DAFTAR LAMPIRAN
2 TINJAUAN PUSTAKA .1 Keadaan Umum Minahasa .1 Keadaan Umum Minahasa
2.3 Pemanfaatan Limbah Ternak Sebagai Biogas dan Pupuk Organik .1 Limbah Ternak
Secara umum yang disebut limbah adalah bahan sisa yang dihasilkan dari suatu kegiatan dan proses produksi baik pada skala rumah tangga maupun industri, pertambangan, dan lain sebagainya. Limbah dapat juga diartikan
10
merupakan bahan buangan (terbuang atau dibuang) dari suatu sumber aktivitas manusia maupun proses-proses alam dan tidak atau belum memiliki nilai ekonomi, bahkan dapat memiliki nilai ekonomi yang negatif. Nilai ekonomi yang negatif ini karena pengolahan untuk pembuangan atau pembersihan limbah memerlukan biaya yang cukup besar, disamping dapat mencemari lingkungan (Murtadho dan Sa’id 1988).
Limbah peternakan adalah semua buangan dari usaha peternakan yang berbentuk padatan maupun cairan. Limbah padat adalah semua limbah yang dibuang dalam fase padatan yang berupa kotoran, ternak mati ataupun isi perut dari pemotongan hewan (Soehaji 1992).
Algamar (1986) berpendapat bahwa limbah industri pertanian kebanyakan menghasilkan limbah yang bersifat cair ataupun padat, yang masih kaya dengan bahan organik dan mudah mengalami penguraian. Demikian juga halnya limbah ternak mengandung bahan organik yang berpotensi sebagai bahan pencemar jika tidak dikelola dengan baik.
Sihombing (1997) menyatakan, pemanfaatan limbah peternakan (kotoran ternak) dapat juga digunakan sebagai pupuk. Secara sederhana pupuk dapat dikatakan sebagai bahan-bahan yang diberikan pada lahan agar dapat menambah unsur-unsur hara atau zat-zat makanan yang diperlukan tumbuhan baik secara langsung ataupun tidak langsung.
2.3.2 Pengertian Gasbio
Gasbio adalah kumpulan gas-gas yang timbul dari proses fermentasi bahan-bahan organik yang dapat dicerna oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob. Bahan baku untuk menghasilkan gas bio atau gas metana (CH4) adalah pelbagai limbah pertanian, limbah organik industri, dan kotoran ternak maupun manusia, dengan kata lain semua limbah yang berupa organik (Mahajoeno 2008).
Menurut Hambali et al. (2007) gas bio didefenisikan sebagai gas yang dilepaskan jika bahan-bahan organik (seperti kotoran ternak, kotoran manusia, jerami, sekam dan daun-daun hasil sortiran sayur) difermentasi. Simamora et al.
(2006) menyatakan gasbio adalah gas yang dapat dibakar atau sumber energi yang merupakan campuran berbagai gas, dengan gas metana dan gas karbon dioksida merupakan campuran yang dominan.
11
Tabel 2 Komposisi gas dalam gasbio
Jenis Gas Konsentrasi
Methana (CH4) 50-75% volume Karbon dioksida (CO2) 25-45% volume Nitrogen (N2) < 2%volume Hidrogen (H2) < 1% volume Oksigen (O2) < 2 %
Air 2-7%volume (20-40oC)
Hidrogen Sulfida (H2S) 20-20 000 ppm Nilai kalori (Kcal/m3)* 4 800-6 700 Sumber: Harahap dkk (1978). *Hambali et al. (2007).
Sihombing (1997) menyatakan prinsip dasar untuk menghasilkan gas bio yaitu kotoran ternak, manusia dan limbah pertanian yang mengandung bahan-bahan organik jika difermentasi dalam keadaan anaerob akan menghasilkan gas-gas berupa metan (CH4), karbon dioksida (CO2), ammonia (NH3), hydrogen (H2) dan sulfide (S) dan salah satu diantaranya yakni gas metan, adalah yang dapat dibakar dan tergolong gas yang bersih dan relatif murah. Kisaran komposisi gas dalam gasbio dapat dilihat pada Tabel 2.
