## Kajian Potensi Limbah Kotoran Manusia Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Biogas Di Kota Pontianak

## Ardiansyah
Magister Teknik Elektro Universitas Tanjungpura Pontianak Pemerintah Kota Pontianak, Dinas Perhubungan Kota Pontianak
e-mail : the.ant01@gmail.com
Abstract– Utilization  of  human  waste  as  a  source  of energy  can  produce  methane  gas  through  anaerobic digestion  process,  where  the  resulting  methane  gas  is converted  into  electrical  energy.  In  this  research  both electrical  energy  capacity  and  economics  feasibility  of Biogas Power Plant development  from the utilization of human waste  in Pontianak City calculated.
Based  on  the  calculation  and  analysis  of  electrical energy  capacity  and  economics  feasibility,  the  potential of  human  waste  in  Pontianak  City  produces  biogas  of 3,091.94  m 3 /day,  methane  gas  2,164,36  m 3 /day,  and electrical  energy  24,157,88  kWh/day.  The  result  of technical  and  economic  analysis  of  energy  conversion implementation  using  250  kW  microturbin  produces electric  power  equal  to  2,058,254,5  kW  per  year,  pay back  period  4  years  11  months,  net  present  value 22,379.004.648  IDR,  and  internal  rate  of  return  of 18,681%, so  the  construction  of  Biogas  Power  Plant  is feasible to be implemented.
Keywords - anaerobic digestion, biogas, microturbine

## 1. Pendahuluan
Beberapa  tahun  terakhir  ini  energi  merupakan persoalan yang krusial di dunia. Peningkatan permintaan energi  yang  disebabkan  oleh  pertumbuhan  populasi penduduk  dan  menipisnya  sumber  cadangan  minyak dunia  serta  permasalahan  emisi  dari  bahan  bakar  fosil memberikan  tekanan  kepada  setiap  negara  untuk  segera memproduksi  dan  menggunakan  energi  yang  dapat diperbaharui.
Untuk  mengurangi  ketergantungan  terhadap  bahan bakar  minyak  pemerintah  telah  menerbitkan  Peraturan Presiden  Republik  Indonesia  nomor  5  tahun  2006 tentang Kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan  sumber  energi  alternatif  sebagai pengganti  bahan  bakar  minyak[1].  Kebijakan  tersebut menekankan pada sumber daya  yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak.
Biogas  merupakan  energi  terbarukan  yang  dapat digunakan  sebagai  energi  alternatif  untuk  mengganti bahan bakar yang berasal dari fosil seperti minyak tanah dan  gas  alam.  Biogas  yang  juga  merupakan  salah  satu jenis  bioenergi  dihasilkan  dari  bahan-bahan  organik seperti  kotoran  ternak,  limbah  kotoran  manusia,  jerami, sekam dan daun-daun yang mengalami proses fermentasi atau proses metanisasi[2].
Kota  Pontianak  merupakan  Ibukota  Provinsi Kalimantan  Barat  memiliki  luas  daerah  sebesar  107,82 Km 2 dengan  jumlah  penduduk  saat  ini  sekitar  618.388 jiwa  dengan  laju  pertumbuhan  penduduk  sebesar  1,8% per  tahun[3].  Dengan  jumlah  penduduk  yang  cukup besar  tentunya  akan  menghasilkan  limbah  kotoran manusia  yang  cukup  besar  juga  yang  saat  ini  belum dimanfaatkan.
Pemanfaatan  limbah  kotoran  manusia  sebagai sumber  energi  dapat  menghasilkan  gas  metana  melalui proses  fermentasi,  dimana  gas  metana  yang  dihasilkan tersebut  dapat  dikonversikan  menjadi  energi  listrik, sehingga  limbah  kotoran  manusia  tersebut  yang  tadinya merupakan  suatu  bahan  yang  tidak  berharga  dapat dijadikan  sebagai  bahan  bakar  yang  ramah  lingkungan dan  tentu  saja  penggunaannya  akan  mengurangi ketergantungan akan pemakaian minyak bumi .
2. Tinjauan Pustaka
2.1. Pengertian Biogas
Biogas  merupakan  sebuah  proses  produksi  gas  bio dari  material  organik  dengan  bantuan  bakteri.  Proses degradasi  material organik  ini tanpa  melibatkan oksigen disebut  pencernaan  anaerob  atau anaerobic  digestion (AD).  Gas  yang  dihasilkan  sebagian  besar  (lebih  50%) berupa gas methana. Tabel 1 menunjukkan perbandingan komposisi antara biogas, gas alam, dan gas pada Tempat Pembuangan Akhir (TPA) sampah ( Landfill Gas )
Tabel 1. Komposisi Biogas, Gas Alam, dan Landfill Gas [4] Komposisi Unit Biogas Gas Alam Landfill Gas Methana CH 4 % Vol. 55-70 91 45-58 Ethana C 2 H 6 % Vol. 0 5,1 0 Propana C 3 H 8 % Vol. 0 1,8 0 Butana C 4 H 10 % Vol. 0 0,9 0 Pentana % Vol. 0 0,3 0 CO 2 % Vol. 30-45 0,61 32-45 Nitrogen N 2 % Vol. 0-2 0,32 0-3 Volatile Organic Compounds (VOC) % Vol. 0 0 0,25-0,5 Hidrogen H 2 % Vol. 0 0 Terdeteks i < 1%
Hidrogen Sulfida H 2 S ppm  500  1 10-200 Amonia NH 3 ppm  100 0 0 Karbon Monoksida CO ppm 0 0 terdeteksi
Material  organik  yang  terkumpul  pada digester (reaktor)  akan  diuraikan  menjadi  dua  tahap  dengan bantuan  dua  jenis  bakteri.  Tahap  pertama  material
organik  akan  didegradasi  menjadi  asam-asam  lemah dengan  bantuan  bakteri  pembentuk  asam.  Bakteri  ini akan  menguraikan  sampah  pada  tingkat  hidrolisis  dan asidifikasi. Hidrolisis yaitu penguraian senyawa kompleks  atau  senyawa  rantai  panjang  seperti  lemak, protein,  karbohidrat  menjadi  senyawa  yang  sederhana. Sedangkan  asidifikasi  yaitu  pembentukan  asam  dari senyawa sederhana[2].

