PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN

RUMPUT GAJAH (Pennisetum Purpureum)

(Skripsi)

Oleh

CHANDRA AFRIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2017

ABSTRAK

PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN

RUMPUT GAJAH (Pennisetum Purpureum)

Oleh

CHANDRA AFRIAN

Penggunaan minyak sebagai sumber energi menimbulkan persoalan serius pada

lingkungan berkaitan dengan emisi gas rumah kaca, terutama CO2, yang

merupakan penyebab terjadinya pemanasan global. Oleh karena itu dibutuhkan

energi alternatif yang ramah lingkungan dan memiliki sumber yang dapat

diperbaharui. Biogas merupakan salah satu alternatif sumber energi terbarukan

yang dapat menjawab kebutuhan energi. Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahui produksi biogas dari campuran rumput gajah dan kotoran sapi.

Rumput gajah (25 kg), diperoleh dari petani di Gedong Tataan (Pesawaran) dan

berumur 2 bulan saat dipotong, dicacah dengan panjang maksimum 5 cm. Kotoran

sapi segar (25 kg) diambil dari Laboratorium di Jurusan Peternakan, Universitas

Lampung diencerkan dengan air pada tiga level, yaitu 50 ℓ (P1), 75 ℓ (P2), dan 100

ℓ (P3). Rumput gajah dicampur dengan kotoran sapi dan diaduk rata. Campuran

dimasukkan ke dalam digester batch dari drum plastik dengan volume 220 liter.

Untuk kontrol hanya digunakan 25 kg kotoran sapi yang diencerkan dengan 25 l

air. Semua perlakukan dilakukan dengan dua ulangan. Parameter yang diamati

pada penelitian ini meliputi temperatur harian, pH awal dan akhir substrat,

kandungan TS dan VS, volume biogas, produktivitas biogas dan komposisi

biogas.

Hasil penelitian menunjukan bahwa nilai pH awal semua perlakuan berada pada

kisaran normal yaitu 7,73, 8,08, 8,00, 7,20 berturut-turut untuk P1, P2, P3 dan

kontrol; sedangkan pH akhir berturut-turut adalah 4,50, 4,62, 6,82, 7,30. Suhu

harian rata-rata hampir sama untuk semua perlakuan yaitu 33,15 oC, 29,60

oC,

31,17 oC, dan 30,23

oC. Total dari produksi biogas adalah 439.42 ℓ, 353.02 ℓ,

524.32 ℓ dan 519.27 ℓ berturut-turut untuk P1, P2, P3, dan kontrol dengan

produktivitas biogas secara berurutan adalah 42.20 ℓ/kgTS, 33.91 ℓ/kgTS, 50.38

ℓ/kgTS, 72.42 ℓ/kgTS dan produktivitas metana 6.85 ℓ/kgVS, 13.38 ℓ/kgVS, 69.62

ℓ/kgVS dan 102.86 ℓ/kgVS.

__________________________________________________________________

Kata kunci : Biogas, kotoran sapi, rumput gajah, batch, produktivitas.

ABSTRAK

BIOGAS PRODUCTION FROM COW DUNG MIXTURE WITH

ELEPHANT GRASS (Pennisetum Purpureum)

By

CHANDRA AFRIAN

The use of oil as an energy source raises serious environmental problems related

to emissions of greenhouse gases, especially CO2, which is the cause of global

warming. Therefore we need alternative energy that are environmentally friendly

and also renewable. Biogas is an alternative renewable energy sources that can

address energy needs. This study aimed at determining the production of biogas

from a mixture of elephant grass and cow dung.

Elephant grass, obtained from a local farmer in Gedong Tataan (Pesawaran) at 2

months old when cut, was manually cut with a maximum length of 5 cm. Fresh

cow dung was taken from Department of Husbandry, the University of Lampung.

Elephant grass was thoroughly mixed with cowdung and was then put into 220-

liter batch drum digester. The treatments were compared to control which used

only 25 kg of cow dung diluted with 25 ℓ of water. All treatments were conducted

with two replications. The parameters included daily temperature, substrate pH

(initial and final), TS and VS content, biogas production, biogas yield and biogas

composition.

The results showed that initial pH value of all treatments were in the normal

range, namely 7.73, 8.08, 8.00, 7.20 respectively for P1, P2, P3 and control;

whereas final pH was 4.50, 4.62, 6.82, 7.30. The average daily temperature

respectively was 33.15 °C, 29.60 °C, 31.17 °C and 30.23 °C. The total of biogas

production was 439.42 ℓ, 353.02 ℓ, 524.32 ℓ and 519.27 ℓ respectively for P1, P2,

P3, and control with respective biogas yield of 42.20 ℓ/kgTS, 33.91 ℓ/kgTS, 50.38

ℓ/kgTS, 72.42 ℓ/kgTS and methane yield of 6.85 ℓ/kgVS, 13.38 ℓ/kgVS, 69.62

ℓ/kgVS and 102.86 ℓ/kgVS.

__________________________________________________________________

Keyword : Biogas, cow dung, elephant grass, batch, yield.

PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN

RUMPUT GAJAH (Pennisetum Purpureum)

Oleh

CHANDRA AFRIAN

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada

Jurusan Teknik Pertanian

Fakultas Pertanian Universitas Lampung

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2017

PERNYATAAN KEASLIAN HASIL KARYA

Saya adalah Chandra Afrian NPM 1214071022

Dengan ini menyatakan bahwa apa yang tertulis dalam karya ilmiah ini adalah

hasil karya saya yang dibimbing oleh Komisi Pembimbing, 1) Dr. Ir. Agus

Haryanto, M.P. dan 2) Prof. Dr. Eng. Ir. Udin Hasanudin, M.T. berdasarkan

pada pengetahuan dan informasi yang telah saya dapatkan. Karya ilmiah ini berisi

material yang dibuat sendiri dan hasil rujukan beberapa sumber lain (buku, jurnal,

dll) yang telah dipublikasikan sebelumnya atau dengan kata lain bukanlah hasil

dari plagiat karya orang lain.

Demikianlah pernyataan ini saya buat dan dapat dipertanggungjawabkan. Apabila

dikemudian hari terdapat kecurangan dalam karya ini, maka saya siap

mempertanggungjawabkannya.

Bandar Lampung, 2017

Yang membuat pernyataan

Chandra Afrian

NPM. 1214071022

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Gedongtataan pada tanggal 6 April

1994, sebagai anak pertama dari pasangan Bapak Edi

Yuli Santosa dan Ibu Eni Ati. Penulis menempuh

pendidikan taman kanak-kanak di TK Pertiwi

Gedongtataan Pesawaran dan lulus pada tahun 2000.

Pendidikan dilanjutkan di SD Negeri 2 Kutoarjo

Gedongtataan pada tahun 2000 sampai dengan tahun

2006. Penulis menyelesaikan pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 1

Gedongtataan pada tahun 2009 dan sekolah menengah atas diselesaikan di SMA

Negeri 1 Gedongtataan pada tahun 2012.

Pada tahun 2012, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian,

Fakultas Pertanian, Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN. Penulis

mendapatkan beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik selama 1 tahun. Penulis

pernah menjabat sebagai Anggota Bidang Keprofesian di Persatuan Mahasiswa

Teknik Pertanian (PERMATEP) pada periode 2013 – 2014 dan menjabat sebagai

Ketua Bidang Penelitian dan Pengembangan (Litbang) di Persatuan Mahasiswa

Teknik Pertanian (PERMATEP) pada periode 2014 – 2015.

Pada tahun 2015, penulis melaksanakan Praktik Umum di Balai Besar Mekanisasi

Pertanian (BBP MEKTAN) Serpong Desa Situgadung Tromol pos 2 Kec.

