RANCANG BANGUN ALAT PENGHASIL BIOGAS MODEL TERAPUNG

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT PENGHASIL BIOGAS MODEL TERAPUNG SKRIPSI Oleh INDRA LAZUARDY DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2008

2 RANCANG BANGUN ALAT PENGHASIL BIOGAS MODEL TERAPUNG SKRIPSI Oleh INDRA LAZUARDY TEKNOLOGI PERTANIAN / Skripsi sebagai salah satu syarat untuk dapat memperoleh gelar sarjana di Departemem Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara Disetujui Oleh: Komisi Pembimbing (Ainun Rohanah, STP.,M.Si) Ketua (Taufik Rizaldi, STP.,MP.) Anggota DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2008

3 ABSTRACT Biogas is a gas mixture that can be burned. It can be produced through an anaerobic fermentation of organic materials such as livestock feces, and agricultural waste in a digester. In this research digester was made from iron tank containing mixture of cow dung and paddy hay. The aim of this research was to design of a drift biogas producer which was easy to be assembled, cheap, and had a best performance. From this research following can be obtained: pressure, volume of biogas, and flame time. They can be applied in a biogas stove as an appliance of cooking. Keyword : Biogas, digester, pressure, volume, flame time. ABSTRAK Biogas adalah campuran gas yang dapat dibakar, yang diproduksi melalui fermentasi anaerobik bahan organik seperti kotoran ternak dan limbah pertanian di dalam suatu ruang pencerna (digester). Dalam penelitian ini digester terbuat dari tangki besi dan bahan isiannya berasal dari campuran kotoran sapi dan jerami padi. Penelitian ini bertujuan merancang alat penghasil biogas model terapung yang mudah dirakit, murah, dan dapat berkinerja dengan baik. Dari hasil penelitian ini dapat diperoleh tekanan biogas, volume biogas, dan lama nyala api yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas model terapung ini dan dapat diaplikasikan ke kompor biogas yang dapat digunakan untuk memasak. Kata Kunci : Biogas, tangki pencerna (digester), tekanan, volume, lama nyala api.

4 RINGKASAN PENELITIAN INDRA LAZUARDY, Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas Model Terapung, dibimbing oleh Ainun Rohanah sebagai ketua dan Taufik Rizaldi sebagai anggota. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat alat penghasil biogas model terapung dengan melakukan studi pustaka, eksperimen, serta pengamatan ke lapangan tentang alat penghasil biogas. Parameter yang diamati adalah tekanan biogas, volume biogas, lama nyala api, dan biaya produksi. Dari analisis dapat dirangkumkan sebagai berikut. Performansi Alat Dari hasil penelitian dapat dikatakan bahwa alat penghasil biogas model terapung memiliki performansi yang cukup baik karena dapat diaplikasikan ke kompor biogas untuk memasak. Tekanan gas Tekanan gas diperoleh dengan menggunakan manometer U. Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas model terapumg ini adalah 0,1132 Psi/hari. Volume Biogas Volume biogas diperoleh dengan cara menghitung volume tangki penampung gas pada saat tangki pada keadaan maksimum. Dari hasil perhitungan diperoleh volume biogas yang dihasilkan adalah 23,55 liter/hari.

5 Lama Nyala Api Lama nyala api diperoleh dari lamanya api yang menyala pada saat pemakaian ke kompor biogas. Dari hasil perhitungan diperoleh lama nyala api dalam sekali pemakaian adalah 12,2 menit (12 menit 12 detik). Analisis Ekonomi Biaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan biogas diperoleh dengan cara menghitung biaya tetap dan biaya tidak tetap. Dari hasil perhitungan diperoleh biaya untuk menghasilkan biogas adalah Rp.226,5/liter.

6 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 3 Maret 1985 dari ayah Zainal Abidin dan ibu Zuniarti. Penulis merupakan putra keempat dari 4 bersaudara. Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Kisaran dan lulus Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) pada tahun Penulis memilih Program Studi Teknik Pertanian Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Selama perkuliahan, penulis mengikuti organisasi Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA) Sebagai ketua seksi Olahraga pada periode Penulis juga pernah dipercaya sebagai wakil ketua di Faperta F.C. Penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan di P.T. Publomas Agri Citra-Asam Kumbang Medan pada tahun 2006.

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia-nya, sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Adapun judul skripsi ini adalah Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas Model Terapung. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Ainun Rohanah, STP, MSi, sebagai ketua komisi pembimbing dan Bapak Taufik Rizaldi, STP, MP, selaku anggota yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan pada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik, serta teman-teman stambuk 2003 di Teknik Pertanian terutama buat Indri Vesalina H, Hilal Syahriza A L, Erwin Rafli S, Irva Sarah Ginting, Adhari, Bambang Gatot, Leilil Muttaqin, Heriansyah P, serta Gita Mayanti dan Dwi Fatmi Hariati Dmk, yang telah banyak memberikan dukungan dan bantuan kepada penulis selama penelitian dan menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga memberikan ucapan terima kasih kepada Ayahanda Zainal Abidin dan Ibunda Zuniarti serta abang dan kakak saya: Fahrizal Riza, Yulia Helfi dan Waldey Sukma serta seluruh keluarga atas segala doa dan perhatiannya. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini dan semoga skripsi ini bermanfaat. Medan, Februari 2008 Penulis

8 DAFTAR ISI Hal ABSTRACT... iii RINGKASAN... iv RIWAYAT HIDUP... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR LAMPIRAN... xii PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 3 Kegunaan Penelitian... 3 TINJAUAN LITERATUR... 4 Biogas... 4 Bahan Penghasil Biogas... 6 Proses Pembentukan Biogas... 7 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Biogas... 9 Bahan Isian... 9 Rasio Karbon dan Nitrogen (C/N)... 9 Kandungan Bahan Kering Temperatur Derajat Keasaman (ph) Lama Fermentasi Digester Biogas METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Bahan dan Alat Penelitian Metode Penelitian Prosedur Penelitian Persiapan Penelitian Pembuatan Alat Penghasil Biogas Model Terapung Pembuatan Digester (Tangki Pencerna) Pembuatan Tangki Penyekat Pembuatan Tangki Pengumpul Pembuatan Batang Penyangga Uji Kebocoran Perangkaian Penyiapan Bahan Isian Digester Proses Pemasukan Bahan kedalam Alat Penghasil Biogas Proses Fermentasi... 22

9 Pengamatan Parameter Performansi Alat Tekanan Biogas Volume Biogas Lama Nyala Api Analisis Ekonomi HASIL DAN PEMBAHASAN Performansi Alat Tekanan Biogas Volume Biogas Lama Nyala Api Analisis Ekonomi KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 37

10 DAFTAR TABEL Hal 1. Komposisi jenis gas dan jumlahnya pada suatu unit gas bio Karakteristik kotoran sapi Kandungan bahan kering kotoran beberapa jenis ternak Lama pencernaan kotoran ternak di dalam tangki pencerna... 13

11 DAFTAR GAMBAR 1. Proses pembentukan biogas Grafik hubungan antara lama fermentasi terhadap tekanan biogas Grafik hubungan antara periode penuh ke terhadap lama rentang volume Grafik hubungan antara lama fermentasi terhadap lama nyala api Hal

12 DAFTAR LAMPIRAN Hal 1. Gambar tiga dimensi alat penghasil biogas model terapung Gambar alat penghasil biogas model terapung (tampak samping) Gambar alat penghasil biogas model terapung (tampak atas) Diagram alir pembuatan biogas Data tekanan biogas Data volume biogas Data lama nyala api Daftar material pembuatan alat penghasil biogas mode lterapung Gambar alat penghasil biogas model terapung Gambar warna nyala api biogas pada kompor biogas... 48

