ANALISIS PERAN LIMBAH SAYURAN DAN LIMBAH CAIR TAHU PADA PRODUKSI BIOGAS BERBASIS KOTORAN SAPI

Inechia Ghevanda (1110100044)

Dosen Pembimbing: Dr.rer.nat Triwikantoro, M.Si

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Latar Belakang

• Berkurangnya sumber cadangan energi fosil dialami oleh berbagai negara tidak terkecuali Indonesia.

• Kondisi ini dipersulit dengan fakta adanya peningkatan konsumsi energi secara bertahap.

• Salah satu solusi energi terbarukan adalah biogas.

• Untuk mengimbangi jumlah konsumsi energi yang meningkat maka diperlukan adanya metode peningkatan produksi biogas.

Latar Belakang

Sumber: Index Mundi (n.d.a), Index Mundi (n.d.b)

Berikut ini adalah kurva kecenderungan produksi bahan bakar fosil setiap tahunnya (kurva biru) dan kurva kecenderungan konsumsi energi setiap tahunnya (kurva merah).

Latar Belakang

Yadvika et al (2004) menyebutkan beberapa metode untuk meningkatkan efisiensi proses AD, yaitu :

1. Memperhatikan dan menjaga parameter-parameter operasional

2. Menggunakan bahan tambahan sebagai bahan baku reaktor biogas.

3. Mengolah kembali bahan baku biogas. 4. Menggunakan biofilter.

Latar Belakang

Utami et al

Produksi biogas tertinggi diperoleh dengan penambahan 30% limbah cair tahu pada reaktor berbahan baku kotoran sapi dengan nilai mol gas yaitu 0,1946 mol.

Trujilo et al dalam Yadvika

et al

Peningkatan produksi biogas adalah dengan penggunaan bahan aditif berupa limbah tanaman tomat ke dalam bahan utama pembentukan biogas berupa kotoran kelinci.

Rumusan Masalah

Apa pengaruh penambahan bahan aditif berupa limbah cair tahu dan kotoran sapi ke dalam bahan baku penghasil biogas yaitu sampah sayuran terhadap peningkatan produksi biogas serta kualitas biogas?

Batasan Masalah

• Pengisian substrat ke dalam reaktor dilakukan dengan sistem batch.

• Reaktor dipasang tanpa pemakaian sistem pemanas dan sistem pengaduk.

Tujuan

Mengetahui pengaruh penambahan bahan aditif berupa limbah cair tahu dan kotoran sapi terhadap peningkatan produksi biogas serta terhadap kualitas biogas.

TINJAUAN PUSTAKA

Biogas

Gas CH4 dan gas CO2 serta beberapa kandungan gas dalam jumlah kecil seperti gas H2, gas H2S, gas NH3

(amonia), dan gas N2.

Degradasi anaerob biomassa oleh bakteri

Bahan organik yang berasal dari tumbuhan atau dari organisme pemakan tumbuhan

Dapat mengurangi efek rumah kaca dan sebagai energi alternatif

Tahap Pembentukan Biogas

Hidrolisis

Asidifikasi

Metanogenesis CH3CH2COOH + 0,5 H2O CH3COOH +0,25CO2 +0,75 CH4 CH3COOH CH4 + CO2

Polimer tidak mudah larut dalam air monomer mudah larut dalam air

Monomer mudah larut dalam air asam-asam organik

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses AD (Anaerobic Digestion)

• Temperatur

• Yadvika et al menyebutkan bakteri anaerob menjadi sangat aktif pada rentang temperatur mesofilik dan termofilik.

Psikrofilik (<30⁰C)

Mesofilik (30⁰C - 40 ⁰C)

Termofilik (50⁰C - 60 ⁰C)

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses AD (Anaerobic Digestion)

PARAMETER KONDISI OPTIMUM

Derajat Keasaman 6,8 – 7,21

Konsentrasi Oksigen Anaerobik2

Ukuran Partikel Semakin halus semakin baik3

Rasio C/N 20 – 303

Sumber : 1Yadvika et al, 2004;2Prescott, ; 3Hariyanto, 2008.

