Analisis Kualitas Gas Metana... Sofa Marwah

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah

ANALISIS KUALITAS GAS METANA DAN JUMLAH BAKTERI ANAEROB PADA PROSES PEMBENTUKAN BIOGAS DARI FESES SAPI POTONG DARI FESES SAPI POTONG DALAM TABUNG HUNGATE ANALYSIS OF METHANE GAS QUALITY AND QUANTITY ANAEROBIC BACTERIA IN THE PROCESS OF FORMATION OF BIOGAS FROM CATTLE FECES IN HUNGATE TUBE Sofa Marwah*, Ellin Harlia**, Wowon Juanda** Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran Jalan Raya Bandung Sumedang KM 21 Sumedang 45363 *Alumni Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran ** Staff Pengajar Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran e-mail : [email protected]

ABSTRAK Penelitian tentang Analisis Kualitas Gas Metana dan Jumlah Bakteri Anaerob pada Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi Potong dalam Tabung Hungate telah dilaksanakan pada bulan Maret – Mei 2016 di Laboratorium Mikrobiologi dan Penanganan Limbah Peternakan Fakultas Peternakan Unversitas Padjadjaran, Pusat Riset Instituti Nanoteknologi Graphene LPPM Unversitas Padjadjaran. Penelitian bertujuan untuk mengetahui kualitas gas metana yang terbentuk dan jumlah bakteri anerob yang terdapat pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate. Penelitian ini menggunakan metode eksploratif. Pengambilan sampel berasal dari peternakan rakyat daerah Jatinangor, Sumedang. Penelitian ini menggunakan 3 pengenceran dengan 3 kali pengulangan yang ditanam pada media NA (media minimalis) dan media RGCA (media diperkaya) serta diamati pada hari ke-2, 5, 10 dan 14 sehingga untuk menganalisis data menggunakan analisis data sederhana. Hasil penelitian menunjukan bahwa jumlah bakteri anaerob yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate pada media NA (50,00 cfu/ml), pada media RGCA (70,00 cfu/ml), sedangkan kualitas gas metana yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate pada media NA (0,023 %), pada media RGCA (0,009%) Kata kunci : Bakteri Anaerob, Biogas, Feses Sapi Potong, Gas Metana.

ABSTRACT Research on Analysis of Methane Gas Quality and Quantity of Anaerobic Bacteria in the Process of Biogas Forming from Cattle Feces in Hungate Tube was carried out during March - May 2016 in the Laboratory of Microbiology and the Assesment of Livestock Waste the Faculty of Animal Husbandry Padjadjaran University, Research Center of Nanotechnology Graphene Institute LPPM Padjadjaran University. The research aims to determine the quality of the methane gas that is formed and the number of anaerobic bacteria contained in the formation of biogas from cattle feces in Hungate tube. This research uses the exploratory method. The sampling comes from local farms in the area Jatinangor, Sumedang. This research uses three dilutions with three repetitions were planted in NA media (minimalist media) and media RGCA (enriched media) and observed on days 2, 5, 10 and 14

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah so as to analyze the data using simple data analysis. The results showed that the number of anaerobic bacteria that forms on the process of formation of biogas from cattle feces in Hungate tubes on NA media (50,00 cfu / ml), on the RGCA media (70.00 cfu / ml), whereas quality of methane gas formed in the process of formation of biogas from cattle feces in Hungate tubes on NA media (0.023%) , on the RGCA media (0.009%) Key words : Anaerobic Bacteria, Biogas, Cattle Feces, Methane Gas.

