PENGARUH VARIASI SUDUT SERANG SUDU PENGARAH BENTUK …repository.ub.ac.id/2223/1/BENIDIKTUS LOVIAN...

PERBANDINGAN KINERJA PURIFIKASI BIOGAS

MENGGUNAKAN NaOH DAN Ca(OH)2 DISEKITAR

TITIK JENUH LARUTAN

SKRIPSI

TEKNIK MESIN KONSENTRASI TEKNIK KONVERSI ENERGI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

BENIDIKTUS LOVIAN WICAHYO

NIM. 135060201111074

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

DAFTAR PUSTAKA

Al Seadi, T. (2008). Biogas HandBook. Esbjerg, Denmark : ISBN 978-87-992962-0-0

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. (2016). Outlook Energi Indonesia 2016.

Jakarta : ( BPPT). ISBN 978-602-74702-0-0

Cundari, L., Selpiana., Wijaya, C.K. & Sucia, A. (2014). Pengaruh penggunaan solven

natrium karbonat (na2co3) terhadap absorpsi co pada biogas kotoran sapi

dalam spray column. Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 20, Desember 2014

Chang, R. (2003). Kimia Dasar edisi ketiga. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Han, S.J., Yoo, M. Kim, D.W. & Wee, J.H. Carbon Dioxide Capture Using Calcium

Hydroxide Aqueous Solution As The Absorbent. Energy Fuels 2011, 25, 3825-

3834

Hotma, L. (2015). Pengaruh Jumlah Lubang Bubble Generator dan Kosentrasi NaOH

Terhadap Kandungan CH4 dan CO2 Pada Purifikasi Beringkat Sistem Kontinyu.

Skripsi. Tidak Dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Kumoro, A. K. & Hadiyanto. (2000). Absorpsi Gas Karbondioksid Dengan Larutan Soda

Api Dalam Kolom Unggun Tetap. Forum Teknik Jilid 24, No. 2.

Kordlylewski, W., Sawicka, D. & Falkowski, T. Laboratory tests on the efficiency of

carbon dioxide capture from gases in naoh solutions. Journal of ecological

engineering Volume 14, No. 2, April 2013, pp. 54–62

Mitzlaff, K.V. (1988). Engines Of Biogas. Deutsche Gesellschaft Fur Technische

Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, Germany.

Pranowo, P. S. (2014). Efektivitas Absorben Dengan Variasi Tinggi Tubing Dalam

Penyerapan Gas Karbondioksida Pada Sistem Purifikasi Gas. Skripsi. Tidak

Dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Putra, I. A. S. (2016). Pengaruh Laju Aliran Biogas Terhadap Purifikasi dan Penyimpanan

CH4 Dengan Sistem Kompresi. Skripsi. Tidak dipublikasikan. Malang :

Universitas Brawijaya.

Tajalli, A. (2015). Panduan Penilaian Potensi Biomassa Sebagai Symber Energi Alternatif

Di Indonesia. Jakarta. Penabulu Alliance.

Uwar, A.N., Wardana, ING. & Widhiyanuriyawan, D. (2012). Karakteristik Pembakaran

CH4 Dengan Penambahan CO2 Pada Model Shaw Cell Pada Penyalaan Bawah.

Junal Rekayasa Mesin Vol.3, No. 1 Tahun 2012 : 249-257

Walsh, J. L., Ross, C.C., Smith, M.S. & Wilkins, W. A. (1988). Handbook on Biogas

Utilization. Georgia. The Environment, Health, and Safety Division Georgia

Tech Research Institute Atlanta.

Widhiyanuriyawan, D. & Sugiarto. (2014). Biogas Purification Using Natural Zeolite and

NaOH. Applied Mechanics and Materials Vol. 664 (2014) pp 415-418.

Widhiyanuriyawan, D., Hamidi, N. & Trimandoko, C. (2014). Purifikasi Biogas dengan

Variasi Ukuran dan Massa Zeolit terhadap Kandungan CH4 dan CO2. Jurnal

Rekayasa Mesin Vol.5, No.3 : 27-32.

Yincheng, G., Zhenqi, N. & Wenyi, L. (2011). Comparison of removal efficiencies of

carbon dioxide between aqueous ammonia and NaOH solution in a fine spray

column. Energy Procedia 4 (2011) 512–518

Yoo, M., Han, S.A. & Wee, J.H. (2012). Carbon dioxide Capture Capacity of Sodium

Hydroxide aqueous Solution. Journal Of Environmental Management 114

(3013) 512-519

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan

rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi dengan judul

“Perbandingan Kinerja Purifikasi Biogas Menggunakan NaOH dan Ca(OH)2 Disekitar Titik

Jenuh Larutan” ini dengan baik.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan dan penyelesaian skripsi ini telah dibantu

oleh banyak pihak. Oleh sebab itu, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada

semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini :

1. Dr.Eng. Nurkholis Hamidi, S.T., M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Brawijaya.

2. Purnami ST., MT, selaku Sekertaris Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas

Brawijaya.

3. Dr.Eng. Widya Wijayanti, ST., MT, selaku Ketua Program Studi S-1 Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.

4. Dr.Eng. Denny Widhiyanuriyawan, ST., MT, selaku dosen pembimbing I skripsi dan

Kepala Laboratorium Tenaga Surya dan Energi Alternatif yang telah memberikan

pengarahan, bimbingan dan motivasi selama penyusunan laporan skripsi.

5. Khairul Anam ST., M.Sc. selaku dosen pembimbing II skripsi yang telah memberikan

pengarahan, bimbingan dan motivasi selama penyusunan laporan skripsi.

6. Bayu Satria Wardana, ST., M.Eng. selaku dosen penasehat akademik Jurusan Teknik

Mesin Universitas Brawijaya.

7. Bapak I Putu Jasmani dan Ibu Yohana Fransiska Mujiati sebagai kedua orang tua saya

atas kasih sayang, doa, dan motivasi, dukungan moral dan materil yang diberikan selama

ini.

8. Whanarian Mukti Cahyo sebagai kakak dan Arma Medika Triwicahyo sebagai adik yang

selalu memberi motivasi

9. Ayah Antonius Juwari yang selalu memberi pengarahan saat masih diberi kehidupan

10. Seluruh Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan ilmu

pengetahuan yang sangat mendukung selama penyusunan skripsi ini.

11. Seluruh Staf Administrasi Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya yang telah

banyak membantu dalam pengurusan administrasi.

12. Rekan-rekan Asisten Laboratorium Tenaga Surya dan Energi Alternatif Dwiki, Falih,

Yunus, dan Farhan yang telah banyak membantu.

ii

13. Teman-teman Mesin angkatan 2013 yang selalu memberikan semangat, motivasi, serta

seluruh dukungan yang diberikan.

14. Teman-teman ARM’2013 yang selalu memberikan semangat, motivasi, serta seluruh

dukungan yang diberikan

15. Saudara Thowil, Agung dan Fahmi selaku teman seperjuangan dalam menyelesaikan

skripsi yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan permasalahan.

16. Seluruh pihak terkait yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna,

oleh karena itu penulis menerima segala kritik yang bersifat membangun di kemudian hari.

Akhirnya penulis berharap semoga penulisan skripsi bermanfaat bagi semua pihak.

Malang, Juni 2017

Penulis

Lampiran 1 Tabel Propertis CH4

Massa Jenis CH4

Tekanan = 1 atm = 0,101325 Mpa

Temperature = 20OC

Interpolasi

300 − 293

290 − 293=

0.65 − 𝑎

0.68 − 𝑎

7

−3=

0.65 − 𝑎

0.68 − 𝑎

𝑎 = 0.671 𝑘𝑔

𝑚3

Lampiran 2 Perhitungan LHV dan HHV CH4

𝐶𝐻4 + 2(𝑂2 + 3.76 𝑁2) → 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 7.52 𝑁2

∆ 𝐻𝑐 = 𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛 − 𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘

𝐿𝐻𝑉 = ∆ 𝐻𝑐 = 𝐻𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛 − 𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘

𝐿𝐻𝑉 = (∆𝐻𝐶𝐻4𝑜 ) + 2(∆𝐻𝑂2

𝑜 ) + 7,52(∆𝐻𝑁2𝑜 ) − (∆𝐻𝐶𝑂2

𝑜 ) − (∆𝐻𝐻2𝑂𝑜 )𝑢𝑎𝑝 − 7.52(∆𝐻𝑁2

𝑜 )

𝐿𝐻𝑉 = −74,87 + 0 + 0 − (−393,52) − 2(−241,82) − 0

𝐿𝐻𝑉 = 802,31 𝑘𝑗

𝑚𝑜𝑙

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐶𝐻4 = 12 + (1 𝑥 4) = 16𝑘𝑔

𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙

𝐿𝐻𝑉 =802,31

𝑘𝑗𝑚𝑜𝑙

16𝑘𝑔

𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙

= 802,31 𝑥1000

16 𝑘𝑗/𝑘𝑔

𝐿𝐻𝑉 = 50144,375𝑘𝑗

𝑘𝑔

𝐿𝐻𝑉 = 50144,375𝑘𝑗

𝑘𝑔

Untuk mendapat nilai HHV, perlu diketahui molal air dalam bentuk cair pada suhu 25%.

Untuk mengetahui nya diperlukan entalpi pembakaran uap air pada 25OC, yakni Hfg = 43,98

Kj/ mole

𝐻𝑓𝑔(250𝐶, 1 𝑎𝑡𝑚 = ℎ𝑢𝑎𝑝 − ℎ𝑐𝑎𝑖𝑟

𝐻𝑓𝑔(250𝐶, 1 𝑎𝑡𝑚 = ℎ 𝑢𝑎𝑝 − ℎ 𝑐𝑎𝑖𝑟

43,98𝐾𝑗

𝑚𝑜𝑙𝑒= −241,83 − 43,98 = −285,81

𝑘𝑗

𝑚𝑜𝑙𝑒

𝐻𝐻𝑉 = 74,87 + 0 + 0 − (−393,52) − 2(−285,81) − 0

𝐻𝐻𝑉 = 890,27𝑘𝑗

𝑚𝑜𝑙

Karena massa molar CH4 = 16 kg/ kmol

Maka HHV berbasis massa adalah

𝐻𝐻𝑉 = 890,27 𝑥1000

16= 55641,875 𝐾𝐽/𝐾𝑔

Lampiran 3 Massa NaOH tiap Fraksi Volume

Volume Larutan NaOH = 3000 ml

Contoh Perhitungan

𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(%) =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛

40 % =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

3000 𝑚𝑙

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 = 1200 𝑚𝑙

𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚 = 2.13 𝑥 1200

𝑚 = 2566 𝑔𝑟𝑎𝑚

Fraksi Volume (%) Massa Zat terlarut (NaOH) (gram)

40 2566

45 2875,5

50 3195

55 3514

60 3834

Lampiran 4 Massa Ca(OH)2 tiap Fraksi Volume

Volume Larutan Ca(OH)2 = 3000 ml

Contoh Perhitungan


𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛

0.07% =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

3000 𝑚𝑙

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 = 2,359 𝑚𝑙

𝑚 = 𝜌 𝑥 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚 = 2.24 𝑥 2,359

𝑚 = 5,28 𝑔𝑟𝑎𝑚

Fraksi Volume (%) Massa Zat terlarut (Ca(OH)2) (gram)

0 0

0.07 5.28

0.15 10

0.3 20

0.45 30

iii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR............................................................................................. i

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

DAFTAR TABEL .................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vi

DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................... vii

RINGKASAN........................................................................................................... viii

SUMMARY.............................................................................................................. ix

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ......................................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Sebelumnya.............................................................................. 5

2.2 Biogas......................................................................................................... 6

2.2.1 Definisi Biogas .................................................................................. 6

2.2.2 Reaksi pembentukan biogas .............................................................. 7

2.2.2 Karakteristik Gas Penyusun Biogas .................................................. 7

2.3 Purifikasi Biogas ........................................................................................ 8

2.3.1 Absorpsi ............................................................................................ 9

2.3.2 Adsorpsi ............................................................................................ 9

2.3.3 Pemisahan Dengan Membran ........................................................... 12

2.3.4 Pemisahan Kriogenik ........................................................................ 13

2.3.5 Konversi Kimia ................................................................................. 14

2.4 Larutan ....................................................................................................... 14

2.4.1 Reaksi Pengendapan atau Larutan Jenuh .......................................... 14

2.4.2 Larutan Asam dan Basa .................................................................... 15

2.4.3 NaOH ................................................................................................ 16

iv

2.4.4 Ca(OH)2............................................................................................. 17

2.4.5 Kosentrasi Larutan ............................................................................ 18

2.4.6 Teori Penyerapan Oleh Larutan NaOH ............................................. 19

2.4.7 Teori Penyerapan Oleh Larutan Ca(OH)2 ......................................... 20

2.4.8 Reaksi Penetralan Asam Basa ........................................................... 21

2.5 Bubble Generator ....................................................................................... 21

2.6 Sistem Penabungan Biogas........................................................................ 22

2.7 Nilai Kalor Pembakaran ............................................................................. 23

2.8 Hipotesa...................................................................................................... 24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian....................................................................................... 25

