3

BAB II

KAJIAN TEORI

2.1 Hukum Hukum Tentang Gas

1. Hukum Boyle

Robert Boyle (1627-1691) menyatakan hukum tentang gas setelah ia

melakukan eksperimennya yang menyelidiki tentang hubungan tekanan dengan

volume gas dalam suatu wadah tertutup, dimana temperatur dijaga konstan. Adapun

persamaan hukum Boyle yaitu : PV konstan.

2. Hukum Charles

Pada hukum Charles ini dinyatakan bahwa volume gas dalam jumlah tertentu

berbanding lurus dengan temperatur mutlak ketika tekanan dijaga konstan atau dapat

dirumuskan : V T

3. Hukum Gay-Lussac

Joseph Gay-Lussac dalam hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa pada

volume konstan tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur mutlak. Dapat

dirumuskan P T

4. Hukum Gas Ideal

Pada hukum gas ideal dapat kita ketahui sebelumnya dengan mengetahui

jumlah mol dari suatu zat. persamaan gas ideal dapat dinyatakan secara matematis

yaitu :

PV nRT (2.1)

dengan R = kontanta gas universal 8,315 J/mol. K. (Giancoli, 2001:460-463)

4

2.2 Energi Kinetik Gas

Teori kinetik merupakan konsep bahwa zat terdiri dari atom yang bergerak acak

terus menerus. Adapun asumsi-asumsi yang menyatakan dalil-dalil dasar teori

kinetik gas yaitu :

1. Ada sejumlah besar molekul N, masing-masing dengan massa m, yang

bergerak acak dengan berbagai laju.

2. Rata-rata molekul-molekul berada jauh satu dari yang lainnya

3. Molekul-molekul dianggap mengikuti hukum mekanika klasik, dan dianggap

berinteraksi satu sama lain hanya ketika bertumbukan. Walaupun molekul-

molekul saling memberikan gaya tarik yang lemah diantara tumbukan,

energi potensial yang dihubungkan dengan gaya ini lebih kecil jika

dibandingkan dengan energi kinetik, dan diabaikan.

4. Tumbukan dengan molekul yang lain atau dinding bejana dianggap lenting

sempurna.

Adapun tumbukan suatu molekul gas akan mengalami perubahan impuls.

Suatu molekul gas yang menumbuk dinding secara tegak lurus dengan kecepatan v,

akan terpantul kembali dengan kecepatan yang besarnya sama dengan v juga, hanya

Gambar 1. Asumsi dasar teori kinetik gas tentang keadaan molekul gas ideal. Sumber: Dokumen Pribadi

5

arahnya yang berlawanan. Maka perubahan impuls yang dialami tiap molekul pada

saat tumbukan, sama dengan

2x xmv mv mv mv (2.2)

dimana m adalah massa molekul untuk satu tumbukan. Molekul ini melakukan

banyak tumbukan dengan dinding, yang masing-masing dipisahkan oleh waktu t ,

dimana waktu tersebut digunakan untuk melakukan satu tumbukan bolak-balik

dengan jarak 2 xl v , oleh karena itu 2 / xt l v . Dengan adanya hal tersebut maka

gaya rata-rata dari banyak tumbukan akan sama dengan gaya yang diberikan dalam

satu tumbukan (Hukum Newton 2).

22( )2 /

x x

x

mv mvmvFt l v l

(2.3)

dimana : F = gaya dalam satu tumbukan (N)

m = massa molekul (gram/mol)

l = jarak (m)

v = kecepatan molekul (m/s)

Tekanan gas pada suatu wadah merupakan gerak molekul-molekul yang

menabrak dinding wadah, dimana tekanan besarnya sama dengan gaya yang

berbanding terbalik dengan luas penampang, yang dirumuskan:

21

3F NmvpA Al

(2.4)

6

atau

21

3Nmvp

V (2.5)

dimana p = Tekanan gas (N/m2)

F = Gaya (N)

V = Volume bejana (m3)

v = Kecepatan rata-rata (m/s)

m = Massa (kg)

dapat dituliskan 22 13 2

PV N mv

(2.6)

22 13 2

mv kT

(2.7)

maka energi kinetik rata-molekul dalam gas

EK = 212

mv = 32

kT

(2.8)

Pada persamaan (2.8) dikatakan bahwa energi kinetik translasi rata-rata dari

molekul dalam gas berbanding lurus dengan temperatur mutlak. Sehingga semakin

tinggi temperatur, maka semakin cepat molekul bergerak rata-rata. (Giancoli, 2001:

467-469).

