Jurnal Tcknik Encrgi, Vol.2, No.l, April20ll rssN 20t9 - 2527

PENGARUH VARIASI NILAI RASIO KARBON DAN NITROGEN (C/NRATIO) PADA CAMPT]RAN KOTORAN KERBAU.SAPI PADA

PRODUKSI BIOGAS MENGGT]NAKAN SISTEM FERMENTASI BATCH

Purwinda Iriani, Tina Mulya Gantina, Arif Santya Budi dan FloridaJurusan Texnik Konversi Energi - Politeknik Negeri Bandung

Email:

AbstrakPenggunaan energi terbarukan di Indonesia mulai mengalami kenaikan, dimana salah satujenisnya adalah biogas.Penggunaan biogas pada saat ini banyak memanfaatkan kotoran hewan ruminan sebagai bahan baku utama. padapenelitian ini dilakukan kajian mengenai perbandingan antara produksi biogas berbahan baku campuran kotorankerbau-sapi dengan CA{ rasio 40/1, 5011, 55/l dan OSlt. lengri.lian kimiawlbahan baku penelitian menunjukkanbahwa CA{ rasio kotoran kerbau adalah 88/l dan kotoran sapi adalah 38,5/1. Fermentasi bahan baku aitakukandalam keadaan anaerob pada digester l9 L di temperatur lingkungan selama 34 hari. Hasilpenelitian menunjukkanbahwa totalrolumetiogas tertinggi diperoleh pada bahan baku keibau-sapi dengan C,N rasio 50/l sebanyak)43t,t-:dggkul komposisi gas CH4 tertinggi diperoleh pada baku kotoran i<erbau--sapi dengan C,N rasio'55/l yaitu51,26% di fermentasipada hari ke- 15.

AbttoctThe usage

_of renewable energt has been raising in Indonesio, which is biogas include in the term of it. Nowqdays,biogqs utilization is generally made by using riminant's manure as its row material. This researchwere conductedby using bufalo s-cow's manure mixlure (with 40/1, 50/1, 55/t and 65/l of Carbon-Nitrogen-ratio) as rhe biogasproduction raw material. The C/N ratio analysis of bttffalo's manure showi 88/l whilst thit ofthe iow,s manure is38,5026. The raw materialsfermentationwas undergo ii a 19-Litre digester, u'irh anaerobic coidition and in ambienttemperdture wilhin 34 days. The result showed that the highest oftoial biogas volume wqs reached by 50/l ofC/Nratiobufalo-cow'smanure,whichis24.3L.Howetter,thihighistcH,coipositiony/asattemptediy55/l;fc/Nr at io buffal o- c ow's m a nure, w h i ch is 5 l, 2 6% of C H, at I 5,h tt ay of fe r m ent qt i on.

PENDAHULUANEnergi merupakan kebutuhan yang sangatpenting, dimana semua aktivitas manusiabergantung pada keberadaan energi. Populasidan kebutuhan hidup yang semakin meningkatmenyebabkan kebutuhan energi seperti listrikdan bahan bakar mesin turut mengalamikenaikan. Akibat dari keadaan tersebut adalahharga sunrber energi (minyak bumi) yangsemakin merangkak. Unhrk mengatasi rnasalahtersebut diperlukan energi alternatif, dan salahsatu energi alternatifyang dapat diaplikasikan dimasyarakat (khususnya pedesaan) adalahbiogas.

Biogas merupakan gas yang mudah terbakar danumumnya dihasilkan dari proses fermentasibahan organik oleh bakteri penghasil metandalam kondisi anaerob. Nilai kalor hn' biogas(kandungan metan sebesar 75oZ) setara dengan0,6-0,8 Liter minyak tanah (Wahyuni, 2006).Hanjie (2010) menyebutkan bahwa prosespetnbentukan biogas rneliputi empat tahapan

