PENGARUH KOMPOSISI SUBSTRAT CAMPURAN KOTORAN SAPIDAN JERAMI PADI TERHADAP PRODUKTIVITAS BIOGAS PADA

DIGESTER SEMI KONTINYU

(Skripsi)

Oleh

M. RIZKI ZULYANTORO

FAKULTAS PERTANIANUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2018

ABSTRACT

THE EFFECT OF COW DUNG AND RICE STRAW COMPOSITION OFSUBSTRATE ON THE PRODUCTIVITY OF BIOGAS ON

SEMI-CONTINUOUS DIGESTER

By

M. RIZKI ZULYANTORO

This study aims to determine the effect of substrate composition on biogas

productivity from a mixture of cow dung and rice straw on semi-continuous

digester. Rice straw used taken from Way Galih Village, South Lampung, and

fresh cow dung was obtained from Laboratory in Department of Animal

Husbandry, Faculty of Agriculture, University of Lampung. Biogas starter is

filled with 26 liters of cow dung and water in 1: 1 ratio comparison based on

weight. Then its being left for 4 day for stabilization. If the biogas production is

stable, then substrate will be added with loading rate 0.5 liters/day, with 6

compositions of different cow dung and rice straw from the ratio of cow dung and

elephant grass based on the following TS: P1 (75% : 25%), P2 (70% : 30%), P3

(65% : 35%), P4 (60% : 40%), P5 (55% :45%) dan P6 (50% : 50%). Parameters

which observed in this study include daily temperature, pH, TS and VS substain,

daily biogas volume, biogas productivity, and biogas quality.

The results showed that in 6 treatments had the same average pH of 6,8. The

average temperatures on the morning were 26,37 °C, 26,29 °C, 26,24 °C, 26,22

°C, 26,28°C, and 26,26 oC while in the afternoon respectively 29,58 °C, 29,47 °C,

29,48 °C, 29,49 °C,29,57 °C, and 29,61 oC. The total biogas production is 185,5

liter, 284,25 liter, 186,85 liter, 448,15 liter, and 108,55 liter respectively for P1,

P2, P3, P4, P5, and P6 with biogas productivity sequentially is 378,66 l/kg VSr,

684,87 l/kg VSr, 378,76 l/kg VSr, 1498,02 l/kg VSr, 587,21l/kg VSr, and 395,95

l/kg VSr. The quality of biogas through the flame test produces a bright blue

flame color.

Keywords: Biogas, cow dung, rice straw, semi-continuous, productivity.

ABSTRAK

PENGARUH KOMPOSISI SUBSTRATCAMPURAN KOTORAN SAPIDAN JERAMI PADI TERHADAP PRODUKTIVITAS BIOGAS PADA

DIGESTERSEMI KONTINYU

Oleh

M. RIZKI ZULYANTORO

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi substrat terhadap

produktivitas biogas dari campuran kotoran sapi dan jerami padi pada digester

semi kontinyu. Jerami padi yang digunakan diambil dari Desa Way Galih,

Lampung Selatan, dan kotoran sapi segar yang di peroleh dari Laboratorium di

Jurusan Peternakan Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Starter biogas

dilakukan pengisian kotoran sapi dan air sebanyak 26 liter dengan perbandingan

1:1 berdasarkan berat. Selanjutnya dibiarkan selama 4 hari untuk stabilisasi.

Apabila produksi biogas stabil maka akan ditambahakan substrat dengan loading

rate 0,5 liter/hari, dengan 6 komposisi kotoran sapi dan jerami padi yang berbeda

dengan perbandingan kotoran sapi dan jerami padi berdasarkan TS sebagai

berikut: P1 (75% : 25%), P2 (70% : 30%), P3 (65% : 35%), P4 (60% : 40%), P5

(55% :45%), dan P6 (50% : 50%). Parameter yang diamati pada penelitian ini

meliputi temperatur harian, pH , kandungan TS dan VS, volume biogas harian,

produktivitas biogas, dan kualitas biogas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

pada 6 perlakuan memiliki rata-rata pH yang sama yaitu 6,8. Suhu rata-rata pada

pagi hari berturut-turut adalah 26,37 °C, 26,29 °C, 26,24 °C, 26,22 °C, 26,28°C,

dan 26,26 oC, sedangkan pada sore hari berturut-turut adalah 29,58 °C, 29,47 °C,

29,48 °C, 29,49 °C,29,57 °C, dan 29,61 oC. Total produksi biogas adalah 185,5

liter, 284,25 liter, 186,85 liter, 448,15 liter, dan 108,55 liter berturut-turut untuk

P1, P2, P3, P4, P5, dan P6 dengan produktivitas biogas secara berurutan adalah

378,66 l/kg VSr, 684,87 l/kg VSr, 378,76 l/kg VSr, 1498,02 l/kg VSr, 587,21l/kg

VSr, dan 395,95l/kg VSr. Kualitas biogas melalui uji nyala menghasilkan warna

nyala api biru cerah.

Kata kunci : Biogas, kotoran sapi, jerami padi, semi kontinyu, produktivitas.

PENGARUH KOMPOSISI SUBSTRAT CAMPURAN KOTORAN SAPIDAN JERAMI PADI TERHADAP PRODUKTIVITAS BIOGAS PADA

DIGESTER SEMI KONTINYU

Oleh

M. RIZKI ZULYANTORO

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai GelarSARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada

Jurusan Teknik PertanianFakultas Pertanian Universitas Lampung

FAKULTAS PERTANIANUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2018

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Karang Sari, Kabupaten Oku Timur,

Kecamatan Belitang pada tanggal 16 Juli 1993, sebagai anak

kedua dari lima bersaudara, dari Bapak Ir.Suprapto dan Ibu

Sri Murniasih. Pendidikan Sekolah Dasar (SD) diselesaikan

di SD N Karang Sari, Belitang pada tahun 2005, Sekolah

Menengah Pertama (SMP) di SMP N 1Belitang Madang Raya pada tahun 2008,

dan SMA N 1 Belitang, pada tahun 2011.

