POTENSI BIOGAS LIMBAH TAHU MENGGUNAKAN DIGESTERTLPE BATCH STRKULASI LIQaID PADA SIJHU 35 "C - 40 .C

Tina Mulya Gantina dan Hendri Pratama.Jurusan Teknik Konversi Energi - Politeknik Negeri Bandung

tinapolban@yahoo.co.id

Katabrnci: biogas,limbah tahu digestet sirkulasi liquid, suhu j5T-40T,

Jurral Tektrik Encrgi, \'o1.2,No.l, April20ll

Salah satu sumber energi alternatif yangberpotensi besar, ramah lingkungan, murah danbersifat dapat diperbaharui adalah biogas yangdihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahanorgan ik sebagai akibat aktivitas mikroorganismeanaerob. Zat hasil metabolisme mikrobaumumnya merupakan senyawa yangmengandung hidrogen, seperti etanol, metanol,atau gas methan. Mikroorganisme yang berperandalam produksi gas metan antara lain bakteriMethanobaclerium, Methanosarcia,Methanococcus.

Pada umumnya bahan organik yang digunakandalam pembuatan biogas adalah limbah bahan

ISSN 20E9 - 2527

organik makhluk hidup, terutama kotoran ternak,kotoran manusia, limbah industri tahu, limbahmakanan, tumbuhan eceng gondok, limbahpertanian dan lain sebagainya.

Pemanfaatan limbah industri tahu merupaliansalah satu cara untuk memproduksi energiterbarukan. Iindustri tahu skala rumah tangga diIndonesia yang tidak memiliki pengolahan limbahsisa produksi masih cukup banyak, padahallimbah industri tahu memiliki kandungansenyawa organik tinggi dan jika dimanfaatkandengan baik dapat berpotensi menghasilkanbiogas. Di samping itu, keuntungan lain dariproses pembuatan biogas juga merupakan prosespengolahan limbah, sehingga dapat mengurangipencemaran lingkungan. Limbah industri tahupada dasarnya hanya mengandung zat-zat organikyang dengan pengolahan sederhana atau secarabiologi dapat menghilangkan polutan yangterdapat di dalamnya. Penguraian polutan tersebutdapat dilakukan oleh mikroorganisme yang tidakmemerlukan oksigen bebas atau secaraanaerob.

Digester merupakan tempat terjadinya prosesanaerob. Saat ini biogas mulai terusdikembangkan baik dari segi pengembanganbahan maupun dari pengembangan sistem.Digester sirkulasi I iqu id detgan fermentasi kering(dry ferm e n t a t i o n te i th I i q u i d

AbstrakLimbah cair dan limbah padat induslri tahu mas ih memiliki kandungan senyswa organikyang atkup tinggi danjikadimanfaatkan dengan baik dapat berpotensi menghasilkan biogas. Pada penelitiqn ini dilakukan pembualan biogasdari limbah industri tahu dengan menggunakan dua buah digester tipe balch sistem sirkulasi liEtid yangdioperasikan secara berkesinambungan dengan mosing-masing bemolume digester 36 liler serta dilakukanpengaturan suhu pada 35 T - 40'C. Percoboan dilakukan dengan menggunakan komposisi bahan masukan 40 ok

limbahcair tahu, i096limbahpadat tahu, dan 30 o/o bioactivator sludge kotoran sapi, sertawaWu degradasi selama36 hari. Dari hasil pengujian diperoleh volume biogas total sebesar 26,7 litet komposisi CH, maksimum sebesar16,89 ol dan Potensi energi maksimum sebesar 26,j9 kJ yang dicapai pada hari ke-l5 dengan total potensi energibiogas yang dihasilkan sebesar 128.59 H. Jika dibandingkan dengan penelitiqn terdahuli dengan menggunakansistem sirkulasi liquid tanpa pengaturan suhu dan dengan system batch sederhana, maka hasil penelilian ini lebihbaih

: l4'7

PENDAHULUANDewasa ini dunia dihadapkan pada masalahglobal yang serius yaitu kelangkaan sumberenergi fosil. Krisis energi ini dipicu daripertumbuhan populasi manusia secara globaldan berkembang teknologi baru yangmembutuhkan energi listrik dalam melakukankinerja aplikasinya. Kegiatan penduduk duniayang terkonsentrasi pada pemanfaatan sumberenergi berupa minyak bumi harus dikurangi,karena cadangan minyak bumi semakin menipis.Hal ini yang menyebabkan para ahli danilmuwan terpacu untuk menemukan sumber-sumber energi alternatif.