3.2 Tempat dan Waktu Pelaksanaan Penelitian ............................................... 25

3.3 Variabel Penelitian ........................................................................................... 25

3.4 Alat dan Bahan Penelitian .......................................................................... 26

3.5 Instalasi Penelitian ..................................................................................... 29

3.6 Prosedur Penelitian..................................................................................... 30

3.7 Prosedur Pengambilan Data ....................................................................... 30

3.8 Diagram Alir Peneliian .............................................................................. 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengolahan Data......................................................................................... 33

4.2 Perbandingan Efesiensi Penyerapan CO2 Menggunakan Larutan NaOH dan

Ca(OH)2............................................................................................................ 37

4.3 Perbandingan Nilai Kalor Biogas Setelah Purifikasi ................................. 40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan................................................................................................ 43

5.2 Saran .......................................................................................................... 43

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

v

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

Tabel 2.1 Komponen Penyusun Biogas ...................................................................... 6

Tabel 2.2 Kelarutan yang khas darin senyawa- senyawa ionic dalam air

pada suhu 25OC........................................................................................... 15

Tabel 2.3 Tabel Reaksi Ionisasinya ............................................................................. 16

Tabel 2.4 Kosentrasi Larutan dalam satuan fisika ....................................................... 18

Tabel 2.5 Kosentrasi Larutan dalam satuan Kimia ...................................................... 19

Tabel 2.6 Kesesuaian Penyimpanan Biogas ................................................................ 22

Tabel 2.7 Nilai Kalor Pembakaran .............................................................................. 23

Tabel 4.1 Tabel Kandungan Karbondioksida Setelah Melewati Larutan NaOH ........ 33

Tabel 4.2 Tabel Kandungan Karbondioksida Setelah Melewati Larutan Ca(OH)2 .... 35

Tabel 4.3 Nilai kalor pembakaran biogas setelah melewati larutan NaOH ................. 40

Tabel 4.4 Nilai kalor pembakaran biogas setelah melewati larutan Ca(OH)2 ............. 41

vi

DAFTAR GAMBAR

No. Gambar Judul Halaman

Gambar 2.1 Struktur Kimia Zeolite ................................................................... 11

Gambar 2.2 Penyerapan CO2 oleh zeolite .......................................................... 12

Gambar 3.1 flowmeter ........................................................................................ 27

Gambar 3.2 pressure gauge gas ........................................................................ 27

Gambar 3.3 Stopwatch ........................................................................................ 28

Gambar 3.4 Timbangan Digital .......................................................................... 28

Gambar 3.5 Stargas ............................................................................................ 29

Gambar 3.6 Skema Instalasi ............................................................................... 29

Gambar 4.1 Purifikasi menggunakan larutan NaOH dalam presentase Volume

(a.) Penyerapan CO2 (b.) Presentase CH4 di Biogas ....................... 33

Gambar 4.2 Purifikasi menggunakan larutan Ca(OH dalam presentase Volume

(a.) Penyerapan CO2 (b.) Presentase CH4 di Biogas ....................... 35

Gambar 4.3 Grafik Efesiensi Penyerapan Karbondioksida (CO2) ...................... 37

vii

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul

Lampiran 1 Tabel Properties CH4

Lampiran 2 Perhitungan LHV dan HHV CH4

Lampiran 3 Massa NaOH tiap Fraksi Volume

Lampiran 4 Massa Ca(OH)2 tiap Fraksi Volume

viii

RINGKASAN

Benidiktus Lovian Wicahyo, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Brawijaya, Mei 2017, Perbandingan Kinerja Purifikasi Biogas Menggunakan NaOH dan

Ca(OH)2 di Sekitar Titik Jenuh Larutan, Dosen Pembimbing : Dr.Eng. Denny

Widhiyanuriyawan, ST., MT. dan Khairul Anam, ST., M.Sc.

Biogas adalah biomassa yang dapat terus dikembangkan karena secara ekonomis tidak

memerlukan biaya produksi besar untuk mendapatkan bahan baku. Kandungan utama biogas

adalah gas metana dan gas karbondioksida dimana kandungan gas karbon dioksida

merupakan inhibitor pada proses pembakaran. Sehingga kandungan senyawa

karbondioksida tersebut harus dihilangkan dengan cara purifikasi. Oleh karena itu pada

penelitian ini dikaji pemurnian biogas dengan menggunakan Larutan NaOH pada fraksi

volume 40% ; 45% : 50% ; 55% ,60 % dan juga Ca(OH)2 pada fraksi volume 0% ; 0,07% ;

0,15% ; 0.30% ,0.45% Yang berada disekitar titik jenuh larutan sekaligus membandingkan

larutan manakah yang lebih efektif digunakan purifikasi. Diteliti juga hasil purifikasi tiap 4

menit ; 8 menit ; 12 menit ; 16 menit dan 20 menit. Hasil penelitian menunjukan Larutan

NaOH dan larutan Ca(OH)2 dapat menyerap kandungan karbondioksida (CO2) didalam

biogas. Kemampuan Menyerap karbondioksido (CO2) selama waktu 20 menit yaitu pada

menit ke-4, ke-8, ke-12, ke-16 dan ke-20 adalah tidak terdapat perbedaan hasil purifikasi.

Baik menggunakan larutan NaOH ataupun Larutan Ca(OH)2. Perbandingan Efesiensi

penyerapan CO2 menggunakan larutan NaOH dan Ca(OH)2 adalah larutan NaOH memiliki

efesiensi penyerapan tertinggi pada fraksi Volume 50% yaitu sebesar 91,288%. Sedangkan

larutan Ca(OH)2 memiliki efesiensi penyerapan tertinggi pada fraksi volume 0.07% yaitu

sebesar 68,108%. Dari kedua larutan tersebut dapat diketahui bahwa titik optimal

penyerapan karbondioksida (CO2) terdapat pada titik jenuh larutan. Yaitu kemampuan zat

terlarut untuk larut dalam zat pelarut. Pada Larutan NaOH dimana larutan jenuh berada di

Fraksi Volume 50% sedangkan Ca(OH)2 berada pada fraksi volume 0,07%. Dan nilai kalor

pembakaran biogas mengalami peningkatan setelah melewati larutan purifikasi.

Kata Kunci : Biogas, Larutan, Fraksi volume, NaOH, Ca(OH)2, dan Jenuh

ix

SUMMARY

Benidiktus Lovian Wicahyo, Department of Mechanical Engineering, Faculty of

Engineering, Universitas Brawijaya, Mei 2017, Comparation of purification Perform

Between NaOH and Ca(OH)2 Around Saturated Solution Point, Academic Supervisor:

Dr.Eng. Denny Widhiyanuriyawan, ST., MT. and Khairul Anam, ST., M.Sc.

Biogas is a biomass that can continue to be developed because it does not economically

require production costs. The main content of biogas is methane gas and carbon dioxide gas

where carbon dioxide gas content is an inhibitor in the combustion process. So the content

of carbon dioxide compounds must be removed by purification. Therefore, in this study,

biogas purification was examined by using NaOH solution at volume fraction 40%; 45%:

50%; 55% and 60% and also Ca (OH) 2 at volume fraction 0%; 0.07%; 0.15%; 0.30% and

0.45%. Which is located around the saturation point of the solution as well as compare which

solution is more effectively used purification. Also studied purification results every 4

minutes; 8 minutes; 12 minutes; 16 minutes and 20 minutes. The results showed NaOH

solution and Ca (OH) 2 solution can absorb carbon dioxide (CO2) content in biogas wherein

the ability to absorb carbon dioxide (CO2) for 20 minutes at the fourth, eighth, 12th, 16 and

20 are not yet influenced by purification. Comparison CO2 absorption efficiency using

NaOH and Ca (OH) 2 solution is NaOH solution has the highest absorption efficiency at

fraction of Volume 50% that is equal to 91,288%. While Ca (OH) 2 solution has the highest

absorption efficiency at volume fraction of 0.07% that is equal to 68,108%. From both

solutions it can be seen that the optimal point of carbon dioxide absorption (CO2) is present

in the saturation point of the solution. In NaOH solution where the saturated solution is at

50% Fraction Volume while Ca (OH) 2 is at 0.07% volume fraction. And The greater the

efficiency of CO2 absorption, the greater the burning calorific value of biogas.

Keywords : Biogas, Solution, Volume Fraction, NaOH, Ca(OH)2 and Saturated

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Sejalan dengan meningkatnya laju pembangunan dan meningkatnya pola hidup

masyarakat, konsumsi energi di indonesia terus meningkat dari tahun ke tahun. Peningkatan

ini terjadi hampir pada semua sektor yang mencakup sektor industri, transportasi, komersial,

rumah tangga, pembangkit listrik dan sektor lainnya. Menurut Handbook of Energy and

Economic Statistics of Indonesia (HEESI) pada tahun 2015, peningkatan konsumsi energi

final per sektor telah terjadi peningkatan pada tiap tahunnya pada periode 2000-2014. Rata–

rata pertumbuhan tiap tahun selama periode 2000-2014 adalah 3,99% per tahun dari 555,88

juta SBM pada tahun 2000 menjadi 961,39 juta SBM pada tahun 2014.

Pemanfaatan energi baru dan terbarukan (EBT) secara nasional di Indonesia masih

belum mampu untuk mengimbangi peningkatan kebutuhan energi untuk keperluan

masyarakat diindonesia. Menurut BPPT pada tahun 2015 bauran EBT hanya sebesar 7,5 %

terhadap total penyediaan energi dimana bauran EBT tersebut didominasi oleh biomassa

disusul oleh tenaga air dan panas bumi. Hal ini terjadi dikarenakan harga energi fosil yang

masih rendah. maka investasi EBT yang tinggi akan menyulikan EBT untuk masuk dalam

persaingan pemanfaatan energi. Cara yang dapat dilakukan untuk dapat meningkatkan

persaingan pemanfaatan energi adalah dengan cara menurunkan biaya produksi ,

menikatkan kualitas daripada EBT tersebut dan perlu dipikirkan sebuah energi yang dapat

disimpan untuk keperluan sewaktu-waktu.

Biogas adalah salah satu energi biomassa yang dapat terus dikembangkan karena

secara ekonomis tidak memerlukan biaya produksi besar untuk mendapatkan bahan baku,

dimana bahan baku didapat dari limbah 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 dan ramah lingkungan. Dimana bahan baku didapatkan dari kotoran ternak sapi

yang melimpah di kalangan peternak yang untuk saat ini masih sedikit pihak yang

memanfaatkannya. Dimana memalui prosesnya, kotoran sapi dicampur dengan air dengan

presentasi tertentu dan dimasukkan kedalam digester untuk proses fermentasi (Tajali,

2015)

2

Dari hasil fermentasi bahan didalam digester tersebut sehingga menghasilkan biogas

yang mampu dimanfaatkan sebagai bahan bakar gas. Kandungan biogas sendiri mengandung

gas metana (CH4) sebesar 55-75%, karbondioksida (CO2) sebesar 25-45%, nitrogen (N2)

sebesar 0-0,3%, hydrogen (H2) sebesar 1-5%, hidogen sulfide (H2S) sebesar 0-3% dan

oksigen (O2) sebesar 0,1-0,5% (Al seadi dkk, 2008). Kemurniaan kandungan biogas dapat

dilihat dari seberapa besar kadar gas metana (CH4). Semakin besar kadar CH4 maka semakin

baik kualitas biogas. Hal ini dikarenakan kandungan gas CO2 merupakan inhibor pada proses

pembakaran yaitu dapat menurunkan laju rambat api yang disebabkan karena molekul dari

CO2 menghambat reaksi tumbukan antara molekul hidrokarbon dan molekul udara

(Uwar Dkk, 2012). Untuk itu maka di perlukan cara untuk dapat menghilangkan kandungan

CO2 yatiu dengan Purifikasi biogas.

Proses purifikasi sendiri dibagi menjadi dua bagian yaitu absorpsi dan adsorpsi.

Absorpsi merupakan penyerapan menggunakan zat cair (larutan) sebagai contoh adalah

larutan NaOH dan Ca(OH)2 sedangkan adsorpsi menggunakan zat padat sebagai contoh

adalah zeolite ataupun arang aktif. Purifikasi menggunakan metode absorpsi lebih efektif di

banding dengan proses adsorpsi hal ini dikarena luas kontak gas dengan larutan lebih besar

di banding dengan zat padat (Widhiyanuriyawan dan sugiarto, 2014)

Penelitian yang dilakukan Hotma dkk (2015) menggunakan metode absorpsi yaitu

tentang pengaruh konsentrasi NaOH terhadap kandungan CH4 dan CO2 pada proses

purifikasi sistem kontinyu. Didapatkan kesimpulan bahwa dengan menambah kosentrasi

NaOH maka semakin banyak kadar CO2 yang dapat diserap. Variasi kosentrasi NaOH yang

digunakan adalah 10%, 20% dan 30%. Penelitian dari Cundari dkk (2014) pelarut yang

digunakan adalah natrium karbonat dengan variasi kosentrasi 15%, 20% dan 25%. Setelah

proses purifikasi sistem absorpsi, didapatkan data bahwa penambahan kosentrasi natrium

karbonat maka semakin besar juga kadar CO2 yang terserap.

