PENGARUH KOMPOSISI MASUKAN DAN WAKTU TINGGAL TERHADAP PRODUKSI BIOGAS DARI KOTORAN AYAM Febrina Noresta, Jecika Yavia Nadiaty, M. Faizal * Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662 Email: faizalga@yahoo.com Abstrak Kebutuhan bahan bakar minyak semakin meningkat, sebagai alternatif maka dilakukan penelitian tentang pembuatan biogas dari kotoran ayam. Dikarenakan banyaknya jumlah peternakan ayam yang kotorannya tidak dimanfaatkan secara maksimal, maka pemanfaatanya dapat dilakukan dengan mengolahnya menjadi biogas. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan senyawa metana, mengetahui pengaruh komposisi masukan dan waktu tinggal fermentasi. Variabel dalam penelitian ini adalah komposisi masukan antara starter ( kotoran sapi ) dan kotoran ayam ( bahan baku ) dengan komposisi masukannya adalah 25 : 75, 50 : 50, 75 : 25 dan waktu tinggal proses fermentasi anaerobik selama 5 hari, 10 hari, 15 hari, 20 hari dan 25 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biogas dengan kandungan gas metana terbesar terdapat pada komposisi masukan dengan perbandingan 50 : 50 yaitu 19,86 (% volume biogas) dengan waktu fermentasi selama 15 hari. Kata Kunci: biogas, fermentasi, kotoran ayam Abstract The need for fuel is increasing, as an alternative to then do research on the creation of biogas from chicken manure. Due to the large number of poultry manure are not fully utilized, it can be done with process into biogas. The purpose of this study is to get the methane compound, determine the effect of the composition of inputs and residence time of fermentation. The variables in this study is the composition of the starter input (cow dung) and chicken manure (raw materials) with the composition of the input is 25: 75, 50: 50, 75: 25 and a residence time of the anaerobic fermentation for 5 days, 10 days, 15 days, 20 days and 25 days. The results showed that the biogas with methane content of the largest found in the input composition with a ratio of 50: 50 is 19.86 (% by volume of biogas) with a time of fermentation for 15 days. Keywords: biogas, fermentation, chicken manure 1. PENDAHULUAN Kelangkaan bahan bakar minyak yang disebabkan oleh kenaikan harga minyak dunia yang signifikan, telah mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi bersama-sama. Untuk itu perlu dimanfaatkan berbagai sumber energi renewable sebagai alternatif energi. Energi terbarukan yang dapat dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana adalah energi biogas dengan memproses limbah bio atau bio massa di dalam alat kedap udara yang disebut digester. Biomassa berupa limbah dapat berupa kotoran ternak, sisa-sisa panenan seperti jerami, sekam dan daun-daunan sortiran sayur dan sebagainya. Namun, sebagian besar terdiri atas kotoran ternak seperti, sapi atau pun ayam. 2. METODOLOGI Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan di Laboratorium Unit Operasi Teknik Kimia untuk menghasilkan Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 21
