I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang.

Transkripsi

1 1 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang. Perkembangan kebutuhan energi dunia yang dinamis di tengah semakin terbatasnya cadangan energi fosil serta kepedulian terhadap kelestarian lingkungan hidup, menyebabkan perhatian terhadap energi terbarukan semakin meningkat, terutama pada sumber energi terbarukan di sektor pertanian seperti komoditi tanaman pangan, hortikultura, perkebunan dan peternakan. Hampir seluruh komoditas budidaya di sektor pertanian dapat menghasilkan biomassa, sebagai sumber energi terbarukan. Biomassa adalah bahan organik berumur relatif muda dan berasal dari tumbuhan/hewan; produk dan limbah industri budidaya (pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, perikanan), yang dapat diproses menjadi bioenergi (Reksowardojo dan Soerawidjaja, 2006). Hal ini didukung dengan kebijakan pemerintah Indonesia melalui Peraturan Pemerintah No.5/ Tahun 2006 tentang Kebijakan Ekonomi Nasional, yang isi pokoknya adalah pada tahun 2025 ditargetkan bahan energi terbarukan harus sudah mencapai lebih dari 5% dari kebutuhan energi nasional, sedangkan bahan bakar minyak (BBM) ditargetkan menurun sampai di bawah 20% (Renstra, 2000). Limbah biomassa padat dari pertanian dan perkebunan merupakan bahan baku yang potensial untuk diolah menjadi salah satu bentuk bioenergi yakni biogas melalui pemanfaatan teknologi anaerobik. Bagase merupakan limbah padat dari pabrik gula dan limbah nanas adalah sisa dari pabrik pengolahan buah. Bagase tebu masih mengandung senyawa organik majemuk, dan jika tidak dilakukan pengolahan, akan menimbulkan bau yang kurang sedap dan akan mencemari lingkungan. Sedangkan limbah nanas mengandung karbohidrat (6,41%), mineral dan protein mentah (0,6%) yang berpotensi sebagai substrat fermentasi (Bardiya et al, 1996). Biogas merupakan salah satu bentuk bioenergi yang dihasilkan dari proses biologis perombakan yang dilakukan oleh mikroorganisme dalam kondisi anaerob. Secara umum gas yang dihasilkan memiliki komposisi % CH 4, % CO 2, 0 3% N 2 dan sedikit H 2 S. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu, menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon

2 2 dioksida (CO 2 ). Biogas merupakan bahan bakar yang mengandung nilai kalori yang cukup tinggi, yaitu kkal/ m 3.Volume biogas 1 m 3 setara dengan 0,8 liter bensin, 0,52 liter solar, 0,62 liter minyak tanah, 0,46 kg elpiji dan 3,5 kg kayu bakar (Syamsudin dan Iskandar, 2005). Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH 4 ). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Nilai kalori metana relatif tinggi sebesar 9000 kkal/m 3. Gas metana telah dikenal luas sebagai bahan baku ramah lingkungan, karena dapat terbakar sempurna sehingga tidak menghasilkan asap yang berpengaruh buruk terhadap kualitas udara. Karena sifatnya tersebut, gas metana merupakan gas yang bernilai ekonomis tinggi dan dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan mulai dari memasak, pemanasan dan penerangan hingga pembangkit listrik. Penanganan limbah padat bagase tebu dan limbah nanas dapat dilakukan dalam bioreaktor secara anaerob. Pada proses anaerob digunakan rumen kotoran ternak (sapi) sebagai sumber inokulum.untuk mengoptimalkan pengolahan campuran limbah bagase dan limbah nanas menjadi produk yang bermanfaat seperti biogas, maka diperlukan karakterisasi limbah (Neves, 2008). Selain itu, manfaat lain yang dapat diperoleh dari produksi biogas, ialah menghasilkan buangan (sludge). Sludge ini dapat dimanfaatkan sebagai pupuk untuk tanaman; yang mempunyai karakteristik sama dengan pupuk kandang, terutama dapat memperbaiki struktur tanah dan memberikan kandungan unsur hara pada tanaman. Kelebihan lain dari sludge tersebut adalah telah mengalami proses penguraian di dalam bioreaktor, sehingga telah matang (Setiawan, 1996). Untuk merealisasikan pengkonversian campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas, maka diperlukan penelitian tentang potensi pengembangan campuran limbah tersebut untuk digunakan sebagai bahan bakar penghasil biogas. Karakterisasi campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas dengan sistem batch dilakukan pada digester skala laboratorium volume 20 L dengan memperhatikan faktor biotik dan abiotik yang mempengaruhi proses fermentasi campuran limbah tersebut. Hasil optimalisasi sistem batch tersebut digunakan sebagai parameter proses dalam sistem semi-kontinyu pada digester/ bioreakto volume 300 L. Limbah bagase tebu dan limbah nanas yang digunakan sebagai sampel dalam penelitian ini berasal dari pabrik gula PT.Rajawali II, Subang dan

