VARIASI KONSENTRASI NaOH SEBAGAI PENYERAP CO2 PADA

BIOGAS

Gayuh Faiq As’adi

091910101081

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS JEMBER

SEMINAR PROPOSAL

Latar Belakang

Bioenergi yang terus dikembangkan salah satunya adalah biogas. Biogas merupakan sumber energi terbarukan yang dihasilkan secara anaerobic digestion atau fermentasi anaerob dari bahan organik seperti sampah, sisa-sisa makanan, kotoran ternak dan limbah industri makanan. Pemanfaatan limbah organik sebagai bahan baku biogas tentu akan memberikan efek ganda dalam menyediakan energi yang dapat diperbaharui ramah lingkungan dan dapat menciptakan lingkungan peternakan yang lebih bersih dan sehat (Sugiarto et al, 2013a:1)

Dari kandungan biogas di atas masih terdapat banyak zat pengotor (inhibitor) dalam biogas yang mempengaruhi kualitas dari biogas, salah satunya adalah CO2 (25 – 45%). Karbondioksida merupakan molekul yang dapat menghambat dan menurunkan laju reaksi pembakaran,

Produksi

23 tahun• Minyak

62 tahun• Gas

146 tahun- Batubara

Unlimited- Biogas

Its our solutions

The renewable energyBioGAS

Rumusan masalah

1. Bagaimana Pengaruh konsentrasi NaOH dan waktu kontak terhadap kualitas pemurnian biogas dengan larutan NaOH?

Tujuan Penelitian

Mengetahui perbandingan penurunan gas karbondioksida dalam proses pemurnian biogas dengan variasi konsentrasi dan lama kontak NaOH.

Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH terhadap cepat rambat api.

Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah: Mahasiswa dapat mempelajari prinsip kerja dari biogas

Memberikan pengetahuan tentang pemilihan konsentrasi absorben NaOH yang akan digunakan pada biogas..

Memberi tambahan kreativitas dan ide dalam pengembangan produk industri dengan pendayagunaan.

Dapat memberikan gambaran bagi Civitas Akademik jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember yang berkeinginan untuk mengembangkan lebih jauh tekhnologi biogas.

Memberikan dampak positif kepada masyarakat sehingga mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil dan memberdayakan energi biogas sebagai energi alternatife yang ramah lingkungan dan ekonomis.

Batasan Masalah

Struktur dan reaksi kimia pembakaran dari bahan bakar tidak termasuk dalam pembahasan.

Kondisi suhu dan kelembapan ruangan dianggap tetap dan pengaruh angin diabaikan.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Biogas anaerobic process Methanobacterium sp. renewable fuel- Gas yang dihasilkan adalah gas metana (CH4), gas karbon dioksida (CO2), gas hidrogen (H2), gas nitrogen

(N2) dan gas hidrogen sulfida (H2S) (Sugiarto et al, 2013:3).

Biogas pembangkit listrik dan sumber panas. -Satu meter kubik (1 m³) metana memiliki kandungan energi sebesar 10 kWh. Biogas secara khusus (60% metana) terletak pada kisaran 6 kWh, jadi kandungan energi rata-rata satu meter kubik biogas setara dengan 0,6 liter bahan bakar minyak (BBM).

Pemanfaatan biogas

Komposisi Biogas

No Komponen SatuanKonsentrasi

(a) (b) (c) (d) (e)

1 Metana (CH4) % 50-75 40-70 50-75 55-65 55-75

2Karbon dioksida

(CO2)% 25-45 30-60 25-40 35-45 25-45

3 Uap air (H2O) %2(20ºC)–

7(40ºC)       

4 Oksigen (O2) ppm < 2 - < 2 -0,1-

0,5

5 Nitrogen (N2) % < 2 - < 2 0-3 0-0,3

6 Ammonia (NH3) % < 1        

7 Hidrogen (H2) % < 1 0-1 < 1 0-1 1-5

8Hidrogen sulfida

(H2S)ppm < 1 0-3 < 2 0-1 0-3Sumber: (a) Al Seadi et al. (2008); (b) Muryanto et al. (2006); (c) Hambali et al. (2007);

(d) Arifin et al. (2008); (e) www.wikipedia.com/biogas. (2013)

Kesetaraan

Aplikasi 1 m3 Biogas setara

dengan

 

