Upload
others
View
11
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PENGARUH KOMPOSISI SUBSTRAT DARI CAMPURAN KOTORAN
SAPI DAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum purpureum) TERHADAP
PRODUKTIVITAS BIOGAS PADA DIGESTER
SEMI KONTINYU
(Skripsi)
Oleh:
Rivan Okfrianas
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
2018
ABSTRACT
THE EFFECT OF SUBSTRATE COMPOSITION ON BIOGAS
PRODUCTIVITY FROM A MIXTURE OF COW DUNG AND ELEPHANT
GRASS ON SEMI-CONTINUOUS DIGESTER
By
Rivan Okfrianas
Energy demands in Indonesia become a problem that is getting special attention,
especially energy from fossil fuels. Energy consumption that is continuously
increasing has caused the depletion of fossil fuel reserve. Therefore, it is
necessary to have a renewable energy alternative that can be used as a substitute.
Biogas is a renewable energy alternative that is cheap, effective, efficient and
easily applied by the wider community. This study aims to determine the effect of
substrate composition on biogas productivity from a mixture of cow manure and
elephant grass in a semi continuous digester.
This research was carried out from April to June 2018 at the Agricultural
Machinery Power Laboratory. The experiment was conducted by using semi-
continuous type digester with working volume 28-liter. Fresh elephant grass and
cow dung were obtained from the Laboratory of the Department of Animal
Husbandry, University of Lampung. Elephant grass is chopped first before
smoothing with a kitchen blender. Biogas production was performed at loading
rate of 0.5 liter/day with different of substrate mixture. Six treatments of mixture
of cow manure to elephant grass are P1 (75%: 25%), P2 (70% 30%), P3 (65%:
35%), P4 (60%: 40% 0, P5 (55%: 45%), and P6 (50%: 50%). Parameters to be
observed in this study include pH, morning and evening temperature, gas volume,
biogas productivity, and biogas quality.
The results showed that in 6 treatments had the same average pH of 6,9. The
average working temperatures in the morning ranged from 26,34 °C to 26,43 °C,
very close with average ambient temperature of 26,52 °C. In afternoon the
temperatures increase to average of 29,55 °C to 29,68 °C, also very close to
average ambient temperature of 29,68 °C. The total biogas production is 413,25
liters, 608,44 liters, 676,76 liters, 600,02 liters and 613,27 liters respectively for
P1, P3, P4, P5, and P6 with biogas productivity sequentially of 762,17 ℓ/kg VSr,
894,18 ℓ/kg VSr, 1189,87 ℓ/kg VSr, 718,39 ℓ/kg VSr and 1036,51 ℓ/kg VSr. The
produced a bright blue flame color that indicates good quality (high methane
content)
Keywords: Biogas, cow dung, elephant grass, loading rate, productivity.
ABSTRAK
PENGARUH KOMPOSISI SUBSTRAT DARI CAMPURAN KOTORAN
SAPI DAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum purpureum) TERHADAP
PRODUKTIVITAS BIOGAS PADA DIGESTER
SEMI KONTINYU
By
Rivan Okfrianas
Kebutuhan energi di Indonesia menjadi suatu masalah yang sedang mendapat
perhatian khusus, terutama energi dari bahan bakar fosil. Konsumsi energi yang
terus meningkat menyebabkan cadangan bahan bakar fosil semakin menipis, maka
perlu adanya suatu energi alternatif terbarukan yang dapat dipakai sebagai
penggantinya. Energi alternatif terbarukan yang murah, efektif, efisien dan
mudah diaplikasikan oleh masyarakat luas yaitu biogas. Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui pengaruh komposisi subtrat terhadap produktivitas biogas dari
campuran kotoran sapi dan rumput gajah pada digester semi kontinyu.
Penelitian ini menggunakan digester tipe semi kontinyu dengan volume kerja
28 liter. Rumput gajah dan kotoran sapi segar diperoleh dari Laboratorium
Jurusan Peternakan, Universitas Lampung. Rumput gajah dicacah terlebih dahulu
sebelum diperhalus dengan Blander. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April
sampai dengan bulan Juni 2018 di Laboratorium Daya Alat Mesin Pertanian
(DAMP). Penelitian ini menggunakan 6 perlakuan dengan Loading rate
0,5 liter/hari dari campuran kotoran sapi dan rumput gajah dengan perbandingan
berdasarkan TS sebagai berikut P1 (75%:25%), P2 (70%30%), P3 (65%:35%), P4
(60%:40%0, P5 (55%:45%), dan P6 (50%:50%). Parameter yang diamati pada
penelitian ini meliputi pH, Suhu pagi dan sore, volume gas, produktivitas
biogas,dan kualitas biogas.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada 6 perlakuan memiliki rata-rata pH yang
sama yaitu 6,9. Suhu rata-rata pada pagi hari berturut-turut adalah 26,42 °C,
26,35 °C, 26,43 °C, 26,41 °C, 26,34 °C, 26,38 °C, dan 26,52°C sedangkan pada
sore hari berturut-turut adalah 29,55 °C, 29,55°C, 29,68 °C, 29,63 °C, 29,64 °C,
29,56 °C dan 29,68 °C. Total produksi biogas adalah 413,25 liter, 116,49 liter,
608,44 liter, 676,76 liter, 600,02 liter dan 613,27 liter berturut-turut untuk P1, P2,
P3, P4, P5, dan P6 dengan produktivitas biogas secara berurutan adalah 762,17 ℓ
/kg VSr, 117,79 ℓ/kg VSr, 894,18 ℓ/kg VSr, 1189,87 ℓ/kg VSr, 718,39 ℓ/kg VSr
dan 1036,51 ℓ/kg VSr. Kualitas biogas melalui uji nyala menghasilkan warna
nyala api biru cerah, mengindikasikan kadar metana yang tinggi.
Kata kunci : Biogas, kotoran sapi, rumput gajah, Loading rate, produktivitas.
PENGARUH KOMPOSISI SUBTRAT DARI CAMPURAN KOTORAN
SAPI DAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum purpureum) TERHADAP
PRODUKTIVITAS BIOGAS PADA DIGESTER
SEMI KONTINYU
Oleh
Rivan Okfrianas
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
2018
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Wayharong, pada tanggal 20
Oktober 1996, sebagai anak pertama dari dua
bersaudara keluarga Bapak Helmiadi dan Ibu Umi
Suryani. Penulis menyelesaikan pendidikan mulai
dari Pendidikan Taman Kanak-kanak (TK) di TK
PKK Wayharong, diselesaikan pada tahun 2002.
SD Negeri 1 Wayharong pada tahun 2002-2008, SMP Negeri 1 Talang Padang
pada tahun 2008-2011, SMA Negeri 1 Talang Padang pada tahun 2011-2014 dan
terdaftar sebagai mahasiswa S1 Teknik Pertanian di Universitas Lampung pada
tahun 2014 melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri
(SBMPTN).
Penulis bergabung dalam organisasi tingkat jurusan sebagai anggota Persatuan
Mahasiswa Teknik Pertanian (PERMATEP) Fakultas Pertanian. Penulis
bergabung dalam Unit Kegiatan Mahasiswa Sepak Bola. Penulis Menjabat
Sebagai Bendahara Umum pada periode 2016-2017.
Pada bidang Akademik penulis pernah menjadi asisten dosen pada mata kuliah
Gambar Teknik.