Jurtral Teknik En.rgi, \b1.2, No.l, April2012

circulation) adalah salah satunya. Sistem biogasini telah banyak dikembangkan di negara maju,contohnya negara Jerman. Selama prosesberlangsung, cairan yang turun/keluar daribahan akan ditampung dan disirkulasikankembali kedalam digester dengan sistemsirkulasi liquid. Karena itu kandungan cairanpada bahan masukan tetap merata sehinggaaktivitas bakteri terutama bakterimethan ogenes is tetap terjaga keaktifannya danproduksi biogas pun dapat tetap berlangsung.

Selain kandungan cairan bahan masukandigester, suhu lingkungan digester pun menjadifaktoryang berpengaruh besar terhadap aktivitasbakteri. Temperatur optimum untuk digesterberkisar anatara 3OoC sampai dengan 40oC yangtermasuk mesophilic temperdture, Stafter(bioactivator) dalam memproduksi biogas perludigunakan, tanpa D ioactivator makabiogas yangdihasilkan kurang optimal. Energi yangterkandung dalam biogas tergantung darikonsentrasi gas metan (CHo).

Pada penelitian terdahulu telah dilakukanpembuatan biogas dari limbah sayuran denganmenggunakan digester tipe batch sistemsirkulasi liquid tanpa pengaturan suhu, dandihasilkan gas metan (CH.) maksimal sebesar8,2 o/o pada hari ke-52 (Dzikri,20ll) dan padalimbah makanan dihasilkan gas metan maksimalsebesar l,2olo pada hari ke 48 (Rohman, 20ll) .

Sedangkan penelitian pada pembuatan biogasdari limbah industri tahu yang menggunakandigester tipe batch sederhana, hanyamenghasilkan gas metan (CHo) maksimalsebesar 3,83 % (Wiwin, 2009). Oleh karena itupada penelitian kali ini akan dilakukanpembuatan biogas dari limbah industri tahudengan menggunakan digester sistem sirkulasiliquid dan pengaturan suhu pada mesophilictemperalure sekitar 35-40"C. Dengan sistem inidiharapkan dapat meningkatkan kualitas gas

metan (CH4) yang dihasilkan, sehingga potensienergi biogasnya menjadi lebih tinggi.

METODOLOGIPENELITIAN

ISSN- 2089 - 252?

bekerja secara berkesinambungan. Pada tipedigester biogas ini terdapat beberapa komponenpenting, yaitu dige ster lipe batch dengan volume36 liter, penampung gas, penampung cairan,pompa dan sistem pemipaan yang lengkapdengan valve serta sambungan pipa. Bahan bakuyang digunakan adalah campuran 40% hfib^hcair tahu, 30% limbah padat tahu dan 30Vo

bioactivator alami berupa sludge kotoran sapi,Tempat penelitian dilakukan di LaboratoriumTermal (Lab, Bawah) Jurusan Teknik KonversiEnergi dengan waktu pelaksanaan selamakurang lebih I bulan.

ctl

Gambar l. Alur pembuatan digester dan biogas

DesainAlatDesain digester biogas dengan 2 digester tipebatch sistem sirkulasi liquid secaraberkesinambungan ditunjukan pada skematikGambar2 dibawah ini.