Pendahuluan Populasi sapi potong di Indonesia berjumlah 15.494.288 ekor. (Direktorat Jenderal Peternakan dan Kesehatan Hewan, 2015). Sedangkan produksi feses sapi potong sekitar 7-8% dari bobot badan per-hari, rata-rata bobot badan sapi potong di Indonesia 300 kg, dengan asumsi ini maka produksi feses sapi potong di Indonesia adalah sekitar 387.257,2 ton perhari. Feses apabila ditumpuk dan didiamkan dalam jumlah besar dan waktu tertentu akan terjadi proses degradasi anaerobik yang melibatkan bakteri-bakteri anaerob dan salah satunya adalah bakteri methanogen. Proses tersebut terjadi secara alami dan akan menghasilkan gasgas berupa karbondioksida, hidrogen, nitrogen, sulfida, oksigen dan metana. Energi yang terkandung dalam biogas tergantung pada konsentrasi metana (CH4). Kandungan metana yang semakin tinggi akan menyebabkan semakin tinggi pula kandungan energi pada biogas, begitu pula sebaliknya. Beberapa bakteri yang terlibat adalah Bacteroides, Clostridium butyrinum, Escherichia coli, Methanobacterium dan Methanobacillus. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengetahui jumlah bakteri anaerob yang terdapat pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate. 2. Mengetahui kualitas gas metana yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate. Bahan dan Metode Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret - Mei 2016 di Laboratorium Mikrobiologi dan Penanganan Limbah Peternakan Fakultas Peternakan Unversitas Padjadjaran, Pusat Riset Instituti Nanoteknologi Graphene LPPM Unversitas Padjadjaran. Serta melakukan analisis kandungan gas di Laboratorium Balai Penelitian Lingkungan Pertanian, Pati.

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah Bahan Penelitian Feses sapi potong, cairan rumen, mixed gas (H2 dan CO2), Nutrient Agar (NA) dan Lactose Broth (LB). Rumen Glukose Cellubiose Agar (RGCA), larutan mineral I, larutan mineral II dan larutan pengencer. Peubah yang diamati -

Gas metana yang terbentuk (kualitatif dan kuantitatif) pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate.

-

Jumlah bakteri anaerob yang terkandung dari feses sapi potong dalam tabung hungate.

Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan metode eksploratif yaitu mengeksplorasi potensi dari feses sapi potong tanpa adanya perlakuan tambahan dan data yang diperoleh dianalisis secara deskriptif. Penelitian ini menggunakan 3 pengenceran dengan 3 kali pengulangan yang ditanam pada media NA (media minimalis) dan media RGCA (media diperkaya) serta diamati pada hari ke-2, 5, 10 dan 14 sehingga untuk menganalisis data menggunakan analisis data sederhana.

Hasil dan Pembahasan Jumlah Bakteri Anaerob pada Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi Potong dalam Tabung Hungate. Data pertumbuhan populasi bakteri anaerob pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate ditampilkan pada Tabel 1. Tabel 1. Rata-rata Jumlah Bakteri Anaerob

Populasi bakteri anaerob yang dihasilkan dari feses sapi potong pada media NA paling tinggi pada hari ke 10. sedangkan pada media RGCA paling tinggi pada hari ke 14. Hal ini dikarenakan pola pertumbuhan bakteri anaerob yang berbeda-beda. Bakteri anaerob kelompok metanogenik selama 14 hari pengamatan terus mengalami peningkatan populasi sedangkan bakteri anaerob selain metanogenik mengalami penurunan. Pada hari ke-2 diperkirakan bakteri anaerob yang banyak tumbuh merupakan bakteri non-metanogenik,

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah kemudian pada hari berikutnya mulai tumbuh bakteri metanogenik. Pernyataan ini dijelaskan pada hasil penelitian Cristy et al (2014) yang ditampilkan pada Ilustrasi 1. Pertumbuhan populasi bakteri selama hari pengamatan terus meningkat dan belum mengalami penurunan. Maka fase pertumbuhan bakteri anaerob yang terjadi pada hari ke-2 sampai dengan hari ke-14 yaitu berada pada fase lag dan fase log. Pada fase pertama yaitu 1 sampai 2 jam setelah pemindahan, bakteri belum mengalami pembiakkan, fase ini disebut fase adaptasi. Pada fase adaptasi (lag phase) tidak ada pertambahan populasi. Sel mengalami perubahan dalam komposisi kimiawi dan bertambah ukurannya, substansi interaseluler bertambah (Pelczar, 2005). Fase ini disusul dengan fase kedua dimana jumlah bakteri mulai bertambah sedikit demi sedikit, pada fase perbanyakan (logaritma atau eksponensial) pembiakkan bakteri berlangsung paling cepat. Bakteri dalam fase ini baik sekali untuk dijadikan inokolum (Dwidjoseputro, 1994). Jenis bakteri anaerob yang tumbuh pada hari ke-2 sampai dengan hari ke-14 terdiri dari kelompok bakteri fermentatif dan kelompok bakteri asetogenik. Sedangkan bakteri yang diharapkan tumbuh yaitu bakteri metanogenik belum tumbuh optimal. Menurut Lyberatos dan Skiadas (1999) menyatakan bahwa : a) bakteri pembentuk asam, yang tumbuh cepat dan fermentasi glukosa untuk menghasilkan campuran asetat, propionat dan butirat, b) bakteri asetogenik mengkonversi propionat dan butirat untuk asetat, c) bakteri metana acetoclastic mengkonversi asetat menjadi CO2 dan CH4 d) bakteri metana hidrogen-utilizing mengurangi CO2 ke CH4. Sesuai dengan hasil penelitian Cristy et al (2014) yang ditampilkan pada Ilustrasi 1 :