Dalam membicarakan gas ideal, ada yang disebut dengan kapasitas panas

gas. Panas merupakan energi yang mengalami perpindahan. Jika panas ditambahkan

7

ke sebuah bahan, maka energi molekulernya naik. Jika gas dibiarkan memuai gas

akan melakukan kerja dengan menekan dindng yang bergerak pada wadahnya.

Dengan volume yang dijaga konstan, yang diamati adalah VC , yaitu kapasitas panas

molar pada volume konstan.

Dalam model kinetik molekuler sederhana, energi molekuler terdiri dari

energi kinetik translasi uK dari model yang berupa titik. Energi ini berbanding lurus

terhadap suhu absolut T, seperti ditunjukkan dalam persamaan energi kinetik

translasi rata-rata dari n mol gas ideal yaitu 32uK nRT . Ketika suhu berubah hanya

sedikit sebesar dT , perubahan energi kinetik yang sesuai adalah 3 2 udK nR dT .

Dari definisi kapasitas panas molar pada volume konstan, dengan persamaan

vdQ nC dT , dimana dQ adalah masukan panas yang dibutuhkan untuk perubahan

dT . Jika uK digambarkan sebagai energi molekuler total, maka dQ dan udK

haruslah setara. Dengan penyetaraan 3 2 vnC dT nR dT sehingga didapatkan

persamaan 32vC R . Hasil sederhana ini menyatakan bahwa kapasitas panas molar

pada volume konstan dari semua gas yang molekulnya dapat direpresentasikan

sebagai titik adalah sama dengan 3 2R .

Ketika panas mengalir kedalam sebuah gas monoatomik pada volume

konstan, seluruh energi tambahan berubah menjadi kenaikan energi kinetik

molekuler translasi acak. Tetapi ketika suhu dinaikkan dengn jumlah yang sama pada

sebuah gas diatomik dan poliatomik, panas tambahan dibutuhkan untuk

8

menyediakan kenaikan energi rotasi dan vibrasi. Maka gas poliatomik memiliki

kapasitas panas lebih besar dari gas monoatomik.

Dari plot grafik diatas, gas mengalami gerak rotasi pada suhu diatas 50 K, dan gas

mengalami gerak vibrasi pada suhu diatas 600 K.

Harga vC yang besar untuk sejumlah molekul gas menunjukkan peranan dari

energi vibrasi. Sebagai tambahan, sebuah molekul dengan tiga atom atau lebih yang

tak berada pada garis lurus memiliki tiga, bukan dua, derajat kebebasan rotasi. Dari

grafik diatas didapatkan bahwa kapasitas panas akan bergantung pada suhu, secara

umum, bertambah seiring kenaikan suhu. (Freedman, 2000: 509-511).

2.3 Tekanan pada Fluida

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dimana gaya F difahami

bekerja tegak lurus terhadap permukaan A:

Gambar 2. Nilai kapasitas panas gas pada beberapa nilai suhu. Sumber: Freedman & Young, 2000.

9

FPA

(2.9)

Tekanan dalam satuan SI adalah 2/N m . Satuan ini mempunyai nama resmi

pascal (pa). Konsep tekanan terutama berguna untuk membahas fluida. Dari fakta

eksperimental ternyata fluida memberikan tekanan ke semua arah. Disetiap fluida

yang diam, besarnya tekanan dari seluruh arah tetap sama. Sifat penting lainnya dari

fluida yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang yang disebabkan

oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan

dengannya.