1 m3 biogas

Elpiji 0,56 kg

Minyak  tanah 0,62 liter

Minyak solar 0,52 liter

Kayu bakar 3,50 kg

Digester a. Tipe fixed domed plant Terdiri dari digester yang memliki penampung gas

dibagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut menekan lumpur sisa fermentasi (slurry) ke bak slurry. Jika pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul akan terus

menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup/kran, lihat Gambar 2.2a.

b. Tipe floating drum plant Terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak ke atas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya, lihat Gambar 2.2b.

c. Tipe baloon plant Konstruksi sederhana, terbuat dari plastik yang pada

ujung-ujungnya dipasang pipa masuk untuk kotoran ternak dan pipa keluar peluapan slurry. Sedangkan pada bagian atas dipasang pipa keluar gas, lihat Gambar 2.2d.

Proses anaerobic digestion

Hidrolisis adalah langkah pertama AD, dimana bahan organik kompleks (polimer) didekomposisi menjadi unit yang lebih kecil (monomer dan oligomer). Selama hidrolisis, polimer seperti karbohidrat, lipid, asam nukleat dan protein diubah menjadi glukosa, gliserol, purin dan pyridines.

Selama acidogenesis, produk hidrolisis yang dikonversi oleh bakteri acidogenic (fermentasi) ke substrat metanogen. Gula sederhana, asam amino dan asam lemak terdegradasi menjadi asetat, karbon dioksida dan hidrogen (70%) serta menjadi asam lemak volatil (VFA) dan alkohol (30%).

Produk dari acidogenesis yang tidak dapat langsung diubah menjadi metana oleh bakteri metanogen diubah menjadi substrat metanogen selama asetogenesis

Produksi metana dan karbon dioksida yang dilakukan oleh bakteri metanogen 70% dari metana yang terbentuk berasal dari asetat, sedangkan sisanya 30% dihasilkan dari konversi hidrogen (H) dan karbon dioksida (CO2)

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas

Temperatur pH

Nutrisi Ion kuat dan Salinitas

Kandungan Racun dan Hambatan

Faktor Konsentrasi Padatan

Temperatur Gabungan bakteri anaerob bekerja dibawah tiga kelompok temperatur utama. Temperatur kriofilik yakni kurang dari 20oC, mesofilik berlangsung pada temperatur 20-45oC (optimum pada 30-45oC) dan termofilik terjadi pada temperatur 40-80oC (optimum pada 55-75oC). Kondisi optimum merupakan kondisi dimana laju pertumbuhan mencapai maksimum sehingga laju penguaraian senyawa organik juga akan mencapai maksimum

PH: Pada dekomposisi anaerob faktor pH sangat berperan, karena pada rentang pH yang tidak sesuai mikorba tidak dapat tumbuh dengan maksimum dan bahkan dapat menyebabkan kematian yang pada akhirnya dapat menghambat perolehan gas metana. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8

NUTRISI: Mikroorganisme membutuhkan beberapa vitamin essensial dan asam amino.

NaOH

Mineral zeolit telah dikenal sejak tahun 1756 oleh Cronstedt ketika menemukan Stilbit yang bila dipanaskan seperti batuan mendidih (boiling stone) karena dehidrasi molekul air yang dikandungnya. Pada tahun 1954 zeolit diklasifikasi sebagai golongan mineral tersendiri, yang saat itu dikenal sebagai molecular sieve materials.

Pada tahun 1984 Professor Joseph V. Smith ahli kristalografi Amerika Serikat mendefinisikan zeolit sebagai berikut:"A zeolite is an aluminosilicate with a framework structure enclosing cavities occupied by large ions and water molecules, both of which have considerable freedom of movement, permitting ion-exchange and reversible dehydration".

Pemurnian Biogas Menggunakan NaOH

Pemisahan kandungan CO2 dalam biogas dapat dilakukan dengan menggunakan larutan NaOH karena pada Penggunaan absorbsi kimia dalam fase cair sering digunakan untuk mengeluarkan zat pelarut secara lebih sempurna dalam campuran gasnya. Pada absorbsi CO2 dengan larutan NaOH terjadi reaksi :

Pemisahan kandungan CO2 dalam biogas dilakukan dengan mengalirkan biogas ke dalam purifier yang di dalamnya terdapat larutan NaOH. NaOH tersebut akan mengabsorbsi gas CO2 yang melewati alat pemurnian.