## 2.2. Proses Biokimia pada Pencernaan Anaerob
Seperti  yang  dinyatakan  sebelumnya,  AD  adalah proses  mikrobiologis  dekomposisi  bahan  organik  tanpa adanya  oksigen.  Produk  utama  dari  proses  ini  adalah biogas dan digestate .
Proses  pembentukan  biogas  adalah  hasil  dari langkah-langkah proses terkait, di mana pada tahap awal bahan  terus  dipecah  menjadi  unit  yang  lebih  kecil. Kelompok  tertentu  dari  mikroorganisme  terlibat  dalam setiap  langkah  individu.  Organisme  ini  berturut-turut menguraikan  produk  dari  langkah-langkah  sebelumnya. Diagram menyederhanakan proses AD, yang ditunjukkan  pada  Gambar    1,  menyoroti  empat  langkah utama proses yaitu: hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis, dan methanogenesis.
Gambar 1 . Langkah utama pada Anaerobic Digestion [2] Langkah-langkah  proses  dalam  Gambar  1  berjalan sejajar  dalam  ruang  dan  waktu,  dalam  tangki digester . Kecepatan  proses  dekomposisi  total  ditentukan  oleh kecepatan  reaksi  dari  rantai.  Selama  hidrolisis,  relatif sejumlah  kecil  biogas  yang  dihasilkan.  Produksi  biogas mencapai puncaknya selama methanogenesis.
a. Hidrolisis
Hidrolisis  adalah  proses  dimana  bahan  organik kompleks (polimer) diurai menjadi unit yang  lebih kecil (mono dan oligomer). Selama  hidrolisis, polimer  seperti karbohidrat,  lipid,  asam  nukleat  dan  protein  diubah menjadi glukosa, gliserol, purin dan piridina. Mikroorganisme hidrolitik mengeluarkan enzim hidrolitik,  mengkonversi  biopolimer  menjadi  senyawa sederhana dan larut.
Produk  yang  dihasilkan  dari  hidrolisis  selanjutnya diurai oleh mikroorganisme terlibat dan digunakan untuk proses metabolisme mereka sendiri b. Acidogenesis/Pengasaman
Selama  asidogenesis,  produk  hidrolisis  dikonversi oleh Acidogenic (fermentatif)  bakteri  ke  dalam  substrat metanogen.  Gula  sederhana,  asam  amino,  dan  asam lemak yang terdegradasi menjadi asetat, karbon dioksida dan  hidrogen  (70%)  dalam  bentuk  asam  lemak  volatil (VFA) dan alkohol (30%).
c. Acetogenesis
Produk dari asidogenesis,  yang tidak dapat  langsung diubah  menjadi  metana  oleh  bakteri  metanogen,  diubah
menjadi  substrat  metanogen  selama  asetogenesis.  VTA dan  alkohol  dioksidasi  menjadi  substrat  metanogen seperti  asetat,  hidrogen  dan  karbondioksida.  VFA, dengan  rantai  karbon  lebih  dari  dua  unit  dan  alkohol, dengan  rantai  karbon  lebih  dari  satu  unit,  dioksidasi menjadi  asetat  dan  hidrogen.  Selama  metanogenesis, hidrogen  diubah  menjadi  metana.  Asetogenesis  dan metanogenesis  biasanya  berjalan  paralel,  sebagai simbiosis dari dua kelompok organisme.
d. Methanogenesis
Produksi  metana  dan  karbon  dioksida  dari  produk antara  ( intermediate  product )  dilakukan  oleh  bakteri metanogen. 70% dari metana yang terbentuk berasal dari asetat, sedangkan  sisanya 30% dihasilkan dari konversi hidrogen (H) dan karbon dioksida (CO 2 ). Methanogenesis  merupakan  langkah  penting  dalam seluruh  proses  AD,  karena  merupakan  yang  paling lambat  dari  proses  reaksi  biokimia.  Methanogenesis  ini sangat  dipengaruhi  oleh  kondisi  operasi.  Komposisi bahan baku, tingkat makan, suhu, dan pH adalah contoh faktor  yang  mempengaruhi  proses  metanogenesis. Digester yang overloading ,  perubahan  suhu  atau masuknya  oksigen  dapat  mengakibatkan  penghentian produksi metana.
2.3. Tangki Pencernaan Digester merupakan  tempat  reaksi  fermentasi anaerob  limbah  organik  menjadi  biogas  terjadi. Berdasarkan  bentuk  tangki digester ,  secara  umum dikenal  3  (tiga)  tipe  utama  reaktor  biogas  yakni  tipe balon ( balloon type ), tipe kubah tetap ( fixed-dome type ) dan  tipe  kubah  penutup  mengambang  ( floating  drum type )[5]. a. Tipe Balon[5]
Reaktor  balon  merupakan  jenis  reaktor  yang  banyak digunakan pada  skala rumah tangga  yang  menggunakan bahan  plastik  sehingga  lebih  efisien  dalam  penanganan dan  perubahan  tempat  biogas.  Reaktor  ini  terdiri  dari satu  bagian  yang  berfungsi  sebagai digester dan penyimpan  gas  masing  masing  bercampur  dalam  satu ruangan tanpa sekat.