II

1

-'r1

I

lat--.(bl

turri.LhLb

,-.- br-

L.la

t-*.LL.r.& I

lrt$r-hraha

l-*rLLrr-*--,

lq*rlrr lrr*.a-f.t-i.i3-

tr.Lf..1.l &.rl.E

S-l

FElIlltIrr!*d

118

Pada penelitian ini dilakukan pembuatan alatpenghasil biogas (digester) dengan sistemsirkulasi /rgzrd menggunakan dua digester yang

Tahapan PenelitianDalam membuat digester biogas dengan 2digester tipe batch sistem sirkulasi /iquid secaraberkesinambungan, terdapat beberapa tahapanyang ditunjukan pada Gambar I diba*ah ini.

Jurnal Teknik Energi, \bt.2,No.l, April2012

t!.rt!gflH-"

Gambar 2. Skema digester sistem sirkulasi /rgaiddengan inkubator pengaturan suhu

Keterangan:tl Dua buah digester dengan sistem sirkllasi

liquid yang dioperasikan secaraberkesinambungan;

. Inkubator pengaturan suhu lingkungandigester pada 35"C - 40'C:

. Tempat penampungan cairan keluaran daribahanmasukan;

. Tempatpenampungan gas;

. Pemipaan dan pompa sirkrlasi.

Pembuatan Inkubator Pengaturan SuhuUntuk pengaturan temperatur digester, dipasangelemen pemanas (heater) yang ditempatkanpada sebuah kotak tempat menyimpan digester.Kotak tersebut terbuat dari papan dan dilapisiisolasi dari sterofoam pada setiap sisinya danmenyerupai inkubator. Pada salah satu sisi kotakdilubangi seukuran pipa yang menujupenampung fuida. Elemen pemanas terbuat darirangkaian listrik yang terdiri dari 6 buah lampupijar 40 Watt. Digester dikondisikan di dalaminkubatorpada suhu 35"C - 40'C, untuk n.renj agakelan gsungan hidu p bakteri me s ophil i c.

Sistem KerjaAlatSetelah bahan-bahan pembuat biogas dimasukanke dalam digester, maka perlahan-lahan fasacaian (liquid) dari bahan akan turun dan masukke dalam penampung cairan dengan melaluisaringan. Selanjutnya pompa dioperasikansehingga cairan dalam penampung akan naik

ISSN 20E9 - 2527

menuju digester dan disebarkan kembali kedalam bahan pembuat biogas.

Pada saat pengoperasian alat ini perludiperhatikan bukaan katup pada saluran airsirkulasi dan saluran gas. Ketika hanya digesterI yang beroperasi maka katup saluran airsirkulasi menuju digester 2 harus ditutup untukmencegah cairan dari penampung tidak masukke digester 2 dan untuk menghindari masuknyaudara ke dalam sistem. Begitupun dengansaluran gas dari digester 2 harus ditutup rapatuntuk menghindari masuknya gas daripenampung gas ke dalam digester2.

Sedangkan ketika kedua digester beroperasisecara bersamaan, maka semua katup baik padasaluran air sirkulasi maupun saluran gas harusterbuka sehingga ketika cairan disirkulasikan,maka cairan akan masuk menuju digester I dandigester 2 secara bersamaan dan gas yangdihasilkan dari kedua digester akan menuju kepenampung gas. Sementara itu juga, inkubatorpengatur suhu dikondisikan pada 35 "C -40'C.

HASILDANPEMBAHASAN

Komposisi dan Karakteristik BahanLimbah padat dan limbah cair tahu untuk bahanmasukan digester diambil dari Desa Cibuntuyang merupakan pusat industri tahu di KotaBandung. Sedangkan bioactivalor yangdigunakan adalah sludge kotoran sapi yangmerupakan lumpur keluaran dari digester biogaskotoran sapi yang berlokasi di daerah LembangKabupaten Bandung Barat.

Berdasarkan hasil pengujian di LaboratoriumBuangan Padat dan 83 Teknik Lingkungan ITB,karakteristik bahan masukan digester berupacampuran linbah cair lahl 40%o, limbah padattahu (30%) dan sludge kotoran sapi (30%)adalah ditunjukkan pada Tabel l.