3 3 pabrik pengolahan makanan nanas PT Marizafood di kota Serang. Hasil optimalisasi parameter proses produksi biogas pada skala 300 L digunakan untuk melakukan analisis kelayakan ekonominya. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi alternatif pemanfaatan limbah biomassa untuk menghasilkan energi alternatif yang ramah lingkungan Kerangka Pemikiran Limbah pabrik gula terdiri atas dua macam yakni limbah cair dan limbah padat. Blotong dan bagase tebu merupakan limbah padat. Limbah bagase tebu kaya kandungan lignoselulosa dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada pembakaran ketel di pabrik, bahan baku pembuatan pupuk, pulp, particle board dan sebagai campuran pakan ternak. Namun pembakaran limbah bagase tebu akan menyebabkan polusi udara, sedangkan pemanfaatan limbah bagase untuk pakan ternak masih memerlukan penelitian lebih lanjut, karena menyebabkan gangguan pencernaan pada ternak (Musanif, 1982). Disamping terbatas, nilai ekonomi yang diperoleh juga belum tinggi. Oleh karena itu, diperlukan adanya pengembangan proses teknologi sehingga terjadi diversifikasi pemanfaatan limbah pertanian yang ada. Sedangkan limbah nanas dari pabrik pengolahan makanan skala rumah tangga yang terdiri dari kulit nanas selain dapat dimanfaatkan sebagai campuran pakan ternak dan di daur ulang menjadi pupuk kompos, juga berpotensi dikembangkan sebagai bahan baku bioenergi. Limbah nanas mengandung karbohidrat (6,41%), mineral dan protein mentah (0,6%) yang berpotensi digunakan sebagai substrat fermentasi. Limbah campuran bagase tebu dan limbah nanas merupakan bahan baku yang potensial untuk diolah menjadi salah satu bentuk bioenergi yakni biogas melalui pemanfaatan teknologi anaerobik. Teknologi biogas merupakan teknologi yang memanfaatkan proses fermentasi yang dilakukan dalam kondisi tanpa oksigen (anaerob). dan dibantu oleh bakteri anaerob dalam proses penguraian yang akan menghasilkan biogas. Prinsip pembentukan biogas merupakan proses biologis dengan bahan dasar berupa bahan organik yang berfungsi sebagai sumber karbon dan menjadi sumber aktivitas dan pertumbuhan bakteri. Bahan organik dalam digester akan dirombak oleh bakteri dan menghasilkan campuran gas metan (CH 4 ) dan karbondioksida (CO 2 ) dan

4 4 beberapa gas lainnya (Sahidu, 1983). Limbah peternakan seperti kotoran ternak sapi digunakan sebagai sumber inokulum (bakteri anaerob). Pada limbah bagase (ampas) tebu, terutama dinding selnya mengandung hemiselulosa, selulosa dan lignin. Selulosa merupakan sumber daya yang dapat diperbaharui, yang terdapat pada sepertiga sampai separuh dari keseluruhan vegetasi. Struktur proses dari jaringan serat penyusunan bagase sangat baik untuk menghasilkan protein sel tunggal dan enzim selulosa yang berpotensi sebagai medium fermentasi yang dapat menghasilkan biogas (Harahap, 1980). Campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas yang dicampur dengan limbah peternakan, seperti kotoran sapi akan membentuk biogas, yang komposisinya terdiri dari gas metan (CH 4 ), CO 2, H 2, N 2 dan H 2 S serta produk samping berupa pupuk organik. Pada Gambar 1 ditunjukkan diagram alur kerangka pemikiran dari penelitian yang akan dilakukan. NIRA KOTOR NIRA BERSIH Pemasakan TEBU Penggilingan LIMBAH CAIR Pemurnian FILTER CAKE/ BLOTONG BAGASE /AMPAS Pemotongan BUAH NANAS Pemasakan NANAS ISIAN B.Bakar Boiler Sterilisasi NANAS Pengupasan Penyaringan JUS NANAS Pemasakan SARIBUAH Sterilisasi NIRA KENTAL Fertilizer Kristalisasi MOLASES/ GULA PASIR TETES KEHILANGAN GULA Bahan Etanol BIOGAS BUAH NANAS BUAH NANAS KULIT TONGKOL AMPAS LIMBAH PERTANIAN LIMBAH PETERNAKAN Gambar 1. Diagram alir kerangka pemikiran 1.3. Perumusan Masalah Untuk memanfaatkan limbah biomassa dari campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas menjadi biogas, maka dilakukan proses pengolahan limbah organik menggunakan sistem biodegradasi fermentasi anaerob sistem batch dan sistem semikontinyu dengan dua tahap, yakni fase I dan fase II. Fermentasi anaerob sistem batch dilakukan pada digester 20 L, sedangkan sistem semi-kontinyu dilakukan dalam