Secara kuantitatif tekanan zat cair dengan massa jenis yang serba sama

berubah terhadap tekanan. Gaya yang bekerja pada sebuah luas daerah adalah

F mg Ahg , dimana A adalah luas daerah, adalah massa jenis zat cair

(dianggap konstan), h ketinggian, dan g adalah percepatan gravitasi, dengan

demikian tekanan P adalah

F AhgPA A

P gh (zat cair) (2.10)

Dengan demikian tekanan berbanding lurus dengan massa jenis dan

ketinggian zat cair. Pada umumnya, tekanan pada ketinggian yang sama dalam zat

cair yang serba sama adalah sama. (Giancoli, 2001: 326-327)

10

2.4 Energi Dalam Gas

Energi dalam (U) suatu sistem dapat didefinisikan sebagai jumlah energi

kinetik seluruh partikel penyusunnya, ditambah jumlah seluruh energi potensial dari

interaksi antara seluruh partikel itu (Freedman, 2000: 533). Energi dalam (U)

merupakan jumlah energi kinetik translasi dari semua atom. Jumlah ini sama dengan

energi kinetik rata-rata per molekul dikalikan jumlah total molekul (N) (Giancoli,

2002: 491)

212

U N mv

(2.11)

Dari persamaan 2.8, didapatkan

32

U NkT (gas ideal monoatomik) (2.12)

52

U NkT (gas ideal diatomik) (2.13)

dimana N merupakan hasil perkalian dari jumlah mol n dan bilangan Avogadro

23 16.02 10AN mol . Dengan demikian energi dalam sebuah gas ideal hanya

bergantung pada jumlah mol gas dan temperatur (Giancoli, 2001: 492)

Perpindahan panas merupakan perpindahan energi, jika sejumlah panas Q

ditambahkan ke sistem dan sistem tidak menghasilkan kerja selama proses, energi

dalam meningkat setara dengan jumlah Q : yaitu U Q . Jika sebuah sistem

melakukan kerja dan berekspansi terhadap lingkungannya dan tidak ada panas yang

ditambahkan selama proses, energi meninggalkan sistem dan energi dalam

11

berkurang. Sehingga jika W positif, U adalah negatif, dan begitu pula sebaliknya.

Maka U W . Jika perpindahan panas maupun kerja terjadi, perubahan total

energi dalam adalah

U Q W (2.14)

atau dapat dituliskan dalam bentuk

Q U W (2.15)

Dari persamaan 2.15 diatas disimpulkan bahwa secara umum, ketika panas Q

ditambahkan ke sistem, sebagian dari energi yang ditambahkan ini tetap tinggal di

dalam sistem, mengubah energi dalam sebanyak U ; sisanya meninggalkan sistem

lagi ketika sistem melakukan kerja W terhadap lingkungannya (Freedman, 2000:

534).

2.5 Hukum I Termodinamika

Hukum pertama termodinamika merupakan pernyataan hukum kekekalan

energi dimana energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, mengalami

penambahan atau pengurangan akan tetapi energi hanya dapat berubah dari bentuk

satu ke bentuk lainnya. Dari hukum kekekalan energi dapat dikemukakan sebuah

hukum; perubahan energi dalam sebuah sistem tertutup (∆U), akan sama dengan

kalor yang ditambahkan ke sistem dikurangi kerja yang dilakukan oleh sistem.

U Q W (2.16)

dimana Q adalah kalor yang ditambahkan ke sistem dan W adalah kerja total yang

dilakukan oleh sistem. Persamaan 2.16 berlaku untuk sistem tertutup. Persamaan ini

12

juga berlaku untuk sistem terbuka jika memperhitungkan perubahan energi dalam

yang disebabkan oleh penurunan atau peningkatan jumlah zat. Untuk sistem

terisolasi, tidak ada kerja yang dilakukan dan tidak ada kalor yang dilepaskan atau

masuk ke sistem, sehingga W Q , dan berarti 0U .

Sebuah sistem tertentu, pada keadaan tertentu dapat dikatakan memiliki

sejumlah energi dalam tertentu. Hal ini tidak dapat dikatakan untuk kalor atau kerja.

Sistem pada keadaan tertentu tidak memiliki sejumlah kalor atau kerja tertentu.

Melainkan ketika kerja dilakukan pada sistem (seperti penekanan gas), atau ketika

kalor ditambahkan atau diambil dari sistem, keadaan sistem akan berubah. Berarti

kerja dan kalor terlibat dalam proses termodinamik yang dapat merubah keadaan

sistem (Giancoli, 2001: 519).

Dua kasus khusus dari hukum pertama termodinamika pantas disebutkan.