Gambar 2. Digester Tipe Balon[5]
Material  organik  terletak  dibagian  bawah  karena memiliki  berat  yang  lebih  besar  dibandingkan  gas  yang akan mengisi pada rongga atas.
b. Tipe Kubah Tetap[5] Digester jenis  ini  mempunyai  volume  tetap.  Seiring dengan  dihasilkannya  biogas,  terjadi  peningkatan tekanan dalam digester . Karena itu, dalam konstruksinya digester jenis  kubah  tetap,  gas  yang  terbentuk  akan
segera  dialirkan  ke  pengumpul  gas  di  luar  reaktor. Indikator produksi  gas  dapat  dilakukan  dengan memasang indikator tekanan.
Gambar 3. Digester Tipe Kubah Tetap[5] c. Tipe Kubah Mengambang[5]
Pada digester tipe  ini  terdapat  bagian  yang  reaktor yang  dapat  bergerak  seiring  dengan  kenaikan  tekanan reaktor.  Pergerakan  bagian  kubah  dapat  dijadikan indikasi  bahwa  produksi  biogas  sudah  mulai  atau  sudah terjadi.  Bagian  yang  bergerak  juga  berfungsi  sebagai pengumpul biogas. Kelemahannya adalah membutuhkan teknik  khusus  untuk  membuat  tampungan  gas  bergerak seiring  naik  atau  turunnya  produksi  biogas.  Kelemahan lainnya  adalah  material  dari  tampungan  gas  yang  dapat bergerak  harus  dipilih  yang  mempunyai  sifat  tahan korosi,  hal  tersebut  menyebabkan  harganya  relatif  lebih mahal.
Gambar 4. Digester Tipe Kubah Mengambang[5] 2.4. Ukuran Digester Biogas Ukuran  tangki digester biogas  tergantung  dari jumlah,  kualitas  dan  jenis  limbah  organik  yang  tersedia dan temperatur saat proses fermentasi anaerob. Di bawah ini gambar bentuk penampang silender digester anaerob ( Cylindrical  Shaped  Bio-Gas  Digester  Body )  dengan penjelasan sebagai berikut:
Gambar 5. Penampang Digester Biogas Silinder [6] Keterangan: V c = Volume Ruangan penampungan gas ( gas collecting chamber) V gs =  Volume  Ruangan  Penyimpanan  Gas  ( gas  storage chamber)
V f =  Volume  Ruangan  Fermentasi  ( fermentation chamber ) V H = Volume Ruangan Hidrolik ( hydraulic chamber ) V S =  Volume  lapisan  penampungan  lumpur  ( sludge layer)
Total Volume Digester adalah[6] :
V=V c +V gs +V f +V S (1)
Untuk  mendisain  tangki digester biogas,  dapat  dilihat pada  gambar  dimensi  geometrikal  tangki digester di bawah ini:
Gambar 6. Dimensi geometri  penampang Digester Biogas[6]
Dari  Gambar  6  berlaku  bentuk  geometri  ruangan digester biogas dengan ketentuan sebagai berikut:
Tabel 2. Dimensi Geometrikal Ukuran Tangki Digester Silinder[4] VOLUME DIMENSI GEOMETRI V c ≤ 5% V V s ≤ 15% V V gs + V f = 80% V V gs = V H V gs = 0.5 ( V gs + V f + V s ) K, dimana K adalah Tingkat
Produksi Gas per m 3 volume digester per hari
D  = 1.3078  V 1/3 V 1 = 0.0827 D 3 V 2 = 0.05011 D 3 V 3 = 0.3142 D 3 R 1 = 0.725 D R 2 = 1.0625 D f 1 = D/5 f 2 = D/8 S 1 = 0.911 D 2 S 2 = 0.8345 D 2
2.5. Pemanfaatan  Limbah  Kotoran  Manusia  sebagai Biogas Mengingat kemudahan proses dan tidak ada starter (bibit mikroorganisme) yang dibutuhkan dalam prosesnya,  limbah  kotoran  manusia  memiliki  potensi yang  sama  dalam  pembangkitan  biogas  dengan  kotoran sapi.  Keuntungan  ini  karena  kotoran  manusia  dan kotoran ternak berasal dari degradasi anaerob di saluran gastrointestinal, sehingga memungkinkan untuk mengandung  bakteri faecal  anaerob yang  tinggi. Komponen ekskreta manusia dapat dilihat pada Tabel 3.
Berdasarkan  data  pada  Tabel  4,  ada  kemungkinan potensi  biogas  per  kg  kotoran  manusia  menjadi  sama atau lebih tinggi dari pupuk kandang, dan kadar  metana dalam  biogas  bisa  mencapai  70%.  Fakta  lain  yang membuat  kotoran  manusia  merupakan  bahan  baku  yang menguntungkan  adalah  pH-nya  sekitar  7,3,  kisaran  pH optimum untuk produksi biogas.
Tabel 3. Komponen Kotoran Manusia[7] Komponen Unit Jumlah Massa Kering g/kg 216 Total Nitrogen g/kg 11 Total Phosphorus g/kg 4 Potassium g/kg 8 Kelembaban % 78 Kandungan Bahan Kering % 22 pH - 7 – 9 Tabel 4. Perbandingan Bahan Baku dan Gas yang Dihasilkan[7] Sumber Jumlah Kotoran/hari/kg % Air % Dry Matter Biogas m 3 /kg kotoran kering Sapi 20 – 30 80 20 0,023 – 0,040 Sapi Perah 20 – 30 80 20 0,023 – 0,040 Kerbau 30 – 40 83 20 0,023 – 0,040 Ayam 0,15 – 0,20 72 28 0,065 – 0,116 Babi 3,00 – 4,00 67 33 0,04 – 0,059 Manusia 0,10 – 0,40 77 23 0,02 – 0,028
Proses  pembangkitan  biogas  dengan  menggunakan limbah  kotoran  manusia  pada  dasarnya  sama  dengan sistem  biogas  pupuk  kandang.  Limbah  kotoran  manusia dimasukkan ke dalam digester setiap hari, sementara gas dan lumpur yang dihasilkan juga secara bersamaan akan keluar  dari digester dengan  jumlah  tertentu  berdasarkan waktu  retensi  hidrolik  (HRT)  pada digester. Lumpur tersebut bisa diproses lebih lanjut menjadi pupuk.
