LAPORAN PENELITIAN
BIOGAS DARI CAMPURAN AMPAS TAHU DAN KOTORAN SAPI : EFEK KOMPOSISI
Oleh: LAILAN NI’MAH, ST., M.Eng.
Dibiayai Sendiri Dengan Keputusan Dekan Nomor: 276d/H8.1.31/PL/2013
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT 2013
i
HALAMAN INDENTITAS DAN PENGESAHAN LAPORAN AKHIR HASIL PENELITIAN 1. Judul
:
2. Peneliti a. Nama Lengkap b. Jenis kelamin c. NIP d. Pangkat/Golongan/NIP e. Jabatan Fungsional f. Fakultas/Program Studi g. Universitas h. Bidang Ilmu yang diteliti 3. Jumlah Anggota Peneliti 4. Lokasi Penelitian 5. Kerjasa dengan Institusi lain 6. Lama Penelitian 7. Biaya yang dibelanjakan
: : : : : : : :
BIOGAS DARI CAMPURAN AMPAS TAHU DAN KOTORAN SAPI : EFEK KOMPOSISI LAILAN NI’MAH, S.T, M. Eng. Perempuan 19840119 201212 2 003 Penata Muda Tk.I/IIIb Tenaga Pengajar Teknik/Teknik Kimia Universitas Lambung Mangkurat Energi Laboratorium Pengujian Material 1 (satu) bulan Rp. 11.000.000,00-
: : : : :
Banjarbaru, 12 Oktober 2013 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik
Peneliti,
Dr.-Ing. Yulian Firmana Arifin, ST.,MT NIP.19750719 200003 1 001
Lailan Ni’mah, S.T., M. Eng NIP. 19840119 201212 2 003
Mengetahui, Ketua Lembaga Penelitian Universitas lambung Mangkurat
Dr. Ahmad Alim Bachri, SE, M.Si NIP.19671231 199512 1 002
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan rahmat-Nya yang diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Penelitian ini. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penelitian ini yang manfaatnya bagi kami sangat luar biasa untuk menyelesaikan penelitian ini. Peneliti menyadari bahwa dalam penelitian ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang. Akhir kata, peneliti berharap semoga hasil penelitian ini berguna bagi pengembangan ilmu dan teknologi khususnya dalam bidang teknik kimia. Terima kasih.
Banjarbaru, 12 Oktober 2013
TIM PENELITI
iii
ABSTRAK Meningkatnya kebutuhan energi dan menipisnya cadangan bahan bakar fosil menyebabkan terjadinya krisis enegi, untuk itu perlu inovasi untuk menghasilkan sumber energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang dapat dikembangkan adalah biogas yang dapat diproduksi dari limbah ampas tahu. Pemanfaatan limbah ampas tahu untuk memproduksi biogas dapat memperkecil konsumsi sumber energi dari bahan bakar fosil sekaligus mengurangi akumulasi sampah karena selama ini sebagian besar dari limbah ampas tahu langsung dibuang ke lingkungan. Biogas dihasilkan melalui proses pemecahan bahan organik yang melibatkan aktivitas mikroorganisme anaerob yaitu bakteri methanogen dalam suatu biodigester. Penelitian dilakukan dengan menggunakan batch anaerobic reactor. Sampel sebanyak 800 mL dimasukkan ke dalam digester yang berkapasitas 1 liter, kemudian diinkubasi secara anaerob dalam ruang bersuhu antara 25oC – 30oC selama 30 hari. Penelitian ini menggunakan 8 variasi komposisi yakni campuran kotoran sapi (KS):limbah ampas tahu (AT) = 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100 pada sampel dengan volatile solid (VS) sebesar 3% dan KS:AT = 50:50 pada sampel dengan VS sebesar 2%, 4%, dan 5%. Parameter yang diukur berupa volume biogas, gas metan,gas karbondioksida nilai C/N rasio campuran, Total Solid (TS), Volatile Solid (VS),volatile fatty acid (VFA), pH dan suhu. Pengukuran volume gas yang terbentuk dilakukan setiap hari menggunakan gas holder sedangkan konsentrasi gas metan diuji dengan Gas Chromatography (GC). Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi campuran kotoran sapi (KS) dan limbah ampas tahu (AT) pada VS 3% KS:AT = 50:50 menghasilkan kadar gas metan tertinggi jika dibandingkan dengan variasi komposisi yang lain. Kata-Kata Kunci : limbah ampas tahu, kotoran sapi, biogas, dan model produksi biogas.
