OPTIMASI PRODUKSI BIOGAS ECENG GONDOK MENGGUNAKAN PRA-PERLAKUAN HIDROLISIS ALKALI

 

OPTIMASI PRODUKSI BIOGAS ECENG GONDOK MENGGUNAKAN PRA-PERLAKUAN HIDROLISIS ALKALI    

    PRODUCTION OPTIMIZATION OF WATER HYACINTH BIOGAS USING ALKALI HYDROLYSIS PRETREATMENT    

LAPORAN TUGAS AKHIR

   

 

disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Di Jurusan Teknik Konversi Energi

ASYIPA AKMALURIJAL NIM.091711007

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

 

                     

 

   

Tulisan ini dibuat dengan perjuangan dan kerja keras,    

Namun kerja keras ini tidak sebanding dengan perjuangan mu,  

Merawat, mendidik, dan membesarkan hingga saat ini.  

 

Anakmu ini berjanji akan terus berjuang dan kerja keras,

 

Untuk bisa   membahagiakan dan menyenangkan hatimu    

Perjuangan dan kerja keras ini, aku persembahkan untuk kedua orang tua SUPER yang tak henti memberikan doa disetiap solatnya Dan selalu memberikan pendidikan kepada anak-anaknya.

 

 

DATA PENULIS

   

Nama

: Asyipa Akmalurijal

 

NIM

: 091711007

 

Tempat, Tanggal Lahir

: Bandung, 19 Juli 1991

Alamat

: Kp.Rancadarah 04/07Ds.Nanjungmekar Kec.Rancaekek Kab.Bandung 40394

Email

: [email protected]

 

         

RIWAYAT PENDIDIKAN

2009-2012

: Jurusan Teknik Konversi Energi-D3, Politeknik Negeri Bandung

2006-2009

: MAN 2 Bandung

2003-2006

: SMPN 1 Cicalengka, Bandung

1997-2003

: SDN Haurpugur II, Rancaekek, Bandung

ORGANISASI 2010-2011

: Pengurus Departemen Keagamaan Himpunan Mahasiswa Teknik Energi (HMTE)

2010

: Anggota Forum Komunikasi Mahasiswa Teknik Energi seIndonesia (FKMTEI)

2007-2011

: Sekertaris Remaja Mesjid Al-kautsar

2009-sekarang

: Anggota Corp Senior Pramuka MAN 2 Bandung (MOWGLI)

2008

: Anggota Unit SAR kota Bandung

2007-2008

: Sekertaris dan Bendahara Pramuka MAN 2 Bandung

PENGALAMAN KERJA 2011

Tugas Akhir 2012  

: Kerja Praktik di Pusat Pengolahan Batubara PUSLITBANG TEKMIRA. Palimanan-Cirebon

iii

   

Abstrak

Kebutuhan  manusia akan energi terus meningkat setiap tahunnya. Peningkatan kebutuhan energi yang masih di dominasi oleh energi fosil berbanding lurus dengan berkurangnya   energi fosil didunia. Maka dari itu perlu adanya solusi untuk mengatasi masalah tersebut salah satunya   dengan penggunaan energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang dapat dikembangkan adalah pemanfaatan eceng gondok sebagai bahan baku pembuatan biogas.   Namun dengan adanya kandungan lignin pada eceng gondok menjadikan produksi biogas yang dihasilkan tidak terlalu banyak. Pada tugas akhir ini dilakukan optimasi produksi biogas   menggunakan pra-perlakuan alkali hidrolisis dengan penambahan larutan NaOH 1%   menggunakan dua digester sistem batch berkapastas 19 liter yang salah satunya dijadikan sebagai kontrol (pembanding). Dari hasil pengujian yang sudah dilakukan, didapatkan hasil   produksi biogas eceng gondok yang mengalami pra-perlakuan alkali hidrolisis mempunyai kandungan CH   4 tertinggi yaitu sebesar 34,12% pada hari ke-8, volume biogas total mencapai 11360 mL di hari ke-16 dan total potensi energi sebesar 94 kJ. Sedangkan pada eceng gondok   yang tidak mengalami pra-perlakuan alkali hidrolisis kandungan CH4 tertinggi hanya mencapai 29,77%, volume biogas total mencapai 9340 mL dan total potensi energi sebesar 49,43 kJ. Kata Kunci : Pra-perlakuan Alkali Hidrolisis, Biogas, Eceng Gondok.