Pada tahun 2018 penulis melaksanakan kegiatan Kuliah Kerja Nyata (KKN)
Tematik periode I tahun 2018 di Desa Jati Agung Kecamatan Ambarawa
Kabupaten Pringsewu dan melaksanakan Praktik Umum (PU) di PT Sinar
Pematang Mulya II , Lampung Tengah dengan judul laporan ―Mempelajari Proses
Produksi Tepung Tapioka dan Proses Pengolahan Limbah Cair Menjadi Biogas Di
PT. Sinar Pematang Mulya II Lampung Tengah‖. Penulis berhasil mencapai gelar
Sarjana Teknologi Pertanian (S.T.P.) S1 Teknik Pertanian pada tahun 2018
dengan menghasilkan skripsi yang berjudul ―Pengaruh Komposisi Substrat Dari
Campuran Kotoran Sapi dan Rumput Gajah (Pennisetum purpureum) Terhadap
Produktivitas Biogas Pada Digester Semi Kontinyu.‖
Persembahan
“Kupersembahkan Karya Ini Untuk Keluargaku Tercinta
Bapak Helmiadi dan ibu Umi Suryani adikku wahyu Dera Aini
Serta
“Kepada Almamater Tercinta” Teknik Pertanian Universitas Lampung 2014
UKM Sepak Bola Unila
ii
SANWACANA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayahNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul
“PENGARUH KOMPOSISI SUBTRAT DARI CAMPURAN KOTORAN
SAPI DAN RUMPUT GAJAH (Pennisetum purpureum)TERHADAP
PRODUKTIVITAS BIOGAS PADA DIGESTER SEMI KONTINYU”
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
(S.T.P) di Universitas Lampung.
Penulis memahami dalam penyusunan skripsi ini begitu banyak cobaan, suka dan
duka yang dihadapi, namun berkat ketulusan doa, semangat, bimbingan, motivasi,
dan dukungan orang tua serta berbagai pihak sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Maka pada kesempatan kali ini penulis
mengucapkan terimakasih kepada :
1. Prof. Dr. Irwan Sukri Banuwa, M.Si. selaku Dekan Fakultas Pertanian
Universitas Lampung.
2. Dr. Ir. Agus Haryanto M.P. selaku ketua jurusan Teknik Pertanian, sekaligus
Pembiming Akademik dan Dosen Pembimbing Utama yang telah banyak
meluangkan waktunya untuk membimbing, memotivasi, dan memberikan saran
dalam proses penyusunan skripsi ini.
iii
3. Winda Rahmawati, S.T.P., M.Sc., M.Si. selaku dosen Pembimbing Kedua,
yang telah memberikan bimbingan dan saran sehingga terselesaikanya skripsi
ini.
4. Ir. Budianto Lanya, M.T. selaku pembahas yang telah memberikan saran
masukan, dan motivasinya dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Kedua orang tua dan adik-adikku yang sangat saya cintai. Bapak Helmiadi,
Ibu Umi Suryani, Adikku Wahyu Dera Aini, Lovita Martha Tilova dan
Arfattustary Noorfizir yang telah memberikan dukungan, motivasi dan doa.
6. Rizki Zuliyantoro selaku tim penelitian biogas dan mahasiswa Teknik
Pertanian angkatan 2011 yang telah memberikan doa serta semangat dalam
menyelesaikan skripsi ini.
7. Semua sahabat-sahabat kontrakan, yang telah memberikan motivasi dalam
menyelesaikan skripsi ini.
Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang ikut
berkontribusi dalam penelitian yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis
menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Kritik dan saran
yang membangun sangat penulis harapkan.
Bandar Lampung, 2018
Penulis,
Rivan Okfrianas
iv
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii
I. PENDAHULUAN ........................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2. Tujuan Penelitian ................................................................................... 3
1.3. Manfaat Penelitian ................................................................................. 3
II. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 4
2.1. Keadaan Energi Fosil Indonesia ............................................................ 4
2.2. Energi Alternatif Terbarukan ................................................................. 5
2.3. Biogas .................................................................................................... 7
2.4. Bakteri Metanogenik ............................................................................ 10
2.5. Gas Metana .......................................................................................... 10
2.6. Limbah Kotoran Sapi ........................................................................... 11
2.7. Rumput Gajah (Pennisetum purpureum) ............................................. 13
2.8. Faktor-Faktor Penting Dalam Produksi Biogas. .................................. 14 2.8.1. Temperatur............................................................................... 14 2.8.2. pH ............................................................................................ 15
2.8.3. Rasio C-N ................................................................................ 15 2.8.4. Laju Pembebanan atau Loading Rate ...................................... 16 2.8.5. Jenis Substrat ........................................................................... 16
III. METODOLOGI PENELITIAN ................................................................... 18
v
3.1. Waktu dan Tempat ............................................................................... 18
3.2. Alat dan Bahan ..................................................................................... 18
3.3. Metode Penelitian ................................................................................ 19
3.4. Prosedur Penelitian .............................................................................. 19 3.4.1. Persiapan Alat .......................................................................... 21 3.4.2. Persiapan Bahan ...................................................................... 21
3.5. Parameter Pengamatan ......................................................................... 21
3.5.1. Pengukuran kadar air, TS dan VS ........................................... 22 3.5.2. Pengukuran C/N ratio .............................................................. 23
3.5.3. Pengukuran pH dan temperatur ............................................... 23 3.5.4. Pengukuran produksi biogas .................................................... 24 3.5.5. Pengukuran produktivitas biogas ............................................ 25 3.5.6. Kualitas Biogas ........................................................................ 25
3.6. Analisis Data ........................................................................................ 25
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................... 26
4.1. Karakteristik Substrat ........................................................................... 26
4.2. Periode Startup (Adaptasi) ................................................................... 28
4.3. Derajat Keasaman (pH) ....................................................................... 29
4.4. Temperatur ........................................................................................... 31
4.5. Penurunan Volatile Solid (VS) ............................................................ 33
4.6. Produksi Biogas ................................................................................... 34
4.7. Produktivitas Biogas ............................................................................ 40
4.8. Kualitas Biogas .................................................................................... 41
V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 445
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 445
5.2. Saran .................................................................................................. 445
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 456
LAMPIRAN ...................................................................................................... 489
vi
Tabel 6-10 ........................................................................................................... 50
Gambar 18-28...................................................................................................... 60
vii
DAFTAR TABEL
Tabel Teks Halaman
1. Produksi biogas dari berbagai macam substrat .............................................. 17
2. Karakteristik Substrat ................................................................................. 2627
3. Periode Startup (Adaptasi) ............................................................................. 29
4. Penurunan Volatile Solids .............................................................................. 34
5. Produktivitas Biogas ...................................................................................... 40
Lampiran
6. Suhu Harian Pagi Hari ................................................................................... 50
7. Suhu Harian Sore Hari .................................................................................... 52
