PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum Purpureum) (Skripsi)
Oleh CHANDRA AFRIAN
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017
ABSTRAK PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum Purpureum) Oleh CHANDRA AFRIAN
Penggunaan minyak sebagai sumber energi menimbulkan persoalan serius pada lingkungan berkaitan dengan emisi gas rumah kaca, terutama CO2, yang merupakan penyebab terjadinya pemanasan global. Oleh karena itu dibutuhkan energi alternatif yang ramah lingkungan dan memiliki sumber yang dapat diperbaharui. Biogas merupakan salah satu alternatif sumber energi terbarukan yang dapat menjawab kebutuhan energi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui produksi biogas dari campuran rumput gajah dan kotoran sapi.
Rumput gajah (25 kg), diperoleh dari petani di Gedong Tataan (Pesawaran) dan berumur 2 bulan saat dipotong, dicacah dengan panjang maksimum 5 cm. Kotoran sapi segar (25 kg) diambil dari Laboratorium di Jurusan Peternakan, Universitas Lampung diencerkan dengan air pada tiga level, yaitu 50 ℓ (P1), 75 ℓ (P2), dan 100 ℓ (P3). Rumput gajah dicampur dengan kotoran sapi dan diaduk rata. Campuran dimasukkan ke dalam digester batch dari drum plastik dengan volume 220 liter. Untuk kontrol hanya digunakan 25 kg kotoran sapi yang diencerkan dengan 25 l air. Semua perlakukan dilakukan dengan dua ulangan. Parameter yang diamati
pada penelitian ini meliputi temperatur harian, pH awal dan akhir substrat, kandungan TS dan VS, volume biogas, produktivitas biogas dan komposisi biogas. Hasil penelitian menunjukan bahwa nilai pH awal semua perlakuan berada pada kisaran normal yaitu 7,73, 8,08, 8,00, 7,20 berturut-turut untuk P1, P2, P3 dan kontrol; sedangkan pH akhir berturut-turut adalah 4,50, 4,62, 6,82, 7,30. Suhu harian rata-rata hampir sama untuk semua perlakuan yaitu 33,15 oC, 29,60 oC, 31,17 oC, dan 30,23 oC. Total dari produksi biogas adalah 439.42 ℓ, 353.02 ℓ, 524.32 ℓ dan 519.27 ℓ berturut-turut untuk P1, P2, P3, dan kontrol dengan produktivitas biogas secara berurutan adalah 42.20 ℓ/kgTS, 33.91 ℓ/kgTS, 50.38 ℓ/kgTS, 72.42 ℓ/kgTS dan produktivitas metana 6.85 ℓ/kgVS, 13.38 ℓ/kgVS, 69.62 ℓ/kgVS dan 102.86 ℓ/kgVS. __________________________________________________________________ Kata kunci : Biogas, kotoran sapi, rumput gajah, batch, produktivitas.
ABSTRAK BIOGAS PRODUCTION FROM COW DUNG MIXTURE WITH ELEPHANT GRASS (Pennisetum Purpureum) By CHANDRA AFRIAN
The use of oil as an energy source raises serious environmental problems related to emissions of greenhouse gases, especially CO2, which is the cause of global warming. Therefore we need alternative energy that are environmentally friendly and also renewable. Biogas is an alternative renewable energy sources that can address energy needs. This study aimed at determining the production of biogas from a mixture of elephant grass and cow dung.
Elephant grass, obtained from a local farmer in Gedong Tataan (Pesawaran) at 2 months old when cut, was manually cut with a maximum length of 5 cm. Fresh cow dung was taken from Department of Husbandry, the University of Lampung. Elephant grass was thoroughly mixed with cowdung and was then put into 220liter batch drum digester. The treatments were compared to control which used only 25 kg of cow dung diluted with 25 ℓ of water. All treatments were conducted with two replications. The parameters included daily temperature, substrate pH (initial and final), TS and VS content, biogas production, biogas yield and biogas composition.
The results showed that initial pH value of all treatments were in the normal range, namely 7.73, 8.08, 8.00, 7.20 respectively for P1, P2, P3 and control; whereas final pH was 4.50, 4.62, 6.82, 7.30. The average daily temperature respectively was 33.15 °C, 29.60 °C, 31.17 °C and 30.23 °C. The total of biogas production was 439.42 ℓ, 353.02 ℓ, 524.32 ℓ and 519.27 ℓ respectively for P1, P2, P3, and control with respective biogas yield of 42.20 ℓ/kgTS, 33.91 ℓ/kgTS, 50.38 ℓ/kgTS, 72.42 ℓ/kgTS and methane yield of 6.85 ℓ/kgVS, 13.38 ℓ/kgVS, 69.62 ℓ/kgVS and 102.86 ℓ/kgVS. __________________________________________________________________ Keyword : Biogas, cow dung, elephant grass, batch, yield.
PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum Purpureum)
Oleh CHANDRA AFRIAN
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017
PERNYATAAN KEASLIAN HASIL KARYA
Saya adalah
Chandra Afrian
NPM
1214071022
Dengan ini menyatakan bahwa apa yang tertulis dalam karya ilmiah ini adalah hasil karya saya yang dibimbing oleh Komisi Pembimbing, 1) Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P. dan 2) Prof. Dr. Eng. Ir. Udin Hasanudin, M.T. berdasarkan pada pengetahuan dan informasi yang telah saya dapatkan. Karya ilmiah ini berisi material yang dibuat sendiri dan hasil rujukan beberapa sumber lain (buku, jurnal, dll) yang telah dipublikasikan sebelumnya atau dengan kata lain bukanlah hasil dari plagiat karya orang lain.
Demikianlah pernyataan ini saya buat dan dapat dipertanggungjawabkan. Apabila dikemudian hari terdapat kecurangan dalam karya ini, maka saya siap mempertanggungjawabkannya.
Bandar Lampung, 2017 Yang membuat pernyataan
Chandra Afrian NPM. 1214071022
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Gedongtataan pada tanggal 6 April 1994, sebagai anak pertama dari pasangan Bapak Edi Yuli Santosa dan Ibu Eni Ati. pendidikan
taman
kanak-kanak
Penulis menempuh di
TK
Pertiwi
Gedongtataan Pesawaran dan lulus pada tahun 2000. Pendidikan dilanjutkan di SD Negeri 2 Kutoarjo Gedongtataan pada tahun 2000 sampai dengan tahun 2006. Penulis menyelesaikan pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 1 Gedongtataan pada tahun 2009 dan sekolah menengah atas diselesaikan di SMA Negeri 1 Gedongtataan pada tahun 2012.
Pada tahun 2012, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN.
Penulis
mendapatkan beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik selama 1 tahun. Penulis pernah menjabat sebagai Anggota Bidang Keprofesian di Persatuan Mahasiswa Teknik Pertanian (PERMATEP) pada periode 2013 – 2014 dan menjabat sebagai Ketua Bidang Penelitian dan Pengembangan (Litbang) di Persatuan Mahasiswa Teknik
Pertanian
(PERMATEP)
pada
periode
2014
–
2015.
Pada tahun 2015, penulis melaksanakan Praktik Umum di Balai Besar Mekanisasi Pertanian (BBP MEKTAN) Serpong Desa Situgadung Tromol pos 2 Kec. Serpong Kab. Tangerang Provinsi Banten dengan judul “Mempelajari Pengujian ATABELA (Alat Tanam Benih Langsung) Tipe Drum Seeder Jarwo 2:1 Di Balai Besar Mekanisasi Pertanian (BBP MEKTAN) Serpong Tangerang” selama 30 hari mulai tanggal 27 Juli 2015 sampai tanggal 27 Agustus 2015.