yaitu : (a) Hidrolisis, pada tahap ini rerjadipenguraian bahan-bahan organik mudah larut danpencernaan bahan organikyang komplek menjadisederhana, perubahan struktur bentuk polimermenjadi bentuk monomer; (b) Acidogenesis, padatahap pengasaman komponen monomer (gulasederhana) yang terbentuk pada tahap hidrolisisakan menjadi bahan makanan bagi bakteripembentuk asarr. Produk akhir dari perombakangula-gula sederhana ini yaitu asam propionat,format, laktat, alkohol, dan sedikit butirat, gaskarbondioksida, hidrogen dan amonia ; (c)Acidogenesis, pada tahap ini asam asetatterbentuk dari hasil penggunaan senyawa hasilacidogenesis oleh mikroorganisme. Beberapajenis gas turut dihasilkan, yakni hidrogen dankarbondioksida, (d) Metanogenik, pada tahaprnetanogenik terjadi proses pembentukan gas

metana. Bakteri pereduksi sulfat juga terdapatdalam proses ini, yaitu mereduksi sulfat dankomponen sulfur lainnya menjadi hidrogensulfida.

153

METODOLOGIPENELITIANPada penelitian ini digunakan digestertipe batchdengan kapasitas 5 Liter untuk masing-masingcampuran bahan pembuatan biogas. Pembuatandigester dan penelitian dilakukan dilaboratorium Teknik Konversi Energi.

Alat dan BahanBahan yang digunakan untuk membuat. Bahanyang digunakan dalam produksi biogas adalahkotoran sapiyang berasal dari sebuah peternakansapi Cikole-Lembang dan kotoran kerbaudiambil dari pertanian di daerah Batujajar,Padalarang.Alat-alat yang digunakan terdiri dari digesterberkapasitas 5 Liter adalah galon air mineralkapasitas 5 L, seal tape, pentil ban, selang karet,selang silikon, ban dalam sepeda, klem, lemperekat, obeng min, pisau, timbangan, emberpengaduk, termometet suntikan lml-, gelas

ukur 1000 mL.

Pembuatan DigesterGalon air mineral kapasitas 5L terlebih dahuludibersihkan bagian dalamnya, dan kemudianditutup dengan penutup galon air mineral yangtelah dilubangi menggunakan bor tangan. Padalubang tersebut dipasangkan sebuah pentil.Permukaan luar dan dalam penutup diberikanisolasi yakni memberikan lem perekat agartidakterjadi kebocoran. Selang plastik dipasang dipentil keluarannya sepanjang 0,5 meter dandiberi klem pada sambungan pentil dan selangplastik. Ujung dari selang waterpassdisambungkan dengan selang silikon untukkemudian sambungan itu diberi isolasi agartidakterjadi kebocoran. Ujung dari selang silikonkemudian disambung kembali dengan selangwaterpass yang menuju ke penampungan gas(ban dalam) dan klem diberikan padasambungan tersebut.

ISSN 20t9 - 2527

Pencampuran BahanTotal volume bahan baku yang digunakan adalah80% dari volume total digester, dimana 20olo

sisanya digunakan untuk ruang yang digunakanuntuk gas metan dihasilkan.

Kondisi Lingkungan FermentasiSuhu lingkungan dapat mempengaruhi prosesfermentasi dari metanogen yang berdampaklangsung pada proses pembentukan biogas, halini diakibatkan karena bakteri metanogen sangatsenstitif terhadap suhu (John, Fry. l97E). Suhuyang optimal untuk proses pembentukan biogasberkisar antara (25-35fC (Sri Wah10ni, 2009).Perlakuan terhadap digester harus diperhatikanmengingat keadaan cuaca Indonesia yang selaluberubah dan hampir tidak dapat diprediksi. Olehkarena itu tempat penyimpanan digester akandisimpan pada suatu ruangan khusus dengandinding sekitar ruangan bening yang bertujuanmemberikan efek rumah kaca yangmenimbulkan panas pada daerah tersebut.

Pengambilan Data VolumeKarakteristik bahan baku pembuatan biogasberupa kotoran sapidan limbah cairtahu diujidiLaboratorium Buangan Padat dan 83, Labtek IXC lantai 4 Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan,Institut Teknologi Bandung.