Tahun 2011, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian,

Fakultas Pertanian, Universitas Lampung melalui jalur SBMPTN. Pada tahun

2015, Penulis melakukan Praktik Umum (PU) di Pusbang TTG LIPI Subang

selama 30 hari. Pada tahun 2015 penulis melaksanakan kegiatan Kuliah Kerja

Nyata (KKN) Tematik periode I tahun 2015 di Desa Mekar Indah Jaya,

Kabupaten Tulang Bawang selama 40 hari.

Kupersembahkan karya ini untuk :

Ayahku Ir. Suprapto, Ibundaku Sri Murniasih dan Saudara-Saudaraku karena telah memberikan doa dan dukungan kepadaku

selama ini.Sahabatku serta rekan-rekan Tep 2014 untuk support dan

kebahagiaan yang diberikan selama iniKeluarga Winda Kartika Susanty, karena telah menjadi motivasiku,

telah mendoakanku dan mendukungku, sehingga aku bisamenyelesaikan ini

Aku menyayangi kalian

Serta

Keluarga Teknik Pertanian 2011Almamater tercinta

Jurusan Teknik PertanianFakultas Pertanian

Universitas Lampung

i

SANWACANA

Puji syukur Penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan

hidayah-Nya skripsi ini dapat diselesaikan. Sholawat teriring salam semoga selalu

tercurah kepada syuri tauladan Nabi Muhammad SAW dan keluarga serta para

sahabatnya. Aamiin.

Skripsi dengan judul “Pengaruh Komposisi Substrat Campuran Kotoran Sapi

Dan Jerami Padi Terhadap Produktivitas Biogas Pada Digester Semi

Kontinyu ” adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi

Pertanian di Universitas Lampung.

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Irwan Sukri Banuwa, M.Si., selaku Dekan Fakultas

Pertanian Unila;

2. Bapak Dr.Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian

Unila dan Pembimbing Utama, atas kesediaan memberikan bimbingan, saran

dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini;

3. Bapak Ir. Oktafri, M.Si., selaku Pembimbing Akademik atas kesediaannya

untuk memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam proses penyelesaian

skripsi ini;

ii

4. Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., selaku Penguji Utama pada ujian skripsi

atas masukan dan saran-saran pada seminar terdahulu;

5. Teman-teman Teknik Pertanian 2011 dan 2014 atas kebersamaan kalian.

Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,

akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi yang sederhana ini dapat berguna dan

bermanfaat bagi kita semua. Amiin.

Bandarlampung, 19 Desember 2018

Penulis

M. Rizki Zulyantoro

iii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI..........................................................................................................iii

DAFTAR GAMBAR...............................................................................................v

DAFTAR TABEL...................................................................................................vi

I. PENDAHULUAN ...............................................................................................1

1.1 Latar Belakang.... ..............................................................................................1

1.2. Tujuan Penelitian........... ..................................................................................4

1.3. Manfaat Penelitian............................................................................................4

II. TINJAUAN PUSTAKA......................................................................................5

2.1 Biogas.................................................................................................................5

2.2 Proses Pembentukan Biogas..............................................................................5

2.3 Digester Biogas..................................................................................................7

2.3.1 Digester Tipe Batch....................................................................................72.3.2 Digester Tipe Kontinyu.............................................................................8

2.4 Faktor-Faktor Pembentuk Biogas......................................................................9

2.5 Jerami Padi......................................................................................................15

III. METODOLOGI PENELITIAN.......................................................................16

3.1 Waktu dan Tempat...........................................................................................16

3.2 Alat dan Bahan................................................................................................16

3.3 Persiapan Alat..................................................................................................17

3.4 Persiapan Bahan...............................................................................................18

3.5 Prosedur Penelitian...........................................................................................19

3.6 Perlakuan Penelitian.........................................................................................20

3.7 Parameter Pengamatan.....................................................................................21

iv

3.7.1 Pengukuran Kadar Air, TS dan VS..........................................................213.7.2 Pengukuran pH dan Temperatur...............................................................223.7.3 Pengukuran Volume Biogas.....................................................................223.7.4 Pengukuran Produktivitas Biogas............................................................233.7.5 Kualitas Biogas….....................................................................................233.7.6 Pengukuran C/N Rasio.............................................................................24

3.8 Analisa Data.....................................................................................................24

IV. Hasil Dan Pembahasan....................................................................................25

4.1 Karakteristik Bahan.........................................................................................25

4.2 Derajat Keasaman (pH)....................................................................................27

4.3 Suhu..................................................................................................................28

4.4 Produksi Gas Harian Dan Kumulatif...............................................................31

4.5 Produktivitas Biogas........................................................................................34

4.6 Kualitas Biogas................................................................................................36

V. Kesimpulan Dan Saran......................................................................................38

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................39

LAMPIRAN...........................................................................................................41

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar . Halaman

1. Proses fermentasi anaerobik (Jagadabhi, 2013)...................................................6

2. Digester Tipe Batch..............................................................................................7

3. Digester Tipe Kontinyu.......................................................................................8

4. Digester Biogas..................................................................................................17

5. Diagram Alir Penelitian.....................................................................................19

6. pH rata-rata setiap perlakuan.............................................................................27

7. pH harian............................................................................................................28

8. suhu pagi harian.................................................................................................29

9. suhu sore harian..................................................................................................30

10. Suhu rata-rata pagi dan sore.............................................................................31

11 Produksi gas harian metode moving average 10 harian ...................................31

12. Volume biogas total.........................................................................................32

13. Produksi rata – rata biogas...............................................................................33

14. Produktivitas Biogas........................................................................................35

15. waktu nyala biogas...........................................................................................36

