Journal Institut Teknologi Yogyakarta

JURNAL REKAYASA LINGKUNGANDiterbitkan oleh:

INSTITUT TEKNOLOGI YOGYAKARTA

Terbit dua kali setahun : Oktober - April

Vol 17. No 2 - Oktober 2017

DAFTAR ISI

Halaman

Potensi Reduce, Reuse, Recycle (3R) SampahDomestik Pada Bank Sampah Di KecamatanUmbulharjo Dan Kecamatan Pakualaman KotaYogyakartaOleh : Mughniybar Lubis, Diananto P., Rita Dewi T.........................................................5

JURNAL REKAYASA LINGKUNGAN VOL.17/NO.2/Oktober 2017

ANALISIS POTENSI JUMLAH PEMBENTUKAN GAS METANDARI LIMBAH TERNAK, LIMBAH BUAH-BUAHAN, DAN EGENG

GONDOK

Mughniybar Lubis, Diananto P., Rita Dewi T.

INTISARIPermintaan kebutuhan Bahan Bakar Minyak untuk keperluan industri,

transportasi dan rumah tangga dari tahun ketahun semakin meningkat.Menyebabkan ketersediaan bahan bakar menjadi terbatas. Sejalan dengan itupemerintah juga mendorong upaya-upaya untuk penggunaan sumber-sumberenergi alternative lainnya yang dianggap layak dilihat dari segi teknik, ekonomi,dan lingkungan seperti biogas. Kandungan utama dari biogas adalah gas metan.Pengolahan limbah organic menjadi biogas merupakan salah satuu paya untukmenciptakan sumber energy alternatif yang terbarukan. Salah satu upaya tersebutadalah pemanfaatan limbah dari kotoran sapi, limbah buah-buahan, dan ecenggondok yang saat ini pemanfaatannya belum optimal. Oleh sebab, itu perludilakukan penelitian mengenai analisis potensi jumlah pembentukan gas metanyang dihasilkan dari limbah ternak, limbah buah-buahan, dan eceng gondok.

Tahapan dalam penelitian ini meliputi pemilahan, pencacahan danpencampuran bahan. Setelah melewati tahapan tersebut substrat dimasukankedalam reaktor batch anaerob berbentuk botol kaca dengan volume 2,5 liter.Parameter yang diukur yaitu pH, suhu, volume, tekanan, dan jumlah gas metan.Penelitian ini dilakukan selama 14 hari. Komposisi yang digunakan (massabahan : volume air : EM4) dari kotoran sapi (0,667 kg: 1 l: 50 ml), limbah buah-buahan (1,1 kg: 0,5 l: 50 ml), dan eceng gondok (0,12 kg: 1,25 l: 50 ml).

Hasil penelitian pada hari ke-14 menunjukan potensi jumlah pembentukangas metan tertinggi dari kotoran sapi sebesar 25,571%, untuk limbah buah-buahan dan eceng gondok belum terbentuk gas metan. pH tertinggi 8 darikotoran sapi dan terendah 4 dari limbah buah, suhu dari ketiga bahan 29-30 0C,untuk tekanan tertinggi sebesar 666,4 pascal dari limbah buah dan terendah117,6pascal. Volume gas yang terbesar darilimbah buah 13,35 cm3 dan terendah 2,4cm3 dari eceng gondok. Bahan dasar yang paling efektif dalam menghasilkangas metan adalah kotoran sapi. Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukangas metan ialah pH, suhu, keadaan anaerob, starter, proses pengadukan, danwaktu tinggal.

Kata Kunci : Gas metan, Kotoran sapi, Limbah Buah-buahan, Eceng Gondok 2

ANALYSIS TOTAL OF THE FORMATION METHANE GAS FROMWASTE CATTLE, WASTE FRUITS, AND WATER HYACINTH

ABSTRACTDemand for fuel oil for industry, transport and households increasing from

year to year. Causing fuel availability becomes limited. In line with thegovernment also encouraged efforts to se alternative energy sources more areconsidered feasible in terms of technical, economic, and environmental such asbiogas. The main content of the biogas is methane gas. The processing oforganic waste into biogas is one marsh to create renewable alternative energysources. One such effort is the utilization of waste from cow manure, fruit waste,and water hyacinth now been optimal utilization. Therefore, it is necessary to do

Page | 5


research on the analysis of the potential number of formation of methane gasgenerated from livestock waste, fruit waste, and water hyacinth.