Pada penelitian sebelumnya memiliki satu kesamaan yaitu dimana penambahan

kosentrasi pada larutan absorben maka dapat meningkatkan penyerapan kadar CO2. Tetapi,

masih belum diteliti sampai batas mana peningkatan kosentrasi dapat juga meningkatkan

penyerapan kadar CO2. Maka peneliti meneliti tentang berapa Fraksi Volume NaOH optimal

untuk dapat menyerap kadar CO2 secara maksimal. Dan juga membandingkannya dengan

absorben lain yaitu larutan Ca(OH)2.

3

1.2. Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang diuraikan sebelumnya, rumusan masalah yang dapat

diambil adalah

1. Bagaimana kemampuan pengaruh penggunaan larutan NaOH dan Ca(OH)2 terhadap

hasil purifikasi biogas.

2. Bagaimana perbandingan kinerja purifikasi biogas menggunakan larutan NaOH dan

Ca(OH)2.

3. Bagaimana nilai kalor pembakaran biogas setelah melewati larutan purifikasi.

3.1.Batasan Masalah

Batasan masalah yang ditentukan pada penelitian ini difungsikan supaya

permasalahan tidak meluas. Berikut adalah batasan-batasan pada penelitian :

1. Laju aliran dianggap konstan sepanjang aliran purifikasi

2. Biogas yang digunakan adalah campuran CH4 dan CO2

3. Produk yang terjadi karena reaksi antara NaOH dan CO2

4. Produk yang terjadi karena reaksi antara Ca(OH)2 dan CO2

5. Temperatur disekitar area kerja pada suhu 20OC

3.2.Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah

1. Untuk mengetahui kemampuan pengaruh penggunaan larutan NaOH dan Ca(OH)2

terhadap hasil purifikasi biogas.

2. Untuk mengetahui perbandingan kinerja purifikasi biogas menggunakan larutan NaOH

dan Ca(OH)2.

3. Untuk mengetahui nilai kalor pembakaran biogas setelah melewati larutan purifikasi.

3.3.Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah

1. Mengetahui pengaruh larutan jenuh terhadap proses purifiksi Biogas.

2. Mengetahui komposisi ideal antara zat pelarut dan terlarut untuk proses purifikasi

biogas.

3. Menambah wawasan pengetahuan tentang sistem purifikasi dan kompresi biogas.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Sebelumnya

Penelitian untuk terus meningkatkan kualitas biogas sudah banyak dilakukan,

khususnya untuk proses purifikasi. Dimana dilakukan dengan menggunakan dua metode

yaitu absorpsi dan adsorpsi. Untuk penabungan biogas sendiri masih sedikit sekali yang

melakukan penelitian sehingga perlu dikembangkan lagi untuk terus meningkatkan kualitas

biogas.

Widhiyanuriyawan dan sugiarto (2014) meneliti tentang purifikasi biogas

menggunakan zeolite dan NaOH. Dimana menggunakan variasi kosentrasi NaOH dari 10%

sampai 50% dengan interval pengambilan data atau sampel adalah 15 menit. Dimana

didapatkan data bahwa kemampuan menyerap CO2 lebih cepat dari pada zeolite dan juga

yang paling mempengaruhi adalah kosentrasi larutan NaOH berpengaruh terhadap

penyerapan CO2. Dimana semakin besar kosentrasi larutan NaOH maka semakin besar kadar

CO2 yang terserap.

Hotma dkk (2015) meneliti menggunakan metode absorpsi yaitu tentang pengaruh

konsentrasi NaOH terhadap kandungan CH4 dan CO2 pada proses purifikasi sistem kontinyu.

Didapatkan kesimpulan bahwa dengan menambah kosentrasi NaOH maka semakin banyak

kadar CO2 yang dapat diserap. Variasi kosentrasi NaOH yang digunakan adalah 10%, 20%

dan 30%. Dimana data yang dihasilkan untuk kadar CO2 yang tertinggal sebesar 12,5 %

untuk kosentrasi NaOH 30% dan merupakan nilai terendah dari tiga variasi tersebut.

Trimandoko dkk(2015) meneliti menggunakan metode adsorpsi yaitu meneliti

tentang pengaruh massa zeolite terhadap kandungan CH4 dan CO2 pada proses purifikasi

biogas. Didapatkan kesimpulan bahwa penambahan massa zeolite akan mengurangi

kandungan CO2 hal ini dikarenakan luasan bidang kontak Zeolit terhadap gas CO2 semakin

bertambah.

Ikhe dkk (2016) melakukan penelitian tentang pengaruh laju aliran biogas terhadap

purifikasi dan penyimpanan CH4 dengan sistem kompresi. dengan variasi 7.5 liter / menit,

10 liter/ menit dan 12 liter/ menit didapatkan hasil purifikasi yang paling optimal terdapat

pada laju aliran 7,5 liter / menit dengan kandungan CH4 hingga 100 %. Sedangkan hasil

masa jenis optimal terdapat pada laju aliran 12,5 liter / menit dengan massa jenis 12,511 kg/

m3.

6

Binarbawa dkk (2016) melakukan penelitian tentang temperatur pendinginan

didapatkan kesimpulan bahwa massa penyimpanan dari biogas dapat ditingkatkan dengan

cara menurunkan temperaturnya sehingga nilai densitasnya akan semakin besar. Pada tabung

penyimpanan biogas dengan volume sebesar 8 liter pada tekanan 1825,02 kPa, tanpa

penggunaan heat exchanger didapatkan massa penyimpanan sebesar 91,08 gram. Sedangkan

dengan menggunakan heat exchanger pada kecepatan fluida pendingin 2 m/s, 5m/s, 7 m/s

menghasilkan massa penyimpanan berturur-turut sebesar 99,66 gram, 100,25 gram, dan

100,61 gram.

2.2. Biogas

2.2.1. Definisi Biogas

Biogas adalah dekomposisi bahan bahan organik dibawah kondisi anaerob

menghasilkan suatu gas yang sebagian besar terdiri atas campuran gas metana (CH4) dan gas

karbondioksida (CO2). Kondisi anaerob adalah kondisi ketika gas oksigen tidak tersedia di

lingkungan kerja. Campuran gas ini adalah hasil dari fermentasi yaitu peranan sejumlah

besar jenis organisme mikro, terutama bakteri metan dengan cara methanogen seperti bakteri

methanobacterium sp.

Komposisi kandungan utama biogas adalah gas metana (CH4) dan gas

Karbondioksida (CO2) tetapi juga terdapat kandungan gas lain yang jumlahnya tidak begitu

besar. Pada tabel 2.1 merupakan presentase macam-macam komposisi kandungan biogas.

Tabel 2.1

Komponen Penyusun Biogas

Sumber : Al saedi (2008)

No. Gas Simbol %

1 Metana CH4 50-75

2 Karbondioksida CO2 25-45

3 Uap air H2O 2(20OC)- 7(40OC)

4 Oksigen O2 <2

5 Nitrogen N2 <2

6 Amonia NH3 <1

7 Hydrogen H2 <1

8 Hidrogen Sulfida H2S <1

7

2.2.2. Reaksi Pembentukan Biogas

Untuk proses fermentasi bahan baku (kotoran hewan) tidak diperlukan tambahan

sesuatu bahan lain kecuali air. Dimana air berfungsi sebagai pelarut dari kotoran dengan

perbandingan empat bagian bahan baku(kotoram hewan) ditambah lima bagian air. Untuk

proses pembentukan biogas dibagi menjadi tiga tahap yaitu reaksi Hidrolisis, reaksi

asidogenik dan reaksi metanogenik

Reaksi Hidrolisis atau reaksi pelarutan adalah tahap dimana bahan bahan organik

dilarukkan menjadi senyawa kimia yang lebih sederhana. Dalam rumus kimia reaksi pada

hidrolisis adalah sebagai berikut

C6H10O5 (s) + H2O (l) (C6H12O6) (2-1)

Selulosa Glukosa

Reaksi Asidogenik atau pengasaman adalah reaksi yang terjadi pada proses anaerob

dimana pada proses ini menghasilkan asam asetat. Reaksi ini terjadi pada suhu kurang lebih

25oC dan dalam rumus kimia reaksi asidogenik akan ditulis

(C6H12O6 ) methanobacterium sohngenii 2 (C2H5OH) + 2 CO2 (g)+ Kalor (2-2)

2 (C2H5OH) + 2CO2 (g) methanococcus 2 (CH3COOH)(aq) + CH4(g) ` (2-3)

Reaksi Metanogenik merupakan reaksi yang terjadi setelah asidogenik dimana asam

asetat yang telah terbentuk kemudian diuraikan menjadi metana dan karbondioaksida. Proses

ini berlangsung secara anaerob selama kurang lebih 14 hari. Tahap ini akan menghasilkan

CH4 ,CO2 dan beberapa kandungan gas yang presentasinya sangat kecil. Berikut adalah

proses kimia yang terjadi

2 (CH3COOH)(aq) methanococcus mazei 2 CH4(g) + 2 CO2(g) (2-4)

2.1.3. Karakteristik Gas Penyusun Biogas

A. Gas Metana

Sifat Fisika metana sebagai berikut :

Berat molekul : 16,04 gram/mol

Densitas : 7,2 x 10-4 gram/ml (pada 1 atm dan 0OC)

Titik didih : -161,4 oC

Titik leleh : -182,6 oC

HHV : 55641 kJ/kg

LHV : 50141 Kj/kg

8

Sifat kimia metana sebagai berikut.

- Menghasilkan karbondioksida dan uap air pada proses pembakaran sempurna

CH4+ 2(O2 + 3,76 N2) CO2 + 2H2O + 7,52 N2 (2-5)

- Menghasilkan klorometana dan HCl pada reaksi halogenasi

CH4+Cl2 CH3Cl + HCl (2-6)

B. Karbondioksida (CO2)

karbondioksida memiliki sifat karbon sebagai berikut

Berat molekul : 44,01 gram / mol

Titik leleh : - 55,6 oC(5,2 atm)

Titik didih : - 8,5oC

sifat kimia karbondioksida sebagai berikut :

- membentuk natrium karbonat saat bereaksi dengan natrium hidroksida

2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O (2-6)

C. Hidrogen Sulfida (H2S)

hydrogen sulfide memiliki sift kimia sebagai berikut

Berat Molekul : 34,08 gram/ mol

Titik didih : -59,6 oC

Titik leleh : -82,9 oC

Sifat kimia hydrogen sulfida adalah

- Merupakan reduktor dalam reaksi redoks

- Reaksi antara H2S dengan HNO3 membentik endapan belerang dan gas NO serta H2O

3H2S + 2HNO3 3S + 2NO + 4 H2O (2-7)

2.3. Purifikasi Biogas

Dalam KBBI purifikasi diartikan sebagai pembersihan, sehingga dapat disimpulkan

bahwa purifikasi Biogas adalah proses menghilangkan atau membersihkan senyawa –

senyawa yang dapat menurunkan kualitas dari pada biogas. Karbondioksida (CO2)

merupakan gas yang dapat menyebabkan kualitas pembakaran biogas berkurang, hal ini

dikarenakan senyawa CO2 menggangu dalam proses pembakaran.

9

Metode purifikasi terhadap biogas bertujuan untuk meningkatkan nilai kalor dari

biogas. Terdapat beberapa cara untuk dapat membersihkan gas penggangu tersebut baik

secara proses kimia ataupun fisika. Absorbsi, Adsorbsi, Pemisahan dengan membrane,

pemisahan kriogenik dan konversi kimia merupakan metode untuk dapat menangkap CO2.

2.3.1 Absorpsi

Absorpsi merupakan salah satu operasi pemisahan di industri kimia yang mana suatu

campuran gas di kontakkan dengan suatu cairan penyerap yang sesuai, sehingga satu atau

lebih komponen dalam campuran gas larut dalam cairan penyerap. Proses absorpsi

berlangsung dalam dua macam proses, yaitu absorpsi kimia dan fisik. Absorpsi fisik adalah

absorbs yang mana proses gas terlarut dalam cairan penyerap tanpa disertai dengan reaksi

kimia dan penyerapan terjadi karena adanya interaksi fisik. Sedangkan absorpsi kimia adalah

penyerapan gas oleh larutan disertai dengan reaksi kimia. Penyerapan ini sering terjadi pada

proses penyerapan gas karbondioksioda (CO2) pada pabrik ammonia menggunakan larutan

MEA, NaOH, dan K2CO3. Komponen gas yang mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan

terlebih dahulu dan juga akan meningkatkan kecepatan penyerapan yang lebih tinggi. Oleh

karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisika.

Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada

permukaan-nya, baik secara fisik maupun dengan raksi kimia. Absorben harus memenuhi

beberapa persyaratan agar dapat digunakan dengan digunakan dengan optimal. Misalnya

sebagai berikut

1. Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diadsorpsi yang sebesar mungkin

2. Memiliki tekanan uap yang sangat rendah

3. Mempunyai viskositas yang rendah

4. Stabil secara termis

5. Murah

Dimana absorben yang sering digunakan adalah air (untuk asam yang dapat larut , atau untuk

pemisahan partikel dan tetesan cairan), natrium hidoksida (untuk gas gas yang dapat bereaksi

dengan asam) dan asam sulfat ( untuk gas gas yang bereaksi seperti basa).