16. Uji Nyala Biogas..............................................................................................37

vi

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Teks

1. Bahan Kimia Tambahan Alkalinitas (Gerardi, 2003)........................................10

2. Suhu Proses Pembentukan Biogas (Abbasi, 2012)............................................11

3. Karakteristik Bahan............................................................................................25

4. Karakteristik Substrat Campuran.......................................................................26

5. Produktivitas biogas (L/Kg VS terdegradasi)....................................................34

Lampiran

6. Rata-Rata Suhu Biogas Dan Lingkungan Pada Pagi Hari.................................42

7. Rata-Rata Suhu Biogas Dan Lingkungan Pada Sore Hari………………….....44

8. Rata-rata pH Harian………………...................................................................46

9. Data pengukuran Produksi Biogas Harian (ml).................................................48

1

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi memiliki peran penting dan tidak dapat dilepaskan dalam

kehidupan manusia. Saat ini hampir semua aktivitas manusia sangat tergantug

pada energi. Pemanfaatan energi yang tidak dapat diperbaharui secara berlebihan

dapat menimbulkan masalah krisis energi. Penggunaan sumber energi, seperti

bahan bakar yang berasal dari bahan baku fosil merupakan bahan bakar yang yang

tidak mudah didaur ulang dan membutuhkan proses yang lama untuk

menghasilkan bahan bakar tersebut. Indonesia memiliki beberapa potensi sumber

daya energi fosil, seperti minyak bumi, gas bumi, dan batu bara. Pada tahun 2014

cadangan minyak bumi sebesar 32,27 miliar ton. Bila diasumsikan tidak ada

penemuan cadangan baru , berdasarkan rasio R/P (Reserve /Production) tahun

2014, maka minyak bumi akan habis dalam 12 tahun, gas bumi 37 tahun, dan

batubara 70 tahun. Cadangan ini bahkan akan lebih cepat habis karena

kecenderungan produksi energi fosil yang terus meningkat (Badan Pengkajian

Dan Penerapan Teknologi, 2016). Energi fosil telah menjadi penggerak

pertumbuhan ekonomi indonesia saat ini. Di masa depan diharapkan

pengembangan energi akan bergeser dari energi fosil menjadi energi baru

terbarukan (BPPT, 2016).

2

Menanggapi permasalahan tersebut maka sudah selayaknya dilakukan

pengembangan dan pemanfaatan yang lebih efisien dalam pengolah sumber energi

terbarukan. Sumber energi alternatif terbarukan yang murah, efektif, efesien, dan

mudah diaplikasikan masyarakat yaitu biogas.

Biogas merupakan hasil akhir dari degradasi anaerobik bahan organik oleh

bakteri-bakteri anaerobik dalam lingkungan dengan sedikit oksigen. Komponen

terbesar yang terkandung dalam biogas adalah metana 55-70% dan karbon

dioksida 30-45% serta sejumlah kecil nitrogen dan hidrogen sulfida (Deublein dan

Steinhauser, 2008). Gas metana (CH4) yang dihasilkan dimanfaatkan sebagai

bahan bakar. Apabila kandungan metana dalam biogas lebih dari 50% maka

biogas tersebut telah layak digunakan sebagai bahan bakar.

Teknologi biogas merupakan salah satu teknik tepat guna untuk mengolah

limbah peternakan, limbah pertanian, limbah industri, dan limbah rumah tangga

untuk menghasikan energi. Peternak sapi rata-rata memiliki 2-5 ekor sapi dengan

lokasi yang tersebar. Kondisi demikian menyebabkan penanganan limbah kotoran

ternak sulit dilakukan secara terintegrasi dengan sistem pertanian ( Wahyuni,

2013). Limbah ternak sapi terdiri atas limbah padat, limbah cair, dan limbah gas.

Dengan penanganan limbah yang baik dapat memperkecil dampak negatif

terhadap lingkungan, seperti polusi tanah, polusi air, polusi udara, dan

penyebebaran penyakit menular. Pada umumnya peternak menangani limbah

secara sederhana, seperti membuat kompos maupun menyebarkan langsung di

lahan pertanian. Dengan adanya teknologi biogas, peternak memiliki dua

keuntungan yaitu gas metana yang berfungsi sebagai bahan bakar, dan limbah cair

serta limbah padatnya dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik.

3

Menurut Kaharudin dan Sukmawati (2010), biogas dalam skala rumah

tangga dengan jumlah ternak 2-4 ekor sapi atau suplai kotoran sebanyak kurang

lebih 25 kg/hari cukup menggunakan tabung reaktor berkapasitas 2500-5000 liter

yang dapat menghasikan biogas setara dengan 2 liter minyak tanah/hari dan

mampu memenuhi kebutuhan energi memasak satu rumah tangga pedesaan

dengan 6 orang anggota keluarga.

Salah satu limbah pertanian yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan

campuran dalam memproduksi biogas adalah jerami (Wahyuni, 2013). Jerami

padi merupakan salah satu limbah pertanian yang banyak ditemukan di Indonesia .

Pada umumnya jerami padi dibakar petani setelah memanen padi, atau sebelum

mengolah lahan untuk musim tanam berikutnya. Hanya sebagian kecil petani

yang sudah memanfaatkan jerami untuk mulsa atau dibuat kompos. Pembakaran

tersebut menghasilkan gas CO2 dan asap yang berbahaya terhadap kesehatan

petani itu sendiri dan lingkungan sekitarnya. Namun, dengan adanya teknologi

biogas maka petani dapat memanfaatkan jerami padi menjad bahan bakar dalam

rumah tangga, pupuk cair dan juga kompos.

Sugara (2017) dalam penelitiannya, yang berjudul Pengaruh Penambahan

Urea Terhadap Produksi Biogas Dari Campuran Kotoran Sapi Dan Jerami Pada

Digester Tipe Semi Kontinyu menggunakan perbandingan komposisi subsrat 3:1

untuk kotoran sapi dan jerami padi, namun tidak menggunakan variasi dalam

komposisi substratnya. Dari komposisi substrat tersebut diduga belum pasti

merupakan komposisi substrat yang terbaik untuk produksi biogas maksimal.

