PUBLIKASI ILMIAH

PEMBUATAN BIOGAS DENGAN SUBSTRAT LIMBAH KULIT BUAH

SERTA LIMBAH CAIR TAHU DAN COSUBSTRAT KOTORAN SAPI

DENGAN VARIABEL PERBANDINGAN KOMPOSISI SLURRY DAN

PENAMBAHAN EM4

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh:

BAYU WICAKSONO

D 500 130 110

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

i

HALAMAN PERSETUJUAN

PEMBUATAN BIOGAS DENGAN SUBSTRAT LIMBAH KULIT BUAH

SERTA LIMBAH CAIR TAHU DAN COSUBSTRAT KOTORAN SAPI

DENGAN VARIABEL PERBANDINGAN KOMPOSISI SLURRY DAN

PENAMBAHAN EM4

PUBLIKASI ILMIAH

oleh:

BAYU WICAKSONO

D 500 130 110

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:

Dosen

Pembimbing

Eni Budiyati, S.T., M.Eng

NIK : 991

ii

HALAMAN PENGESAHAN

PEMBUATAN BIOGAS DENGAN SUBSTRAT LIMBAH KULIT BUAH

SERTA LIMBAH CAIR TAHU DAN COSUBSTRAT KOTORAN SAPI

DENGAN VARIABEL PERBANDINGAN KOMPOSISI SLURRY DAN

PENAMBAHAN EM4

BAYU WICAKSONO

D 500 130 110

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada hari Rabu, 24 Mei 2017 dan dinyatakan telah

memenuhi syarat

Dewan Penguji:

1. Eni Budiyati, S.T.,M.Eng (…………..)

(Ketua Dewan Penguji)

2. M. Mujiburohman, ST., MT., Ph.D (…………..)

(Anggota I Dewan Penguji)

3. Kusmiyati, S.T.,M.T.,Ph.D (…………..)

(Anggota II Dewan Penguji)

Dekan,

Ir. H. Sri Sunarjono., M.T.,Ph.D

NIK. 682

0

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam naskah publikasi ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang

pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang

lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya

pertanggungjawabkan sepenuhnya.

.

Surakarta, 31 Oktober 2017

Penulis

BAYU WICAKSONO

D 500 130 110

1

PEMBUATAN BIOGAS DENGAN SUBSTRAT LIMBAH KULIT BUAH

SERTA LIMBAH CAIR TAHU DAN COSUBSTRAT KOTORAN SAPI

DENGAN VARIABEL PERBANDINGAN KOMPOSISI SLURRY DAN

PENAMBAHAN EM4

Abstrak

Biogas adalah suatu sumber energi terbarukan yang sekarang banyak dikembangkan

sebagai sumber energi alternatif pengganti LPG. Biogas biasanya terbuat dari limbah

kotoran hewan dan sampah organik. Beberapa kelebihan biogas adalah, mengurangi

ketergantungan penggunaan gas LPG, mengurangi pengaruh gas rumah kaca,

mengurangi sampah, relatif lebih aman dari bahaya kebakaran, dan tentunya biaya

yang dibutuhkan juga sangat murah. Penelitian bertujuan untuk mengetahui pengaruh

komposisi slurry, penambahan cosubsrat kotoran sapi, serta penambahan effective

microorganism (EM4) terhadap kadar gas metana (CH4) dan uap air (H2O), volume

biogas, serta nyala api pada biogas yang dihasilkan. Tahapan dalam penelitian adalah

dengan menambahkan slurry dengan cosubstrat kotoran sapi dan mencampurkan

dengan variasi penambahan EM4 sebanyak 1%, 3%, dan 5%. Dari penelitian yang

dilakukan dalam suhu 28oC dan tekanan 1 atm, didapatkan hasil yang terbaik adalah

pada penambahan EM4 5%, dengan perincian sebagai berikut: hasil gas metana yang

didapatkan adalah 55,84% sedangkan untuk gas karbondioksida sebesar 34,10%.

Volume yang dihasilkan sebanyak 400 liter dan api yang menyala berwarna biru.

Kata Kunci: EM4, kotoran sapi

Abstract

Biogas is a renewable energy source that is now being developed as an alternative

energy source for LPG replacement. Biogas is usually made from animal and organic

wastes. Some of the advantages of biogas are reducing the dependence of LPG gas

usage, reducing the influence of greenhouse gases, reducing waste, relatively safer

from fire hazards, and of course the cost is also very cheap. The aim of this research is

to know the effect of slurry composition, addition of cow dung cosubstrat, and

addition of effective microorganism (EM4) on the methane gas (CH4) and water vapor

(H2O), biogas volume, and flame on the production of biogas. The stages in the

research were adding slurry with cow dung cosubstrat and mixing them with 1%, 3%,

and 5% variations of addition of EM4. From the research conducted in temperature

28oC and 1 atm pressure, the best result was the addition of EM4 5%, with the

following details: the methane gas yield obtained was 55.84% while for the carbon

dioxide gas was 34.10%. the volume produced was 400 liters and the color of the fire

was blue.

Keywords: EM4, cow dung

1. PENDAHULUAN

Berdasarkan uraian di atas Untuk menanggulangi ketergantungan terhadap energi fosil yang

semakin habis, ditemukan teknologi biogas yang memanfaatkan sampah maupun kotoran hewan.

Energi biogas adalah energi berupa gas metana yang dihasilkan dari sampah yang dibantu dengan

cosubstrat kotoran, limbah maupun EM4.

2

Di sekitar kampus 1 dan 2 Universitas Muhammadiyah Surakarta, terdapat banyak sekali

penjual rujak, lotis, maupun jus buah yang menghasilkan sampah kulit buah. Dan sebagian besar

masyarakat tidak mengetahui manfaat sampah kulit buah tersebut. Sampah organik tersebut

berpotensi digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas.

Biogas adalah gas yang dihasilkan secara mikrobiologi anaerobik dari limbah organik

(Khorsidi dan Arikan, 2008). Dari peneltian sebelumnya yang dilakukan oleh Dewilda dkk.,

dengan menggunakan sampah, kotoran ternak, jerami, eceng gondok, serta bahan lainnya,

didapatkan hasil sebagai berikut: CH4 (55-70%), CO2 (25-50%), H2O (1-5%), H2S (0-0,5%), N2 (0-

5%) dan NH3 (0-0,05%). Kelebihan biogas sendiri sangat banyak, selain dapat mengurangi

ketergantungan penggunaan gas LPG, biogas juga dapat mengurangi pengaruh gas rumah kaca,

mengurangi sampah, relatif lebih aman dari bahaya kebakaran, dan biaya yang dibutuhkan sangat

murah.

Penelitian tentang pembuatan biogas dilakukan untuk menjawab pertanyaan yang sangat

umum tentang bagaimana usaha untuk mengurangi/memanfaatkan sampah di lingkungan kampus 1

dan 2 UMS, karena jumlah sampah kulit buah di daerah tersebut sangat banyak dan jika dikelola

dengan baik tentunya dapat menjadi sumber energi terbarukan. Dengan memanfaatkan sampah kulit

buah tersebut menjadi biogas, diharapkan dapat mengurangi polusi lingkungan dan menemukan

sumber energi baru yang ramah lingkungan.

2. METODE

Pengambilan bahan baku penelitian didapatkan dari para penjual jus buah di sekitar kampus 2 UMS

untuk kulit buah; pabrik tahu “Pak Aco” untuk limbah cair tahu; dan peternakan sapi di Kabupaten

Boyolali untuk kotoran sapi. Proses pembuatan biogas ada 2 tahapan yaitu tahap pretreatment dan

tahap utama. Tahap pretreatment dilakukan untuk memperoleh komposisi slurry (limbah kulit buah

dan limbah cair tahu) yang paling optimum. Sedangkan tahap utama adalah proses pembuatan

biogas dengan tambahan cosubstrat kotoran sapi dan variabel penambahan EM4.

2.1 Alat dan Bahan

a. Alat yang digunakan dalam pembuatan biogas yaitu:

alat suntik, botol, blender, corong, dob ban, ember, gelas ukur, kabel tis, pengaduk, selang,

venoject.

b. Bahan yang digunakan dalam pembuatan biogas yaitu:

air, EM4, kotoran sapi, limbah kulit buah, limbah cair tahu.

3

5

Keterangan gambar :

1. Reaktor/digester

2. Selang

3. Ember

4. Gelasukur

5. Penyangga

Gambar 1. Skema rangkaian alat pembuatan biogas.

2.3 Prosedur Penelitian

a. Tahap Pretreatment

Mencacah limbah kulit buah dan mencampurkannya dengan air dan limbah cair tahu untuk

selanjutnya digunakan sebagai slurry dengan komposisi perbandingan 1:1, 1:2, dan 1:5.

b. Tahap Utama

Menyiapkan komposisi slurry yang paling baik yaitu 1:2, selanjutnya menambah cosubstrat

kotoran sapi sebanyak 2 liter. Langkah terakhir, mencampurkan hasil yang terbaik dari

penelitian sebelumnya dengan variasi penambahan EM4 yaitu sebanyak 1% (0,04 liter), 3%

(0,12 liter), dan 5% (0,2 liter). Setelah itu melakukan fermentasi selama kurang lebih 3

minggu. Dan bias dilihat hasil volume, kadar gas metana, dan karakteristik nyala api.

Analisis kandungan gas metana dan gas karbondioksida dilakukan dengan menggunakan alat

GC (Gas Chromatography), untuk pengukuran volume biogas dilakukan dengan

menggunakan gelas ukur yang diletakkan dengan kondisi terbalik dalam ember yang berisi

air, sedangkan untuk uji karakteristik nyala api biogas dilakukan dengan cara kontak dengan

lilin sehingga dapat dilihat warna api biogas.

4

1 3

2

4

2.4 Diagram Blok Cara Kerja

Cara kerja tahap pretreatment dijelaskan pada gambar 2, sedangkan untuk tahap utama

dijelaskan pada gambar 3.

Limbah kulit buah + air

Gambar 2. Diagram alir tahap pretreatment.

(Limbah kulit buah & Air + limbah cair tahu)

Gambar 3. Diagram alir tahap utama.

limbah cair tahu Diaduk ember

Suhu

300C

Waktu fermentasi

(30 hari)

Digester

• Pengukuran volume biogas

• Uji kandungan gas metana dalam biogas

• Uji nyala api biogas

Biogas

Kotoran sapi

Variasi penambahan

EM4

Diaduk ember

Suhu

300C

Waktu fermentasi

(60 hari) Digester

• Pengukuran volume biogas

• Uji kandungan gas metana dalam biogas

• Uji nyala api biogas

Biogas

5

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Uji Kandungan Gas Metana dan Gas CO2

Komponen utama dalam biogas adalah gas metana dan karbondioksida yang dapat

dianalisis dengan menggunakan Gas Chromatography. Hasil analisis dapat dilihat pada tabel

berikut:

Tahap Pretreatment:

Tabel 1. Hasil analisis gas tahap pretreatment.

Variabel

(limbah kulit buah : limbah cair tahu)

Hasil Analisis (%)

Metana Karbondioksida

1:1 0,1 89,98

1:1,5 0,13 64,11

1:2 0,16 76,52

(Laboratorium Fakultas Teknologi Pangan, UGM)

Tahap Utama:

Tabel 2. Hasil analisis gas tahap utama.

Perlakuan

Hasil Analisa (%)

Metana Karbondioksida

+ 1 % EM-4 54,75 31,62

+ 5 % EM-4 55,84 34,10

(Laboratorium Fakultas Teknologi Pangan, UGM)

Dari tabel tahap pretreatment didapatkan hasil gas metana yang sangat kecil dibandingkan

dengan gas karbondioksida. Dalam tahap pretreatment, dapat dikatakan bahwa pembentukan gas

metana tidak berada dalam kondisi optimum. Hal ini dikarenakan pada tahap proses pembentukan

biogas masih dalam tahap pembentukan asam asetat (acetogenesis). Sehingga proses perubahan

asam asetat menjadi gas metana pada tahap pembentukan gas metana (methanogenesis) oleh

bakteri metanogen belum terjadi sepenuhnya. Sehingga gas metana yang dihasilkan belum

optimal dan masih banyak mengandung gas CO2.

Sedangkan pada tabel proses utama dapat dilihat bahwa ada perbedaan kadar gas metana

namun tidak terlalu jauh pada penambahan EM4 1% dan 5%. Untuk penambahan EM4 1%

didapatkan kadar gas metana sebesar 54,75% sedangkan pada penambahan EM4 5% didapatkan

kadar gas metana sebesar 55,84%. Hal ini berbanding lurus dengan kadar karbondioksida yang

telah dianalisis. Bisa dilihat bahwa untuk penambahan EM4 sebesar 1% didapatkan gas

karbondioksida sebanyak 31,62% sedangkan untuk penambahan EM4 sebesar 5% didapatkan gas

karbondioksida sebanyak 34,10%.

Dapat disimpulkan bahwa penambahan EM4 sebesar 5% lebih efektif dalam

menghasilkan biogas. Hasil ini sesuai karena pada dasarnya prinsip EM4 adalah mempercepat

degradasi selulosa, hemiselulosa, dan lignin menjadi senyawa yang dibutuhkan oleh

mikroorganisme penghasil biogas, sehingga produksi biogas meningkat.

6

3.2 Pengukuran Volume Biogas

Pada tahap pretreatment, kadar volume biogas yang paling banyak dihasilkan pada

komposisi slurry 1:2 sebanyak 85 liter. Proses utama, volume biogas yang dihasilkan pada

penambahan 5% EM4 adalah 400 liter. Sedangkan untuk penambahan 1% EM4 menghasilkan

volume sebesar 335 liter.

Hasil optimum diperoleh pada penambahan EM4 sebesar 5%. Hal ini terjadi karena

ketersediaan jumlah bahan organik yang didegradasi pada saat penambahan EM4 5%, dalam

keadaan seimbang dengan jumlah pertumbuhan mikroorganisme dalam bahan organik.

Penambahan EM4 dapat mempercepat pembentukan biogas (Rusdi dkk., 2012). Bisa disimpulkan,

bahwa semakin banyak jumlah EM4 yang ditambahkan, makan semakin banyak pula volume

biogas yang dihasilkan.

Jumlah Volume yang diperoleh dari 2 variasi penambahan EM4 tersebut terpaut cukup

jauh. Hal ini dikarenakan proses pengukuran yang dilakukan dengan cara yang sederhana.

Tahap Pretreatment:

65

70

75

80

85

1 1.5 2

74

81

85

VO

LUM

E (L

)

VARIABEL KOMPOSISI SLURRY

Kadar Volume Biogas

Gambar 4. Grafik volume tahap pretreatment

Tahap Utama:

Gambar 5. Grafik volume tahap utama

7

3.3 Uji Karakteristik Nyala Api Biogas

Gambar 6 menunjukkan bahwa karakteristik api yang dihasilkan untuk variasi penambahan

EM4 5% berwarna biru. Hal ini sesuai dengan spesifikasi gas metana pada nyala api yang ditandai

dengan nyala api berwarna biru (Wati dkk., 2011). Besaran nyala api yang dihasilkan sangat baik.

Dan api menyala cukup lama hingga biogas dalam digester habis.

Gambar 6. Uji karakteristik nyala api biogas pada penambahan EM4 5%

4. PENUTUP

Campuran limbah kulit buah, limbah cair tahu, kotoran sapi, dan EM4 bisa menghasilkan biogas

dengan rincian kondisi operasi dan hasil sebagai berikut:

a. Hasil uji gas metana didapatkan hasil untuk penambahan EM4 1% sebesar 54,75% sedangkan

untuk penambahan EM4 5% diperoleh hasil sebesar 55,84%.

b. Hasil uji gas karbondioksida didapatkan hasil untuk penambahan EM4 1% sebesar 31,62%

sedangkan untuk penambahan EM4 5% diperoleh hasil sebesar 34,10%.

c. Volume yang dihasilkan, untuk penambahan EM4 1% sebesar 335 liter. Sedangkan untuk

penambahan EM4 5% sebesar 400 liter.

d. Kedua variasi penambahan penambahan EM4 menghasilkan api berwarna biru.

5. DAFTAR PUSTAKA

Dewilda, Y., Sari, S. M., Air, L., Teknik, J., Universitas, L., Buangan, L., … Andalas, U. (2012).

DAN BUAH DENGAN KO-SUBSTRAT LIMBAH ISI RUMEN SAPI, 9(1), 26–36.

Dewi, T. K., dan Dewi, C. K. (2014). Pembuatan Gas Bio dari Serbuk Gergaji, Kotoran sapi, dan

Larutan EM4. urnal Teknik Kimia 1. vol 20.

Dianursanti, Rizkytata, B. T., Gumelar, M. T., dan Abdullah, T. H. (2014). Industrial tofu

wastewater as a cultivation medium of microalgae Chlorella vulgaris. Energy Procedia, 47,

56–61. http://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.196

8

Herawati, D. A., dan Wibawa, A. A. (2010). Pengaruh Pretreatment Jerami Padi pada Produksi

Biogas dari Jerami Padi dan Sampah Sayur Sawi Hijau Secara Batch, 4(1), 25–29.

Hidayat, M. R., Hidayati., Utomo, P. P., (2012). Produksi Biogas dari Industri Limbah Cair Tahu

dengan Biokatalis Effective Microorganism (EM4). Jurnal Biopropal Industri No 1. Vol 3.

Irawan, D., dan Suwanto. E. (2016). Pengaruh EM4 (Effective Microorganisme) terhadap produksi

biogas dengan menggunakan bahan baku kotoran sapi. Jurnal teknik mesin no 1. vol 5

Masrol, S. R., Ibrahim, M. H. I., and Adnan, S. (2015). Chemi-mechanical Pulping of Durian Rinds.

Procedia Manufacturing, 2(February), 171–180. http://doi.org/10.1016/j.promfg.2015.07.030

Okonkwo, U. C., Onokpite, E., and Onokwai, A. O. (2016). Comparative study of the optimal ratio

of biogas production from various organic wastes and weeds for digester/restarted digester.

Journal of King Saud University - Engineering Sciences.

http://doi.org/10.1016/j.jksues.2016.02.002

Wiratama, I. P. A., Sukadana, I. G. K., dan Tenaya, I. G. N. P. (2012). Studi Eksperimental

Pengaruh Variasi Bahan Kering Terhadap Produksi dan Nilai Kalor Biogas Kotoran Sapi.

Jurnal Energi dan Manufaktur No 1. Vol 5.

Sadzali, I. (2010). Potensi limbah tahu sebagai biogas, 1, 62–69.

Sanjaya, I. G. Made. (2012). Biokonversi Sampah Organik Pasar Menjadi Biogas Menggunakan

Starter Effective Microorganisms (EM4), ISSN 2302-7290, 17-19.

Sari, K. P., dan Pesantri, H. (2009). Ekstraksi pektin dari kulit mangga, 16(4), 42–49.

Sudaryono. (2012). Pemanfaatan Biogas dari Limbah Kotoran Ternak Sebagai Sumber Energi

Listrik. Pusat Teknologi Lingkungan, Badan Pengkajian dan penerapan Teknologi.

Sutisna, M., dan Pratama, Y. (2014). Pengolahan Limbah Cair Tahu secara Anaerob menggunakan

Sistem Batch, 2(1), 1–10.

Wati, L., Ahda, Y. dan Handayani, D., 2011. PENGARUH VOLUME CAIRAN RUMEN SAPI

TERHADAP BERMACAM FESES DALAM MENGHASILKAN BIOGAS Linda Wati,

Yuni Ahda, Dezi Handayani Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Padang,. , C, pp.20–

28.

Yousef, A. M. I., Eldrainy, Y. A., El-Maghlany, W. M., dan Attia, A. (2016). Upgrading biogas by

a low-temperature CO2 removal technique. Alexandria Engineering Journal.

http://doi.org/10.1016/j.aej.2016.03.026