13 PENDAHULUAN Latar Belakang Dengan meningkatnya populasi manusia dan meningkatnya taraf hidup masyarakat maka kebutuhan energi semakin meningkat pula. Berbagai jenis bentuk energi telah digunakan manusia seperti batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Selain itu juga bahan bakar tradisional, seperti kayu yang penggunaannya dapat mengakibatkan berkurangnya hasil hutan sebagai salah satu sumber kayu. Masalah-masalah lingkungan tersebut diakibatkan oleh persediaan yang masih sangat terbatas sehingga sering menimbulkan berbagai masalah yang dihadapi oleh masyarakat saat ini. Krisis energi yang dipicu naiknya harga minyak dunia (pernah mencapai US$ 70/barrel) turut menghimpit kehidupan masyarakat diberbagai lapisan di Indonesia. Hal ini semakin menyadarkan berbagai kalangan ditanah air bahwa ketergantungan terhadap BBM (Bahan Bakar Minyak) secara perlahan perlu dikurangi. Buruknya pengaruh pembakaran BBM terhadap lingkungan juga menjadi faktor pendorong pencarian dan pengembangan energi alternatif non BBM (Indartono, 2005). Dalam situasi seperti ini, pencarian, pengembangan, dan penyebaran teknologi energi non BBM yang ramah lingkungan menjadi penting, terutama ditujukan pada kalangan miskin sebagai golongan yang paling terkena dampak kenaikan BBM. Permasalahan tersebut dapat diatasi apabila tidak tergantung pada bahan bakar fosil dan menggunakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan, murah, mudah diperoleh dan dapat diperbaharui. Salah satunya 1

14 adalah energi gas bio yang merupakan energi yang layak dipergunakan secara teknis, sosial, maupun ekonomis terutama untuk mengatasi masalah energi yang ada di pedesaan (Udiharto, 1982). Biogas merupakan gas yang dihasilkan yang dapat diproduksi dari bahan organik seperti biomassa, limbah pertanian, dan juga kotoran hewan melalui proses fermentasi anaerobik. Gas yang dihasilkan dari proses fermentasi tersebut mengandung nilai kalor yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk memasak dan penerangan bagi rumah tangga dipedesaan. Sisa dari fermentasi ini juga dapat digunakan sebagai pupuk yang sangat bermanfaat bagi tanaman. Disamping itu juga pengelolaannya dapat meningkatkan kebersihan lingkungan, karena limbah pertanian dan kotoran hewan yang selama ini dibuang pada tempat terbuka (Wibowo, dkk, 1985). Kandungan biogas didominasi oleh gas metana (CH 4 ) yang merupakan hasil sampingan proses dekomposisi mikroba pada suatu biomassa. Mikroba tersebut merupakan bakteri pembentuk metan yang banyak terdapat dalam tubuh hewan ruminansia, oleh karenanya kotoran hewan ruminansia mempunyai potensi yang sangat besar, tidak hanya sebagai sumber pupuk organik, tetapi juga terkandung energi yang sangat besar, yakni dalam proses penguraian yang bersifat anaerob akan menghasilkan gas bio (Musanif, dkk, 2006). Secara prinsip pembuatan gas bio sangat sederhana, dengan memasukkan subtract (kotoran hewan atau manusia) ke dalam unit pencerna (digester), ditutup rapat, dan selama beberapa waktu gas bio akan terbentuk yang selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber energi (Karim, dkk, 2005).

15 Menurut Yunus (1995), membuat unit biogas sebenarnya sama dengan meniru perut ternak untuk proses pencernaan. Digester atau tangki pencerna dapat dibuat dari bahan plastik, karet, drum, dan semen atau beton. Untuk memenuhi kondisi tersebut maka perlu dilakukan penelitian dengan merancang dan membuat alat penghasil biogas yang sederhana dengan membuat model digester (tangki pencerna) yang meniru kondisi perut ternak, sehingga proses pembentukan gas metan dapat berjalan dengan baik. Serta dilakukan perancangan dan pembuatan wadah penampung gas yang dapat menunjukkan perubahan volume gas yang dihasilkan oleh tangki pencerna, sehingga pengisian bahan ke digester dapat berlangsung sesuai kebutuhan untuk menghasilkan gas. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah merancang dan membuat alat penghasil biogas model terapung. Kegunaan Penelitian 1. Sebagai bahan penulis untuk menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk menyelesaikan pendidikan di program studi Teknik Pertanian Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. 2. Sebagai bahan informasi bagi mahasiswa yang akan mengembangkan teknologi ini. 3. Sebagai informasi bagi masyarakat dalam pemanfaatan biogas sebagai sumber energi alternatif.

16 TINJAUAN LITERATUR Biogas Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme pada kondisi langka oksigen (anaerob). Komponen biogas: ± 60 % CH 4 (metana), ± 38 % CO 2 (karbondioksida), ± 2 % N 2, O 2, H 2, dan H 2 S. Biogas dapat dibakar seperti elpiji, dalam skala besar biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik, sehingga dapat dijadikan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dan terbarukan (Musanif, dkk, 2006). Biogas yang didominasi oleh gas metana, merupakan gas yang dapat dibakar. Metana secara luas diproduksi dipermukaan bumi oleh bakteri pembusuk dengan cara menguraikan bahan organik. Bakteri metanogenesis berperan dalam pembusukan. Bakteri ini terdapat di rawa-rawa, lumpur sungai, sumber air panas (hot spring), dan perut hewan herbivora seperti sapi dan domba. Hewan-hewan ini tidak dapat memproses rumput yang mereka makan, bila tidak ada bakteri anaerobik yang memecah selulosa di dalam rumput menjadi molekul-molekul yang dapat diserap oleh perut mereka. Gas yang diproduksi oleh bakteri ini adalah gas metana (Meynell, 1976). Tabel 1. Komposisi jenis gas dan jumlahnya pada suatu unit gas bio Jenis Gas Kandungan (%) Metana Karbondioksida Nitrogen 3 Hidrogen 1-10 Oksigen 3 Hidrogen Sulfida 5 Sumber: Meynel,

17 Gas metana terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri metan atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangi sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik (biomassa) sehingga terbentuk gas metan (CH 4 ) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Sebetulnya ditempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk dibawah tumpukan sampah. Gas metanan sama dengan gas elpiji (LiquidPetroleum Gas/LPG), perbedaannya adalah gas metana mempunyai satu atom C, sedangkan alpiji lebih banyak. LPG (liquified petroleum gas) adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair. Komponennya didominasi propana (C 3 H 8 ) dengan massa jenis 2,02 kg/m 3 dan butana (C 4 H 10 ) dengan massa jenis 2,673 kg/m 3. Elpiji juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C 2 H 6 ) dan pentana (C 5 H 12 ) (Wikipedia, 2007). Gas metan (CH 4 ) adalah komponen penting dan utama dari gas bio karena merupakan bahan bakar yang berguna dan memiliki nilai kalor yang cukup tinggi Mempunyai sifat tidak berbau dan tidak bewarna. Jika gas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerobik ini dapat terbakar, berarti mengandung sedikitnya 45% gas metan. Untuk gas metan murni (100%) mempunyai nilai kalor 8900 kkal/m 3. Ketika dibakar 1ft 3 gas bio menghasilkan sekitar 10 BTU (2,52 Kkal) energi panas per persentase komposisi metan (Harahap, 1978).