Serpong Kab. Tangerang Provinsi Banten dengan judul “Mempelajari Pengujian

ATABELA (Alat Tanam Benih Langsung) Tipe Drum Seeder Jarwo 2:1 Di Balai

Besar Mekanisasi Pertanian (BBP MEKTAN) Serpong Tangerang” selama 30 hari

mulai tanggal 27 Juli 2015 sampai tanggal 27 Agustus 2015. Penulis

melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Desa Bandar Anom, Kecamatan

Rawajitu Utara, Kabupaten Mesuji selama 60 hari mulai tanggal 18 Januari 2016

sampai dengan 17 Maret 2016.

Ucapan Terima kasih

Penelitian Ini Didanai dari Penelitian Skim STRANAS

Atas Nama Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P.

Nomor Kontrak 419/UN26/8/LPPM/2016 Oktober 2016

Bismillahirrahmanirrahim

ku persembahkan karya kecil ini untuk

Kedua orangtuaku tercinta

Bapak Edi Yuli Santosa

Ibu Eni Ati

Adikku tersayang

Cerly Dewi Anggraini

i

SANWACANA

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis

dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul “PRODUKSI BIOGAS

DARI CAMPURAN KOTORAN SAPI DENGAN RUMPUT GAJAH

(Pennisetum Purpureum)” sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana

Teknologi Pertanian. Penulis menyadari bahwa terselesaikannya kuliah dan

penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan, dukungan, dan bimbingan dari

berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih

kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., Ketua Jurusan Teknik Pertanian

Universitas Lampung serta selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah

banyak meluangkan waktunya untuk membimbing, memotivasi, dan

memberikan saran dalam proses penyusunan skripsi ini.

2. Bapak Prof. Dr. Eng. Ir. Udin Hasanudin, M.T. selaku Dosen

Pembimbing Kedua yang telah memberikan kritik dan saran dalam

penyelesaian skripsi ini.

3. Bapak Ir. Iskandar Zulkarnain, M.Si., selaku Dosen Pembahas serta selaku

Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan banyak masukan,

bimbingan, saran, dan kritik yang membangun.

ii

4. Bapak Prof. Dr. Ir. Irwan Sukri Banuwa, M.Si., selaku Dekan Fakultas

Pertanian Universitas Lampung.

5. Kedua orang tua dan adik yang sangat aku cintai. Bapak Edi Yuli Santosa,

Ibu Eni Ati dan dan Adikku Cerly Dewi Anggraini yang senantiasa

mendengarkan keluh kesahku dan memberikan solusi, motivasi, serta do’a

yang sangat berarti.

6. Sahabat–sahabat terbaikku yang telah banyak membantu dalam

pelaksanaan penelitian.

7. Keluarga Teknik Pertanian angkatan 2012 Universitas Lampung.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Semoga

skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Bandar Lampung, Februari 2017

Penulis

Chandra Afrian

iii

DAFTAR ISI

Halaman

SANWACANA ................................................................................................... i

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

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

I. PENDAHULUAN .................................................................................... 1

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

1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................. 3

1.3 Manfaat Penelitian ................................................................................ 3

II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 4

2.1. Kebutuhan Energi Di Indonesia ........................................................... 4

2.2. Biogas Sebagai Solusi ......................................................................... 4

2.2.1. Karakteristik Biogas ...................................................................... 5

2.2.2. Pemanfaatan Biogas ...................................................................... 6

2.2.3. Pembentukan Biogas ..................................................................... 8

2.2.4. Faktor–Faktor Pembentukan Biogas ............................................. 12

2.3. Digester Biogas .................................................................................... 14

2.4. Fermentasi Pada Biogas ....................................................................... 15

2.5. Rumput Gajah ....................................................................................... 18

III. METODOLOGI ........................................................................................ 20

3.1. Waktu dan Tempat ............................................................................... 20

3.2. Bahan dan Alat ..................................................................................... 20

3.3. Prosedur Penelitian ............................................................................... 20

3.3.1. Persiapan Alat ............................................................................... 22

3.3.2. Persiapan Bahan ............................................................................ 23

3.5. Parameter Pengamatan ......................................................................... 24

iv

3.5.1. Temperatur .................................................................................... 24

3.5.2. Kandungan TS (total solids) dan VS (Volatile Solids) ................. 25

3.5.3. Kandungan C dan N ...................................................................... 26

3.5.4. Volume Biogas .............................................................................. 27

3.5.5. Produktivitas Biogas dan Metana ................................................. 27

3.6. Komposisi Gas ..................................................................................... 28

3.7. Analisis Data ........................................................................................ 28

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 29

4.1. Karakteristik Substrat ........................................................................... 29

4.2. Derajat Keasaman (pH) ........................................................................ 32

4.3. Temperatur/Suhu .................................................................................. 33

4.4. Produksi Gas Harian dan Kumulatif .................................................... 35

4.5. Kandungan Metana (CH4) .................................................................... 39

4.6. Produktivitas Biogas dan Metana ......................................................... 41

IV. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 44

5.1. Kesimpulan ........................................................................................... 44

5.2. Saran ..................................................................................................... 45

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 46

v

DAFTAR TABEL

Tabel Teks Halaman

1. Komposisi Biogas ........................................................................................... 5

2. Teknologi Pemanfaatan Biogas dan Persyaratan Pengelolahan Gas .............. 7

3. Perbedaan Fermentasi Kering dengan Fermentasi Basah ............................... 16

4. Karakteristik Rumput Gajah ........................................................................... 19

5. Perlakuan dan komposisi bahan baku isian ..................................................... 24

6. Karakteristik Substrat ...................................................................................... 29

7. Nilai Rasio C/N dan TS Setiap Perlakuan....................................................... 30

8. Analisis Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS).......................................... 31

9. Produktivitas Metana dari Berbagai Referensi ............................................... 43

Lampiran

10. Suhu harian digester masing-masing perlakuan ............................................ 57

11. Volume gas harian biogas ............................................................................. 60

12. Volume gas kumulatif ................................................................................... 63

13. pH awal dan akhir ......................................................................................... 66

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Teks Halaman

1. Skema Prinsip Fermentasi Kering ................................................................... 17

2. Diagram Alir Penelitian .................................................................................. 21

3. Digester dengan Sistem Batch ........................................................................ 22

4. pH Rata – Rata Awal dan Akhir ..................................................................... 33

5. Temperatur Harian Tiap Perlakuan ................................................................. 34

6. Temperatur Rata-Rata Tiap Perlakuan ............................................................ 35

7. Volume Harian Biogas .................................................................................... 37

8. Grafik Produksi Gas Kumulatif ...................................................................... 37

9. Hubungan Produksi Total Biogas dengan Kandungan TS .............................. 38

10. Produktivitas Biogas ..................................................................................... 41

11. Produktivitas Metana .................................................................................... 42

12. Hasil Uji Kandungan Gas Metana................................................................. 40

Lampiran

13. Pengambilan Rumput Gajah Di Lahan ......................................................... 67

14. Pencacahan Rumput Gajah ........................................................................... 67

15. Rumput Gajah yang Telah Dicacah .............................................................. 68

16. Penimbangan Rumput Gajah dan Kotoran Sapi............................................ 68

17. Pengenceran Kotoran Sapi ............................................................................ 69

vii

18. Pencampuran Kotoran Sapi dengan Rumput Gajah ...................................... 69

19. Pengukuran pH Awal Substrat ...................................................................... 70

20. Digester Masing –Masing Perlakuan ............................................................ 70

21. Pengukuran Volume Gas Harian ................................................................... 71

22. Pengukuran pH Akhir Substrat ..................................................................... 71

23. Substrat Akhir Setiap Perlakuan ................................................................... 72

24. Sampel Gas ................................................................................................... 73

25. Kandungan Metana (CH4) Biogas ................................................................ 73

1

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi sudah menjadi kebutuhan pokok masyarakat Indonesia pada saat ini.