8. pH Harian Digester ........................................................................................ 54
9. Produksi Biogas Harian.................................................................................. 56
10. Volume Biogas Kumulatif ........................................................................... 58
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Teks Halaman
1. Diagram Alir Proses Fermentasi Anaerobik .................................................... 8
2. Diagram Alir Proses Penelitian ...................................................................... 20
3. Reaktor Biogas ............................................................................................... 21
4. Pengukuran Volume Biogas ........................................................................... 24
5. Nilai pH Harian .............................................................................................. 30
6. Grafik Suhu Rata-rata .................................................................................... 32
7. Grafik Suhu Rata-rata Pada Pagi Hari ........................................................... 33
8. Grafik Suhu Rata-rata Pada Sore Hari ........................................................... 33
9. Grafik Volume Biogas Harian ....................................................................... 35
10. Grafik Pergerakan Rata-rata produksi Biogas (moving average)
5 Harian ........................................................................................................ 37
11. Grafik Produksi Biogas Hari ke-57 hingga Hari ke-60 ................................ 38
12. Grafik Kumulatif Biogas .............................................................................. 39
13. Grafik Produktivitas Biogas ......................................................................... 41
14. Grafik Uji Nyala ........................................................................................... 43
15. Uji Nyala Hari Ke-15 ................................................................................. 443
16. Uji Nyala Hari Ke-18 ................................................................................. 443
17. Uji Nyala Hari Ke-27 ................................................................................. 443
ix
Lampiran
18. Rumput Gajah Yang Belum Dicacah ........................................................... 60
19. Cacahan Rumput Gajah................................................................................ 60
20. Penghalusan Rumput Gajah ......................................................................... 61
21. Bahan Rumput Gajah ................................................................................... 61
22. Bahan Kotoran Sapi ..................................................................................... 62
23. Pencampuran Bahan ..................................................................................... 62
24. Pengukuran pH ............................................................................................. 63
25. Pengukuran Volume Biogas ......................................................................... 63
26. Uji Nyala Biogas .......................................................................................... 64
27. Proses Pengisian Digester ............................................................................ 64
28. Keadaan Sebelum Pengukuran Volume Biogas ........................................... 65
29. Keadaan Setelah Pengukuran Volume Biogas ............................................. 65
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan energi di Indonesia menjadi suatu masalah yang sedang mendapat
perhatian khusus, terutama energi dari bahan bakar fosil. Seiring dengan
peningkatan jumlah penduduk mengakibatkan konsumsi energi yang terus
meningkat. Tingkat konsumsi energi yang terus meningkat membuat cadangan
bahan bakar fosil semakin menipis. Menurut Badan Pengkajian dan Penerapan
Teknologi (BPPT, 2015), bila diasumsikan tidak ada penemuan cadangan baru
maka minyak bumi akan habis dalam 13 tahun, gas bumi 34 tahun dan batu bara
72 tahun. Melihat permasalahan energi fosil yang semakin menipis, maka perlu
adanya suatu energi alternatif terbarukan atau energi non fosil yang dapat dipakai
sebagai penggantinya.
Energi terbarukan atau non fosil merupakan jenis energi yang bisa diperbaharui
dalam waktu yang relatif singkat. Beberapa contoh energi non fosil yaitu
mikrohidro, biomassa, tenaga angin, biogas dan lain sebagainya. Energi alternatif
terbarukan yang murah, efektif, efisien dan mudah diaplikasikan oleh masyarakat
luas yaitu biogas. Biogas merupakan teknologi pembentukan sumber energi
melalui perombakan bahan organik oleh mikroorganisme secara anaerob.
2
Teknologi biogas merupakan teknologi pembentukan sumber energi yang mudah
diaplikasikan, ramah lingkungan dan bahan bakunya mudah didapat. Menurut
Simamora dkk (2006), beberapa bahan baku utama penghasil biogas yaitu limbah
pertanian, peternakan, manusia dan limbah bahan organik lainnya. Limbah
peternakan sapi adalah salah satu jenis bahan baku yang umum digunakan pada
teknologi pembentukan biogas dan pada penelitian ini bahan baku utama yang
dipakai adalah limbah peternakan sapi. Sapi mampu menghasilkan limbah lebih
banyak dari hewan ternak lainnya. Menurut Wahyuni (2011), seekor sapi dapat
menghasilkan kotoran segar 20-29 kg/hari.
Dalam teknologi biogas semakin tinggi kandungan bahan organik, pada
lingkungan yang sesuai maka produksi biogas semakin banyak. Semakin tinggi
bahan organik yang terkandung dalam digester, maka semakin banyak mikroba
yang berperan untuk meningkatkan produksi biogas (Setiawan, 2004). Oleh sebab
itu tidak cukup hanya dengan kotoran sapi, perlu penambahan bahan organik
campuran supaya produksi biogas lebih maksimal. Dalam penelitian ini, bahan
campuran yang dipakai adalah rumput gajah. Rumput gajah adalah salah satu
bahan yang kandungan organiknya tinggi dan ketersediannnya melimpah.
Rumput gajah (Pennisetum purpureum) merupakan salah satu rumput unggul
yang berasal dari Philipina dan dapat tumbuh subur di Indonesia dimana
produksinya dapat mencapai 200 ton rumput segar/hektar/tahun (Rukmana, 2005).
Menurut Sawasdee dan Nipon (2014), komposisi rumput gajah mengandung
30,9% karbohidrat total, 27% protein, lipid 14,8%, abu total 18,2%, serat 9,1%
(berat kering). Dari komposisi tersebut rumput gajah merupakan bahan baku ideal
untuk produksi biogas. Produksi dan kandungan organik rumput gajah yang
3
tinggi membuatnya layak dipakai sebagai bahan campuran untuk menghasilkan
biogas.
Penelitian ini merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh
junaidi (2018), yang menggunakan campuran komposisi substrat kotoran sapi dan
rumput gajah pada digester semi kontinyu. Namun dalam pencampuran
komposisi subtrat kotoran sapi dengan rumput gajah pada digester semi kontinyu
belum diketahui perbandingan yang tepat untuk menghasilkan biogas secara
maksimal. Maka dari itu perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai komposisi
substrat pada biogas.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Mengetahui pengaruh komposisi subtrat terhadap produktivitas biogas dari
campuran kotoran sapi dan rumput gajah pada digester semi kontinyu.
2. Mengetahui komposisi subtrat terbaik dari campuran kotoran sapi dan
rumput gajah pada digester semi kontinyu.
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah rekomendasi komposisi substrat
campuran kotoran sapi dan rumput gajah yang tepat untuk menghasilkan biogas
yang maksimal.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Keadaan Energi Fosil Indonesia
Pertumbuhan penduduk yang sangat cepat, dengan ekspansi bidang industri
menyebabkan peningkatan permintaan energi. Meskipun Indonesia adalah salah
satu negara penghasil minyak dan gas, namun berkurangnya cadangan minyak
menyebabkan beberapa tahun terakhir harga minyak tidak stabil. Penggunaan
minyak bumi yang dilakukan secara terus menerus dapat menyebabkan krisisnya
pasokan minyak yang ada di perut bumi. Minyak bumi merupakan energi fosil
yang tidak dapat diperbaharui. Sedangkan energi tidak dapat dipisahkan dari
kehidupan manusia.
Energi memiliki peranan penting dalam kehidupan manusia. Berbagai alat dan
mesin pendukung dalam penggunan energi seperti alat penerangan, mesin
penggerak, peralatan rumah tangga dan mesin-mesin industri. Sumber energi
yang digunakan sifatnya tidak dapat diperbaharui, seperti bahan bakar minyak,
gas dan batu bara. Pemanfaatan energi yang tidak dapat diperbaharui dalam hal
ini fosil secara berlebihan dapat menyebabkan krisis energi. Salah satu gejala
krisis energi yaitu kelangkaan BBM seperti minyak tanah, bensin dan solar.