Pengukuran volume gas sendiri dilakukan setiap4 hari sekali dengan cara mengalirkan gas yangtelah tersimpan pada ban melalui airyang beradapada gelas ukur dengan posisi gelas ukurterbalik. Penurunan volume air di dalam gelasukurmerupakan volume gas yang terukur.Komposisi gas yang dihasilkan dianalisa denganmenggunakan Gas Chromatograf. Analisa inidilakukan di Lab. Teknologi X ITB. Gas yangdapat dideteksi oleh alat ini diantaranya CHn danCo,.

HASILDANPEMBAHASANKarakteristik kimiawi masing-masing bahanbaku yang diperoleh dari hasil pengujianlaboratorium dapat dilihat pada Tabel l.Diperoleh bahwa nilai CN rasio kotoran kerbausebesar 88,81 sedangkan kotoran sapi sebesar38,54. Kedua jenis kotoran tersebut dicampurhingga nilai rasio CA.{ masing-masing perlakuanadalah 40/ l, 50 I I, 5 5 I I, dan 60 I l.

1

I1

1

I

!!''l

t1

!

)I

154

Jurtrel T.knik Encrgi, 1b1.2, No.l, April2012

Gas yang dihasilkan sebagian besar merupakanmetana, dengan komposisi 55%o hingga 60Yo,karbondioksida 35-40%, Nitrogen dan HidrogenSulfid masing-masing 0-2Yo (Suyog,20l0).Salah satu bahan organik yang dapat digunakanadalah kotoran kerbau dan sapi yang mudahdiperoleh di pedesaan

5

Jurnal Tekoik f,nergi, 1b1.2 , No.l, April2012 rssN 20E9 - 2527

Gambar l. Grafik Akumulasi Volume BiogasSelama 34 Hari Fermentasi

Perlakuan menggunakan bahan baku rasio CN65 menunjukkan aktivitas fermentasi anaerobikyeng lebih rendah dibandingkan perlakuanlainnya. Hal tersebut dapat terjadi karena nilairasio CA{ yang tinggi. Menurut Schnurer danJarvis (2010) aktivitas pembentukan biogasdipengaruhi oleh proses hidrolisis bahan baku,dirnana semakin tinggi rasio C/N maka proseshidrolisis senyawa kompleks akan memakanwaktu Iebih lama.Pada penelitian ini, nilai volume biogas yangdiproduksi tidak berkolerasi pada nilaikandungan gas metan (CHo) yang terdapat didalam biogas. Hal tersebut dapat dilihat padaGambar 2.

25

20

3ls

l*..+gxa0+qrt0+c./I55.+-gll5l

s

0

0 1 312 1t 19 21 25rw&r lr{ b,

Menurut (Fairus, 20ll). bahan baku biogasharus memiliki kandungan air optimum sebesar90 %. Berdasarkan hasil pengujian kadar airkedua sampel kotoran, maka nilai tersebutberada di dalam rentang nilai kadar air bahanbaku pembuatan biogas.Volume biogas yang dihasilkan pada setiapperlakuan memiliki profil yang berbeda-beda(Tabel 2). Aktivitas fermentasi anaerobik telahdapat dilihat pada hari ke-4, dimana masing-masing perlakuan telah menghasilkan biogas,dimana volume biogas pada rasio CN 40 dan 50memilikinilai dua kali lipatdari rasio C,N 55 dan65. Produksi biogas paling tinggi dihasilkanpada perlakuan dengan rasio CA.J 50, yakni 3.3 Lpadahari ke-15. Produksi biogas setelah harike-15 pada perlakuan rasio CAll 50 dan 55 relatifstabil dibandingkan perlakuan rasio C/N 40 danCN65.

Tabel 2. Produksi Volume Bi Liter

1 Kadar Air o/oBB 88 U,6Z

3 NTK % BK 0,6 1,53

CN

s

60

50

40

30

2C

10

---r*{0/1

...*- 50/1

+sslt-+-55/r

aT

0

0 4 812 15 19 22 26 14W&r (X*l lo.-,Akumulasi volume biogas selama fermentasi

dapat dilihat pada Gambar l. Profil peningkatanproduksi biogas pada rasio CN 50 relatif lebihtinggi dibandingkan perlakuan lainnya, dengantotal akumulasi gas yang dihasilkan selama 34hari fermentasi adalah24.3 L.