Stages in the study include sorting, counting and mixing the ingredients.After passing through the stages of the substrate is inserted into batch anaerobicreactor shaped glass bottle with a volume of 2.5 liters. The measured parametersare pH, temperature, volume, pressure, and the amount of methane gas. Thisstudy was conducted over 14 days. The composition used (the mass of fuel:volume of water: EM4) from manure (0,667 kg: 1 l: 50 ml), the waste of fruits(1.1 kg: 0,5 l: 50 ml), and water hyacinth (0,12 kg: 1.25 l: 50 ml).

The results of the study on day 14 indicate the potential for the highestamount of methane gas formation from cow dung at 25.571%, for fruit waste andwater hyacinth has not yet formed methane gas. The highest pH 8 from cow dungand the lowest 4 pieces of waste, the temperature of the three materials 29-300C, to a high of 666.4 pascal pressure from fruit waste and the lowest 117.6pascal. The volume of gas from waste fruit and lows 13.35 cm3 2.4 cm3 of waterhyacinth. The basic ingredients are most effective in producing methane gas iscow dung. Factors that influence the formation of methane gas is pH,temperature, anaerobic state, the starter, the mixing process, and residence time

Keywords: Methane gas, cow manure, waste Fruits, Water Hyacinth

A. PENDAHULUANSalah satu gejala krisis energi

yang terjadi akhir-akhir ini yaitukelangkaan bahan bakar minyak(BBM), seperti minyak tanah,bensin, dan solar. Kelangkaan terjadikarena menigkatnya kebutuhan BBMsetiap tahunnya, sementara ituketersediaan minyak bumi sebagaibahan baku pembuatan BBM sangatterbatas. Dalam situasi seperti iniPemerintah telah menerbitkan untukmengembangkan sumber energialternatif sebagai pengganti bahanbakar minyak. Kebijakan tersebutmenekankan pada sumber daya yangdapat diperbaharui sebagai altenatifpengganti bahan bakar minyak.

Salah satu teknologi yang sesuaidengan keadaan tersebut adalahbiogas. Biogas merupakan salah satualternatif pengolahan limbah,khususnya limbah rumah tangga danbuangan dari kotoran ternak, dengandemikian teknologi biogas

berpeluang besar dalampengembangannya karena bahanyang digunakan dapat diperolehdengan mudah. Selain dari kotoranternak, biogas juga dapat terbuat darilimbah oganik dari buah-buahan, danegeng gondok.

Keberadaan kotoran sapi, limbahbuah-buahan, dan eceng gondokdilingkungan belum dimanfaatkansecara optimal. Ketigas bahan dasartersebut merupakan sumber biomassayang potensial untuk dimanfaatkansebagai biogas. Selain dapat menjadipengganti bahan bakar, hasilbuangan dari biogas juga dapatdimanfaatkan sebagai pupuk untuktanaman. Hal ini mendorong penulisuntuk memanfaatkan limbah kotoransapi, limbah buah-buahan, danenceng gondok untuk diolah menjadibiogas menggunakan reactor sistemBatch untuk mengetahui potensipembentukan gas metan dari masing-masing bahan baku. Penelitian ini

Page | 6


diharapkan menjadi suatu alternatifdalam memanfaatakan limbah yangberpotensial menghasilkan gas metanuntuk menjadi energi di lingkungandan mengurangi pemanasan global,khususnya pada penggunaan limbahkotoran sapi, limbah buah-buahan,dan tumbuhan enceng gondokdengan EM4 sebagai starter.

B. TINJAUAN PUSTAKABiogas adalah suatu gas yang

dihasilkan dari proses anaerobik(fermentasi) bahan bahan organikseperti kotoran manusia, limbahrumah tangga dan juga kotoranhewan. Bahan yang sangatdibutuhkan dalam membuat biogasyaitu metana dan karbon dioksidayang terkandung di dalam bahanorganik (Wahyu, 2008).