Kemungkinan tersebut membutuhkan pengkajian lebih lanjut sehingga

perlu adanya penelitian lebih lanjut yang terkait dengan komposisi substrat pada

4

biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi substrat

terhadap produktivitas biogas dari campuran kotoran sapi dan jerami padi pada

digester semi kontinyu.

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah:

1. Mengetahui Pengaruh Komposisi Substrat terhadap produktivitas biogas dari

campuran kotoran sapi dan jerami padipada Digester Semi Kontinyu.

2. Mengetahui komposisi substrat terbaik dari campuran kotoran sapi dan jerami

padi pada digester semi kontinyu.

1.3. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang akan dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

Dapat merekomendasikan komposisi substrat campuran kotoran sapi dan jerami

padi yang tepat untuk menghasilkan biogas yang maksimal.

5

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biogas

Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik

yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi

anaerobik. Biogas kira-kira memiliki berat 20% lebih ringan dibandingkan

dengan udara. Biogas memiliki suhu pembakaran antara 650-750o C. Biogas

tidak berbau dan tidak berwarna. Apabila dibakar akan menghasilkan nyala api

biru cerah seperti gas LPG. Nilai kalor gas metana adalah 20 MJ/m3 dengan

efisiensi pembakaran 60% pada konvensional kompor gas (Wahyuni, 2013).

2.2 Proses Pembentukan Biogas

Pembentukan gas yang dilakukan oleh mikroba pada kondisi anaerob

memiliki tahap proses perombakan selulosa hingga terbentuknya gas. Adapun

prosesnya adalah sebagai berikut:

1. Hidrolisis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan organik yang mudah larut

dan pencernaan bahan organik yang komplek menjadi sederhana, perubahan

struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer.

6

2. Acidogenesis, pada tahap ini dilakukan oleh berbagai kelompok bakteri.

Spesies yang umum termasuk dalam kelompok klostridia, yang meliputi

spesies anaerobik yang membentuk spora dan mampu bertahan hidup dalam

lingkungan yang buruk. Bakteri ini berperan dalam degradasi gula dan asam

amino.

3. Acetogenesis, pada tahap ini bakteri acetogenik bertanggung jawab untuk

melakukan oksidasi terhadap produk yang dihasilkan dari fase acidogenesis

menjadi substrat yang sesuai bagi bakteri metanogenik. Dengan begitu, bakteri

metabolik intermediet yang menghasikan substrat bagi bakteri metanogenik.

4. Metanogenik pada tahap ini terjadi proses pembentukan gas metana. Bakteri

pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini, yaitu mereduksi sulfat dan

komponen sulfur lainnya menjadi hidrogen sulfida (Jagadabhi, 2013).

Adapun diagram alir untuk proses fermentasi anaerobik dapat dilihat dari gambar

1 berikut ini:

Gambar 1. Proses fermentasi anaerobik (Jagadabhi, 2013)

7

2.3 Digester Biogas

Digester berfungsi untuk menampung dan sebagai tempat fermentasi

bahan organik oleh mikroba sampai biogas terproduksi. Waktu tinggal bahan

secara minimal pada digester diharapkan akan mengurangi biaya dan

volumedigester, sedangkan waktu tinggal mikroba maksimal diharapkan akan

meminimalkan lumpur pada digester dan waktu pencapaian stabilitas proses

degradasi (Gerardi, 2003). Terdapat berbagai tipe digester berdasarkan beberapa

kriteria, salah satu nya pada kriteria teknik pengisian bahan baku. Tipe digester

tersebut adalah sebagai berikut:

2.3.1 Digester Tipe Batch

Digester tipe batch adalah jenis digester yang pengisian bahan organik

(campuran bahan organik dan air) dilakukan sekali sampai penuh, kemudian

ditunggu sampai menghasilkan biogas. Setelah biogas tidak berproduksi lagi atau

produksi biogasnya sangat rendah, isian digesternya dibongkar, lalu diisi kembali

dengan bahan organik yang baru. Contoh digester tipe batch dapat dilihat pada

gambar berikut:

Gambar 2 Digester Tipe Batch

8

2.3.2 Digester Tipe Kontinyu

Digester tipe kontinyu adalah jenis digester yang pengisian bahan

organiknya dilakukan setiap hari dalam jumlah tertentu. Pada awal pengisian,

digester diisi penuh, lalu di tunggu sampai biogas diproduksi. Setelah biogas

diproduksi, pengisisan bahan organik dilakukan secara kontinyu setiap hari

dengan jumlah tertentu. Setiap pengisian bahan organik yang baru akan selalu

diikuti pengeluaran bahan sisa (sludge). Karena itu, digester jenis ini akan

didesain dengan membuat lubang pemasukan dan lubang pengeluaran. Contoh

gambar digester tipe kontinyu adalah sebagai berikut:

Gambar 3. Digester Tipe Kontinyu

9

2.4 Faktor-Faktor Pembentuk Biogas

Mikroba pembentuk gas metana sangat sensitif terhadap berbagai

perubahan kondisi, seperti komposisi gas, waktu retensi hidrolisis, dan konsentrasi

asam volatile. Kondisi tersebut harus terpelihara dan terjaga secara berkala dalam

rentang yang optimal. Selain kondisi tersebut ada beberapa faktor lain yang

berpengaruh terhadap aktivitas mikroba pembentuk metana, seperti suhu, pH, dan

perubahan alkalinitas (Gerardi, 2003). Apabila diuraikan faktor-faktor tersebut

dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Derajat keasaman atau pH

Proses pembentukan gas metana dari degradasi bahan organik dapat

dicapai dalam rentang pH antara 5,5 - 8,5, sedangkan gas metana akan terproduksi

secara stabil ketika nilai pH berkisar antara 7,2 - 8,2 (Abbasi, 2012).