Harahap et al. (1978) menyatakan gasbio merupakan bahan bakar yang dapat diperoleh dengan memproses limbah di dalam alat yang dinamakan penghasil gas bio. Selanjutnya dikatakan bahwa gasbio memiliki nilai kalori cukup tinggi, yaitu dalam kisaran 4 800-6 700 Kcal/m3, dimana gas metana murni (100%) mempunyai nilai kalori 8 900 Kcal/m3. Untuk memproduksi gasbio diperlukan alat atau tabung pencerna yang disebut digester dan tabung pengumpul gas. Tabung pencerna dan tabung pengumpul gas dapat terbuat dari fiberglass, semen, drum, dan plastik.
2.3.3 Prinsip Pembuatan Biogas
Pembentukan gasbio dilakukan oleh mikroba pada kondisi anaerob, yang meliputi tiga tahap, yaitu tahap hidrolisis, tahap asidifikasi, dan tahap metanisasi/fermentasi. Pada tahap hidrolisis terjadi penguraian senyawa rantai panjang (seperti lemak, protein, dan karbohidrat) menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Pada tahap asidifikasi terjadi proses pembentukan asam-asam organik dan pertumbuhan atau perkembangan sel bakteri, sedangkan pada tahap metanisasi terjadi perkembangan sel mikroorganisme yang menghasilkan gas metana sebagai komponen utama gasbio.
12
Gambar 3 Proses pembentukan gas metana (Hambali et al. 2007).
Proses pembentuk biogas dapat dilihat pada Gambar 3. Dalam proses produksi gas bio ada banyak faktor yang dapat mempengaruhi, yaitu kondisi anaerob, bahan baku isian, imbangan C/N, temperatur, dan pH.
1. Kondisi anaerob, instalasi pengolah biogas harus kedap udara (keadaan anaerob).
2. Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan baku isian ini harus terhindar dari bahan anorganik seperti pasir, batu, plastik, dan beling. Bahan isian harus mengandung bahan kering sekitar 7-9%. Keadaan ini dicapai melalui pengenceran menggunakan air dengan perbandingan 1:1-4 (bahan baku:air). Hidrolisis Fermentative Bacteria Asam amino gula Asam lemak Pembentukan Asam Fermentative bacteria Asam organic Alkohol Pembentukan Asam asetat Acetogenic bacteria Pembentukan Bakteri Metanogenesis bacteria Metana Hidrogen CO2 Asam acetat Substrat Polimer
13
3. Imbangan C/N yang terkandung dalam bahan organik sangat menentukan kehidupan dan aktivitas mikroorganisme. Imbangan C (karbon) dan N (nitrogen) yang optimum bagi mikroorganisme perombak adalah 25-30. 4. Derajat Keasaman (pH), berpengaruh terhadap kehidupan
mikroorganisme. Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6.8 – 7.8.
5. Temperatur, pencernaan anaerobik dapat berlangsung pada suhu 5 – 55oC. Temperatur optimum untuk menghasilkan biogas adalah 35oC.
2.3.4 Teknik Pembuatan Biogas
1. Buatlah isian dengan mencampurkan kotoran ternak segar dengan air, perbandingan 1:1-1.5. Aduklah kotoran sampai merata sambil membuang benda-benda keras yang mungkin ikut tercampur.
2. Masukkan isian yang telah siap kedalam tabung pencerna melalui pipa pemasukan isian. Pada pengisian pertama, kran pengeluaran gas yang ada pada alat pencerna sebaiknya tidak disambungkan dulu ke pipa. Kran tersebut dibuka agar udara dalam alat pencerna terdesak keluar sehingga proses pemasukan lumpur kotoran lebih mudah. Pemasukan isian dihentikan setelah tabung pencerna penuh, yang ditandai dengan keluarnya buangan dari pipa buangan. Setelah tabung pencerna penuh, kran pengatur gas yang ada pada tabung pencerna ditutup dan biarkan digester memulai proses fermentasi.