Kelangkaan ini diakibatkan karena kebutuhan BBM selalu meningkat setiap
tahunnya (Wahyuni, 2011).
5
Menurut Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi ( BPPT, 2015), bila
diasumsikan tidak ada penemuan cadangan baru maka minyak bumi akan habis
dalam 13 tahun, Gas bumi 34 tahun dan batu bara 72 tahun. Apabila masyarakat
Indonesia tetap terpaku dengan energi fosil maka bukan tidak mungkin Indonesia
akan menjadi gelap gulita dan terhentinya kegiatan sektor-sektor yang
memanfaatkan energi fosil. Masyarakat harus segera mengaplikasikan penemuan-
penemuan mengenai energi alternatif terbarukan.
Fakta yang tidak bisa dihindari meskipun Indonesia merupakan negara penghasil
minyak bumi, namun harus mengimpor minyak untuk memenuhi kebutuhan
BBM. Solusi bagi krisis energi yang dialami Indonesia adalah adanya sumber
energi alternatif yang dapat diperbaharui. Sumber energi alternatif tersebut harus
bisa menjadi bahan bakar ramah lingkungan, efektif, efisien dan mudah diakses
oleh masyarakat luas.
2.2. Energi Alternatif Terbarukan
Saat ini manusia tidak dapat lagi mengandalkan fosil sebagai sumber energi
utama. Krisis energi fosil yang berkelanjutan menyebabkan manusia harus
memikirkan energi alternatif lain sebagai pengganti energi fosil. Sebelum energi
fosil habis, sumber energi harus beralih kepada sumber energi alternatif yang
dapat diperbaharui.
Beberapa sumber energi alternatif yang ada adalah sebagai berikut:
1. Biomassa dan biodiesel.
Biomassa berasal dari sampah organik atau sampah perkotaan yang dapat
dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik dan bahan bakar kompor. Biodiesel
6
digunakan sebagai pengganti minyak diesel sebagai sumber energi yang
berasal dari tumbuhan, seperti minyak kelapa sawit atau minyak jarak pagar.
2. Tenaga air
Memanfaatkan air terjun atau gelombang air laut untuk menghasilkan energi
dengan cara memutar turbin. Turbin yang berputar dapat mengubah energi
gerak menjadi listrik melalui generator.
3. Tenaga angin
Tenaga angin dapat dimanfaatkan sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan
turbin yang kemudian akan menghasilkan energi listrik.
4. Tenaga surya
Energi surya dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik melalui sel
surya. Pemanfaatan lainnya adalah untuk pemanas ruangan, atau pemanas air.
5. Tenaga pemanas bumi
Panas bumi juga bisa dimanfaatkan sebagai sumber pemutar turbin untuk
menghasilkan energi listrik. Pemanfaatan panas bumi ini sebagai pembangkit
listriktenaga panas bumi (Aksara, 2007).
6. Biogas
Biogas merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat memenuhi
kebutuhan energi alternatif. Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses
penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob
(Wahyuni, 2013).
Indonesia memiliki potensi kekayaan alam yang sangat melimpah untuk
menghasilkan sumber energi alternatif. Sejumlah penelitian ilmiah dilakukan
untuk meneliti potensi energi alternatif. Penelitian potensi energi alternatif
7
tersebut harus diaplikasikan sehingga menghasilkan energi alternatif dengan harga
terjangkau bagi masyarakat (Simamora dkk, 2006).
2.3. Biogas
Biogas merupakan gas yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan
organik oleh bakteri-bakteri secara anaerob atau kedap udara. Biogas dapat
dihasilkan pada hari ke 4-5 sesudah biodigester terisi penuh dan mencapai
puncaknya pada hari ke 20-25. Akan tetapi perlu juga dipertimbangan ketinggian
lokasi pembuatannya karena pada temperatur dingin biasanya bakteri lambat
berproses sehingga biogas yang dihasilkan mungkin lebih lama. Komponen
biogas yang paling penting adalah gas metana (CH4). Biogas yang dihasilkan oleh
biodigester sebagian besar terdiri dari 54-70% metana (CH4), 27-35% meliputi
karbondioksida (CO2), nitrogen (N2) dan hidrogen (H2), 0,1% karbon monoksida
(CO), 0,1% oksigen (O2) dan hidrogen sulfida (H2S). Biogas memiliki nilai kalori
sebesar 5500-6700 kcal/kg (Wahyono dan Sudarno, 2012).
Pembentukan gas yang dilakukan oleh mikroba pada kondisi anaerob memiliki
tahap proses diantaranya proses perombakan selulosa hingga terbentuk gas,
seperti ditampilkan pada Gambar 1.
1. Hidrolisis
Pada tahap ini terjadi penguraian bahan-bahan organik mudah larut dan
pencernaan bahan organik yang komplek menjadi sederhana, perubahan
struktur bentuk polimer menjadi bentuk monomer.
8
2. Pengasaman
Pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang terbentuk
pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri pembentuk
asam. Produk akhir dari perombakan gula-gula sederhana ini yaitu asam
asetat, propionat, format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gas
karbondioksida, hidrogen, dan amonia.
3. Metanogenesis
Pada tahap metanogenik terjadi proses pembentukan gas metan. Bakteri
pereduksi sulfat juga terdapat dalam proses ini, yaitu mereduksi sulfat dan
komponen sulfur lainnya menjadi hidrogen sulfida .
Selulosa
Glukosa
(C6H10O5)n + nH2 n(C6H12O6)
selulosa glukosa 1. Hidrolisis
2. Pengasaman
(C6H12O6) 2CH3CHOHCOOH
(glukosa) (asam laktat)
(C6H12O6) CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2
(glukosa) (asam butirat)
(C6H12O6) 2C2H5OH+2CO2
(glukosa) (etanol)
Asam lemak dan alkohol
3. Metanogenesis
4H2 + CO2 2H2O + CH4
(hidrogen) (air)
CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + CH4
(etanol) (asam asetat)
CH3COOH + CO2 CO2 + CH4
(asam asetat)
CH3(CH2)2COOH + 2H2O + CO2 CH3COOH + CH4
(asam butirat) (asam asetat)
Gambar 1. Diagram Alir Proses Fermentasi Anaerobik
Metana + Co2
9
Prinsip teknologi biogas adalah proses penguraian bahan organik oleh
mikroorganisme dalam kondisi tanpa oksigen (anaerob) untuk menghasilkan
campuran dari beberapa gas, seperti metana dan karbondioksida. Biogas
merupakan gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan organik oleh
aktivitas bakteri fermentatif, bakteri asetogen dan bakeri metanogen. Biogas
memiliki kandungan nilai energi tinggi yang tidak kalah dari kandungan nilai
energi bahan fosil. Oleh karena itu, biogas sangat cocok menggantikan minyak
tanah, LPG dan bahan bakar fosil lainnya.
Sumber energi biogas memiliki keunggulan dibandingkan dengan sumber energi
lainnya. Selain ramah lingkungan, biogas juga termasuk energi yang memiliki
sifat renewable artinya biogas dapat diperbaharui. Oleh karena itu biogas menjadi
solusi yang tepat dari sumber energi lain yang tidak dapat diperbaharui. Biogas
juga tidak memiliki resiko meledak sehingga tidak berbahaya.