Ilustrasi 1. Dinamika Mikroba Selama Produksi Biogas (sumber : Cristy et al, 2014) Populasi bakteri Methanosarcina dan Methanobacterium sangat rendah sampai dengan hari ke-10 dan populasi mereka stabil di hari ke-20 dan tinggi di hari ke-30. Bakteri metanogenik sedang berada pada tahap penyesuaian awal dalam populasi mikroba dari aerobik menjadi kondisi anaerobik karena metana dihasilkan sebagai produk sampingan

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah metabolisme (Cristy et al, 2014).

Berkaitan juga dengan waktu retensi dari bakteri

metanogenik, menurut Gerardi (2003) : terdapat dua waktu retensi pada saat pencernaan anaerobik, SRT (Solid Retension Time) dan HRT (Hydraulic Retention Time). SRT adalah waktu rata-rata bakteri (padatan) berada pada saat pencernaan anaerobik sedangkan HRT adalah waktu limbah atau lumpur (sludge) berada pada saat pencernaan anaerobik. Waktu generasi yang dibutuhkan oleh bakteri pembentuk metana relatif lebih panjang dibandingkan dengan bakteri aerob dan bakteri anaerob fakultatif. Waktu SRT pada saat pencernaan anerobik yaitu lebih dari 12 hari. Waktu SRT kurang dari 10 hari tidak dianjurkan karena bakteri pembentuk metana belum signifikan berkembang. Jumlah bakteri anaerob pada media NA hari ke-14 yaitu 50 cfu/ml sedangkan pada media RGCA yaitu 70 cfu/ml. Berdasarkan hasil pengamatan dapat diketahui bahwa bakteri anaerob dapat tumbuh pada media NA maupun media RGCA sedangkan, bakteri metanogenik yang menghasilkan gas metana tumbuh lebih tinggi pada media NA dibandingan pada media RGCA karena menghasilkan gas metana lebih tinggi, kandungan gas metana yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 2. Kualitas Gas Metana pada Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi Potong dalam Tabung Hungate. Data jumlah gas metana, karbon dioksida dan nitrogen oksida yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Rata-rata Produksi Biogas

Produksi gas metana yang dihasilkan dari feses sapi potong pada media NA hari ke-2, 10 dan 14 lebih tinggi dibandingan dengan pada media RGCA. Menurut Widarto dan Sudarto (1997) : Kandungan biogas dapat dilihat dalam jumlah persentase (%) yaitu : metana 54-70

