Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, J 3 Oktober 2009

ISSN 1693-4687

Potensi dan Karakteristik Biogas pada DegradasiAnaerobik Kotoran Kerbau Menggunakan

Biodigester Plastik Polyethilene Tipe KontinyuMaridjo, Tina Mulya Gantina dan Sri Wuryanti

Jurusan Teknik Konversi Energi-Politeknik Negeri Bandung

ABSTRAK - POTENSI DAN KARAKTERISTIK BIOGASPADA DEGRADASI ANAEROBIK KOTORAN KERBAUMENGGUNAKAN BIODIGESTER PLASTIKPOLYETHILENE TIPE KONTINYU. Penelitian yangdiJakukan adalah pembuatan dan pengujian karakteristik biogasdengan proses degradasi anaerobik kotoran kerbau dengansistem kontinyu. Penelitian dilakukan dalam skala pilot plantdengan kapasitas digester 2000 liter yang bertempat di DesaCimanggung - Sumedang dengan perbandingan kotoran kerbau: air adalah I: I. Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktusteady produksi biogas dicapai setelah hari ke 25 dengankomposisi gas metana mencapai 50% dan laju alir biogasmencapai 0,95 m3 per hari. Dengan diketahui nilai kalor gasmetana mumi adalah 35, 860 MJ/m3 maka potensi energiproduksi biogas adalah 17,190 MJ/hari. Bila dibandingkandengan bahan bakar lain yaitu minyak tanah dengan nilai kalor29,38 MJ/liter dan LPG dengan niJai kalor 39,96 MJ/kg makapotensi energi produksi biogas tersebut setara dengan 0,58 Literminyak tanah per hari atau setara 0,43 kg LPG per hari.

Kata kunci: biogas, degradasi anaerobik, kotoran kerbau,biodigester plastik polyethilene.

ABSTRACT -- POTENCY AND CHARA CTERISTICS OFBIOGAS ON ANAEROBIC DEGRADATION OF BUFFALOFECES USING CONTINOUS TYPE POLYETHILENE PLASTC

BIODIGESTER. The Research conducted is making biogas andtesting its characteristics by anaerobic degradation process ofbl!fJalo faeces with continuous system. The Research carried outin a pilot scale plant with a capacity of 2000 liters of digesterlocated at Cimanggung Village - Sumedang with ratio ofbuffalo faeces: water is 1 : 1. The results showed that steadybiogas production is achieved after day 25 with methane gascomposition is 50 % and biogas flow rate is 0.95 m3 a day.Since heating value of pure methane gas is 53.860 MJlm3, sothe energy potency of biogas production is 17.190 MJlday. ifthe gas is compared with kerosene and LPG that have heatingvalues 29.38 MJIL and 39.96 MJlkg consecutively then energypotency of the biogas production is equal to 0.58 litre kerosenea day or O.4j-LPG a day

Keywords : biogas, anaerobik degradation, buffalo faeces,polyethilene plastic biodigester

I. PENDAHULUAN

Pertumbuhan penduduk dan ekspansi bidang industriyang sangat cepat menyebabkan peningkatan permintaanenergi dan penurunan kualitas lingkungan. WalaupunIndonesia merupakan salah satu negara penghasil minyakclan gas, namun berkurangnya cadangan minyak dan

C-9

pencabutan susbsidi BBM menyebabkan kenaikan hargaminyak yang cukup meresahkan masyarakat. Berdasarkaninformasi, terjadi kenaikan harga BBM pada Mei 2008dengan harga bensin mencapai Rp 6000/liter dan solar Rp5500/liter. Tetapi pada tahun 2009 harga BBM tersebutmengalami penurunan kembali sehingga harga bensinmenjadi Rp 4500/liter dan solar Rp 4300/liter. Sedangkansubsidi minyak tanah mulai tahun 2009 secara bertahapmulai dihilangkan dan tidak lagi diperuntukan sebagaibahan bakar rumah tangga, sehingga harga minyak tanahmenjadi tinggi karena disesuaikan dengan hargaproduksinya. Penggunaan minyak tanah untuk rumahtangga termasuk di pedesaan dikonversi dengan gas LPGdengan harga Rp 12.000/3kg LPG atau Rp75.000/12kgLPG. Harga LPG ini masih dirasakan mahal terutamaoleh masyarakat pedesaan serta masih kesulitan dalamdistribusinya, sehingga penggunaan LPG di pedesaanbelum optimal bahkan banyak masyarakat pedesaan yangberalih ke kayu bakar. Di samping itu juga terjadipenurunan kualitas lingkungan akibat penggunaan bahanbakar fosil yang berlebihan. Oleh karena itu, pemanfaatansumber-sumber energi' altematif yang terbarukan danramah lingkungan menjadi pilihan, diantaranya dengancara pengembangan biogas di daerah pedesaan.