Tugas Akhir 2012  

iv

   

Abstract

  for energy continues to rise each year. Increased energy needs are still Human needs dominated by fossil energy is proportional to the reduction of fossil energy in the world. Thus   the need for a solution to solve the problem either by the use of alternative energy. One of the alternative energy that can be developed is the use of water hyacinth as raw material for   biogas. But with the lignin content of the water hyacinth make biogas production generated is   At the end of the task was carried out optimization of biogas production using not too much. alkaline hydrolysis pre-treatment with the addition of 1% NaOH solution using two digesters   with a capacity of 19 liter batch system is one of them used as a control (comparison). From   the test results that have been conducted, showed that water hyacinth biogas production having alkaline hydrolysis pre-treatment had the highest content of CH4 in the amount of   34,12% on day 8, the total volume of biogas reached 10120 mL on day-to-16 and the total potential energy of 83,67 kJ. While on the water hyacinth that had not pre-treatment alkaline   hydrolysis of the highest CH4 content only reaches 29,77%, total biogas volume reached   8180 mL and the total potential energy of 46,03 kJ.

Key words: Pre-treatment of alkaline hydrolysis, Biogas, water hyacinth.

Tugas Akhir 2012  

v

   

KATA PENGANTAR

  Bismillahirrahmanirrahiim  

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Illahi Rabbi karena atas segala kehendak  

dan izin-Nya lah tugas akhir dapat terselesaikan. Shalawat dan salam penulis curahkan   kepada Rosululloh SAW yang telah memberikan keteladanan dalam mengarungi kehidupan

didunia.    

Tugas akhir yang berjudul “OPTIMASI PRODUKSI BIOGAS ECENG

GONDOK  MENGGUNAKAN PRA-PERLAKUAN HIDROLISIS ALKALI” tentunya tidak lepas dari maksud dan tujuan penulisan tugas akhir ini, baik secara akademik maupun  

non-akademik. Secara akademik tugas akhir ini ditujukan sebagai salah satu syarat untuk  

menyelesaikan pendidikan Diploma-3 Program Studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. Dari hasil penelitian ini mudahmudahan dapat bermanfaat bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya teknologi dalam pengembangan energi alternatif biogas. Dalam penyusunan laporan ini penulis banyak mengalami berbagai kesulitan yang disebabkan kurangnya pengalaman dalam menulis karya ilmiah, akan tetapi berkat bantuan semua pihak laporan ini dapat diwujudkan walaupun dalam penyusunannya masih belum sempurna. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung dalam penyelesaian laporan tugas akhir ini. Semoga, laporan ini dapat menjadi sumber inspirasi dan memberikan banyak manfaat. Akhir kata, segala saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis harapkan untuk perbaikan yang lebih baik.

Bandung, Juli 2012

Penulis

Tugas Akhir 2012  

vi

     

UCAPAN TERIMAKASIH

  Penyelesaian tugas akhir tidak terlepas dari kehendak dan izin-Nya Alloh SWT serta pihakpihak yang banyak berperan dalam membantu kelancaran penulis dalam menyelesaikan   laporan tugas akhir ini. Penulis sangat berterimakasih kepada :  

   

 