Penulis
melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Desa Bandar Anom, Kecamatan Rawajitu Utara, Kabupaten Mesuji selama 60 hari mulai tanggal 18 Januari 2016 sampai dengan 17 Maret 2016.
Ucapan Terima kasih
Penelitian Ini Didanai dari Penelitian Skim STRANAS Atas Nama Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P. Nomor Kontrak 419/UN26/8/LPPM/2016 Oktober 2016
Bismillahirrahmanirrahim
ku persembahkan karya kecil ini untuk Kedua orangtuaku tercinta
Bapak Edi Yuli Santosa Ibu Eni Ati Adikku tersayang Cerly Dewi Anggraini
SANWACANA
Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul “PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum Purpureum)” sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian. Penulis menyadari bahwa terselesaikannya kuliah dan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan, dukungan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., Ketua Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung serta selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah banyak meluangkan waktunya untuk membimbing, memotivasi, dan memberikan saran dalam proses penyusunan skripsi ini. 2. Bapak Prof. Dr. Eng. Ir. Udin Hasanudin, M.T. selaku Dosen Pembimbing Kedua yang telah memberikan kritik dan saran dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Ir. Iskandar Zulkarnain, M.Si., selaku Dosen Pembahas serta selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan banyak masukan, bimbingan, saran, dan kritik yang membangun.
i
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Irwan Sukri Banuwa, M.Si., selaku Dekan Fakultas Pertanian Universitas Lampung. 5. Kedua orang tua dan adik yang sangat aku cintai. Bapak Edi Yuli Santosa, Ibu Eni Ati dan dan Adikku Cerly Dewi Anggraini yang senantiasa mendengarkan keluh kesahku dan memberikan solusi, motivasi, serta do’a yang sangat berarti. 6. Sahabat–sahabat terbaikku yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian. 7. Keluarga Teknik Pertanian angkatan 2012 Universitas Lampung.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bandar Lampung, Februari 2017 Penulis
Chandra Afrian
ii
DAFTAR ISI
Halaman SANWACANA ...................................................................................................
i
DAFTAR TABEL ................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vi I.
PENDAHULUAN ....................................................................................
1
1.1
Latar Belakang .....................................................................................
1
1.2
Tujuan Penelitian ..................................................................................
3
1.3
Manfaat Penelitian ................................................................................
3
TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................
4
Kebutuhan Energi Di Indonesia ...........................................................
4
II. 2.1.
2.2. Biogas Sebagai Solusi ......................................................................... 4 2.2.1. Karakteristik Biogas ...................................................................... 5 2.2.2. Pemanfaatan Biogas ...................................................................... 6 2.2.3. Pembentukan Biogas ..................................................................... 8 2.2.4. Faktor–Faktor Pembentukan Biogas ............................................. 12 2.3.
Digester Biogas .................................................................................... 14
2.4.
Fermentasi Pada Biogas ....................................................................... 15
2.5.
Rumput Gajah....................................................................................... 18
III.
METODOLOGI ........................................................................................ 20
3.1.
Waktu dan Tempat ............................................................................... 20
3.2.
Bahan dan Alat ..................................................................................... 20
3.3. Prosedur Penelitian ............................................................................... 20 3.3.1. Persiapan Alat ............................................................................... 22 3.3.2. Persiapan Bahan ............................................................................ 23 3.5.
Parameter Pengamatan ......................................................................... 24 iii
3.5.1. 3.5.2. 3.5.3. 3.5.4. 3.5.5.
Temperatur .................................................................................... Kandungan TS (total solids) dan VS (Volatile Solids) ................. Kandungan C dan N ...................................................................... Volume Biogas .............................................................................. Produktivitas Biogas dan Metana .................................................
24 25 26 27 27
3.6.
Komposisi Gas ..................................................................................... 28
3.7.
Analisis Data ........................................................................................ 28
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 29
4.1.
Karakteristik Substrat ........................................................................... 29
4.2.
Derajat Keasaman (pH) ........................................................................ 32
4.3.
Temperatur/Suhu .................................................................................. 33
4.4.
Produksi Gas Harian dan Kumulatif .................................................... 35
4.5.
Kandungan Metana (CH4) .................................................................... 39
4.6.
Produktivitas Biogas dan Metana ......................................................... 41
IV.
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 44
5.1.
Kesimpulan ........................................................................................... 44
5.2.
Saran ..................................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 46
iv
DAFTAR TABEL
Tabel
Teks
Halaman
1. Komposisi Biogas ...........................................................................................
5
2. Teknologi Pemanfaatan Biogas dan Persyaratan Pengelolahan Gas ..............
7
3. Perbedaan Fermentasi Kering dengan Fermentasi Basah ............................... 16 4. Karakteristik Rumput Gajah ........................................................................... 19 5. Perlakuan dan komposisi bahan baku isian ..................................................... 24 6. Karakteristik Substrat ...................................................................................... 29 7. Nilai Rasio C/N dan TS Setiap Perlakuan....................................................... 30 8. Analisis Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS).......................................... 31 9. Produktivitas Metana dari Berbagai Referensi ............................................... 43 Lampiran 10. Suhu harian digester masing-masing perlakuan ............................................ 57 11. Volume gas harian biogas ............................................................................. 60 12. Volume gas kumulatif ................................................................................... 63 13. pH awal dan akhir ......................................................................................... 66
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Teks
Halaman
1. Skema Prinsip Fermentasi Kering................................................................... 17 2. Diagram Alir Penelitian .................................................................................. 21 3. Digester dengan Sistem Batch ........................................................................ 22 4. pH Rata – Rata Awal dan Akhir ..................................................................... 33 5. Temperatur Harian Tiap Perlakuan ................................................................. 34 6. Temperatur Rata-Rata Tiap Perlakuan ............................................................ 35 7. Volume Harian Biogas .................................................................................... 37 8. Grafik Produksi Gas Kumulatif ...................................................................... 37 9. Hubungan Produksi Total Biogas dengan Kandungan TS .............................. 38 10. Produktivitas Biogas ..................................................................................... 41 11. Produktivitas Metana .................................................................................... 42 12. Hasil Uji Kandungan Gas Metana................................................................. 40 Lampiran 13. Pengambilan Rumput Gajah Di Lahan ......................................................... 67 14. Pencacahan Rumput Gajah ........................................................................... 67 15. Rumput Gajah yang Telah Dicacah .............................................................. 68 16. Penimbangan Rumput Gajah dan Kotoran Sapi............................................ 68 17. Pengenceran Kotoran Sapi ............................................................................ 69
vi
18. Pencampuran Kotoran Sapi dengan Rumput Gajah ...................................... 69 19. Pengukuran pH Awal Substrat ...................................................................... 70 20. Digester Masing –Masing Perlakuan ............................................................ 70 21. Pengukuran Volume Gas Harian ................................................................... 71 22. Pengukuran pH Akhir Substrat ..................................................................... 71 23. Substrat Akhir Setiap Perlakuan ................................................................... 72 24. Sampel Gas ................................................................................................... 73 25. Kandungan Metana (CH4) Biogas ................................................................ 73
vii
1
I.