Sebuah proses yang akhirnya mengembalikan suatu sistem ke keadaannya yang

semula disebut proses siklus. Untuk proses semacam itu, keadaan akhir sama dengan

keadaan awal, sehingga energi dalam total adalah nol. Kasus hukum lainnya terjadi

pada sistem terisolasi, yang tidak melakukan kerja pada lingkungannya dan tidak

mengalami aliran panas dari atau menuju lingkungannya. Untuk proses apapun yang

berlangsung dalam system terisolasi, 0W Q , sehingga 0U . Dengan kata

lain, energi dalam suatu sistem terisolasi adalah konstan (Freedman, 2000: 535).

Dalam termodinamika terdapat proses-proses yang terjadi dalam keadaan

praktis yaitu “tanpa perpindahan panas” atau Adiabatik, “volume konstan” atau

Isokhorik, “tekanan konstan” atau Isobarik, dan “suhu konstan” atau Isotermal.

13

a. Proses Adiabatik.

Proses adiabatik didefinisikan sebagai proses tanpa perpindahan panas yang

masuk atau keluar dari sistem. Ketika sistem berekspansi secara adiabatik, W

adalah positif maka U adalah negatif dan energi dalam berkurang. Ketika

sistem dikompresi secara adiabatik, W adalah negatif dan U meningkat.

b. Proses Isokhorik.

Sebuah proses isokhorik adalah proses volume konstan. Ketika volume

suatu sistem termodinamik konstan, sistem tidak melakukan kerja pada

lingkungannya. Maka, 0W , dan U Q . Pada proses isokhorik, semua

energi yang ditabahkan sebagai panas, akan tinggal didalam sistem sebagai

kenaikan energi dalam.

c. Proses Isobarik.

Proses isobarik adalah proses tekanan konstan. Secara umum, tidak satupun

dari ketiga kuantitas , , U Q dan W adalah nol pada proses isobarik, tapi

mengitung W adalah sangat mudah yaitu dengan 2 1W p V V .

d. Proses Isotermal.

Proses isothermal adalah proses suhu konstan. Agar proses menjadi

isotermal setiap aliran panas yang masuk atau keluar sistem harus berlangsung

dengan cukup lambat sehingga kesetimbangan termal terjaga.

(Freedman, 2000: 538-539).

14

2.6 Eceng Gondok

Eceng Gondok merupakan tumbuhan air terbesar yang hidup mengapung

bebas (Floating Plants). Tumbuhan ini merupakan salah satu tumbuhan yang

berhasil menyebar ke seluruh dunia. Tanaman gulma (pengganggu) ini dibagi

menjadi dua macam, yaitu :

1. Eceng biasa (genjer) : Tumbuhan air yang tumbuh di sawah-sawah dan daun

muda. Bunganya yang kuncup dapat dijadikan sayuran (dapat dimakan oleh

manusia) .

2. Eceng gondok : Sejenis tanaman hidrofit. Tumbuhan ini tidak dapat dimakan

bahkan tanaman gulma ini menjadi tanaman pengganggu bagi tumbuhan lain dan

hewan sekitarnya.

Eceng gondok telah menjadi masalah serius untuk perairan danau. Masalah

yang dihadapi danau adalah pertumbuhan eceng gondok yang sangat cepat. Eceng

gondok yang mati akan menimbun bahan organik, dan proses penguraian bahan

organik (enceng gondok yang mati) itu membutuhkan oksigen, sehingga berpotensi

menurunkan kualitas air danau (Toto, 2010).

Menurut (Toto, 2010), pertumbuhan eceng gondok yang sangat cepat dapat

mengganggu ekosistem danau. Akibat-akibat negatif yang ditimbulkan eceng

gondok antara lain:

a. Meningkatnya Evapotranspirasi (penguapan dan hilangnya air melalui daun-

daun tanaman), karena daun-daunnya yang lebar dan serta pertumbuhannya

yang cepat.

15

b. Menurunnya jumlah cahaya yang masuk kedalam perairan sehingga

menyebabkan menurunnya tingkat kelarutan oksigen dalam air (DO:

Dissolved Oxygens).

c. Tumbuhan eceng gondok yang sudah mati akan turun ke dasar perairan

sehingga mempercepat terjadinya proses pendangkalan.

d. Mengganggu lalu lintas transportasi air, khususnya bagi masyarakat yang

kehidupannya masih tergantung dari sungai.

e. Meningkatnya habitat bagi vektor penyakit pada manusia.

f. Menurunkan nilai estetika lingkungan perairan.