Tingginya penggunaan energi di Indonesia dipengaruhi oleh meningkatnya

pertumbuhan penduduk dan meningkatnya perkembangan industri. Besarnya

penggunaan minyak sebagai sumber energi didominasi oleh transportasi, industri

dan pembangkit daya atau listrik. Pasokan untuk mendapatkan energi saat ini

masih didominasi oleh sumber energi fosil yang tidak dapat diperbaharui yaitu

minyak bumi, batubara, dan gas alam. Penggunaan minyak sebagai sumber energi

menimbulkan persoalan serius pada lingkungan berkaitan dengan emisi gas rumah

kaca, terutama CO2, yang merupakan penyebab terjadinya pemanasan global

(Haryanto, 2014). Maka dibutuhkan energi alternatif yang ramah lingkungan dan

memiliki sumber yang dapat diperbaharui.

Biogas merupakan salah satu alternatif sumber energi terbarukan yang dapat

menjawab kebutuhan energi. Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses

penguraian bahan–bahan organik oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob

(Wahyuni, 2015). Biogas yang dihasilkan dapat digunakan untuk memasak,

penerangan, dan bahan bakar motor atau genset (Haryanto, 2014). Biogas

mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan BBM yang berasal dari

2

fosil. Sifatnya yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan

keunggulan dari biogas dibandingkan dengan bahan bakar fosil (Wahyuni, 2015).

Pada prinsipnya, bahan baku untuk membuat biogas berasal dari substrat bahan

organik atau sisa jasad renik, baik yang sudah mengalami dekomposisi maupun

yang masih segar (Wahyuni, 2013).

Pada prinsipnya, biogas terbentuk melalui beberapa proses kimiawi yang terbentuk

yang melibatkan mikroorganisme (Wahyuni, 2013). Salah satu parameter yang

mempengaruhi proses produksi biogas adalah tingkat pengenceran dan kandungan

bahan organik di dalam biodigester. Pengenceran slurry di dalam biodigester

berakibat pada turunnya volatile solid (VS) dan total solid (TS). Penurunan kadar

volatile solid (VS) dan total solid (TS) berindikasi dengan peningkatan kadar gas

metana yang dihasilkan (Ni’mah, 2014).

Jenis bahan organik yang digunakan sebagai bahan baku merupakan faktor yang

sangat penting. Rumput–rumputan adalah bahan organik yang dapat dijadikan

biogas. Rumput gajah salah satu jenis rumput yang tumbuh subur di wilayah

Indonesia. Rumput gajah memiliki keunggulan salah satunya tidak membutuhkan

perawatan dan tempat yang khusus untuk pembudidayaannya. Karena memiliki

kandungan selulosa dan lignin maka rumput gajah lebih lama terdekomposisi,

sehingga dibutuhkan campuran kotoran ternak yang memiliki sumber bakteri untuk

membantu proses dekomposisi sehingga mendapatkan hasil yang optimal

(Wahyuni, 2013).

3

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini untuk mengetahui produksi biogas dari campuran rumput

gajah dan kotoran sapi pada tiga level pengenceran.

1.3 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat dari penelitian ini yaitu sebagai berikut:

1. Memberikan informasi ilmiah mengenai produksi biogas dari rumput

gajah dengan sistem batch.

2. Memaksimalkan produksi biogas dari campuran kotoran sapi dan rumput

gajah.

4

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kebutuhan Energi Di Indonesia

Kebutuhan akan energi sudah menjadi kebutuhan pokok manusia pada saat ini.

Tingginya penggunaan energi di Indonesia dipengaruhi oleh meningkatnya

pertumbuhan penduduk dan meningkatnya perkembangan industri. Lebih dari

setengah dari peningkatan konsumsi energi global digunakan untuk pembangkit

listrik. Energi yang digunakan untuk pembangkit listrik naik dari 42% pada tahun

2016 menjadi 45% pada 2035 (BP Energy Outlook, 2016). Pasokan untuk

mendapatkan energi saat ini masih didominasi oleh sumber energi fosil yaitu

minyak bumi, batubara, dan gas alam yang dimana sangat beresiko karena sumber

energi fosil tidak dapat diperbaharui. Penggunaan minyak sebagai sumber energi

menimbulkan persoalan serius pada lingkungan berkaitan dengan emisi gas rumah

kaca, terutama CO2, yang merupakan penyebab terjadinya pemanasan global

(Haryanto, 2014).

2.2. Biogas Sebagai Solusi

Biogas adalah gas yang terbentuk karena proses fermentasi secara anaerob dari

bahan–bahan limbah atau sisa maupun bahan–bahan organik lainnya. Untuk

menghasilkan biogas dibutuhkan reaktor biogas (digester) yang merupakan suatu

instalasi kedap udara sehingga proses dekomposisi bahan organik dapat berjalan

5

secara optimum (Wahyuni, 2015).

2.2.1. Karakteristik Biogas

Biogas merupakan campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang

terjadi pada material–material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi

anaerobik. Biogas tidak berbau dan berwarna dan apabila dibakar, akan

menghasilkan nyala api biru cerah seperti gas LPG (Wahyuni, 2015).

Biogas adalah kumpulan dari beberapa gas yang dihasilkan oleh bahan–bahan

organik melalui proses fermentasi anaerobik. Biogas memiliki kandungan utama

yaitu metana dan karbon dioksida tetapi juga mengandung unsur gas lain. Gas

alam merupakan gas yang terdiri dari beberapa unsur gas yang memiliki

komposisi kimia yang berbeda. Komposisi biogas yang dihasilkan oleh proses

anaerobik meliputi metana (CH4), karbon dioksida (CO2), beberapa gas inert, dan

senyawa sulfur. Metana merupakan gas yang berasal dari gas alam yang dapat

dibakar (Deublein dan Sheinhauser, 2008). Komposisi biogas dapat dilihat pada

Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi Biogas

No Komponen Kisaran Nilai

1 Metana (CH4) 55 – 70%

2 Karbondioksida (CO2) 30 – 45%

3 Hidrogen sulfida (H2S) 200 – 4000 ppm vol

4 Nilai energi biogas 20 – 25 MJ/Nm3

5 Nilai energi CH4 per ton MSW 167 – 373 MJ/Ton MSW

Sumber : RISE-AT (1998)

6

Komposisi biogas akan bervariasi bergantung pada substrat (bahan baku) yang

diolah (Haryanto, 2014).

2.2.2. Pemanfaatan Biogas

Biogas mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan energi baku dari

fosil. Sifatnya yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan

keunggulan dari biogas dibandingkan dengan bahan bakar dari fosil. Biogas yang

dihasilkan dari instalasi secara tidak langsung telah banyak membawa manfaat

terhadap lingkungan. Limbah yang awalnya dibuang ke sungai, dengan

dibangunnya instalasi biogas dapat termanfaatkan dengan baik (Wahyuni, 2015).

Saat ini biogas tidak hanya digunakan sebagai sumber energi bagi kompor dan

lampu saja, tetapi juga dapat digunakan sebagai bahan bakar motor dalam seperti

genset dan lainnya. Biogas supaya dapat dimanfaatkan dan digunakan untuk

bahan bakar kendaraan, perlu proses untuk menghilangkan kandungan hidrogen

sulfida, karbondioksida dan air sehingga diperoleh biogas dengan kandungan

metan yang lebih tinggi. Hal tersebut sudah dilakukan di beberapa negara maju

(Haryanti, 2006). Aplikasi biogas stasioner umumnya memiliki persyaratan

pengolahan gas yang lebih sedikit. Persyaratan yang dibutuhkan dan macam-

macam biogas dapat dilihat pada Tabel 2.