18 Bahan Penghasil Biogas Kotoran hewan lebih sering dipilih sebagai bahan pembuat gas bio karena ketersediaannya yang sangat besar diseluruh dunia. Bahan ini memiliki keseimbangan nutrisi, mudah diencerkan dan relatif dapat diproses secara boilogi. Kisaran pemrosesan secara biologi antara 28-70% dari bahan organik tergantung dari pakannya. Selain itu kotoran segar lebih mudah diproses dibandingkan dengan kotoran yang lama dan atau telah dikeringkan, disebabkan karena hilangnya substrat volatil solid selama waktu pengeringan (Gunnerson and Stuckey, 1986). Pada umumnya komposisi kotoran sapi memiliki karakteristik yang dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Karakteristik kotoran sapi Komponen Massa (%) Total padatan 3-6 Total padatan volatile (mudah menguap) Total Kjeldahl Nitrogen 2-4 Selulosa Lignin 5-10 Hemiselulosa Sumber : Kumbahan dan industri (1979). Kotoran sapi merupakan substrat yang dianggap paling cocok sebagai sumber pembuat gas bio, karena substrat tersebut telah mengandung bakteri penghasil gas metan yang terdapat dalam perut hewan ruminansia. Keberadaan bakteri di dalam usus besar ruminansia tersebut membantu proses fermentasi, sehingga proses pembentukan gas bio pada tangki pencerna dapat dilakukan lebih cepat. Walaupun demikian, bila kotoran tersebut akan langsung diproses dalam tangki pencerna, perlu dilakukan pembersihan terlebih dahulu (Sufyandi, 2001).

19 Bahan baku yang memproduksi gas metan bisa berasal dari semua bahan organik, baik yang berwujud padat, maupun cair, kecuali bahan organik senyawa hidrokarbon tinggi seperti plastik, karet, juga lilin (Wax). Bahan yang mudah dicerna banyak mengandung selulosa seperti jerami padi atau gandum, rumputrumputan dan sebagainya. Sedangkan bahan yang banyak mengandung lignin (kayu) sukar untuk dicerna. Bahan yang memiliki kadar air tinggi lebih mudah untuk dicerna (Sianturi, 1990). Biogas atau gas bio merupakan salah satu jenis energi yang dapat dibuat dari banyak jenis bahan buangan dan bahan sisa, semacam sampah, kotoran ternak, jerami, eceng gondok serta banyak bahan-bahan lainnya lagi. Pendeknya, segala jenis bahan yang dalam istilah kimia termasuk senyawa organik, entah berasal dari sisa dan kotoran hewan ataupun sisa tanaman, dapat dijadikan bahan biogas (Suriawiria dan Unus, 2002). Proses Pembentukan Biogas Secara garis besar proses pembentukan biogas dibagi dalam tiga tahap yaitu: 1. Tahap Hidrolisis Pada tahap ini, bahan organik dienzimatik secara eksternal oleh enzim ekstraseluler (selulose, amilase, protease, dan lipase) mikroorganisme. Bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat kompleks, protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Sebagai contoh polisakarida diubah menjadi monosakarida sedangkan protein diubah menjadi peptida dan asam amino.

20 2. Tahap Asidifikasi (Pengasaman) Pada tahap ini bakteri menghasilkan asam, mengubah senyawa rantai pendek hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen (H 2 ) dan karbondioksida. Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerobik yang dapat tumbuh dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan. Pembentukan asam pada kondisi anaerobik tersebut penting untuk pembentukan gas metana oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbondioksida, H 2 S dan sedikit gas metana. 3. Tahap pembentukan gas metana Pada tahap ini bakteri metanogenik mendekomposisikan senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh bakteri ini menggunakan hidrogen, CO 2 dan asam asetat untuk membentuk metana dan CO 2. bakteri penghasil asam dan gas metana bekerja sama secara simbiosis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfer yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metana menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam. Tahap hidrolisis Tahap asidifikasi Tahap pembentukan metana bakteri Asam asetat, H 2, dan CO2 bakteri Bahan organik, karbohidrat. Lemak, dan protein Asam propionik, asam butirik, alcohol, senyawa lainnya Bakteri Asam asetat Gas metana, CO 2 Gambar 1. Proses pembentukan biogas (Sufyandi, 2001).

21 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Produksi Biogas Banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan produksi biogas, antara lain: 1. Bahan Isian Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan isian harus terhindar dari bahan anorganik seperti pasir, batu, beling dan plastik (Simamora, 2006). Bahan baku dalam bentuk selulosa lebih mudah dicerna oleh bakteri anaerobik. Sebaliknya, pencernaan akan lebih sukar dilakukan bakteri anaerob jika bahan bakunya banyak mengandung zat kayu atau lignin. Kotoran sapi dan kerbau sangat baik dijadikan bahan baku karena banyak mengandung selulosa (Paimin, 2001). 2. Rasio Karbon Dan Nitrogen (C/N) C/N rasio dengan nilai 30 (C/N = 30/1 atau karbon 30 kali dari jumlah nitrogen) akan menciptakan proses pencernaan pada tingkat yang optimum, bila kondisi yang lain juga mendukung. Bila terlalu banyak karbon, nitrogen akan habis terlebih dahulu. Hal ini akan menyebabkan proses berjalan dengan lambat. Bila nitrogen terlalu banyak (CN rasio rendah; misalnya 30/15), maka karbon habis terlebih dahulu dan proses fermentasi berhenti (Fry, 1974). Ternak ruminansia seperti sapi, kambing dan domba rata-rata lebih lama dalam menghasilkan gas bio dibandingkan dengan ternak non ruminansia. Lamanya produksi gas bio disebabkan oleh mutu pakan yang lebih rendah, sehingga rasio C/Nnya tinggi akibatnya perkembangan mikroba pembentuk gas lebih lama dibandingkan yang bermutu tinggi. Tinggi rendahnya mutu ini

22 tergantung pada nilai N (nitrogen) di dalam ransum. Namun demikian nilai N juga tergantung pada C (karbon). Jadi, perbandingan C dan N akan menentukan lama tidaknya proses pembentukan gas bio (Yunus, 1995). Mikroorganisme membutuhkan nitrogen dan karbon untuk proses asimilasi. Karbon digunakan sebagai energi sedangkan nitrogen digunakan untuk membangun struktur sel. Bakteri penghasil metana menggunakan karbon 30 kali lebih cepat dari pada nitrogen (Fry, 1974). 3. Kandungan Bahan Kering Bahan isian dalam pembuatan bio gas harus berupa bubur. Bentuk bubur ini dapat diperoleh bila bahan bakunya mempunyai kandungan air yang tinggi. Bahan baku dengan kadar air yang rendah dapat dijadikan berkadar air tinggi dengan menambahkan air ke dalamnya dengan perbandingan tertentu sesuai dengan kadar bahan kering bahan tersebut. Bahan baku yang paling baik mengandung 7-9 % bahan kering (Paimin, 2001). Ternyata kotoran masing-masing jenis ternak mempunyai kandungan bahan kering yang berbeda-beda. Perbedaan bahan kering yang dikandung berbagai macam kotoran ternak akan membuat penambahan air yang berlainan. Untuk lebih jelasnya dapat diterangkan seperti pada tabel di bawah ini. Tabel 3. Kandungan bahan kering kotoran beberapa jenis ternak Jenis Kotoran Bahan Kering (%) Sapi - betina potong - betina perah Ayam - petelur - pedaging Babi - dewasa 9 Domba 26 Sumber: Fontenot et al.(1983).