sampel gas. Kemudian analisa sampel gas yang diperoleh dilakukan di Laboratorium Pusat PT. Pupuk Sriwidjaya pada unit Laboratorium Analisa Instrument dan Gas. Metode yang Dilakukan Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode fermentasi anaerobik. Variabel yang Diteliti Variabel-variabel yang menjadi objek dalam penelitian ini adalah : 1. Waktu fermentasi, yaitu 5 hari, 10 hari, 15 hari, 20 hari, dan 25 hari. 2. Komposisi masukan ( kotoran ayam dan starter (kotoran sapi) ) 3. Komposisi biogas yang dihasilkan. Hal yang diperhatikan dalam penelitian ini adalah berapa besar komposisi senyawa metana dan senyawa lainnya dalam biogas yang dihasilkan dari berbagai variasi waktu fermentasi. Senyawa-senyawa yang akan diamati adalah : 1. Metana (CH 4 ) 2. Karbon Dioksida (CO 2 ) 3. Nitrogen (N 2 ) 4. Oksigen (O 2 ) Alat dan Bahan 1) Alat alat yang digunakan adalah Drum, pipa, valve, botol air mineral, bola plastik, gabus, selang plastik bening ukuran kecil, lakban, lem pipa, klep, cutter, kawat, timbangan dan kantong plastic 2) Bahan bahan yang digunakan : - Kotoran ayam sebagai bahan baku - Kotoran sapi sebagai starter - Air 1 2 Keterangan : 1 = digester biogas 2 = pipa 3 = valve 4 = water trap 5 = penampung gas ( bola plastik ) 3 4 5 Prosedur Percobaan Pembuatan Starter 1) Campurkan 15 kg kotoran sapi dan 15 kg air ke dalam sebuah digester, aduk hingga merata. 2) Masukan campuran bahan-bahan tadi ke dalam drum tertutup yang bervolume 19 liter. Biarkanlah digester tersebut dalam kondisi tertutup rapat. 3) Digester tersebut disimpan selama 7 (tujuh) hari di tempat yang aman dan terlindung. 4) Selama penyimpanan, lakukanlah pengguncangan pada digester tersebut. Menyiapkan Bahan Baku Mempersiapkan kotoran ayam sebagai bahan baku sesuai dengan komposisi yang dibutuhkan untuk setiap digester. Menempatkan Bahan Baku dan Starter ke dalam Unit Peralatan 1) Masukan kotoran ayam sebagai bahan baku bersama dengan air dengan perbandingan 1:1 ke dalam digester yang bervolume 19 liter, kemudian aduk hingga merata. 2) Masukan starter ( kotoran sapi ) yang telah disiapkan ke dalam digester yang telah diisi air dan kotoran ayam, kemudian aduklah hingga merata. 3) Setelah tercampur rata, tutup digester dengan penutup yang telah dipasangi pipa, valve dan botol air yang dilengkapi dengan logam perekat. 4) Pasang bola plastik di ujung pipa yang telah dipasang gabus dan dihubungkan dengan selang plastik melalui klep pada bola plastik. 5) Biarkan valve atau keran dalam keadaan terbuka. 6) Biarkanlah digester-digester tadi selama 5 hari, 10 hari, 15 hari, 20 hari dan 25 hari. Selama waktu ini proses fermentasi akan berlangsung dan gas yang dihasilkan akan terjebak di dalam digester dan gas akan mengalir memenuhi bola plastik. 7) Selama proses fermentasi berlangsung, periksalah apakah ada kebocoran gas dari digester. Bila terjadi kebocoran segera di tambal dengan cat. Untuk mengetahui adanya kebocoran dapat dilakukan dengan cara membasahi dinding digester dengan air sabun. Kebocoran akan terlihat dengan adanya buih pada daerah yang bocor tersebut. Gambar 1. Skema Peralatan Pembuatan Biogas Page 22 Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah kotoran ayam dan kotoran sapi sebagai starternya. Prosess yang dipakai yaitu proses fermentasi anaerob. Proses fermentasi anaerob merupakan proses penguraian senyawa organik atau bahan-bahan organik menjadi senyawa-senyawa lain yang pada prosesnya tidak memerlukan oksigen bebas. Produksi biogas tergantung pada waktu fermentasi serta komposisi dari bahan baku yang digunakan. Dalam penelitian ini digunakan komposisi masukan yang terdiri dari kotoran ayam sebagai bahan baku dan kotoran sapi sebagai