Tahapan penguraian bahanorganik dibagi 4 jenis yaitu : 1. Hidrolisis

Pada tahap ini, molekul organikyang kompleks akan diuraikanmenjadi bentuk yang lebih sederhanaseperti karbohidrat (simple sugar),asam amino, dan asam lemak. 2. Asidogenesis

Pada tahap ini terjadi prosespenguraian yang menghasilkanammonia, karbon dioksida, danhidrogen sulfida. 3. Asetagenesis

Pada tahap ini dilakukan prosespenguraian produk asidogenesisyang akan menghasilkan hidrogen,karbon dioksida, dan asetat.4. Metanogenesis

Pada tahap ini adalah tahapanterakhir dan sekaligus yang palingmenentukan yaitu dilakukanpenguraian dan sintesis produk tahapsebelumnya untuk menghasilkan gasmetana (CH4). Hasil lain dari prosesini berupa karbon dioksida, air, dansejumlah kecil senyawa gas lainnya.

Faktor yang mempengaruhiproses pembuatan Biogas adalahsebagai berikut:1. Bahan Baku

Biogas akan terbentuk bila bahanbakunya berupa padatan berbentukbubur halus atau butiran kecil. Agarpembentukkan biogas berlangsungdengan sempurna, bahan baku yangberupa padatan yang sulit dicernasebaiknya digiling atau dirajangterlebih dahulu. Namun, bila bahanbaku berbentuk padatan yang mudahdicerna maka bahan baku dapatlangsung dicampur dengan air secaramerata. Kandungan padatan inisebaiknya hanya 7-9% (Wibowo,1979).2. Derajat Keasaman

Suatu cairan mempunyai tingkat/derajat keasaman/ kebasaan dansecara kimiawi diukur denga pH.Untuk menjamin perkembanganmikroorganisme, khususnya bakterianaerobik dibutuhkan suasana pHnormal yaitu 7-8. Bakteri anaerobikpada kisaran pH tersebut bekerjapaling giat dan akan memberikanhasil yang optimal.3. Temperatur Pencernaan

Temperatur atau suhu sangat berpengaruh terhadap

Page | 7


perkembangbiakan bakteri. Pencernaan anaerobik dapat berlangsung antara suhu 5-50 °C. Temperatur yang optimum adalah 35°C, dimana akan dihasilkan gas bio yang optimum (Benefield L.D. and Randall C.W., 1979).4. Pengenceran Bahan Baku Gas

BioKeadaan bahan baku kering

artinya dengan tingkat kadar airtertentu mempunyai pengaruh jugaterhadap produksi gas bio. Isianbahan yang paling baik adalahmengandung 7-9 % bahan kering.Cara mendapatkan bahan keringdengan prosentase kecil yaitu denganpengenceran (Wibowo, 1979).Penambahan air ke dalam bahanisian bertujuan untuk dapatmemenuhi kadar air yang disyaratkanuntuk pembentukan biogas, yaitu 91-93% (Ratnaningsih, 2009). 5. Pengadukan bahan baku

Beberapa masalah timbulnyalapisan-lapisan yang tidak meratadisebabkan oleh pengadukan yangkurang baik. Untuk memecahkanmasalah ini biasanya konstruksitangki gas ditambah dengan alatpengaduk (Harahap, 1978). 6. C/N rasio

Microorganisme membutuhkankarbohidrat sebagai sumber karbon(C) dan energi dalam prosesmetabolism dan perbanyakan sel,serta kebutuhan sumber N untukpembentukan protoplasma danaktivitas lainnya. C/N rasio optimumuntuk perombakan anaerobik

berkisar antara 16-19 (Suriawiria,1996).7. Waktu tinggal

Waktu tinggal adalah waktu yangdiperlukan oleh mikroorganismeuntuk merombak bahan organiksecara sempurna. Untuk prosesperombakan anaerobik secarasempurna memerlukan waktu sekitar30-60 hari. Waktu tinggal sangatberpengaruh terhadap hasil akhirproses perombakan anaerobic berupakualitas kualitas lumpur dan gas bio(Suriawiria, 1996).