Meski demikian, eceng gondok adalah salah satu bahan organik yang cukup

potensial untuk bahan pupuk organik karena memiliki kandungan unsur N dan P

yang cukup tinggi. Bahan organik, termasuk Eceng Gondok mempunyai kemampuan

dalam memperbaiki sifat kimia, fisik dan biologi tanah (Kemeneg LH, 2009).

Eceng gondok juga ternyata berperan penting dalam mengurangi kadar logam

berat di perairan waduk dan perairan danau seperti Fe, Zn, Cu, dan Hg. Selain itu,

Gambar 3. Keadaan eceng gondok di perairan danau. Sumber: Dokumen Pribadi

16

eceng gondok dapat menyerap logam berat (Kemeneg LH, 2009). Menurut

(Anjanabha, 2010) yang paling menarik dari tanaman ini adalah tanaman ini

mengandung selulosa (25%), hemiselulosa (35%), lignin (10%), abu (20%), dan

nitrogen (0.3%), dengan rasio C/N adalah 25:1 (Karki, 2005). Kandungan-

kandungan inilah yang bisa digunakan sebagai bahan bakar alternatif.

Salah satu bahan bakar bakar alternatif yang dapat dikembangkan dengan

menggunakan bahan baku eceng gondok adalah biogas. Karena itu, biogas

merupakan salah satu teknologi yang dapat digunakan untuk mengendalikan

pencemaran air danau.

2.7 Kotoran Sapi

Kotoran ternak berdasarkan sifatnya merupakan sampah organik yaitu

sampah yang berasal dari mahluk hidup, hewan, dan tumbuhan. Sampah organik bisa

mengalami pelapukan (Dekomposisi) dan terurai menjadi bahan yang lebih kecil dan

tidak berbau yang sering disebut kompos. Berdasarkan kemampuan diurai oleh alam

(Biodegrability), kotoran ternak termasuk dalam kelompok Biodegradable yaitu

bahan yang diuraikan secara sempurna oleh proses biologi baik aerob atau anaerob

(Nugroho, 2008: 52).

Kotoran ternak masih mengandung zat padat yang potensial untuk

dimanfaatkan sebagai protein, lemak, bahan ekstrak tanpa nitrogen, mineral mikroba

atau biota, dan zat-zat lain yang tidak diketahui (Nurtjahya, 2003). Kandungan

nutrisi ini yang mengakibatkan kotoran ternak dapat dimanfaatkan untuk bahan

makanan ternak, pupuk organik, dan energi.

17

Berdasarkan hasil analisis, kotoran sapi mempunyai kandungan selulosa yang

cukup tinggi yaitu (22,50%), hemiselulosa (18,32%), lignin (10,20%), karbon

organik (24,72%), nitrogen (1,26%), dengan rasio C/N adalah 24:1 (Munawaroh,

2010).

Penggunaan kotoran sapi sebagai bahan baku biogas dipengaruhi oleh

beberapa faktor diantaranya yaitu (1) Sifatnya, dimana kotoran sapi dapat terurai

secara organik (Nugroho, 2005). (2) Rasio C/N, Secara umum, rasio sekitar 20-30:1

merupakan rasio optimum dianggap terbaik untuk pencernaan anaerobik (Karki,

2005). Rasio C / N tidak boleh lebih dari 35:1. Jika rasio C/N sangat tinggi, nitrogen

akan dikonsumsi dengan cepat dan laju reaksi akan menurun. Di sisi lain, jika rasio

C/N sangat rendah, nitrogen akan dibebaskan dan terakumulasi dalam bentuk

amonia, yang beracun dalam kondisi tertentu. Bahan dengan rasio C/N tinggi dapat

dicampur dengan bahan dengan rasio C/N rendah agar didapatkan rasio campuran

sesuai dengan yang dikehendaki (Karki, 2005). (3) Alasan teknis dan ekonomis juga

menjadi pertimbangan. Jika bahan mahal atau perlu dibeli dan menghasilkan output

yang rendah, maka bahan lain sering menjadi pilihan sebagai bahan baku. Bahan

baku yang murah dan mudah didapatkan adalah kotoran sapi (Teguh, 2004). Untuk

mendapatkan kotoran sapi, bahkan tidak membutuhkan biaya sama sekali, terutama

bagi orang yang memiliki peternakan, kotoran sapi tentu sangat mudah didapatkan.

