Pemanfaatan Sampah Organik Pasar dan Kotoran Sapi Menjadi Biogas Sebagai Alternatif Energi Biomassa (Studi Kasus : Pasar Pagi Arengka, Kec.Tampan, Kota Pekanbaru, Riau) 1 Shinta Elystia, 1 Elvi Yenie, 2 Ari Rahmat Mustakim dan 1 Dwi Mansandi 1 JurusanTeknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Riau 2 Program Studi D3 Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Riau Kampus Binawidya Km 12,5 Simpang Baru Panam, Pekanbaru 28293 shintaelystia@yahoo.com Abstrak Sampah merupakan material sisa yang tidak diinginkan lagi dan di buang setelah pemakaiannya karena sudah tidak ada manfaatnya serta merupakan salah satu masalah di kota-kota besar. Salah satunya timbulan sampah dari aktivitas pasar. Selama ini penanganan sampah pasar di Kota Pekanbaru diangkut oleh Dinas Kebersihan Kota, kemudian dikumpulkan untuk dibakar dan ditimbun di Tempat Pembuangan Akhir (TPA), namun tidak optimalnya penanganan sampah menimbulkan tumpukan sampah yang menyebabkan permasalahan lingkungan. Padahal sampah organik dari hasil aktifitas pasar merupakan salah satu biomassa yang berpotensi menjadi bahan bakar alternatif salah satunya menjadi biogas. Untuk itu telah dilakukan penelitian pembuatan biogas dari sampah organik pasar (sayuran dan buah-buahan) dengan starter kotoran sapi. Variabel berubah yaitu variasi perbandingan subtrat : starter (25:75, 50:50 dan 75:25), serta waktu fermentasi yaitu 7 hari, 14 hari, 21 hari, dan 28 hari. Variable tetap yaitu starter (kotoran sapi : air) 1:1, dan suhu 20 C - 40 C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbandingan (subtrat : starter) 25:75 menghasilkan biogas dengan kualitas yang lebih baik dibandingkan dengan 50:50 dan 75:25, volume biogas yang dihasilkan sebesar 6561,09 ml dan warna nyala api biru dan nilai kalor 1890 J serta daya 63 watt dengan waktu fermentasi selama 14 hari. Kata kunci : biogas, sampah organik, kotoran sapi 1. Pendahuluan Setiap hari volume sampah di Kota Pekanbaru semakin banyak dengan tidak optimalnya teknologi dalam mengatasi laju pertambahan sampah. Selama ini penanganan sampah di Kota Pekanbaru diangkut oleh Dinas Kebersihan Kota, kemudian dikumpulkan untuk dibakar dan ditimbun di Tempat Pembuangan Akhir 166
(TPA) Muara Fajar Kec. Rumbai. Pada tahun 2010 TPA Muara Fajar setiap harinya menampung sampah sebanyak 179,344 m 3 /hari dan terjadi peningkatan pada tahun 2011 sebanyak 86,242 m 3 menjadi 265,586 m 3 /hari (Gusiadi, 2011). Namun, tidak optimalnya penanganan sampah tersebut menimbulkan tumpukan sampah yang menyebabkan permasalahan lingkungan, untuk itu perlu dicari alternatif lain dalam mengatasi masalah tersebut. Di sisi lain, meningkatnya kebutuhan dan harga jual bahan bakar akhir-akhir ini, serta semakin berkurangnya sumber bahan bakar minyak dan gas, mendorong kita untuk mencari sumber lain. Salah satu alternatif untuk memecahkan kedua masalah tersebut adalah pemanfaatan sampah organik pasar menjadi bahan bakar terbarukan yaitu biogas. Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahan organik oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob. Sifatnya yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan keunggulan dari biogas di bandingkan bahan bakar fosil (Haryati, 2006). Pada penelitian ini pengelolaan sampah tidak hanya bersifat penanganan namun juga memiliki nilai guna/manfaat. Oleh karena itu, jika diolah dengan benar biogas bisa digunakan untuk menggantikan gas alam. Dengan tujuan penelitian Mempelajari potensi biogas dari sampah organik aktivitas pasar yang dicampur dengan kotoran sapi dilihat dari volume gas, uji warna nyala, nilai kalor dan daya yang dihasilkan, mendapatkan rasio penambahan starter terbaik, mempelajari pengaruh waktu terhadap pembentukan biogas dengan proses fermentasi anaerob 2. Metodologi Bahan yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari bahan baku yaitu sampah organik (sampah sayuran dan buah-buahan) dan bahan pendukung seperti kotoran sapi, air, urea 0,4 gr/l dan NPK 0,5 gr/l serta larutan buffer CH 3 COONH 4.. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah peralatan yang mendukung proses fermentasi dengan metode anaerob seperti derigen sebagai digester, selang gas, katub, ember, tabung penampung gas, tungku dan gelas besi sebagai wadah pemanas. Digester dirangkai dengan mode floating drum sederhana. Pertimbangan pemilihan tipe floating drum ini adalah untuk memudahkan perhitungan volume gas setiap hari yang terbentuk selama proses fermentasi. 18 3 4 7 6 2 5 1 167
Keterangan gambar : 1. Derigen (Digester) 5. Ember 2. Katup 6. tungku 3. Selang gas 7. gelas 4. Tabung penampung gas 8. Thermometer Tahapan awal penelitian ini yaitu persiapan bahan baku, sampah yang digunakan terlebih dahulu di cacah dan diblender agar bahan yang digunakan memiliki ukuran yang lebih kecil sehingga dapat mempercepat proses fermentasi, Pada proses pembuatan starter, kotoran sapi di campurkan dengan air pada perbandingan 1:1. Pada penelitian ini substrat dan starter yang digunakan adalah sebanyak 2/3 dari kapasitas digester, hal ini dilakukan agar sebagian dari kapasitas digester menjadi wadah gas yang terbentuk selama proses fermentasi sebelum dialirkan ke tabung penampung gas Selanjutnya untuk memulai substrat dan starter di campur dalam digester dengan variasi, 25:75, 50:50, 75:25 dan menambahkan urea sebanyak 0,4 gr/l dan NPK sebanyak 0,5 gr/l untuk meningkatkan kualitas biogas yang dihasilkan. Uji hasil dilakukan dengan pengukuran volume biogas, uji warna nyala api serta menghitung nilai kalor dan daya biogas yang terbentuk sebagai parameter penelitian. Pengukuran dilakukan pada hari ke 7, 14, 21 dan 28. 3. Hasil dan pembahasan Pada penelitian ini dilakukan pengamatan kuantitas dan kualitas biogas dari sampah buah dan sayuran dengan menggunakan digester berukuran 10 L dan penelitian ini berlangsung dengan memanfaatkan rentang suhu Kota Pekanbaru yang berkisar 29-37 C (BMKG, Stasiun Bandara (SSK) II, Pekanbaru), suhu dibiarkan pada kondisi mesofilik yaitu pada kisaran suhu 25-40 C karena produksi gas sangat bagus pada kondisi ini dan dilakukan usaha mempertahankan nilai ph pada rentang 6,5-7,8 dengan menambahkan larutan buffer CH 3 COOONH 4 karena produksi biogas secara optimum dapat dicapai bila nilai ph pada rentang tersebut (Wahyuni, 2009). Setelah gas dihasilkan maka selanjutnya akan dilakukan pengukuran volume, Perhitungan volume dilakukan dengan melihat perubahan ketinggian tabung pengumpul biogas. Hasil pengukuran volume biogas harian disajikan pada Gambar 1 Gambar 1. Grafik Pengaruh Waktu Per Hari Terhadap Volume Biogas 168