Pada kondisi pH berkisar antara 6,8 - 7,2, sebagian besar dari bakeri anaerob akan

bekerja dengan baik, termasuk bakteri pembentuk metana dalam merubah asam

volatil menjadi gas metana (CH4) dan (CO2). Akumulasi karbon dioksida dari

proses tersebut juga berdampak secara signifikan pada perubahan pH digester

(Gerardi, 2003).

2. Alkalinitas

Alkalinitas diperlukan sebagai sitem penyangga (buffer) untuk mencegah

perubahan yang cepat dan tiba-tiba pada pH digester yang dapat mempengaruhi

tingkat aktivitas enzimatik mikroba, sehingga pH pada digester dapat terkontrol

10

secara tepat. Untuk menghasikan alkalinitas pada digester anaerob dapat

dilakukan dengan melepaskan gugus amino (-NH2) dan memproduksi amonia

(HN3) dari degradasi substrat protein pada limbah. Pada pH tertentu umumnya

alkalinitas berada dalam bentuk bikarbonat dan setimbang dengan kabon dioksida

(Gerardi, 2013). Kestabilan alkalinitas didapat melalui pemakaian asam volatil

secara tepat oleh mikroba pembentuk metana pada HRT di atas hari ke 5.

Penurunan alkalinitas disebabkan oleh beberapa faktor, seperti terakumulasinya

asam organik, terdapatnya limbah penghambat aktivitas mikroba pembentuk

metana, dan keluarnya asam organik ke dalam digester. Alkalinitas bersangkutan

dengan komposisi dan konsentrasi organik pengisi digester, semakin tinggi laju

pembebanan (loading rate) bahan organik mengandung protein maka konsentrasi

dari alklinitas akan relatif tinggi (Gerardi, 2003). Beberapa bahan kimia yang

digunakan untuk mengatur nilai pH dan alkalinitas dapat kita lihat pada tabel 1.

Tabel 1. Bahan Kimia Tambahan Alkalinitas (Gerardi, 2003)

Bahan Kimia Rumus Kimia Kation buffer

Sodium bikarbonat NaHCO3 Na+

Potasium bikarbonat (abu soda) KHCO3 K+

Sodium karbonat Na2CO3 Na+

Potasium karbonat K2CO3 K+

Kalsium karbonat (kapur) CaCO3 Ca2+

Kalsium hidroksida (kapur cepat) Ca(OH)2 CA2+

Amonia anhidrat NH3 NH4+

Sodium nitrat NaNO3 NH+

11

3. Suhu

Pemilihan rentang suhu didasarkan pada kebutuhan suhu operasional pada

digester serta bahan baku pengisian yang akan digunakan. Proses pembentukan

biogas ditentukan oleh kestabilan suhu yang dapat disediakan selama proses

pencernaan berlangsung (Abbasi,2012). Adapun untuk suhu pada proses

pembentukan biogas dapat dilihat pada tabel 2 berikut ini:

Tabel 2. Suhu Proses Pembentukan Biogas (Abbasi, 2012)

Tahapan Thermal Suhu proses Waktu Retensi Minimum

Psychrophilic < 20o C 70 sampai 80 hari

Mesofilik 30-42o C 30 sampai 40 hari

Termofilik 43-55o C 15 sampai 20 hari

Suhu mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme dan kecepatan reaksi

dalam pembentukan biogas. Proses produksi biogas dapat terjadi dalam dua

rentang suhu, yaitu rentang suhu mesofilik (25 – 45 oC) dan rentan suhu termofilik

yaitu antara 56 – 60 oC.

Suhu kerja yang lebih tinggi akan memberikan hasil biogas yang lebih

tinggi, namun pada suhu yang terlalu tinggi bakteri akan mudah mati (Wati dan

Prasetyani, 2011). Pada saat suhu udara turun sampai 10 oC produksi gas menjadi

berhenti, karena bakteri metanogen akan dalam keadaan tidak aktif pada kondisi

suhu ekstrim tinggi maupun rendah. Penggunaan isolasi yang memadai pada

digester membantu produksi gas khususnya di daerah dingin (Wahyuni, 2013).

12

3. Rasio C/N

Rasio karbon/ nitrogen atau (C/N) merupakan hubungan jumlah karbon

dan nitrogen yan terdapat pada bahan organik. Apabila rasio C/N sangat tinggi,

nitrogen akan dikonsumsi sangat cepat oleh bakteri metan sampai batas

persyaratan protein dan tak lama bereaksi kearah kiri pada kandungan karbon

pada bahan. Akibatnya produksi metan akan menjadi rendah, dan sebaliknya

apabila rasio C/N sangat rendah , nitrogen akan bebas dan berakumulasi dalam

bentuk amoniak (NH4). pH bahan dalam digester akan meningkat akibat adanya

NH4, dan apabila pH lebih dari 8,5 akan mulai menunjukan akibat racun pada

populasi bakteri metan (Wahyuni, 2013). Rasio perbandingan C/N yang optimal

berkisar antara 20-30. Kisaran rasio C/N yang terkandung dalam substrat dapat

mempengaruhi produksi biogas, apabila C/N di atas nilai optimal maka produksi

dari biogas akan mengalami penekanan. Kondisi ini terbentuk karena tidak

tersedianya nitrogen untuk bereaksi terhadap sisa karbon pada substrat. Ini terjadi

karena nitrogen telah terpakai secara tepat oleh mikroba metana.

Kisaran rasio yang terlalu rendah di bawah nilai optimal menyebakan

akumulasi amonia dari sejumlah nitrogen yang terbebaskan sehingga

menyebabkan efek racun (toksik) pada mikroba pembentuk metana. Rasio C/N

dalam setiap bahan memiliki kisaran yang berbeda, untuk mendapatkan rasio C/N

yang diinginkan biasanya dilakukan pencampuran substrat dengan kandungan

rasio C/N yang berbeda (Abbasi, 2012).