Rasio C/N dari kotoran sapi adalah 24:1 (Karki, 2005). Rasio ini masih

termasuk dalam rasio optimum untuk pencernaan anaerobik yaitu antara 20-30:1.

Dengan rasio C/N 24:1 ini kotoran sapi dapat digunakan sebagai bahan baku

pembuatan energi alternatif terutama biogas.

18

2.8 Biogas

Biogas adalah gas yang berasal dari kotoran makhluk hidup, baik dari hewan

dan tanaman. Apabila kotoran hewan atau bahan tanaman telah membusuk, maka

akan menghasilkan gas. Biogas adalah gas yang mudah terbakar yang dihasilkan

oleh fermentasi anaerobik dari bahan organik oleh aksi bakteri Metanogen (Karki,

2005). Fermentasi itu sendiri merupakan proses produksi energi dalam sel dalam

keadaan anaerobik atau tanpa oksigen (Nugroho, 2008: 102). Biogas merupakan

salah satu jenis energi yang dapat dibuat dari banyak jenis bahan buangan dan

bahan sisa, semacam sampah, kotoran ternak, jerami, eceng gondok serta bahan

organik lainnya.

Secara umum konstruksi digester biogas memiliki 3 bagian penting, yaitu :

(1) unit pencampur yang berfungsi untuk menampung campuran bahan baku yang

akan dimasukkan kedalam digester, (2) bagian utama digester yang merupakan

tempat berlangsungnya proses fermentasi sacara anaerob untuk menghasilkan

biogas, (3) bagian pengeluaran campuran padatan dan air proses yang bisa langsung

a

b

c Gambar 4. Biogas. a) Bak Penampung/Digester Biogas, b) Perancangan

saluran gas, c) Api hasil pembakaran Biogas. Sumber: Dokumen Pribadi

19

digunakan sebagai pupuk organik (Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia,

2008).

Digester biogas skala individu dapat dibuat dengan menggunakan drum baja

yang memiliki kapasitas tampung 150 liter dengan Retention Time (waktu tinggal)

antara 18-21 hari. Sedangkan digester biogas skala kelompok yang dibuat dengan

konstruksi beton berlapis bahan kedap air memiliki volume 18 m3 dengan waktu

tinggal biomassa didalam digester antara 40-50 hari. Selama proses biomassa

didalam digester perlu diaduk atau diencerkan dengan air agar total padatan hasil

reaksi tidak mengendap didasar digester (Pusat Penelitian Kopi dan Kakao

Indonesia, 2008).

Campuran bahan dari biogas itu sendiri, sebelum dimasukkan kedalam

digester kotoran sapi dalam keadaan segar dicampur dengan air dengan

perbandingan 1:1 berdasarkan unit volume (air dan kotoran sapi dalam volume yang

sama). Namun jika kotoran sapi dalam bentuk kering, jumlah air harus ditambah

sampai kekentalan yang diinginkan (bervariasi antara 1:1,25 sampai 1:2).

Pengadukan dilakukan untuk menjaga total partikel padat tidak mengendap pada

dasar digester dan jika terlalu pekat, partikel-partikel menghambat aliran gas yang

terbentuk pada bagian bawah digester. Sebagai akibatnya, produksi gas lebih sedikit

daripada perolehan optimum (Karki, et al, 2005).

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi proses pembentukan biogas, yaitu

1. Temperatur, suhu udara maupun suhu didalam digester mempunyai andil besar

dalam memproduksi biogas. Suhu udara secara tidak langsung mempengaruhi

20

suhu didalam digester, artinya penurunan suhu udara akan menurunkan suhu

digester (Munawaroh, 2010). Biogas diproduksi pada temperatur optimum yaitu

350C, diatas 350C produksi biogas akan berhenti karena bakteri akan mati,

dibawah 200C produksi gas akan menurun, dan dibawah 100C produksi gas akan

berhenti karena bakteri tidak akan bekerja pada suhu dingin (Karki, 2005).

2. Derajat keasaman (pH), nilai pH 7 termasuk netral, jika nilai pH dibawah 7

tarmsuk asam, dan jika nilai pH diatas 7 termasuk basa. produksi gas optimum

dapat dicapai apabila pH bahan bahan baku 6-7 (Karki, 2005).