Pada Tabel 1 terlihat bahwa kandungan air bahancukup besar yaitu 90,85%, dengan demikiankandungan padatannya cukup kecil y aitu 9,lsyo.Kadar air ini sangat penting dan berpengaruhterhadap aktivitas bakteri anaerobik di dalamdigester. Apabila kadar air terlalu kecil makabakteri anaerobik ke s u litan untukmengdegradasi bahan dalam digester. MenurutEPA USA 2002 [Prometheus,2005],disarankan agar digester biogas menggunakan

Ert! rDa

?!mrTlJta

149

,ort5 at. rrdIED

Jurnal Tcknik Encrgi, !b1,2, No.r, April20l2

slurry dengan kandungan padatan maksimal12,5%. Oleh karena itu, kandungan padatan

bahan masukan sudah cukup baik karena beradadibawah 12,SYo.

Tabel l. Karakteristik bahan -nasukan ter

CatoEn: BK= Beratkering, BB = Berolbasah

Sedangkan nilai pH bahan adalah 5,89, hal inikurang optimum karena pH optimum bahanmasukan adalah 7 hingga 8,5 (Suyitno, 2010).Selain itu, nilai rasio C.N bahan adalah sebesar93,7l.Hal initerlalu tinggi dan tidak optimum,karena rasio CN yang optimum adalah padakisaran 20-30 (Sasse, 1988). Nilai rasio CA{ inisangat berpengaruh terhadap aktivitas bakteridalam membentuk metan. Apabila rasio C/Ntinggi, nitrogen akan dikonsumsi sangat cepatoleh mikroorganisme hingga batas persyaratanprotein dan tak lama akan bereaksi ke arah kiripada kandungan karbon dalam bahan. Sebagaiakibatnya produksi metan menjadi tidakmaksimal (Suyitno, 2010). Sebaliknya ketikarasio C/N rendah, nitrogen akan bebas danberakumulasi dalam bentuk amoniak yang akanmsningkatkan nilai pH bahan, dan ketika pHlebih tinggi dari 8.5 akan mulai menghasilkanracun bagi bakteri Mc t hanoge ne s is.

ProduksiBiogasProses pengisian bahan terbagi menjadi 2 tahapyaitu pertama pada digester t yang lebih awalberoperasi dan dilanjutkan pada digester 2 yangberoperasi saat digester I sudah beroperasiselama l3 hari. Gambar 3 menunjukan volumebiogas terukur dan volume biogas akumulasidari kedua digester selama 36 hari. Pada Gambar3 terlihat bahwa total produksi biogas padakedua digester selama 36 hari adalah sebesar26,66 liter. Sedangkan volume biogas hariantertinggi yaitu seb esar 4,22literltiga hari terjadipada hari ke- 15.

,0000

2J000

20000

15000

+

lo000

too0

o

/+ 6 9 1215 18212427303336Hl.IkG

rssN 2089 - 2527

Gambar 3. Volume biogas harian dan akumulasi

biogas terhadap waktu degradasi

Dari data di atas terlihat bahwa penelitian inisesuai dengan teori yang di ungkapkan Fry(1973) pada sistem batch, apabila bakteribekerja pada temperatur 35 "C - 40 "C (bakterimesophilic) produksi gas berjalan dengan cepat

tetapi untuk selanjutnya produksi gas akan

mengalami penurunan. Hal ini disebabkan pada

rentang suhu tersebut bakteri akan sangat aktifmendegradasi bahan dan nutrisi sehingga bahanyang ada di dalam digester cepat habis dan lama-kelamaan bakteri mesophilic akan kehabisan

nutrisi dan mati.

Dari hasil pengujianjuga diperoleh total volumebiogas sistem saat hanya digester I beroperasi

sebesar 5,27 liter sampai hari ke-12. Dengandemikian rata-rata produksi biogas pada digesterI sebesar 439 mL/hari. Sedangkan setelah

digester 1 dikombinasikan dengan digester 2jumlah total volume biogas menjadi 26,66 liter.Maka rata-rata produksi biogas sistem ini adalah

sebesar 740 mllhari.