Gambar2. Grafik Komposisi CH4 pada Biogas

Pada Grafik diatas menunjukkan bahwa gas

CHo telah diproduksi pada hari ke-4 di masing-

CN 40 CN 50 CN 55 CAI 65harike-

0 0 0 0 0

4 3,05 2,9 I 4 t,5

8 3 3 3 3

t2 7) 3,1 3,I 3

l5 3,2 3,r 3,3 2,8

l9 3,1 3,1 2,8

2t 3 3,1 t,o2,85 3 1,9

34 ) 1< 3 I 6

total 24,15 243 22$ 19,2

155

Koto.dn KotoranKerbau Sroi

BK

% 88,E1 38,54

Tsbel l. Ksrskteristik Kimia Bahso Bsku BiosasNo Psramctcr Satusn Hasil Atr8li!8

3

3

26 3

3

Jurnal Tekrik Energi, Vol.2, No.l, April2012

masing perlakuan. Nilai komposisi gas CHn

paling tinggi diperoleh pada perlakuan denganrasio CN 55/l yaitu 5l.26Yo pada hari ke-15.Pada hari yang sama, perlakuan dengan rasioCN 65/l menghasilkan nilai % CI{o tertinggiselama fermentasi, yaifi 44.5)%. Sedangkannilai % CHn tertinggi pada perlakuan dengan

rasio CN 40/1 dan50/l pada hari ke-19, denganmasing-masing mencapai 48.58% dan 49.20%o.

Profil komponen gas lainnya yang terukurselama proses produksi biogas adalah gas CO,.Pada Grafik 3 menunjukkan bahwa profilpersentase gas CO, selama fermentasi pada

perlakuan dengan rasio CN 55/l relatif lebihrendah dibandingkan perlakuan lainnya. Padasaat persentase gas metan tertinggi (hari ke-15),nilai % gas CO, pada perlakuan tersebut adalah

32.37%o. Pada hari yang sama, persentase CO,pada perlakuan dengan rasio CA.l40 /1,50/1, dan65/l masing-masing adalah 48.9\%, 43.91%dan43.2l%0.

ISSN 2069 - 2s27

maka persentase tertinggi gas CH4 yangdiproduksi pada perlakuan dengan rasio CA.{

55/l di hari ke-15 mendekati nilai ideal rasiocH1rco'.

Gambar 4. Perbandingan Rasio CH./CO, padaSetiap Perlakuan pada F€rmentasi Hari ke-15

Jurrlah volume biogas yang diproduksi danpersentase gas metan yang dihasilkan akanmenunjukkan nilai kalor biogas dan potensienergi yang terkandung di dalamnya. Pada Tabel3 ditunjukkan nilai kalor biogas tertinggidiperoleh pada perlakuan dengan rasio CN 55/ldi hari ke-15, yaitu 1838.4 kJ/L. Nilai kalorbiogas tersebut berkolerasi dengan persentase

komposisi gas metan yang dihasilkan.

Tabel 3. Nilai Kalor Bio

hari Nilai Kalor Biogas (kJIL

I

50

50

40

g*I

20

+40ll--]-s0/r+-ssA+65/r

10

0

Gambar3. Grafik Komposisi C02 padaBiogas

Rasio perbandingan gas CH./CO, dapat dilihatpada Gambar4. Histogram pada gambartersebut

menunjukkan bahwa rasio CH4/CO2 palingbesar adalah pada perlakuan perlakuan dengan

rasio CN 55/1, yaitu 1.58. Sedangkan padaperlakuan lainnya hanya pada kisaran 0.92hingga L06. Secara umum, persentase gas metan

dan karbondioksida pada produksi biogas daripenggunaan kotoran hewan, masing-masingmendekati 60% dan 40% (Bothi, 2007).Berdasarkan hasi I pengukuran,