Beberapa keuntungan memanfaatkan biogas sebagai energi alternatif yaitu
(Wahyuni, 2011) :
1. Menghasilkan energi yang bersih dengan nyala api berwarna biru.
2. Menghasilkan bahan bakar berkualitas tinggi yang dapat diperbaharui.
3. Dapat digunakan untuk berbagai macam pengaplikasian energi.
4. Tidak mudah meledak.
Selain itu dari sisi lingkungan, biogas juga termasuk ramah lingkungan.
Berikut keunggulan dari sisi lingkungan (Wahyuni, 2011) :
1. Mengurangi polusi udara.
2. Memaksimalkan proses daur ulang.
10
3. Menurunkan emisi gas metana dan karbondioksida secara signifikan.
4. Memperkecil pencemaran air.
5. Tidak menimbulkan bau yang bebahaya bagi manusia.
2.4. Bakteri Metanogenik
Mikroorganisme yang membantu proses fermentasi bahan organik hingga
terbentuk biogas dikenal dengan sebutan bakteri metanogenik. Bakteri ini
berfungsi merombak bahan organik dan menghasilkan gas metana dalam kondisi
anaerobik. Proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme,
terutama bakteri metan. Suhu yang baik untuk pertumbuhan organisme tersebut
adalah 30-50º C. Pada suhu tersebut mikroorganisme dapat bekerja secara optimal
dalam merombak bahan-bahan organik (Simamora dkk, 2006).
Mikroorganisme akan tumbuh dengan optimal apabila keadaan lingkungan
mikronya sesuai, seperti suhu dan pH (Chandra, 2017). Ketika pertumbuhan
organisme optimal, maka semakin cepat perombakan bahan organik. Perombakan
bahan organik ini menghasilkan gas metana dalam kondisi anaerobik.
2.5. Gas Metana
Komponen utama dari biogas adalah Gas metana (CH4). Berat jenis gas metana
yaitu 0,65 g/liter. Hal ini menyebabkan gas metana cepat terbang ke udara
sehingga lebih aman dari LPG. Biogas merupakan bahan bakar yang berguna
karena mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi, yaitu sekitar 4,8 sampai 6,7
kcal/kg, sedangkan gas metana murni mengandung energi 8,9 Kcal/kg.
11
Karena nilai kalor yang cukup tinggi biogas dapat dimanfaatkan untuk
penerangan, memasak, menggerakan mesin dan sebagainya (Sunaryo, 2014).
Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan satu molekul
CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O (air).
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O…………………….(1)
Dibandingkan dengan bahan bakar hidrokarbon lain, pembakaran gas metana
menghasilkan sedikit karbondioksida untuk setiap unit panas dilepaskan. Rasio
panas pembakaran metana sekitar 891 kJ/mol, lebih rendah dari pada hidrokarbon
lainnya. Dengan massa molekul (16,0 g/mol) menunjukkan bahwa metana
menjadi hidrokarbon paling sederhana, menghasilkan panas lebih banyak per unit
massa (55,7 kJ/g) dari hidrokarbon kompleks lainnya. Pengujian oleh peneliti
lain menunjukkan, HHV = 55,57 mj/kg atau 37,06 mj/m3 * LHV = 50,05 mj/kg
atau 33,38 mj/m3 pada 20 °C dan 10,0027 atm (Marks,1999) dalam Hery dkk
(2011).
2.6. Limbah Kotoran Sapi
Sektor peternakan di Indonesia sebagian besar merupakan peternakan sapi.
Peternakan sapi biasanya hanya skala kecil, dan masih menggunakan teknologi
sederhana atau tradisional. Desain kandang maupun tempat pembuangan limbah
kotorannya kadang masih sangat sederhana. Pembuangan limbah dari peternakan
sapi ini biasanya hanya di sekitar kandang, dan bahkan di dalam kandang itu
sendiri. Limbah dari peternakan ini belum dimanfaatkan secara maksimal.
Berdasarkan hasil penelitian, sebagain besar peternak mendayagunakan kotoran
sapi sebagai pupuk organik (dengan cara menumpuk kotoran sapi atau
12
dimasukkan ke tanah berlubang). Sebagian kecil petani membuang kotoran sapi
begitu saja sehingga mencemari lingkungan tempat tinggal. Bahkan ada peternak
yang membiarkan kotoran tersebut di kadang sapi sehingga sanitasi lingkungan
kandang menjadi buruk yang dapat berdampak kepada kesehatan sapi (Budiyanto,
2011).
Satu ekor sapi rata-rata setiap hari menghasilkan 7 kg kotoran kering, sehingga
kotoran sapi kering yang dihasilkan di Indonesia sebanyak 78,4 juta kg kotoran
kering/hari (Budiyanto, 2011). Menurut Badan Pusat Statistik (BPS) Lampung
memiliki populasi ternak sapi 665.712 ekor pada tahun 2016 sehingga setiap hari
produksi kotoran kering sapi mencapai 4659,98 ton.
Pemanfaatan kotoran sapi untuk pupuk organik sangat baik, namun pada proses
pematangan pupuk ini yang belum sepenuhnya baik. Proses pematangan kotoran
sapi untuk pupuk bila tidak menggunakan teknologi yang tepat akan
menyebabkan pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan dapat berupa
pencemaran udara, air maupun tanah.
Teknologi pembuatan biogas dari kotoran sapi menghasilkan hasil akhir berupa
gas metana untuk sumber energi dan padatan yang dapat dimanfaatkan sebagai
pupuk organik. Proses pembuatan biogas ini kedap udara dan menggunakan
sistem tertutup, maka pencemaran yang diakibatkan sangat minim. Selain itu
proses perombakan oleh mikroorganisme lebih cepat. Oleh karena itu teknologi
biogas dapat diaplikasikan untuk mendapat nilai ekonomis yang lebih besar,
daripada hanya menumpuk kotoran sapi di sekitar kandang.
13
2.7. Rumput Gajah (Pennisetum purpureum)
Rumput gajah (elephant grass), disebut juga naper (napier grass), atau rumput
uganda ( uganda grass). Karakteristik morfologi rumput gajah adalah tumbuh
tegak, merumpun lebat, tingi tanaman dapat mencapai 7m, berbatang tebal dan
keras, daun panjang dan berbunga seperti es lilin. Kandungan zat gisi rumput
gajah terdiri atas 19,9% bahan kering (BK), 10,2% protein kasar (PK), 1,6%
lemak 34,2% serat kasar 11,7% abu dan 42,3% bahan ekstrak tanpa nitrogen
(Rukmana, 2005).
Rumput gajah mempunyai beberapa varietas, antara lain varietas Afrika dan
Hawai.
a. Varietas Afrika
Ditandai dengan batang dan daun kecil, tumbuh tegak, berbunga dan produksi
lebi rendah dibandingkan dengan varietas Hawai.
b. Varietas hawai
Ditandai dengan batang dan daun lebar, pertumbuhan rumput sedikit melebar,
produksi cukup tinggi dan berbunga.
Produksi hijauan rumput gajah antara 100-200 ton rumput segar/hektar/tahun.
Peremajaan dilakukan setelah umur 4-6 tahun untuk diganti tanaman yang baru
(Rukmana, 2005).