Kelemahan utama kotoran manusia adalah rendahnya  rasio  C/N  yang  kira-kira  6-10.  Ini  lebih rendah  dari  rasio  C/N  yang  diharapkan  pada  produksi biogas sebesar 25-30. Ini  berarti  bahwa  jumlah  nitrogen lebih besar dari pada jumlah karbon, yang mengakibatkan banyak pembentukan amonia dari proses dekomposisi  dan  selanjutnya  meningkatkan  pH  sistem menjadi  basa.  Untuk  mengatasi  kekurangan  ini, penambahan  bahan  baku  C/N  ratio  tinggi  sangat dibutuhkan  seperti  jerami  padi  (rasio  C/N  12,5-25), sekam  padi  (rasio  C/N  100-125),  atau  tongkol  jagung (rasio C/N 50)[7].
2.6. Konversi Energi Listrik dari Gas Metan Untuk  menghitung  potensi  energi  listrik  yang dihasilkan,  maka  potensi  gas  metan  dalam  m 3 harus disetarakan dalam satuan energi listrik (kWh) sehingga 1 m 3 gas  metan  menghasilkan  energi  listrik  sebesar  11,17 kWh, sebagaimana Tabel 5.
Tabel 5. Konversi Energi Gas Metan menjadi Energi Listrik[8]
Jenis Energi Setara Energi 1 kg Gas Metan 6,13  10 7 J 1 kWh 3,6  10 6 J 1 m 3 gas metan (Massa Jenis Gas Metan = 0,656 kg/m 3 ) 4,0213  10 7 J
1 m 3 gas metan 11,17 kWh

## 3. Hasil Penelitian dan Pembahasan
3.1. Analisis  Potensi  Energi  Listrik  dari  Limbah Kotoran Manusia di Kota Pontianak
a. Jumlah berat limbah kotoran manusia
Jumlah penduduk Kota Pontianak tahun 2016 berjumlah 618.388 jiwa[3]. Apabila jumlah kotoran manusia (tinja)
perhari  adalah  0,250  kg/orang/hari[7]  maka  akan dihasilkan berat limbah kotoran:
0,250 kg/orang/hari  618.388 jiwa = 154.597 kg/hari ≈ 154,6 ton/hari b. Nilai Total Solid
Berdasarkan  Tabel  4,  kotoran  manusia  terdiri  dari  77% air  dan  23%  materi  padat  ( Total  Solid ),  sehingga  nilai total solid :
23%  154.597 kg/hari = 35.557,31 kg/hari ≈ 35,56 ton/hari c. Jumlah Volume Biogas yang Dihasilkan
Berdasarkan Tabel 4 volume biogas yang dihasilkan dari limbah kotoran manusia adalah :
Volume biogas = 0,02 m 3 /kg  154.597 kg/hari = 3.091,94 m 3 /hari
d. Jumlah Volume Gas Metan yang Dihasilkan Dengan  mengetahui  volume  biogas  yang  dihasilkan sebesar 3.091,94 m 3 /hari maka volume gas metan (CH 4 ) dapat diketahui melalui Tabel 1 yaitu:
Volume Gas Metan  = 70%  Volume Biogas = 70%  3.091,94 m 3 /hari = 2.164,36 m 3 /hari
e. Nilai Energi dan Daya Listrik yang dihasilkan Dengan  mengetahui  volume  gas  metan  yang  dihasilkan, yaitu  2.164,36  m 3 /hari,  maka  berdasarkan  Tabel  5  akan didapatkan energi listrik:
Energi Listrik = 2.164,36 m 3 /hari  11,17 kWh
= 24.157,88 kWh/hari Daya Listrik   =
jam
24 kWh/hari 24.157,88 = 1.007,33  kW
≈ 1 MW.
f. Menentukan Volume Digester
Agar  proses  fermentasi  anaerob  dapat  berjalan dengan  optimum  maka  nilai  C/N  dari  bahan  baku berkisar antara 25-30. Nilai C/N kotoran manusia adalah 8[10], sehingga harus ditambahkan material organik lain sehingga  nilai  C/N  menjadi  minimum  25,  antara  lain digunakan  jerami  dengan  nilai  C/N  adalah  70.  Dengan menggunakan  persamaan  matematika  maka  jumlah massa jerami (M 2 ) yang harus ditambahkan sebanyak:
C/N total = ( ) ( ) ( ) 2 1 2 2 1 1 M + M C/N × M + C/N × M (2)
25 = ( ) ( ) ( ) 2 2 M + ton 35,56 70 × M + 8 × ton 56 , 35
(2884,48 ton+ 70M 2 ) = (889 ton + 25M 2 ) 45M 2 = 604,52 ton
M 2 = 45 ton 52 , 604 = 13,43 ton
Sehingga  M jerami =  13,43  ton,  dengan  berat  kotoran manusia dan jerami adalah 150 ton + 13,43 ton =163,43 ton.  Selanjutnya  dialirkan  air  dengan  perbandingan 1:1[9]  sehingga  didapatkan  berat  campuran  bahan organik  (kotoran+  jerami+air)  atau slurry sebanyak  = 326,82 ton atau dengan volume = 326,82 m 3 /hari.
Untuk  menghitung  volume digester yang  perlu diperhatikan  adalah  tipe digester ,  volume slurry harian , waktu retensi/digestifikasi, dan volume biogas.