Kromatografi Gas

Secara garis besar sampel gas yang akan diuji diinjeksikan pada Injection Port. Selanjutnya sampel bersama-sama dengan gas pembawa bergerak menuju kolom yang berfungsi untuk memisahkan komponen-komponen penyusun gas sampel berdasarkan karakteristik masing-masing komponen penyusun gas. Setelah mengalami pemisahan, tiap-tiap komponen akan sampai pada detektor dengan waktu yang berbeda-beda dan tercatat sebagai kromatogram.

METODOLOGI

Alur Penelitian

Mulai

Kotoran sapi Pembuatan reaktor biogas

dan sample bag

Limbah

sayuran

tanpa

kotoran sapi

Dicampur

limbah

sayuran

Dicampur whey dan

limbah sayuran. Pengujian reaktor biogas

dan sample bag

Fermentasi anaerob

Produk Biogas

Uji kromatografi gas

Pengamatan perubahan

ketinggian kolom air pada

manometer

Analisis Kesimpulan

Desain Reaktor Biogas dan Sample Bag

Klep ban sepeda

Piringan karet ban dalam

Mur

manometer Reaktor biogas

Sample bag

Rangkaian Uji Nyala Api

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN BELUM FIX

Grafik hubungan volume gas terakumulasi dari biodigester jenis batch dengan katalisator rajangan enceng gondok terhadap waktu (Murtadlo, -).

Grafik hubungan volume gas terakumulasi dari biodigester jenis batch dengan bahan isian limbah sayuran terhadap waktu .

Analisis Produksi Biogas Sayuran

(a) (b) Kurva hasil percobaan dengan limbah sayuran murni memiliki bentuk serupa dengan kurva yang dihasilkan pada penelitian Murtadlo. Dari kurva (a) dapat disimpulkan bahwa limbah sayuran berpotensi menghasilkan gas dengan nilai mol gas tertinggi yang dihasilkan adalah 3,1193 x 10-3 mol tiap 1 liter beban reaktor.

Analisis Pengaruh Penambahan Limbah Sayuran pada Produksi Biogas

Percobaan n/L x 10-3 %

penurunan

K1 (75%

sayuran)

5,684728 0

K2 (76%

sayuran)

5,445583 4,206806

K3 (78%

sayuran)

5,003794 11,9783

Penambahan limbah sayuran justru menurunkan produk biogas berbasis kotoran sapi. Penambahan limbah sayuran yang semakin banyak pada biogas berbasis kotoran sapi membuat kandungan substrat berserat semakin banyak dan kemungkinan timbulnya scum akan semakin besar . Barret et al dalam Ojolo et al menyebutkan bahwa dengan digester yang lebih besar dan bahan berserat dengan ukuran dan jenis yang berbeda maka masalah scum (lapisan kerak pada permukaan campuran) dapat meningkat dengan meningkatnya kandungan substrat berserat. Selain itu, Adnan dalam Rahmat et al serta Sharma et al menyebutkan bahwa limbah organik yang mengandung serat akan susah untuk dicerna.

Tabel 1 Kandungan Zat Organik Bahan Isian Reaktor

Substrat Jumlah kandungan zat organik (%)

Sayuran 6,721, 9,52, 10,963

Limbah cair tahu 4,844 ,

Kotoran sapi 45,835, 33,636

Sumber: 1Sutrisno, 2010; 2Harjono, 1996; 3Komolka dkk., 2012; 4Utami dkk.,- ; 5Tampubolon, 2001; 6Costa, 2011.

Tabel 3 Prosentase kandungan organik pada masing-masing percobaan S3.