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Energi sudah menjadi kebutuhan pokok masyarakat Indonesia pada saat ini. Tingginya penggunaan energi di Indonesia dipengaruhi oleh meningkatnya pertumbuhan penduduk dan meningkatnya perkembangan industri. Besarnya penggunaan minyak sebagai sumber energi didominasi oleh transportasi, industri dan pembangkit daya atau listrik. Pasokan untuk mendapatkan energi saat ini masih didominasi oleh sumber energi fosil yang tidak dapat diperbaharui yaitu minyak bumi, batubara, dan gas alam. Penggunaan minyak sebagai sumber energi menimbulkan persoalan serius pada lingkungan berkaitan dengan emisi gas rumah kaca, terutama CO2, yang merupakan penyebab terjadinya pemanasan global (Haryanto, 2014). Maka dibutuhkan energi alternatif yang ramah lingkungan dan memiliki sumber yang dapat diperbaharui.
Biogas merupakan salah satu alternatif sumber energi terbarukan yang dapat menjawab kebutuhan energi. Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan–bahan organik oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob (Wahyuni, 2015). Biogas yang dihasilkan dapat digunakan untuk memasak, penerangan, dan bahan bakar motor atau genset (Haryanto, 2014). Biogas mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan BBM yang berasal dari
2
fosil. Sifatnya yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan keunggulan dari biogas dibandingkan dengan bahan bakar fosil (Wahyuni, 2015). Pada prinsipnya, bahan baku untuk membuat biogas berasal dari substrat bahan organik atau sisa jasad renik, baik yang sudah mengalami dekomposisi maupun yang masih segar (Wahyuni, 2013).
Pada prinsipnya, biogas terbentuk melalui beberapa proses kimiawi yang terbentuk yang melibatkan mikroorganisme (Wahyuni, 2013). Salah satu parameter yang mempengaruhi proses produksi biogas adalah tingkat pengenceran dan kandungan bahan organik di dalam biodigester. Pengenceran slurry di dalam biodigester berakibat pada turunnya volatile solid (VS) dan total solid (TS). Penurunan kadar volatile solid (VS) dan total solid (TS) berindikasi dengan peningkatan kadar gas metana yang dihasilkan (Ni’mah, 2014).
Jenis bahan organik yang digunakan sebagai bahan baku merupakan faktor yang sangat penting. Rumput–rumputan adalah bahan organik yang dapat dijadikan biogas. Rumput gajah salah satu jenis rumput yang tumbuh subur di wilayah Indonesia. Rumput gajah memiliki keunggulan salah satunya tidak membutuhkan perawatan dan tempat yang khusus untuk pembudidayaannya. Karena memiliki kandungan selulosa dan lignin maka rumput gajah lebih lama terdekomposisi, sehingga dibutuhkan campuran kotoran ternak yang memiliki sumber bakteri untuk membantu proses dekomposisi sehingga mendapatkan hasil yang optimal (Wahyuni, 2013).
3
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini untuk mengetahui produksi biogas dari campuran rumput gajah dan kotoran sapi pada tiga level pengenceran.
1.3
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat dari penelitian ini yaitu sebagai berikut: 1. Memberikan informasi ilmiah mengenai produksi biogas dari rumput gajah dengan sistem batch. 2. Memaksimalkan produksi biogas dari campuran kotoran sapi dan rumput gajah.
4
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kebutuhan Energi Di Indonesia
Kebutuhan akan energi sudah menjadi kebutuhan pokok manusia pada saat ini. Tingginya penggunaan energi di Indonesia dipengaruhi oleh meningkatnya pertumbuhan penduduk dan meningkatnya perkembangan industri.
Lebih dari
setengah dari peningkatan konsumsi energi global digunakan untuk pembangkit listrik. Energi yang digunakan untuk pembangkit listrik naik dari 42% pada tahun 2016 menjadi 45% pada 2035 (BP Energy Outlook, 2016). Pasokan untuk mendapatkan energi saat ini masih didominasi oleh sumber energi fosil yaitu minyak bumi, batubara, dan gas alam yang dimana sangat beresiko karena sumber energi fosil tidak dapat diperbaharui. Penggunaan minyak sebagai sumber energi menimbulkan persoalan serius pada lingkungan berkaitan dengan emisi gas rumah kaca, terutama CO2, yang merupakan penyebab terjadinya pemanasan global (Haryanto, 2014).
2.2. Biogas Sebagai Solusi
Biogas adalah gas yang terbentuk karena proses fermentasi secara anaerob dari bahan–bahan limbah atau sisa maupun bahan–bahan organik lainnya. Untuk menghasilkan biogas dibutuhkan reaktor biogas (digester) yang merupakan suatu instalasi kedap udara sehingga proses dekomposisi bahan organik dapat berjalan
5
secara optimum (Wahyuni, 2015).
2.2.1. Karakteristik Biogas
Biogas merupakan campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material–material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Biogas tidak berbau dan berwarna dan apabila dibakar, akan menghasilkan nyala api biru cerah seperti gas LPG (Wahyuni, 2015).
Biogas adalah kumpulan dari beberapa gas yang dihasilkan oleh bahan–bahan organik melalui proses fermentasi anaerobik. Biogas memiliki kandungan utama yaitu metana dan karbon dioksida tetapi juga mengandung unsur gas lain. Gas alam merupakan gas yang terdiri dari beberapa unsur gas yang memiliki komposisi kimia yang berbeda. Komposisi biogas yang dihasilkan oleh proses anaerobik meliputi metana (CH4), karbon dioksida (CO2), beberapa gas inert, dan senyawa sulfur. Metana merupakan gas yang berasal dari gas alam yang dapat dibakar (Deublein dan Sheinhauser, 2008). Komposisi biogas dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi Biogas No 1
Komponen Metana (CH4)
2
Karbondioksida (CO2)
30 – 45%
3
Hidrogen sulfida (H2S)
200 – 4000 ppm vol
4
Nilai energi biogas
5
Nilai energi CH4 per ton MSW
Sumber : RISE-AT (1998)
Kisaran Nilai 55 – 70%
20 – 25 MJ/Nm3 167 – 373 MJ/Ton MSW
6
Komposisi biogas akan bervariasi bergantung pada substrat (bahan baku) yang diolah (Haryanto, 2014).
2.2.2. Pemanfaatan Biogas
Biogas mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan energi baku dari fosil. Sifatnya yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan keunggulan dari biogas dibandingkan dengan bahan bakar dari fosil. Biogas yang dihasilkan dari instalasi secara tidak langsung telah banyak membawa manfaat terhadap lingkungan. Limbah yang awalnya dibuang ke sungai, dengan dibangunnya instalasi biogas dapat termanfaatkan dengan baik (Wahyuni, 2015). Saat ini biogas tidak hanya digunakan sebagai sumber energi bagi kompor dan lampu saja, tetapi juga dapat digunakan sebagai bahan bakar motor dalam seperti genset dan lainnya. Biogas supaya dapat dimanfaatkan dan digunakan untuk bahan bakar kendaraan, perlu proses untuk menghilangkan kandungan hidrogen sulfida, karbondioksida dan air sehingga diperoleh biogas dengan kandungan metan yang lebih tinggi. Hal tersebut sudah dilakukan di beberapa negara maju (Haryanti, 2006). Aplikasi biogas stasioner umumnya memiliki persyaratan pengolahan gas yang lebih sedikit. Persyaratan yang dibutuhkan dan macammacam biogas dapat dilihat pada Tabel 2.
Teknologi seperti boiler dan motor Stirling memiliki persyaratan pengolahan gas paling ketat karena konfigurasi pembakaran eksternal. Berikutnya motor bakar dalam dan mikroturbin adalah yang paling toleran terhadap kontaminan. Fuel cells umumnya kurang toleran terhadap kontaminan karena potensi keracunan katalitik. Upgrade natural gas biasanya menggunakan pengolahan yang komplek
7
dan membutuhkan biaya yang mahal karena harus dilakukan ketika injeksi ke dalam pipa gas alam atau produksi bahan bakar kendaraan yang diinginkan (Zicari, 2003). Penggunaan biogas untuk menggerakan motor bakar memerlukan persyaratan kualitas dan memerlukan proses pemurnian. Tanpa proses pemurnian, penggunaan biogas untuk menjalankan mesin akan membahayakan karena sifat korosifnya (Haryanto, 2014).