3. Buka kran pengeluaran gas dan hubungkan dengan pipa pemasukan gas tabung pengumpul dengan selang karet atau plastik yang telah disiapkan. 4. Masukkan air kedalam drum besar tabung pengumpul gas sampai
ketinggian sekitar 60 cm.
5. Masukkan pula drum kecil kedalam drum besar yang telah diisi air dan biarkan drum tersebut tenggelam sebagian badannya.
6. Tutup kran pengeluaran gas tabung pengumpul gas.
7. Setelah 3-4 minggu, biasanya gas pertama mulai terbentuk yang ditandai dengan terangkatnya drum kecil tabung pengumpul gas. Gas pertama ini perlu dibuang, dengan membuka kran pengeluaran gas tabung pengumpul, karena gas didominasi oleh gas CO2. Setelah gas pertama terbuang habis
14
yang ditandaidengan turunnya permukaan drum kecil pengumpul gas ke posisi semula, kran pengeluaran gas ditutup kembali. Beberapa hari kemudian pembentukan gas CH4 semakin meningkat dan CO2 semakin menurun. Pada saat komposisi 54% CH4 dan 27% CO2 maka biogas akan menyala. Selanjutnya biogas yang terbentuk sudah dapat dimanfaatkan untuk menyalakan kompor.
8. Selanjutnya, digester terus diisi dengan lumpur kotoran ternak secara kontinu setiap hari sehingga dihasilkan biogas yang optimal.
2.3.5 Manfaat Biogas
Biogas mempunyai banyak manfaat, dapat digunakan sebagai sumber energi, baik energi listrik, gas untuk memasak, dan pengganti minyak tanah. Sihombing (1997) menyatakan bahwa kotoran ternak selain dijadikan pupuk kandang, kotoran ternak juga dapat digunakan untuk menghasilkan biogas.
Biogas merupakan renewable energy yang dapat dijadikan bahan bakar alternatif untuk menggantikan bahan bakar yang berasal dari fosil seperti minyak tanah dan gas alam (Haryati 2006). Pemanfaatan energi biogas sebagai pengganti bahan bakar, khususnya minyak tanah, dapat digunakan dalam skala rumah tangga untuk memasak. Biogas untuk skala rumah tangga biasanya memiliki komposisi gas seperti pada Tabel 3.
Tabel 3 Komposisi gas yang terdapat dalam gasbio skala rumah tangga
No. Jenis Gas Volume (%)
1. Metana (CH4) 50-60
2. Karbon dioksida (CO2) 30-40 3. Oksigen(O2), H2, dan Hidrogen sulfida (H2S) 1-2 Sumber: Wahyuni 2008
Nilai kalori dari satu meter kubik biogas adalah sekitar 6 000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak disel. Kesetaraan biogas dengan bahan bakar lain, dapat dilihat pada Tabel 4.
15
Tabel 4 Perbandingan gas dengan sumber kalor lain
Keterangan Bahan Bakar Lain Elpiji 0.46 kg
Minyak tanah 0.62 liter 1 m3 Biogas Minyak solar 0.52 liter
Bensin 0.80 liter Gas kota 1.50 m3 Kayu bakar 3.50 kg Sumber: Wahyuni 2008
Penggunaan sistem reaktor biogas memiliki keuntungan, antara lain yaitu mengurangi efek gas rumah kaca, mengurangi bau yang tidak sedap, mencegah penyebaran penyakit, panas, daya (mekanis/listrik) dan hasil samping berupa pupuk padat dan cair. Pemanfaatan limbah dengan cara seperti ini secara ekonomi akan sangat kompetitif seiring naiknya harga bahan bakar minyak dan pupuk anorganik. Disamping itu, cara-cara ini merupakan praktek pertanian yang ramah lingkungan dan berkelanjutan (Widodo et al. 2006). Gas bio dapat dipergunakan dengan cara yang sama seperti gas-gas mudah terbakar yang lain.