Teknologi seperti boiler dan motor Stirling memiliki persyaratan pengolahan gas

paling ketat karena konfigurasi pembakaran eksternal. Berikutnya motor bakar

dalam dan mikroturbin adalah yang paling toleran terhadap kontaminan. Fuel

cells umumnya kurang toleran terhadap kontaminan karena potensi keracunan

katalitik. Upgrade natural gas biasanya menggunakan pengolahan yang komplek

7

dan membutuhkan biaya yang mahal karena harus dilakukan ketika injeksi ke

dalam pipa gas alam atau produksi bahan bakar kendaraan yang diinginkan

(Zicari, 2003). Penggunaan biogas untuk menggerakan motor bakar memerlukan

persyaratan kualitas dan memerlukan proses pemurnian. Tanpa proses

pemurnian, penggunaan biogas untuk menjalankan mesin akan membahayakan

karena sifat korosifnya (Haryanto, 2014).

Tabel 2. Teknologi Pemanfaatan Biogas dan Persyaratan Pengelolahan Gas

No Teknologi Persyaratan Pengelolahan Rekomendasi Gas

1 Pemanas (Boiler) H2S <1000 ppm, Tekanan 0,8-2,5 kPa, hilangkan

kondensat (kompor dapur: H2S <10 ppm)

2 Motor bakar dalam H2S <100 ppm, Tekanan 0,8-2,5 kPar, hilangkan

kondensat, hilangkan siloksan (motor bensin lebih

renta terhadap H2S daripada motor diesel)

3 Mikroturbin H2S toleran hingga 70.000 ppm, >13,032 MJ/Nm3,

Tekanan 520 kPa, hilangkan kondensat, hilangkan

siloxanes

4 Fuel Cells PEM: CO <10 ppm, hilangkan H2S

PAFC: H2S <20 ppm, CO <10 ppm, Halogen <4 ppm

MCFC: H2S <10 ppm dalam bahan bakar (H2S <0,5

ppm dalam stack) Halogen <1 ppm

SOFC: H2S <1 pp, Halogen <1 ppm

5 Motor Stirling H2S <1000 ppm, Tekanan 1-14 kPa

6 Upgrade Natural Gas H2S <4 ppm, CH4> 95%, Volume CO2 <2%, H2O <(1x

10-4

) kg/MMscf, hilangkan siloksan dan partikulat,

Tekanan >3000 kPa

Sumber : Zicari (2003)

Kadar H2S yang diperbolehkan untuk mesin motor bakar dalam yaitu <100 ppm

(Zicari, 2003). Untuk menurunkan kandungan H2S dan CO2 maka diperlukan

proses pemurnian dengan biofilter. Menurut Marotin, pemurnian dengan

8

menggunakan biofilter cukup efektif untuk menurunhan kadar H2S yaitu sebesar

96,94% sehingga dapat diperbolehkan untuk bahan bakar motor bakar. Genset

dengan bahan bakar biogas bekerja cukup baik yang dapat dilihat dari rendahnya

pemakaian bahan bakar spesifik yaitu 0,62 liter per watt per jam pada beban 700

watt dan besarnya efisiensi termal efektif 30% pada beban 600 watt dengan

kandungan metana bahan bakar biogas sebesar 56,48%. Efisiensi termal efektif

dari genset biogas tersebut memang lebih rendah dari motor bakar berbahan bakar

bensin yang berkisar antara 25-32% atau solar yang berkisar antara 30-40% pada

umumnya (Mitzlatf, 1988), namun sudah mendekati efisiensi termal efektif dari

motor bakar berbahan bakar bensin (Marotin, 2014).

2.2.3. Pembentukan Biogas

Biogas secara karakteristik fisik merupakan gas. Karena itu, proses

pembentukannya membutuhkan ruangan dalam kondisi kedap atau tertutup agar

stabil. Pada prinsipnya, biogas terbentuk melalui beberapa proses yang

berlangsung dalam ruang yang anaerob atau tanpa oksigen. Mekanisme

pembentukan biogas secara umum (Wahyuni, 2013):

Mikroorganisme anaerob

Bahan organik CH4 + CO2 + H2 + NH3 .......(1)

Pembentukan biogas secara keseluruhan terdapat tiga proses utama dalam

pembentukan biogas, yaitu proses hidrolisis, pengasaman, dan metanogenesis.

Keseluruhan proses ini tidak terlepas dari bantuan kinerja mikroorganisme

anaerob.

9

a. Hidrolisis

Hidrolisis merupakan tahap awal dari proses fermentasi. Tahap ini merupakan

penguraian bahan organik dengan senyawa kompleks yang memiliki sifat mudah

larut seperti lemak, protein, dan karbohidrat menjadi senyawa yang lebih

sederhana. Senyawa yang dihasilkan dari proses ini diantaranya asam organik,

glukosa, etanol, CO2, dan senyawa hidrokarbon lainnya. Senyawa ini akan

dimanfaatkan mikroorganisme sebagai sumber energi untuk melakukan aktivitas

fermentasi (Wahyuni, 2013).

(C6H10O5)n + nH2O n(C6H12O6) .......(2)

Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi derajat dan laju hidrolisis substrat, di

antaranya adalah :

Suhu operasional digester

Waktu tinggal substrat di dalam digester

Komposisi substrat (yaitu kandungan lignin, karbohidrat, protein, dan

lemak)

Ukuran partikel

pH medium

Konsentrasi NH4+ – N

Konsentrasi produk hisrolisis (VFA)

Produk yang dapat larut pada fase hidrolisis ini dimetabolisasi di dalam sel–sel

bakteri fermentatif dan dikonversi menjadi beberapa senyawa yang lebih

sederhana, yang kemudian dibuang oleh sel. Senyawa yang dihasilkan meliputi

VFA, alkohol, asam laktat, CO2, H2, ammonia, H2S, dan sel–sel baru bakteri

(Haryanto, 2014).

10

b. Pengasaman (Asidifikasi)

Senyawa-senyawa yang terbentuk pada tahap hidrolisis akan dijadikan sumber

energi bagi mikroorganisme untuk tahap selanjutnya, yaitu Pengasaman atau

asidifikasi. Pada tahap ini, bakteri akan menghasilkan senyawa–senyawa asam

organik seperti asam asetat, asam propionat, asam butirat, dan asam laktat beserta

produk sampingan berupa alkohol, CO2, hidrogen, dan zat amonia (Wahyuni,

2013).

C6H12O6 2CH3CHOHCOOH .......(3)

(Asam Laktat)

C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2 +2H2 .......(4)

(Asam Butirat)

C6H12O6 CH3CH2COOH + 2CO2 .......(5)

(Asam Propionat)

C6H12O6 CH3COOH .......(6)

(Asam Asetat)

Produksi dari fase asidogenik berfungsi sebagai substrat untuk bakteri lain, dari

fase asedogenik. fase acetogenic membatasi laju degradasi dalam tahap akhir.

dari kuantitas suatu komposisi biogas, kesimpulan dapat ditarik tentang aktivitas

bakteri asetogenik. Pada waktu yang sama, senyawa nitrogen organik dan sulfur

dapat termineralisasi ke hidrogen sulfur dengan memproduksi amonia (Deublein,

2008).

SO42-

+ CH3COOH HS- + CO2 + HCO

3- +H2O .......(7)

SO42-

+ 2CH3CHOHCOOH HS- + 2CH3COOH + CO2 + HCO

3- +H2O ....(8)

11

c. Metanogenesis

Bakteri metanogen seperti methanococus,methanosarcina, dan methano

bactherium akan mengubah menjadi gas metan, karbondioksida,dan air yang

merupakan komponen penyusun biogas. Berikut reaksi perombakan yang dapat

terjadi pada tahap metanogenesis (Wahyuni, 2013).

4H3 + CO2 CH4 + 2H2O .......(9)

4HCOOH CH4 + CO2 + 2H2O .....(10)

CH3COOH CH4 + CO2 .....(11)

CH3CH2COOH + ½ H2O 7/4 CH4 + CO2 .....(12)

4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O .....(13)

CH3(CH2)2COOH + 2H2O + CO2 CH3COOH + CH4 .....(14)

4CO + 2H2O CH4 + 3CO2 .....(15)

4(CH3)N + 6H2O 9CH4 + 3CO2 + 4NH3 .....(16)

Jumlah energi yang dihasilkan dalam pembentukan biogas sangat bergantung

pada konsentrasi gas metana yang dihasilkan pada proses metanogenesis.