1. Alloh SWT yang telah memberikan kemudahan dan kelancaran dalam penyelasian laporan tugas akhir ini. 2. Kedua orang tua yang SUPER, mamah (Hj.Cucu Aisyah) yang selalu memberikan kasih sayang serta doa disetiap sholatnya kepada penulis dan bapa (H.Djadja Susilawan) selaku pemimpin keluarga yang tak kenal lelah untuk memberikan   pendidikan terbaik kepada anak-anaknya.   (a’ien dan t’yeti, a’dian dan t’upi, t’neng dan a’enung, boten dan 3. Kakak-kakaku t’sinta, anis dan a’kemal), adikku (uput) serta keponakan2ku yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis. 4. Ibu Purwinda Iriani, M.Si selaku dosen pembimbing yang selalu meluangkan waktunya untuk berbagi ilmu dan membimbing penulis dalam penyelesaian tugas akhir. 5. Ibu Tina Mulya Gantina, MT dan Ibu Sri Wuryanti, M.Si selaku dosen penguji yang sudah memberikan banyak masukan untuk kebaikan tugas akhir penulis. 6. Bapak Aceng Daud, M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi 7. Bapak Teguh Sasono, MT selaku koordinator tugas akhir 8. Meilani Nurhasanah partner TA yang selalu berbagi ilmu dan cerita dengan penulis 9. Biogas 741 (Hendri, Aris, dan Yisu “Babeh”) yang sama-sama berjuang untuk mendapatkan biogas 10. Bapak Komari yang selalu sabar menunggu pada saat melakukan pengujian gas 11. Ibu Heni dan bapa yang sudah memberikan sludge kotoran sapinya sehingga penelitian ini berjalan dengan lancar 12. Temanku Misbah Nuryayi yang sudah memberikan eceng gondoknya untuk kelancaran penelitian tugas akhir penulis 13. Dosen-dosen energi yang sudah memberikan ilmunya kepada penulis untuk dapat diterapkan didunia kerja 14. Staf jurusan (bu nuning, bu entin, pa jaja, a’ivan), teknisi (pa agus, pa zenal. Pa ta’ali, pa warsono), pa didi, pa uyep. 15. Sahabat-sahabat seperjuangan ENERGI’09 3A-3B (Akhli, Aldino, Alvin, Andri, Donny, Dhea, Dirman, Sunu, Faris, Fenny, Fina, Gian, Gita, Imam, Jajang, Jidan, Muhar, Mery, Mulya, Galih, Otong, Rio, Riky, Ronny, Sinta, Putri, Agi, Agry, Arif, Aji, Benny, Erik R, Erik H, Fitri, Rofi, Vinni, Rere, Nunu, Salmi, Hesti, Aris, Sugi, Fikri, Ardi, Egi, Upay, Pandu, Wendy, Rizky, Chandra, Rian, Bli, Rizwan, Dody, Dani, Dan Dera (alm)). 16. Sahabatku GURANDIL yang selalu memberikan kesenangan dan kebahagian kepada penulis 17. HMTE yang selalu berjuang untuk tetap menjadi pioneer

Tugas Akhir 2012  

vii

     

DAFTAR ISI

 

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................................. ii  

LEMBAR PERSEMBAHAN............................................................................................... iii  

DATA PENULIS .................................................................................................................. iv  

ABSTRAK ............................................................................................................................ v     ABSTRACT.......................................................................................................................... vi  

KATA PENGANTAR .......................................................................................................... vi  

UCAPAN TERIMAKASIH ................................................................................................. vii DAFTAR ISI ........................................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ xi DAFTAR TABEL ................................................................................................................ xii BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................................. 1 1.2 Tujuan .............................................................................................................................. 2 1.3 Rumusan Masalah ............................................................................................................ 3 1.4 Batasan Masalah............................................................................................................... 3 1.5 Metodelogi Penelitian ....................................................................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan ....................................................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 6 2.1.Biogas .............................................................................................................................. 6 2.2.Bahan Penghasil Biogas ................................................................................................... 8 2.3.Proses Pembentukan Biogas ............................................................................................. 10 2.4.Faktor Pendukung Pembentukan Biogas ........................................................................... 12 2.5.Mekanisme Reaksi Dekomposisi Anaerobik ..................................................................... 15 2.6.Jenis Digester ................................................................................................................... 15 2.7.Pra-perlakuan Lignoselulosa ............................................................................................. 18 Tugas Akhir 2012  

viii

    BAB III METODOLOGI PEMBUATAN ALAT DAN BIOGAS ...................................... 24   3.1.Waktu dan tempat............................................................................................................. 24   3.2.Bahan dan alat .................................................................................................................. 24