Pada penelitian ini tipe digester yang akan digunakan adalah  tipe fixed  dome .  Waktu  digestifikasi/retensi tergantung  pada  temperatur  lingkungan  dan  temperatur digester .  Dengan  kondisi  tropis  seperti  di  Indonesia, pada suhu 25 -35 0 C, waktu digestifikasi kira-kira 30 – 40 hari[5].  Semakin  pendek  waktu  digestifikasi  maka  akan mengurangi  volume digester dan  sebaliknya  waktu digestifikasi  yang  panjang  akan  menambah  volume digester.
Dengan  menentukan  waktu  digestifikasi  30  hari maka dengan Persamaan 3  volume digester untuk ruang digestifikasi (V f ) dapat diketahui: V f (m 3 ) =  waktu  digestifikasi  bahan  organik  harian  (m 3 /hari) (3) = 30 hari  326,82 m 3 /hari = 9.804,6 m 3 Volume Digester total  (V)  harus  dapat  menampung jumlah  dari    V f dan  volume  ruang  penyimpanan  gas (V gs ).  Ukuran  V gs sama  dengan  1,7  kali  jumlah  biogas harian yang dihasilkan[11] sehingga nilai V gs : V gs (m 3 ) = 1,7  Volume biogas = 1,7  3.091,94 m 3 /hari = 5.256,3 m 3
Sehingga volume digester total (V) adalah: 80% V (m 3 )  =  V f + V gs V (m 3 )  = 8 , 0 m 3 , 256 . 5 + m 6 , 804 . 9 3 3 = 8 , 0 m 15.060,9 3
= 18.826,13 m 3
3.2. Perhitungan Energi Listrik PLT Biogas Konversi  energi  listrik  dari  biogas  dilakukan dengan  mengubah  energi  potensial  yang  ada  dalam biogas  menjadi  energi  mekanik,  kemudian  diubah menjadi  listrik.  saat  ini  teknologi  konversi  energi  listrik dari biogas yang tersedia di pasaran yaitu gas engine dan microturbines.
Efisiensi  sangat  penting  sebagai  aspek  yang  harus dipertimbangkan  dalam  pemilihan  teknologi  konversi, efisiensi  berhubungan  langsung  dengan  jumlah  energi yang  dihasilkan,  semakin  tinggi  efisiensi  semakin  besar pula  energi  output  yang  dihasilkan,  demikian  pula sebaliknya.  Untuk  efisiensi  dari microturbine sebesar 30%, dengan capacity factor 0,8[2].
Untuk  menghitung  energi  listrik  yang  dihasilkan digunakan Persamaan 4[12]:
E L = V BS  % CH 4  H metan  CF   el (4)
dimana:   V BS = Volume Biogas (m 3 ) % CH 4 = Persentase gas metan H metan = Nilai Kalor Metan (kWh/m 3 ) CF = Capacity Factor 0,8  el = Efisiensi microturbine Karena:
V BS  % CH 4  H metan = Potensi Energi Listrik (E),
maka:
E L = E  CF   el (5)
Diketahui  bahwa  energi  listrik  yang  dihasilkan  sebesar 23.457 kWh/hari, sehingga nilai E L adalah:
E L = E  CF   el = 24.157,88 kWh/hari  0,8  30% = 5.797,9 kWh/hari
Sehingga daya yang dibangkitkan adalah :
P L = 24 kWh/hari 9 , 797 . 5 = 241,6 kW
3.3. Komponen Biaya dan Pendapatan PLT Biogas Komponen  biaya  terdiri  dari  biaya  investasi ( investment  cost )  dan  biaya  operasional  dan  perawatan ( Operational  and  Maintenance  – O&M Cost ).  Biaya modal  berupa Biogas  Plant, Pengolahan  limbah  dan sludge, dan biaya  investasi  pembangkit  ( Microturbine Generator) 250  kW . Sedangkan  biaya  operasional  dan pemeliharaan  berupa  O&M Biogas  Plant, biaya  O&M Microturbine  Generator 250  kW  serta  biaya  karyawan/ operator. Sedangkan untuk komponen pendapatan terdiri dari  penjualan  listrik  dan  penjualan sludge/ kompos sebagai pupuk organik. 3.3.1. Perhitungan Biaya Investasi dan Biaya O&M
Biaya  ini  digunakan  untuk  investasi  termasuk reaktor,  tangki  penyimpanan,  pipa  sambungan  untuk difusi,  pencampuran  dan  distribusi  dari  biogas,  turbin untuk  produksi  energi,  serta  serta  biaya  pengolahan limbah dan sludge , termasuk untuk kompos. Komponen biaya dimaksud ditunjukkan pada Tabel 6:
Tabel 6 Biaya Investasi (dalam USD)[13] Komponen Investasi Biaya Unit Biogas Plant 5.000 USD/kW el Microturbine 250 kW 1.100 USD/kW el Pengolahan limbah & Sludge 110 USD/ton
Biaya  O&M  terdiri  dari  biaya  perawatan Biogas Plant,  Microturbine, biaya  pegawai  (operator  dan administrasi), dan unit fuel cost . Komponen biaya  O&M ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 7 Biaya Operasional dan Perawatan (dalam USD)[13] Komponen O&M Biaya Unit Perawatan Biogas Plant 2 % ( Biaya Investasi) Microturbine 250 kW 0,012 USD/kW Operator (4 orang) 10.000 USD/tahun Administrasi (2 orang) 5.000 USD/tahun Unit fuel cost 0,506 USD/ton biowaste
Dalam  perhitungan  ini  digunakan  1  (satu)  buah tabung  reaktor/ digester dengan  ukuran  18.826,13  m 3 dengan  jenis fixed  dome .  Berdasarkan  Persamaan  4  dan 5,  didapatkan  hasil  perhitungan  daya  listrik  dengan menggunakan microturbine sebesar  241,6  kW  sehingga menggunakan Microturbine 250 kW.