)lke CN 40 C,N 50 CN 65

0

t37 6.1

1556.5

1596.7

r514.8

1449.3

t433.9

1395.5

o{.T

t

t-t01.50

La0

Lit!r00

0.t0

0.50

0.'10

0r0

0.0!

aolL 5olr ssA

fdrk$r

65lt

IIIIIIIIIII

IrI

0 0 0

4 5eo.q 'l12.6

8 g6+.0 988.4 t245.6

12 1246.6

15 1586.3

1400.5

1670.6

1598.1

1838.4

t7 05 .719 t'142.3 t764.5

2? t@'1.4 l 73 9.8 1632.2

26 t4zz.o 1534.3 r601.7

34 1246.6 1395.5 l5 68.0

156

701.5

Potensi energi yang dihasilkan dari biogasmerupakan hubungan antara volume biogasyang dihasilkan dan kornposisi m etanyang terkandung di dalamnya. PadaTabel 4 diperoleh hasit perhitungan potensienergi biogas tertinggi adalah 6066.7 kJ yang

0 4112t5 1' 12 25 ta

w&r.0rlt..t

c,N 55

0

645.6

Jurnal T.knik Energi, \b1.2, No.l, April2012

diperoleh pada perlakuan dengan rasio CN 55/ldi hari ke- 15.

Tabel4. Potensi Ene Bio sTi PerlaL:uan

Total potensi energi biogas tertinggi yangdihasilkan selama fermentasi adalah 35,1E4.1kJ, yang dihasilkan pada perlakuan dengan rasioC/N 55/l . Sedangkan total potensi energi biogasterendah diperoleh pada perlakuan dengan rasioCA{65/1,yaitu27,455.5 kJ.

KESIMPULANl. Total volume produksi biogas tertinggi

dihasilkan selama fermentasi adatah padaperlakuan dengan rasio C/N 50 yaitu adalah24.3L.

2. Nilai [1!'rsentase gas metan tertinggidiperolch pada diperoleh pada perlakuandengan rasio CAj 55/1 yaitn 51.26%o padaharike-15.

3. Penggunaan campuran bahan baku kotorankerbau-sapi dengan rasio CA.l 55/l lebihbaik dibandingkan rasio CA{40/1, 50/ l, dan65/1, yakni dengan menghasilkan totaI nilaipotensi energitertinggi sebesar 35,184.1 kJ.

DAFTARPUSTAKABothi, Kirnberly Lynn. 2007. Characterization

Of Biogas From AnaerobicallyDigested Dairy Waste For EnergyUse. Cornell University. New york,Unired States OfAmerica

Wahyuni, Sri. 2006. BIOGAS. penerbit :

PenebarSwadaya. Depok.Suyog, Vij. 2010. Biogas Production From

Kitchen Waste Seminar Report,

ISSN 2089 - 2527

Departnent Of Biotechnologt AndMedical Engineering, NIT Rourkela,Odhisa.

Hanjie, Zhang, 2010 Sludge Treatmenl To

Increase Biogas Prodaclion. Trita'LWR Degree Project l0-20. Sweden

Fairus, Sirin Dkk. 2011, Pemanfaatan SampahOrganik Secara Padu, Teknik Kimia,Fakultas Teknologi Industri, Institut

. TeknologiNasional,Bandung.Schnurer, Anna And Asa Jarvis. 2010.

Microbiological Handbook For BiogasPlants. Swedish Gas Centre Report207. Swedia.

Potensi Energi Biogas (U)hari

C/N 65ke CN.l0 CN 55

0.0 0.00 0.0

CN 50

0.0

903.8 1052.34 1710.8 2066.6

2965.3 3 tsb. t 4t28.38 2s91.9

3989.3 4669.5t2

44',10;7l5 5076.1 st7 8.7 6066.1

4409.4t9 5;101.1 547 0.0 5|1 .1

22 4822.3 5 39 3.3 4896.6 3768.1

26 4052.8 4602.8 4805.1 2',724.3

34 3428.3 4186.4 1704.0 2232.8

Total 3 t072.5 34204.8 35184.1 27 455.5

157

4341.6 4954.2