Potensi dan karakteristik biogas terutama gas metana(CH4) yang dihasilkan sangat bervariasi dan berfluktuasi,yang secara langsung dipengaruhi oleh karakteristikbahan baku, nutrien, kadar air, jenis dan jumlah inhibitor,temperatur proses, transport oksigen dari udara luar, pHdan alkalinitas. Oleh karena itu pengaturan karakteristiklimbah atau kotoran hewan sebagai bahan baku biogasserta kondisi biodigester perlu dilakukan seoptimalmungkin sehingga biogas yang dihasilkan juga lebihoptimal. Selain itu, pemilihan bahan biodigester yangmurah dan praktispun menjadi pilihan yang cukuppenting. Oleh karena itu, pada penelitian ini akandilakukan pembuatan dan analisis potensi dankarakteristik biogas dengan cara degradasi anaerobikkotoran kerbau dengan menggunakan biodigester plastikpolyethilene tipe kontinyu yang bertempat di DesaCimanggung Kabupaten Sumedang.

II. METODOLOGI

Penelitian ini merupakan percobaan lapangan skalapilot plant pada degradasi anaerobik kotoran kerb audengan menggunakan biodigester plastik polyethilene

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Balmr 2009Serpong, J 3 Oktoher 2009

ISSN 1693-4687

nitrogen hanya 1,15%. Berdasarkan referensi rasio C/Noptimal bahan baku biogas adalah 25-30, oleh karena ituuntuk meningkatkan produk biogas perlu ditambahkanunsur nitrogen misalnya dengan penambahan jerami atauurea. Kadar air kotoran kerbau awal sekitar 81% sehinggasetelah dicampur air dengan komposisi 1:1 menjadisekitar 90%, kadar air ini sudah cukup baik dan sesuaidengan kadar air bahan baku biogas optimal yaitu 70­90% (Gunerson and Stuckey, 1986).

B. Temperatur dan pH

Temperatur yang bekerja pada bahan di dalam digesterberkisar antara 25-29 °c seperti diperlihatkan padagambar 1, dengan pH 7. Pada temperatur 30°C digesterdapat bekerja secara optimal, sehingga gas metana yangdihasilkan cukup besar. Dalam range temperatur 25-29°Cbakteri yang beketja adalah bakteri mesophilic, bakteriini mampu hidup pada temperatur 13-40°C.

3S

Hari Ke

sistem kontinyu dengan kondisi udara ambient. Tahapanpelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut:a. Penyiapan dan karakterisasi kotoran kerbau awal

(sebelum degradasi) sebagai bahan pembuat biogas.Penyiapan kotoran kerb au dilakukan denganpenambahan air dengan komposisi 1:1 sehinggadiharapkan kadar air bahan baku kotoran kerbausekitar 85-90%. Sedangkan analisis karakteristikfisik - kimia meliputi kadar air, pH, densitas, volatilesolid, C-organik, nitrogen dan phosfat.

b. Pembuatan biodigester tipe kontinyu dari bahanplastik polyethilene dengan kapasitas 2000 liter,yang diharapkan dapat memproduksi biogassebanyak 1,4 m3 per hari yang bertempat di DesaCimanggung - Sumedang.

c. Pembuatan biogas dengan proses degradasianaerobik kotoran kerbau dengan sistem kontinyu.Untuk pengisian awal, dilakukan dengan pemasukankotoran kerbau yang sudah dicampur air dengankomposisi 1:1 ke dalam biodigester. Pada tahap awalini dibutuhkan sekitar 1000 kg bahan kotorankerbau. Setelah pengisian awal, kotoran kerbaudibiarkan terdegradasi oleh mikroba yang terdapatdalam kotoran hewan tersebut sampai menghasilkangas, pada proses ini diperlukan waktu sekitar satuminggu. Selanjutnya setiap hari biodigester diisidengan kotoran kerbau yang sudah dicampur airdenganjumlah sekitar 40 kg campuran.

d. Karakterisasi degradasi dilakukan denganmenganalisis temperatur degradasi, volume biogas,komposisi biogas pada setiap selang waktu degradasidan penentuan waktu retensi pembentukan biogas.Komposisi biogas yang dianalisis meliputi CH4,

CO2, H2, O2 dan N2.