Dengan menanami lahan yang dimiliki dengan rumput gajah maka ketersediaan
rumput untuk pakan sapi sepanjang tahun tercukupi, bahkan apabila lahan rumput
gajah yang dimiliki luas disamping kebutuhan untuk ternaknya tercukupi juga bisa
menjual rumput gajah kepada peternak yang tidak mempunyai lahan rumput di
14
lokasi terdekat maupun lokasi lain. Hal ini merupakan tambahan pendapatan bagi
peternak. Pola pengembangan hijauan pakan ternak di daerah-daerah berpenduduk
padat adalah intensifikasi komersial, artinya bahwa setiap luasan lahan yang
digunakan dapat dipertanggungjawabkan secara komersial.
2.8. Faktor-Faktor Penting Dalam Produksi Biogas.
Faktor penting dalam keberhasilan penerapan teknologi biogas meliputi faktor
lingkungan digester. Faktor ini sangat penting karena apabila keadaan lingkungan
tidak sesuai, maka produksi biogas akan terganggu, atau bahkan tidak
berproduksi. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi produksi biogas yaitu
sebagai berikut :
2.8.1. Temperatur
Faktor penting yang mempengaruhi proses fermentasi untuk menghasilkan biogas
dalam digester anaerob adalah suhu atau temperatur. Temperatur berperan
penting dalam mengatur jalannya reaksi metabolisme bagi bakteri. Temperatur
lingkungan yang berada lebih tinggi dari temperatur yang dapat ditoleransi akan
menyebabkan rusaknya protein dan komponen sel esensial lainnya sehingga sel
akan mati. Demikian pula bila temperatur lingkungannya berada di bawah batas
toleransi, transportasi nutrisi akan terhambat dan proses kehidupan sel akan
terhenti, dengan demikian temperatur berpengaruh terhadap proses perombakan
anaerob bahan organik dan produksi gas. Kondisi temperatur pada masing-
masing digester tidak hanya berpengaruh terhadap tingginya produksi biogas
15
namun berpengaruh juga terhadap kecepatan waktu untuk menghasilkan produksi
pada nilai optimum (Darmanto dkk, 2012).
Temperatur dapat menyebabkan bakteri metanogen tidak aktif. Produksi gas
sangat bagus yaitu pada kisaran mesophilic, antara 25-30°C. Ketika temperatur
turun sampai 10°C produksi biogas menjadi terhenti. Penggunaan isolasi yang
memadai pada digester membantu produksi gas khususnya di daerah dingin
(Wahyuni, 2013). Kondisi thermophilic pembentukan biogas ideal pada kisaran
50-55°C (Haryati, 2006).
2.8.2. pH
Derajat keasaman (pH) menunjukan sifat asam atau basa pada suatu bahan.
Derajat keasaman merupakan suatu ekspresi dari konsentrasi ion hydrogen, [H+]
yang besarannya dinyatakan dalam minus logaritma dari konsentrasi ion hidrogen.
Faktor pH sangat berperan pada dekomposisi anaerob karena pada rentang pH
yang tidak sesuai, mikroba tidak dapat tumbuh dengan maksimum dan bahkan
dapat menyebabkan kematian. Pada akhirnya kondisi ini dapat menghambat
perolehan gas metana. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan
mikroorganisme adalah 6,8-7,8 (Simamora dkk, 2006).
2.8.3. Rasio C-N
Nilai atau bandingan antara unsur C (karbon) dengan unsur N (nitrogen) secara
umum dikenal dengan nama rasio C/N. Perubahan senyawa organik menjadi gas
metana dan gas karbondioksida memerlukan persyaratan rasio C/N antara 20-30.
Bakteri anaerob mengkonsumsi karbon sekitar 30 kali lebih cepat dibanding
16
nitrogen. Rasio optimum untuk digester anaerobik berkisar 20–30. Jika rasio C/N
terlalu tinggi, nitrogen akan dikonsumsi dengan cepat oleh bakteri metanogen
untuk memenuhi kebutuhan pertumbuhannya dan hanya sedikit yang bereaksi
dengan karbon akibatnya gas yang dihasilnya menjadi rendah. Sebaliknya jika
rasio C/N rendah, nitrogen akan dibebaskan dan berakumulasi dalam bentuk
amonia (NH4) yang dapat meningkatkan pH, jika pH lebih tinggi dari 8,5 akan
menunjukkan pengaruh negatif pada populasi bakteri metanogen (Haryati, 2006).
Sedangkan rasio C/N yang ideal untuk isian digester adalah 25-30 (Wahyuni,
2011).
2.8.4. Laju Pembebanan atau Loading Rate
Laju pembebanan atau loading rate yaitu besaran yang menyatakan jumlah
material organik dalam satu satuan volume yang diumpankan pada reaktor per
satuan waktu. Pengaruh laju pembebanan terhadap produksi biogas yaitu bila
ditambahkan substrat pada digester maka substrat tersebut akan menjadi makanan
bagi mikroorganisme sehingga biogas akan terus berproduksi. Perlakuan laju
pembebanan berpengaruh terhadap produktivitas biogas, laju pembebanan yang
lebih rendah menyebabkan waktu tinggal substrat lebih panjang sehingga dapat
terdegradasi secara lebih maksimal dan menghasilkan produktivitas terbaik
(Wicaksono, 2016).
2.8.5. Jenis Substrat
Dalam pembuatan biogas dapat digunakan bahan-bahan organik yang tersedia
melimpah di alam. Jenis substrat pembuatan biogas yang dapat digunakan bisa
dari limbah peternakan, pertanian, industri dan limbah lainnya seperti sampah
17
organik dan kotoran manusia. Pembuatan biogas yang umum dibuat dari limbah
peternakan seperti sapi, babi, itik, domba dan lain sebagainya. Limbah pertanian
sangat potensial sebagai bahan baku pembuatan biogas karena jumlahnya yang
melimpah, seperti jerami padi, eceng gondok dan lain sebagainya. Meskipun
kerap dianggap mencemarkan namun beberapa limbah industri dapat
dimanfaatkan sebagai bahan baku penghasil biogas, seperti limbah kelapa sawit
dan limbah tahu. Selain limbah peternakan, pertanian, dan industri, masih ada
limbah lainnya yang dapat diolah menjadi biogas, yaitu sampah organik dan
kotoran manusia (Wahyuni, 2013). Potensi biogas dari berbagai limbah disajikan
dalam Tabel 1.
Tabel 1. Produksi Biogas Dari Berbagai Macam Substrat
Tipe Bahan Organik Produksi Biogas ( l/kg Substrat )
Kotoran sapi 20—40
Kotoran babi 40—60
Kotoran ayam 65,5—115
Kotoran manusia 20—28
Sampah Sisa Panen 34—40
Eceng gondok (Water Hyacinth) 40—50
Sumber : United Nations (1984)
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April sampai dengan bulan Juni 2018 di
Laboratorium Daya Alat Mesin Pertanian (DAMP) dan Laboratorium Rekayasa
Sumber Daya Air dan Lahan (RSDAL) Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas
Pertanian, Universitas Lampung.
3.2. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat alat digester tipe
semi kontinyu (Gambar 3). Perangkat lain yang digunakan dalam penelitian ini
antara lain karung, cangkul, golok, ember atau bak, pengaduk, oven, timbangan
analitik, blender, pH meter, thermocopple, balon.
Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kotoran sapi,
rumput gajah, dan air.