23 Setiap kotoran atau bahan baku akan berbeda sifat pengencerannya. Kotoran sapi segar misalnya, mempunyai kadar bahan kering 18 %. Agar diperoleh kandungan bahan isian sebesar 7-9 % bahan kering, bahan baku tersebuit perlu diencerkan dengan air dengan perbandingan 1:1 (bahan baku : air). Adonan tersebut lalu diaduk sampai tercampur rata (Paimin, 2001). 4. Temperatur Gas metana dapat diproduksi pada 3 tingkat temperature sesuai dengan bakteri yang hadir. Bakteri psyhriphilic 0-7 o C, bakteri mesophilic pada temperatur o C sedangkan termophilic pada temperatur o C. Temperatur yang optimal untuk digester adalah temperatur o C, kisaran temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk pertumbuhan bakteri dan produksi metana di dalam digester dengan lama proses yang pendek. Temperatur yang tinggi atau pada tingkat termophilic jarang digunakan karena sebagian besar bahan sudah dicerna dengan baik pada tingkat temperatur mesophilic, selain itu bakteri termophilic mudah mati karena perubahan temperatur (Fry, 1974). Dekomposisi bahan-bahan organik dibawah kondisi anaerobik menghasilkan suatu gas yang sebagian besar terdiri atas campuran metana dan arang oksida. Gas ini dikenal sebagai gas rawa ataupun bio gas. Campuran gas ini adalah hasil dari fermentasi atau peranan anaerobic disebabkan sejumlah besar mikroorganisme terutama bakteri metana. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah 30 o C hingga kira-kira 55 o C (Kamaruddin, dkk, 1995). Tempertur yang tinggi akan memberikan hasil biogas yang baik namun suhu tersebut sebaiknya tidak boleh melebihi suhu kamar. Bakteri ini hanya dapat subur bila suhu disekitarnya berada pada suhu kamar. Suhu yang baik untuk

24 proses pembentukan biogas berkisar antara o C dan suhu optimum antara o C (Paimin, 2001). 5. Derajat Keasaman (ph) Derajat keasaman (ph) sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan aktivitas bakteri. Kisaran ph optimal untuk produksi metana adalah 7-7,2 tetapi pada kisaran 7,2-8,0 masih diizinkan. Untuk mencegah penurunan ph pada awal pencernaan dan menjaga ph pada kisaran yang diizinkan, maka dibutuhkan buffer yakni dengan penambahan larutan kapur (Kamaruddin, dkk, 1995). Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8. Pada tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam (asam organik) yang akan menurunkan ph. Untuk mencegah terjadinya penurunan ph dapat dilakukan dengan menambahkan larutan kapur (Ca(OH) 2 ) atau kapur CaCO 3 (Simamora, 2006). 6. Lama Fermentasi Secara umum menurut Sweeten (1979), yang disitasi oleh Fontenot (1983), menerangkan bahwa proses fermentasi/pencernaan limbah ternak di dalam tangki pencerna dapat berlangsung hari, tetapi menurut Sahidu (1983), hanya berlangsung 60 hari saja dengan terbentuknya gas bio pada hari ke-5 dengan suhu pencernaan 28 o C, sedangkan menurut Hadi (1981), gas bio sekitar hari. Produksi biogas sudah terbentuk sekitar 10 hari. Setelah 10 hari fermentasi sudah terbentuk kira-kira m 3 /kg dari berat bahan kering. Peningkatan

25 penambahan waktu fermentasi dari 10 hari hingga 30 hari meningkatkan produksi biogas sebesar 50% (Hadi, 1981). Pada hari ke 30 fermentasi jumlah gas bio yang terbentuk mencapai maksimal, dan setelah 30 hari fermentasi terjadi penurunan jumlah gas bio (Sembiring, 2004). Tabel 4. Lama pencernaan kotoran ternak di dalam tangki pencerna Jenis Kotoran Ternak Lama Cerna (hari) Sapi Babi Ayam 80 Kambing/Domba Sumber: Yunus (1995). Digester Biogas Reaktor biogas dapat diklasifikasikan berdasarkan susunan konstruksi penampung gas, yaitu: (a) kombinasi reaktor/penampung gas: fixeddome dan flexible bag, (b) penampung gas terapung, terdiri dari: tanpa sekat air dan dengan sekat air, dan (c) penampung gas terpisah (Anonim, 1980). Terdapat dua tipe digester yang telah dikembangkan, antara lain: tipe batch, pada tipe ini bahan organik ditempatkan di tangki tertutup dan dan diproses secara anaerobik selama 2-6 bulan tergantung pada jumlah bahan yang akan dimasukkan. Isi dari digester biasanya dihangatkan dan dipertahankan temperaturnya. Tipe digester ini tidak membutuhkan banyak perhatian selama proses. Meskipun demikian hampir semua bahan organik tetap akan diproses. Efisiensi maksimal dari proses hanya dapat diharapkan bila digester diisi dengan hati-hati. Ruang yang terbuang dan udara yang terjebak didalam bahan isian (sludge) harus

26 dihindarkan karena akan menghambat pembentukan gas metana. C/N rasio harus dikontrol dengan baik pada awal proses, karena sulit untuk memperbaiki bila digester sudah mulai memproses (Meynell, 1976). Tipe aliran kontiniu (Continous Flow Type), pada tipe ini terdapat aliran bahan baku masuk dan residu keluar pada selang waktu tertentu sesuai dengan keinginan. Pengisian bahan baku kedalam digester dilakukan secara kontiniu yakni setiap hari, dilakukan pada minggu ketiga dan keempat setelah pengisian awal dan demikian rentang waktu selanjutnya mengikuti pola diatas tanpa mengeluarkan atau membuang bahan isian awal. (Karim dkk, 2005). Terdapat beberapa jenis digester gas bio yang biasa digunakan. Digester dibuat dengan bahan dasar batu bata dan semen. Digester tersebut yaitu fixed dome dan floating drum. Jenis fixed dome terdiri dari bagian pencerna yang berbentuk kubah yang tidak dapat dipindah-pindah, penahan gas kaku, dan baskom pemindah substrat (keseimbangan). Bagian silinder pencerna terbuat dari beton, walaupun demikian efektifitas penggunaan gasnya rendah, karena fluktuasi tekanan yang tidak konstan, selain itu bahan beton tidak kedap air, sehingga pada bagian penyimpanan gas harus dicat dengan bahan yang kedap udara seperti ;atels atau cat sintetis. Digester floating drum terdiri dari ruangan pencerna berbentuk silinder atau kubah yang dapat bergerak, penahan gas mengapung. Pergerakan penahan gas dipengaruhi oleh proses fermentasi dan pembentukan gas. Bagian drum sebagai tempat tersimpannya gas yang terbentuk mempunyai rangka pengarah agar pergerakan drum stabil. Produksi gas bio yang dihasilkan dari bahan kotoran sapi mencapai 1,4 m 3 /hari atau setara dengan 0,8 liter minyak tanah per hari, apabila menggunakan

27 biodigester dengan kapasitas 8,8 m 3. Lama waktu pemanfaatan alat ini bergantung pada spesifikasi penyimpan gas dalam plastik polyethilene. Untuk pemanfaatan tungku pemasak selama 4-5 jam memerlukan alat biodigester dengan kapasitas penyimpan gas 2,5 m 3 (Amaru, dkk, 2006). Reaktor skala menengah telah bersifat komersil, karena dipasarkan secara bebas dan mendapatkan pengakuan. Dilihat dari sisi konstruksinya, pada umumnya reaktor biogas dapat digolongkan dalam dua jenis yaitu : 1. Fixed Dome (Tangki Tetap) Reaktor biogas fixed dome mewakili konstruksi reaktor yang memiliki volume tetap sehingga produksi gas akan meningkatkan tekanan di dalam reaktor. 2. Floating Drum (Tangki Terapung) Reaktor biogas floating drum berarti ada bagian pada konstruksi reaktor yang bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian reaktor tersebut juga menjadi tanda telah dimulainya produksi gas dalam reaktor biogas. Tangki ini dapat dibedakan atas dua jenis. Jenis pertama ialah tangki yang diletakkan diatas bahan mentah yang sedang berfermentasi di dalam tangki. Sedangkan jenis kedua ialah tangki yang diletakkan diatas air dalam satu tangki yang berbeda. Tiang-tiang penunjuk perlu digunakan supaya tangki terapung tidak saling bersinggungan (Indartono, 2005).