Percobaan Kandungan organik

S3A 13,4% - 19,7%

S3B 13,1% - 19,3%

S3C 12,6% - 18,7%

Perbedaan produk biogas juga dapat dikarenakan perbedaan kandungan zat organik. Tabel 3 berikut didapatkan dari berbagai sumber pada Tabel 2.

Analisis Pengaruh Penambahan Limbah Sayuran dan Limbah Cair Tahu pada Produksi Biogas

Percobaan Kandungan

organik

Mol/L biogas

T1 14,93% - 21,03% 1,12472 x 10-2

T2 14,98% - 21,08% 1,40468 x 10-2

T3 15,04% - 21,13% 1,12655 x 10-2

Percobaan T2 memiliki nilai mol/L biogas hampir 25% lebih besar dibandingkan nilai mol/L biogas T1. Jika dibandingkan dengan percobaan T1, terdapat penurunan 10 ml volume limbah sayuran dan peningkatan 100 ml volume limbah cair tahu pada percobaan T2. Peningkatan produksi biogas pada percobaan T dapat terjadi karena adanya penambahan limbah cair tahu dalam substrat percobaan. Selain kandungan zat organik, hal lain yang dapat berpengaruh pada produksi biogas adalah jumlah kandungan substrat berserat pada percobaan T2 yang lebih sedikit dibandingkan pada percobaan T1.

Kromatogram Biogas dengan Detektor TCD

(a) (b)

(c)

Gambar kromatogram biogas (a) S1, (b) S2, (c) S3A, dan (d) S4B.

(d)

CO2 CO2

CO2 CO2

Hasil uji kromatografi biogas dengan detektor TCD

No. Komposisi % Area

Biogas S1 Biogas S2 Biogas S3A Biogas S4B

1 Nitrogen 99,77% 99,19% 99,83% 97,50%

2 CO2 0,23% 0,81% 0,17% 2,50%

Total 100% 100% 100% 100%

Grob (1995) menyatakan bahwa detektor FID memiliki sensitivitas yang lebih tinggi hampir bagi semua senyawa organik dibandingkan detektor TCD

Kromatogram Biogas dengan Detektor FID

CH4

CH4

CH4 CH4

(a) (b)

(c) (d)

Gambar kromatogram biogas (a) S1, (b) S2, (c) S3A, dan (d) S4B.

Hasil uji kromatografi biogas dengan detektor FID

No. Komposisi Luas Area [uV*S]

Biogas S Biogas K1 Biogas T2

1 CH4 3026 13090 13361

2 Senyawa lain - - -

Total 3026 13090 13361

Berdasarkan hasil uji kromatografi diketahui bahwa : 1. Biogas sayuran murni dapat menghasilkan gas metana walaupun dalam

jumlah sedikit jika dibandingkan hasil biogas percobaan lain. 2. Jika dibandingkan antara percobaan K1 dengan T2, atau dapat dikatakan

terjadi penambahan substrat limbah cair tahu, terdapat peningkatan produksi gas metana sebesar 2,07%.

3. Jika dibandingkan antara semua sampel gas, terlihat bahwa kotoran sapi adalah bahan yang paling berpengaruh terhadap peningkatan produksi gas metana. Hal ini dapat dikarenakan kotoran sapi telah mengandung bakteri penghasil gas metana yang berasal dari perut hewan ruminansia (Harianto, 2008).

Kesimpulan

Kesimpulan dari penelitian ini adalah:

• Limbah sayuran murni dapat menghasilkan biogas dimana produk biogas tertinggi adalah 3,1193 x 10-3

tiap 1 liter beban substrat pengisi reaktor. Akan tetapi limbah sayuran ini dapat mereduksi produk biogas saat ditambahkan pada kotoran sapi.

• Limbah cair tahu ternyata berperan dalam peningkatan produk biogas berbasis kotoran sapi dimana pada penambahan 100 ml limbah cair tahu pada percobaan T2 dapat terjadi peningkatan produksi biogas hingga 25% bila dibandingkan dengan percobaan T1.

TERIMA KASIH