PENGOLAHAN SAMPAH ORGANIK (BUAH - BUAHAN) PASAR TUGU MENJADI BIOGAS DENGAN MENGGUNAKAN STARTER KOTORAN SAPI DAN PENGARUH PENAMBAHAN UREA SECARA ANAEROBIK PADA REAKTOR BATCH Cici Yuliani 1), Panca Nugrahini 2) Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro No.1 Rajabasa, Bandar Lampung Email : cici.yuliani@yahoo.com Abstrak Salah satu penanggulangan banyaknya sampah pasar tradisional yaitu dengan mengolahnya menjadi biogas. Penelitian biogas ini di buat dari pencampuran antara sampah organik buah-buahan dengan kotoran sapi dan penambahan urea pada starter secara anaerobik pada reaktor batch. Variasi antara sampah organik dengan kotoran sapi 1:1, 1:2, 1:3 sedangkan variasi antara sampah organik dan kotoran sapi dengan penambahan urea sebanyak 30 gram, 40 gram, dan 50 gram. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuai pengaruh starter yang digunakan terhadap kuantitas gas metana yang dihasilkan serta pengaruh penambahan urea dan mengetahui komposisi optimum antara biogas dengan starter. Hasil penelitian menunjukkan kandungan glukosa yang terdapat pada sampah organik buah - buahan sebesar 7,0218 % dan jumlah biogas terbaik dihasilkan oleh digester 1 sebesar 3,29 %. Kata kunci: Biogas, sampah organik, anaerobik, starter Pendahuluan Pertumbuhan penduduk menyebabkan pertambahan jumlah sampah. Semakin banyak jumlah penduduk dalam suatu kota, maka semakin kompleks pula kegiatan dan usahanya, sehingga akan semakin besar pula permasalahan sampah yang harus ditanggulangi (Iriani, 1994). Pengembangan bioenergi seperti biogas merupakan salah satu langkah untuk mengurangi ketergantungan masyarakat terhadap sumber-sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Biogas adalah salah satu energi yang dapat dikembangkan mengingat bahan bakunya cukup tersedia dan terbarukan, sehingga sangat mungkin untuk menggantikan LPG (Liquefied Petroleum Gas), premium, minyak tanah, minyak solar, minyak diesel yang harganya semakin mahal yang membebani masyarakat menengah kebawah. Proses pembentukan metana pada produksi biogas berlangsung lambat, sehingga dibutuhkan starter untuk mempercepat proses pembentukan gas. Starter merupakan bahan yang mengandung bakteri metana yang diperlukan untuk mempercepat proses fermentasi anaerob. Starter yang digunakan pada penelitian ini adalah kotoran sapi. Pada penelitian yang dilakukan Budiono (2009) bahwa penambahan rumen dalam digester biogas akan meningkatkan efisiensi dan laju produksi biogas dua sampai tiga kali. Pada starter juga ditambahkan urea untuk mengetahui pengaruhnya terhadap produksi biogas. Studi Pustaka Sampah adalah bahan buangan padat atau semi padat yang dihasilkan dari aktifitas manusia atau hewan yang dibuang karena tidak diinginkan atau tidak digunakan lagi (tchobanoglous, dkk,1993). Menurut petunjuk Teknis Perencanaan Pembangunan dan Pengelolaan Bidang ke-plp-an perkotaan dan pedesaan, sampah adalah limbah yang bersifat padat terdiri dari sampah organik, sampah anorganik dan sampah B3 yang dianggap tidak berguna lagi dan harus dikelola agar tidak membahayakan lingkungan dan melindungi investasi pembangunan (dep.pu Ditjen Cipta Karya, 1999). Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti EA04-1
biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbondioksida yang lebih sedikit. Biogas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan (Anonim, 2007). Metana dihasilkan oleh beragam komunitas metabolisme bakteri dan archaea yang bertindak sebagai unit metabolik terintegrasi untuk menghasilkan metana dan karbon dioksida melalui rangkaian berurutan dan reaksi bersamaan. Produk akhir dari satu kelompok metabolisme digunakan sebagai substrat oleh kelompok berikutnya. Secara umum, produksi biologis metana dari senyawa organik kompleks yang terkandung dalam biomassa dan sumber limbah melibatkan empat fase utama: hidrolisis, fermentasi (asidogenesis), asetogenesis, dan metanogenesis. Gambar 1. Skema tahap pembentukan biogas Pembentukan biogas merupakan hasil kerja dari mikroorganisme, oleh karena itu kondisi bahan organik dan kondisi lingkungan besar sekali pengaruhnya terhadap pembentukan biogas. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan biogas adalah kadar karbon dan nitrogen dalam bahan, kandungan air, derajat keasaman, temperatur pencerna, pengadukan dan racun. Starter yang mengandung bakteri metana diperlukan untuk mempercepat proses fermentasi anaerob. Beberapa jenis starter antara lain: a) Starter alami yaitu lumpur aktif seperti lumpur kolam ikan, air comberan atau cairan septic-tank, cairan rumen sapi, timbunan kotoran dan timbunan sampah organik. b) Starter semi-buatan yaitu dari fasilitas biodigester dalam stadium aktif. c) Starter buatan, yaitu bakteri yang dibiakkan secara laboratorium dengan media buatan (Erawati, 2009). Dalam pembuatan biogas, komposisi bahan baku feses, air dan rumen (starter) harus seimbang agar menghasilkan biogas yang maksimal. Jika perbandingan tidak seimbang, misal rumen lebih banyak dari feses dan air, maka biogas yang dihasilkan sedikit, karena pada campuran bahan baku ini hanya ada sumber bakteri saja tanpa adanya substrat, sehingga bakteri akan kekurangan makanan dan menjadi tidak produktif. Starter yang bisa digunakan antara lain lumpur aktif dan rumen sapi ( Saputro, 2004). Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti EA04-2
Metodologi Penelitian 1. Bahan Penelitian Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah : sampah organik (buah-buahan) yang di ambil dari Pasar Tugu Tanjung Karang; kotoran sapi yang di ambil dari Jurusan Peternakan Fakultas Pertanian Universitas Lampung; urea yang di dapat dari toko pupuk yang ada di Tanjung Karang. 2. Prosedur Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Pengelolaan Limbah Agroindustri, jurusan Teknologi Hasil Pertanian Universitas Lampung. Proses produksi biogas dilakukan dengan menggunakan sistem anaerob digester dengan proses batch. Penelitian ini dilakukan dengan variabel konsentrasi antara sampah organik dengan kotoran sapi 1:1, 1:2, 2:1 (kg/kg), variasi sampah organik dengan kotoran sapi dan penambahan urea pada starter sebanyak 30 gram, 40 gram, dan 50 gram. Alat Percobaan Gambar 2. Rangkaian Alat Percobaan 3. Rancangan percobaan Tidak dengan penambahan urea Sampah organik : a. 1 kg b. 2 kg Starter (kot.sapi : air = 1:1) : c. 1 kg d. 2 kg Tabel 1. Perbandingan sampah dengan starter kotoran sapi Digester Sampah starter 1 a (1 kg) c (1 kg) 2 a (1 kg) d (2 kg) 3 b (2 kg) c (1 kg) Dengan penambahan urea Urea : e. 30 gram f. 40 gram g. 50 gram Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti EA04-3