28 METODOLOGI PENELITIAN Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober-Desember 2007 di Laboratorium Teknik Pertanaian, Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara. Bahan dan Alat Penelitian Bahan yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Tangki (drum) besi 2. Kotoran sapi 3. Air 4. EM4 5. Jerami Padi 6. Pipa Besi 7. Pipa PVC 8. Selang 9. Kran Gas 10. Besi Siku 11. Plat Besi 12. Baut dan Mur 13. Lem Pipa 14. Isolasi Pipa 15. Pengikat Selang 16. Pentil Ban Indra Lazuardy : Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas 16 Model Terapung, 2008

29 17. Dempul 18. Cat Alat yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Las Karbit 2. Manometer Air 3. Gergaji Besi 4. Pahat Besi 5. Timbangan 6. Goni 7. Ember 8. Palu 9. Kalkulator 10. Gelas Ukur Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan metode eksperimental untuk mengetahui kinerja dari alat penghasil biogas yang dirancang dengan menguji coba alat di Laboratorium Teknik Pertanian. Prosedur Penelitian 1) Persiapan - Membuat gambar serta merancang bentuk dan ukuran alat. - Menyediakan bahan dan alat yang akan digunakan dalam pembuatan alat.

30 2) Pembuatan Alat Penghasil Biogas Model Terapung a. Pembuatan Digester (Tangki Pencerna) - Disediakan tangki (drum) besi dengan dimensi: Diameter : 60 cm Tinggi : 85 cm - Tutup tangki yang berlubang dibuka agar mudah dalam pembersihan dan pengecatan bagian dalam tangki. - Pada kedua tutup tangki dibuat lubang dengan diameter yang lebih besar sedikit dari 2 inci, posisi lubang berjarak 5 cm dari tepi tutup. - Tutup tangki dilas kembali dan diberi dempul agar tidak terjadi kebocoran. - Pada sisi tangki dibuat lubang dengan diameter lebih besar sedikit dari 0,5 inci dengan posisi lubang tepat ditengah sisi tangki. - Disediakan dua buah pipa besi berdiameter 3 inci dengan panjang 35 cm dan 50 cm. - Pipa 35 cm dan 50 cm dilas kelubang yang ada pada kedua tutup tangki dengan posisi kemiringan kira-kira 45 o dari tutup dan pipa ini berfungsi sebagai saluran pemasukan dan pengeluaran bahan. - Untuk menguatkan kedudukan pipa, maka dilas besi siku pada pipa dan dihubungkan ke tutup tangki. - Disediakan pipa besi berdiameter 0,5 inci dan dipotong dengan panjangnya masing-masing 12 cm dan 13 cm. - Disediakan kran gas yang masing-masing ujung kran dihubungkan dengan kedua pipa 0,5 inci tersebut.

31 - Pipa 13 cm dilas ke lubang pada sisi tangki dan berfungsi sebagai saluran gas ke tangki pengumpul gas. b. Pembuatan Tangki Penyekat - Disediakan tangki besi yang berdimensi sama dengan tangki pencerna. - Tutup tangki yang berlubang dibuka dan tidak digunakan. - Pada ujung sisi tangki yang tidak bertutup, di pasang baut sebanyak 12 buah yang berfungsi sebagai penyambung ke batang penyangga. c. Pembuatan Tangki Pengumpul - Disiapkan tangki besi berdimensi: Diameter : 50 cm Tinggi : 80 cm - Tutup tangki yang berlubang dibuka dan tidak digunakan seperti pembuatan tangki penyekat. - Pada tutup tangki dibuat dua lubang dengan diameter kira-kira 0,5 inci. Kedua lubang berada pada garis dimeter tutup dan berjarak 5 cm dari tepi tutup. - Dipotong pipa besi berdiameter 0,5 inci sepanjang 25 cm satu buah, 13 cm dua buah, dan 50 cm satu buah. - Kedua pipa 13 cm dirangkaikan dengan kran. - Pipa besi 25 cm dan pipa yang telah dihubungkan dengan kran dilas ke masing-masing lubang. Pipa tersebut berfungsi sebagai pipa pemasukan gas dan pipa pengeluaran gas dari tangki pengumpul.

32 - Dipotong besi siku kira-kira sepanjang 30 cm, dilas pada tutup tangki dengan posisi berada pada garis diameter dan diantara pipa pemasukan dan pengeluaran gas. - Kemudian pipa besi dilas tepat pada bagian tengah besi siku dengan posisi tegak lurus. d. Pembuatan Batang Penyangga - Besi siku dipotong dengan ukuran 50 cm, 35 cm, dan 10 cm, masing masing sebanyak 3 buah. - Pada besi siku 50 cm kedua ujung dipotong dengan kemiringan 45 o, sedangkan pada besi siku lainnya hanya pada salah satu ujungnya saja, kemudian ketiga besi siku dilas. - Dipotong plat besi dengan ukuran kira-kira 6 x 8 cm sebanyak 3 buah dan diberi lubang disambungkan ke masing masing besi siku. - Dipotong pipa besi kira-kira 10 cm dengan diameter lebih besar dari 0,5 inci. - Ketiga sambungan besi siku dilas ke potongan pipa besi tersebut dengan poisi ketiga besi siku membentuk sudut 120 o. e. Uji Kebocoran - Tangki pencerna, tangki pengumpul dan tangki penyekat diisi air hingga penuh. - Jika ada air yang keluar dari masing masing tangki, maka diberi tanda agar dapat dilakukan penambalan pada kebocoran-kebocoran tersebut.

33 f. Perangkaian - Tangki pengumpul dimasukkan ke tangki penyekat yang telah berisi air sebagai media pengapung. - Batang penyangga disambungkan ke tangki penyekat. - Pada pipa pengeluaran gas yang di digester dipasang pipa T, dimana kedua ujungnya dihubungkan dengan selang untuk pengaliran gas ke tangki pengumpul dan ke manometer. - Selang yang telah terpasang didigester kemudian di sambungkan ke pipa pemasukan gas yang ada pada tangki pengumpul. - Untuk menghindari kebocoran pada selang diberikan lem pipa, isolasi pipa, serta pengikat selang. 3) Penyiapan Bahan Isian Digester Bahan yang digunakan berupa campuran kotoran sapi, jerami padi, air, dan EM4 (Effective Mikroorganism) sebagai starter. EM4 yang digunakan sebanyak 41,1 ml. Banyaknya bahan campuran dan air digunakan perbandingan 1:1,5. Untuk memperoleh volume total campuran 176 liter yaitu : Bahan campuran : 70,4 liter Air : 105,6 liter Banyaknya jerami padi yang dicampurkan kedalam kotoran sapi untuk memperoleh kandungan C/N 30 dan volume bahan campuran 70,4 liter adalah menggunakan perhitungan sebagai berikut :

34 Bahan Masukan C/N %N Berat (Kg) Kandungan C (Kg) Kandungan N (Kg) Kotoran Sapi Jerami Padi 19,86 2,05 % 53,2 143,46 0,57 % 17,2 19,86 x (2,05% x 53,2) = 21, ,46 x (0,57% x 17,2) = 14, ,05% x 53,2= 1,0906 0,57% x 17,2 = 0,09804 Kandungan C 21, , = = 30 Kandungan N 1, ,09804 Berdasarkan perhitungan diatas maka bahan campuran yang dibutuhkan yaitu kotoran sapi sebanyak 53,2 kg dan jerami padi sebanyak 17,2 kg. 4) Proses Pemasukan Bahan ke dalam Alat Penghasil Biogas Proses pencampuran bahan isian (kotoran sapi, jerami padi, air dan EM4) dilakukan di dalam ember sampai diperoleh campuran yang homogen. Setelah campuran benar-benar homogen, maka dilanjutkan pengisian kedalam digester yang dilakukan pada hari yang sama. 5) Proses Fermentasi Fermentasi yang dilakukan pada proses pembentukan biogas yaitu fermentasi aneorob. Oleh karena itu digester harus diamati dan diawasi jangan sampai terjadi kebocoran, karena sedikit saja isian digester kontak udara luar, maka fermentasi tidak akan berlangsung. Setelah 7 hari fermentasi dilakukan pembuangan gas yang ada pada tangki pengumpul dengan tujuan agar gas yang masih banyak mengandung CO 2 terbuang. Kemudian dilakukan pengamatan parameter dimulai pada hari ke 8.