starternya dengan tiga variasi ukuran sebagai berikut: - 2,5 kg kotoran sapi dan 7,5 kg kotoran ayam - 5 kg kotoran sapi dan 5 kg kotoran ayam - 7,5 kg kotoran sapi dan 2,5 kg kotoran ayam Dari hasil analisa sampel dengan menggunakan Gas Chromatograph didapat jumlah persen mol dari masing masing senyawa. Gas Chromatrograph dapat menganalisa senyawa H 2, O 2, N2, 2 CH 4 dan COO 2, tetapi dari hasil analisa hanya didapat komposisi senyawa CH 4, N 2 dan O 2 sedangkan senyawa yang lain tidak terdeteksi oleh Gas Chromatrograph. Sedangkan untuk senyawa N 2 dan CO 2, karena kesalahan darii konstruksi alat pembangkit biogas dan human error maka kedua gas tersebut tidak dihasilkan. Untuk mendapatkan berat (massa)) total yang terkandung dalam media (bola) maka digunakan perhitungan menggunakan rumus gas ideal. Dari perhitungan didapatkan mol total sebesar 0,0107 mol kemudian dikonversikan kedalam satuan mg dan diaplikasikan kedalam bentuk grafik grafik dibawah ini. 3.1. Kadar Senyawa CH 4 40 35 30 25 20 2.5 15 K 10 5 0 5 10 waktu 15 fermen 20 tasi 25 (Hari) Gambar 2. Grafik Kadar CH 4 dalam produkk dari berbagai macam komposisi masukan bahan baku terhadap waktu fermentasi Kadar CH4 dalam produk ( mg ) Dari grafik di atas dapat dilihat kadar senyawa CH 4 yang y dihasilkan dari tiga variasi komposisi masukan terhadapp waktu fermentasi. Waktu fermentasi disini yaitu terdiri dari lima variasi waktu yaitu y, 5 hari, 10 hari, 15 hari, 20 hari dan 25 hari, dimana dalam 1 hari dilakukan fermentasi selama 24 jam. Dari grafik, senyawa metana yang paling banyak terbentuk yaitu sebesar 33,92 mg yaitu senyawa metanaa yang dihasilkan dari komposisi masukan di digester yang terdiri dari 5 kg kotoran ayam dan 5 kg kotoran sapi, proses terbentuknya adalah pada saat waktu fermentasi 15 hari. Dari grafik juga terlihat bahwaa pada harii ke lima waktu fermentasi senyawa metanaa belum terbentuk, saat waktu fermentasi ke sepuluh senyawa metana sudah mulai terbentuk sedikit yaitu sebesar 2,4 mg senyawa metana yang dihasilkan dari digester komposisi masukan 5 kg kotoran ayam dan 5 kg kotoran sapi. Dari ketiga variasi komposisi masukan, penghasil senyawa metana yang terbesar adalah komposisi masukan dengan 5 kg kotoran ayam dan 5 kg kotoran sapi, dan senyawa metana pada hari ke-15 adalah kadar senyawa metana yang terbesar. Karena pada masa ini terjadi reaksi puncak dari d pembentukan biogas, terjadi reaksi yang sempurna dari bakteri-bakteri pembentuk senyawa metana. Sedangkann pada hari ke-25 gas metana tidak terbentuk lagi karena menurunnya aktivitas dari bakteri- bakteri pembentuk gas tersebut, demikian halnya dengan waktu fermentasi 5 hari pertama yang tidak menghasilkan gas metana karena bakteri pembentuk metana belum bisa bereaksi secara sempurna. 3..2.Kadar Senyawa O 2 100 80 Kadar O2 dalam produk ( mg ) 60 40 20 2.5 Kg 0 5 10 waktu 15 fer 20 rmentasi 0 25 (Hari) Gambar 3. Grafik Kadar O 2 dalam produk dari berbagai macam komposisi masukan bahan baku terhadap waktuu fermentasi Dari grafik di atas, kadar oksigen rata- masukan yang terdiri dari 7,5 kg kotoran ayam rata yang paling tinggi terdapat pada komposisi dan 2,5 kg kotoran sapi. Pada digester dengan Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 23