3. Rasio C/N, Secara umum, rasio sekitar 20-30:1 merupakan rasio optimum

dianggap terbaik untuk pencernaan anaerobik. Rasio C / N tidak boleh lebih dari

35:1. Jika rasio C/N sangat tinggi, nitrogen akan dikonsumsi dengan cepat dan

laju reaksi akan menurun. Di sisi lain, jika rasio C/N sangat rendah, nitrogen

akan dibebaskan dan terakumulasi dalam bentuk amonia, yang beracun dalam

kondisi tertentu (karki, 2005).

4. Retention Time (waktu tinggal), merupakan periode waktu saat bahan masih

berada dalam digester dan proses pencernaan oleh bakteri Metanogen (Karki,

2005).

Pembentukan biogas, terdiri dari 3 tahapan yaitu:

a. Hidrolisis, pada tahap ini terjadi penguraian bahan-bahan organik mudah larut

seperti karbohidrat, lipid, dan protein, menjadi senyawa rantai pendek yang

mencakup monosakarida, asam amino, asam lemak (E. Menya, 2013).

b. Asidifikasi (pengasaman), pada tahap asidifikasi komponen monomer (gula

sederhana) yang terbentuk dari tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan

21

bagi bakteri pembentuk asam. Bekteri pembentuk asam mengubah senyawa

rantai pendek pada proses hidrolisis menjadi gula asam asetat, asam propionate,

laktat, asam butirat, dan etanol (E. Menya, 2013).

c. Methanogesis, tahap ini merupakan tahap pembentukan gas metan oleh bakteri

pembentuk gas metan (Metanogen) menjadi metan, karbondioksida, air, dan hasil

lainnya. (Karki, 2005). Reaksi pembentukan gas metan oleh bakteri metanogen

adalah sebagai berikut:

3 4 2

3 2 2 4 3

CH COOH CH + COasam asetat metan karbondioksida2CH CH OH + CO CH + 2CH COOHetanol karbondioksida metan a

2 2 4 2

sam asetatCO + 4H CH + 2H Okarbondioksida hidrogen metan air

Hasil dari pembentukan biogas adalah gas metana, karbondioksida, dan

beberapa gas lain dalam jumlah kecil (Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia,

2008). Metana dihasilkan oleh bakteri pengurai bahan organik tanpa adanya oksigen

Gas metana memiliki unsur kimia CH4, merupakan komponen utama dari biogas.

Gas metana pada suhu ruangan dan tekanan standar, termasuk gas yang tidak

berwarna dan tidak berbau (Stanley, 2013). Komposisi rata-rata biogas disajikan

dalam tabel 1.

Komponen Jumlah (%)

Metana (CH4) 55-75

Karbondioksida (CO2) 25-45

Tabel 1. Komponen Penyusun Biogas

22

Nitrogen (N2) 0-0.3

Hydrogen (H2) 1-5

Hydrogen sulfide (H2S) 0-3

Oksigen (O2) 0.1-0.5

Penelitian lainnya tentang biogas yang telah dilakukan sampai dengan saat ini

antara lain deteksi Jumlah Bakteri Total dan Coliform Pada Sludge Dari Proses

Pembentukan Biogas Campuran Feses Sapi Potong dan Feses Kuda (TB Benito,

2010), Peranan Biogas Limbah Ternak Sapi (Darlim, 2009), Pembuatan Biogas Dari

Sampah Sayuran (Andreas dkk, 2012), Biogas: Limbah Peternakan Yang Menjadi

Sumber Energi Alternatif (Tuti, 2006), Pembuatan Biogas Dari Bahan Sampah

Sampah Sayuran (Kubis, Kangkung dan Bayam) (Joko, 2010).

Manfaat energi Biogas adalah sebagai pengganti bahan bakar khususnya

minyak tanah dan dipergunakan untuk memasak. Biogas yang dihasilkan oleh

akivitas anaerob sangat populer digunakan untuk mengolah limbah Biodegradable

karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan

sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar

akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih

besar dengan emisi karbondioksida yang lebih sedikit (Nugroho, 2005: 108). Dalam

skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Limbah

biogas yang kotoran ternak yang telah hilang gasnya merupakan pupuk organik yang

sangar kaya akan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman.

Sumber : Al Seadi, et al. (2008)