2.3.2. Adsorpsi

Adsorspi adalah fenomena fisik yang terjadi saat aliran gas atau cair berkontak

langsung dengan permukaan dan sebagian dari molekul- molekul tadi mengembun pada

permukaan padatan. Adsorpsi adalah proses dimana molekul-molekul fluida menyentuh dan

melekat pada permukaan padatan (Ginting 2008). Dimana fluida yang terkonsentrasi pada

10

permukaan dinamakan adsorbat dan material dimana adsorbat terakumulasi dinamakan

sebagai adsorben. Sehingga dapat disimpulkan bahwa adsorpsi adalah suatu proses yang

terjadi ketika fluida terikata pada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film(lapisan

tipis) pada permukaan padatan tersebut. Berbeda dengan absorpsi dimana fluida terserp oleh

fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan.

Proses adsorpsi dapat berlangsung jika suatu permukaan padatan dan fluida

berkontak secara fisik maka didalamnya terdapat gaya kohensif termasuk gaya hidrostatik

dan gaya ikatan hydrogen yang bekerja diantara molekul seluruh material. Gaya yang tidak

seimbang menyebabkan perubahan kosentrasi molekul pada interface solid. Adsorpsi sendiri

juga dibagi menjadi dua jenis yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika adalah

yaitu fenomena adsorpsi disebabkan terutama oleh gaya Van der Waals dan gaya Hidrostatik

antara molekul adsorbat, maka atom yang membentuk permukaan adsorben tanpa adanya

ikatan kimia. Dan jika terjadi interaraksi kimia antara adsobat dan adsorben maka dinamakan

adsopsi kimia. Pada dasarnya adsorben dibagi menjadi tiga yaitu

1. Adsorben yang mengadsorpsi secara fisik (karbon aktif , silika gel dan zeolite)

2. Adsorben yang mengadsorpsi secara kimia (Calcium cholide ,metal hydride dan

complex salts) dan

3. Composite adsorbent dimana mengadsorpsi secara kimia dan fisika. (ginting)

Zeolite berasal dari kata “Zeinlithos” yang berarti batuan berbuih yang merupakan

jenis mineral yang strukturnya mudah diatur. Zeolite memiliki variasi jenis mineral yang

bermacam macam sehingga zeolite memiliki rumus kimia yang bervariasi. Umumnya

senyawa zeolite memiliki kandungan Al3O3, Na2O, Fe2O3, SiO2, K2O, CaO, dan MgO.

Kandungan senyawa tersebut dapat diidentifikasi tergantung dari komponen penyusun serta

kondisi lingkungan. Secara umum zeolite adalah senyawa kimia alumino-silikat yang

terhidrasi dengan kation natrium, kalium dan barium yang memiliki molekul yang unik

dimana atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen sehingga terbentuk semacam

jaringan pola yang teratur. Namun tidak semua adalah atom silicon., dibeberapa tempat

dalam jaringan ini, atom silicon digantikan dengan atom aluminium yang hanya memiliki 3

atom oksigen sehingga dapat ditulis bahwa atom aluminium memiliki muatan 3+ dan atom

silicon memiliki muatan 4+. Keberadaan atom aluminium inilah yang menyebabkan secara

keseluruhan zeolite bermuatan negatif. Salah satu ciri jaringan yang bermuatan negative

adalah harus mampu mnyerap kation untuk menyeimbangkan jaringan. Begitu juga dengan

zeolite yang mampu mengikat kation.

11

Gambar 2.1 Struktur kimia zeolite

Sumber Trihadmoko (2015)

Dalam proses adsorpsi zeolit terdapat interaksi fisik yang terjadi dimana kandungan

CO2 dalam biogas dapat berinteraksi dengan zeolit dibantu dengan oksigen untuk

menghubungkan dengan atom aluminium dan atom silikon dalam zeolit. Dalam penyerapan

karbondioksida terdapat tiga langkah. yang pertama CO2 yang terpolarisasi sehingga

permukaan zeolite berinteraksi dengan sebelah ion + disebelah Ca2. Setelah itu atom karbon

dari CO2 bergabung dengan oksigen yang berada dipermukaan sehingga fungsi oksigen

adalah sebagai penggabung dengan atom aluminium dan silicon. Hasil ini dalam

pemecahannya ikatan aluminium oksigen, dan formasi spesies monodentat karbonat stabil

pada permukaan zeolit. Kehadiran karbonat ini dapat menurunkan aksesibilitas CO2 di

sebagian besar permukaan zeolit dan dengan demikian memberikan kontribusi untuk

membatasi adsorpsi nya. Ini adalah terutama kasus spesies permukaan unidentate karbonat

yang terbentuk selama adsorpsi CO2.

12

Gambar 2.2 Penyerapan CO2 oleh zeolite

Sumber Trihadmoko (2015)

2.3.3. Pemisahan dengan Membran

Pemisahan dengan membran adalah salah satu cara untuk dapat menangkap

kandungan gas yang tidak digunakan menggunakan lapisan membran. Prinsip kerja

menggunakan membran ini adalah dengan cara campuran gas yang dilewatkan pada

membran tipis maka molekul molekul gas tertentu akan terjebak pada membrane dan

molekul gas yang lain akan lolos. Proses pemurniaan ini biasanya menggunakan membrane

dengan ukuran mesh < 1 mm dengan tingkat keefektifan metode ini dipengaruhi oleh

peremabilitas dari jenis / material membran yang digunakan. Semakin tinggi permeabilitas

membran maka semakin tinggi juga kadar CH4.

Rautenbach (1987) melakukan penelitian yaitu mendesain sebuah instalasi pemurni

kadungan biogas dengan menyerap kandungan CO2 dengan metode pemisah menggunakan

membran. Dimana jenis/material membrane yang digunakan adalah campuran senyawa

asetat. Dimana senyawa asetat dapat difungsikan sebagai membrane karena memiliki

permeabilitas lebih tinggi digunakan untuk menyerap CO2 dibanding CH4. Dimana hasil

terbaik adalah didpatkan pada instalasi yang dijalankan pada suhu 25oC dan tekanan 5,5 bar.

Arang adalah salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai adsorpsi dimana sering

dinamakan dalam dunia kimia bernama karbon aktif yang sering digunakan dalam industry

kimia. Arang atau sering digunakan karbon aktif berfungsi sebagai sebagai pemurnian

biogas. Karbon aktif memiliki luas permukaan berkisar 300 sampai 2000 m2/g. hal inilah

yang menyebabkan karbon aktif mempunyai sifat sebagai adsorber karena memiliki pori -

pori internal. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa kimia tertentu tergantung

13

pada besar kecilnya atau volume pori-pori dan luas permukaan.arang aktif dibagi menjadi

dua jenis

Secara fungsinya arang aktif dibagi menjadi dua yaitu sebagai penyerap uap dan

sebagai penyerap gas. Dimana arang aktif yang digunakan untuk menyerap uap biasanya

berbentuk granular, sangat keras dan ukuran pori nya 10-200 A. begitu sebaliknya dimana

untuk yang berfungsi menyerap gas biasanya memiliki pori-pori yang lebih halus

Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serapnya terhadap gas ataupun uap

pada proses adsorpsi dalam hal ini hal yang paling mempengaruhi sifat adsorspi adalah sifat

adsorben. Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori yang sebagian

besar terdiri dari usur karbon bebas dan masing masing berikatan kovalen. Dengan demikian

permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas hal terpenting yang

dapat mempengaruhi adalaha luas permukaan. Semakin kecil arang atau karbon aktif maka

luas permukaan akan semakin besar. Dengan demikian untuk meningkatkan kecepatan

adsorpsi dianjurkan untuk menggunakan arang aktif yang memiliki ukuran yang kecil.

Adsorpsi adalah proses pengumpulan subtansi terlarut (soluble) yang ada dalam

larutan oleh permukaan benda penyerap dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika antara

subtansi dan penyerapnya. Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses molekul

meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat penyerap akibat ikatan fisika dan

kimia. Permukaan padatan yang kontak dengan suatu larutan cenderung untuk menghimpun

lapisan dari molekul- molekul zat terlarut permukaannya akibat ketidakseimbangan gaya-

gaya pada permukaan.

2.3.4. Pemisahan kriogenik

Pada proses ini melibatkan proses kondensasi dan distilasi pada suhu yang rendah

dimana biogas dicaikan sehingga nantinya didapatkan hasil akhir yaitu gas CH4 dalam

bentuk cair. Prinsip kerja dari pemisahan kriogenik ini adalah dengan cara biogas dikompresi

pada tekanan 80 bar. Kompresi dibuat bertingkat dengan beberapa tempat lalu biogas

kemudian dijaga suhu pendinginan untuk menghindari terjadi pembekuan selama proses

pendinginan.biogas didinginkan menggunakan chiller dan heat exchanger sampai suhu -

45oC. Dimana saat gas CO2 yang juga ikut mencair dipisisahkan dengan kandungan gas CH4

cair yang akan menghasilkan sampai 97 % CH4 murni. Sayangnya, metode ini memiliki

kekurangan yaitu efesiensi termalnya rendah dan biaya pembuatan instalasi alat juga relatif

mahal.

14

2.3.5. Konversi kimia

Metode konversi kimiawi merupakan jenis metode permurnian yang akan

meningkatkan kandungan gas CH4. Dimana kandungan gas CO2 pada biogas ditambah H2

sehingga terjadi proses metanasi yang akana menghasilkan CH4 dan H2O. kekurangan

metode ini adalaha harga yang relatif mahal dan membutuhkan hydrogen murni.

2.4. Larutan

Larutan adalah campuran zat-zat terlarut dan pelarut yang komposisinya merata atau

serba sama (homogen) disetiap bagian volumenya. Suatu larutan dapat terdiri dari satu zat

terlarut atau lebih dan satu macam pelarut. Tetapi, umunya terdiri dari satu zat terlarut dan

satu macam pelarut. Dalam istilah lain pelarut biasa di sebut solven dan terlarut disebut

solute.

Larutan jenuh adalah suatu larutan dimana zat terlarut berada dalam fase padat atau

kemampuan zat terlarut untuk larut pada zat pelarut pada temperatur tertentu. Sedangkan

larutan tidak jenuh adalah larutan yang belum mencapai titik jenuh atau semua zat terlarut

dalam zat pelarut. Namun kadang kadang dijumpai suatu keadaan dimana zat terlarut dalam

larutan lebih banyak dari pada seharusnya. Hal ini lebih dikarenakan pelarut yang memiliki

suhu tertentu.Kelarutan dapat diartikan sebagai banyaknya zat terlarut yang dapat

menghasilkan larutan jenuh dalam jumlah tertentu pelarut pada temperatur konstan.

Kelarutan suatu zat bergantung pada sifat zat itu, molekul pelarut, temperatur dan tekanan.

2.4.1. Reaksi Pengendapan atau larutan jenuh.

Reaksi pengendapan merupakan salah satu jenis reaksi yang umumnya berlangsung

dalam larutan berair atau biasa disebutkan (precipitation reaction) yang memiliki ciri

terbentuknya produk yang tidak larut, atau endapan. Endapan (precipitate) adalah padatan

tak larut yang terpisah dari larutan. Reaksi ini biasanya melibatkan senyawa senyawa ionik.

Bagaimana dapat meramalkan apakah endapan akan terbentuk ketika dua larutan

dicampurkan atau ketika satu senyawa ditambah kedalam larutan? Hal ini sangat tergantung

pada sifat kelarutan (solubility) dari zat terlarut. Dimana sifat kelarutan (solubility) adalah

jumlah maksimum zat terlarut yang akan larut dalam sejumlah tertentu pelarut pada suhu

tertentu (Chang Raymond). Dalam konteks kualitatif, ahli kimia membagi zat-zat sebagai

dapat larut, sedikit larut dan tak dapat larut. Zat dikatakan dapat larut jika sebagian besar zat

tersebut melarut bila ditambahkan air pada massa atau volume tertentu. Jika tidak, maka zat

15

tersebut digambarkan sabagai sedikit larut ataupun tidak dapat larut. Semua senyawa ionik

merupakan elektrolit kuat, tetapi daya larutnya tidak sama.

Dibawah ini merupakan pengelompokan senyawa senyawa ionik yang memiliki sifat

kelarutan dalam air pada suhu 25OC. Namun demikian, perlu diingat bahwa senyawa yang

tidak larut bahkan juga melarut dengan jumlah zat tertentu. Dimana terdapat berbagai macam

sanyawa yang akan meningkat kelarutannya bila suhu disekitar lingkungan ditambahkan.

Tabel 2.2

Kelarutan yang khas dari senyawa-senyawa ionik dalam air pada suhu 25oC

1 Semua senyawa logam alkali (golongan 1A) dapat larut.

2 Semua Senyawa ammonium (NH4+) dapat larut

3 Semua senyawa yang mengandung nitrat (NO3-), klorat(CIO3-), dan perklorat

(CIO4-) dapat larut

4 Sebagian besar hidroksida (OH-) tidak dapat larut. Pengecualiannya adalah

hidroksida logam alkali dan barium hidroksida [Ba(OH)2]. Kalsium hidroksida

[Ca(OH)2] sedikit larut.