30

2SU

20~ ~ 15 -..c ~\I') 10

5

o

o 10 20 3D 40 50

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Karakteristik Bahan Baku KotOl'an Kerbau

Kotoran kerbau yang digunakan sebagai bahan bakupada pembuatan biogas ini merupakan kotoran kerbaubaru yang diperkirakan berumur satu sampai dua hari diudara terbuka. Pengujian karaktreristik kimia kotorankerbau dilakukan di Laboratorium Limbah Padat

Departemen Teknik Lingkungan ITB, yang hasilnyaditunjukkan pada Tabell.

T ABEL I.KARAKTERISTIK KIMIA KOTORAN KERBAU

No.ParameterSatuanKarakteristik

IKadar air %BB81,66

2

Kadar Volatil %BK14,01

3

C-Organik %BK95,74

4

Nitrogen Total %BK1,15

5

pH -7,0

Ket: BB= basis basah; BK= basis kering

Pada Tabel 1 terlihat bahwa kadar karbon pada kotorankerbau cukup tinggi yaitu sebesar 95% sedangkan kadar

C-I0

Gambar I. Temperatur Digester

B. Komposisi Biogas

Untuk mengetahui komposisi biogas yang dihasilkandari biodigester dilakukan pengujian denganmenggunakan alat Gas Chromatrograf, yang dimulaipada hari ke 7 setelah masukan awal. Data rinci hasilpengujian ditampilkan pada Tabel 2, dan pol apembentukan komposisi biogas ditunjukkan pada Gambar2.

T ABEL 2.KOMPOSISI BIOGAS

Hari%CH.%N,%0,%CO,

7

283247451648745

II

3865803235001

14

44.325261674873

18

4533616194659

21

4604137109913 07

25

49 I5092184208

30

50,4720,548,2520,72

Prosiding Seminar Nasiona/ Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

ISSN 1693-4687

dibandingkan dengan perhitungan disain awalnya yangdiharapkan dapat menghasilkan 1,4 m3 per hari.

Pada Gambar 2 terlihat bahwa komposisi gas metanamengalami kenaikan yang cukup tajam dari 28,32% padahari ke-7 sampai 49,1% pada hari ke 25, selanjutnya pad ahari ke 30 naik lagi menjadi 50,47%. Dengan demikianpersentasi metan mulai hari ke 25 sudah bisa dikatakankonstan atau steady walaupun terjadi kenaikan tidakterlalu berarti. Sedangkan gas lain sepertikarbondioksida, oksigen dan nitrogen mengalamipenurunan. Pada kondisi biogas optimal pada hari ke 30persen metan sebesar 50,47% dan karbondioksida sebesar20,72% .

C. Laju Volume Biogas

Pengukuran volume biogas dilakukan setelah komposisibiogas steady yaitu setelah hari ke 30. Pengukuranvolume biogas diambil pada pip a keluaran gas dalamdigester, yang dilakukan dengan pengukuran biogas permenit pada waktu pagi, siang dan sore hari. Data hasilpengujian volume biogas pada hari ke 41, 42 dan 43ditunjukkan pada Gambar 3 untuk pagi hari, Gambar 4untuk siang hari dan Gambar 5 untuk sore hari.

Waktu ( Hari)

Gambar 2. Hubungan komposisi biogas terhadap waktu degradasi

0,8

0,7~

0,6

...

0,5- GI 0,4E :J 0,3~0,20,1012:43

0,8

0,70,6...0,5- 11/ 0,4Iii :J 0,3~0,20,1015:21

15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48

Waktu (WIB)

Gambar 5. Laju Alir Gas Bio pada Sore Han

12:57 13:12 13:26 13:40 13:55 14:09

Waktu {WI B)

Gambar 4. Laju Alir Gas Bio pada Siang Han

30252015105o

Pad a Gambar 3, 4 dan 5 terlihat bahwa laju alir biogasyang dihasilkan baik pada pagi hari, siang hari maupunsore hari pada hari ke 41, 42 dan hari ke-43 cukupkonsisten yaitu sekitar 0,5 sampai 0,7 liter per menit ataurata-rata sekitar 950 liter per hari atau 0,95 m3 per hari,walaupun ada kecenderungan bahwa makin sore biogasyang dihasilkan makin besar, hal ini kemungkinan adanyapengaruh dari temperatur lingkungan yang lebih tinggipada sore hari serta pengaruh dari pengisian masukanbahan baku harian yang biasa dilakukan pada sore hari.Jumlah biogas yang dihasilkan ini sedikit lebih kecil

Waktu (WID)

Gambar 3. Laju Alir Gas Bio pada Pagi Han

0,8

0,70,6...