13

4. Pencampuran dan Pengadukan

Pencampuran memberikan keuntungan, yaitu menghilangkan atau

mengurangi penumpukan sampah, menghilangkan stratifikasi termal, dan

mencegah pengendapan grit. Pencampuran keseragaman suhu, penyebaran

bakteri, substrat, dan nutrisi keseluruh bagian digester menyebabkan

meningkatnya pencernaan. Pencampuran harus dilakukan secara lambat dan

lembut, untuk memastikan aktivitas mikroba pembentuk asetat dan pembentuk

metana dalam digester berjalan dalam kontak ruang yang dekat (Gerardi, 2003).

Pengadukan dilakukan untuk menjaga total partikel padat tidak mengendap pada

dasar digester. Jika terlalu pekat, partikel-partikel menghambat aliran gas yang

terbentuk pada bagian bawah digester. Akibatnya, produksi gas lebih sedikit

daripada perolehan optimum (Wahyuni, 2013).

5. Laju Pembebanan atau Loading Rate

Laju pembebanan atau Loading Rate adalah besaran yang menyatakan

jumlah material organik dalam satu satuan volume yang diumpankan pada

reaktor. Substrat cair yang diumpankan dapat didegradasi oleh mikroba,

kemudian diubah menjadi metana melalui proses biologis oleh mikroba-mikroba

pengurai di dalam reaktor. Perubahan laju pembebanan yang mendadak dapat

mengakibatkan kenaikan yang setara dalam produksi asam, yang tidak dapat

disesuaikan oleh kenaikan yang setara dalam pembentukan metana. Pembentukan

produk asam asetat (asam lemak organik) akan menyebabkan penurunan pH dan

menghambat produksi metan. ( Wicaksono, 2016).

14

6. Waktu Tinggal Dalam Digester

Waktu tinggal dalam digester adalah rata-rata periode pada waktu saat

input masih berada dalam digester dan proses fermentasi oleh bakteri metanogen.

Dalam jaringan dari digester dengan kotoran sapi, waktu tinggal dihitung dengan

pembagian volume total dari digester oleh volume input yaang ditambah setiap

hari. Waktu tinggal juga bergantung pada suhu. Diatas suhu 35 oC atau suhu

lebih tinggi, waktu tinggal juga semakin singkat (Wahyuni, 2013).

7. Kandungan Bahan Kering Atau Total Solid (TS)

Berdasarkan konsentrasi kandungan bahan kering atau sering di sebut TS

pada sistem pencernaan anaerob dibagi menjadi tiga, yaitu komponen TS kurang

dari 10% disebut sebagai sistem padatan rendah, kemudian TS sekitar 15-20%

disebut sebagai sistem padatan menengah, dan padatan tinggi berkisar antara 22-

40% (Tchobanoglous, 1993 dalam Verma, 2002). Semakin tinggi kandungan

bahan kering yang tidak stabil dalam satu unit volume dari kotoran sapi segar

akan menghasilkan produksi gas yang lebih banyak (Wahyuni, 2013).

8. Substrat bahan organik

Bahan organik dari limbah pertanian masih dapat diuraikan menjadi

bentuk lain dengan cara aerob maupun anaerob. Hasil akhir dari kedua macam

fermentasi tersebut berbeda, tergantung dari cara yang digunakan. Fermentasi

secara aerob akan menghasilkan humus, amonia, dan karbon dioksida. Sedangkan

proses fermentasi anaerob akan menghasilkan biogas dan limbah (sludge). Salah

15

satu substrat organik dari limbah pertanian yang dapat dimanfaatkan sebagai

biogas adalah jerami padi.

2.5 Jerami Padi

Jerami adalah bagian vegetatif dari tanaman padi (batang, daun, dan

tangkai malai). Pada saat tanaman padi dipanen, jerami merupakan bagian yang

tidak dipungut. Jerami padi terdiri atas daun, pelepah daun, dan ruas atau buku.

Ketiga unsur ini relatif kuat karena mengandung silika, dan selulosa yang tinggi

dan pelapukannya memerlukan waktu yang lama. Kalau produksi gabah nasional

54 juta ton pada tahun 2005, berarti terdapat 80 juta ton jerami pada tahun

tersebut. Apabila jerami diangkut ke luar persawahan dengan truk, masing-masing

truk berkapasitas muat 4 ton, maka akan diperlukan 20 juta truk untuk

mengangkut jerami setiap tahun. Dari satu hektar lahan sawah dihasilkan 5-8 ton

jerami, tergantung pada varietas yang ditanam dan tingkat kesuburan tanaman.

Sedangkan penimbunan jerami pada petakan sawah memerlukan areal 5-

7% dari total luas petakan (Makarim, 2007). Jerami padi belum dinilai sebagai

produk yang memiliki nilai ekonomis. Di indonesia rata-rata kadar hara jerami

padi adalah 0,4% N; 0,02% P; 1,4% K; dan 5,6% Si (makarim, 2007). Jerami

padi juga mengandung 40-43% C.

Jerami padi juga dapat dimanfaatkan untuk biogas. Setiap 1 kg jerami

padi dapat menghasilkan 0,20-0,38 m3 biogas. Energi yang dihasilkan biogas

dapat untuk memasak dan penerangan. Energi dari 1 m3 biogas dapat digunakan

untuk menjalankan mesin 1 pk selama 2 jam (Wahyuni, 2013).

16

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian ini telah dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan bulan Juli

2018 di Laboratorium Daya Alat Mesin Pertanian (DAMP), Jurusan Teknik

Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.

3.2 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat alat pembuat

digester yaitu galon, bor listrik, kunci pas, gergaji besi, pisau, penggaris, paku,

dan.korek api. Peralatan lain yang digunakan dalam penelitian ini antara lain

ember atau bak, oven, karung, timbangan analitik, hummer mill, pengaduk,

cangkul, pH meter, thermocouple, dan golok.

Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. kotoran sapi

2. jerami padi

3. air.

17

3.3 Persiapan Alat

Digester yang digunakan merupakan jenis semi kontinyu dengan volume

30 liter. Desain digester disajikan dalam Gambar 4.

