PRA DESAIN PABRIK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS DARI KOTORAN SAPI

Romadhoni, Muhammad Ricki and Triady, Adith (2019) PRA DESAIN PABRIK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS DARI KOTORAN SAPI. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02211540000049_02211540000089-Undergraduate_Theses.pdf Restricted to Repository staff only Download (3MB) | Request a copy

Abstract

PT Greenfields Indonesia yang berlokasi di Desa Babadan, Kecamatan Ngajum Malang merupakan salah satu produsen susu pasteurisasi dan susu Ultra High Temperature (UHT) terbesar dan terbaik di indonesia. PT Greenfields Indonesia memproduksi sekitar 20 juta liter susu setiap tahun. Untuk memenuhi pasokan susu setiap tahunnya, PT Greenfields memiliki peternakan sapi modern yang terintergrasi, dengan jumlah sapi saat ini mencapai 9.200 ekor sapi. Dengan tingginya jumlah sapi yang ada, maka setiap harinya akan dihasilkan kotoran sapi dengan jumlah yang banyak. Dengan asumsi satu ekor sapi dapat menghasilkan sapi sebanyak 25 kg, maka dalam sehari dihasilkan kotoran sapi sebanyak 230.000 kg. Selama ini, kotoran sapi yang ada belum dapat dimanaaftakan secara optimal dan cenderung menjadi limbah peternakan. Selain itu, kotoran sapi juga merupakan salah satu penyumbang pemanasan global akibat gas rumah kaca berupa metana (CH4) yang dapat dihasilkannya. Disisi lain, kotoran sapi memiliki potensi yang besar untuk dimanaaftkan sebagai raw material dari biogas sehingga dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan.
Energi biogas adalah energi hasil konversi dari limbah manusia atau limbah organik lainnya yang dapat membentuk gas metana. Biogas ini dapat dijadikan sebagai energi alternatif karena proses pembuatan dan pemeliharaan pada pembangkit biogas yang sederhana dan energi yang dihasilkan bersahabat dengan lingkungan. Listrik dari pembangkit biogas dapat dimanfaatkan ke gas engine untuk keperluan pabrik sehingga mengurangi biaya bahan bakar dan dapat mengoptimalkan limbah pabrik. Berdasarkan kondisi tersebut maka kotoran sapi sangat berpotensi untuk dijadikan sebagai biogas.
Biogas banyak mengandung pengotor sehingga mempengaruhi karateristik dari biogas tersebut. Jika biogas dibersihkan dari pengotor secara baik akan memiliki karakteristik yang sama dengan gas alam. Komponen pengotor berupa air (H2O) dan karbondioksida (CO2) dan beberapa partikulat harus dihilangkan agar biogas dapat digunakan pada gas engine.
Lokasi pabrik harus dekat dengan sumber bahan baku, sehingga proses operasi dapat terjaga kelangsungannya. Selain itu, dapat mengurangi biaya transportasi dan penyimpanan. Bahan utama pabrik ini adalah kotoran sapi yang berasal dari peternakan sapi milik PT Greenfields Indonesia yang berada di kecamatan Ngajum Malang, sehingga lokasi pabrik biogas didirikan dilokasi yang sama. Dengan beberapa pertimbangan lain diantaranya:
1. Bahan baku
2. Utilitas
3. Aksesibilitas dan fasilitas
4. Iklim dan topografi
5. Tenaga Kerja
Kapasitas kotoran sapi yang dapat diolah sebanyak 200 ton/ hari, dengan hasil produksi berupa gas metana yang dikonversi menjadi listrik dan akan dijual kepada pabrik di sekitar lokasi, salah satunya adalah PT Greensfields. Selain itu, produk samping berupa pupuk organik cair (POC) dan kompos hasil dari pengolahan limbah dapat dijual.
Biogas terbentuk dari proses fermentasi anaerob. Dengan proses fermentasi yang terjadi pada alat digester yang memiliki dua jenis proses, yaitu proses kontunyu atau proses batch. Berdasarkan perbandingan kedua tipe digester tersebut, maka dipilih kontinyu digester. Pemilihan digester ini dengan pertimbangan diinginkan yield biogas yang banyak dan waktu fermentasi yang cepat sehingga dipilih kontinyu digester.
Proses pembuatan biometana dari kotoran sapi ada tiga tahap, yaitu tahap pre-treatment, tahap pembentukan metana (digester) dan tahap pemurnian. Tahap pre-treatment ini dimaksudkan untuk mengencerkan kotoran sapi. Kotoran sapi dilakukan pengenceran dengan penambahan air pada mixing tank (M-110) dengan perbandingan 1:1 sekaligus untuk menetralkan kondisi keasaman dari kotoran sapi. Tahap kedua adalah digester, kotoran sapi yang telah diencerkan dan dinetralkan dari tangki mixer (M-110) dialirkan menuju digester (R-210). Proses di dalam tangki ini terjadi selama 18 hari dengan suhu operasi mesophilic sekitar 30°C. Pada proses ini terjadi proses fermentasi yang menghasilkan metana dengan kemurnian yang masih rendah karena terdapat kandungan karbon dioksida dan uap air sebagai pengotor. Tahapan yang ketiga yaitu mengalirkan gas yang terbentuk menuju kompresor (G-221) untuk menaikkan tekanan dari 1 atm menjadi 10 atm. Hal ini dilakukan bertujuan agar mengoptimalkan proses penyerapan CO2 pada scrubber oleh air. Karena terjadi kenaikan suhu setelah keluar dari kompresor, maka gas didinginkan menggunakan cooler (E-222) sebelum memasuki water scrubber (D-310). Sedangkan aliran effluent dari digester menuju clarifier (H-410) dengan menggunakan pompa effluent (L-411). Dalam clarifier, air limbah dan substratnya dipisahkan. Substrat (padatan) yang dihasilkan kemudian difiltrasi menggunakan plate and frame filter press (H-420) dan menghasilkan padatan berupa pupuk kompos serta liquid berupa pupuk cair. Sedangkan overflow dari clarifier masuk ke storage pupuk cair.
Biogas selanjutnya dialirkan ke water scrubber (D-220) untuk memasuki proses pemurnian. Pada tahap ini gas asam yang dihilangkan adalah CO2 sebagai produk samping dari reaksi pembentukan biogas. Gas CO2 harus dihilangkan karena bersifat korosif terhadap logam. Proses pemurnian gas metana dilakukan dengan melarutkan CO2 dalam air. Karena kelarutan CO2 dalam air rendah dalam tekanan atmosferik, maka dibutuhkan kondisi operasi pada tekanan 10 atm. Selanjutnya, gas metana akan menjadi produk atas dari water scrubber dan memasuki dehydration column (D-223) untuk menghilangkan kandungan air. Setelah keluar dari dehydration column, gas metana akan disimpan dalam tangki storage (F-224). Sedangkan produk bawahnya berupa air yang telah melarutkan CO2 akan memasuki CO2 stripper (D-230) untuk menghilangkan kandungan CO2 dari air sehingga dapat digunakan kembali untuk absorben pada kolom water scrubber.
Pada kolom CO2 stripper (D-230), umpan masuk berupa air kaya CO2 diinginkan air bebas dari CO2. Sehingga, air tersebut dikontakkan dengan udara supaya CO2 dapat terserap oleh udara dan menghasilkan air dengan kadar CO2 yang rendah. Produk bawah dari kolom ini adalah air yang akan masuk ke Tangki Make-Up (F-233) sedangkan produk atasnya berupa udara mengandung banyak CO2 yang akan dibuang ke lingkungan. Selanjutnya air dari tangi make-up (F-233) yang bersumber dari CO2 stripper (D-230) dan air proses akan dialirkan menggunakan pompoa tangki make-up (L-234) menuju kolom water scrubber (D-220). Biogas yang sudah murni (metana) yang di tampung pada biomethane holder (F-224) yang selanjutnya dialirkan menuju gas turbine (N-310) untuk dikonversi menjadi energi listrik. Sehingga dihasilkan listrik sebesar 3,36 MW/jam.
Dari hasil perhitungan pabrik biogas direncanakan beroperasi secara kontinyu selama 24 jam, 330 hari per tahun dengan perencanaan sebagai berikut:
1. Kapasitas produk utama : 23.760 MW/tahun
2. Jumlah Tenaga kerja : 141 orang
3. Kebutuhan bahan baku : 66.000 ton/tahun
Untuk dapat mendirikan pabrik pembangkit listrik tenaga biogas dari kotoran sapi diperlukan total modal investasi sebesar Rp 103.039.003.231. Dari perhitungan analisa ekonomi didapat internal rate of return (IRR) sebesar 15,95%, pay out time (POT) 6,5 tahun dan break event point (BEP) sebesar 42,56%Ditinjau dari aspek teknis dan ekonomis, pabrik pembangkit listrik tenaga biogas dari kotoran sapi ini layak untuk dilanjutkan ke tahap perencanaan.
==================================================================================================================================
PT Greenfields Indonesia, located in Babadan Village, Subdistrict of Ngajum Malang, is one of the biggest and best Ultra High Temperature (UHT) milk producers in Indonesia. PT Greenfields Indonesia produces around 20 million liters of milk every year. To meet the milk supply every year, PT Greenfields has integrated modern cattle farms, with the number of cattle currently reaching 9,200 head of cattle. With the high number of cows, every day a large amount of cow manure will be produced. Assuming that one cow can produce as many as 25 kg of cattle, 230,000 kg of cow dung are produced in a day. During this time, cow dung has not been able to optimally register and tends to become livestock waste. In addition, cow manure is also one of the contributors to global warming due to greenhouse gases in the form of methane (CH4) that can be produced. On the other hand, cow manure has great potential to deposit as raw material from biogas so that it can be used as a renewable energy source.
Biogas energy is the energy converted from human waste or other organic waste that can form methane gas. This biogas can be used as an alternative energy because the process of making and maintaining biogas plants is simple and the energy produced is friendly to the environment. Electricity from biogas plants can be utilized to gas engines for factory needs, thereby reducing fuel costs and optimizing factory waste. Based on these conditions, cow manure has the potential to be used as biogas.
Biogas contains a lot of impurities so it affects the characteristics of the biogas. If biogas is cleaned from impurities properly it will have the same characteristics as natural gas. The impurity component is water (H2O) and carbon dioxide (CO2) and some particulates must be removed so that biogas can be used in the gas engine.
The factory location must be close to the source of raw materials, so that the operation process can be maintained. In addition, it can reduce transportation and storage costs. The main material of this factory is cow dung that comes from cattle farms owned by PT Greenfields Indonesia in the sub-district of Ngajum Malang, so that the location of the biogas plant is established in the same location. With several other considerations including:
1. Raw materials
2. Utilities
3. Accessibility and facilities
4. Climate and topography
5. Labor
The capacity of cow manure can be processed as much as 200 tons / day, with the production of methane gas converted to electricity and will be sold to factories around the site, one of which is PT Greensfields. In addition, the by-products in the form of liquid organic fertilizer (POC) and compost produced from waste treatment can be sold.
Biogas is formed from anaerobic fermentation process. With a fermentation process that occurs in digester devices that have two types of processes, namely continuous processes or batch processes. Based on the comparison of the two types of digester, a continuous digester is selected. The selection of this digester takes into account the desired high biogas yield and fast fermentation time so that a continuous digester is selected.
The process of making biomethane from cow manure has three stages, namely the pre-treatment stage, the methane formation stage (digester) and the purification stage. The pre-treatment stage is intended to thin cow dung. Cow manure is diluted by adding water to the mixing tank (M-110) with a ratio of 1: 1 while at the same time neutralizing the acidity of cow dung. The second stage is the digester, cow dung which has been diluted and neutralized from the mixer tank (M-110) is flowed towards the digester (R-210). The process in this tank occurs for 18 days with mesophilic operating temperatures of around 30 ° C. In this process there is a fermentation process that produces methane with purity that is still low because there is a content of carbon dioxide and water vapor as impurities. The third stage is flowing gas formed towards the compressor (G-221) to increase the pressure from 1 atm to 10 atm. This is done in order to optimize the absorption process of CO2 in the scrubber by water. Because of the temperature rise after exiting the compressor, the gas is cooled using a cooler (E-222) before entering the water scrubber (D-310). While effluent flow from the digester to the clarifier (H-410) using an effluent pump (L-411). In the clarifier, the waste water and substrate are separated. The resulting substrate (solid) is filtered using a plate and frame filter press (H-420) and produces solids in the form of compost and liquid in the form of liquid fertilizer. Whereas the clarifier overflow goes into the liquid fertilizer storage.
Biogas is then channeled to the water scrubber (D-220) to enter the purification process. Biogas is then channeled to the water scrubber (D-220) to enter the purification process. At this stage the acid gas removed is CO2 as a by-product of the reaction of the biogas formation. CO2 gas must be removed because it is corrosive to metals. The process of purifying methane is done by dissolving CO2 in water. Because the solubility of CO2 in water is low in atmospheric pressure, operating conditions are required at a pressure of 10 atm. Next, the methane gas will become the top product of the water scrubber and enter the dehydration column (D-223) to remove the water content. After exiting the dehydration column, methane gas will be stored in a storage tank (F-224). While the bottom product in the form of water that has dissolved CO2 will enter CO2 stripper (D-230) to eliminate the CO2 content from water so that it can be reused for absorbent in the water scrubber column.
In the CO2 stripper column (D-230), the feed enters the desired CO2-rich water free from CO2. So, the water is contacted with air so that CO2 can be absorbed by the air and produce water with low CO2 levels. The bottom product of this column is water that will enter the Make-Up Tank (F-233) while the top product is air containing a lot of CO2 which will be discharged into the environment. Furthermore, water from tangi make-up (F-233) sourced from CO2 stripper (D-230) and process water will be flowed using a make-up tank pump (L-234) to the water scrubber column (D-220). Pure biogas (methane) is accommodated on the biomethane holder (F-224) which is then flowed to the gas turbine (N-310) to be converted into electrical energy. So that electricity is generated at 3.36 MW / hour.
From the calculation of the biogas plant, it is planned to operate continuously for 24 hours, 330 days per year with the following planning:
1. Main product capacity: 23,760 MW / year
2. Number of Workers: 141 people
3. Raw material requirements: 66,000 tons / year
To be able to set up a biogas power plant from cow dung, a total investment capital of Rp. 103,039,003,231 is needed. From the calculation of economic analysis obtained an internal rate of return (IRR) of 15.95%, a pay out time (POT) of 6.5 years and a break event point (BEP) of 42.56% in terms of technical and economic aspects, a power plant Biogas power from cow dung is feasible to proceed to the planning stage.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Biogas, Biodegester, Kotoran Sapi, PT. Greenfields
Subjects:	T Technology > TP Chemical technology > TP359 Biogas
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Chemical Engineering > 24201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	M. Ricki Romadhoni
Date Deposited:	21 Jul 2026 01:29
Last Modified:	21 Jul 2026 01:29
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/66521

Actions (login required)

View Item