Tabel 2. Teknologi Pemanfaatan Biogas dan Persyaratan Pengelolahan Gas No
Teknologi
Persyaratan Pengelolahan Rekomendasi Gas
1
Pemanas (Boiler)
H2S <1000 ppm, Tekanan 0,8-2,5 kPa, hilangkan kondensat (kompor dapur: H2S <10 ppm)
2
Motor bakar dalam
H2S <100 ppm, Tekanan 0,8-2,5 kPar, hilangkan kondensat, hilangkan siloksan (motor bensin lebih renta terhadap H2S daripada motor diesel)
3
Mikroturbin
H2S toleran hingga 70.000 ppm, >13,032 MJ/Nm3, Tekanan 520 kPa, hilangkan kondensat, hilangkan siloxanes
4
Fuel Cells
PEM: CO <10 ppm, hilangkan H2S PAFC: H2S <20 ppm, CO <10 ppm, Halogen <4 ppm MCFC: H2S <10 ppm dalam bahan bakar (H2S <0,5 ppm dalam stack) Halogen <1 ppm SOFC: H2S <1 pp, Halogen <1 ppm
5
Motor Stirling
H2S <1000 ppm, Tekanan 1-14 kPa
6
Upgrade Natural Gas H2S <4 ppm, CH4> 95%, Volume CO2 <2%, H2O <(1x 10-4) kg/MMscf, hilangkan siloksan dan partikulat, Tekanan >3000 kPa
Sumber : Zicari (2003)
Kadar H2S yang diperbolehkan untuk mesin motor bakar dalam yaitu <100 ppm (Zicari, 2003). Untuk menurunkan kandungan H2S dan CO2 maka diperlukan proses pemurnian dengan biofilter. Menurut Marotin, pemurnian dengan
8
menggunakan biofilter cukup efektif untuk menurunhan kadar H2S yaitu sebesar 96,94% sehingga dapat diperbolehkan untuk bahan bakar motor bakar. Genset dengan bahan bakar biogas bekerja cukup baik yang dapat dilihat dari rendahnya pemakaian bahan bakar spesifik yaitu 0,62 liter per watt per jam pada beban 700 watt dan besarnya efisiensi termal efektif 30% pada beban 600 watt dengan kandungan metana bahan bakar biogas sebesar 56,48%. Efisiensi termal efektif dari genset biogas tersebut memang lebih rendah dari motor bakar berbahan bakar bensin yang berkisar antara 25-32% atau solar yang berkisar antara 30-40% pada umumnya (Mitzlatf, 1988), namun sudah mendekati efisiensi termal efektif dari motor bakar berbahan bakar bensin (Marotin, 2014).
2.2.3. Pembentukan Biogas
Biogas secara karakteristik fisik merupakan gas. Karena itu, proses pembentukannya membutuhkan ruangan dalam kondisi kedap atau tertutup agar stabil. Pada prinsipnya, biogas terbentuk melalui beberapa proses yang berlangsung dalam ruang yang anaerob atau tanpa oksigen. Mekanisme pembentukan biogas secara umum (Wahyuni, 2013): Mikroorganisme anaerob Bahan organik CH4 + CO2 + H2 + NH3
.......(1)
Pembentukan biogas secara keseluruhan terdapat tiga proses utama dalam pembentukan biogas, yaitu proses hidrolisis, pengasaman, dan metanogenesis. Keseluruhan proses ini tidak terlepas dari bantuan kinerja mikroorganisme anaerob.
9
a. Hidrolisis Hidrolisis merupakan tahap awal dari proses fermentasi. Tahap ini merupakan penguraian bahan organik dengan senyawa kompleks yang memiliki sifat mudah larut seperti lemak, protein, dan karbohidrat menjadi senyawa yang lebih sederhana. Senyawa yang dihasilkan dari proses ini diantaranya asam organik, glukosa, etanol, CO2, dan senyawa hidrokarbon lainnya. Senyawa ini akan dimanfaatkan mikroorganisme sebagai sumber energi untuk melakukan aktivitas fermentasi (Wahyuni, 2013). (C6H10O5)n + nH2O
n(C6H12O6)
.......(2)
Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi derajat dan laju hidrolisis substrat, di antaranya adalah :
Suhu operasional digester
Waktu tinggal substrat di dalam digester
Komposisi substrat (yaitu kandungan lignin, karbohidrat, protein, dan lemak)
Ukuran partikel
pH medium
Konsentrasi NH4+ – N
Konsentrasi produk hisrolisis (VFA)
Produk yang dapat larut pada fase hidrolisis ini dimetabolisasi di dalam sel–sel bakteri fermentatif dan dikonversi menjadi beberapa senyawa yang lebih sederhana, yang kemudian dibuang oleh sel. Senyawa yang dihasilkan meliputi VFA, alkohol, asam laktat, CO2, H2, ammonia, H2S, dan sel–sel baru bakteri (Haryanto, 2014).
10
b. Pengasaman (Asidifikasi) Senyawa-senyawa yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan dijadikan sumber energi bagi mikroorganisme untuk tahap selanjutnya, yaitu Pengasaman atau asidifikasi. Pada tahap ini, bakteri akan menghasilkan senyawa–senyawa asam organik seperti asam asetat, asam propionat, asam butirat, dan asam laktat beserta produk sampingan berupa alkohol, CO2, hidrogen, dan zat amonia (Wahyuni, 2013). C6H12O6
2CH3CHOHCOOH (Asam Laktat)
.......(3)
C6H12O6
CH3CH2CH2COOH + 2CO2 +2H2 (Asam Butirat)
.......(4)
C6H12O6
CH3CH2COOH + 2CO2 (Asam Propionat)
.......(5)
C6H12O6
CH3COOH (Asam Asetat)
.......(6)
Produksi dari fase asidogenik berfungsi sebagai substrat untuk bakteri lain, dari fase asedogenik. fase acetogenic membatasi laju degradasi dalam tahap akhir. dari kuantitas suatu komposisi biogas, kesimpulan dapat ditarik tentang aktivitas bakteri asetogenik. Pada waktu yang sama, senyawa nitrogen organik dan sulfur dapat termineralisasi ke hidrogen sulfur dengan memproduksi amonia (Deublein, 2008). SO42- + CH3COOH
HS- + CO2 + HCO3- +H2O
SO42- + 2CH3CHOHCOOH
HS- + 2CH3COOH + CO2 + HCO3- +H2O ....(8)
.......(7)
11
c. Metanogenesis Bakteri metanogen seperti methanococus,methanosarcina, dan methano bactherium akan mengubah menjadi gas metan, karbondioksida,dan air yang merupakan komponen penyusun biogas. Berikut reaksi perombakan yang dapat terjadi pada tahap metanogenesis (Wahyuni, 2013).