Skema proses fermentasi anaeroblimbah cair sampai menghasilkanbiogas dibutuhkan lima bakterikelompk fisiologi yangsemuanyaterlibat pada seluruh prosesfermentasi. Menurut Brock (1991),untuk mengubah polisakaridamenjadi metan melibatkan limabakteri utama kelompok fisiologipada seluruh proses. Bakteri-bakteritersebut, yaitu bakteri selulolitik ataubakteri hidrolitik, bakterifermentative, bakteri asam asetat(acetogen), bakteri yangmenghasilkan H2 dan mengoksidasiasam lemak, dan bakterimetanogenik (metanogen).

Dalam pembuatan biogas bahanbaku yang diperlukan adalah sebagaiberikut:1. Kotoran Sapi

Kotoran sapi sangat cocoksebagai sumber penghasil biogas

Page | 8


maupun sebagai bistarter dalamproses fermentasi, karena kotoransapi tersebut telahmengandungbakteri penghasil metan yangterdapat dalam perut hewanruminansia (Sufyandi, 2001).2. Limbah Buah-Buahan

Sampah organik sayur-sayurandan buah-buahan seperti layaknyakotoran ternak adalah substrat terbaikuntuk menghasilkan biogas(Hammad et al, 1999).3. Eceng Gondok

Jenis tumbuhan air yang dapatdimanfaatkan sebagai bahan dasarpembuatan biogas adalah encenggondok. Gas akan terbentuk setelah30-45 hari yang kemudian dapatdigunakan sebagai bahan bakaralternatif (Wahyuni, 2011).

C. METODE PENELITIANObyek penelitian adalah

membuat biogas denganmenggunakan kotoran sapi, limbahbuah-buahan yaitu buah pepaya, danenceng gondok di kosan penelitidaerah banguntapan dan analisisampel gas metan (CH4) dilakukandi Laboratorium Analisis danInstrumen, Jurusan Teknik Kimia,Fakultas Teknik UGM. Waktupelaksanaan penelitian iniberlangsung dari bulan Mei 2016sampai dengan bulan Juli 2016.

Tahapan penelitian yangdilakukan pada penelitian ini adalahsebagai berikut:1. Data-data sekunder yang diambil

berupa proses pembuatan biogas

dari kotoran sapi, limbah buah-buahan, dan enceng gondok.

2. Data prime diperoleh dari hasilpenelitian di lokasi penelitianberupa pH, temperatur, volume,tekanan gas, dan jumlah gasmetan yang dihasilkan darikotoran sapi, limbah buah-buahan, dan enceng gondok.

3. Merancang reaktor anaerobicsederhana dengan volume 2,5l.

4. Penyediaan alat dan bahan yangdigunakan dan membuatkomposisi yang digunakan(massa bahan : volume air : EM4)dari kotoran sapi (0,667 kg: 1 l:50 ml), limbah buah-buahan (1,1kg: 0,5 l: 50ml), dan ecenggondok (0,12 kg: 1,25 l: 50 ml).

5. Melakukan pengamatan sejakawal pemasukan bahan isian,diamati pada 0 hari sampai 14hari pada pukul 13.00 siang,pengukuran yang dilakukan :a. Mengukur pH dengan kertas

pH pada hari ke-0 dan harike-14.

b. Mengukur temperatur denganmenggunakan termometer,mengecek temperaturdigester pada hari ke 0, 2, 4,6, 8, 10, 12, 14.

c. Menghitung tekanan danvolume gas yang ditandaipengamatan pada hari ke 0, 2,4, 6, 8, 10, 12, 14.

Rumus tekanan :

Page | 9


Dimana : ρ = Berat Jenis Air, 1 Kg/m^3g = Gaya Gravitasi, 9.8 m/s^2h1 = tinggi gas (cm) h2 = tinggi air (cm)

Tekanan HidrostatisP= ρ x g x h

Dimana : ρ = Berat Jenis Air, 1 Kg/m3 g = Gaya Gravitasi, 9.8 m/s2 h = tinggi gas (m)

Rumus Volume Biogas

V=Π .(D)2 . h

4Dimana : V = volume gas bio (cm3) D = diameter selang (cm) h = tinggi kenaikan air dalam selang

d. Mengambil sampel gas biosebanyak 5 ml pada hari ke-14 dan kemudian dianalisislaboratorium UGM dengangas kromatografi.