3.3.2. Perhitungan Komponen Pendapatan Untuk perhitungan komponen pendapatan ( income ) terdiri  dari  dua  komponen  yaitu  biaya  penjualan  listrik dan penjualan s ludge /kompos sebagai pupuk organik.
a) Penjualan Listrik
Biaya  penjualan  listrik  dapat  dihitung  dengan jumlah energi listrik per tahun dikali harga energi  listrik per  1  kWh. Dalam  waktu  satu  tahun  tidak  selamanya suatu  sistem  pembangkit  listrik  tenaga  biogas  dapat beroperasi  secara  penuh,  perlu  juga  diperhatikan  faktor pemeliharaan  untuk  masing-masing  komponen  sistem. Dengan menggunakan asumsi 10 hari waktu pemeliharaan per tahun,  maka perhitungan energi  listrik yang  dapat  dibangkitkan  dalam  waktu  1  (satu)  tahun adalah :
E L = 5.797,9 kWh/hari  355 hari = 2.058.254,5 kW ≈ 2.058,3 MW
Berdasarkan  Peraturan  Menteri  ESDM  Nomor  27 Tahun  2014  tentang  Pembelian  Tenaga  Listrik  dari Pembangkit  Listrik  Tenaga  Biomassa  dan  Pembangkit Listrik  Tenaga  Biogas  oleh  PT.Perusahaan  Listrik Negara  (Persero)    untuk  biogas  adalah  sebesar  Rp. 1.050,00  /kWh  x  F  jika  terinterkoneksi  pada  tegangan menengah oleh PT. PLN (Persero) dengan besaran untuk wilayah  Kalimantan, F = 1,30[14]  maka pendapatan per tahun  dari  penjualan  listrik  yang  berasal  dari  biogas adalah:
Penjualan Listrik = 5.797,9 kWh/hari  355 hari  Rp 1.050,00 /kWh  1,30 = Rp 2.809.517.393 ≈ 2,8 Milyar/tahun.
b) Penjualan Sludge /Kompos sebagai Pupuk Organik Sludge adalah  limbah  keluaran  berupa  lumpur  dari lubang  pengeluaran digester setelah  mengalami  proses fermentasi anaerobic. Setelah  ekstrasi  biogas  (energi), sludge dari digester merupakan  produk  samping  dari sistem  pencernaan  digester. Sludge mengandung senyawa  yang dapat  membantu  menyuburkan tanah dan meningkatkan produksi tanaman.
Massa  yang  hilang  saat  pengomposan  bahan  segar kira-kira sampai 3/4 dari volume awal. Ini berarti bahwa dari  100%  bahan  yang  dikomposkan  kira-kira  sekitar 25%  hasil  limbah  yang  masuk  dalam  kompos  dan  75% lainnya  meninggalkan  sistem  sebagai  air  yang  diuapkan dan padatan volatile yang terdegradasi[14].
Jumlah  limbah  kotoran  manusia  yang  dihasilkan perhari sebesar 154.597 kg/hari, sehingga jumlah sludge yang    dihasilkan  adalah  25%  154.597  kg/hari  = 38.649,25  kg/hari  atau  14.106.976,2  kg/tahun  ≈14.107 ton/tahun.  Dengan  harga  pupuk  organik  sebesar  Rp 500/kg[15] maka:
Penjualan sludge = 14.106.976,2 kg/tahun  Rp 500 = Rp 7.053.488.100
Tabel 8 Perhitungan Komponen Pendapatan ( income ) Komponen Jumlah (Rp) Penjualan Listrik 2.809.517.393 Penjualan Sludge /Kompos 7.053.488.100 Total 9.863.005.493 3.4 Analisis Ekonomi PLT Biogas
Analisis  ekonomi  kelayakan  pemanfaatan  limbah kotoran  manusia  sebagai  bahan  baku  biogas  untuk pembangkit  listrik  dilakukan  dengan  menggunakan Teknik  Analisis  Anggaran  Modal  ( Budgeting  Capital ) yang  terdiri  dari Payback  Period  (PBD),  Net  Present Value (NPV) dan Internal Rate of Return (IRR). Analisis ekonomi  ini  digunakan  untuk  mengetahui  karakteristik finansial  pemanfaatan  PLT  Biogas  berdasarkan  total aliran pendapatan tahunan ( inflow ) dan total aliran biaya tahunan  ( outflow )  untuk  jenis  teknologi  konversi pembangkit yang digunakan yaitu microturbine 250 kW. Berdasarkan Tabel  6 dan 7, dengan asumsi bahwa 1 USD =  Rp 13.500,00  maka dapat dihitung  nilai  biaya investasi dan O&M dari PLT Biogas yang menggunakan microturbine 250 kW sebagaimana Tabel 9 dan 10. Tabel 9 Perhitungan Biaya Investasi PLT Biogas Komponen Investasi Biaya (USD) Biaya (Rp) Biogas Plant 1.250.000   16.875.000.000 Microturbine 250 kW 275.000 3.712.500.000 Pengolahan limbah & Sludge 1.551.770  20.948.895.000 Total Biaya Investasi 3.076.770 41.536.395.000
Tabel 10 Perhitungan Biaya O&M PLT Biogas Komponen O&M Biaya (USD) Biaya (Rp) Perawatan Biogas Plant 61.535 830.722.500 Microturbine 250 kW 24.700 333.450.000 Operator (4 orang) 10.000 135.000.000 Administrasi (2 orang) 5.000 65.000.000 Unit fuel cost 7084 95.634.000 Total Biaya O&M 108.319   1.459.806.500
3.3.3. Analisis Pay Back Period (PBP)