35 Pengamatan Parameter Adapun parameter yang diamati adalah: 1. Performansi Alat Pengamatan performansi dari alat penghasil biogas model terapung ini dilakukan dengan cara melihat kinerja alat mulai dari memasukkan bahan hingga alat dapat diaplikasikan ke kompor biogas. 2. Tekanan Biogas Pengukuran tekanan biogas dilakukan dengan melihat angka atau nilai yang ditunjukkan oleh manometer U yang diukur tiap hari pada tangki pencerna. Besarnya nilai tekanan yang ditunjukkan pada manometer U menunjukkan besarnya tekanan dan produksi biogas yang dihasilkan. 3. Volume Biogas Pengukuran volume gas yang dihasilkan dilakukan dengan melihat perubahan ketinggian tangki pengumpul. 4. Lama Nyala Api Lama nyala api dihitung dengan melihat lamanya waktu yang terpakai pada kompor gas mulai dari api menyala hingga api mati. 5. Analisis Ekonomi Perhitungan biaya dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan, yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap. Biaya Pokok = dimana: BT x + BTT C.. (1) BT BTT = Total biaya tetap (Rp/tahun) = Total biaya tidak tetap (Rp/tahun)

36 x C = Total jam kerja per tahun (jam/tahun) = Kapasitas Alat (jam/kg) a. Biaya tetap (Rp/tahun) Menurut Darun (2002), biaya tetap terdiri dari: 1) Biaya Penyusutan D = P S.(2) n dimana: D = Biaya penyusutan (Rp/tahun) P = Nilai Awal (harga beli/pembuatan) alat (Rp) S = Nilai akhir (10% dari P) (Rp) n = Umur ekonomi (tahun) 2) Biaya bunga modal I = i( P)( n + 1)..(3) 2n dimana: i = Persentase bunga modal (15%) 3) Biaya Pajak Di Indonesia masih belum ada ketentuan besar pajak secara khusus untuk peralatan pertanian, diperkirakan bahwa biaya pajak adalah 2% per tahun dari nilai awalnya. 4) Biaya Gudang/garasi Biaya gudang ataupun gedung diperkirakan berkisar antara 0,5-1%, rata-rata diperhitungkan 1% dari nialai awal (P) per tahun.

37 b) Biaya Tidak Tetap Biaya tidak tetap terdiri dari: 1) Biaya Reparasi/perbaikan Biaya reparasi ataupun perbaikan dapat dihitung dengan persamaan: BR = 1,2%( P S).(4) 1000 jam 2) Biaya Perawatan Biaya perawatan adalah sebesar 10% dari nilai awal dibagi 1000 jam Biaya Perawatan = 10% x Rp = Rp.53, / 1000 jam jam 3) Biaya Bahan Isian Biaya bahan isian diperoleh dari total biaya bahan isian (kotoran sapi, jerami padi, EM4, dan air) dibagi dengan lama fermentasi.

38 HASIL DAN PEMBAHASAN Performansi Alat Alat penghasil biogas model terapung ini terbuat dari bahan yang murah dan mudah didapat, yaitu terbuat dari tangki besi yang biasa digunakan untuk penyimpanan minyak tanah. Alat ini terdiri atas tiga komponen utama yaitu: - tangki pencerna (digester) - tangki penyekat, dan - tangki pengumpul gas. Hal ini sesuai dengan Yunus (2005) yang menyatakan bahwa digester atau tangki pencerna dapat dibuat dari bahan plastik, karet, drum, dan semen atau beton. Alat penghasil biogas model terapung ini bekerja dengan cara memasukkan bahan isian (kotoran sapi, jerami, air, dan EM4) dengan perbandingan bahan isian dan air 1:1,5 melalui saluran pemasukan. Campuran bahan diaduk terlebih dahulu secara merata (homogen), agar pemasukan bahan ke digester dapat berlangsung dengan baik. Untuk mengkondisikan digester anaerob maka pada lubang saluran pemasukan dan pembuangan ditutup. Produksi gas yang dihasilkan dari fermentasi anaerob oleh digester mulai pada hari ke delapan, hal ini sesuai dengan yang dinyatakan oleh Hadi (1990) yang menyatakan bahwa produksi biogas sudah terbentuk sekitar 10 hari. Gas yang dihasilkan dengan sendirinya mengalir ke tangki penampung gas. Dengan memanfaatkan gaya dorong air yang ada pada tangki penyekat maka massa tangki pengumpul dapat terangkat dengan semakin bertambahnya produk biogas. Agar pergerakan kenaikan tangki pengumpul tetap dalam keadaan vertikal maka 26

39 dipasang batang penyangga. Jika tangki pada ketinggian maksimalnya (40 cm) maka gas dapat diaplikasikan ke kompor biogas. Dengan memanfaatkan tekanan dari tangki pengumpul, maka gas dapat dialirkan ke kompor biogas. Besar kecilnya api dapat disesuaikan dengan mengubah-ubah posisi kran yang ada pada tangki pengumpul. Secara konstruksi alat ini termasuk kedalam jenis floating drum karena produksi gas yang dihasilkan dari tangki pencerna memiliki tekanan yang cukup untuk mengapungkan/mengangkat tangki pengumpul. Hal ini sesuai dengan yang dinyatakan oleh Indartono (2005) yang menyatakan bahwa floating drum berarti ada bagian pada konstruksi reaktor yang bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor, pergerakan bagian reaktor tersebut juga menjadi tanda telah dimulainya produksi gas dalam reaktor biogas. Tekanan Biogas Tekanan biogas selama fermentasi cenderung mengalami perubahan yaitu mengalami kenaikan dan penurunan. Dari grafik dibawah ini dapat dilihat perubahan tekanan selama fermentasi. Tekanan (Psi) Lama Fermentasi (Hari) Gambar 2. Grafik hubungan antara lama fermentasi terhadap tekanan biogas

40 Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa produksi biogas tertinggi adalah pada hari fermentasi ke 29. Hal ini sesuai dengan pernyataan Hadi (1981) yang menyatakan bahwa peningkatan penambahan waktu fermentasi dari 10 hari hingga 30 hari meningkatkan produksi biogas sebesar 50%. Setelah hari fermentasi ke 29 tekanan biogas cenderung mengalami penurunan, hal ini sesuai dengan pernyataan Sembiring (2004) yang menyatakan bahwa pada hari ke 30 fermentasi jumlah gas bio yang terbentuk mencapai maksimal, dan setelah 30 hari fermentasi terjadi penurunan jumlah gas bio. Tekanan biogas mulai terjadi pada hari fermentasi ke 8 sebesar 0,0989 Psi. Hal ini berarti bahwa biogas telah dihasilkan pada hari ke 8 dan mencapai produk gas maksimum pada hari ke 29.Total tekanan biogas sampai dengan hari ke 108 sebesar 11,4320 Psi sehingga rata-ratanya adalah 0,1132 Psi. Dengan nilai tekanan tersebut, alat penghasil biogas model terapumg ini dapat dipergunakan untuk menyalakan api pada kompor biogas. Volume Biogas Perubahan volume pada alat penghasil biogas ini dimulai pada hari fermentasi ke 8. Penampung gas pada alat ini mencapai maksimum pada ketinggian 60 cm, dan selama 100 hari mengalami 20 kali keadaan maksimum (Lampiran 6). Dari hasil penelitian diperoleh rentang hari yang berbeda-beda untuk mencapai kondisi penampung gas maksimum. Dari Gambar 3 dapat dilihat hubungan periode penuh dan lama rentang volume penuh.