19
3.3. Metode Penelitian
Bahan baku penelitian ini menggunakan kotoran sapi dan rumput gajah. Starter
biogas diisi kotoran sapi dan air sebanyak 22 liter dengan perbandingan 1:1
berdasarkan berat. Selanjutnya dibiarkan beberapa hari untuk stabilisasi. Apabila
produksi biogas stabil maka akan ditambahakan substrat dengan loading rate 0,5
liter/hari, dengan 6 komposisi kotoran sapi dan rumput gajah yang berbeda
dengan perbandingan kotoran sapi dan rumput gajah berdasarkan TS sebagai
berikut:
P1 (75% : 25%) P2 (70% : 30%) P3 (65% : 35%)
P4 (60% : 40%) P5 (55% : 45%) P6 (50% : 50%)
Penelitian ini menggunakan 6 digester kapasitas kerja 28 liter dan waktu tinggal
bahan baku pembentuk biogas selama 60 hari dengan menggunakan sistem biogas
semi kontinyu.
3.4. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian dimulai dari langkah persiapan penelitian hingga
mendapatkan data yang kemudian akan diolah untuk mendapatkan suatu
kesimpulan dari penelitian yang akan dilakukan. Gambar 2 memperlihatkan
prosedur yang telah disusun dan direncanakan dalam penelitian ini:
20
Gambar 2. Diagram alir prosedur penelitian.
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Analisa substrat awal Total Padatan
(TS), Padatan Menguap (VS),
C/N rasio
Dibiarkan selama 10 hari hingga
didapatkan produksi biogas yang
stabil
Pengisian substrat rumput gajah dengan
loading rate 0,5 liter/ hari
dari perbandingan kotoran sapi dan rumput
gajah berdasarkan TS
P1 (75% : 25%) P4 (60% : 40%)
P2 (70% : 30%) P5 (55% : 45%)
P3 (65% : 35%) P6 (50% : 50%)
Pengamatan parameter pH, suhu,
produksi biogas, produktivitas
biogas,dan kualitas biogas
Pengumpulan data parameter
Analisis data
selesai
Pegisian starter biogas
(22 liter) kotoran sapi + air
(1:1 berdasarkan berat)
21
3.4.1. Persiapan Alat
Digester yang digunakan merupakan jenis semi kontinyu dengan volume 30 liter.
Desain digester disajikan pada Gambar 3.
3.4.2. Persiapan Bahan
Bahan yang digunakan berupa kotoran sapi, rumput gajah, dan air. Bahan kotoran
sapi dan rumput gajah didapat dari Laboratorium Jurusan Peternakan, Fakultas
Pertanian, Universitas Lampung. Rumput gajah di cacah secara manual terlebih
dahulu sebelum diperhalus dengan Blender.
3.5. Parameter Pengamatan
Pengamatan yang dilakukan meliputi kadar air (KA), total solids (TS), volatile
solids (VS), C/N rasio, produksi/volume biogas, produktivitas biogas dan kualitas
biogas. Kontrol digester juga diamati, meliputi parameter pH dan suhu dalam dan
luar digester.
Gambar 3. Reaktor Biogas
Input
Output
Stop kran
Outpu Biogas
22
3.5.1. Pengukuran kadar air, TS dan VS
Analisa TS bertujuan untuk mengetahui komponen kering pada bahan, sedangkan
VS dilakukan untuk mengetahui kandungan bahan organik pada suatu bahan.
Pengukuran dilakukan di labolatorium Rekayasa Sumber Daya Air dan Lahan
(RSDAL) Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.
Dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Kadar Air (KA) =
……………................(2)
Total Solid (TS) sampel (gr) = 100 % - KA …………………..............(3)
Volatile Solid (VS) sampel (gr) =
……….……..............(4)
dimana :
W1 = Berat basah (gr)
W2 = Berat kering oven (gr)
W3 = Berat sampel sebelum abu (gr)
W4= Berat abu (gr)
Selisih dari VS awal dan akhir loading rate diukur sebagai banyaknya bahan
organik yang terdegradasi (removal), dan dihitung dengan persamaan sebagai
berikut:
VSremoval = VS in – VS out…………………………………………………………(5)
dimana :
VS in = VS bahan isian
VS out = VS bahan yang keluar dari digester
23
3.5.2. Pengukuran C/N ratio
Masing-masing bahan baku substrat juga dihitung rasio C/N nya. Perhitungan
C/N bertujuan untuk mengetahui rasio C/N substrat pada setiap perlakuan.
Berikut adalah rumus rasio C/N substrat :
Rasio C/N substrat = ……………………………….(6)
dimana :
CKS = Karbon Kotoran Sapi
CRG = Karbon Rumput Gajah
NKS = Nitrogen Kotoran Sapi
NRG = Nitogen Rumput Gajah
TSKS = Total Solid Kotoran Sapi
TSRG = Total Solid Rumput Gajah
NUrea = Nitrogen Urea
3.5.3. Pengukuran pH dan temperatur
Pengukuran pH dan temperatur dilakukan 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
thermocopple. Cara mengukur temperatur adalah kabel sensor pada alat
thermocopple dimasukkan ke dalam reaktor.
(TSks × Cks) + (TSRG × CRG)
(TSks × Nks) + (TSRG × NRG) + (Nurea)
24
3.5.4. Pengukuran produksi biogas
Pengukuran mulai ketika biogas telah terbentuk dan dilakukan setiap hari sekali
semenjak pengisian awal. Cara mengukur produksi biogas yaitu galon yang terisi
air dimasukkan kedalam pipa penyangga yang berada didalam bak yang terisi air,
lalu selang balon yang terisi biogas dimasukkan kedalam lubang penyangga galon
tersebut, setelah itu balon ditekan maka air yang ada didalam galon akan turun.
Di dinding galon dibuat skala sehingga terlihat seberapa banyak air yang turun
maka sebanyak itu pula produksi biogas yang dihasilkan. Satuan yang digunakan
yaitu liter. Setelah pengukuran selesai, biogas diuji nyala terlebih dahulu, uji
nyala api dilakukan dengan cara mengeluarkan biogas dari galon melalui dop
yang telah dipasang, pada dop tersebut diberi nyala api, kemudian dilihat apakah
biogas menghasilkan nyala api atau tidak. Pengukuran produksi biogas disajikan
pada Gambar 4.
Balon berisi biogas
Selang
Air
Bak
Galon
Selang
Gambar 4. Pengukuran volume biogas.
25
3.5.5. Pengukuran produktivitas biogas
Produktivitas biogas diukur sebagai hasil produksi biogas per VSremoval
Pengukuran mengunakan perhitungan sebagai berikut:
Produktivitas Biogas = ………………..………(7)
3.5.6. Kualitas Biogas
Biogas yang dihasilkan diuji kandungan metananya dengan cara melihat warna
api yang dihasilkan ketika melakukan uji nyala.
3.6. Analisis Data
Data hasil penelitian ini akan disajikan dalam bentuk grafik dan tabel. Grafik
yang digunakan yaitu grafik scatter. Selanjutnya data yang didapat akan dibahas
dan disimpulkan. Adapun data yang dianalisis yaitu kinerja digester ( pH, suhu,
VSremoval ), produksi biogas, dan kualitas biogas.
Produksi Biogas (l)
VS removal (kg)
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan adalah
1. Komposisi substrat campuran kotoran sapi dan rumput gajah berpengaruh
terhadap peningkatan produktivitas biogas pada digester semi kontinyu.