5 Sebagian besar senyawa yang mengandung klorida (Cl-), bromide (Br-) atau

iodide(I-) dapat larut. Pengecualiannya adalah senyawa-senyawa yang

mengandung Ag+, Hg, Pb2+

6 Semua karbonat (CO2-), fosfat (PO3-) dan sulfide (S2- ) tidak dapat larut,

pengecualiannya adalaha senyawa- senyawa dari ion logam alkali dan ion

ammonium.

7 Sebagian besar sulfat (SO2- ) dapat larut. Kalsium sulfat (CaSO4) dan perak

sulfat (AgSO4) sedikit larut. Barium sulfat (BaSO4), merkuri(II) sulfat (HgSO4),

dan timbal sulfat (PbSO4) tidak larut.

Sumber : Chang (2003)

2.4.2. Larutan asam dan basa

Asam dan basa sudah dikenal sejak dulu dengan berbagai istilah dimana istilah asam

(acid) berasal dari bahasa acetum yang berarti cuka. Istilah basa (alkali) berasal dari bahasa

arab yang memiliki arti abu. Dan bila digabungkan, maka asam dan basa akan saling

menetralkan. Asam dan basa dapat diidentifikasi dengan menggunakan indikator asam dan

basa, misalnya menggunakan lakmus merah dan lakmus biru. Larutan asam dapat mengubah

lakmus biru menjadi merah, sebaliknya larutan basa mengubah lakmus merah menjadi biru.

16

Larutan yang tidak mengubah warna lakmus, baik lamkus merah maupun lakmus biru ,

disebut bersifat netral (tidak asam dan tidak basa). Salah satu contoh air.

Menurut teori asam basa Arrhenius, Zat yang bersifat asam bila dilarutkan dalam air

maka akan melepaskan ion nya dimana asam dapat melepas ion H+. Asam Arrhenius

dirumuskan sebagai HxZ yang dalam air mengalami ionisasi sebagai berikut :

HxZ (aq) x H+ (aq) + ZX- (ag) (2-8)

Jumlah ion H+ yang dihasilkan oleh satu molekul asam dapat dinamakan valensi asam.

Sedangkan ion negatife yang terbentuk oleh asam setelah melepas ion H+ dapat dinamakan

ion sisa asam. Nama asam sama dengan nama ion sisa asam dengan didepannya didahului

kata asam.

Sedangkan basa Arrhenius adalah hidroksida logam. M(OH)x, yang dalam air akan

terurai sebagai

M (OH)x (aq) → Mx+ (aq) + x OH- (aq) (2-9)

Jumlah ion OH- yang dapat dilepaskan oleh satu molekul basa dinamakan valensi basa.

Berikut adalah contoh senyawa basa yang melalui proses ionisasi dalam air.

Table 2.3.

Tabel reaksi ionisasinya

Rumus

Basa

Nama Basa Reaksi Ionisasi Valensi

NaOH Natrium hidroksida NaOH → Na+ + OH- 1

KOH Kalium hidroksida KOH → K+ + OH- 1

Mg(OH)2 Magnesium hidroksida Mg(OH)2 → Mg 2+ + 2 OH- 2

Ca(OH)2 Kalsium hidroksida Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH- 2

Sr(OH)2 Stronsium hidroksida Sr(OH)2 → Sr2+ + 2 OH- 2

Ba(OH)2 Barium hidroksida Ba(OH)2 → Ba2+ + 2 OH- 2

Al(OH)3 Aluminium hidroksida Al(OH)3 → Al3+ + 3 OH- 3

Fe(OH)2 Besi(II) hidroksida Fe(OH)2 → Fe2+ + 2 OH- 2

Fe(OH)3 Besi(III) hidroksida Fe(OH)3 → Fe3+ + 3 OH- 3


2.4.3. NaOH (Natrium Hidroksida)

NaOH atau Nartium hidroksida merupakan salah satu jenis senyawa kimia basa

berwarna putih. NaOH juga sering digunakan sebagai salah satu gas adiktif pada makanan.

NaOH memiliki sifat higroskopis yaitu kemapuan untuk mengikat dan menahan larutan air

dimana larutan jenuh dari NaOH adalah 50%. Dimana NaOH dalam bentuk larutan akan

cepat bereaksi dengan dengan zat lain dibanding dalam bentuk solid. Campuran NaOH dan

17

air diiringi pelepasan kalor kelingkungan. Sehingga pda kosentrasi tinggi temperatur juga

tinggi. Berikut adalah sifat fisika NaOH.

Nama : Natrium Hidroksida/Sodium Hidroksida

Kondisi : Kepingan padat

Warna : Putih

Rumus : NaOH

Massa Molar : 40 gram/mol

Nomor CAS : 1310-73-2

Titik Lebur : 318˚C (591 K)

Titik Didih : 1390˚C (1663 K)

Massa Jenis : 2.13 gr/cm3

2.4.4. Ca(OH)2 atau Kalium Hidroksida

Ca(OH)2 atau Kalsium hidroksida dan lebih di kenal dengan air kapur adalah

campuran antara air senyawa kimia tak berwarna berupa bubuk putih CaO. Larutan kapur

ini merupakan larutan Tinggkat kekuatan basa cukup kuat. Larutan ini dapat berreaksi

dengan baik dengan larutan asam juga dengan beberapa logam. Air kapur dapat berubah

Kristal tak berwarna (bubuk putih). Air kapur dapat mengikat karbon dioksida (CO2) yang

ditunjukkan dengan terjadinya perubahan warna larutan jernih menjadi cukup keruh. Hal ini

dikarenakan air kapur yang bereaksi dengan karbon dioksida (CO2) endapan berupa kalsium

karbonat yang menjadikan aliran ini menjadi berwarna keruh. Adapun sifat fisika kalsium

karbonat sebagai berikut

Massa Molar : 74 gram/mol

Massa Jenis : 2.24 gr/cm3

Titik Lebur : 580oC

Kelarutan (g / 100 g H2O) : 0.173 g (20oC)

Nomor CAS : 1305-62-0

Untuk mengurangi kandungan karbondioksida (CO2) dalam biogas, dapat dilakukan

dengan melewatkan gas biogas ke dalam air kapur sehingga terdapat interaksi yang terjadi

secara absorpsi.

18

2.4.5. Kosentrasi larutan

Larutan yang merupakan campuran homogen dan komposisinya dapat berbeda.

Sebagai informasi mengenai jumlah relatif solute dan sovent dalam larutan digunakan istilah

kosentrasi larutan. Kosentrasi larutan adalah parameter yang menyatakan komposisi atau

perbedaan kuantitatif antara zat terlarut dengan zat pelarut. Terdapat berbagai cara untuk

menyatakan secara kuantitatif komposisi suatu larutan, antara lain :

a. Persen (%)

b. Part per million (ppm) atau bagian per juta (bpj)

c. Molaritas

d. Molalitas

e. Normalitas

f. Fraksi mol

Suatu kosentrasi larutan dapat dinyatakan sebagai presentasi zat terlarut dalam suatu

larutan. Terdapat beberapa cara untuk menyatakan kosentrasi larutan. Konsentrasi larutan

dikelompokkan dalam satuan fisik atau satuan kimia. Konsentrasi yang termasuk dalam

satuan Fisika dan Kimia dapat di lihat pada tabel 2.4 dan 2.5

Tabel 2.4

Kosetrasi Larutan dalam satuan Fisika

Lambang Nama Rumus

% W/W Persen berat 𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑋 100

% V/V Persen Volume 𝑚𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚𝑙 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑋 100

%W/V Persen Berat-Volume 𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚𝑙 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑋 100

% mgh Persen Miligram 𝑚𝑔 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

100 𝑚𝐿 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑋 100

Ppm Parts per million 1 𝑚𝑔 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

1 𝐿 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑋 100

Ppb Parts per bilion 1 𝑢 𝑔 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

1 𝐿 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑋 100


19

Tabel 2.5.

Kosetrasi Larutan dalam satuan Kimia

Lambang Nama Rumus

X Fraksi mol 𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡 + 𝑚𝑜𝑙 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

F Formal 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑟𝑢𝑚𝑢𝑠 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛

M Molar 𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝐿𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛

M Molal 𝑚𝑜𝑙 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝐾𝑔 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

N normal 𝑒𝑘𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛 𝑧𝑎𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡

𝐿 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛


2.4.6. Teori Penyerapan oleh Larutan NaOH

Mekanisme penyerapan CO2 dalam larutan NaOH dapat dijelaskan sebagai berikut.

Pertama, Na+ dan OH- yang terionisasi sempurna didalam air murni yang dikarenakan sifat

NaOH yang sangat basa. Kedua, gas CO2 dimasukkan ke dalam larutan NaOH untuk diserap,

secara fisik CO2 berubah menjadi CO2 cair, seperti yang tercantum dalam persamaan kimia

dibawah ini.

CO2(g) CO2 (aq) (2-15)

Berikutnya, cairan CO2 bereaksi dengan OH- dan menghasilkan HCO3- dan CO32-,

dapat dilihat dari persamaan :

CO2 (g) + OH- (aq) HCO3- (aq) (2-16)

HCO3- (aq) + OH- (aq) H2O (l) + CO3

2-(aq) (2-17)

Meskipun persamaan (2-16) adalah orde 2, hal ini dapat dianggap reaksi orde

pertama semu karena CO2 konstan didalam reaksi ini. Persaman (2-16) dan (2-17) adalah

reaksi reversible dengan tingkat yang sangat cepat dalam kisaran pH yang tinggi. Reaksi (2-

17) akan langsung berjalan setelah reaksi (2-16). Cairan CO2 tidak dapat keluar larutan

selama reaksi berjalan keseluruhan. Hal ini karena cairan CO2 akan langsung bereaksi untuk

reaksi pembentukan dengan OH-. Ketika cairan CO2 dihasilkan dalam larutan, hal itu

langsung dikonsumsi melalui reaksi (2-16) dan(2-17).

Persamaan (2-17) mendominasi diawal reaksi karena adsorben / larutan

dipertahankan dengan sifat basa yang sangat tinggi yng selanjutnya akan meningkatkan

kosentrasi CO32- relatif terhadap HCO3

-. Sebagai tambahan, OH- cepat menurun melalui

20

reaksi (2-16) dan (2-17). Oleh karena itu, pH akan cepat menurun pada periode awal dan

kosentrasi CO32- mengalami peningkatan. Berdasarkan fenomena tersebut, reaksi bersih

yang dilakukan selama bagian awal reaksi penyerapan CO2 secara keseluruhan dapat

dinyatakan melalui persamaan berikut.

2NaOH (aq) + CO2 (g) Na2CO3 (aq) + H2O(l) (2-18)

Meskipun produk berupa Na2CO3 (aq), itu ada karena pisahan Na+ dan CO3 2- di

dalam absorben. Berikutnya selam CO2 terus dialirkan kedalam larutan NaOH selama reaksi,

CO2 akan terus diserap yang mengarah ke penurunan OH- dan penumpukan CO32- melalui

persamaan (2-16) dan reaksi maju dari persamaan (2-17). Namun, peningkatan kosentrasi

CO3 menyebabkan reaksi mundur dari persamaan (2-17) menjadi dukungan sehingga

mempercepat reaksi maju pada persamaan (2-16). Oleh karena itu, kosentrasi HCO3- dan pH

yang menurun dalam kisran ini, reaksi bersih dilakukan dalam rentang kedua ini keseluruhan

reaksi penyerapan dapat dinyatakan sebagai berikut

Na2CO3 (aq) + CO2 (g) + H2O (l) 2NaHCO3 (aq) (2-19)

Setelah reaksi (2-19) selesai pada kesetimabangan, jumlah sedikit CO2 dapat

tambahan diserap untuk menebus kekurangan CO2 yang tidak terserap secara keseluruhan

dengan NaOH dalam larutan air yang dapat dringkas sebagai persamaan reaksi (2-20) yang

merupakan reaksi bersih pada persammaan (2-18) dan (2-19)

NaOH (aq) + CO2 (g) NaHCO3 (aq). (2-20)

2.4.7. Teori Penyerapan oleh Larutan Ca(OH)2

Reaksi penyerapan karbondioksida dengan menggunakan larutan Ca(OH)2

dinyatakan sebagai persamaan berikut

Ca(OH)2 (s) + CO2 (g) CaCO3 (s) + H2O (l) (2-21)

Reaksi (2-21) mencangkup banyak reaksi perbagian atau reaksi individu seperti pemisahan

Ca(OH)2 dan produksi CaCO3. Dimana beberapa reaksi dibatasi oleh pH tetapi juga sebagian

ada yang terlepas dari pH. Hal ini dapat dirangkup sebagai berikut. Reaksi ionisasi Ca(OH)2

dalam air akan menjadi Ca2+ dan 2OH-. Hal ini dapat diuraikan sebagai berikut

Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH- (aq). (2-22)

Sedangkan CO2 merupakan oksida asam yaitu oksida non logam yang jika dilarukan

kedalam air akan membentuk asamnya dan melepas ion H+

CO2 (g) CO2(aq) (2-23)

CO2 (aq)+H2O (l) H2CO3(aq) (2-24)

H2CO3 (aq) H+ (aq) + HCO3- (aq) (2-25)

21

HCO3-(aq) H+ (aq) + CO3

2- (aq) (2-26)

Reaksi 2-23 dan 2-25 sangat cepat sedangkan reaksi 2-24 dapat mengendalikan laju reaksi

nya karena terjadi relatif sangat lambat.