komposisi 5 kg kotoran ayam dan 5 kg kotoran sapi kadar oksigennya paling rendah dibandingkan dengan dua komposisi masukan lainnya pada hari ke-15 yaitu sebesar 50,24 mg, karena pada waktu fermentasi ini kadar metana yang mendominasii sehingga kadar oksigennya lebih sedikit. Sedangkan pada komposisi masukan dengan 2,5 kg kotoran ayam kadar oksigennya lebih sedikit dibandingkan dengan komposisi masukan yang terdiri dari 7,5 kg ayam dan lebih banyak dibandingkan dengan oksigen yang dihasilkan dari komposisi masukan dengan 5 kg kotoran ayam. Besarnya senyawa oksigen yang terkandung di dalam sampel dikarenakan adanya faktor lingkungan dan reaksi dari bakteri-bakteri dalam komposisii masukan yaitu bahan baku dan starter yang menghasilkan senyawa samping atau produk samping berupa gas oksigen. Tingginya kadar oksigen dalam biogas sangat berpengaruh pada pembentukan senyawa metanaa (CH 4 ). Hal tersebut dikarenakan bakteri pengurai pembentuk senyawa metana bersifat anaerob atau tidak membutuhkan oksigen. Jika terdapat kandungan oksigen pada proses fermentasi maka akan menyebabkan bakteri pengurai mati dan tidak akan terbentuk senyawa metana. Sebenarnya, dalam struktur alat digeseter yang digunakan, telah disiapkan botol yang berisi air yang berfungsi untuk menyerap gas oksigen yang terkandung dalam sampel, akan tetapi masih terdapat oksigen yang masuk ke dalam tempat penampungan gas yaitu bola plastik yang menandakan bahwa kinerja dari botol berisi air tersebut kurang maksimal. Semakin banyaknya oksigen dalam suatu sampel maka gas metana yang terbentuk akan lebih sedikit dan biogas ini tidak dapat diaplikasikan untuk kebutuhan sehari-hari baik untuk memasak ataupun sebagai pembangkit listrik. 3.3. Kadar Senyawa N 2 Dari grafik di bawah ini dapat dilihat kandungan N 2 sangat tinggi dalam biogas. Kandungan N 2 tertinggi terdapat pada komposisi masukan 2,5 kg kotoran ayam dan 7,5 kg kotoran sapi yaitu sebesar 224 mg N 2 pada fermentasi hari ke 15. Waktu fermentasi dilakukan selama 24 jam dalam 1 hari. Untuk komposisi masukan 7,5 kg kotoran ayam dan 2,5 kg kotoran sapi, kandungan N 2 nya juga tinggi. Jika dilihat dari grafik, terjadi penurunan kadar N 2 pada fermentasi hari ke 20 tetapi mengalami kenaikan kembali pada fermentasi hari ke-25. Sedangkan pada komposisi 5 kg kotoran ayam dan 5 kg kotoran sapi terjadi penurunan kadar N 2 yangg signifikan pada fermentasi hari ke 15 yaitu 115,64 mg N 2. Banyaknya kandungan N 2 dan O2 yang terdapat dalamm biogas sangat mempengaruhi pembentukan senyawa metana dalam biogas. Jika kadar N 2 dan O 2 tinggi maka dapat dipastikan kadar metana nya akan rendah. r Tingginya kadar N 2 dalam biogas sangat erat kaitannya dengan banyaknya udara dari lingkungan sekitar yang masuk kedalam sample s biogas. Hal tersebut biasanya terjadi karena human error atau kesalahan pada saat pengambilan sample s ataupun pada saatt akan menganalisa sample. Selain itu bisa dikarenakan adanya kebocoran padaa digester yang menampung feed sehingga menyebabkann udara di lingkungan sekitar bisa terikut kedalam proses fermentasi. Dari hasil analisa dengan menggunakan Gas Chromatograph tidak didapatkan senyawa CO 2. Sedangkan dari reaksi pembentukan biogas seharusnya didapatkan senyawaa CO 2 agar dapat dibentuk menjadi gas metana. Dari literatur jugaa didapatkann senyawa CO 2 mempunyai kandungan k terbanyak setelah s metana tetapi hal itu tidak terjadi pada penelitian ini. Hal tersebut dikarenakan terjadi kesalahan padaa saat melakukan riset baik pada perancangan dan d penggunaan alat maupun karena human error sehingga senyawaa CO 2 tidak dihasilkan dan tidak terdeteksi oleh Gas Chromatograph. 250 200 Kadar N2 dalam produk ( mg ) 150 100 50 0 5 10 waktu 15 ferm 20 mentasi 0 25 (Hari) Gambar 4. Grafik Kadar N 2 dalam produk dari berbagai macam komposisi masukan bahan baku terhadap waktuu fermentasi 4. KESIMPULAN 2.5 K 1) Dari hasil analisa didapatkan gas metana pada setiapp komposisi masukan dengan jumlah dan komposisi yang berbeda. Page 24 Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013
2) Komposisi masukan berpengaruh terhadap komposisi biogas yang dihasilkan, dimana didapatkan hasil gas metana yang terbesar yaitu 33,92 mg dengan komposisi masukan 50 : 50 (5 kg kotoran sapi dan 5 kg kotoran ayam). 3) Waktu tinggal berpengaruh terhadap komposisi biogas dan lamanya waktu proses terbentuknya gas metana, dimana waktu optimum terbentuknya gas metana yaitu pada hari ke-15 dengan besar gas metana adalah 33,92 mg. DAFTAR PUSTAKA Agung, Pambudi. 2008. Pemanfaatan Biogas sebagai Energi Alternatif, Universitas Surakarta. Anonim. 1977. Digester Gas Bio. Kerjasama Pusat Teknologi Pembangunan ITB dengan Program Badan Urusan Tenaga Kerja Sukarela Indonesia (BUTSI) Departemen Tenaga Kerja, Transmigrasi dan Koperasi. Bandung : Pusat Informasi Dokumentasi PTP-ITB. Anonim. 2011. Biobakteri. Diakses pada tanggal 25 November 2011 dari www.wikipedia.org/bakteri Anonim. 2011. Cara Membuat Biogas dari Kotoran Hewan dan Sampah. Diakses pada tanggal 20 Desember 2011 dari www.rumahenergi.com Anonim. 2011. Sistem Peralatan Gas Kromatografi. Diakses pada tanggal 20 Desember 2011 dari http://www.scribd.com /doc/41991857/ Sistem-Peralatan-Kromatografi-Gas Anonim. 2010. Biogas. Diakses pada tanggal 18 Desember 2011 dari www.anneahira.com/ biogas.htm Anonim. 2010. Manfaatkan Kotoran Sapi Untuk Biogas. Diakses pada tanggal 16 November 2011 dari www.forumwarga.net/produkwarga/manf aatkan-kotoran-sapi-juadi-buat-biogas/ Anonim. 2010. Biogas dari Rumput Laut. Diakses pada tanggal 16 November 2011 dari http://www.bbrp2b.kkp.go.id Anonim. 2010. Definisi Kromatografi Gas. Diakses pada 25 Februari 2012 dari http://restiyanaagustine.wordpress.com/ Bahrin, David, Mutiara Bunga Pertiwi dan Destilia Anggraini. 2011. Pengaruh Jenis Sampah, Komposisi Masukan dan Waktu Tinggal Terhadap Komposisi Biogas Dari Sampah Organik Pasar Di Kota Palembang. Jurnal Teknik Kimia Universitas Sriwijaya Inderalaya Conniwanti. P, Anthon Herlanto dan Inneke Anggraini. 2009. Pembuatan Biogas dari Ampas Tahu. Jurnal Teknik Kimia Universitas Sriwijaya.Inderalaya. Hambali, E. 2007. Bioenergi. Jurusan Teknik Pertanian: IPB Bogor Lansida. 2011. Gas Kromatografi. Diakses pada tanggal 20 Januari 2011 dari http://lansida.blogspot.com/2010/06/gckromatografi-gas.html Octavia Henry, Yunitasari. 1992. Pembuatan Biogas dari Kombinasi Campuran Kotoran Sapi dan Sampah Pasar. Laporan Penelitian, Teknik Kimia, Universitas Diponegoro. Suhenda, Cahyana. 2010. Manfaat Biogas dari Kotoran Hewan. Diakses pada 25 Februari 2012 dari http://wismaputih. wordpress.com /2010/05/27/ anekamanfaat- biogas- dari-kotoran- hewan Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013 Page 25
Page 26 Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Januari 2013