Digester terdiri dari bagian tabung tempat substrat, lubang masukan atau inlet,

saluran keluaran outlet dan penampung biogas. Setiap digester menggunakan 2

buah galon, resin 1 kaleng, aibon 1 kaleng, pipa 1 ½ inchi, corong, dop ban motor,

kran gas 0,5 inchi, balon penampung, sedangkan alat yang digunakan terdiri dari

gergaji besi, bor listrik, kunci pas ukuran 12.

SubstratM

asuk

DigestatKeluar

Output Biogas

Ө5cm

49,62cm

99,24cm

Ө27cm

Gambar 4. Digester Biogas

18

Perakitan digester semi kontinyu dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Pemotongan pada bagian dasar galon sehingga membentuk lubang sesuai

diameter galon.

2. Pelubangan pada bagian sisi dinding galon dengan bor, sesuai ukuran dop ban

motor, dilapisi karet dan direkatkan dengan lem aibon, ring, mur ukuran 12

inchi dikencangkan dengan kunci pas 12.

3. Penyambung kedua buah galon direkatkan dengan resin selama ± 1 jam pada

suhu 30 0C yang dilakukan pada siang hari.

4. Penyambungan pipa pada bagian ujung galon menggunakan resin.

3.4 Persiapan Bahan

Bahan berupa kotoran sapi segar dan air didapat dari wilayah Fakultas

Pertanian Universitas Lampung . Kotoran sapi diambil pada pagi hari sebelum

dilakukan pengisian pada digester. Jerami padi yang digunakan dari penelitian ini

diambil dari penelitian sebelumnya (Sugara, 2017) yaitu dari Desa Way Galih,

Kecamatan Tanjung Bintang, Kabupaten Lampung Selatan.. Jerami yang

digunakan mengandung kadar air sebesar 10,31%. Jerami dicacah secara manual

menggunakan golok dan diperhalus menggunakan hammer mill.

19

3.5 Prosedur Penelitian

Gambar 5. Diagram Alir Penelitian

Mula

Persiapan alat dan bahan

Dilakukan pengamatan selama 4 hari,dilakukan input dengan loading rate0,5 liter/hari, tanpa ada proses output, sehingga volume mencapai 28 liter

Pengisian substrat campuran dengan loading rate 0,5 liter/hari denganperbandingan komposisi kotoran sapi dan jerami padi berdasarkan TS 5% :P1 : 75%:25% P4 : 60%:40%P2 : 70%:30% P5 : 55%:45%P3 : 65%:35% P6 : 50%:50%

Pengamatan parameter harian: pH, suhu, dan volumegas

Pengambilan data output total solid (TS) dan volatile solid (VS)

Pengumpulan data parameter

Selesaii

Pengisian starter biogas (26 liter) kotoran sapi + air (1:1)

Analisa substrat awalTotal padatan (TS), Padatan menguap (VS), dan C/N rasio

Analisa data

Skripsi

20

3.6 Perlakuan Penelitian

Bahan baku pembentuk biogas pada penelitian ini menggunakan kotoran

sapi dan jerami padi. Untuk starter biogas dilakukan pengisian kotoran sapi dan

air sebanyak 26 liter dengan perbandingan 1:1. Selanjutnya dilakukan

pengamatan sampai 4 hari dan dilakukan loading rate 0,5 liter/hari tanpa ada

output. Apabila produksi biogas telah stabil maka akan dilakukan output sebesar

0,5 liter/hari, dan ditambahkan loading rate 0,5 liter/hari dengan perbandingan

kotoran sapi dan jerami padi berdasarkan Ts sebesar 5% dengan 6 komposisi

kotoran sapi dan jerami padi yang berbeda sebagai berikut :

a. P1 : 75%:25%

b. P2 : 70%:30%

c. P3 : 65%:35%

d. P4 : 60%:40%

e. P5 : 55%:45%

f. P6 : 50%:50%

Penelitian ini menggunakan 6 digester kapasitas 30 liter dan waktu tinggal

bahan baku pembentuk biogas selama 60 hari dengan menggunakan sistem biogas

semi kontinyu (Sugara, 2017).

21

3.7 Parameter Pengamatan

3.7.1 Pengukuran Kadar Air, TS, dan VS

Analisa TS bertujuan untuk mengetahui komponen kering pada bahan,

sedangkan VS dilakukan untuk mengetahui jumlah komponen organik dalam

bahan. Analisa ini dilakukan pada substrat awal digester dan substrat keluaran

setiap 7 hari sekali. Pengukuran dilakukan di labolatorium Jurusan Teknik

Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung.

Dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Kadar Air (KA) (%) = %1001

21

W

WW ……………...(1)

Total Solid (TS) sampel (%) = 100% − KA…………………...(2)

Volatile Solid (VS) sampel (%) = %1003

43

W

WW …...….……...(3)

dimana :

W1 = Berat basah (gr)

W2 = berat kering oven (gr)

W3 = Berat sampel yang diabukan

W4 = Berat abu (gr)

Selisih dari VS awal dan akhir loading rate diukur sebagai banyaknya bahan

organik yang terdegradasi, dan dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

22

VS terdegradasi = VS in − VS out……………………………………………(4)

dimana :

VS in = VS bahan isian

VS out = VS bahan yang keluar dari digeste

3.7.2 Pengukuran pH dan Temperatur

pH dan temperatur diukur setiap hari dan setiap pengamatan dilakukan

pada waktu yang sama. Pengukuran pH substrat menggunakan pH meter, dengan

cara mengambil sampel substrat, kemudian dilakukan pengukuran.Parameter

temperatur yang diamati adalah temperatur dalam digester dan di luar digester.

Temperatur dalam digester diamati dengan menggunakan alat

thermocopplecensor. Cara mengukur temperature adalah kabel sensor pada alat

thermocopple dimasukkan ke dalam reaktor.