Proses Pembakaran

Secara umum, pembakaran dapat didefinisikan sebagai proses atau reaksi oksidasi yang sangat cepat antara bahan bakar (fuel) dan oksidator dengan menimbulkan panas atau nyala dan panas.

Jika oksigen yang dibutuhkan untuk proses pembakaran diperoleh dari udara, dimana udara terdiri dari 21% oksigen dan 78% nitrogen, maka reaksi stoikiometri pembakaran hidrokarbon murni CmHn dapat ditulis

dengan persamaan:

Pembakaran Metana

Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tapi jika digunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi. Sebagai komponen utama gas alam, metana adalah sumber bahan bakar utama. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan satu molekul CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O (air):

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Karakteristik Nyala Api

Api premix dan api difusi

Api laminar dan api turbulent

Api merah

Api biru

Api putih

Api hitam

Premixed flame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar bercampur dengan oksigen yang telah tercampur sempurna sebelum pemberian sumber api.

Diffusion Flame adalah api yang dihasilkan ketika bahan bakar dan oksigen bercampur dan penyalaan dilakukan secara bersamaan.

Api laminer :Visualisasi api yang terlihat pada api tipe ini berbentuk secara laminar atau teratur. Api jenis ini memiliki bentuk mengikuti streamline aliran tanpa membentuk turbulensi atau gerakan tidak beraturan.

Api turbulen: menunjukan pola aliran nyala api yang tidak beraturan atau acak yang member indikasi aliran yang bergerak sangat aktif.

Api berwarna merah / kuning ini biasanya bersuhu dibawah 1000 derajat celcius.

Api berwarna biru merupakan api yang mungkin sering kita jumpai di dapur. Biasanya api ini sering kita lihat di kompor gas. Rata-rata suhu api yang berwarna biru kurang dari 2000 derajat celcius.

Nyala api Ini merupakan api paling panas yang ada di bumi. Warna putihnya itu dikarenakan suhunya melebihi 2000 derajat celcius

Nyala api yang paling panas itu berwana Hitam, dan api hitam murni yang sesungguhnya sangat jarang ditemukan di bumi.

Hipotesa

Dari permasalahan di atas dapat diambil hipotesa sebagai berikut:

Ukuran konsentrasi NaOH yang semakin tinggi akan meningkatkan penurunan kandungan karbondioksida (CO2) dalam proses pemurnian biogas.

Waktu kontak NaOH terhadap biogas yang semakin lama akan meningkatkan penurunan kandungan karbondioksida (CO2) dalam proses pemurnian biogas.

Pengurangan kadar CO2 pada hasil purifikasi biogas akan mempercepat karakteristik rambat api.

BAB 3. METODELOGI PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental, yaitu suatu metode yang digunakan untuk menguji pengaruh variasi konsentrasi NaOH dan waktu kontak terhadap kualitas pemurnian biogas dengan menggunakan larutan NaOH, dalam penelitian ini, proses pemurnian biogas dilakukan dengan sistem penyerapan absorbsi kandungan gas karbon dioksida (CO2) menggunakan NaOH yang telah divariasikan konsentrasinya. Biogas disirkulasikan ke alat purifikasi sistem kontinyu untuk menyerap gas CO2 menggunakan larutan NaOH.

Biogas hasil purifikasi (purified biogas) digunakan sebagai bahan bakar pada alat uji karakteristik nyala api. Pengujian tahap ini adalah untuk mengetahui pengaruh purified biogas terhadap karakteristik nyala api. Metode penelitian dilakukan dengan merekam proses nyala api secara visual menggunakan camera high speed.

Uji karakteristik api

Sirkulasi sistem kontinyu

Purifikasi biogas dengan larutan

NaOH

Gas Analizer Helle-shaw Cell

Tempat dan Waktu PenelitianTempat Penelitian

Pembuatan Alat Purifikasi Biogas

Penelitian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember.

Penelitian Pemurnian Biogas dan Uji Karakteristik Api Biogas

Penelitian pemurnian biogas dilakukan dengan memanfaatkan instalasi biogas di biogas plant Desa Ngampelrejo Kecamatan Jombang Kabupaten Jember dan uji karakteristik api di rumah bapak Muh. Nurkhoyim K. S.T., M.T.

Penelitian ini dilaksanakan selama kurang lebih 1 bulan pada bulan Desember 2013 sampai Januari 2014.

Alat dan Bahan Penelitian

Alat bor

Gergaji besi

Lem pipa

Selotif

Alat ukur

Pisau

Galon air 3L.