41 Lama Rentang Volume Penuh (Hari) Periode Penuh Ke- Gambar 3. Grafik hubungan antara periode penuh ke terhadap lama rentang volume. Dari gambar 3 dapat dilihat bahwa lama rentang volume penuh yang paling cepat adalah pada periode 3 sampai periode 6 yaitu selama 3 hari. Periode ini terjadi pada hari ke 20 sampai dengan ke 32 setelah fermentasi. Setelah periode ke 6 lama rentang hari penuh yang dibutuhkan semakin besar yaitu 10 hari, periode tersebut terjadi pada hari ke 98 sampai dengan 108 setelah fermentasi, hal ini diduga karena produksi biogas yang menurun. Total kenaikan tangki selama 100 hari adalah 1200 cm dan volume totalnya adalah cm 3 atau 2355 liter (Lampiran 6). Dengan mengetahui volume tersebut maka produksi biogas yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas model terapung ini adalah 23,55 liter/hari Jika dilihat dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Amaru (2006) yang menyatakan bahwa biodigester dengan volume bahan isian 8,8 m 3 dapat menghasilkan biogas 1,4 m 3 per hari nya, maka alat penghasil biogas model terapung ini, dengan volume bahan isian 176 liter (0,176 m 3 ) dapat menghasilkan biogas 23,55 liter/hari (0,02355 m 3 /hari), sudah memiliki produksi yang baik.

42 Lama Nyala Api Lama nyala api diperoleh dari pengujian api pada kompor biogas, pengujian dilakukan pada saat volume tangki penampung gas mencapai maksimum. Dari hasil pengamatan selama 100 hari, terjadi 20 kali tangki maksimum dan 18 kali gas diuji pada kompor biogas. Keadaan tangki pengumpul maksimum pertama kalinya terjadi pada hari ke 16 fermentasi, akan tetapi belum dapat menghasilkan nyala api yang dapat diaplikasikan kekompor biogas, begitu juga pada hari ke 20 (Lampiran 7). Total keseluruhan lama nyala api yang diperoleh adalah detik atau 3 jam 39 menit 36 detik, dan lama nyala api rata-rata dalam sekali pemakaian alat ke kompor adalah 732 detik atau 12 menit 12 detik. Jika dibandingkan dengan hasil penelitian Amaru (2006) yang menyatakan bahwa biodegester dengan kapasitas penyimpan gas 2,5 m 3 dapat dimanfaatkan untuk tungku pemasak selama 4-5 jam, maka alat penghasil biogas model terapung ini, dengan kapasitas penampung gas 0,11775 m 3 (Lampiran 6) memiliki lama nyala api 732 detik atau 12 menit 12 detik (0,203jam), sudah memiliki lama nyala api yang cukup baik. Hubungan lama fermentasi dan lama nyala api dapat dilihat melalui gambar grafik dibawah ini ) Lama Nyala Api (dtk Lama Fermentasi (Hari) Gambar 4. Grafik hubungan antara lama fermentasi terhadap lama nyala api

43 Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa lama nyala api yang paling besar adalah pada saat hari fermentasi ke 26. Lama nyala api tersebut dipengaruhi oleh kandungan metan yang cukup besar sehingga biogas dapat terbakar. Hal ini sesuai dengan pernyataan Harahap (1978) yang menyatakan bahwa gas metan (CH 4 ) adalah komponen penting dan utama dari biogas karena memiliki kadar kalor yang cukup tinggi, dan jika gas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerob ini dapat terbakar, berarti sedikitnya mengandung 45% gas metan. Analisis Ekonomi Analisis ekonomi berguna untuk mengetahui apakah layak atau tidaknya suatu alat untuk digunakan dalam menghasilkan suatu produk. Dengan analisa ekonomi dapat diketahui seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat akan dapat diperhitungkan. Perhitungan biaya dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan, yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap. 1. Biaya tetap (Rp/tahun) a. Biaya Penyusutan P S D = = n Rp Rp = Rp , 5 b. Biaya bunga modal I = i( P)( n + 1) 15%( Rp (5 + 1) = = Rp , 2n 2.5 c. Biaya Pajak BP = 2%.P = 2% x Rp = Rp ,- d. Biaya Gudang BG = 1% P = 1% x = Rp.5.300,-

44 Total Biaya tetap = Rp ,-/tahun. 2) Biaya Tidak Tetap (Rp/jam) a. Biaya Reparasi BR = 1,2%( P S) 1,2%( Rp Rp ) = = Rp.5,724 / 1000 jam 1000 jam jam b. Biaya Perawatan Biaya perawatan adalah sebesar 10% dari nilai awal dibagi 1000 jam Biaya Perawatan = 10% x c. Biaya Bahan Isian Rp = Rp.53, / 1000 jam jam fermentasi. Biaya bahan isian diperoleh dari total biaya bahan isian dibagi dengan lama Biaya Bahan isian = Rp , jam = Rp. 4,37/jam. Total biaya tidak tetap = Rp.63,09/jam.. Sehingga total biaya pokok dapat diperoleh dari persamaan berikut: Biaya Pokok = BT x + BTT C C = VolumeTotal Gas Waktu Yang Dibutuhkan liter/jam = 2355 liter = 0,98 liter/jam. 100hari Biaya Pokok = Rp Rp.63,09 / 1000 jam jam x1,02 jam / liter = Rp.226,5/liter.

45 Berdasarkan nilai diatas dapat diketahui bahwa biaya pokok yang harus di keluarkan untuk menghasilkan biogas per liternya adalah Rp.226,5/liter. Jika dibandingkan dengan harga LPG per kilogram, maka alat ini memiliki biaya yang sedikit jauh berbeda dengan LPG di pasaran yaitu Rp.5.625,-per kilogram atau setara dengan Rp.10,8/liter (ρ LPG = 2,02 kg/m 3 ). Dengan melihat harga produksi diatas maka alat ini dari segi ekonomis cukup menguntungkan. Begitu juga jika dilihat dari segi pemanfaatan limbah pertanian maka cukup baik, karena dengan alat ini gas yang dihasilkan dari limbah pertanian tersebut dapat dimanfaatkan, secara tidak langsung dapat mengurangi pencemaran lingkungan, dan jika bahan isian tidak berproduksi lagi maka dapat digunakan sebagai pupuk.