3.7.3 Pengukuran Volume Biogas

Pengukuran mulai ketika biogas telah terbentuk dan dilakukan setiap hari

semenjak pengisian awal. Pengukuran volume biogas dijelaskan sebagai berikut:

a. Balon yang terisi gas dihubungkan dengan selang kedalam galon kecil ukuran

5 liter yang telah ditandai dan terisi air di bak.

23

b. Pada bagian selang terdapat keran yang berfungsi membuka dan menutup.

Setelah selang dari balon dimasukan kedalam galon berukuran 5 liter yang

telah terisi air di bak, maka keran dibuka dan secara otomatis air yang berada

di dalam galon berkurang karena terdorong tekanan dari biogas yang terdapat

pada balon.

c. Setelah pengukuran selesai, biogas dalam balon diuji nyala terlebih dahulu,

setelah itu balon dipasang kembali dalam keadaan kosong.

Sedangkan uji nyala api dilakukan dengan cara sebagai berikut :

a. Mengeluarkan biogas dari balon melalui selang.

b. Di ujung selang tempat keluaran biogas tersebut diberi nyala api.

c. Dilihat apakah biogas menghasilkan nyala api atau tidak..

3.7.4 Pengukuran Produktivitas Biogas

Produktivitas biogas diukur sebagai hasil volume biogas per VS

terdegradasi. Pengukuran mengunakan perhitungan sebagai berikut:

ProduktivitasBiogas = Volume Biogas……………...…………………………(5)VS terdegradasi

24

3.7.5 Kualitas Biogas

Pengamatan kualitas biogas dilakukan dengan cara mengamati waktu yang

dibutuhkan sampai biogas dapat terbakar. Dan megamati warna nyala api dari

biogas tersebut.

3.7.6 Pengukuran C/N Rasio

C/N Rasio dihitung berdasarkan data dari Sugara(2017). Perhitungan C/N

rasio dilakukan menggunakan Rumus:

C/N rasio =× ×× × ................................(6)

3.8 Analisa Data

Data hasil penelitian ini akan disajikan dalam bentuk grafik dan tabel.

Selanjutnya data yang didapat akan dibahas dan disimpulkan. Grafik yang

digunakan yaitu grafik scatter.

38

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan bahwa:

1. Komposisi substrat campuran kotoran sapi dan jerami padi sangat berpengaruh

dalam produksi biogas. Terlalu banyak komposisi kotoran sapi seperti P1 hasil

produksi kurang maksimal, namun terlalu sedikit kotoran sapi seperti P6 yang

memiliki perbandingan 50%:50% juga kurang baik dalam produksi biogas.

2. Komposisi substrat terbaik untuk biogas adalah 60% :40% (3:2) campuran

kotoran sapi dan jerami padi seperti pada P4 dengan volume biogas total

mencapai 448,15 Liter , produktivitas biogas mencapai 1498,02 liter/Kg Vs

terdegradasi, rata-rata produksi 7,47 L/hari, atau 266,75 L/hari/m3 substrat.

5.2 Saran

Pada penelitian ini digester sering mengalami kebocoran, yang disebabkan karena

goncangan untuk menghomogenkan loading rate yang baru dimasukkan kedalam

digester. Saran untuk penelitian selanjutnya adalah membuat rancang bangun

digester yang memiliki sistem pengaduk, untuk meminimalisir kebocoran

digester.

39

DAFTAR PUSTAKA

Abbasi, T., Tauseef, S. M., and Abbasi, S.A. 2012. Biogas Energy. SpringerBriefs in Environmental Science : New York. 184 Hlm.

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.

BPPT. 2016. Outlook energi indonesia 2016. PTPSE. Jakarta.

Deublin, D. and Steinhauser. A. 2008. Biogas From Waste And RenewableResource. Wiley –VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, Weinheim. Hal. 49.

Gerardi, M.H. 2003. The Microbiology Of Anaerobic Digesters. John Wiley &Sons, Inc: Pennsylvania. 188 Hlm.

Jagadabhi, P.S. 2011.Methods to Enhance Hydrolysis During One and Two-stageAnaerobic Digestion of Energy Crops and Crop Residues. Faculty ofMathematics and Science of the University of Jyvaskyla.

Kaharudin dan Sukmawati. F. 2010. Petunjuk Praktis Manajemen Umum LimbahTernak untuk Kompos dan Biogas. Balai Pengkajian Teknologi Pertanian.23 Hlm.

Makarim, A.K. 2007. Jerami Padi : Pengelolaan dan Pemanfaatan. Bogor: PusatPenelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan.

Sibiya, N.T., Muzenda.E, and Tesfagiorgis. H.B .2014. Effect of Temperature andpH on The Anaerobic Digestion of Grass Silage. Sixth InternationalConfrence on Green Technology, Renewable Energy and EnviromentalEngineering. Cape Town. South Africa. 198-201

Sugara, B.P. 2017. Pengaruh Penambahan Urea Terhadap Produksi Biogas DariCampuran Kotoran Sapi Dan Jerami Padi. Lampung: Jurusan TeknikPertanian. Fakultas Pertanian. Universitas Lampung.

40

Verma, S. 2002. Anaerobic Digestions Of Biodegradable Organics in MunicipalSolid Wastes. Submitted in partial fulfillment of the requirements forMaster of Science Degree in Earth Resources Engineering. ColumbiaUniversity.

Wahyuni, S. 2013. Panduan Praktis Biogas. Penebar Swadaya : Jakarta.

Wati, D.S., dan Prasetyani, R.D. 2011. Pembuatan Biogas Dari Limbah CairIndustri Bioetanol Melalui Proses Anaerob (Fermentasi), Jurusan TeknikKimia Fakultas Teknik. Universitas Diponegoro. Semarang.

Wicaksono, N.H. 2016.Pengaruh Laju Pembebanan Terhadap ProduktivitasBiogas Berbahan Baku Kotoran Sapi Pada Digester SemiKontinyu.Lampung: Jurusan Teknik Pertanian. Fakultas Pertanian.Universitas Lampung.