Komposisi BiogasBerdasarkan hasil pengujian komposisi biogasyang dilakukan di Laboratorium Teknologi XDepartemen Teknik Kimia ITB, diperolehkomposisi biogas pada digestertipe Datcft sistem

sirkulasi /rgzrd seperti pada Gambar 4. DariGambar tersebut terlihat bahwa komposisibiogas yang dihasilkan sistem terdiri atas gas

CHo, Or, N, H, dan COr, dengan komposisi

biogas masih didominasi oleh gasN, dan CO,.

\

\\

!

:

No Jenis Anallsa SatuanHaril

AnaliraC-Oreanik %BK 4498

2

3

4

Nitrogen TotalKieldhal (NTK)pHKadar Air %BB

%BK 0,48

5,8990,85

5 Berat Jenis g/cmr 1096 CN Ratio 93;1t

150

-gIl,E

-ao

1

Jurnal Teknik f,ncrgi, \b|.2, No.l, April20t2

90

-80870eg35lor30si3

0

x crlll

o2

ll2

H2

co2

x

t6

412 15 18 21 242t 30 33 35

Hrrl kr-

A. a\.,_l.I

----..-a /:\\/ \ \&_-,/ -\

.F-ri!-Ir-r

7 tt?

Gambar 4. Komposisi biogas terhadap waktudegradasi

Kandungan gas metan (CHr) telah terbentukpada hari ke-4 yaitu sebesar 13,96olo.Selanjutnya pada hari ke-12 diperotehkandungan CHo sebesar 12,66Yo, dan persentasekandungan CHo maksimal terjadi pada hari ke-l5 yaitu sebesar 16,89%.

Berdasarkan data komposisi biogas, padapenelitian ini diperoleh komposisi gas metanterbesar yang masih rendah (hanya 16,89%),padahal menurut teori (Meynell, 1976)kandungan biogas dapat dikatakan baik apabilabiogas mengandung persentase gas metan (CH.,)sebesar 55-75 0/o. Dengan demikian penelitianini masih kurang optimal.

Oleh karena itu, potensi biogas dari limbahindustri tahu ini dapat lebih dioptimalkan lagi,diantaranya dengan memaksimalkan beberapaperlakuan awal bahan agar karakteristik CA{rasio, kadar aiq dan pH bahan menjadi optimal,atau dengan cara pemilihan teknologidari sistembiodigester.

Jika dibandingkan dengan penelitian terdahulu,biogas dari l imbah sayuran denganmenggunakan digester tipe batch sistemsirkulasi liquid tanpa pengaturan suhudihasilkan gas metan (CH.) maksimal sebesar8,2 Yo pada hari ke-52 (Dzikri, 20tt), padalimbah makanan dihasilkan gas metan maksimalsebesar 1,20% pada hari ke 48 (Rohman, 2011),dan biogas dari limbah industri tahunrenggunakan digester tipe batch sederhanahanya menghasilkan gas metan (CHo) maksimalsebesar 3,83 % (Wiwin, 2009). Dengandemikian komposisi gas metan yang dihasilkanpada penelitian ini lebih tinggi dibandingkanpenelitian sebelumnya.

Nilai Kalordan Potensi Energi BiogasBerdasarkan data volume dan komposisi biogaspada Gambar 3 dan 4, serta nilaikalor(LHV) gasCHo murni sebesar 55000 kJ/kg atau 37018,50kJ/m3, maka dapat dihitung nilai kalor biogas danpotensi energi biogas yang ditunjukkan padaGambar 5 dan 6.