5 5 bioreaktor volume 300 L. Fase I adalah proses fermentasi semi-aerob untuk pembentukan substrat, yang merupakan merupakan proses fakultatif anaerob. Sedangkan fase II merupakan proses fermentasi anaerob untuk pembentukan biogas. Fermentasi perombakan CH 4 adalah proses mikrobiologis yang merupakan himpunan proses metabolisme sel. Biogas merupakan hasil proses fermentasi anaerob (tanpa oksigen). Optimalisasi proses tidak hanya tergantung pada substrat tetapi juga faktor lingkungan yang bersifat biotik maupun abiotik. Faktor biotik ialah sludge / bubur aktif dan mikroba pendegradasi; sedangkan faktor abiotik terdiri dari ph awal substrat, suhu larutan buffer (Ca(OH) 2 ), agitasi dan rasio C/N. Hasil optimalisasi karakterisasi campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas dalam sistem batch dapat digunakan sebagai parameter proses dalam sistem semi-kontinyu dan hasilnya digunakan untuk menganalisis aspek ekonomisnya. Limbah bagase tebu merupakan bahan yang mengandung lignoselulosa, dimana terdapat zat lignin yang bersifat kayu dan sulit didegradasi, maka perlu dilakukan pemrosesan awal untuk lebih mempercepat proses degradasi limbah. Ini dilakukan dengan membuat limbah bagase menjadi potongan-potongan kecil dan menambahkan pupuk urea agar terjadi proses pengkomposan. Sedangkan limbah nenas mengandung kadar asam yang cukup tinggi, yang dapat mempercepat proses anaerob karena asam merupakan salah satu makanan pokok bakteri anaerob. Fase I dilakukan dalam kantung plastik 60 kg, dan fase II dilakukan pada bioreaktor (B) volume 20 L. Hasil pada fase I merupakan substrat pada bioreaktor B yang merupakan proses obligat anaerob. Ini akan dicampurkan dengan substrat kotoran ternak untuk mendapatkan rasio C/N 20 dan 30. Sebelum dicampurkan dengan substrat kotoran ternak, terlebih dahulu ditambahkan larutan buffer untuk mempertahankan ph. Dalam fase I dilakukan analisis terhadap kadar abu, kadar air, C/N rasio, VS ( Volatile Solid), TS (Total Solid) dan VFA (Volatile Fatty Acid) serta pengukuran produksi gas dan komposisi gas yang dihasilkan pada tahap fase II. Hasil optimasi produksi biogas sistem batch skala laboratorium digunakan sebagai parameter dalam percobaan sistem semi-kontinyu pada bioreaktor 300 L. Pada Gambar 2 ditunjukkan perumusan masalah dalam penelitian yang dilakukan ini, sehingga dapat diperoleh informasi tentang :

6 6 1. Bagaimana komposisi substrat fermentasi anaerobik dari campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas yang dicampur dengan kotoran sapi untuk memproduksi biogas yang maksimal?. 2. Seberapa besar nilai ekonomis yang dapat diperoleh dari pemanfaatan campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas yang digunakan sebagai energi terbarukan?. Limbah organik Padat Manure Pemotongan Limbah organik Padat Potongan Limbah Organik Padat Sedimen Backwash Ekualisasi Slurry Biodegradsi/ Digestasi Anaerob Air Overflow Pengeringan Sedimen Sludge Biogas Filtrasi Fisik Pupuk Organik Cair Penghilangan Gas CO 2 dan H 2 Final Effluent Pupuk Organik Gas Holder CH 4 Bahan Bakar Gas Gambar 2. Diagram perumusan masalah 1.4. Tujuan Penelitian 1. Untuk mengetahui parameter proses optimal fermentasi campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas dalam menghasilkan biogas. 2. Untuk mengetahui nilai ekonomis dari pemanfaatan campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas sebagai bahan bakar biogas Manfaat Penelitian Dari hasil penelitian diharapkan dapat diperoleh suatu informasi atau cara pembuatan biogas yang dapat digunakan sebagai alternatif dalam pengolahan limbah biomassa industri pertanian dari campuran limbah bagase tebu dan limbah nanas sebagai bahan bakar untuk menghasilkan biogas dan sebagai masukan bagi pemerintah daerah dalam memilih diversifikasi energi untuk kebutuhan lokal.