4H3 + CO2
CH4 + 2H2O
.......(9)
4HCOOH
CH4 + CO2 + 2H2O
.....(10)
CH3COOH
CH4 + CO2
.....(11)
CH3CH2COOH + ½ H2O
7/4 CH4 + CO2
.....(12)
4CH3OH
3CH4 + CO2 + 2H2O .....(13)
CH3(CH2)2COOH + 2H2O + CO2
CH3COOH + CH4
.....(14)
4CO + 2H2O
CH4 + 3CO2
.....(15)
4(CH3)N + 6H2O
9CH4 + 3CO2 + 4NH3 .....(16)
Jumlah energi yang dihasilkan dalam pembentukan biogas sangat bergantung pada konsentrasi gas metana yang dihasilkan pada proses metanogenesis. Semakin tinggi kandungan metana yang dihasilkan, maka semakin besar pula energi yang terbentuk. Sebaliknya, apabila konsentrasi gas metana yang dihasilkan rendah, maka energi yang dihasilkan juga semakin rendah. Kualitas biogas yang dihasilkan juga dapat ditingkatkan melalui penghilangan hidrogen sulfur, kandungan air, dan karbondioksida yang turut terbentuk (Wahyuni, 2013).
12
2.2.4. Faktor–Faktor Pembentukan Biogas
Pada prinsipnya, tahapan dalam proses pembentukan biogas memiliki beberapa parameter bahan dan faktor yang harus diperhatikan dengan baik. Faktor tersebut diantaranya substrat bahan organik, total solid (TS), derajat keasaman (pH), nisbah C/N, suhu, zat toksik, pengedukan, starter, dan waktu retensi. a. Substrat bahan organik Jenis bahan organik yang digunakan sebagai bahan baku merupakan faktor yang sangat penting. Hal ini, sangat berpengaruh terhadap lamanya waktu dekomposisi bahan sehingga menghasilkan gas metana yang diperlukan. Bahan organik mengandung yang selulosa dan lignin lebih lama terdekomposisi dibanding dengan limbah kotoran ternak sehingga, untuk menghasilkan proses yang optimal, bahan yang digunakan sebaiknya merupakan campuran limbah pertanian dengan kotoran ternak (Wahyuni, 2013). Limbah yang diolah menggunakan anaeraobik digester bisa memiliki fraksi organik yang dapat terdegradasi secara biologi (biodegradable), fraksi yang dapat dibakar, dan fraksi inert. Fraksi organik yang dapat terdegradasi secara biologi meliputi serpihan dapur, sisa makanan, rumput, dan potongan tanaman (Haryanto, 2014). b. Kandungan Total solid (TS) Dalam proses pembentukan biogas bakteri membutuhkan keadaan air yang sesuai untuk pertumbuhannya, begitu juga bakteri untuk produksi biogas. Berdasarkan laju pengumpanan (pembebanan), sistem digester anaerobik dibedakan atas sistem dengan padatan rendah atau low solid (LS) dengan kandungan TS kurang dari 10%, sistem medium atau medium solid (MS) dengan TS 15-10%, dan sistem padatan tinggi atau high solid (HS) dengan TS 22%-40%. Peningkatan TS dalam
13
reaktor berarti penurunan volume digester karena kebutuhan air yang lebih rendah (Haryanto, 2014). Semakin banyak TS yang terkandung akan semakin memudahkan terjadinya penurunan pH. Bakteri untuk produksi biogas yang optimal mengkendaki TS sebesar 4–9% pada fermentasi basah (Budiyono, 2013). Untuk proses fermentasi kering TS dapat lebih besar dari 15% (Wahyuni, 2013). c. Derajat kemasaman (pH) Tingginya derajat kemasaman atau pH terkait dengan kinerja dari mikroorganisme dalam membantu proses fermentasi. Mikroorganisme akan efektif pada kisaran pH 6,5–7,5 (Wahyuni, 2013). d. Nisbah C/N Nisbah C/N merupakan perbandingan antara karbon dan nitrogen pada suatu bahan organik. Karbon dan nitrogen merupakan dua unsur utama yang membentuk substrat bahan organik. Keduanya diperlukan sebagai sumber energi mikroorganisme dalam melakukan perombakan. Mikroorganisme perombak akan beraktivitas optimal pada tingkat C/N sebesar 25–30.Nilai C/N yang tinggi akan mengakibatkan kinerja mikroba menjadi rendah sehingga produksi gas metan juga akan rendah. Bahan yang memiliki kadar C/N yang tinggi seperti bahan hijauan, sebelumnya lebih baik dicacah atau dipotong terlebih dahulu agar bakteri metanogenik lebih mudah melakukan dekomposisi dan tidak menimbulkan bau busuk terlebih dahulu (Wahyuni, 2013). e. Pengadukan Pengadukan bertujuan untuk menghomogenkan bahan baku pembuatan biogas, seperti kotoran ternak, limbah pertanian, dan bahan-bahan lainnya. Karena pada saat pencampuran dilakukan, bahan-bahan tersebut tidak tercampur dengan baik
14
dan merata. Pengadukan dapat dilakukan sebelum dimasukan ke dalam digester atau ketika bahan sudah berada di dalam digester (Wahyuni, 2013). Pencampuran dapat dilakukan melalui metode mekanik atau resirkulasi gas. Metode ini meliputi pompa eksternal, injeksi gas atau resirkulasi dari lantai atau atap digester, baling-baling atau turbin, dan konsep tabung. mixer mekanik lebih efektif daripada resirkulasi gas, tetapi mereka sering menjadi tersumbat (Gerardi, 2003).
2.3. Digester Biogas
Digester atau reaktor adalah tempat untuk produksi biogas. Prinsip bangunan digester adalah menciptakan suatu ruang kedap udara (anaerobik) yang menyatu dengan saluran atau pemasukan (input) serta saluran atau bak pengeluaran (output). Bak pemasukan berfungsi untuk melakukan homogenisasi dari bahan baku limbah cairdan padat. Apabila limbah padat dalam kondisi menggumpal maka diperlukan pengadukan supaya lebih mudah masuk kedalam digester dan proses perombakan lebih mudah. Pada dasarnya kotoran ternak yang ditumpuk atau dikumpulkan begitu saja dalam beberapa waktu tertentu dengan sendirinya akan membentuk gas metan. Namun, karena tidak ditampung, gas itu akan hilang menguap ke udara. Oleh karena itu, untuk menampung gas yang terbentuk dari bahan organik dapat dibuat beberapa model kontruksi alat penghasl biogas (Wahyuni, 2015).
Batch feeding merupakan digester yang pengisian bahan organiknya dilakukan sekali sampai penuh, kemudian ditunggu hingga biogas dihasilkan. Isian digester tersebut akan dibongkar setelah biogas tidak diproduksi lagi atau produksinya rendah. Digester kemudian diisi kembali dengan bahan organik yang baru
15
(Wahyuni, 2015). Pada digester batch yang menggunakan proses fermentasi kering menggunakan percikan air di dalam digester kemudian air tersebut di tampung ke dalam tangki yang kemudian dipompakan kembali kedalam digester (Kusch, 2011). 2.4. Fermentasi Pada Biogas
Fermentasi adalah salah satu hal penting dalam pembentukan gas dalam biogas. Proses fermentasi mengacu pada berbagai reaksi dan interaksi yang terjadi di antara bakteri metanogen dan non metanogenserta bahan yang diumpankan ke dalam digester sebagai input. Fermentasi dalam pencernaan anaerobik, produksi campuran asam organik mendorong proses dekomposisi untuk membuat biogas. Secara umum, fermentasi anaerobik terdiri dari dua jenis yaitu fermentasi basah (wet fermentation) dan fermentasi kering (dry fermentation). Perbedaan mendasar dari kedua fermentasi tersebut yaitu besaran kandungan kadar air yang akan difermentasikan. a. Fermentasi basah Fermentasi basah menggunakan bahan baku organik yang memiliki kadar air lebih besar dari 75% dan fermentasi ini membutuhkan cairan untuk pergerakan bahan organiknya. Bahan organik dalam pembentukan biogas secara fermentasi basah harus terlebih dahulu dilakukan beberapa perlakuan terhadap bahan baku sebelum masuk ke digester yaitu pemisahan bahan non-organik, pencairan, dan sanitasi. Proses fermentasi basah membutuhkan cairan tambahan untuk memungkinkan fermentasi. Sistem ini membutuhkan biaya perawatan yang besar serta mengeluarkan limbah cair sampai 70% sehingga membutuhkan biaya dan energi
16
untuk mengelolah limbah agar tidak mencemari lingkungan (BIOFerm Energy System, 2009).