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah %, karbon dioksida 27-45%, nitrogen 3-5%, hidrogen 1-2%, karbon monoksida, oksigen 0,1% dan hidrogen sulfida rendah. Produksi gas metana yang dihasilkan pada penelitian ini tidak dapat mencapai persentase ideal kandungan biogas tersebut. Maka kualitas gas metana ditentukan dengan cara membandingkan jumlah gas metana yang dihasilkan oleh feses sapi sapi potong pada media NA dengan produksi gas metana yang dihasilkan oleh feses sapi sapi potong pada media RGCA. Kualitas gas metana yang dihasilkan pada media NA lebih tinggi (0,023%) dibandingkan dengan pada media RGCA (0,009%) Proporsi gas yang terkandung pada biogas yang terdeteksi yaitu gas metana, karbon dioksida dan nitrogen oksida. Kandungan metana yang dihasilkan masih rendah, kandungan karbon dioksida tinggi dan kandungan nitrogen sangat rendah. Karbon dioksida dipersiapkan untuk energi bagi bakteri metanogenik membentuk gas metana pada fase metanogenesis sedangkan kandungan nitrogen oksida yang sangat kecil karena tidak dimanfaatkan. Menurut Schink, B (1997) menyatakan bahwa : dalam tahapan methanogenesis asetat dan H2 / CO2 dikonversi menjadi CH4 dan CO2 oleh Archaea Metanogen. Bakteri ini dapat tumbuh langsung pada H2 / CO2, asetat dan senyawa satu-karbon lainnya, seperti format dan metanol. Sesuai dengan yang dinyatakan oleh Zeikus (1977) bahwa ; Bakteri metanogenik memanfaatkan H2 dan CO2 untuk energi dan karbon sel sintesis. metanogen tidak menggunakan asam amino atau N2 sebagai sumber nitrogen dan tidak ada senyawa nitrogen lainnya selain NH4 untuk pertumbuhannya. Sejalan dengan pernyataan Bryant et al. dalam Jarrel dan Kalmokoff, (1987) menemukan bahwa : beberapa strain Methanobacterium tidak memiliki kemampuan menggabungkan atau memanfaatkan sumber organik nitrogen (asam amino atau peptida) dan diperlukan amonia sebagai sumber nitrogen. Meskipun kemampuan untuk mengasimilasi berbagai asam amino telah dibuktikan dalam beberapa metanogen, asam amino berasimilasi umumnya tidak dimanfaatkan sebagai sumber nitrogen. Gas metana dibentuk oleh bakteri metanogenik. Berdasarkan hasil penelitian menunjukan bahwa bakteri anaerob khususnya bakteri metanogenik dapat tumbuh pada media NA serta menghasilkan gas metana lebih tinggi. Menurut Zeikus (1977) : kebutuhan nutrisi yang menunjang pertumbuhan bakteri metanogenik yaitu : NH4+ (sumber nitrogen), H2S atau cystein (sumber sulfur), Asetat, 2-metilbutirat, asam amino (tambahan karbon) dan asam asetat (stimulus pertumbuhan). Kayhanian dan Cresson dalam Vijay (2013) menyatakan bahwa : biodegradasi yang efisien membutuhkan nutrisi dan gizi yang cukup karena itu penting untuk pertumbuhan sel mikroba. nutrisi makro seperti karbon, nitrogen, kalium fosfor, sulfur dan mikro-nutrisi seperti Fe, Ni, Zn dan Co dalam jumlah kecil yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroba anaerob yang optimal.

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah

Kesimpulan Berdasarkan hasil pengamatan dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Jumlah bakteri anaerob yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate pada media NA (50,00 cfu/ml), pada media RGCA (70,00 cfu/ml) sedangkan, 2. Kualitas gas metana yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate pada media NA (0,023 %), pada media RGCA (0,009%)

Daftar Pustaka Christy, P, Merlin. L,R, Gopinath and D, Divya. 2014. Microbial Dynamics During Anaerob Digestion of Cow Dung. Internasional Journal of Plant, Animal and Evironmental Sciences. Volume-4, Issue-4. ISSN 2231-4490 Direktorat Jenderal Peternakan dan Kesehatan Hewan. 2015. Populasi Sapi Potong Menurut Provinsi. Diakses pada tanggal 9 November 2015 pukul 12:45 WIB http://www.pertanian.go.id/Indikator/tabel-4-pop-prod-nak.pdf Dwidjoseputro, D. 1994. Dasar-dasar Mikrobiologi. Jakarta: Penerbit Djambatan. Gerardi, H Michael. 2003. The Microbiology of Anaerobic Digesters. Canada: Published simultaneously Jarrell, Ken F and Kalmokoff, Martin L. 1987 Nutritional Requirements of The Methanogenic Archaebacteria. Can. J. Microbial. Vol. 34. Lyberatos, G. and I.V. Skiadas. 1999. Modeling of Anaerob Digestion a Review. Global Nest: the Int. J. Vol 1, No 2, pp 63-76, 1999 Copyright© 1998 Printed in Greece. Pelczar, M. 2005. Dasar-dasar Mikrobiologi. Universitas Indonesia Press. Jakarta. Schink B. 1997. Energetics of Syntrophic Cooperation in Methanogenic Degradation. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 61 (2), 262-280. Vijay Kumar, K. V,Sridevi. K, Rani1. M,Sakunthala. and C, Santosh Kumar. 2013. A Review on Production of Biogas, Fundamentals, Applications & Its Recent Enhancing Techniques Elixir Chem. Engg. 57.14073-14079 Widarto, L; Sudarto FX.1997. Membuat Biogas. Penerbit Kanisius; Yogyakarta. Zeikus, J, G. 1977. The Biology of Methanogenic Bacteria. American Society for Microbiology. USA