Semakin tinggi kandungan metana yang dihasilkan, maka semakin besar pula

energi yang terbentuk. Sebaliknya, apabila konsentrasi gas metana yang

dihasilkan rendah, maka energi yang dihasilkan juga semakin rendah. Kualitas

biogas yang dihasilkan juga dapat ditingkatkan melalui penghilangan hidrogen

sulfur, kandungan air, dan karbondioksida yang turut terbentuk (Wahyuni, 2013).

12

2.2.4. Faktor–Faktor Pembentukan Biogas

Pada prinsipnya, tahapan dalam proses pembentukan biogas memiliki beberapa

parameter bahan dan faktor yang harus diperhatikan dengan baik. Faktor tersebut

diantaranya substrat bahan organik, total solid (TS), derajat keasaman (pH),

nisbah C/N, suhu, zat toksik, pengedukan, starter, dan waktu retensi.

a. Substrat bahan organik

Jenis bahan organik yang digunakan sebagai bahan baku merupakan faktor yang

sangat penting. Hal ini, sangat berpengaruh terhadap lamanya waktu dekomposisi

bahan sehingga menghasilkan gas metana yang diperlukan. Bahan organik

mengandung yang selulosa dan lignin lebih lama terdekomposisi dibanding

dengan limbah kotoran ternak sehingga, untuk menghasilkan proses yang optimal,

bahan yang digunakan sebaiknya merupakan campuran limbah pertanian dengan

kotoran ternak (Wahyuni, 2013). Limbah yang diolah menggunakan anaeraobik

digester bisa memiliki fraksi organik yang dapat terdegradasi secara biologi

(biodegradable), fraksi yang dapat dibakar, dan fraksi inert. Fraksi organik yang

dapat terdegradasi secara biologi meliputi serpihan dapur, sisa makanan, rumput,

dan potongan tanaman (Haryanto, 2014).

b. Kandungan Total solid (TS)

Dalam proses pembentukan biogas bakteri membutuhkan keadaan air yang sesuai

untuk pertumbuhannya, begitu juga bakteri untuk produksi biogas. Berdasarkan

laju pengumpanan (pembebanan), sistem digester anaerobik dibedakan atas sistem

dengan padatan rendah atau low solid (LS) dengan kandungan TS kurang dari

10%, sistem medium atau medium solid (MS) dengan TS 15-10%, dan sistem

padatan tinggi atau high solid (HS) dengan TS 22%-40%. Peningkatan TS dalam

13

reaktor berarti penurunan volume digester karena kebutuhan air yang lebih rendah

(Haryanto, 2014). Semakin banyak TS yang terkandung akan semakin

memudahkan terjadinya penurunan pH. Bakteri untuk produksi biogas yang

optimal mengkendaki TS sebesar 4–9% pada fermentasi basah (Budiyono, 2013).

Untuk proses fermentasi kering TS dapat lebih besar dari 15% (Wahyuni, 2013).

c. Derajat kemasaman (pH)

Tingginya derajat kemasaman atau pH terkait dengan kinerja dari mikroorganisme

dalam membantu proses fermentasi. Mikroorganisme akan efektif pada kisaran

pH 6,5–7,5 (Wahyuni, 2013).

d. Nisbah C/N

Nisbah C/N merupakan perbandingan antara karbon dan nitrogen pada suatu

bahan organik. Karbon dan nitrogen merupakan dua unsur utama yang

membentuk substrat bahan organik. Keduanya diperlukan sebagai sumber energi

mikroorganisme dalam melakukan perombakan. Mikroorganisme perombak akan

beraktivitas optimal pada tingkat C/N sebesar 25–30.Nilai C/N yang tinggi akan

mengakibatkan kinerja mikroba menjadi rendah sehingga produksi gas metan juga

akan rendah. Bahan yang memiliki kadar C/N yang tinggi seperti bahan hijauan,

sebelumnya lebih baik dicacah atau dipotong terlebih dahulu agar bakteri

metanogenik lebih mudah melakukan dekomposisi dan tidak menimbulkan bau

busuk terlebih dahulu (Wahyuni, 2013).

e. Pengadukan

Pengadukan bertujuan untuk menghomogenkan bahan baku pembuatan biogas,

seperti kotoran ternak, limbah pertanian, dan bahan-bahan lainnya. Karena pada

saat pencampuran dilakukan, bahan-bahan tersebut tidak tercampur dengan baik

14

dan merata. Pengadukan dapat dilakukan sebelum dimasukan ke dalam digester

atau ketika bahan sudah berada di dalam digester (Wahyuni, 2013). Pencampuran

dapat dilakukan melalui metode mekanik atau resirkulasi gas. Metode ini

meliputi pompa eksternal, injeksi gas atau resirkulasi dari lantai atau atap digester,

baling-baling atau turbin, dan konsep tabung. mixer mekanik lebih efektif

daripada resirkulasi gas, tetapi mereka sering menjadi tersumbat (Gerardi, 2003).

2.3. Digester Biogas

Digester atau reaktor adalah tempat untuk produksi biogas. Prinsip bangunan

digester adalah menciptakan suatu ruang kedap udara (anaerobik) yang menyatu

dengan saluran atau pemasukan (input) serta saluran atau bak pengeluaran

(output). Bak pemasukan berfungsi untuk melakukan homogenisasi dari bahan

baku limbah cairdan padat. Apabila limbah padat dalam kondisi menggumpal

maka diperlukan pengadukan supaya lebih mudah masuk kedalam digester dan

proses perombakan lebih mudah. Pada dasarnya kotoran ternak yang ditumpuk

atau dikumpulkan begitu saja dalam beberapa waktu tertentu dengan sendirinya

akan membentuk gas metan. Namun, karena tidak ditampung, gas itu akan hilang

menguap ke udara. Oleh karena itu, untuk menampung gas yang terbentuk dari

bahan organik dapat dibuat beberapa model kontruksi alat penghasl biogas

(Wahyuni, 2015).

Batch feeding merupakan digester yang pengisian bahan organiknya dilakukan

sekali sampai penuh, kemudian ditunggu hingga biogas dihasilkan. Isian digester

tersebut akan dibongkar setelah biogas tidak diproduksi lagi atau produksinya

rendah. Digester kemudian diisi kembali dengan bahan organik yang baru

15

(Wahyuni, 2015). Pada digester batch yang menggunakan proses fermentasi

kering menggunakan percikan air di dalam digester kemudian air tersebut di

tampung ke dalam tangki yang kemudian dipompakan kembali kedalam digester

(Kusch, 2011).

2.4. Fermentasi Pada Biogas

Fermentasi adalah salah satu hal penting dalam pembentukan gas dalam biogas.

Proses fermentasi mengacu pada berbagai reaksi dan interaksi yang terjadi di

antara bakteri metanogen dan non metanogenserta bahan yang diumpankan ke

dalam digester sebagai input. Fermentasi dalam pencernaan anaerobik, produksi

campuran asam organik mendorong proses dekomposisi untuk membuat biogas.

Secara umum, fermentasi anaerobik terdiri dari dua jenis yaitu fermentasi basah

(wet fermentation) dan fermentasi kering (dry fermentation). Perbedaan mendasar

dari kedua fermentasi tersebut yaitu besaran kandungan kadar air yang akan

difermentasikan.

a. Fermentasi basah

Fermentasi basah menggunakan bahan baku organik yang memiliki kadar air lebih

besar dari 75% dan fermentasi ini membutuhkan cairan untuk pergerakan bahan

organiknya. Bahan organik dalam pembentukan biogas secara fermentasi basah

harus terlebih dahulu dilakukan beberapa perlakuan terhadap bahan baku sebelum

masuk ke digester yaitu pemisahan bahan non-organik, pencairan, dan sanitasi.