Berdasarkan gambar 1 dapat diketahui bahwa untuk biogas dengan variasi kotoran substrat : starter 25 :75 menunjukkan waktu tinggal lebih cepat. Hal ini disebabkan pada komposisi A mempunyai masukan kotoran sapi yang lebih besar dari pada sampah organik karena kotoran sapi merupakan sumber dari bakteri methanogenik sehingga dengan banyaknya bakteri methanogenik akan mempercepat proses penguraian substrat untuk di fermentasikan menjadi gas methane sedangkan untuk perbandingan, substrat : starter 50 : 50 dan 75:25 waktu tinggalnya lebih lama. Hal ini disebabkan karena ketersediaan nutrisi yang banyak didalam substrat sehingga bakteri methanogen mempunyai waktu tinggal yang lebih lama karena ketersediaan nutrisi yang mencukupi. Hal ini terlihat di hari ke 28 komposisi C masih memproduksi gas yang lebih banyak dari pada komposisi lainnya. 3.1 Produksi Biogas Komulatif Gambar 2. Grafik Pengaruh Komposisi Terhadap Volume Akumulasi Berdasarkan Gambar 2 terlihat bahwa gas sudah mulai terbentuk pada hari kedua dan laju kenaikan produksi gas setiap minggu berbeda. Hal ini terjadi karena perbedaan jumlah substrat dan starter disetiap komposisinya. Produksi biogas kumulatif pada penelitian ini yang menghasilkan hasil terbesar pada komposisi A substrat : starter 25:75 yaitu sebesar 16477,48 ml, sedangkan untuk produksi terendah adalah komposisi B dengan perbandingan substrat : starter 50:50 adalah sebesar 14874,62 ml, produksi gas menjadi lebih sedikit karena cepatnya pertumbuhan bakteri methanogenik dan semakin berkurangnya nutrisi dalam substrat yang akan digunakan bakteri untuk merubah produk berupa gas methane dan juga digunakan untuk metabolisme sel (Felix, 2012). Pada pengamatan komposisi C menghasilkan gas sebesar 16434,73 ml, 169
Gambar 3. Diagram Volume Total Biogas Berdasarkan Gambar 3 terlihat hasil maksimum didapat dari perbandingan sampah organik dan kotoran sapi 25:75 dengan hasil mencapai 16477 ml. Untuk mencapai hasil maksimum tersebut pada penelitian ini dilakukan usaha mempertahankan nilai ph dan penambahan urea dan NPK dengan harapan hasil yang diperoleh lebih baik dari penelitian sebelumnya. Upaya mempertahankan nilai ph dilakukan dengan cara menambahkan larutan buffer CH 3 COOONH 4, nilai ph dipertahankan pada rentang 6,5 7,8. Produksi biogas secara optimum dapat dicapai bila nilai ph pada rentang tersebut (Wahyuni, 2009), sedangkan urea (NH 2 ) 2 CO berfungsi sebagai sumber nitrogen yang berguna bagi bakteri untuk pembentukan asam asetat dan asam organik yang akan di uraikan bakteri methanogenik menjadi gas methane. Pada NPK unsur P berfungsi sebagai konfaktor enzim serta K bagi bakteri berfungsi sebagai sintesis asam organik menjadi gas methane (Purnamawan, 2010). 3.2 Pengukuran Kualitas Biogas 3.2.1 Uji Warna Nyala Api Hari Tabel 1. Uji Warna Nyala Api Komposisi A (25:75) B (50:50) C (75:25) 7 Tidak Terbakar Biru tipis Tidak Terbakar 14 Biru Biru Biru Tipis 21 Biru Tipis Biru Tipis Biru Kemerahan 28 Biru kemerahan Biru Kemerahan Biru Kemerahan 3.2.2 Nilai Kalor yang dihasilkan Pembakaran Untuk mengetahui nilai kalor dan daya yang dihasilkan maka dilakukan pembakaran gas yang dihasilkan untuk memanaskan air sebanyak 50 ml sampai gas tersebut habis, perhitungan nilai kalor dengan menggunakan persamaan berikut : keterangan : Q = Kalor ( J ) m = Massa (Kg) Q = m. c. ΔT. ( 1 ) 170