Water mur, shokdrat dalam dan luar

Ruang Bakar Model Helle-Shaw Cell 1cm x 20cm x 60cm

Cylinder Pneumatic diameter 5cm dan panjang 30cm

Alat pemurnian biogas

Blower gas

Manometer pipa U

Stopwatch

Pemantik api

Alat perpipaan

Alat pertukangan

Kamera video

Komputer

Kabel pemantik

Bahan yang digunakan

1. NaOH berbasis volum

2. Air

Variabel Penelitian

Variabel Bebas Variabel bebas yaitu yaitu variabel yang bebas ditentukan oleh

peneliti sebelum melakukan penelitian. Variabel bebas yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Pengujian pemurnian biogas ini menggunakan konsentrasi NaOH sebesar 25%, 35%, dan 45%.

2. Tekanan masuk alat purifikasi sebesar 5 cmH2O

3. Ukuran tabung purifikasi biogas.

4. Panjang pipa dan ukuran pipa.

Variabel Terikat

Variabel terikat merupakan variabel yang besarnya tidak dapat ditentukan sepenuhnya oleh peneliti, tetapi besarnya tergantung pada variabel bebasnya. Penelitian ini mempunyai variabel terikat yang meliputi data-data yang diperoleh pada pengujian pemurnian biogas menggunakan NaOH dan pengujian rambat api dengan menganalisa data-datanya yang meliputi:

Pola rambat api.

Cepat rambat api.

Variabel Kontrol

Variabel kontrol merupakan variabel yang besarnya sebagai pengendali dalam proses penelitian, tetapi besarnya tergantung pada variabel bebas dan variabel terikat. Penelitian ini mempunyai variabel kontrol waktu pengukuran (t).

Metode Pengumpulan dan Pengolahan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi:

Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran pengujian rambat api pada masing-masing pengujian.

Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari literatur perhitungan maupun hasil pengujian properti rambat api.

Pengamatan yang Dilakukan

Pada penelitian ini yang akan diamati adalah:

Pola rambat api.

Kecepatan rambat api.

Tahap Penelitian dan Prosedur Pengujian

Tahap Pembuatan Alat Purifikasi Biogas

Tahap Pembuatan Larutan NaOH

Tahap Pembuatan pemurnian Biogas

Tahap Pengujian Karakteristik Api

Pemurnian biogas sistem kontinyu

Tahap Pengujian Pengujian Karakteristik Api Biogas

Tahap pengamatan karakteristik nmyala api pada biogas ini terpusat pada perekaman nyala api biogas dengan menggunakan kamera video, berikut langkah pengamatannya:

Menyiapkan campuran Biogas yang telah dimurnikan dengan udara menggunakan Cylinder Pneumatic dan AFR 10.

Mengisi ruang bakar Helle-Shaw Cell dengan campuran udara dan biogas.

Setelah terisi maka secara bersamaan dilakukan percikan api sehingga terjadi pembakaran pada helle-shaw cell.

Hasil pembakaran pada helle-shaw cell direkam dengan video dengan jumlah frame yang sudah ditentukan.

Hasil rekaman dari kamera video ditransfer ke computer menjadi file AVI kemudian dengan menggunakan Software Ulead 8 dari gambar bergerak diekstrasi menjadi gambar diam dalam sejumlah frame yang tersusun berurutan dari saat menyala pertama sampai padam.

Dari hasil gambar ini dilakukan pengukuran jarak api setiap frame menggunakan software lunak ImageJ.

Akhir Pengambilan Data

Setelah proses pengujian dan pengambilan data selesai, langkah selanjutnya adalah:

Mengembalikan semua peralatan yang dipergunakan selama pengujian.

Rekap dan simpan data pengujian rambat api.

Rekap Pengambilan Data

Proses pemurnian biogas menggunakan variasi konsentrasi NaOH untuk mengetahui karakteristik rambat api, biogas disirkulasikan melalui alat purifikasi biogas dengan variasi waktu kontak 20, 40, dan 60 menit kemudian dilakukan perekaman pola rambat api, data tersebut disajikan pada Tabel 3.1

Untuk mengetahui perbandingan cepat rambat api menggunakan NaOH dengan variasi konsentrasi 25%, 35%, dan 45% dan waktu kontak 20, 40 dan 60 menit , data tersebut disajikan pada Tabel 3.2.

Diagram alir penelitian

Jadwal Penelitian

Terima kasih