0,5- GJ 0,4E :J~0,3

0,2

o

7:55 8:09 8:24 8:38 8:52 9:07

Dengan diketahui nilai kalor gas metana murni adalah35,860 MJ/m3 maka potensi energi produksi biogasadalah 17,190 MJ/hari. Bila dibandingkan dengan bahanbakar lain yaitu minyak tanah dengan nilai kalor 29,38MJ/liter dan LPG dengan nilai kalor 39,96 MJ/kg makapotensi energi produksi biogas tersebut setara dengan0,58 Liter minyak tanah per hari atau setara 0,43 kg LPGper hari.

IV. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian diperoleh beberapa kesimpulan,yaitu waktu steady biogas dicapai pada hari ke 25-30 (1bulan) dengan kandungan gas metan berkisar 49-50%,temperatur di dalam biodigester berada dalam kondisiyang cukup baik bagi pertumbuhan bakteri pembentukbiogas yaitu berkisar antara 25 - 29°C, serta merupakantemperatur yang cukup aman bagi ketahanan plastikpolyethilene yang gunakan sebagai bahan biodigester.Dengan kapasitas biodigester yang dibuat sebesar 2000liter, dapat memproduksi biogas sebesar 0,95 m3/hari

dengan nilai kalor biogas sebesar 17,190 MJ/hari. Biladibandingkan dengan bahan bakar lain yaitu minyaktanah dengan nilai kalor 29,38 MJ/liter dan LPG dengannilai kalor 39,96 MJ/kg maka potensi energi produksibiogas tersebut setara dengan 0,58 liter minyak tanah perhari atau setara 0,43 kg LPG per hari.

C-ll

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

DAFfAR PUSTAKA

[I] AN, BX., PRESTON, TR., DOLBERG, F., "TheIntroduction of Low-Cost Polyethylene Tube BiodigestersonSmal/- Scale Farm in Vietnam",http://www.epa.gov/agstar/resources/smldigester.html

[2] AGUILAR, FX.,"How to install a polyethylene biogasplant ", Proceeding of the IBSnet Electronic Seminar, (TheRoyal Agricultural College, Cirencester, UK. 5-23 March2001),2001.,http://www.ias. unu. edu/proceedings/icibs/ibs/ibsnetl e­seminar/FranciscoAguilar/index.html

[3] Biogas Support Program (BSP), "Constnlction option forRABR Remote Area Biogas Reactor', SNV -Nepal, 2003.

[4] GARCELON, J., CLARK, J., "Waste Digester Design",Civil Engineering Laboratory Agenda, University ofFlorida,http://www.cu.ufl.edu/activities/waste/wddndx.html

[5] KARIM, K., HOFFMANN, R., KLASSON, T., AL­DAHHAN, MH., "Anaerobic digestion of animal waste:Waste strength versus impact of mixing", BioresourceTechnology, 96, 1771 - 1791,2005.

[6] MARCHAIM, U, "Biogas Processes for SustainableDevelopment, Food and Agriculture Organization ofUnited Nations", Viale delle Terme di Caracalia, 00100Rome, Italy, 1992.

[7] RAHMAN, B., BIOGAS, "Sumber Energi Altematif',Kompas 8 Agustus, 2005.

C-12

ISSN 1693-4687

[8] RAVEN, RPJM., GREGERSEN, KH., "Biogas Plant inDenmark: Sucesses and Setbacks, Renewable andSustainable Energy Reviews", Article in Press, 2005.

[9] RODRIGUEZ, L., PRESTON, TR., "Biodigesterinstallation manuaf', University of AgricultureFoundation. Finca Ecologica, University of Agricultureand Forestry, Thu Due, Ho Chi Minh City, Vietnam,http://www.fao.org/WAICENT/FAOINFO/AGRICULT/AGAP /FRG/Recvclelbiodig/manual.htm

[10] SYAMSUDIN, T.R DAN ISKANDAR, H.H., "BahanBakar Altematif Asal Temak, Sinar Tani", Edisi 21-27, No3129 Tahun XXXVI, Desember 2005.

[II] WIDODO, T. W., 'Rekayasa dan Pengujian Reaktor BiogasSkala Kelompok Tani Temak', Jumal Enjiniring Pertanian,Vol. IV No.1, haI41-52, 2006.

[12] WIDODO, T.W. AND NURHASANAH, A., "KajianTeknis Teknology Biogas dan Potensi Pengembangannyadi Indonesia", Prosiding Seminar Nasional MekanisasiPertanian, Bogor, 5 Agustus 2004.

[13] Wikipedia http://en.wikipedia org/wiki/anaerobic _digester,2005.

[14] Intergovermental Authority on Development (IGAD),Biogas Digester,

http://igadrhep.energyproj ects.net/Links/Profiles/B iogas/Biogas.htm