ΔT = Perubahan Suhu ( C ) C = Kalor Jenis (4200 J/ Kg C) Dengan menggunakan rumus diatas maka nilai kalor yang diterima air dapat diketahui. Grafik hasil terhitungan disajikan pada Gambar 4. Gambar 4. Grafik Nilai Kalor Hasil Pembakaran Gas yang Terbentuk Berdasarkan Gambar 4 terlihat pada minggu pertama ini nilai kalor dan daya tidak dihasilkan karena gas yang terbentuk belum bisa dibakar. Pada minggu kedua didapatkan nilai kalor masing-masing komposisi adalah komposisi A (1890 J) dan komposisi B (1680 J) serta komposisi C (1575 J), nilai kalor pada komposisi A terlihat paling besar diantara komposisi lainnya, karena pada komposisi A terdapat banyak bakteri methanogenik yang merubah asam organik menjadi gas methane, bakteri ini mempunyai kemampuan menguraikan bahan-bahan yang membentuk CH 4, sehingga kualitas api semakin bagus. 3.2.3 Nilai Daya yang dihasilkan Pembakaran Biogas Untuk mengetahui seberapa besar daya yang diterima air saat pemanasan air, maka digunakan persamaan Daya berikut ini : Keterangan: P = Daya ( Watt) Q = Nilai Kalor ( Joule) t = Waktu ( Detik ) P = ( 2 ) Dengan menggunakan rumus diatas maka nilai daya yang diterima air dapat diketahui dan tersaji di Gambar 5 171
Gambar 5. Grafik Nilai Daya Hasil Pembakaran Gas yang Terbentuk Berdasarkan Gambar 5 diatas terlihat pada minggu pertama daya belum dihasilkan. Pada minggu kedua daya yang diterima air paling besar pada komposisi A sebesar (63 watt) dan komposisi B (56 watt) serta pada komposisi (C 47,7 watt). Berdasarkan penjelasan diatas diketahui bahwa komposisi A menghasilkan daya yang paling besar diantara komposisi lainnya, karena pada komposisi A di mempunyai kandungan methane (CH 4 ) yang lebih banyak dibandingkan dengan komposisi yang memiliki nilai daya yang kecil 5. Kesimpulan 1. Rasio penambahan starter terbaik pada pengolahan sampah organik menjadi biogas yaitu perbandingan subtract dengan starter 25:75 dengan volume total yang dihasilkan 16477,52 ml. 2. Berdasarkan hasil pengamatan selama 28 hari, diperoleh jumlah volume biogas yang terbentuk pada awal proses fermentasi dengan laju yang tinggi dan semakin lama proses fermentasi maka jumlah volume biogas semakin menurun, dan lamanya waktu fermentasi yang dibutuhkan untuk menghasilkan komposisi gas methane (CH4) terbesar terjadi selama 14 hari. 3. Komposisi perbandingan subtract dengan starter 25:75 merupakan komposisi dengan hasil terbaik pada minggu kedua dimana warna api yang dihasilkan berwarna biru dan nilai kalor yang dihasilkan lebih besar dari komposisi lainnya, yaitu nilai kalor sebesar 1890 J dan daya sebesar 63 watt. 6. Daftar Pustaka BMKG, 2013 : http://riauaktual.com/berita/detail/4044/2013/05/14/bmkg-catatbulan-mei-ini-cuaca-ekstrim-tertinggi-terjadi-di-kota-pekanbaru Felix Adreas S, dkk, 2012. Pembuatan biogas dari sampah sayuran. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Gusriadi,2010. http://bappeda.pekanbaru.go.id/berita/246/wawako-resmikanpengolahan-unit-kompos-bantuan-danamon-peduli/page/1/ Haryati, Tuti, 2006, Biogas : Limbah Peternakan Yang Menjadi Sumber Energi Alternativ, BalaiPenelitian Ternak Bogor Puramawan, 2010. Biogas. http://purnamawanchemistry.blogspot.com/ diakses pada 29 April pkl 15.00 Wib Wahyuni, Mp. (2009). Biogas. Bogor ; Indonesia 172