46 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Alat penghasil biogas modal terapung ini terbuat dari bahan-bahan yang murah dan gampang didapat. 2. Tekanan rata-rata biogas yang diperoleh dari alat penghasil biogas model terapung ini adalah 0,1132 Psi/hari. 3. Volume biogas yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas model terapung ini selama hari adalah 23,55 liter/hari. 4. Lama nyala api yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas model terapung ini adalah 12,2 menit (12 menit 12 detik) 5. Biaya pokok produksi yang harus dikeluarkan untuk menghasilkan biogas dari alat penghasil biogas model terapung ini adalah Rp.226,5/liter. Saran 1. Untuk menghasilkan produksi gas yang lebih besar maka diperlukan volume tangki pencerna (digester) yang lebih besar. 2. Perlu dirancang kembali konstruksi dan volume penampung gas yang lebih besar agar diperoleh lama nyala api yang lebih lama. 34

47 DAFTAR PUSTAKA Amaru, K., Michael A., Dian Y. S., Indah K., Teknologi Digester Gas Bio Skala RumahTangga. [ 9 Januari 2008]. Anonim, Guidebook on Biogas Development. Energy Resources Development. United Nations: Economic and Social Commission for Asia and the Pacific, Bangkok, Thailand. Darun, Ekonomi Teknik. Jurusan Teknilogi Pertanian, Fakultas Pertanian USU, Medan. Fontenot, J.P, L.W. Smith and A.L. Sutton, Alternative Utilization of Animal Waste. J. Anim. Sci. Vol. 57, London. Fry, L.J., Methane Digesters for Fuel Gas and Fertilizer. [6 april 2007]. Gunnerson, C.G., and D.C. Stuckey, Integrated Resources Recovery Anaerobic Digestion Participles for Biogas System. World Bank Technical paper Number 49, Washington DC. Hadi, N., Gas Bio Sebagai Bahan Bakar. Lemigas, Cepu. Harahap, F.M., Teknologi Gas Bio, Pusat Tenologi Pembangunan ITB, Bandung Indartono, Y. S., Reaktor Biogas Skala Kecil Dan Menengah (Bagian Pertama). [11 Januari 2007]. Kamaruddin, A., Abdul, KI., Nirwan Sregar, Endah Agustina, Almansyah, M. Yamin, Edy, H., Y. Aris Purwanto., Energi dan Listrik Pertanian, Academic Development of The Graduate Program, IPB. Bogor. Karim, K., Hoffmann, R., Klasson,.T., Al-Dahhan, MH., Anaerobic Digestion Of Animal Waste. Bioresource Technology, London. Kumbahan dan industri, Sekeliling Effluen Kumbahan dan Industri. [15 Januari 2007]. Meynell, P.J., 1976, Methane : Planning a Digester. Prism Press, Great Britain.

48 Musanif, J., Wildan A.A., David M.N., Biogas skala Rumah Tangga. Departemen Pertanian, Jakarta. Paimin., Alat Pembuat Biogas Dari Drum, Penebar Swadaya. Jakarta. Sahidu, S., Kotoran Sapi Sebagai Sumber Energi, Dewaruci press, Jakarta. Sembiring., Pengaruh Berat Tinja Ternak dan Waktu Terhadap Hasil Biogas. Laporan Penelitian. Jakarta. Sianturi, H. S. D., SeminarUMI Bidang Pertanian Ke-6. Medan. Simamora, S., Salundik, Sri. W., Surajudin, Membuat Biogas. Agro Media Pustaka. Jakarta. Sufyandi, A., Informasi Teknologi Tepat Guna untuk Pedesaan Biogas, Bandung. Suriawiria dan Unus H., Menuai Biogas Dari Limbah. [15 Januari 2007]. Udiharto, M., Penelitian Teknologi Gas Bio dan Penerapannya. Pusat Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi PPTMGB, LEMIGAS Cepu. Wibowo, D.,Rahayu K., Haryanto B., Gas Bio Sebagai Satu Sumber Energi Alternatif. FATETA UGM, Yogyakarta. Wikipedia, Januari Yunus, M., Teknik Membuat Dan Memanfaakan Unit Gas Bio. Univesitas Gajah Mada Press, Yogyakarta.

49

50

51

52 Lampiran 4. Diagram alir pembuatan biogas Mulai - Tangki 220 dan 200 liter - Besi Siku - Pipa Besi - Isolasi Pipa - Pipa T - Cat dan dempul Digester Pencampuran Bahan - Kotoran Sapi - Jerami Padi - Air - EM4 Perakitan Campuran Homogen Tidak Tidak Uji Kebocoran Layak C/N=30 Ya Ya Pengisian ke dalam digester Pengukuran Parameter Selesai

53 Lampiran 5. Data tekanan biogas Hari ke Tekanan (P)(N/m2) P (atm) P (psi)

54 Total 11,4320 Ket: Huruf yang bercetak tebal menandakan bahwa keadaan tangki penampung gas mencapai maksimum (penuh).

55 Lampiran 6. Data volume biogas Hari Hari Tinggi tangki (cm) Ke Ke Tinggi tangki (cm) 8 0, ,4 9 4, ,0 10 9, , ,8 62 4, , , , , , , , , ,0 67 4,0 17 5, , , , , , ,8 72 3, , , , , , , , , ,5 78 3, ,0 79 9, , ,5 30 8, , , ,0 84 2, , , , , , ,7 37 7, , , , , , ,6 92 7, , , , , ,5 45 6, , , ,0 99 2,3 49 5, , , , , , ,7 53 5, , , , , , ,3 57 4, ,1 Ket: Huruf yang bercetak tebal menandakan bahwa keadaan tangki penampung gas mencapai maksimum (penuh).

56 Volume biogas diperoleh berdasarkan bentuk tangki pengumpul gas seperti gambar di bawah ini: Keadaan tangki penampung gas kosong. Keadaan tangki penampung gas penuh Tinggi = = 60 cm V penuh = ¼ 3,14 d 2 t = ¼ 3,14 (50) 2.60 = cm 3 = 11,75 liter Dik: Diameter tangki = 50 cm Tinggi tangki penampung gas = 80 cm, tinggi air = 60, maka tinggi ruang kosong = cm = 20 cm. Tinggi maksimum kenaikan tangki = 40 cm, maka tinggi tangki penampung saat volume maksimum = cm = 60 cm. Tinggi tangki mencapai maksimum selama 100 hari terjadi 20 kali, maka tinggi total adalah 20 x 60 cm = 1200 cm Maka: Vtot = ¼ 3,14 d 2 t = ¼ 3,14 (50) 2.12 = cm 3 = 2355 liter atau Vtot = Vpenuh x jumlah tangki penampung gas mencapai maksimum = cm 3 x 20 = cm 3 = 2355 liter.

57 Lampiran 7. Data lama nyala api Hari Ke Lama Nyala Lama Nyala Hari Ke Api (Detik) Api (detik) Total Ket: Huruf yang bercetak tebal menandakan bahwa keadaan tangki penampung gas mencapai maksimum (penuh) dan diaplikasikan ke kompor biogas.

58 Lampiran 8. Daftar material pembuatan alat penghasil biogas model terapung Nama Alat Jumlah Harga Satuan Harga Total Tangki 220 Liter 2 pcs Rp Rp Tangki 200 Liter 1 pcs Rp Rp Pipa Besi, D = 3 1,5 m Rp Rp Pipa Besi, D = 0,5 1,5 Rp Rp Kran Gas 2 pcs Rp Rp Besi Siku 3,5 m Rp Rp Pipa PVC, D = 0,5 0,5 m Rp Rp Pipa T PVC 2 pcs Rp Rp Selang, D = 1 1,5 m Rp Rp Stop Kran PVC 1 pcs Rp Rp Selang, D = 0,5 1,5 m Rp Rp Baut pcs Rp. 500 Rp Lem Pipa 1 pcs Rp Rp Isolasi Pipa 5 pcs Rp Rp Cat Besi 0,5 kg Rp Rp Dempul 1 pcs Rp Rp Pengikat Selang 2 pcs Rp Rp Lain-Lain Rp Rp Jumlah Rp Total biaya pembuatan alat penghasil biogas model terapung Rp ,- Bahan Isian Jumlah Harga Kotoran sapi 53,2 kg Rp Jerami Padi 17,2 kg - Air 105,6 l - EM4 41,1 ml Rp. 493,2 Total Rp ,2

59 Lampiran 9. Gambar alat penghasil biogas model terapung

60 Lampiran 10. Gambar warna nyala api biogas pada kompor biogas

61