Tabel 3. Perbedaan Fermentasi Kering dengan Fermentasi Basah No
Fermentasi Kering
Fermentasi Basah
1
Medium tidak bebas mengalir
Medium bebas mengalir
2
Kedalaman yang dangkal
Membutuhkan kedalaman
3
Medium menyerap air untuk mendapatkan nutrisi
Dilarutkan dalam air
4
T, pH, konsentrasi nutrisi dan konsentrasi substrat berubah secara bertahap
Seragam
5
Membutuhkan sedikit air, volume lebih sedikit
Membutuhkan lebih banyak air, volume lebih banyak
6
Kontrol T, O2, H2O (terutama , H2O)
Kontrol T, O2
7
Rasio inoculum besar
Rasio inculum rendah
8
Hambatan partikel intra
Tidak ada hambatan
9
Bakteri dan sel-sel ragi lengket ke padatan dan tumbuh
Bakteri dan sel-sel ragi terdistribusi secara merata
10
Produk dengan konsentrasi tinggi
Produk dengan konsentrasi rendah
Sumber : Prabhakar et al. (2005)
b. Fermentasi kering Proses pencernaan anaerobik kering adalah metode daur ulang limbah untuk konten bio limbah yang memiliki kandungan padatan yang tinggi. Proses ini dilakukan tanpa pengenceran dengan air oleh mikroba di lingkungan yang bebas oksigen biasanya terjadi pada konsentrasi padat lebih tinggi dari 10% (Sooch, 2014). Karena hanya memiliki sedikit kandungan air sehingga sistem ini tidak memerlukan pengelolahan lebih lanjut dalam penanganan limbah cairnya. Proses
17
penguraian anaerobic dengan fermentasi kering lebih efisien secara energi dan kerja. Fermentasi ini menghasilkan bahan keluaran yang kering yang tidak menghasilkan banyak air sehingga tidak perlu disterilkan/dikeringkan (BIOFerm Energy System, 2009). Berbeda dengan proses fermentasi basah, substrat biomassa di fermentasi kering tidak perlu mekanis diaduk atau dipompa melalui pipa, dan oleh karena itu proses ini tidak rentan terhadap masalah penyumbatan dalam sistem. Proses pencernaan tidak terpengaruh oleh potongan bahan inert yang tidak dapat dicerna dalam substrat karena mikroba dapat dengan mudah tersortasi dari digestater (SP Multitech, 2013).
Gambar 1. Skema Prinsip Fermentasi Kering (Sumber : SP multitech, 2013)
Secara umum cairan pada digester yang menggunakan fermentasi kering disirkulasikan dengan pompa. Cairan dipercikan ke dalam digester yang kemudian akan di tampung dalam tangki penampung dan disirkulasikan kembali ke dalam digester. Proses ini tidak dapat dilakukan tanpa proses tangki yang terpisah karena total volume cairan bervariasi dalam waktu dan tergantung pada kadar air, daya ikat air dan kinetika degradasi bahan padat (Kusch, 2011). Ada
18
beberapa keuntungan yang dimiliki sistem fermentasi kering yaitu volume di dalam reaktor yang lebih rendah, memerlukan sedikit energi pada proses, dan kebutuhan air yang lebih sedikit (Kusch, 2011). Fermentasi kering memiliki beberapa kekurangan yaitu lambat dalam mencapai produksi biogas maksimum, nilai akumulasi asam dan durasi produksi yang pendek.
2.5. Rumput Gajah
Rumput gajah (Pennisetum purpurium) adalah jenis tanaman rerumputan yang banyak tumbuh di Indonesia. Rumput gajah secara umum merupakan tanaman tahunan yang berdiri tegak, berakar dalam, tinggi rimpang yang pendek. Tinggi batang dapat mencapai 6–7 meter, dengan diameter batang mencapai lebih dari 3 cm Karakteristik rumput gajah dapat dilihat pada Tabel 4.
Rumput gajah mempunyai kelebihan antara lain produksi tinggi, kadar protein cukup tinggi, lebih tahan kering dan disukai oleh ternak. Rumput gajah mempunyai banyak varietas antara lain varietas Afrika, Hawai, Capricorn, Raja/King Grass, Lampung, Taiwan, dan lain sebagainya (Wicaksono, 2010). Rumput gajah merupakan tanaman yang tumbuh di dataran basah, rawa-rawa, wilayah dangkal danau dan parit. Total produksi rumput gajah diperkirakan 56,6 ton per hektar (Nuntiya dkk., 2009). Rumput gajah sebagian besar dimanfaatkan sebagai pakan ternak karena mudah di dapat dan memiliki produksi yang tinggi. Selain itu rumput gajah dapat digunakan sebagai substrat biogas. Potensi produksi biogas dari rumput gajah adalah 440 m3 metana per hektar per tahun (Nuntiya dkk., 2009).
19
Tabel 4. Karakteristik Rumput Gajah Komponen Kadar air
Satuan %
Nilai 85,97
Total Solid (TS)
%
14,03
Volatil Solid(VS)
% basis kering
86,96
Abu
%
13,04
Chemical oxygen demand (COD)
g/kg kering
1,07
Sellulosa
% basis kering
35,33
Lignin
% basis kering
8,86
Element : Karbon
% basis kering
42,30
Nitrogen
% basis kering
0,96
Hidrogen
% basis kering
5,59
Oksigen
% basis kering
37,30
Sulfur
% basis kering
0,80
C/N Ratio Sumber : Nuntiya et al. (2009)
44,06
20
III.
METODOLOGI
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitain ini dilaksanakan pada bulan Mei 2016 sampai November 2016 dilaksanakan di Laboratorium Daya, Alat dan Mesin Pertanian Jurusan Teknik Pertanian dan Laboratorium Pengelolahan Limbah Agroindustri Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung.
3.2.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu rumput gajah, kotoran sapi dan air, sedangkan alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu digester tipe batch volume 220 liter, balon penampung gas, termometer alkohol, pH meter, elmenter vertalaizer, gas cromatography, timbangan analitik, gelas ukur, oven dan tanur.
3.3. Prosedur Penelitian
Secara garis besar prosedur penelitian dapat dilihat pada diagram alir seperti terlihat pada Gambar 2.
21
Mulai
Analisis substrat awal Total solid (TS), volatile solid (VS), C/N ratio Persiapan dan pembuatan digester batch Persiapan bahan baku rumput gajah, kotoran sapi
Pengisian substrat digunakan 4 perlakuan dan 2 ulangan dengan campuran rumput gajah, kotoran sapi, dan air yaitu : Kontrol 0 : 25 : 25 P1 25 : 25 : 50 P2 25 : 25 : 75 P3 25 : 25 : 100
Pengambilan sampel input dan output Dilakukan awal dan akhir pengisian substrat, total solids (TS), volatile solids (VS) dan C/N ratio
Pengamatan parameter harian suhu, volume biogas, laju pembentukan biogas, waktu pembentukan biogas dan suhu
Pengumpulan data parameter dan analisis data Selesai Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
22
3.3.1. Persiapan Alat
Digester yang digunakan merupakan jenis batch dengan kapasitas volume 220 liter, berbentuk tabung seperti terlihat pada Gambar 3. Komponen yang terdapat pada digester yaitu satu lubang pada bagian atas digester yang berfungsi untuk pengeluaran gas dan satu lubang pada bagian samping digester berfungsi untuk menempatkan termometer alkohol. Lubang Pengeluaran Gas
Klem Penutup Digester Balon Penampung
Substrat Termometer
Gambar 3. Digester dengan Sistem Batch .