Waktu  pengembalian  adalah  waktu  yang  diperlukan (jumlah  tahun)  untuk  mengembalikan  modal  investasi awal. Untuk menghitung waktu pengembalian menggunakan Persamaan 6:
PBP  = Tahun 1 × Tahunan Kas Arus Awal Investasi Nilai
(6)
= Tahun 1 × n Pengeluara - Pendapatan Awal Investasi Nilai = ( ) Tahun 1 × 500 1.459.806. - 493 . 005 . 863 . 9
000 . 395 . 536 . 41
= 4.94 tahun ≈ 4 tahun 11 bulan
3.3.4. Analisis Net Present Value (NPV)
Metode  ini  menggunakan  pertimbangan  bahwa nilai  uang  sekarang  lebih  tinggi  bila  dibandingkan dengan nilai uang pada waktu mendatang, karena adanya faktor  bunga.  Metode  NPV  merupakan  metode  yang dipakai  untuk  menilai  usulan  proyek  investasi  yang mempertimbangkan nilai waktu dari uang ( time value of money ). Dengan usia pembangkit 15 tahun, faktor bunga sebesar  10%,  pengeluaran  biaya  investasi  awal  sebesar Rp  41.536.395.000,  jumlah  pengeluaran  (O&M) pertahun  Rp 1.459.806.500,  dan  jumlah  pendapatan pertahun  Rp 9.863.005.493,  maka  nilai  NPV  dapat dihitung dengan Persamaan 7 sebagaimana Tabel 11:
NPV = ( ) t i + 1 R t (7)
Tabel 11. NPV untuk PLT Biogas dengan i=10% tahun ke Cash Income Disc. rate Present Value NPV 0 (41.536.395.000) 1,00 (41.536.395.000) (41.536.395.000) 1 8.403.198.993 0,91 7.639.271.811,82 (33.897.123.188,18) 2 8.403.198.993 0,83 6.944.792.556,20 (26.952.330.631,98) 3 8.403.198.993 0,75 6.313.447.778,36 (20.638.882.853,62) 4 8.403.198.993 0,68 5.739.497.980,33 (14.899.384.873,29) 5 8.403.198.993 0,62 5.217.725.436,66 (9.681.659.436,63) 6 8.403.198.993 0,56 4.743.386.760,60 (4.938.272.676,03) 7 8.403.198.993 0,51 4.312.169.782,37 (626.102.893,66) 8 8.403.198.993 0,47 3.920.154.347,61 3.294.051.453,94 9 8.403.198.993 0,42 3.563.776.679,64 6.857.828.133,59 10 8.403.198.993 0,39 3.239.796.981,49 10.097.625.115,08 11 8.403.198.993 0,35 2.945.269.983,17 13.042.895.098,25 12 8.403.198.993 0,32 2.677.518.166,52 15.720.413.264,78 13 8.403.198.993 0,29 2.434.107.424,11 18.154.520.688,89 14 8.403.198.993 0,26 2.212.824.931,01 20.367.345.619,90 15 8.403.198.993 0,24 2.011.659.028,19 22.379.004.648,09
Karena  nilai  NPV  >  0  untuk  tahun  ke-15,  maka investasi akan memberikan manfaat bagi perusahaan.
Gambar 7. Grafik NPV PLT Biogas dengan i = 10%
3.3.5. Analisis Internal Rate of Return (IRR)
Tingkat  pengembalian  internal  ( internal  rate  of return -IRR) adalah tingkat bunga yang dapat menjadikan NPV sama dengan nol, karena PV arus kas pada tingkat bunga tersebut sama dengan investasi awalnya.
Tabel 12 NPV untuk PLT Biogas dengan Bunga 10% dan 20%
tahun ke cash income present value (i =10%) present value (i =20%) 0 (41.536.395.000) (41.536.395.000) (41.536.395.000) 1 8.403.198.993 7.639.271.812 7.002.665.828 2 8.403.198.993 6.944.792.556 5.835.554.856 3 8.403.198.993 6.313.447.778 4.862.962.380 4 8.403.198.993 5.739.497.980 4.052.468.650 5 8.403.198.993 5.217.725.437 3.377.057.208 6 8.403.198.993 4.743.386.761 2.814.214.340 7 8.403.198.993 4.312.169.782 2.345.178.617 8 8.403.198.993 3.920.154.348 1.954.315.514 9 8.403.198.993 3.563.776.680 1.628.596.262 10 8.403.198.993 3.239.796.981 1.357.163.552 11 8.403.198.993 2.945.269.983 1.130.969.626 12 8.403.198.993 2.677.518.167 942.474.689 13 8.403.198.993 2.434.107.424 785.395.574 14 8.403.198.993 2.212.824.931 654.496.311 15 8.403.198.993 2.011.659.028 545.413.593 22.379.004.648 (2.247.468.000)
Gambar 8. Nilai NPV Biogas dengan IRR= 18,681%
Dengan  menggunakan  Persamaan  8  maka  nilai  IRR dapat dihitung sebagai berikut:
IRR  = ( ) ) i - i ( NPV - NPV NPV + i 1 2 2 1 1 1 (8) =
10)) - 20 ( × 000)) 2.247.468. (- - 648 . 004 . 379 . 22 ( 648 . 004 . 379 . 22 + 10
= 18,681%
Dari hasil analisis ekonomis yang dilakukan dengan menggunakan pay  back  period,  net  present  value ,  dan internal  rate  of  return maka  pembangunan  PLT  Biogas layak untuk dilaksanakan.

## 4. Kesimpulan
Melalui  proses anaerobic  digestion ,  limbah  kotoran manusia  dapat  dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku produksi  biogas  yang  selanjutnya  biogas  tersebut dimanfaatkan  menjadi  energi  utama  Pembangkit  Listrik Tenaga Biogas (PLT Biogas).