Proses fermentasi basah membutuhkan cairan tambahan untuk memungkinkan

fermentasi. Sistem ini membutuhkan biaya perawatan yang besar serta

mengeluarkan limbah cair sampai 70% sehingga membutuhkan biaya dan energi

16

untuk mengelolah limbah agar tidak mencemari lingkungan (BIOFerm Energy

System, 2009).

Tabel 3. Perbedaan Fermentasi Kering dengan Fermentasi Basah

No Fermentasi Kering Fermentasi Basah

1 Medium tidak bebas mengalir Medium bebas mengalir

2 Kedalaman yang dangkal Membutuhkan kedalaman

3 Medium menyerap air untuk

mendapatkan nutrisi

Dilarutkan dalam air

4 T, pH, konsentrasi nutrisi dan

konsentrasi substrat berubah secara

bertahap

Seragam

5 Membutuhkan sedikit air, volume

lebih sedikit

Membutuhkan lebih banyak air,

volume lebih banyak

6 Kontrol T, O2, H2O (terutama ,

H2O)

Kontrol T, O2

7 Rasio inoculum besar Rasio inculum rendah

8 Hambatan partikel intra Tidak ada hambatan

9 Bakteri dan sel-sel ragi lengket ke

padatan dan tumbuh

Bakteri dan sel-sel ragi terdistribusi

secara merata

10 Produk dengan konsentrasi tinggi Produk dengan konsentrasi rendah

Sumber : Prabhakar et al. (2005)

b. Fermentasi kering

Proses pencernaan anaerobik kering adalah metode daur ulang limbah untuk

konten bio limbah yang memiliki kandungan padatan yang tinggi. Proses ini

dilakukan tanpa pengenceran dengan air oleh mikroba di lingkungan yang bebas

oksigen biasanya terjadi pada konsentrasi padat lebih tinggi dari 10% (Sooch,

2014). Karena hanya memiliki sedikit kandungan air sehingga sistem ini tidak

memerlukan pengelolahan lebih lanjut dalam penanganan limbah cairnya. Proses

17

penguraian anaerobic dengan fermentasi kering lebih efisien secara energi dan

kerja. Fermentasi ini menghasilkan bahan keluaran yang kering yang tidak

menghasilkan banyak air sehingga tidak perlu disterilkan/dikeringkan (BIOFerm

Energy System, 2009). Berbeda dengan proses fermentasi basah, substrat

biomassa di fermentasi kering tidak perlu mekanis diaduk atau dipompa melalui

pipa, dan oleh karena itu proses ini tidak rentan terhadap masalah penyumbatan

dalam sistem. Proses pencernaan tidak terpengaruh oleh potongan bahan inert

yang tidak dapat dicerna dalam substrat karena mikroba dapat dengan mudah

tersortasi dari digestater (SP Multitech, 2013).

Gambar 1. Skema Prinsip Fermentasi Kering (Sumber : SP multitech, 2013)

Secara umum cairan pada digester yang menggunakan fermentasi kering

disirkulasikan dengan pompa. Cairan dipercikan ke dalam digester yang

kemudian akan di tampung dalam tangki penampung dan disirkulasikan kembali

ke dalam digester. Proses ini tidak dapat dilakukan tanpa proses tangki yang

terpisah karena total volume cairan bervariasi dalam waktu dan tergantung pada

kadar air, daya ikat air dan kinetika degradasi bahan padat (Kusch, 2011). Ada

18

beberapa keuntungan yang dimiliki sistem fermentasi kering yaitu volume di

dalam reaktor yang lebih rendah, memerlukan sedikit energi pada proses, dan

kebutuhan air yang lebih sedikit (Kusch, 2011). Fermentasi kering memiliki

beberapa kekurangan yaitu lambat dalam mencapai produksi biogas maksimum,

nilai akumulasi asam dan durasi produksi yang pendek.

2.5. Rumput Gajah

Rumput gajah (Pennisetum purpurium) adalah jenis tanaman rerumputan yang

banyak tumbuh di Indonesia. Rumput gajah secara umum merupakan tanaman

tahunan yang berdiri tegak, berakar dalam, tinggi rimpang yang pendek. Tinggi

batang dapat mencapai 6–7 meter, dengan diameter batang mencapai lebih dari 3

cm Karakteristik rumput gajah dapat dilihat pada Tabel 4.

Rumput gajah mempunyai kelebihan antara lain produksi tinggi, kadar protein

cukup tinggi, lebih tahan kering dan disukai oleh ternak. Rumput gajah

mempunyai banyak varietas antara lain varietas Afrika, Hawai, Capricorn,

Raja/King Grass, Lampung, Taiwan, dan lain sebagainya (Wicaksono, 2010).

Rumput gajah merupakan tanaman yang tumbuh di dataran basah, rawa-rawa,

wilayah dangkal danau dan parit. Total produksi rumput gajah diperkirakan 56,6

ton per hektar (Nuntiya dkk., 2009). Rumput gajah sebagian besar dimanfaatkan

sebagai pakan ternak karena mudah di dapat dan memiliki produksi yang tinggi.

Selain itu rumput gajah dapat digunakan sebagai substrat biogas. Potensi produksi

biogas dari rumput gajah adalah 440 m3 metana per hektar per tahun (Nuntiya

dkk., 2009).

19

Tabel 4. Karakteristik Rumput Gajah

Komponen Satuan Nilai

Kadar air % 85,97

Total Solid (TS) % 14,03

Volatil Solid(VS) % basis kering 86,96

Abu % 13,04

Chemical oxygen demand (COD) g/kg kering 1,07

Sellulosa % basis kering 35,33

Lignin % basis kering 8,86

Element :

Karbon % basis kering 42,30

Nitrogen % basis kering 0,96

Hidrogen % basis kering 5,59

Oksigen % basis kering 37,30

Sulfur % basis kering 0,80

C/N Ratio 44,06

Sumber : Nuntiya et al. (2009)

20

III. METODOLOGI

3.1. Waktu dan Tempat

Penelitain ini dilaksanakan pada bulan Mei 2016 sampai November 2016

dilaksanakan di Laboratorium Daya, Alat dan Mesin Pertanian Jurusan Teknik

Pertanian dan Laboratorium Pengelolahan Limbah Agroindustri Jurusan

Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung.

3.2. Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu rumput gajah, kotoran sapi dan

air, sedangkan alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu digester tipe batch

volume 220 liter, balon penampung gas, termometer alkohol, pH meter, elmenter

vertalaizer, gas cromatography, timbangan analitik, gelas ukur, oven dan tanur.

3.3. Prosedur Penelitian

Secara garis besar prosedur penelitian dapat dilihat pada diagram alir seperti

terlihat pada Gambar 2.

21

Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

Analisis substrat awal

Total solid (TS), volatile solid (VS), C/N ratio

Persiapan dan pembuatan

digester batch

Persiapan bahan baku

rumput gajah, kotoran sapi

Pengisian substrat digunakan 4

perlakuan dan 2 ulangan dengan

campuran rumput gajah, kotoran

sapi, dan air yaitu :

Kontrol 0 : 25 : 25

P1 25 : 25 : 50

P2 25 : 25 : 75

P3 25 : 25 : 100

Pengamatan parameter harian

suhu, volume biogas, laju pembentukan

biogas, waktu pembentukan biogas dan

suhu

Pengambilan sampel input dan output

Dilakukan awal dan akhir pengisian

substrat, total solids (TS), volatile

solids (VS) dan C/N ratio

Pengumpulan data parameter

dan analisis data

Selesai

Mulai

22

3.3.1. Persiapan Alat

Digester yang digunakan merupakan jenis batch dengan kapasitas volume 220

liter, berbentuk tabung seperti terlihat pada Gambar 3. Komponen yang terdapat

pada digester yaitu satu lubang pada bagian atas digester yang berfungsi untuk

pengeluaran gas dan satu lubang pada bagian samping digester berfungsi untuk

menempatkan termometer alkohol.