iv
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL .................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................ ii KATA PENGANTAR ................................................................................................. iii ABSTRAK ................................................................................................................... iv DAFTAR ISI................................................................................................................. v DAFTAR TABEL...................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... ix BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang Masalah ....................................................................................... 1 1.2. Manfaat Penelitian ............................................................................................... 3 1.3. Tujuan Penelitian .................................................................................................. 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 4 2.1. Ampas Tahu .......................................................................................................... 4 2.2. Kotoran Sapi .......................................................................................................... 6 2.3. Biogas .................................................................................................................... 7 2.3.1. Proses Biologis Pada Pembentukan Biogas ................................................. 8 2.4. Landasan Teori .................................................................................................... 11 2.4.1. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pembentukan Biogas ....................... 11 2.5. Hipotesis ............................................................................................................ 16 BAB III. METODE PENELITIAN ....................................................................... 17 3.1. Bahan Penelitian .................................................................................................. 17 3.2. Alat Penelitian .................................................................................................... 18 3.3. Pelaksanaan Penelitian ......................................................................................... 20 v
3.3.1. Pembuatan Biogas .................................................................................. 20 3.3.2.1. Penentuan Komposisi Ampas Tahu dan Kotoran Sapi ............... 20 3.3.2.2. Penelitian untuk Mencari Komposisi Optimum dari Campuran Ampas Tahu dan Kotoran Sapi ................................................... 21 3.3.2. Variabel ................................................................................................... 22 3.3.3. Analisis Hasil ............................................................................................ 22 3.4. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................. 22 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 23 4.1. Karakteristik Limbah Ampas Tahu, Kotoran Sapi dan Effluent ......................... 23 4.2. Produksi Biogas ................................................................................................. 26 4.2.1. Pengaruh Komposisi Substrat terhadap Kadar Gas Metan, Volume Biogas dan pH Pada Periode Waktu Tertentu ......................................... 28 4.2.2. Pengaruh Komposisi Umpan terhadap Kadar Gas Metan, Kadar Gas Karbondioksida dan Suhu Pada Periode Waktu Tertentu ................ 33 4.3. Parameter Proses Produksi Biogas ...................................................................... 37 4.3.1. Hubungan Perbedaan Komposisi Umpan Terhadap Total Solid, Volatile Solid, Kadar Gas Karbondioksida, dan Kadar Gas Metana pada Periode Waktu Tertentu ..................................................... 37 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 42 5.1. Kesimpulan ........................................................................................................ 42 5.2. Saran .................................................................................................................. 43 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 44
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Kandungan Unsur Gizi dan Kalori dalam Tahu dan Ampas Tahu ................ 5 Tabel 2. Karakteristik Kimia Ampas Tahu dan Tepung Ampas Tahu ......................... 6 Tabel 3. Karakteristik Kotoran Sapi di KP4 UGM ....................................................... 7 Tabel 4. Komposisi Jenis Gas dan Jumlahnya Pada Suatu Unit Gas Bio ..................... 8 Tabel 5. Produksi Biogas dari Sampah Organik ......................................................... 10 Tabel 6. Rasio C/N dari Beberapa Bahan Organik ..................................................... 14 Tabel 7. Zat Penghambat Aktivitas Mikroorganisme ................................................. 15 Tabel 8. Variasi Komposisi Ampas Tahu dan Kotoran Sapi pada 3% VS ................. 20 Tabel 9. Variasi Komposisi Ampas Tahu dan Kotoran Sapi pada 2%, 4% dan 5% VS ........................................................................................................... 21 Tabel 10. Karakteristik Limbah Ampas Tahu ............................................................ 23 Tabel 11. Karakteristik Kotoran Sapi ......................................................................... 24 Tabel 12. Karakteristik Inokulum (Effluent dari digester aktif) ................................. 24 Tabel 13. Karakteristik Bahan Baku dalam Kondisi Operasi ..................................... 26 Tabel 14. Hasil Pengamatan Biogas dari Campuran Limbah Ampas Tahu dan Kotoran Sapi ............................................................................................... 27
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Diagram Alir Proses Pembuatan Tahu .......................................................... 4 Gambar 2.2. Jalur Degradasi Senyawa Kompleks Organik dalam Proses Anaerob ..... 8 Gambar 3.1. Rangkaian Alat Penelitian ....................................................................................19 Gambar 4.1. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan 100% kotoran sapi................................. 28 Gambar 4.2. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan 100% ampas tahu .................................. 28 Gambar 4.3. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 75:25 ........ 29 Gambar 4.4. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 25:75 ........ 29 Gambar 4.5. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 2% .......................................................................................................... 29 Gambar 4.6. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 3% .......................................................................................................... 29 Gambar 4.7. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 4% .......................................................................................................... 30
viii
Gambar 4.8. Hubungan antara pH, akumulasi volume biogas dan kadar metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 5% ..........................................................................................................................30 Gambar 4.9. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan 100% kotoran sapi................................. 33 Gambar 4.10. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan 100% ampas tahu .................................. 33 Gambar 4.11. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 75:25 ........ 34 Gambar 4.12. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 25:75 ........... 34 Gambar 4.13. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 2% .......................................................................................................... 34 Gambar 4.14. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 3% .......................................................................................................... 34 Gambar 4.15. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 4% .......................................................................................................... 35 Gambar 4.16. Hubungan antara suhu, kadar karbondioksida dan gas metana terhadap waktu pada komposisi umpan kotoran sapi : ampas tahu = 50:50 dan TS 5% .......................................................................................................... 35
ix
Gambar 4.17. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan 100% kotoran sapi, TS0 2% dan VS0 = 81,44% ................................................. 37 Gambar 4.18. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan 100% ampas tahu, TS0 3% dan VS0 = 94,19% .................................................. 37 Gambar 4.19. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan KS:AT = 75:25, TS0 3% dan VS0 = 79,05% ........................................... 38 Gambar 4.20. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan KS:AT = 20:75, TS0 3% dan VS0 = 85,37% ........................................... 38 Gambar 4.21. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan KS:AT = 50:50, TS0 2% dan VS0 = 83,43% ........................................... 38 Gambar 4.22. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan KS:AT = 50:50, TS0 3% dan VS0 = 81,38% ........................................... 38 Gambar 4.23. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan KS:AT = 50:50, TS0 4% dan VS0 = 83,45% ........................................... 39 Gambar 4.24. Hubungan antara total solid, volatile solid, kadar karbondioksida dan kadar gas metana pada periode waktu tertentu pada komposisi umpan KS:AT = 50:50, TS0 5% dan VS0 = 82,69% ........................................... 39
x