Setelah itu terjadi reaksi penetralan yaitu reaksi antara asam dengan basa. Reaksi

asam-basa dalam medium air biasanya menghasilkan air dan garam, yang merupakan

senyawa ionik yang terbentuk dari satu kation H+ dan suatu anion selain OH- dan O2.

CO2 (aq) + OH-(aq) HCO3-(aq) (2-27)

HCO3-(aq) + OH- (aq) H2O(l) + CO3

2-(aq) (2-28)

Ca2+ (aq) + CO32- (aq) CaCO3 (s) (2-29)

2.4.8. Reaksi Penetralan Asam-Basa

Reaksi penetralan asam-basa merupakan reaksi antara asam dan basa. Reaksi asam-

basa dalam medium air biasanya menghasilkan air dan garam, yang merupakan senyawa

ionik yang terbentuk dari suatu kation selain H+ dan suatu anion selain OH- dan O2-.

H+ (aq) + OH- (aq) H2O

Salah satu senyaa yang dijadikan contoh adalah reaksi antara natrium hidroksida dan asam

klorida.

NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O

Disini membuktikan bahwa netralisasi dalam larutan air adalah suatau garam dan air.

Garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan ion negatif

(anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa muatan). Terdapat banyak macam

garam. garam yang terhidrolisa dan membentuk hidroksida dan membentuk ion hidroksida

ketika dilarutkan dalam air disebut sebagai garam basa. Garam yang terhidrolisa dan

membentuk ion hidronium di air disebut sebagai garam asam. Hal ini membuktikan bahwa

istilah penetralan antara asam dan basa tidak selalu menghasilkan larutan yang benar-benar

netral. Jadi larutan netral bisa terjadi jika diperoleh dari asam dan basa yang sama sama kuat.

2.5. Bubble Generator

Bubble generator adalah sebuah komponen yang difungsikan sebagai memperluas

bidang konak antara senyawa CO2 dan larutan yang digunakan sebagai absorber. Dimana

prinsip kerja nya adalah dengan cara membuat gelembung gelembung melalui lubang

lubang. Bubble generator dibuat dengan cara membuat lubang kecil kecil pada silinder

dengan diameter yang sudah ditentukan. Bubble generator kemudian dimasukkan kedalam

22

larutan yang difungsikan pada proses purifikasi.yang mana bagian atas merupakan bagian

inlet dan dipaksa melalui lubang keluar sehingga aliran gas bisa terus berlanjut.

2.6. Sistem Penabungan Biogas

Tabel 2.6

Kesesuaian Penyimpanan Biogas

Tujuan

Penyimpanan Tekanan (psi)

Alat

Penyimpanan Material Ukuran (ft3)

Penyimpanan

jangka waktu

pendek dan

menengah

(konvensional)

<0,1 Floating Cover

Karet atau Plastik

yang diperkuat atau

tanpa penguat.

Volume yang bisa

berubah, biasanya

produksi kurang

dari satu hari.

<2 Kantong Gas

Karet atau Plastik

yang diperkuat atau

tanpa penguat.

150-11.000

2-6 Water Sealed Gas

Holder Baja 3.500

Kantong Gas Berat

Karet atau Plastik

yang diperkuat atau

tanpa penguat.

880-28.000

Floating roof Plastik atau plastic

yang diperkuat

Volume yang bisa

berubah, biasanya

produksi kurang

dari satu hari.

Penyimpanan

jangka waktu

lama (non-

konvensional)

10-2.900 Tangki Propana

atau Butana Baja 2000

>2.900 Tabung gas

komersial Baja Paduan 350

Sumber : Walsh (1996).

Salah satu kelemahan energi alternative saat ini adalah kurang efektifnya energi yang

dihasilkan karena hanya dapat digunakan sekali dan masih kurang atau tidak dapat disimpan

sehingga dibuang secara percuma. Padahal untuk saat ini bioas dari hasil digester terus

23

dikembangkan. Untuk saat ini memang sudah ada yang melakukan kegiatan penyimpanan

biogas tetapi hanya dapat disimpan pada waktu yang singkat. Dan untuk sekarang mulai

dikembangkan teknologi penyimpanan biogas berdasarkan kapasitas dan daya tahan.

Tabel 2.6 menunjukkan kesesuaian penyimpanan biogas sesuai dengan tekanan yang

diiginkan. Semakin tinggi tekanan penyimpanan, dibutuhkan material yang semakin kuat.

Untuk penyimpanan dengan tekanan tinggi menggunakan material logam sebagai bahan

penyimpanan. Selain itu dari segi tujuan penyimpanan terbagi menjadi dua jenis yaitu

penyimpanan jangka waktu pendek, menengah dan jangka waktu yang panjang. Untuk saat

ini hamper setiap rumah di Indonesia menggunaka tabung LPG dimana dalam kategori diatas

adalah tangki propane atau butane yang mampu menahan tekanan dalam jumlah besar. Oleh

karena itulah tabung tersebut juga dapat digunakan sebagai salah satu sarana untuk

melakukan penyimpanan biogas yang dapat langsung diaplikasikan oleh masyarakat.

2.7. Nilai Kalor Pembakaran

Reaksi pembakaran Hidrokarbon selalu menghasilkan CO2 dan H2O. air atau H2O dalam

prodak dapat muncul dalam berbagai fase dan akan mempengaruhi terhadap nilai

pemanasannya. LHV (lower heating value) adalah panas pembakaran pada kondisi dimana

air atau H2O dalam produk berbentuk uap (gas) sedangkan HHV (higher heating value)

adalah panas pembakaran yang dihasilkan oleh reaksi pembakaran jika semua air didalam

produk terkondensasi menjadi cair.

Tabel 2.7

Nilai Kalor Pembakaran

Senyawa Berbentuk Gas H2O dalam produk bebentuk

cair (HHV) "KJ/Kg"

H2O dalam produk bebentuk

Uap (LHV) "KJ/Kg"

Metane, CH4 55641 50141

Etan, C2H6 51993 47595

Hexan, C6H14 48679 45100

Oktan, C8H18 48254 44786

Hidrogen, H2 141788 119954

Acentylene, C2H2 60960 57577

Sumber : ING Wardana (2008)

24

2.8. Hipotesa

Larutan NaOH dan Ca(OH)2 adalah larutan bersifat basa dan akan bereaksi dengan

karbondioksida (CO2) yang bersifat oksida asam.

Perbandingan kinerja purifikasi biogas menggunakan larutan NaOH dan Ca(OH)2

adalah larutan NaOH lebih besar menyerap kandungan CO2 biogas dibandingkan dengan

larutan Ca(OH)2 hal ini disebabkan karena larutan NaOH merupakan larutan mudah laruh

dalam air dibanding dengan larutan Ca(OH)2. Larutan NaOH maupun Larutan Ca(OH)2

akan mencapai penyerapan optimal pada saat larutan jenuh yaitu kemampuan pelarut

melarutkan zat terlarut pada temperatur tertentu. Dan juga nilai kalor pembakaran biogas

akan meningkat seiring besarnya kadar CO2 yang terserap.

25

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Pada penelitian tentang biogas ini, metode penelitian yang dipakai adalah metode

penelitian eksperimental. Metode ini meneliti pengujian tentang pengaruh dari suatu

perlakuan terhadap fenomena proses yang terjadi. Dari berbagai perlakuan pada percobaan

tersebut akan dibandingkan hasilnya sehingga diperoleh hasil yang paling baik.

3.2 Waktu dan tempat penelitian

Waktu Pengambilan data : Bulan Mei 2017

Tempat penelitian :

Bengkel AC mobil Dewista AC

Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

3.3 Variabel Penelitian

Variabel-variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah

1. Variabel bebas

Variabel bebas yaitu variabel yang besarnya ditentukan oleh peneliti dan ditentukan

sebelum penelitian dilakukan. Dalam hal ini variabel bebasnya adalah :

a. Fraksi Volume NaOH 40%, 45%, 50%, 55%, 55%, dan 60 %

b. Fraksi Volume Ca(OH)2 0 %, 0.07%, 0.15%, 0.303% dan 0.45%

c. Waktu pengamatan kandungan CO2 0 menit ; 4 menit ; 8 menit ; 12 menit ; 16 menit

dan 20 menit.

2. Variabel terikat

Variabel terikat adalah variabel yang nilainya tergantung dari variabel bebas dan

diketahui setelah penelitian dilakukan. Variabel terikat yang diamati pada penelitian ini

adalah hasil purifikasi biogas.

26

3. Variabel terkontrol

Variabel terkontrol adalah variabel yang nilainya ditentukan oleh peneliti dan dibuat agar

kondisinya konstan atau tetap. Dalam penelitian kali ini variabel terkontrol adalah :

a. Laju aliran biogas adalah 12,5 L/menit

b. Gas yang digunakan merupakan campuran CH4 dan CO2 dengan komposisi campuran

gas 50% : 50% untuk Larutan CaOH

c. Gas yang digunakan merupakan campuran CH4 dan CO2 dengan komposisi campuran

gas 50% : 50% untuk Larutan NaOH

d. Volume Larutan NaOH adalah 3 liter

e. Volume Larutan CaOH adalah 3 liter

3.4 Alat dan Bahan Penelitian

A. Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah :

1. Gas CH4

Gas CH4 atau yang disebut metana adalah bahan utama yang nantinya akan dicampur

dengan gas CO2 (karbon dioksida) sebagai permisalan biogas yang mana mana

mengandung kandungan senyawa utama yaitu CH4 dan CO2

2. Gas CO2

Gas CO2 (karbon dioksida) adalah gas yang akan dicampurkan dengan gas metana CH4

dan akan dilihat presentase pengurangan dari kandungan gas CO2 setelah dialirkan pada

larutan

3. Larutan NaOH

Larutan NaOH digunakan sebagai bahan yang berfungsi menurunkan kadar CO2 pada

pemurnian gas CH4 dengan cara dialirkan melalui pipa

4. Larutan Ca(OH)2

Larutan Ca(OH)2 digunakan sebagai bahan yang berfungsi menurunkan kadar CO2 pada

pemurnian gas CH4 dengan cara dialirkan melalui pipa

27

B. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah

1. Flowmeter Udara

Berfungsi untuk mengatur debit aliran antara gas CO2 dan CH4 yang nantinya akan

dicampur dan dialirkan ke tabung purifikasi.

Gambar 3.1. Flowmeter

2. Pressure gauge gas

Berfungsi sebagai bukaan gas yang mana terdapat katub yang difungsikan gas hasil

purifikasi dapat keluar untuk diidentifikasi kandungan dengan menggunakan gas analyzer

Gambar 3.2. Pressure Gauge Gas

28

3. Stopwatch

Berfungsi untuk menghitung waktu pengambilan data

Gambar 3.3. Stopwatch

4. Timbangan Digital

Gambar 3.4. Timbangan Digital

29

5. Stargas

Gambar 3.5. Stargas

Merk : Technotest

Type : Multigas 488 Plus / 473

Power Supply : 110/220/240 V

50-60 Hz

Detection Range : CO2 : 0-20%

Buatan : Italy

3.5. Skema Instalasi

Dari skema instalasi ini peneliti meneliti tentang pergantian jenis larutan dan fraksi

volume pada instalasi no .6

Gambar 3.5. Skema Instalasi

Keterangan :

1. Tabung CH4

2. Tabung CO2

3. Flowmeter

4. Gas Mixer

5. Thermocouple

6. Tabung NaOH /

Ca(OH)2

7. Katup Sampling

8. Tabung Kosong

9. Tabung Kosong

10. Kompresor

11. Multimeter Digital

12. Pressure Gauge

13. Kondensor

14. Selenoid

30

3.6. Prosedur Penelitian

1. Studi Pustaka

Studi Pustaka dilakukan untuk mencari sumber sumber atau dasar teori yang menguatkan

hipotesa dan berhubungan dengan penelitian yang akan dilakukan untuk selanjutnya

memperkuat hasil analisa dari data penelitian.

2. Perencanaan Kebutuhan

Perencanaan dilakukan untuk studi dan mencari alat dan bahan yang akan digunakan

dalam penelitian.

3. Desain Instalasi

Desain instalasi digambar untuk merencanakan skema instalasi yang akan digunakan

dalam penelitian sehingga memudahkan pengambilan dan analisa data.

4. Pembuatan Instalasi

Pembuatan Instalasi dimulai dengan membeli material yang digunakan dan membuat

bersama tenaga ahli.

5. Pengujian Alat dan Pengambilan data

Pengujian alat memastikan sistem menyala dengan sempurna dan indikator mengalami

perubahan. Data yang diambil adalah kadar CO2 setelah melewati larutan absorber baik

menggunakan NaOH maupun Ca(OH)2

6. Pembahasan

Pembahasan dilakukan setelah semua data terkumpul. Kemudian data di analisa dan

dibandingkan serta disesuaikan dengan dasar teori dan hipotesa untuk selanjutnya dibuat

dalam bentuk grafik.