Gambar 3. Digester dengan Sistem Batch

.

Lubang

Pengeluaran Gas

Klem Penutup

Digester

Termometer

Substrat

Balon

Penampung

23

3.3.2. Persiapan Bahan

Bahan berupa rumput gajah, kotoran sapi segar dan air. Rumput gajah didapatkan

dari wilayah Gedongtatan, Kabupaten Pesawaran yang memiliki umur ± 60 hari

tanam dan diambil dalam keadaan segar. Massa rumput gajah yaitu 150 kg yang

kemudian dicacah kasar ± 5 cm terlebih dahulu untuk mempermudah memasukan

bahan ke dalam digester. Kotoran sapi diambil dari Jurusan Peternakan Fakultas

Pertanian Universitas Lampung dalam keadaan segar. Bahan yang dimakan oleh

sapi sehari-harinya yaitu sentrat dan jerami. Massa kotoran sapi yang diambil

adalah 200 kg yang kemudian diencerkan dengan air sesuai dengan masing –

masing perlakuan. Setelah itu cacahan rumput gajah dan kotoran sapi yang telah

diencerkan diaduk merata kemudian dimasukan ke dalam digester.

Gambar 4. Rumput Gajah Sebelum dan Sesudah Dicacah

3.4. Perlakuan

Penelitian ini dilakukan dengan 4 perlakuan dan 2 ulangan yaitu P1U1, P1U2,

P2U1, P2U2, P3U1, P3U2 dan kontrol dengan komposisi rumput gajah, kotoran

sapi, dan air yang dapat dilihat pada Tabel 5.

24

Tabel 5. Perlakuan dan komposisi bahan baku isian

Pelakuan Komposisi Bahan Isian

Rumput Gajah (kg) Kotoran Sapi (Liter) Air (Liter)

Kontrol - 25 25

P1 25 25 50

P2 25 25 75

P3 25 25 100

Pengisian dilakukan dengan terlebih dahulu kotoran sapi diencerkan dengan air

sesuai perlakuan dan kemudian rumput gajah yang telah dicacah dimasukan ke

dalam kotoran sapi yang telah diencerkan kemudian diaduk hingga rumput gajah

dan kotoran sapi tercampur. Setelah semua tercampur substrat dimasukan ke

dalam digester sesuai dengan masing–masing perlakuan.

3.5. Parameter Pengamatan

Pengamatan kandungan bahan meliputi total solids (TS), volatile solids (VS) dan

C/N rasio. Parameter pengamatan yang dilakukan meliputi parameter suhu,

sedangkan untuk produksi biogas meliputi parameter volume, kandungan metana,

produktivitas biogas dan produktivitas metana. Cara pengukuran parameter

tersebut sebagai berikut:

3.5.1. Temperatur

Metode pengukuran yang digunakan yaitu dengan cara mengukur temperatur

setiap harinya semenjak bahan diisikan. Pengukuran suhu di dalam digester

menggunakan alat yaitu termometer alkohol yang terdapat pada bagian samping

digester. Pengukuran dilakukan setiap hari dengan tiga kali pengukuran yaitu

pagi, siang dan sore hari. Pengukuran pagi hari dilakukan pada jam 08.00-09.00

25

WIB dan pengukuran siang hari dilakukan pada jam 12.00-13.00 WIB dan

pengukuran sore hari dilakukan pada jam 15.00-16.00 WIB. Temperatur yang

diukur yaitu temperatur di dalam digester dan temperatur lingkungan. Satuan

yang digunakan adalah 0C.

3.5.2. Kandungan TS (total solids) dan VS (Volatile Solids)

Karakteristik bahan substrat dianalisa, yaitu pada TS (total solids) dan VS

(volatile solid). Analisa TS bertujuan untuk mengetahui komponen kering pada

bahan, sedangkan VS dilakukan untuk mengetahui jumlah komponen organik

dalam bahan. Analisa ini dilakukan pada awal pengisian digester dan akhir

pengamatan biogas.

Pengukuran dilakukan di Labolatorium Jurusan Teknik Pertanian Fakultas

Pertanian Universitas Lampung. Pengukuran TS awal pengisian dilakukan

terlebih dahulu dengan mengukur berat segar pada masing-masing bahan yaitu

rumput gajah dan kotoran sapi yang kemudian dimasukan ke dalam oven selama

24 jam dengan suhu 104o C. Setelah bahan kering maka diukur massa bahan

sehingga didapatkan nilai kadar air dengan Persamaan 17.

Setelah nilai kadar air didapatkan kemudian dihitung nilai TS bahan dengan

Persamaan 18.

Penghitungan VS dilakukan dengan mengukur massa setelah dikeringkan di

dalam oven yang kemudian diabukan dengan tanur selama 2 jam dengan suhu

550o C. Bahan yang telah menjadi abu kemudian diukur massanya dan dihitung

dengan Persamaan 20 massa VS tiap bahan

26

Kadar Air atau KA (%)

) x 100% ......(17)

Total Solid atau TS (%)

) x 100% ......(18)

Kadar Abu (%)

(

) .......(19)

Volatile Solid atau VS sampel (%)

( )

) .......(20)

dimana

W1 = berat sampel basah (g)

W2 = berat sampel kering (g)

W3 = berat sampel sebelum pengabuan (g)

W4 = berat sampel abu (g)

3.5.3. Kandungan C dan N

Kandungan C dan N bahan diukur diawal penelitian pada substrat bahan segar.

Pengukuran dilakukan dengan elementer vertalizer (Vorro El-Cobe) di

Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian, Jurusan Teknologi Hasil Pertanian,

Fakultas Pertanian, Universitas Lampung. Pengukuran dimaksudkan untuk

mengetahui kandungan C/N rasio bahan. Rasio C/N bahan campuran dapat

ditentukan dengan Persamaan 21.

27

) ) )

) ) .......(21)

dimana :

CRG = Nilai Carbon rumput gajah

NRG = Nilai Nitrogen rumput gajah

TRG = Nilai Total Solid pada rumput gajah

CKS = Nilai Carbon pada kotoran sapi

NKS = Nilai Nitrogen pada kotoran sapi

TKS = Nilai Total Solid pada kotoran sapi

3.5.4. Volume Biogas

Pengukuran dilakukan setiap hari dari sehari setelah pengisian bahan hingga 70

hari pengamatan. Produksi gas harian diukur dengan cara gas yang keluar

ditampung di dalam balon dan diukur setiap hari dengan cara balon dicelupkan ke

dalam ember yang berisi air, balon ditekan ke dalam ember menggunakan papan

dan air yang keluar dari ember merupakan volume gas yang dihasilkan tiap

harinya (Hasiholan, 2015). Volume biogas yang diamati yaitu volume biogas

harian dan volume biogas kumulatif

3.5.5. Produktivitas Biogas dan Metana

Pengukuran produktivitas metana dilakukan diakhir penelitian, mengunakan

perhitungan dengan Persamaan 22.

......(22)

28

Pengukuran Produktivitas metana dilakukan diakhir penelitian, mengunakan

perhitungan dengan Persamaan 23.

.......(23)

3.6. Komposisi Gas

Pengukuran komposisi biogas dilakukan setelah gas terproduksi pada hari ke-30

dan hari ke-60. Pengukuran dilakukan dengan alat gas cromatograp (Shimadzu

Shincorbon ST 50-80 D-375) di Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian.

Pengukuran komposisi biogas dilakukan untuk mengetahui besaran komposisi

CH4 (metana) pada biogas yang dihasilkan.

3.7. Analisis Data

Percobaan ini mengunakan rancangan percobaan analisis deskriptif, data yang

didapat kemudian disajikan dalam bentuk grafik dan tabel, untuk kemudian

dibandingkan, dibahas sehingga dapat ditarik sebuah kesimpulan.