6. Melakukan pembahasan untukperhitungan dan usulan yangdilakukan.

7. Kemudian penulis memberikansimpulan dan saran dari hasilpembahasan di atas.

D. HASIL DAN PEMBAHASAN1. Sistem Biodigester

Sistem yang digunakan dalamdigester ini adalah batch feeding.

Gambar 1. Disain Reaktor Biogas SederhanaKeterangan Gambar 1 : 1. Selang (d : 1 cm)

2. Termometer

3. Botol kaca (volume : 2,5 liter)

4. Papan sterofoam

5. Meteran

6. Air berwarna merah

7. Tutup botol kaca

2. PembahasanHasil pengukuran analisa gas

metan dari ketiga bahan bakupembuatan biogas diperolehkandungan gas metan teringgi darikotoan sapi yaitu 25,517%. Gasmetan terendah sebesar 0% darilimbah buah pepaya dan ecenggondok yang tersaji pada gambar4.14.

Page | 10


Gambar 2. Perbandingan HasilAnalisa Gas Metanpada ke-3 Bahan Baku

Perbandingan hasilpengukuran analisa pH pada haripertama dan terakhir dapat dilihatpada gambar 2. pH terendah didapatpada limbah buah pepaya senilai 4pada hari ke-14 dan pH tertinggipada kotoran sapi yaitu 8.

Gambar 3. Perbandingan Analisa pH pada ke-3 Bahan Baku

Hasil penelitian Fachry, dkk(2004) menunjukkan bahwa semakin

netral pH maka makin tinggi pulakadar CH4, sebaliknya kadar CO2akan menjadi semakin rendah.Sedangkan pH optimum dicapai padakotoran sapi. Hal ini diperkuatdengan penelitian Yonathan dkk(2013) yang menyatakan bahwa pHnetral dapat memacu perkembanganbakteri metana (metanigen) sehinggapada pH tersebut bakteri perombakasam asetat dapat tumbuh danberkembang biak secara optimal, halini akan berdampak pada produksigas yang dihasilkan.

Gambar 4. Perbandingan Analisa pH pada ke-3 Bahan Baku

Selain pH, kondisi suhu yangbaik menjadi salah satu hal yangsapat mempengaruhi dariproduktivitas biogas. Suhu yangideal akan membuat bakteri akanmudah berkembang sehinggapembentukkan gas metan akan cepat.Perbandingan suhu pada masing-masing digester dicatat selama prosespembentukan biogas berlangsung,temperatur yang diukur meliputi

Page | 11


temperature reaksi. Berdasarkangambar diatas, proses anaaerobikyang terjadi pada digester seluruhperlakukan berada dalam kisarantemperature 29-31 0C. Berbagailiteraur memberikan informasi yangberbeda-beda terhadap rentan suhubaik untuk menghasilkan biogas.Menurut Paimin (1995) temperatureyang baik dalam prosespembentukkan biogas berkisar antara20-40 0C.

Gambar 5. Perbandingan PengukuranTekanan Biogas pada ke-3 Bahan Baku

Pada hari ke-14 gambar 5.menunjukkan tekanan tertinggidihasilkan dari biogas limbah buahpepaya sebesar 666,4 pascal dantekanan terendah dari bigas ecenggondok sebesar 117,6 pascal.Lamanya waktu fermentasi

mempengaruhi tingginya tekanan.Semakin lama waktu fermentasi,tekanan yang dihasilkan semakintinggi. Kondisi tersebut berbandinglurus dengan volume biogas yangdihasilkan yang menandakanaktivitas mikroorganisme sedangbekerja merombak bahan organikyang menghasilkan gas.

Gambar 6. PerbandinganPengukuranVolume padake-3 Bahan Baku

Volume biogas tertinggi terjdaipada hari ke-14 dihasilkan darilimbah buah-buahan sebesar 13.35cm3, yang kemudian diikuti olehbiogas dari kotoran sapi sebesar 5,89cm3, dan terendah dari biogas ecenggondok yaitu 2,36 cm3. MenurutPadang (2011) perbedaan produksibiogas disebabkan karena

Page | 12


ketersediaan nutrisi (sumber energi)bagi bakteri anaerob yang berbeda-beda dari masing-masing bahanbaku, sehingga berdampak padaperbedaaan laju fermentasi darisetiap bahan baku.

