MATERI DAN METODE Lokasi dan Waktu Penelitian dilaksanakan di laboratorium pengolahan limbah Fakultas Peternakan IPB untuk pembuatan alat dan pembuatan pelet pemurni. Contoh biogas yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari instalasi biogas yang ada di kandang ruminansia besar Fakultas Peternakan IPB. Analisis kandungan gas dilakukan di Laboratoriun Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH-IPB). Penelitian dilakukan pada bulan Maret 2012 sampai bulan Juni 2012. Materi Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan pelet pemurni biogas antara lain CaO, tepung kanji, serbuk gergaji kayu albasia, aquades. Bahan-bahan untuk pembuatan alat filter (alat untuk menampung pelet) terdiri dari pipa PVC 3 inci, dop 3 inci, pipa tembaga (nepel), lem PVC, lem epoxy (plastic steel), gabus filter. Bahanbahan yang digunakan untuk pembuatan penampung biogas antara lain adalah plastik polyethylene, pipa PVC ½, pipa PVC sambungan siku ½, PVC sambungan T ½, PVC ulir ½, lem PVC, stop kran, ban dalam, tali karet ban dalam, dan selang (selang plastik & selang gas). Bahan-bahan lain yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan penyerap CO 2 dan larutan phenolphthalein (PP), serta biogas yang berasal dari digester yang terdapat di kandang ruminansia besar. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah solder, tang, kompor, baskom, gelas ukur, ayakan, saringan, alat pencetak/pembentuk pelet, panci, sarung tangan, amplas, kikir, gergaji, serok plastik, loyang, botol plastik, tabung impinger, tripod, peralatan impinger, set temperature oven, dan vacuum pump. 13
Prosedur Tahapan kerja penelitian ini terdiri atas dua tahap yaitu tahap penelitan pendahuluan dan penelitian utama. Penelitian pendahuluan terdiri dari persiapan alat dan bahan yang akan digunakan dalam penelitian utama. Penelitian utama terdiri atas proses pengukuran konsentrasi CO2 pada biogas. Penelitian Pendahuluan Tahapan penelitian pendahuluan terdiri atas pembuatan alat penampung pelet pemurni, dan pembuatan penampung biogas. Alat filter biogas adalah alat yang digunakan sebagai pemurni biogas. Pembuatan alat ini menggunakan pipa PVC berukuran 3 inci. Proses pembuatan dimulai dengan pengukuran panjang pipa. Pipa yang akan digunakan sepanjang 35 cm. Tahap berikutnya adalah penggergajian untuk memotong pipa, lalu pembersihan bagian pipa pada kedua ujungnya dari sisasisa proses penggergajian dengan menggunakan amplas dan kikir. Dop yang digunakan untuk menutup kedua ujung pipa dilubangi bagian tengahnya terlebih dahulu dengan menggunakan solder. Bagian yang telah dilubangi kemudian dibersihkan dengan menggunakan kikir. Pipa tembaga (nepel) dimasukan pada bagian tengah dop tersebut lalu dikencangkan dengan menggunakan tang. Bahanbahan yang sudah disatukan kemudian pada sela-sela sambungannya dilapisi dengan lem epoxy (plastic steel) untuk menghindari resiko kebocoran. Bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan alat penampung dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4. Bahan-Bahan Penyusun Alat Penampung Pelet Pemurni. Sumber: Dokumentasi penelitian 14
Dop dan pipa tembaga yang sudah terpasang digabungkan dengan gabus filter, yang sebelumnya telah dipotong dengan bentuk lingkaran. Pemasangan dop pada pipa dilakukan dengan mengelem bagian ujung pipa kemudian menekan dop sehingga dapat terpasang menyatu dengan pipa. Pemasangan dop pertama hanya pada salah satu ujung pipa. Ujung pipa lainnya dibiarkan terbuka untuk pengisian pelet. Prosedur yang sama dilakukan untuk menutup ujung pipa yang masih terbuka. Alat pemurni yang telah terisi dengan pelet pemurni kemudian dicat dengan menggunakan cat semprot (pylox). Alat filter yang siap digunakan dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 5. Alat Penampung Pelet Pemurni yang Siap Digunakan. Sumber: Dokumentasi penelitian Penampung gas dibuat dari bahan plastik polyethylene yang berdiameter 0,65 meter dan panjang 5 meter. Plastik polyethylene pertama-tama disiapkan sepanjang 10 meter, kemudian plastik tersebut dibagi menjadi dua bagian sama panjang. Plastik yang telah terbagi tersebut digunakan sebagai penampung dengan dua lapisan. Penampung plastik kemudian diikat dengan menggunakan tali karet dari ban dalam lalu dihubungkan dengan pipa PVC ½ pada kedua ujungnya. Ujung dari plastik penampung dihubungkan langsung dengan digester, sehingga gas dapat mengalir ke dalam plastik, sedangkan ujung yang satunya ditujukan untuk digunakan sebagai penghubung ke peralatan impinger, setelah semua terpasang dengan benar, kemudian penampung diletakan di atas langit-langit kandang. Pembuatan penampung gas bertujuan sebagai penampung dan indikator ketersediaan biogas yang digunakan 15
dalam penelitian. Penampung gas yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 6. Penelitian Utama Gambar 6. Penampung Biogas. Sumber: Dokumentasi penelitian Penelitian utama terdiri dari pembuatan pelet pemurni, pengambilan contoh biogas untuk dianalisis kandungan CO 2. Proses pembuatan pelet pemurni berbahan dasar CaO dan serbuk gergaji kayu albasia terdiri dari beberapa proses. Proses-proses pembuatan pelet pemurni terdiri atas pembersihan serbuk gergaji, penentuan persentase bahan pada tiap-tiap perlakuan sampai pada pembentukan pelet dengan bantuan alat. Proses pertama dalam membuat pelet adalah mencuci serbuk gergaji kayu. Serbuk gergaji kayu yang digunakan berasal dari sisa/limbah pemotongan kayu albasia. Serbuk gergaji kayu dicuci dengan menggunakan aquades, tujuan pencucian dengan aquades adalah untuk membersihkan serbuk gergaji kayu dari kotorankotoran (Zhao et al., 2011). Pencucian dilanjutkan dengan penyaringan dan kemudian serbuk gergaji dipindahkan ke dalam loyang untuk dikeringkan dalam oven selama 24 jam pada suhu 75 0 C. Serbuk gergaji yang sudah kering kemudian diayak. Gambar serbuk gergaji yang telah dicuci dan dikeringkan dapat dilihat pada Gambar 7. 16
Gambar 7. Serbuk Gergaji Kayu yang Telah Dicuci dan Dikeringkan. Sumber: Dokumentasi penelitian Bahan-bahan pembuat pelet adalah CaO, serbuk gergaji kayu, dan tepung tapioka (tepung kanji). Bahan-bahan tersebut diukur dengan menggunakan gelas ukur sesuai dengan persentase pada tiap perlakuan. Penggunaan tepung kanji yaitu sebesar 10% untuk tiap-tiap perlakuan. Campuran bahan dimasukan ke dalam baskom untuk pembuatan adonan pelet. Perekat dibuat dengan mencampurkan tepung tapioka dan air dengan perbandingan 1 : 5, kemudian campuran tersebut dipanaskan hingga menggumpal. Perekat dituangkan ke dalam baskom yang berisi CaO dan serbuk gergaji, kemudian bahan-bahan tersebut diaduk hingga tercampur merata. Adonan didinginkan untuk dibentuk pelet dengan cara manual, yaitu dengan memasukan adonan ke dalam alat pencetak/pembuat pelet. Pelet dibiarkan dalam suhu ruang selama 24 jam lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 75 0C selama 2 jam. Pelet yang terbentuk memiliki ukuran diameter 1 cm dengan panjang 3 cm. Pembuatan pelet secara skematis dapat dilihat pada Gambar 8. 17