Dari  hasil  kajian  teknis  dan  ekonomis    PLT  Biogas dengan  memanfaatkan  limbah  kotoran  manusia  di  Kota Pontianak dapat disimpulkan sebagai berikut:
 Dengan  jumlah  penduduk  pada  akhir  tahun  2016 berjumlah  618.388  jiwa,  dapat  menghasilkan biogas  dengan  volume  3.091,94  m 3 /hari,  produksi gas  metan sebesar 2.164,36  m 3 /hari, potensi energi -6E+10 -4E+10 -2E+10 0 2E+10 4E+10 1 3 5 7 9 11 13 15 tahun ke Cash Income -5.0000E+10 0.0000E+00 5.0000E+10 1.0000E+11 IRR = 18,681%
listrik sebesar 24.157,88 kWh/hari, dan daya listrik sebesar 1.007,33  kW
 PLT  Biogas  dengan  menggunakan microturbine generator 250 kW, efisiensi 30%, dan power factor 0,8  menghasilkan  energi  listrik  sebesar  5.797,9 kWh/hari atau dengan daya 241,6 kW.
 Untuk  pembangunan  PLT  Biogas  ini  diperlukan biaya  investasi  sebesar  Rp.  41.536.395.000,  biaya operasional  dan  pemeliharaan  (O&M)  per  tahun sebesar Rp. 1.459.806.500, dengan biaya pemasukan hasil penjualan listrik dan sludge /pupuk organik per tahun sebesar Rp. 9.863.005.493.
 Dari  analisis  ekonomi  dengan  tingkat  suku  bunga 10%, dengan asumsi nilai ekonomis utilitas selama 15 tahun, diperoleh pay back period selama 4 tahun
11  bulan ,  net  present  value sebesar Rp. 22.379.004.648, dan internal rate of return sebesar 18,681%,  sehingga  pembangunan  PLT  Biogas layak untuk dilaksanakan.

## Referensi
[1] Peraturan  Presiden  Republik  Indonesia  Nomor  5 tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional
[2] Al Seadi, T., 2008, Biogas Handbook , University of Southern Denmark Esbjerg
[3] Badan  Pusat  Statistik  Kota  Pontianak,  2017, Kota Pontianak dalam Angka ,
[4] Monet  F.,  2003, An  Intoduction  to  Anaerobic Digestion  of  Organic  Wastes  (Final  Report) , Remade scotland
[5] Waskito,  D.,  2011, Analisis  Pembangkit  Listrik Tenaga Biogas Dengan Pemanfaatan  Kotoran Sapi di  Kawasan  Usah  Peternakan  Sapi ,  Tesis, Universitas Indonesia
[6] Biogas  Training  Centre,  2014, Design  of  Biogas Plant , Bio-gas Project, LGED http://www.sswm.info /sites /default /files/... /BRC%20ny%20Design%20Biogas%20Plant.pdf
[7] Andriani D., et  al ., 2015, A Review of Recycling of Human  Excreta  to  Energy  through  Biogas Generation: Indonesia case , Energy Procedia 68, pp
219 – 225
[8] Sorensen  B.,  June  2007, Renewable  Energy Conversion,  Transmission  and  Storage ,  Academic Press is an inprint of Elsevier
[9] Febrianto  E.,  and  Priyono  S,  2012, Studi Pemanfaatan  Feses  (Kotoran  Manusia)  sebagai Bahan Baku Alternatif Energi Terbarukan , TELAAH  Jurnal  Ilmu  Pengetahuan  dan  Teknologi, vol. 30, pp. 19-24
[10] Saragih, B. R., 2010, Analisis Potensi Biogas untuk Menghasilkan  Energi  Listrik  dan  Termal  pada Gedung  Komersil  di  Daerah  Perkotaan  (Studi Kasus  pada  Mal  Metropolitan  Bekasi) ,  Tesis, Universitas Indonesia,
[11] Mu’azu K., 2015, Design of Biogas Plant that Uses Human  Waste  as  Feedstock ,  Department  of Chemical Engineering of Ahmadu Bello University, Zaria
[12] Sulistyo  A.,  2010, Analisis  Pemanfaatan  Sampah Organik  di  Pasar  Induk  Kramat  Jati  Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Biogas , Tesis,
Universitas Indonesia
[13] Garcia,  A.  P.,  2014, Techno  –  Economic Feasibility Study of a Small Scale Biogas Plant for Treating  Market  Waste  in  the  City  of  El  Alto,
Master  of  Science  Thesis,  KTH  School  of Industrial Engineering and Management,
Stockholm
[14] Peraturan  Menteri  ESDM  Nomor  27  Tahun  2014 tentang Pembelian Tenaga Listrik dari Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa dan Pembangkit ListrikTenaga  Biogas  oleh  PT.Perusahaan  Listrik Negara (Persero)
[15] Wresta,  Arini,et.  Al.,  2015, Economic  Analysis  of Cow  Manure  Biogas  as  Energy  Source  for Electricity  Power  Generation  in  Small  Scale Ranch , Energy Procedia 68, pp 122 – 131

## Biografi
Ardiansyah , lahir  di  Pontianak  pada  tanggal  7  Oktober 1975,  menyelesaikan  pendidikan  D  III  Teknik  Elektro Program  Studi  Teknik  Telekomunikasi  dari  Politeknik Universitas Diponegoro Semarang tahun 1998, menyelesaikan  S1  Jurusan  Teknik  Elektro  dari Universitas  Diponegoro  Semarang  tahun  2002,  dan menyelesaikan  S2  Teknik  Elektro  Program  Studi Manajemen  Energi  dari  Universitas  Tanjungpura Pontianak tahun 2017. Sejak tahun 2002 hingga sekarang bekerja pada Instansi Pemerintah Kota Pontianak