E. KESIMPULAN DAN SARAN1. Kesimpulana. Potensi jumlah pembentukan gas

metan (CH4) terbaik pada harike-14 terdapat pada kotoran sapisebesar 25,517 % dengan pH 8,suhu 29,3 oC, tekanan gassebesar 294 pascal, dan volumesebesar 5,89 cm3. Biogas darilimbah buah-buahan dan ecenggondok masing-masing 0 %belum menghasilkan gas metan.

b. Bahan dasar yang paling efektifdalam menghasilkan gas metan(CH4) adalah limbah ternak darikotoran sapi.

2. Sarana. Perencanaan sistem penyediaan

Mengembangkan alat penelitianini menjadi desain alat / bahandan utilitas yang lebih kompleksdan efisien, sehinggadimungkinkan dapat memberikannilai efektifitas yang lebih tinggdalam mendapatkan gas.

b. Perlu dilakukan penelitian lebihlanjut mengenai komposisi bahandan penggunaan EM4 agar gasmetan (CH4) dapat terbentuk.

c. Lebih terseleksi / cermat dalammekanisme alat, media dankegiatan yang mendukungpenelitian dengan cara

menyeimbangkankomposisibahan dengan digester yangdigunakan, sehingga dapatdiperoleh hasil yang signifikandan sesuai.

d. Untuk penelitan lainnya perludilakukan kontrol (tanpa adapenambahan sarter) agar dapatmelihat perbedaan perbandingantanpa perlakukan dan denganperlakukan.

e. Perlu adanya penelitian lebihlanjut mengenai pengaruh pH,suhu, terhadap kemanpuan dalamhal ini proses anaerob.

f. Dalam analisis gas metan (CH4)perlu dilakukan setiap mingguagar lebih jelas perbantingan gasmetan dalam kandungan biogas.

g. Perlu dilakukannya uji nyala apiagar mengetahui secara langsunggas metan telah terbentuk.

F. DAFTAR PUSTAKABebefield L.D. and Randall C.W,

1979, Biological Process Design for Waste Water Treatment, Virginia polytechnic Institut and State University.

Brock,1991, Bakteri Selulotik Memecah dan Memotong Molekul Selulosa.

Fachry, H.A. Rasyidi., Rinenda, dan Gustiawan. 2004. Penentuan Nilai Kalorifik Yang Dihasilkan dari Proses Biogas. Jurnal Teknik Kimia. 2(5) : 7-12.

Page | 13


Harahap F. M. A. dan Ginting S, 1978, Teknologi Gas Bio. PusatTeknologi Pembangunan, ITB-Bandung

Padang, Y. A,. Nurchayanti, dan suhandi. 2011. Meningkatkan Kualitas Biogas dengan Penambahan Gula. Jurnal Teknik Rekayasa. 12(1) : 53-62.

Paimin, F.B. 1995. Alat Pembuat Biogas dari Drum. Penebar Swadaya : Jakarta. 49 Hlm

Suriawiria, U dan Sastamiharja, 1996, Faktor Lingkungan Biotis dan Abiotis Dalam Proses Pembentukan Gas Bioserta Kemungkinan Penggunaan Starter Efektif di Dalamnya, Lab. Mikrobiologi, ITB, Bandung.

Wahyu, Sri, MP, 2008. Biogas. Swadaya : Jakarta

Wahyuni, S. 2011. Menghasilkan Biogas dari Aneka Limbah. Edisi Pertama. PT Agro Medika Pustaka : Jakarta. 96 Hlm.

Yonathan, A., A. R.Prasetya, dan B, Pramudono, 2013. Produksi Biogas dari Eceng Gondok (Eicchorina Crissipes): Kajian Konsistensi dan pH Terhadap Biogas Dihasilkan. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri. 2(2): 211-215)

Page | 14

JURNAL REKAYASA LINGKUNGAN VOL.17/NO.2/Oktober 2017 Page | 15

JURNAL REKAYASA LINGKUNGAN VOL.17/NO.2/Oktober 2017 Page | 16

Journal Institut Teknologi Yogyakarta

Documents

Transcript of Journal Institut Teknologi Yogyakarta