23
3.3.2. Persiapan Bahan
Bahan berupa rumput gajah, kotoran sapi segar dan air. Rumput gajah didapatkan dari wilayah Gedongtatan, Kabupaten Pesawaran yang memiliki umur ± 60 hari tanam dan diambil dalam keadaan segar. Massa rumput gajah yaitu 150 kg yang kemudian dicacah kasar ± 5 cm terlebih dahulu untuk mempermudah memasukan bahan ke dalam digester. Kotoran sapi diambil dari Jurusan Peternakan Fakultas Pertanian Universitas Lampung dalam keadaan segar. Bahan yang dimakan oleh sapi sehari-harinya yaitu sentrat dan jerami. Massa kotoran sapi yang diambil adalah 200 kg yang kemudian diencerkan dengan air sesuai dengan masing – masing perlakuan. Setelah itu cacahan rumput gajah dan kotoran sapi yang telah diencerkan diaduk merata kemudian dimasukan ke dalam digester.
Gambar 4. Rumput Gajah Sebelum dan Sesudah Dicacah 3.4. Perlakuan
Penelitian ini dilakukan dengan 4 perlakuan dan 2 ulangan yaitu P1U1, P1U2, P2U1, P2U2, P3U1, P3U2 dan kontrol dengan komposisi rumput gajah, kotoran sapi, dan air yang dapat dilihat pada Tabel 5.
24
Tabel 5. Perlakuan dan komposisi bahan baku isian Pelakuan Kontrol P1 P2 P3
Komposisi Bahan Isian Rumput Gajah (kg) Kotoran Sapi (Liter) 25 25 25 25 25 25 25
Air (Liter) 25 50 75 100
Pengisian dilakukan dengan terlebih dahulu kotoran sapi diencerkan dengan air sesuai perlakuan dan kemudian rumput gajah yang telah dicacah dimasukan ke dalam kotoran sapi yang telah diencerkan kemudian diaduk hingga rumput gajah dan kotoran sapi tercampur. Setelah semua tercampur substrat dimasukan ke dalam digester sesuai dengan masing–masing perlakuan.
3.5. Parameter Pengamatan
Pengamatan kandungan bahan meliputi total solids (TS), volatile solids (VS) dan C/N rasio. Parameter pengamatan yang dilakukan meliputi parameter suhu, sedangkan untuk produksi biogas meliputi parameter volume, kandungan metana, produktivitas biogas dan produktivitas metana. Cara pengukuran parameter tersebut sebagai berikut:
3.5.1. Temperatur
Metode pengukuran yang digunakan yaitu dengan cara mengukur temperatur setiap harinya semenjak bahan diisikan. Pengukuran suhu di dalam digester menggunakan alat yaitu termometer alkohol yang terdapat pada bagian samping digester. Pengukuran dilakukan setiap hari dengan tiga kali pengukuran yaitu pagi, siang dan sore hari. Pengukuran pagi hari dilakukan pada jam 08.00-09.00
25
WIB dan pengukuran siang hari dilakukan pada jam 12.00-13.00 WIB dan pengukuran sore hari dilakukan pada jam 15.00-16.00 WIB. Temperatur yang diukur yaitu temperatur di dalam digester dan temperatur lingkungan. Satuan yang digunakan adalah 0C.
3.5.2. Kandungan TS (total solids) dan VS (Volatile Solids)
Karakteristik bahan substrat dianalisa, yaitu pada TS (total solids) dan VS (volatile solid). Analisa TS bertujuan untuk mengetahui komponen kering pada bahan, sedangkan VS dilakukan untuk mengetahui jumlah komponen organik dalam bahan. Analisa ini dilakukan pada awal pengisian digester dan akhir pengamatan biogas. Pengukuran dilakukan di Labolatorium Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Pengukuran TS awal pengisian dilakukan terlebih dahulu dengan mengukur berat segar pada masing-masing bahan yaitu rumput gajah dan kotoran sapi yang kemudian dimasukan ke dalam oven selama 24 jam dengan suhu 104o C. Setelah bahan kering maka diukur massa bahan sehingga didapatkan nilai kadar air dengan Persamaan 17. Setelah nilai kadar air didapatkan kemudian dihitung nilai TS bahan dengan Persamaan 18.
Penghitungan VS dilakukan dengan mengukur massa setelah dikeringkan di dalam oven yang kemudian diabukan dengan tanur selama 2 jam dengan suhu 550o C. Bahan yang telah menjadi abu kemudian diukur massanya dan dihitung dengan Persamaan 20 massa VS tiap bahan
26
Kadar Air atau KA (%)
) x 100%
......(17)
Total Solid atau TS (%) ) x 100%
......(18)
(
)
.......(19)
)
)
.......(20)
Kadar Abu (%)
Volatile Solid atau VS sampel (%) ( dimana W1 = berat sampel basah (g) W2 = berat sampel kering (g) W3 = berat sampel sebelum pengabuan (g) W4 = berat sampel abu (g)
3.5.3. Kandungan C dan N
Kandungan C dan N bahan diukur diawal penelitian pada substrat bahan segar. Pengukuran dilakukan dengan elementer vertalizer (Vorro El-Cobe) di Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian, Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung. Pengukuran dimaksudkan untuk mengetahui kandungan C/N rasio bahan. Rasio C/N bahan campuran dapat ditentukan dengan Persamaan 21.
27
)
)
)
)
)
.......(21)
dimana : CRG
= Nilai Carbon rumput gajah
NRG
= Nilai Nitrogen rumput gajah
TRG
= Nilai Total Solid pada rumput gajah
CKS
= Nilai Carbon pada kotoran sapi
NKS
= Nilai Nitrogen pada kotoran sapi
TKS
= Nilai Total Solid pada kotoran sapi
3.5.4. Volume Biogas
Pengukuran dilakukan setiap hari dari sehari setelah pengisian bahan hingga 70 hari pengamatan. Produksi gas harian diukur dengan cara gas yang keluar ditampung di dalam balon dan diukur setiap hari dengan cara balon dicelupkan ke dalam ember yang berisi air, balon ditekan ke dalam ember menggunakan papan dan air yang keluar dari ember merupakan volume gas yang dihasilkan tiap harinya (Hasiholan, 2015). Volume biogas yang diamati yaitu volume biogas harian dan volume biogas kumulatif
3.5.5. Produktivitas Biogas dan Metana
Pengukuran produktivitas metana dilakukan diakhir penelitian, mengunakan perhitungan dengan Persamaan 22.
......(22)
28
Pengukuran Produktivitas metana dilakukan diakhir penelitian, mengunakan perhitungan dengan Persamaan 23.
.......(23)
3.6. Komposisi Gas
Pengukuran komposisi biogas dilakukan setelah gas terproduksi pada hari ke-30 dan hari ke-60. Pengukuran dilakukan dengan alat gas cromatograp (Shimadzu Shincorbon ST 50-80 D-375) di Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian. Pengukuran komposisi biogas dilakukan untuk mengetahui besaran komposisi CH4 (metana) pada biogas yang dihasilkan.
3.7. Analisis Data
Percobaan ini mengunakan rancangan percobaan analisis deskriptif, data yang didapat kemudian disajikan dalam bentuk grafik dan tabel, untuk kemudian dibandingkan, dibahas sehingga dapat ditarik sebuah kesimpulan.