Persiapan serbuk gergaji Dicuci dengan aquades Pengeringan dengan oven 24 jam, 75 ºC Penentuan komposisi pelet menurut perlakuan Pencampuran bahan Pembuatan perekat Pembuatan adonan (bahan + perekat) Pencetakan pelet Pengeringan Gambar 8. Skema Pembuatan Pelet. Pelet yang telah terbentuk kemudian dimasukan ke dalam alat filter melalui ujung yang belum tertutup dop. Pelet yang diisikan ke dalam alat penampung diisikan hingga alat pemurni terisi penuh. Pipa yang telah terisi penuh kemudian ditutup dengan dop. Alat filter yang telah terisi pelet siap dihubungkan dengan instalasi biogas. Gambar pelet yang terbentuk setelah proses pengeringan dapat dilihat pada Gambar 9. 18
Gambar 9. Pelet Pemurni yang Terbentuk dan Telah Dikeringkan Sumber: Dokumentasi penelitian Biogas yang telah tertampung dalam penampung gas kemudian diambil contohnya untuk dianalisis kandungan CO2 baik sebelum melalui proses pemurnian dan setelah melalui proses pemurnian. Pengukuran contoh biogas sebelum memasuki alat pemurni berasal langsung dari instalasi biogas, sedangkan pengukuran contoh biogas setelah memasuki alat pemurni dilakukan dengan mengalirkan biogas terlebih dahulu ke dalam alat pemurni. Pengambilan contoh biogas dilakukan dengan menggunakan peralatan impinger yang terdiri dari kotak impinger, tabung impinger, vacuum pump, dan tripod. Pengambilan contoh gas diawali dengan proses kalibrasi untuk menentukan lamanya waktu yang digunakan untuk mengalirkan biogas ke dalam tabung impinger sehingga bereaksi dengan larutan penyerap CO2 dan larutan indikator PP serta menentukan laju alir biogas yang mengalir dalam larutan penyerap dan reagen. Larutan absorben yang digunakan adalah larutan sodium karbonat yang ditambahkan larutan indikator PP (phenolphthalein). Hasil kalibrasi didapatkan waktu untuk mengalirkan gas ke dalam tabung impinger selama 10 detik. Pengambilan contoh biogas kemudian dilakukan dengan mengalirkan gas ke dalam tabung impinger dengan laju alir yang telah diatur pada proses kalibrasi yaitu sebesar 0,5 l/m. Contoh biogas sebelum dimurnikan diambil dengan cara mengalirkannya langsung pada impinger melalui selang plastik yang dihubungkan pada kran gas. Contoh biogas yang melewati proses pemurnian dihubungkan terlebih dahulu dengan alat pemurni sebelum dihubungkan dengan impinger melalui selang plastik. Biogas sebelumnya dialirkan dulu ke dalam alat pemurni selama 15 menit. 19
Contoh biogas yang masuk terhisap ke dalam tabung impinger yang berisi larutan sodium karbonat dan indikator PP merubah warna larutan tersebut dari yang sebelumnya berwarna merah muda menjadi jernih (tidak berwarna). Gambar 10. Peralatan Impinger Sumber: Dokumentasi penelitian Contoh biogas yang telah didapat berupa larutan penyerap yang ditambahkan indikator PP yang telah bereaksi dengan karbon dioksida sehingga berubah warna menjadi larutan yang berwarna merah muda kemudian diambil dan disimpan dalam botol plastik 25 ml. Larutan tersebut kemudian dianalisis untuk mengetahui kandungan karbon dioksida pada biogas dalam mg/m3 yang kemudian dikonversi menjadi satuan ppm. Prosedur pengambilan contoh biogas hingga analisis secara skematis dapat dilihat pada Gambar 11. 20
Biogas Penampung biogas Melalui alat pemurni (Proses pemurnian) Impinger Contoh CO 2 sesudah pemurnian Contoh CO 2 sebelum pemurnian Analisis Laboratorium Kandungan CO 2 Gambar 11. Skema Pengambilan Contoh Gas dan Analisis. Peubah yang Diamati Peubah yang diamati dalam penelitian ini antara lain: 1. Kandungan Gas Karbon Dioksida pada Biogas Kandungan CO 2 dianalisis dengan mengguanakan metode titrimetrik. Contoh biogas dititrasi dengan larutan titran (HCl) sehingga diketahui ml titrasi contoh yang kemudian dibandingkan dengan titrasi blanko sehingga diperoleh mg/m 3 CO 2 yang terkandung dalam biogas melalui rumus sebagai berikut: 21
mg/m 3 ( ) CO 2 = ( ) ( ) / Keterangan: Tb Ts BE = Titrasi blanko (ml) = Titrasi sampel (ml) = Berat ekuivalen Kandungan CO 2 dalam mg/m 3 rumus sebagai berikut: ppm CO = 2. Efektivitas Penggunaan Pelet Pemurni kemudian dikonversi dalam satuan ppm, dengan mg m CO x 24,47 BM [CO ] Efektivitas digunakan untuk mengetahui hubungan keberhasilan CO 2 yang terjerap oleh pelet pemurni dengan target/tujuan yang ditetapkan. Target/tujuan didapatkan dengan menggunakan asumsi bahwa CO 2 yang ingin dihilangkan adalah sebesar 100%, oleh karena itu target/tujuan sama dengan besarnya kandungan CO 2 awal, sehingga didapatkan persamaan sebagai berikut: Keterangan: [CO 2 ] awal [CO 2 ] akhir Efektivitas = [CO ] awal [CO ] akhir [CO ] awal = Konsentrasi CO 2 sebelum pemurnian (ppm) = Konsentrasi CO 2 sesudah pemurnian (ppm) x 100% 22
Rancangan Percobaan dan Analisis Data Perlakuan Penelitian ini menggunakan tiga macam kombinasi campuran bahan pembuat pelet berdasarkan variasi penggunaan CaO dan serbuk gergaji kayu albasia. Komposisi campuran yang digunakan pada penelitian ini akan disajikan pada Tabel 4. Tabel 4. Komposisi Campuran Bahan Pembuat Pelet Bahan K 35 S 55 Perlakuan K 45 S 45 K 55 S 35 -------------------------------------%--------------------------------- Kapur tohor 35 45 55 Serbuk gergaji 55 45 35 Rancangan Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan perlakuan penggunaan kapur tohor dan serbuk gergaji dengan kombinasi K 35 S 55 (CaO : Serbuk gergaji = 35% : 55%), K 45 S 45 (CaO : Serbuk gergaji = 45% : 45%), K 55 S 35 (CaO : Serbuk gergaji = 55% : 35%). Masing-masing perlakuan akan mendapat tiga kali ulangan. Model matematika yang digunakan dalam penelitian ini menurut Mattjik dan Sumertajaya (2000) adalah: Yij = μ + Pi + εij Keterangan : Yij = Respon perlakuan pemberian taraf CaO dan serbuk gergaji kayu ke-i pada ulangan ke-j μ = Nilai tengah umum Pi = Pengaruh pemberian CaO dan serbuk gergaji ke-i εij = Pengaruh galat percobaan pada pemberian CaO dan serbuk gergaji ke-i pada ulangan ke-j. 23
Analisis Data Data diuji dengan menggunakan uji t berpasangan (paired t-test) untuk mengetahui ada tidaknya perbedaan konsentrasi CO 2 dalam ppm sebelum dan sesudah dimurnikan. Model matematika uji t berpasangan yang digunakan menurut Walpole (1993) adalah: Keterangan: t Σd n Σd 2 = Nilai t hitung t = = Jumlah selisih data pengamatan Σd n( d ) (Σd) n 1 = Jumlah pasangan data yang diamati = Kuadrat jumlah selisih data pengamatan Data kemudian diuji analysis of variance (ANOVA) dengan menggunakan perangkat lunak statistika SPSS 16.0. Jika hasilnya berbeda nyata dilakukan uji banding Duncan. 24