ANALISIS PERAN LIMBAH SAYURAN DAN LIMBAH CAIR TAHU PADA PRODUKSI BIOGAS BERBASIS KOTORAN SAPI Inechia Ghevanda (1110100044) Dosen Pembimbing: Dr.rer.nat Triwikantoro, M.Si Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Latar Belakang Berkurangnya sumber cadangan energi fosil dialami oleh berbagai negara tidak terkecuali Indonesia. Kondisi ini dipersulit dengan fakta adanya peningkatan konsumsi energi secara bertahap. Salah satu solusi energi terbarukan adalah biogas. Untuk mengimbangi jumlah konsumsi energi yang meningkat maka diperlukan adanya metode peningkatan produksi biogas.
Latar Belakang Berikut ini adalah kurva kecenderungan produksi bahan bakar fosil setiap tahunnya (kurva biru) dan kurva kecenderungan konsumsi energi setiap tahunnya (kurva merah). Sumber: Index Mundi (n.d.a), Index Mundi (n.d.b)
Latar Belakang Yadvika et al (2004) menyebutkan beberapa metode untuk meningkatkan efisiensi proses AD, yaitu : 1. Memperhatikan dan menjaga parameter-parameter operasional 2. Menggunakan bahan tambahan sebagai bahan baku reaktor biogas. 3. Mengolah kembali bahan baku biogas. 4. Menggunakan biofilter.
Latar Belakang Utami et al Produksi biogas tertinggi diperoleh dengan penambahan 30% limbah cair tahu pada reaktor berbahan baku kotoran sapi dengan nilai mol gas yaitu 0,1946 mol. Trujilo et al dalam Yadvika et al Peningkatan produksi biogas adalah dengan penggunaan bahan aditif berupa limbah tanaman tomat ke dalam bahan utama pembentukan biogas berupa kotoran kelinci.
Rumusan Masalah Batasan Masalah Apa pengaruh penambahan bahan aditif berupa limbah cair tahu dan kotoran sapi ke dalam bahan baku penghasil biogas yaitu sampah sayuran terhadap peningkatan produksi biogas serta kualitas biogas? Pengisian substrat ke dalam reaktor dilakukan dengan sistem batch. Reaktor dipasang tanpa pemakaian sistem pemanas dan sistem pengaduk. Tujuan Mengetahui pengaruh penambahan bahan aditif berupa limbah cair tahu dan kotoran sapi terhadap peningkatan produksi biogas serta terhadap kualitas biogas.
TINJAUAN PUSTAKA
Gas CH 4 dan gas CO 2 serta beberapa kandungan gas dalam jumlah kecil seperti gas H 2, gas H 2 S, gas NH 3 (amonia), dan gas N 2. Bahan organik yang berasal dari tumbuhan atau dari organisme pemakan tumbuhan Biogas Dapat mengurangi efek rumah kaca dan sebagai energi alternatif Degradasi anaerob biomassa oleh bakteri
Tahap Pembentukan Biogas Hidrolisis Polimer tidak mudah larut dalam air monomer mudah larut dalam air Asidifikasi Monomer mudah larut dalam air asam-asam organik Metanogenesis CH 3 CH 2 COOH + 0,5 H 2 O CH 3 COOH +0,25CO 2 +0,75 CH 4 CH 3 COOH CH 4 + CO 2
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses AD (Anaerobic Digestion) Temperatur Psikrofilik (<30⁰C) Mesofilik (30⁰C - 40 ⁰C) Termofilik (50⁰C - 60 ⁰C) Yadvika et al menyebutkan bakteri anaerob menjadi sangat aktif pada rentang temperatur mesofilik dan termofilik.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses AD (Anaerobic Digestion) PARAMETER KONDISI OPTIMUM Derajat Keasaman 6,8 7,2 1 Konsentrasi Oksigen Anaerobik 2 Ukuran Partikel Semakin halus semakin baik 3 Rasio C/N 20 30 3 Sumber : 1 Yadvika et al, 2004; 2 Prescott, ; 3 Hariyanto, 2008.
Kromatografi Gas Secara garis besar sampel gas yang akan diuji diinjeksikan pada Injection Port. Selanjutnya sampel bersama-sama dengan gas pembawa bergerak menuju kolom yang berfungsi untuk memisahkan komponen-komponen penyusun gas sampel berdasarkan karakteristik masing-masing komponen penyusun gas. Setelah mengalami pemisahan, tiap-tiap komponen akan sampai pada detektor dengan waktu yang berbeda-beda dan tercatat sebagai kromatogram.
METODOLOGI
Alur Penelitian Mulai Kotoran sapi Pembuatan reaktor biogas dan sample bag Limbah sayuran tanpa kotoran sapi Dicampur limbah sayuran Dicampur whey dan limbah sayuran. Pengujian reaktor biogas dan sample bag Fermentasi anaerob Produk Biogas Pengamatan perubahan ketinggian kolom air pada manometer Uji kromatografi gas Analisis Kesimpulan
Desain Reaktor Biogas dan Sample Bag Klep ban sepeda Mur Piringan karet ban dalam Sample bag manometer Reaktor biogas
Rangkaian Uji Nyala Api
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN BELUM FIX
Analisis Produksi Biogas Sayuran Grafik hubungan volume gas terakumulasi dari biodigester jenis batch dengan bahan isian limbah sayuran terhadap waktu. Grafik hubungan volume gas terakumulasi dari biodigester jenis batch dengan katalisator rajangan enceng gondok terhadap waktu (Murtadlo, -). (a) (b) Kurva hasil percobaan dengan limbah sayuran murni memiliki bentuk serupa dengan kurva yang dihasilkan pada penelitian Murtadlo. Dari kurva (a) dapat disimpulkan bahwa limbah sayuran berpotensi menghasilkan gas dengan nilai mol gas tertinggi yang dihasilkan adalah 3,1193 x 10-3 mol tiap 1 liter beban reaktor.
