engines”, Mir Publishers, Moskow, hal 393-398.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar