Jawaban:

Dasar-Dasar Fermentasi Anaerobik

Ir. Rohmadi Ridlo, M.Eng.

1. Pembangkit Biogas

Seperti namanya, biogas dihasilkan dalam proses biologi. Dengan tidak adanya oksigen (anaerobik berarti tanpa oksigen), bahan organik dipecah untuk membentuk campuran gas yang dikenal sebagai biogas. Proses ini banyak ditemukan di alam, yang berlangsung di darat, di bagian bawah danau, di lubang lumpur dan dalam rumen ruminansia. Bahan organik diubah hampir seluruhnya menjadi biogas dengan menggunakan berbagai mikroorganisme yang berbeda. Energi (panas) dan biomassa baru juga dihasilkan.

Campuran gas yang dihasilkan terutama terdiri dari metana (50-75 vol.%) dan karbon dioksida (25-50 vol.%). Biogas juga mengandung sejumlah kecil hidrogen, hidrogen sulfida, amonia dan gas-gas lainnya. Komposisi gas pada dasarnya ditentukan oleh substrat, proses fermentasi (pencernaan) dan berbagai desain teknis dari biogas plant. Proses dimana biogas terbentuk dapat dibagi menjadi sejumlah tahap (lihat Gambar 1). Tahap individu dekomposisi (degradasi) harus dikoordinasikan dan diselaraskan dengan satu sama lain dalam cara yang terbaik untuk memastikan bahwa proses secara keseluruhan berjalan lancar.

Selama tahap pertama, yaitu tahap hidrolisis, senyawa kompleks bahan awal (seperti karbohidrat, protein dan lemak) dipecah menjadi senyawa organik sederhana (mis asam amino, gula dan asam lemak). Bakteri hidrolitik terlibat dalam tahap ini dan mengeluarkan enzim yang akan mendekomposisi materi dengan cara biokimia.

Produk antara yang dibentuk oleh proses ini kemudian lebih lanjut dipecah selama tahap asidogenesis (fase pengasaman) oleh fermentasi bakteri (pembentuk asam) menjadi asam lemak lebih rendah (asam asetat, asam propionat dan asam butirat) bersama dengan karbon dioksida dan hidrogen. Selain itu, jumlah kecil dari asam laktat dan alkohol juga terbentuk. Sifat dari produk yang terbentuk pada tahap ini dipengaruhi oleh konsentrasi hidrogen pada tahap antara ini.

Dalam tahap asetogenesis, terjadi pembentukan asam asetat, produk ini kemudian diubah oleh bakteri acetogenic ke prekursor biogas (asam asetat, hidrogen dan karbon dioksida). Tekanan parsial hidrogen sangat penting dalam hubungan ini. Kandungan hidrogen yang terlalu tinggi mencegah konversi produk antara asidogenesis, karena alasan yang berhubungan dengan energi. Sebagai konsekuensi, asam organik, seperti asam propionat, asam isobutirat, asam isovaleric dan asam hexanoic, menumpuk dan menghambat pembentukan metana. Karena alasan ini, bakteri acetogenic (bakteri pembentuk hidrogen) harus hidup dekat berdampingan dalam komunitas biotik (biocoenosis) dengan bakteri metanogen pemakan hidrogen, yang mengkonsumsi hidrogen bersama-sama dengan karbon dioksida selama pembentukan metana (transfer hydrogen antarspesies), sehingga memastikan lingkungan yang dapat diterima untuk bakteri acetogenic.

Selama fase methanogenesis berikutnya, tahap akhir dari generasi biogas, semua asam asetat, hidrogen dan karbon dioksida diubah menjadi metana oleh mikroorganisme metanogen dalam kondisi sangat anaerobik.

Metanogen hydrogenotrophic (tumbuh pada hidrogen dan karbon dioksida) menghasilkan metana dari hidrogen dan karbon dioksida, sedangkan bakteri pembentuk metana acetoclastic menghasilkan metana oleh pembelahan asam asetat. Di bawah kondisi yang berlaku pada biogas plant dari hasil pertanian, pada kondisi organic loading rate lebih tinggi, metana terutama terbentuk melalui jalur reaksi memanfaatkan hidrogen, sedangkan metana terbentuk melalui jalur reaksi yang melibatkan pembelahan asam asetat hanya pada kondisi organic loading rate relatif rendah. Hal ini diketahui dari pencernaan limbah lumpur bahwa 70% metana berasal dari pembelahan asam asetat dan hanya 30% dari pemanfaatan hidrogen. Pada biogas plant dari limbah pertanian, hal ini benar pada digester berkapasitas tinggi yang baik dengan waktu retensi sangat singkat. Penelitian terbaru menegaskan bahwa transfer hidrogen antarspesies jelas yang menentukan laju pembentukan metana.

Penjelasan:makasih