Analisis Pengaruh Penambahan Limbah Sayuran pada Produksi Biogas Percobaan n/l x 10-3 % penurunan K1 (75% 5,684728 0 sayuran) K2 (76% 5,445583 4,206806 sayuran) K3 (78% sayuran) 5,003794 11,9783 Penambahan limbah sayuran justru menurunkan produk biogas berbasis kotoran sapi. Penambahan limbah sayuran yang semakin banyak pada biogas berbasis kotoran sapi membuat kandungan substrat berserat semakin banyak dan kemungkinan timbulnya scum akan semakin besar. Barret et al dalam Ojolo et al menyebutkan bahwa dengan digester yang lebih besar dan bahan berserat dengan ukuran dan jenis yang berbeda maka masalah scum (lapisan kerak pada permukaan campuran) dapat meningkat dengan meningkatnya kandungan substrat berserat. Selain itu, Adnan dalam Rahmat et al serta Sharma et al menyebutkan bahwa limbah organik yang mengandung serat akan susah untuk dicerna.
Tabel 1 Kandungan Zat Organik Bahan Isian Reaktor Substrat Jumlah kandungan zat organik (%) Sayuran 6,72 1, 9,5 2, 10,96 3 Limbah cair tahu 4,84 4, Kotoran sapi 45,83 5, 33,63 6 Sumber: 1 Sutrisno, 2010; 2 Harjono, 1996; 3 Komolka dkk., 2012; 4 Utami dkk.,- ; 5 Tampubolon, 2001; 6 Costa, 2011. Perbedaan produk biogas juga dapat dikarenakan perbedaan kandungan zat organik. Tabel 3 berikut didapatkan dari berbagai sumber pada Tabel 2. Tabel 3 Prosentase kandungan organik pada masing-masing percobaan S3. Percobaan Kandungan organik S3A 13,4% - 19,7% S3B 13,1% - 19,3% S3C 12,6% - 18,7%
Analisis Pengaruh Penambahan Limbah Sayuran dan Limbah Cair Tahu pada Produksi Biogas Percobaan Kandungan Mol/L biogas organik T1 14,93% - 21,03% 1,12472 x 10-2 T2 14,98% - 21,08% 1,40468 x 10-2 T3 15,04% - 21,13% 1,12655 x 10-2 Percobaan T2 memiliki nilai mol/l biogas hampir 25% lebih besar dibandingkan nilai mol/l biogas T1. Jika dibandingkan dengan percobaan T1, terdapat penurunan 10 ml volume limbah sayuran dan peningkatan 100 ml volume limbah cair tahu pada percobaan T2. Peningkatan produksi biogas pada percobaan T dapat terjadi karena adanya penambahan limbah cair tahu dalam substrat percobaan. Selain kandungan zat organik, hal lain yang dapat berpengaruh pada produksi biogas adalah jumlah kandungan substrat berserat pada percobaan T2 yang lebih sedikit dibandingkan pada percobaan T1.
Kromatogram Biogas dengan Detektor TCD CO 2 CO 2 (a) (b) CO 2 CO2 (c) Gambar kromatogram biogas (a) S1, (b) S2, (c) S3A, dan (d) S4B. (d)
Hasil uji kromatografi biogas dengan detektor TCD No. Komposisi % Area Biogas S1 Biogas S2 Biogas S3A Biogas S4B 1 Nitrogen 99,77% 99,19% 99,83% 97,50% 2 CO 2 0,23% 0,81% 0,17% 2,50% Total 100% 100% 100% 100% Grob (1995) menyatakan bahwa detektor FID memiliki sensitivitas yang lebih tinggi hampir bagi semua senyawa organik dibandingkan detektor TCD
Kromatogram Biogas dengan Detektor FID CH 4 CH 4 (a) (b) CH 4 CH 4 (c) Gambar kromatogram biogas (a) S1, (b) S2, (c) S3A, dan (d) S4B. (d)
No. Hasil uji kromatografi biogas dengan detektor FID Komposisi Luas Area [uv*s] Biogas S Biogas K1 Biogas T2 1 CH 4 3026 13090 13361 2 Senyawa lain - - - Total 3026 13090 13361 Berdasarkan hasil uji kromatografi diketahui bahwa : 1. Biogas sayuran murni dapat menghasilkan gas metana walaupun dalam jumlah sedikit jika dibandingkan hasil biogas percobaan lain. 2. Jika dibandingkan antara percobaan K1 dengan T2, atau dapat dikatakan terjadi penambahan substrat limbah cair tahu, terdapat peningkatan produksi gas metana sebesar 2,07%. 3. Jika dibandingkan antara semua sampel gas, terlihat bahwa kotoran sapi adalah bahan yang paling berpengaruh terhadap peningkatan produksi gas metana. Hal ini dapat dikarenakan kotoran sapi telah mengandung bakteri penghasil gas metana yang berasal dari perut hewan ruminansia (Harianto, 2008).
Kesimpulan Kesimpulan dari penelitian ini adalah: Limbah sayuran murni dapat menghasilkan biogas dimana produk biogas tertinggi adalah 3,1193 x 10-3 tiap 1 liter beban substrat pengisi reaktor. Akan tetapi limbah sayuran ini dapat mereduksi produk biogas saat ditambahkan pada kotoran sapi. Limbah cair tahu ternyata berperan dalam peningkatan produk biogas berbasis kotoran sapi dimana pada penambahan 100 ml limbah cair tahu pada percobaan T2 dapat terjadi peningkatan produksi biogas hingga 25% bila dibandingkan dengan percobaan T1.
TERIMA KASIH