3.3.Metode penelitian ............................................................................................................. 25   3.4.Observasi bahan dan alat .................................................................................................. 26  

3.5.Pengumpulan bahan dan alat ............................................................................................ 26  

3.6.Pembuatan digester .......................................................................................................... 26   3.7.Pra-perlakuan bahan (Eceng Gondok) .............................................................................. 27

3.8.Pencampuran Bahan ......................................................................................................... 28   3.9.Perhitungan Nilai Kalor dan Energi Biogas ...................................................................... 29  

3.10. Pengambilan Data Volume ............................................................................................ 29  

3.11. Analisa Komposisi Biogas ............................................................................................. 30 3.12. Data Yang Diperlukan ................................................................................................... 31 3.13. Analisa Biaya ................................................................................................................ 31 BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN ................................................................................ 34 4.1. Karakteristik Bahan ......................................................................................................... 34 4.2. Pengaruh Pra-Perlakuan Pada Produksi Biogas ................................................................ 36 4.3. Pengaruh Pra-Perlakuan Pada Produksi Komposisi Biogas .............................................. 38 4.4. Pengaruh Pra-Perlakuan Pada Potensi Energi Biogas ....................................................... 40 4.5. Kandungan Gas Lain ....................................................................................................... 41 4.6. Analisa Biaya .................................................................................................................. 43 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................ 44 5.1. Kesimpulan ..................................................................................................................... 44 5.2. Saran ............................................................................................................................... 45 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 46 LAMPIRAN

Tugas Akhir 2012  

ix

   

DAFTAR GAMBAR

   

2.1 Pemanfaatan Biogas ................................................................................................ 8  

2.2 Proses Pembentukan Biogas .................................................................................... 12  

o O 2.3   Perbandingan Tingkat Produksi Biogas Pada Suhu 15 c Dan 35 c.......................... 13

  Digester Tipe Floating Dome................................................................................... 17 2.4  

2.5 Digester Tipe Fixed Dome ....................................................................................... 18  

2.6 Perubahan Struktur Lignoselulosa Setelah Pretreatment .......................................... 20  

3.1 Flow Diagram Pembuatan Biogas ............................................................................ 25 3.2 Eceng Gondok Sebelum Di Pretreatment ................................................................. 28 3.3 Eceng Gondok Sesudah Di Pretreatment.................................................................. 28 3.4 Sludge Kotoran Sapi................................................................................................ 28 3.5 Metode Pengukuran Volume Gas ............................................................................ 30 3.6 Gas Chromatograf ................................................................................................... 31 4.1 Grafik Perbandingan Produksi Biogas ..................................................................... 37 4.2 Grafik Perbandingan Akumulasi Produksi Biogas ................................................... 37 4.3 Grafik Perbandingan Kandungan Gas CH4 .............................................................. 39 4.4 Grafik Kandungan Gas Digester Pra-perlakuan........................................................ 42 4.5 Grafik Kandungan Gas Digester Kontrol ................................................................. 42

Tugas Akhir 2012  

v

Optimasi Produksi Biogas Dari Eceng Gondok   Menggunakan Pra-Perlakuan Hidrolisis Alkali

 

DAFTAR TABEL

   

2.1 Komposisi Biogas Secara Umum............................................................................. 7  

2.2 Kandungan Senyawa Organik Eceng Gondok .......................................................... 9  

2.3   Kandungan Senyawa Organik Kotoran Sapi ............................................................ 10   Mikroorganisme yang Terlibat Pada Proses Dekomposisi Anaerobik ...................... 16 2.4  

2.5 Jenis Jenis Pretreatment ........................................................................................... 19  

3.1 Variabel Penelitian .................................................................................................. 26  

4.1 Karakteristik Eceng Gondok .................................................................................... 34 4.2 Karakteristik Sludge Kotoran Sapi........................................................................... 35 4.3 Perbandingan Produksi Biogas ................................................................................ 36 4.4 Perbandingan Kandungan Gas Metan ...................................................................... 38 4.5 Perbandingan Nilai Kalor Dan Potensi Energi Biogas .............................................. 40 4.6 Kandungan Biogas .................................................................................................. 41

Tugas Akhir 2012   Jurusan Teknik Konversi Energi

44

Optimasi Produksi Biogas Dari Eceng Gondok   Menggunakan Pra-Perlakuan Hidrolisis Alkali

 

DAFTAR PUSTAKA

  Chanakya, H.N., S. Borgaonkar, G. Meena dan K.S. Jagadish. 1993. Solid Phase Biogas Production with Garbage or Water Hyacinth. Bioresource Technology Vol. 46 Hal.   227–231 Elsevier Ltd.  