44
IV.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa : 1.
Total produksi gas tiap perlakuan selama 70 hari secara berurutan yaitu P1, P2, P3 dan kontrol adalah 439,42 liter, 353,02 liter, 524,32 liter dan 519,27 liter.
2.
Pengenceran substrat berpengaruh terhadap produksi dan kualitas biogas. Komposisi pengenceran paling optimum terdapat pada perlakuan P3 yaitu perbandingan antara kotoran sapi, rumput gajah dan air sebesar 25 : 25 : 100.
3.
Kandungan metana akhir pada setiap perlakuan sangat rendah yaitu secara berurutan 1,65%, 5,93%, 31,37%, dan 53,88% masing – masing untuk P1, P2, P3 dan kontrol pada pengambilan hari ke 60.
4.
Produktivitas biogas yang dihasilkan pada P1, P2, P3 dan kontrol secara berurutan yaitu 42,20 ℓ/kgTS, 33,91 ℓ/kgTS, 50,36 ℓ/kgTS, 72,42 ℓ/kgTS sedangkan produktivitas metana tiap perlakuan pada P1, P2, P3 dan kontrol secara berurutan adalah 6,89 ℓ/kgVS, 13,38 ℓ/kgVS dan 69,62 ℓ/kgVS, 102,86 ℓ/kgVS.
45
5.2. Saran
Saran dari penelitian ini yaitu perlu ada perlakuan awal pada substrat rumput gajah misalnya dilakukan ensilase untuk mempercepat proses dekomposisi oleh mikroba.
46
DAFTAR PUSTAKA
Ahring, K.B. 2003. Perspective for Anaerobic Digestion In Biomethanation I (Advences In Biochemical Engineering/Biotechnology Vol 81), editor T. Scheper. Biocentrum, Denmark: 1-30. Ayub, A. Haryanto, S. Prabawa. 2015. Produksi Biogas dari Rumput Gajah (Pennisetum Purpureum) Melalui Proses Fermentasi Kering.Artikel Ilmiah Teknik Pertanian Lampung: 33 – 38 (abe.fp.unila.ac.id). BioFerm Energy System. 2009. Dry Fermentation vs Wet Fermentation. Madison. www.BIOFarmEnergy.com. Akses 25 April 2016. BIOFerm GmbH. 2011. Dry Fermentation: from Biowaste to Biogas. The Viessmann Group. www.bioferm-energy.com. Akses 25 April 2016. British Petroleum (BP). 2016. BP Energi Outlook to 2035. BP Energy Outlook : Outlock to 2035. Budiyono, G. Kaerunnisa, I. Rahmawati. 2013. Pengaruh PH dan Rasio COD:N Terhadap Biogas Dengan Bahan Baku Limbah Industri Alkohol (Ninasse). Jurnal Teknologi Kimia dan Industri. Vol 11 No 1 : 1 – 6. Deshmukh, A. 2015. Assessment of Biogas Generation Potential of Napier Grass. Proceeding International Conference on Emerging Trends in Engineering & Technology. 68 – 71. Deublein, D., and A. Steinhauser. 2008. Biogas from Waste and Renewable Resource. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA. Weinheim. 443 hlm. Efan, N.A. 2014. Produksi Biogas Melalui Proses Dry Fermentation Menggunakan Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Gerardi, M.H. 2003. The Microbiology of Anaerobic Digesters. John Welley & Sons, Inc. Canada. 177 hlm. Haryanti, T. 2006. Biogas Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif. Wartazoa. Vol. 16 : 160 – 169.
47
Haryanto, A. 2014. Energi Terbarukan. Bandar Lampung. Bab V : 195 – 246.
Hasiholan, U.H. 2015. Produksi Biogas dari Campuran Umbi Singkong dengan Kotoran Sapi. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Janejadkarn, A., and O. Chavalparit. 2014. Biogas Production from Napier Grass (Pak Chong 1) (Pennisetum purpureum × Pennisetum americanum). Advanced Materials Research. Vol 856 : 327 – 332. Kaur, K., G.U. Phutela, and M. Goyal. 2016. Comparative Analysis of Fodder Beet and Napier Grass PBN233 as a Better Substrate for Biogas Production. Indian Journal of Science and Technology. Vol 9 (3) :1 – 4. Khaerunnisa, G., I. Rahmawati. 2013. Pengaruh PH dan Rasio COD:N Terhadap Biogas dengan Bahan Baku Limbah Industri Alkohol (Vinasse). Jurnal Teknologi Kimia dan Industri. Vol 2 (3) : 1 – 7. Kusch, S., S.Winfried, and K. Martin. 2011. Dry Digestion of Organic Residues. Integrated Wate Management. Vol 1 : 115 - 134. Ni’mah, L. 2014. Biogas from Solid Waste of Tofu Production and Cow Manure Mixture : Composition Effect. Chemica. Vol 1(1) : 1 – 9. Marotin, F. 2015. Studi Kinerja Genset Biogas Kapasitas 750 Watt dengan Bahan Bakar Biogas dari Limbah Kelapa Sawit. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Mohammad, R., F. Soeroso, S. Pradana, Akbar, Sudarno, dan I.W. Wardhana. 2016. Pengaruh Pengenceran dan Pengadukan Terhadap Produksi Biogas pada Aneorobic Digestion dengan Menggunakan Ekstrak Rumen Sapi Sebagai Starter dan Limbah Dapur Sebagai Substrat. Jurnal PRESIPITASI. Vol 13 (2) : 88 - 93. Nuntiya, P., A. Nopharatana, and W. Songkasiri. 2009. Bio-Methane Potential of Biological Solid Materials and Agricultural Wastes. Asian Journal on Energy and Environment. Vol 10 (1) : 19-27. Prabhakar, A., K. Krishnaiah, J. Janaun, and A. Bono. 2005. An Overview of Engineering Aspects of Solid State Fermentation. Malaysian Journal of Microbiology. Vol 1 (2) : 10-16. Regional Information Service Center for South East Asia on Appropriate Technology (RISE-AT). 1998. Review of Current Status of Anaerobic Digestion Technology for Treatment of Municipal Solid Waste. Chiang Mai University. Chiang Mai. Thailand.
48
Rekha, B.N., A.B. Pandit. 2013. Performance Enhancement of Batch Anaerobic Digestion of Napier Grass by Alkali Pre-Treatment. International Journal of ChemTech Research. Vol 5 (2) : 558 – 564. Sawasdee, V. 2014. Feasibility of Biogas Production from Nepier Grass. Energi Procedia. (61) : 1229 – 1233. Sooch, S. 2014. Dry Fermentation Technology for Utilization of Bio-Energy Crops/Crop Residues For Biogas Production. Carbon – Science and Technology. Vol 7 ( 2 ) : 33-41. SP, Multitech. Biogas Dry Fermentation Using German Technology. Renewable Energy SDN BHD. Selangor. Wahyuni, S. 2013. Biogas Energi Alternatif Pengganti BBM, Gas, dan Listrik. PT. Agro Media Pustaka. Jakarta Selatan. 117 hlm. Wahyuni, S. 2015. Panduan Praktis Biogas. Penebar Swadaya. Jakarta Timur. 116 hlm. Wicaksono, P. 2010. Rumput Gajah Primadona Bagi Ternak. Balai Besar Pelatihan Peternakan. Batu. Malang. Zicari, M.S 2003. Removal of Hydrogen Sulfide from Biogas Using CowManure Compost. Thesis. Cornell Univesity. 120 hlm.