_7000.00.!6000.00

$ooo.oo

=iooo.oo!:ooo.oo$ooo.oo4tooo.ooz o.oo

4 12 15 18 711127 30 33 36HdbGambar5. Nilai kalor biogas rerhadap waktu

Pada Gambar 5 terlihat bahwa nilai kalor biogasterbesar terjadi ketika kandungan gas metan(CH") tertinggi, yaitu pada hari ke-15 dengannilai kalor biogas sebesar 6252 kJ/m'. dan nilaikalor biogas rata-rata sekitar 5000 kJ/m'.

rssN 20E9 - 2s27

30.00

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00

.l.

aI.!ltl

412 15 18 21Htd

24 27 30 33 36kr

II

J

Gambar6. Potensi energi biogas terhadap waktu

Sedangkan pada Gambar 6, terlihat total potensienergi biogas sampai hari ke 36 adalah sebesar128,59 kJ, sedangkan potensi energi biogastertinggi yaitu sebesar 26,39 kJ terjadi pada harike-15. Potensi energi biogas tertinggi ini jugaterjadi bersamaan dengan kandungan gas metan(CHo) terbesaryaitu sebesar 16,89% pada harike15.

KESIMPULANPada pembuatan biogas dari limbah industri tahudengan pengaturan suhu lingkungan pada 35"C-40"C (mesophilic temperature) menggunakandigester sistem sirkulasi /rqard volume 36 literdengan waktu degradasi selama 36 hari,

151

)

--r, - --a

(Jurn.l Tcktrik Encrgi, Vol.2 , No.l, April2012

diperoleh total volume biogas sebesar 26,7liter, dengan rata-rata produksi biogasadalah sebesar 740,56 mUhari.

2. Kandungan CFi,, maksimum yang dihasilkanterjadi pada hari ke-15 yaitu sebesar16,89%, dengan nilai kalor sebesar 6252.42kJ/m'dan total potensi energi biogas sampaihari ke 36 sebesar 128,59 kJ. Hasil ini lebihbaik jika dibandingkan dengan penelitianterdahulu.

ISSN 20t9 - 2s2?

Tersedia (onlrze): . (di akses pada4 Juni 201l).TNS, Loock Biogassysteme-Hamburg. 1988.

The Loock system pruduces biogas andcompostrtvm biomasswith the Loock TNSdry fermenl al i on prrcess. Hamburg.

TNS, Loock Biogassysteme-Hamburg. 1988.Efrziente Yergarung von Grassilage mitdem Loock Trocken-Nass-simultean-(f NS) Verfaren: ProjecktB i o kr aftw e r ks r ing Sc he su) ig- Hols te in.Hamburg.

152

)

DAFTARPUSTAKADaryanto. 2007. Energi: Masalah dan

Pemanfaatannya Bagi KehidupanManusia, Yogyakarta, P.T. PustakaWidyatama.

Fry,L.l. 1973. Methane Digesters for Fuel Gasand Fertilizer. Tersedia (online):http://journeytoforever.org/biofueI librarv/I,IethaneDigesters/MDl.html. (di aksespada4Juni201l).

Gunnerson, C.G., and D.C. Stuckey. 1986.Intregated Resources Recovery AnaerobicDigestion Principles ond Proctices forBiogas System. World Bank TechnicalPaperNunrber49. Washington DC.

Gustaf, Deny Mugitawakal. 2011.Perbandingan Potensi Biogas dariLimbah Sayaran dan Sampah Makanandengan Menggunakan Digester TipeBatch Sirkulasi Liquid. Bandung,PoliteknikNegeri Bandung.

Kamarudin, A., Abdul. dkk. 1995. Energi danLi str i k P e r ta n io n, Ac a d e m ic D ev el oprnentofThe Graduate Prograrrr. Bogor. InstitutPertanian Bogor.

Meynell, P.J. 1976. Methane: Planning aD ige ster. G reatBritain, Prism Press.

Omaq Harun. 2008, Anaerobic Threattnent ofCattle Manure for Biogas Production.Kuala Lumpur, Un ivers ity putraMalaysia. Tersedia (online):htto://id.wikioedia.org/wiki/Biogas (4Juni20l l).

Rusmiati, Wiwin. 2009. Potensi Litnbah Cairdan Limbah Padat Industri Tahu MenjadiBiogas Menggunakan Digester TipeBalclr. Bandung, Politeknik NegeriBandung.

Sufyandi, Buyung. 2001. Bakteri danMi kroorgan is m e P e nfi u a t B i o gct s -

)