Fairus, Sirin dkk. 2011. Pemanfaatan Sampah Organik Secara Padu, Teknik Kimia, Fakultas   Teknologi Industri, Institut Teknologi Nasional, Bandung.  

Ghosh, S., M.P. Henry dan R.W. Christopher. 1984. Hemicellulose Conversion by   Anaerobic Digestion. Institute of Gas Technology dan United Gas Pipe Line Company. USA. Biomassa Vol. 6 Hal. 257-258.  

Harahap, Indri Vesalina. 2007. Uji Beda Komposisi Campuran Kotoran Sapi Dengan  

Beberapa Jenis Limbah Pertanian Terhadap Biogas Yang Dihasilkan, Departemen  

Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Haryati, T. 2006. Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif, Balai Penelitian Ternak Bogor. Jaka, Abdillah dkk. 2011. Natrium Hidroksida (Naoh) Sebagai Hidrolisa Basa Dalam Praperlakuan Produksi Biogas Dengan Bahan Baku Eceng Gondok (Eichornia Crassipes), Teknik Kimia, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Kamase, 2009. http://www.kamase.org/Cara_Mudah_Membuat_Digester, akses tangga 30 Desember 2011. Larasati, Tri R. D. 2010. Pemanfaatan Bagase Tebu dan Limbah Nanas Sebagai Bahan Baku Penghasil Biogas, Institut Pertanian Bogor. Latif, Asti F. 2010. Pembuatan Biogas dari Bungkil Jarak Pagar dengan Campuran Kotoran Sapi (Perbandingan 50%:50%) Menggunakan Digester Tipe Kontinyu, Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung, Bandung. Lazuardy, Indra. 2008. Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas Model Terapung, Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertania, Universitas Sumatera Utara. Malik, A.. 2006. Environmental Challenge Vis a Vis Opportunity: The Case of Water Hyacinth. Environment International Vol.33 hal.122–138 Elsevier Ltd.

Tugas Akhir 2012   Jurusan Teknik Konversi Energi

45

Optimasi Produksi Biogas Dari Eceng Gondok   Menggunakan Pra-Perlakuan Hidrolisis Alkali

  Moran and Shapiro. 2004. Termodinamika Teknik, jilid 1, Erlangga, Jakarta, Indonesia.  

Munawaroh, Jazilatul. 2010. Perancangan dan Pembuatan Miniatur Penghasil Biogas,  

Jurusan Teknik Fisika, UIN Maulana Malik Ibrahim, Malang.  

Odhner, Peter Berglund., et al. 2012. Biogas From Lignocellulosic Biomass, Swedish Gas Center,  Swedia.  

Riyandi, Ilham. 2008. Pembuatan Biogas Dari Eceng Gondok dengan Campuran Kotoran  

Sapi (Perbandingan 4:1) Menggunakan Digester Tipe Kontinyu, Jurusan Teknik Konversi   Energi, Politeknik Negeri Bandung, Bandung.

  Salundik, Sri. W., Surajudin. 2006. Membuat Biogas. Agro Media Pustaka, Simamora, S.,  

Jakarta

Sun Y, Cheng J J. (2002). Hydrolysis Of Lignocellulosic Materials For Ethanol Production: A Review. Bioresource Technology. 83, 1–11. Wikipedia, 2005. http://www.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_digester, akses tanggal 15 November 2011. Yunus, M., 1995. Teknik Membuat Dan Memanfaatkan Unit Gas Bio, Universitas Gajah Mada Press, Yogyakarta.

Tugas Akhir 2012   Jurusan Teknik Konversi Energi

46