44

IV. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa :

1. Total produksi gas tiap perlakuan selama 70 hari secara berurutan yaitu P1,

P2, P3 dan kontrol adalah 439,42 liter, 353,02 liter, 524,32 liter dan 519,27

liter.

2. Pengenceran substrat berpengaruh terhadap produksi dan kualitas biogas.

Komposisi pengenceran paling optimum terdapat pada perlakuan P3 yaitu

perbandingan antara kotoran sapi, rumput gajah dan air sebesar 25 : 25 : 100.

3. Kandungan metana akhir pada setiap perlakuan sangat rendah yaitu secara

berurutan 1,65%, 5,93%, 31,37%, dan 53,88% masing – masing untuk P1, P2,

P3 dan kontrol pada pengambilan hari ke 60.

4. Produktivitas biogas yang dihasilkan pada P1, P2, P3 dan kontrol secara

berurutan yaitu 42,20 ℓ/kgTS, 33,91 ℓ/kgTS, 50,36 ℓ/kgTS, 72,42 ℓ/kgTS

sedangkan produktivitas metana tiap perlakuan pada P1, P2, P3 dan kontrol

secara berurutan adalah 6,89 ℓ/kgVS, 13,38 ℓ/kgVS dan 69,62 ℓ/kgVS, 102,86

ℓ/kgVS.

45

5.2. Saran

Saran dari penelitian ini yaitu perlu ada perlakuan awal pada substrat rumput

gajah misalnya dilakukan ensilase untuk mempercepat proses dekomposisi oleh

mikroba.

46

DAFTAR PUSTAKA

Ahring, K.B. 2003. Perspective for Anaerobic Digestion In Biomethanation I

(Advences In Biochemical Engineering/Biotechnology Vol 81), editor

T. Scheper. Biocentrum, Denmark: 1-30.

Ayub, A. Haryanto, S. Prabawa. 2015. Produksi Biogas dari Rumput Gajah

(Pennisetum Purpureum) Melalui Proses Fermentasi Kering.Artikel

Ilmiah Teknik Pertanian Lampung: 33 – 38 (abe.fp.unila.ac.id).

BioFerm Energy System. 2009. Dry Fermentation vs Wet Fermentation. Madison.

www.BIOFarmEnergy.com. Akses 25 April 2016.

BIOFerm GmbH. 2011. Dry Fermentation: from Biowaste to Biogas. The

Viessmann Group. www.bioferm-energy.com. Akses 25 April 2016.

British Petroleum (BP). 2016. BP Energi Outlook to 2035. BP Energy Outlook :

Outlock to 2035.

Budiyono, G. Kaerunnisa, I. Rahmawati. 2013. Pengaruh PH dan Rasio COD:N

Terhadap Biogas Dengan Bahan Baku Limbah Industri Alkohol

(Ninasse). Jurnal Teknologi Kimia dan Industri. Vol 11 No 1 : 1 – 6.

Deshmukh, A. 2015. Assessment of Biogas Generation Potential of Napier Grass.

Proceeding International Conference on Emerging Trends in

Engineering & Technology. 68 – 71.

Deublein, D., and A. Steinhauser. 2008. Biogas from Waste and Renewable

Resource. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA. Weinheim. 443 hlm.

Efan, N.A. 2014. Produksi Biogas Melalui Proses Dry Fermentation

Menggunakan Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit. Skripsi. Jurusan

Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung.

Gerardi, M.H. 2003. The Microbiology of Anaerobic Digesters. John Welley &

Sons, Inc. Canada. 177 hlm.

Haryanti, T. 2006. Biogas Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi

Alternatif. Wartazoa. Vol. 16 : 160 – 169.

47

Haryanto, A. 2014. Energi Terbarukan. Bandar Lampung. Bab V : 195 – 246.

Hasiholan, U.H. 2015. Produksi Biogas dari Campuran Umbi Singkong dengan

Kotoran Sapi. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian

Universitas Lampung.

Janejadkarn, A., and O. Chavalparit. 2014. Biogas Production from Napier Grass

(Pak Chong 1) (Pennisetum purpureum × Pennisetum americanum).

Advanced Materials Research. Vol 856 : 327 – 332.

Kaur, K., G.U. Phutela, and M. Goyal. 2016. Comparative Analysis of Fodder

Beet and Napier Grass PBN233 as a Better Substrate for Biogas

Production. Indian Journal of Science and Technology. Vol 9 (3) :1 – 4.

Khaerunnisa, G., I. Rahmawati. 2013. Pengaruh PH dan Rasio COD:N Terhadap

Biogas dengan Bahan Baku Limbah Industri Alkohol (Vinasse). Jurnal

Teknologi Kimia dan Industri. Vol 2 (3) : 1 – 7.

Kusch, S., S.Winfried, and K. Martin. 2011. Dry Digestion of Organic Residues.

Integrated Wate Management. Vol 1 : 115 - 134.

Ni’mah, L. 2014. Biogas from Solid Waste of Tofu Production and Cow Manure

Mixture : Composition Effect. Chemica. Vol 1(1) : 1 – 9.

Marotin, F. 2015. Studi Kinerja Genset Biogas Kapasitas 750 Watt dengan Bahan

Bakar Biogas dari Limbah Kelapa Sawit. Skripsi. Jurusan Teknik

Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung.

Mohammad, R., F. Soeroso, S. Pradana, Akbar, Sudarno, dan I.W. Wardhana.

2016. Pengaruh Pengenceran dan Pengadukan Terhadap Produksi

Biogas pada Aneorobic Digestion dengan Menggunakan Ekstrak

Rumen Sapi Sebagai Starter dan Limbah Dapur Sebagai Substrat.

Jurnal PRESIPITASI. Vol 13 (2) : 88 - 93.

Nuntiya, P., A. Nopharatana, and W. Songkasiri. 2009. Bio-Methane Potential of

Biological Solid Materials and Agricultural Wastes. Asian Journal on

Energy and Environment. Vol 10 (1) : 19-27.

Prabhakar, A., K. Krishnaiah, J. Janaun, and A. Bono. 2005. An Overview of

Engineering Aspects of Solid State Fermentation. Malaysian Journal of

Microbiology. Vol 1 (2) : 10-16.

Regional Information Service Center for South East Asia on Appropriate

Technology (RISE-AT). 1998. Review of Current Status of Anaerobic

Digestion Technology for Treatment of Municipal Solid Waste. Chiang

Mai University. Chiang Mai. Thailand.

48

Rekha, B.N., A.B. Pandit. 2013. Performance Enhancement of Batch Anaerobic

Digestion of Napier Grass by Alkali Pre-Treatment. International

Journal of ChemTech Research. Vol 5 (2) : 558 – 564.

Sawasdee, V. 2014. Feasibility of Biogas Production from Nepier Grass. Energi

Procedia. (61) : 1229 – 1233.

Sooch, S. 2014. Dry Fermentation Technology for Utilization of Bio-Energy

Crops/Crop Residues For Biogas Production. Carbon – Science and

Technology. Vol 7 ( 2 ) : 33-41.

SP, Multitech. Biogas Dry Fermentation Using German Technology. Renewable

Energy SDN BHD. Selangor.

Wahyuni, S. 2013. Biogas Energi Alternatif Pengganti BBM, Gas, dan Listrik.

PT. Agro Media Pustaka. Jakarta Selatan. 117 hlm.

Wahyuni, S. 2015. Panduan Praktis Biogas. Penebar Swadaya. Jakarta Timur.

116 hlm.

Wicaksono, P. 2010. Rumput Gajah Primadona Bagi Ternak. Balai Besar

Pelatihan Peternakan. Batu. Malang.

Zicari, M.S 2003. Removal of Hydrogen Sulfide from Biogas Using Cow-

Manure Compost. Thesis. Cornell Univesity. 120 hlm.