3.7. Metode Pengambilan Data

1. Mempersiapkan semua alat dan bahan sesuai dengan instalasi untuk pengambilan data

2. Memasukkan variasi pertama yaitu larutan NaOH dengan Fraksi Volume 40%.

3. Menghubungkan selang untuk Tabung CH4 dab CO2 ke dalam FlowMeter

4. Membuka katup regulator CH4 dan CO2 sehingga Flowmeter menunjukan perubahan

5. Mengatur bukaan flowmeter CH4 sehingga debit menunjukkan 6,25 Liter / Menit

6. Mengatur bukaan flowmeter CO2 sehingga debit menunjukkan 6,25 Liter / Menit

7. Mengambil Sampel melalui Pressure Gauge pada Menit ke 4 mengunakan Gas

Analyzer untuk diuji kadar CO2 .



31







12. Mengganti Larutan NaOH dengan Variasi Fraksi volume 45%,50%,55% dan 60% dan

Mengulangi langkah 4 sampai 11

13. Mengganti Jenis larutan dengan Larutan Ca(OH)2 dengan fraksi volume 0.07%, 0.15%,

0.303% dan 0.45% dan Mengulangi langkah 4 sampai 11

3.8.Diagram Alir Penelitian

Berikut adalah diagram alir penelitian yang akan dilakukan:

Perangkaian dan Penyusunan Alat

Studi literatur dan Rumusan

Masalah

Pengaturan parameter pengujian

Persiapan Alat dan

Bahan Penelitian

Mulai

A B

32

Selesai

Kesimpulan dan Saran

Apakah semua variasi

sudah selesai?

Tidak

Ya

Analisis dan pembahasan

Pengambilan data

Penelitian

A B

33

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengolahan Data

Tabel 4.1

Tabel Kandungan karbondioksida (CO2) Setelah melewati Larutan NaOH

Fraksi Volume NaOH (%)

Kadar CO2 (%) Pada Menit Ke-

0 4 8 12 16 20

40 50 11.87 12.26 11.56 11.33 12.47

45 50 4.22 5.19 5.54 5.87 5.68

50 50 5.38 4.45 4.09 3.84 4.02

55 50 6.11 6.1 5.96 6.37 5.91

60 50 5.91 6.3 6.3 5.91 6.23

(a.) (b.)

Gambar 4.1 Purifikasi menggunakan larutan NaOH dalam presentase volume

(a.) Penyerapan CO2 (b.) Presentase CH4 di Biogas

34

Pada gambar 4.1 menunjukkan hubungan antara kadar karbondioksida yang tidak

terserap dalam biogas terhadap waktu dengan variasi fraksi volume NaOH. Didapatkan data

bahwa besarnya fraksi volume larutan NaOH mempengaruhi kadar CO2 yang terserap dan

juga waktu purifikasi dari waktu ke-4 smpai waktu ke-20 tidak berpengaruh terhadap hasil

purifikasi. Hal ini dapat dilihat pada gambar 4.1 (a.) yaitu pada fraksi volume 40% dimana

didapatkan data sisa kandungan CO2 yang tidak terserap adalah 11,33% ; 12,26% ; 11,56%

; 11,33% dan 12,47% dengan rata rata 11,898 %. Pada fraksi Volume 45% sisa kandungan

CO2 yang tidak terserap adalah 4,22% ; 5,19% ; 5,54% ; 5,58% ; 5,68% dengan rata-rata

5,3%. Pada fraksi Volume 50% sisa kandungan CO2 yang tidak terserap adalah 5,38% ;

4,45% ; 4,09% ; 3,38% dan 4.02 % dengan rata-rata 4,356% . Pada fraksi Volume 55% sisa

kandungan CO2 yang tidak terserap adalah 6,11% ; 6,1% ; 5,96% ; 6,37% dan 5,91% dengan

rata-rata 6,09% dan pada fraksi volume 60% sisa kandungan CO2 adalah 5,91% ; 6,3% ;

6,3% ; 5,91% dan 6,23% dengan rata-rata 6,1 %. Sehingga semakin banyak presentase

karbon dioksida (CO2) terserap dalam Larutan NaOH maka semakin besar pula presentase

dari kadungan CH4 dalam biogas. Hal ini dapat diketahui dari gambar 4.1 (b).

Kemampuan NaOH dapat menyerap CO2 karena NaOH bila tercampur dengan air

maka akan membentuk ion Na+ dan OH- (teori asam basa Arrhenius) seperti pada persamaan

(4-1). Sedangkan CO2 bila bereaksi dengan air akan menghasilkan ion H+ seperti persamaan

(4-2). Sehingga ion ion yang larut dalam H2O ini akan bereaksi seperti pada persamaan (4-

3) dan (4-4)

𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑠) → 𝑁𝑎(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

− (4-1)

𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2𝑂 → 𝐻(𝑎𝑞)+ + 𝐻𝐶𝑂3

−(𝑎𝑞)

(4-2)

𝐻𝐶𝑂3−

(𝑎𝑞)+ 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

− ⇆ 𝐻2𝑂(𝑙) + 𝐶𝑂32−

(4-3)

𝐻(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

− → 𝐻2𝑂(𝑙) (4-4)

Dimana selama CO2 terus dialirkan kedalam larutan NaOH selama reaksi , maka CO2 akan

terus diserap yang mengarah pada penurunan OH-. Sehingga hasil dari pada reaksi

keseluruhan adalah seperti persamaan (4-5)

2𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐶𝑂2(𝑔) → 𝑁𝑎2𝐶𝑂3(𝑠) + 𝐻2𝑂(𝑙) (4-5)

35

Tabel 4.2

Tabel Kandungan karbondioksida (CO2) Setelah melewati Larutan Ca(OH)2

Fraksi Volume Ca(OH)2 (%)

Kadar CO2 (%) Pada Menit Ke-

0 4 8 12 16 20

0 50 23.82 22.35 21.58 22.44 23.62

0.07 50 15.58 15.92 16.15 15.99 16.09

0.15 50 16.59 16.71 16.5 16.96 17.32

0.3 50 17.64 17.14 17.17 17.06 17.61

0.45 50 17.72 18.43 17.16 17.15 17.15

(a.) (b.)

Gambar 4.2 Purifikasi menggunakan larutan Ca(OH)2 dalam presentase volume

(a.) Penyerapan CO2 (b.) Presentase CH4 di Biogas

Pada gambar 4.2 menunjukkan hubungan antara kadar karbondioksida yang tidak

terserap terhadap waktu dengan variasi fraksi volume Ca(OH)2 didapatkan data bahwa

besarnya fraksi volume larutan Ca(OH)2 mempengaruhi kadar CO2 yang terserap dan juga

waktu purifikasi dari waktu ke-4 smpai waktu ke-20 tidak berpengaruh terhadap hasil

purifikasi. Dengan menggunakan Larutan Ca(OH)2 dengan fraksi volume 0% didapatkan

data sisa kandungan CO2 yang tidak terserap adalah sebesar 23.82 ; 22.35 ; 21.58 ; 22.44 ;

263.63 secara berurutan dengan rata-rata sebesar 22.76%. Pada Fraksi Volume 0.07 %

didapatkan data sisa kandungan CO2 yang tidak terserap adalah sebesar 15,58 ; 15.92 ; 16.15

36

; 15.99 ; 16.09 secara berurutan dengan rata-rata sebesar 15,946%. Pada Fraksi volume

0,15% sisa kandungan CO2 yang tidak terserap 16,59% ; 16,71% ; 16,5% ; 16,96 dan

17,32% secara berurutan dengan rata-rata 16,816%. Pada Fraksi volume 0,30% sisa

kandungan CO2 yang tidak terserap 17, 64% ; 17,14% ; 17,17% ; 17,06% ; 17,61% dengan

rata-rata 17,324% dan pada fraksi volume 0,45% sisa kandungan CO2 yang tidak terserap

adalah 17,72% ; 18;43 ; 17,16% ; 17,15% ; 17,15% dengan rata-rata sebesar 17,522%.

Sehingga semakin banyak presentase karbon dioksida (CO2) terserap dalam Larutan NaOH

maka semakin besar pula presentase dari kadungan CH4 dalam biogas. Hal ini dapat

diketahui dari gambar 4.2 (b).

Kemampuan larutan Ca(OH)2 dapat menyerap CO2 karena Ca(OH)2 bila tercampur

dengan air maka akan membentuk ion Ca+ dan 2OH- seperti persamaan (4-6). Sedangkan

CO2 bila bereaksi dengan air akan menghasilkan ion H+ seperti persamaan (4-7). Sehingga

ion ion yang larut dalam H2O ini akan bereaksi seperti pada persamaan (4-8) dan (4-9)

𝐶𝑎(𝑂𝐻)2(𝑠) → 𝐶𝑎(𝑎𝑞)2+ + 2𝑂𝐻(𝑎𝑞)

− (4-6)

𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2𝑂 → 𝐻(𝑎𝑞)+ + 𝐻𝐶𝑂3

−(𝑎𝑞)

(4-7)

𝐻𝐶𝑂3−

(𝑎𝑞)+ 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

− ⇆ 𝐻2𝑂(𝑙) + 𝐶𝑂32−

(4-8)

𝐻(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

− → 𝐻2𝑂(𝑙) (4-9)

Dimana selama CO2 terus dialirkan kedalam larutan Ca(OH)2 selama reaksi , maka

CO2 akan terus diserap yang mengarah pada penurunan OH-. Sehingga hasil dari pada reaksi

keseluruhan adalah seperti persamaan (4-10)

𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 (𝑎𝑞) + 𝐶𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) + 𝐻2𝑂(𝑙) (4-10)

Dari penjelasan diatas dapat diketahui bahwa waktu purifikasi selama 20 menit yaitu

pada menit ke-empat, ke-delapan, ke-12, ke-16 dan ke-20 adalah belum perpengaruh

terhadap hasil purifikasi. Purifikasi dengan menggunakan larutan NaOH dapat diketahui

bahwa grafik hasil purifikasi cenderung konstan dan tidak begitu banyak mengalami

perubahan dan hal ini terjadi di semua fraksi volume NaOH. Begitu juga menggunakan

larutan Ca(OH)2. Pada menit yang sama grafik hasil purifikasi juga cenderung konstan dan

tidak banyak mengalami perubahan dan hal ini terjadi di semua fraksi volume Ca(OH)2.

37

4.2 Perbandingan Efesiensi Penyerapan Karbondioksida (CO2) menggunakan Larutan

NaOH dan Ca(OH)2

Pada Diagram efesiensi rata-rata penyerapan karbondioksida (CO2) pada tiap

kosentrasi didapatkan data berdasarkan rumus

𝜂 = (1 −𝐶𝑂2,out

𝐶𝑂2,𝑖𝑛) 𝑋 100% (4-11)

Dimana : 𝜂 = 𝑒𝑓𝑒𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑛 𝐶𝑂2

𝐶𝑂2, out = kadar CO2 yang tidak terserap(%)

𝐶𝑂2, 𝑖𝑛 = 𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝐶𝑂2 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘(%)

Maksud dari efesiensi penyerapan ini adalah untuk mengetahui seberapa besar kadar

karbondioksida (CO2) yang terserap didalam larutan absorben dibanding dengan presentasi

kandungan karbondioksida(CO2) yang masuk. Sehingga diketahui efektifitas dari larutan

absorben yang digunakan.

Gambar 4.3 Grafik Efesiensi Penyerapan Karbondioksida (CO2)

Efesiensi penyerapan Menggunakan Larutan NaOH dapat terlihat dari gambar 4.3

dimana pada fraksi Volume 40% didapatkan efesiensi penyerapan sebesar 76.204 %, fraksi

38

volume 45% didapatkan efesiensi penyerapan sebesar 89,4 %, pada fraksi volume 50%

didapatkan efesiensi penyerapan sebesar 91,288%, pada fraksi volume 55% didapatkan

efesiensi penyerapan sebesar 87, 82% dan pada fraksi volume 60% didapatkan efesiensi

penyerapan sebesar 87,74 %. Pada fraksi volume 40%, 45% dan 50% didapatkan data bahwa

semakin besar fraksi volume larutan NaOH maka semakin besar juga kandungan

karbondioksida (CO2) yang terserap hal ini karena semakin besar banyak ion OH- yang

dihasilkan dari larutan NaOH sehingga dapat bereaksi dengan CO2. Akan tetapi setelah

fraksi volume 50% yaitu pada fraksi volume 55% dan 60%, efesiensi penyerapan kadar

karbondioksida (CO2) sedikit mengalami penurunan hal ini dikarenakan pada fraksi volume

55% dan 60% telah melewati titik jenuh larutan yaitu kemampuan zat terlarut untuk larut ke

dalam zat pelarut sehingga zat terlarut yang tidak dapat larut dan akan menjadi endapan di

larutan yang akan menggangu jalannya purifikasi. Hal ini dapat dibuktikan dari salah satu

sifat propertis dari NaOH yaitu sifat kelarutan dalam air yaitu sebesar 109 gr / 100 ml

sehingga sama dengan 1090 gr / Liter. Selain itu sifat propertis yang dapat digunakan adalah

massa jenis NaOH yaitu sebesar 2,13 gr/cm3. Dan menggunakan perhitungan sebagai berikut

a. Massa Jenis

Pada perhitungan massa jenis ini digunakan hanya untuk mengetahui berapa besar

volume NaOH pada massa 1090 gram yang akan digunakan untuk menghitung kosentrasi

𝜌 =𝑚

𝑣 (4-12)

2,13 =1090

𝑣

𝑣 = 511,7 𝑚𝑙

b. Fraksi Volume

Setelah didapatkan nilai dari pada volume NaOH maka dapat digunakan untuk

menghitung fraksi volume pada kondisi Jenuh. Dimana Volume Larutan didapat dari

Volume H2O yang digunakan karena Volume NaOH sudah terionisasi secara sempurna

tanpa terjadi penambahan volume.


𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 (4-13)

𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(%) =511,7 𝑚𝑙

1000 𝑚𝑙𝑥 100%

𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(%) = 51%

39

Dari penjelasan rumus diatas dapat diketahui bahwa fraksi volume larutan NaOH 55% dan

60% sudah melewati titik jenuh larutan.yang mana larutan jenuh NaOH berada pada fraksi

volume 51%

Efesiensi penyerapan Menggunakan Larutan Ca(OH)2 juga dapat terlihat dari

gambar 4.3. dimana pada fraksi volume 0% effesiensi penyerapan sebesar 54,472 %, fraksi

Volume 0.07 % effesiensi sebesar 68,108 %, fraksi volume 0.15% didapatkan efesiensi

penyerapan sebesar 66,368 %, pada fraksi volume 0.30% didapatkan efesiensi penyerapan

sebesar 65,352%, dan pada fraksi volume 0.45% didapatkan efesiensi penyerapan sebesar

64.956%. dari diagram diatas didapatkan bahwa semakin besar kosentrasi larutan Ca(OH)2

maka efesensi purifikasi cenderung mengalami penurunan. Dapat dilihat bahwa efesiensi

terbesar terdapat pada fraksi volume 0.07% dan pada fraksi volume 0.15% ; 0.30% ; 0.45%

mengalami penurunan. Hal ini di sebabkan karena setelah melewati titik jenuh larutan yaitu

kemampuan zat terlarut untuk larut dalam zat pelarut . sehingga menimbulkan endapan

Ca(OH)2 yang tidak terurai didalam fluida pelarut. Maka dari itu endapan dapat menurunkan

efesiensi penyerapan CO2. Hal ini dapat dibuktikan dari salah satu sifat propertis dari

Ca(OH)2 yaitu sifat kelarutan dalam air yaitu sebesar 0,173gr / 100 ml sehingga sama

dengan 1,730 gr / Liter. Selain itu sifat propertis yang dapat digunakan adalah massa jenis

Ca(OH)2 yaitu sebesar 2,24 gr/cm3. Dan menggunakan perhitungan sebagai berikut :

a. Massa Jenis

Pada perhitungan massa jenis ini digunakan hanya untuk mengetahui berapa besar

volume Ca(OH)2 pada massa 0.173 gram yang akan digunakan untuk menghitung kosentrasi

𝜌 =𝑚

𝑣 (4-14)

2,24 =1,730

𝑣

𝑣 = 0,77 𝑚𝑙

b. Fraksi Volume

Setelah didapatkan nilai dari pada volume Ca(OH)2 maka dapat digunakan untuk

menghitung fraksi volume pada kondisi Jenuh. Dimana Volume Larutan didapat dari

Volume H2O yang digunakan karena Volume Ca(OH)2 sudah terionisasi secara sempurna

tanpa terjadi penambahan volume.


𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 (4-15)

𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(%) =0,77 𝑚𝑙

1000 𝑚𝑙𝑥 100%

𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(%) = 0,077%

40

Dari perhitungan di atas dapat diketahui bahwa larutan jenuh Ca(OH)2 berada di fraksi

volume 0,77 %. Dan hal ini membuktikan bahwa pada fraksi volume 0,15% ; 0,30% ; 0,45%

mengalami penurunan karena sudah berada diatas dititik jenuh karutan dan menyebabkan

terjadinya endapan.

Sehingga dari Perbandingan Efesiensi penyerapan CO2 menggunakan Larutan NaOH

dan Ca(OH)2 adalah larutan NaOH memiliki efesiensi penyerapan tertinggi pada fraksi

Volume 50% yaitu sebesar 91,288%. Sedangkan larutan Ca(OH)2 memiliki efesiensi

penyerapan tertinggi pada fraksi volume 0.07% yaitu sebesar 68,108%. Dari kedua larutan

tersebut dapat diketahui bahwa titik optimal penyerapan karbon dioksida (CO2) terdapat

pada titik jenuh larutan. Yaiu kemampuan zat terlarut untuk larut dalam zat pelarut. Pada

Larutan NaOH dimana larutan jenuh berada di Fraksi Volume 50% sedangkan Ca(OH)2

berada pada fraksi volume 0,07%.

4.3 Perbandingan Nilai Kalor Biogas Setelah Purifikasi

Nilai kalor pembakaran biogas aktual biogas dapat dihitung menggunakan presentasi

CH4. Menurut Mitzlaff, 1988 : halaman 30 dapat dihitung menggunakan rumus

𝐻𝑉𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 =𝑉𝑐ℎ4

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑥 𝐻𝑉 𝐶𝐻4 𝑥 𝜌 𝐶𝐻4 (4-16)

Dimana HV Biogas = Nilai kalor biogas ( kJ/ m3 )

HV CH4 = Nilai Kalor CH4 ( kJ/ kg )

V CH4 = Volume CH4 (m3)

V Total = Volume biogas (m3)

𝜌 𝐶𝐻4 = Massa Jenis CH4 ( kg/ m3 )

Tabel 4.3

Nilai kalor pembakaran biogas setelah melewati larutan NaOH

Fraksi Volume NaOH

(%)

Nilai Kalor Pembakaran Pada Menit Ke-

0 4 8 12 16 20

40 16797.2 29606.8 29475.8 29710.9 29788.2 29405.2

45 16797.2 32176.8 31850.9 31733.3 31622.5 31686.3

50 16797.2 31787.1 32099.5 32220.5 32304.4 32244

55 16797.2 31541.8 31545.2 31592.2 31454.5 31609

60 16797.2 31609 31478 31478 31609 31501.5

41

Tabel 4.4

Nilai kalor pembakaran biogas setelah melewati larutan Ca(OH)2

Fraksi Volume Ca(OH)2

(%)

Nilai Kalor Pembakaran Pada Menit Ke-

0 4 8 12 16 20

0 16798.2 25593.8 26087.7 26346.4 26057.4 25657.6

0.07 16798.2 28362.1 28247.9 28170.6 28224.4 28190.8

0.15 16798.2 28022.8 27982.5 28053.1 27898.5 27777.6

0.3 16798.2 27670.1 27838 27828 27864.9 27680.1

0.45 16798.2 27643.2 27404.6 27831.3 27834.7 27834.7

Didapatkan hasil bahwa semakin besar efesiensi penyerapan CO2 maka semakin

besar nilai kalor dari pada biogas. Dengan menggunakan larutan NaOH , nilai kalor tertinggi

setelah biogas melewati larutan NaOH pada fraksi volume 50%. Sedangkan dengan

mengunakan larutan Ca(OH)2 nilai kalor tertinggi adalah setelah biogas melewati larutan

Ca(OH)2 pada fraksi volume 0.07%.

43

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal

mengenai perbandingan purifikasi karbon dioksida (CO2) menggunakan Larutan NaOH dan

Larutan Ca(OH)2.

1. Larutan NaOH dan larutan Ca(OH)2 dapat menyerap kandungan karbondioksida (CO2)

didalam biogas. Kemampuan Menyerap karbondioksido (CO2) selama waktu 20 menit

yaitu pada menit ke-4, ke-8, ke-12, ke-16 dan ke-20 adalah tidak terdapat perbedaan hasil

purifikasi. Baik menggunakan larutan NaOH ataupun Larutan Ca(OH)2.

2. Perbandingan Efesiensi penyerapan CO2 menggunakan larutan NaOH dan Ca(OH)2

adalah larutan NaOH memiliki efesiensi penyerapan tertinggi pada fraksi Volume 50%

yaitu sebesar 91,288%. Sedangkan larutan Ca(OH)2 memiliki efesiensi penyerapan

tertinggi pada fraksi volume 0.07% yaitu sebesar 68,108%. Dari kedua larutan tersebut

dapat diketahui bahwa titik optimal penyerapan karbondioksida (CO2) terdapat pada titik

jenuh larutan. Yaitu kemampuan zat terlarut untuk larut dalam zat pelarut. Pada Larutan

NaOH dimana larutan jenuh berada di Fraksi Volume 50% sedangkan Ca(OH)2 berada

pada fraksi volume 0,07%.

3. Nilai kalor pembakaran biogas mengalami peningkatan setelah melewati larutan

purifikasi.

5.2 Saran

1. Pada penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan penelitian dengan variasi waktu

yang lebih lama

2. Penelitian menggunakan larutan Ca(OH)2 sistem kontinyu yaitu dialirkan pada 2 tabung

larutan Ca(OH)2

DAFTAR PUSTAKA

Al Seadi, T. (2008). Biogas HandBook. Esbjerg, Denmark : ISBN 978-87-992962-0-0

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. (2016). Outlook Energi Indonesia 2016.

Jakarta : ( BPPT). ISBN 978-602-74702-0-0

Cundari, L., Selpiana., Wijaya, C.K. & Sucia, A. (2014). Pengaruh penggunaan solven

natrium karbonat (na2co3) terhadap absorpsi co pada biogas kotoran sapi

dalam spray column. Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 20, Desember 2014

Chang, R. (2003). Kimia Dasar edisi ketiga. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Han, S.J., Yoo, M. Kim, D.W. & Wee, J.H. Carbon Dioxide Capture Using Calcium

Hydroxide Aqueous Solution As The Absorbent. Energy Fuels 2011, 25, 3825-

3834

Hotma, L. (2015). Pengaruh Jumlah Lubang Bubble Generator dan Kosentrasi NaOH

Terhadap Kandungan CH4 dan CO2 Pada Purifikasi Beringkat Sistem Kontinyu.

Skripsi. Tidak Dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Kumoro, A. K. & Hadiyanto. (2000). Absorpsi Gas Karbondioksid Dengan Larutan Soda

Api Dalam Kolom Unggun Tetap. Forum Teknik Jilid 24, No. 2.

Kordlylewski, W., Sawicka, D. & Falkowski, T. Laboratory tests on the efficiency of

carbon dioxide capture from gases in naoh solutions. Journal of ecological

engineering Volume 14, No. 2, April 2013, pp. 54–62

Mitzlaff, K.V. (1988). Engines Of Biogas. Deutsche Gesellschaft Fur Technische

Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, Germany.

Pranowo, P. S. (2014). Efektivitas Absorben Dengan Variasi Tinggi Tubing Dalam

Penyerapan Gas Karbondioksida Pada Sistem Purifikasi Gas. Skripsi. Tidak

Dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Putra, I. A. S. (2016). Pengaruh Laju Aliran Biogas Terhadap Purifikasi dan Penyimpanan

CH4 Dengan Sistem Kompresi. Skripsi. Tidak dipublikasikan. Malang :

Universitas Brawijaya.

Tajalli, A. (2015). Panduan Penilaian Potensi Biomassa Sebagai Symber Energi Alternatif

Di Indonesia. Jakarta. Penabulu Alliance.

Uwar, A.N., Wardana, ING. & Widhiyanuriyawan, D. (2012). Karakteristik Pembakaran

CH4 Dengan Penambahan CO2 Pada Model Shaw Cell Pada Penyalaan Bawah.

Junal Rekayasa Mesin Vol.3, No. 1 Tahun 2012 : 249-257

Walsh, J. L., Ross, C.C., Smith, M.S. & Wilkins, W. A. (1988). Handbook on Biogas

Utilization. Georgia. The Environment, Health, and Safety Division Georgia

Tech Research Institute Atlanta.

Widhiyanuriyawan, D. & Sugiarto. (2014). Biogas Purification Using Natural Zeolite and

NaOH. Applied Mechanics and Materials Vol. 664 (2014) pp 415-418.

Widhiyanuriyawan, D., Hamidi, N. & Trimandoko, C. (2014). Purifikasi Biogas dengan

Variasi Ukuran dan Massa Zeolit terhadap Kandungan CH4 dan CO2. Jurnal

Rekayasa Mesin Vol.5, No.3 : 27-32.

Yincheng, G., Zhenqi, N. & Wenyi, L. (2011). Comparison of removal efficiencies of

carbon dioxide between aqueous ammonia and NaOH solution in a fine spray

column. Energy Procedia 4 (2011) 512–518

Yoo, M., Han, S.A. & Wee, J.H. (2012). Carbon dioxide Capture Capacity of Sodium

Hydroxide aqueous Solution. Journal Of Environmental Management 114

(3013) 512-519

PENGARUH VARIASI SUDUT SERANG SUDU PENGARAH BENTUK …repository.ub.ac.id/2223/1/BENIDIKTUS LOVIAN...

Documents

Transcript of PENGARUH VARIASI SUDUT SERANG SUDU PENGARAH BENTUK …repository.ub.ac.id/2223/1/BENIDIKTUS LOVIAN...