2. Perlakuan campuran substrat yang mampu menghasilkan produksi gas
tertinggi setelah mencapai komposisi yang diinginkan adalah P6 dengan
perbandingan TS 50% kotoran sapi 50% rumput gajah dengan produksi biogas
sebesar 7,487 ℓ/hari atau 0,27 ℓ biogas/ℓ substrat/hari.
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.
DAFTAR PUSTAKA
Aksara, K.D. 2007. Energi Terbarukan. Yudistira. Bogor. 15 hlm.
BPPT. 2015. Outlook energi Indonesia 2015. Pusat Teknologi Pengembangan
Sumberdaya Energi. Jakarta. 93 hlm.
Budiyanto, M.A.K. 2011. Tipologi Pendayagunaan Kotoran Sapi Dalam Upaya
Mendukung Pertanian Organik Di Desa Sumbersari Kecamatan
Poncokusumo Kabupaten Malang. GAMMA 7(1) : 42 – 49.
Budiyono, G. Kaerunnisa, I. Rahmawati. 2013. Pengaruh PH dan Rasio COD:N
Terhadap Biogas Dengan Bahan Baku Limbah Industri Alkohol (Vinasse).
Jurnal Teknologi Kimia dan Industri. Vol 11 No 1 : 1 – 6.
Candra, P. A. 2017. Pengaruh Laju Pembebanan Dan Penambahan Urea
Terhadap Produksi Biogas Dari Campuran Kotoran Sapi Dengan Rumput
Gajah (Pennisetum purpureum) Pada Digester Tipe Semi Kontinyu.
(Skripsi) Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas
Lampung. Bandar Lampung.
Darmanto, A., Sudjito, S. dan Denny, W. 2012. Pengaruh Kondisi Temperatur
Mesophilic (35ºC) Dan Thermophilic (55ºC) Anaerob Digester Kotoran
Kuda Terhadap Produksi Biogas. Jurnal Rekayasa Mesin. 3( 2) : 317-326.
Deublein, D. and Steinhauser, A. 2008. Biogas from Waste and Renewable
Resource. Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KgaA. Weinheim. 443 hlm.
Fachry, H.A., Rasyidi., Rinenda. dan Gustiawan. 2004. Penentuan Nilai
Kalorifik yang Dihasilkan dari Proses Pembentukan Biogas. Jurnal Teknik
Kimia. 2(5) : 7-12.
Haryanto, A. 2017. Energi Terbarukan. Innosain : Yogyakarta.
Haryanto, A.,Cahyani, D., Triyono, S., Murdapa, F., Haryono, D. 2017. Economy
benefit and greenhouse gas emission reduction potential of a family-scale
cowdung anaerobic biogas digester. Int. Journal of Renewable Energy
Development. 6:29-36.
46
Haryati, T. 2006. Biogas Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi
Alternatif. Wartazoa. 16(3) : 163–165.
Hery, A.F. Septiropa, Z. Riansyah, S. dan Romadhi, F. 2011. Pemanfaatan
Biogas/Landfillgas Sebagai Bahan Bakar Mesin Bensin 1 Silinder 4
Langkah. Jurnal Teknik Industri. 12 (2) : 162-168.
Ihsan, A., S. Bahri, dan Musafira. 2013. Produksi Biogas Menggunakan Cairan
Isi Rumen Sapi dengan Limbah Cair Tempe. Online Jurnal of Natural
Science. 2(2). 27-35
Junaidi,A. 2018. Pengaruh Frekuensi Pengumpanan Terhadap Produksi dan
Kualitas Biogas dari Campuran Kotoran Sapid an Rumput Gajah
(Pennisetum purpureum) Pada Digester Semi Kontinyu (Skripsi). Jurusan
Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Bandar
Lampung.
Kaparaju,P., 2007. Effect of Temperature and Active Biogas Process on Passive
Separation of Digested Manure. Journal Bioresources Technology.
Australian Government Publishing Service. 99(5) :1345-1352
Khaerunisa, G., dan Rahmawati, I. 2013. Pengaruh pH dan Rasio COD:N
Terhadap Produksi Biogas dengan Bahan Baku imbah Industri Alkohol
(Vinasse). Jurnal Teknologi Kimia dan Industri. 2(3) : 1-7
Marchaim U. 1992. Biogas Processes for Sustainable Development. FAO.
Rome.
Ni’mah, L. 2014. Biogas from Solid Waste ofTofu Production and Cow Manure
Mixture Composition Effect. Chemica. 1(1) : 1 – 9.
Rekha, B.N. and Aniruddha, B.P. 2013. Performance enhancement of batch
anaerobic digestion of napier grass by alkali pre-treatment. International
Journal of ChemTech Research. 5(2) : 558-564
Rukmana, H.R. 2005. Budidaya Rumput Unggul. Kanisius. Yogyakarta.
73 hlm.
Santoso, A.A. 2010. Produksi Biogas Dari Limbah Rumah Tangga Melalui
Peningkatan Suhu dan Penambahan Urea Pada Perombakan Anaerob.
(Skripsi). Jurusan Biologi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Sawasdee, S. dan Nipon, P. 2014. Feasibility of Biogas Production from Napier
Grass. Energy Procedia. 61 : 1229 – 1233.
Setiawan, AI. 2004. Memanfaatkan Kotoran Ternak. Penebar Swadaya. Jakarta
47
Schmid,L.A and R.I.Lipper. 1969. Swine Wastes, Characterization and anaerobic
digestion. In Proceedings Animal Waste Management Cornell University
Conference on Agricultural Waste management. hlm.50-57
Simamora, S.,Salundik, S.W. dan Surajudin. 2006. Membuat Biogas Pengganti
Minyak Dan Gas Dari Kotoran Ternak. Agromedia Pustaka : Jakarta. 53
hlm.
Sunaryo. 2014. Rancang Bangun Reaktor Biogas Untuk Pemanfaatan Limbah
Kotoran Ternak Sapi Di Desa Limbangan Kabupaten Banjarnegara.
Jurnal PPKM UNSIQ. I : 21-30.
United Nations. 1984. Update Guidebook on Biogas Development-Energy
Resources Development Series No(27). United Nation. New York.
Uwar, N.A., I. Wardana. dan D. Widhiyanuriawan. 2012. Karakteristik
Pembakaran CH4 dengan Penambahan CO2 pada Model Helle-Shaw Cell
pada Penyalaan Bawah. Jurnal Rekayasa Mesin. 3(1): 249-257. Wahyono, E. H. dan N. Sudarno. 2012. Biogas : Energi Ramah Lingkungan.
Yapeka. Bogor. 48 hlm.
Wahyuni, S. 2011. Menghasilkan Biogas dari Aneka Limbah. PT. Agromedia
Pustaka. Jakarta. 104 hlm.
Wahyuni, S. 2013. Panduan Praktis Biogas. Penebar Swadaya. Jakarta. 116 hlm.
Wicaksono, N.H. 2016. Pengaruh Laju Pembebanan Terhadap Produktivitas Biogas
Berbahan Baku Kotoran Sapi Pada Digester Semi Kontinyu.(Skripsi).
Jurusan Teknik Pertanian Fakults Pertanian Universitas Lampung. Bandar
Lampung.
Yahya, Y. 2017. Produksi Biogas Dari Campuran Kotoran Ayam, Kotoran Sapid
An Rumput Gajah Mini (Pennisetum Purpureum Cv. Mott) Dengan Sistem
Batch. Jurnal Teknik Pertanian Lampung. 6(3): 151-160