Table 2. Perbandingan sampah dengan starter kotoran sapi ditambah urea Digester sampah starter urea 4 a (1 kg) c (1 kg) e (30 gr) 5 a (1 kg) c (1 kg) f (40 gr) 6 a (1 kg) c (1 kg) g (50 gr) 7 a (1 kg) d (2 kg) e (30 gr) 8 a (1 kg) d (2 kg) f (40 gr) 9 a (1 kg) d (2 kg) g (50 gr) 10 b (2 kg) c (1 kg) e (30 gr) 11 b (2 kg) c (1 kg) f (40 gr) 12 b (2 kg) c (1 kg) g (50 gr) 4. Penyiapan Bahan Baku 1. Potong potong sampah buah-buahan sekecil mungkin (± 1 mm); 2. Timbang sampah organik yang telah di potong sebanyak 1 kg; dan 3. Setelah itu masukkan ke dalam digester. 5. Penyiapan Starter Langkah-langkah pembuatan starter adalah sebagai berikut : 1. timbang kotoran sapi sebanyak 1 kg; 2. masukkan air ke dalam ember sebanyak 1 L; 3. masukkan kotoran sapi yang telah di timbang ke dalam ember yang berisi air lalu di aduk; 4. setelah tercampur, masukkan starter ke dalam digester lalu di aduk lagi; dan 5. tutup digester dan diamkan. Hasil dan Pembahasan Untuk mengetahui kandungan glukosa yang terdapat pada sampel sampah organik maka dilakukan analisis kandungan glukosa dengan metode Luff Schoorl di Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian Politeknik Negeri Lampung. Hasil kandungan glukosa yang diperoleh sebesar 7,0218 %. Jumlah biogas ini ditunjukakan oleh kandungan metana yang terkandung dalam sampel gas dari digester satu ( 1kg sampah : 1kg starter) dan digester sembilan (1kg sampah : 2kg starter : 50gr urea) dengan alasan memliki nilai ph yang tidak terlalu tinggi sehingga akan memiliki jumlah gas metana yang cukup banyak. Analisis dilakukan di Laboratorium Teknologi Hasil Pangan Fakultas Pertanian Unila dengan menggunakan Gas ChromatograpHy (GC) Shimadzu GC 14B, Japan pada hari ke-21 digestion time, didapatkan komposisi biogas yang dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 3. Komposisi Biogas Sampel Kosentrasi Biogas (%) N 2 CH 4 CO 2 Digester 1 88,06 3,29 8,48 Digester 9 86,02 1,45 12,39 berikut adalah grafik kuantitas biogas dalam sampah organik pada sampel D1 dan D9 Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti EA04-4
Grafik 1. Kuantitas biogas pada sampel digester 1 (D1) Grafik 2.. Kuantitas biogas pada sampel digester 9 (D9) Pengambilan sampel untuk analisis biogas dilakukan pada hari ke-21 waktu fermentasi. Dari hasil analisis digester 1 memiliki kadar metana paling tinggi sebesar 3,29 %. Tingginya kadar N 2 pada tabel 4.3 menyebabkan proses fermentasi kurang maksimal. Rendahnya produksi gas metana juga disebabkan karena jumlah glukosa pada sampel sedikit yaitu sebesar 7,0218 %. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Kandungan glukosa yang terdapat pada sampah organik (buah-buahan) pasar Tugu sebesar 7,0218 % dalam 10327,9 mg sampel. 2. Produksi gas metana yang paling tinggi sebesar 3,29 % pada digester 1 (1kg sampah buah : 1kg starter). Daftar pustaka Buren, A.V., 1979. A Chinese Biogas Manual. Intermediate Technology Publications Ltd. Elizabeth, C. Price, Paul, N. 1981., Energy Technology series, Cheremisin Of Biogas Production & Utilization. Ann Arbor, Mich. : Ann Arbor Science Publishers. Anonim, 2007. Biogas Production, www.habmigern, 2003. Html Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti EA04-5
Dep.PU Ditjen Cipta Karya, 1999. Petunjuk teknis perencanaan pembuangan dan pengelolaan bidang ke PLP an perkotaan dan pedesaan, tata cara pengolahan sampah 3 M, http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=1353 Hadiwiyoto, S., 1983. Penanganan dan Pemanfaatan Sampah. Yayasan Idayu. Jakarta. Erawati, T., 2009. Biogas Sebagai Sumbar Energi Alternatif, http://wartawarga.gunadarma.ac.id/2009/12/biogas-sebagai-sumber-energi-alternatif Saputro, R.R.,2004,Pembuatan Biogas Dari Limbah Peternakan,Undip Press : Semarang. Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti EA04-6