Pemanfaatan energi biogas yang terbarukan akan mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar minyak bumi fosil. Biogas selalu terbarukan mengingat perkembangan populasi ternak yang selalu meningkat setiap tahunnya, seperti diperlihatkan pada Tabel 1.
Berdasarkan hasil estimasi, seekor sapi dalam satu hari dapat menghasilkan kotoran sebanyak 10-30 kg/hari, seekor ayam menghasilkan kotoran 25 g/hari, dan seekor babi dewasa dengan berat 60-120 kg dapat memproduksi kotoran 4.5 – 5.3 kg/hari. Berdasarkan riset yang pernah ada diketahui bahwa setiap 10 kg kotoran ternak sapi berpotensi menghasilkan 360 liter biogas dan 20 kg kotoran babi dewasa bisa menghasilkan 1 379 liter biogas (Hambali et al. 2007).
Nilai manfaat kotoran ternak sebagai pupuk kandang tidak berkurang, bahkan makin meningkat, karena sisa buangan yang berupa lumpur keluaran biogas (sludge) dari digester masih bermanfaat sebagai pupuk organik. Bahkan unsur hara N, P, dan K dalam pupuk organik sudah mengalami perombakan
16
(fermentasi) dalam digester, sehingga jika digunakan akan mudah terserap tanaman (Simamora et al. 2006). Selama proses perombakan, bakteri-bakteri patogen dalam kotoran, seperti E. coli, terbunuh sehingga dapat menyehatkan lingkungan (Hambali et al. 2007).
2.3.6 Pupuk Organik Sisa Pembuatan Biogas
Pupuk digolongkan dalam anorganik dan organik. Pupuk anorganik umumnya disebut juga pupuk buatan, pupuk industri, pupuk kimia atau pupuk sintesis seperti urea, KCl, NPK dan sebagainya, sedangkan pupuk organik adalah pupuk hijau, pupuk kandang, kompos dan guano (Sihombing 1997).
Pupuk kandang adalah pupuk yang berasal dari kandang ternak baik berupa kotoran padat (feses) yang tercampur sisa makanan maupun air kencing. Adapun kandungan unsur hara kotoran babi (padat) adalah: 2.2% nitrogen, 2.1% fosfor, dan 1% abu, sedangkan unsur hara kotoran babi (cair) 0.6% nitrogen, 0.3% Fosfor, 0.4% abu (NC State University 2012). Seacara teoritis, satu kg kotoran segar ternak babi dapat menghasilkan 200 l gasbio. Selanjutnya sisa kotoran lanjutan setelah pembuatan biogas digunakan untuk pupuk (bahan padat), makanan ternak, ikan dan untuk memproduksi algae (Maramba 1978).
Simamora et al. (2006) menyatakan bahan keluaran dari sisa proses pembuatan biogas dapat dijadikan pupuk organik, walaupun bentuknya berupa lumpur (sludge). Pemanfaatan lumpur keluaran biogas ini sebagai pupuk dapat memberikan keuntungan yang hampir sama dengan penggunaan kompos. Sludge
telah mengalami fermentasi anaerob sehingga dapat langsung digunakan untuk memupuk tanaman.
Sludge yang berasal dari biogas sangat baik untuk dijadikan pupuk karena mengandung berbagai mineral yang dibutuhkan oleh tumbuhan seperti fosfor (P), magnesium (Mg), kalsium (Ca), kalium (K), tembaga (Cu), dan seng (Zn) (Zuzuki
et al. 2001).
Sisa kotoran dari pembuatan biogas atau dikenal dengan pupuk organik mempunyai beberapa kelebihan yaitu dapat memperbaiki struktur tanah, menaikkan daya serap tanah terhadap air, menaikkan kondisi kehidupan di dalam tanah dan sebagai sumber zat makanan bagi tanaman (Simamora et al. 2006).
17
Kandungan unsur hara dalam pupuk organik tidak terlalu tinggi, tetapi pupuk organik mempunyai keunggulan lain yaitu dapat memperbaiki sifat fisik tanah (permeabilitas tanah, porositas tanah, struktur tanah, dan daya menahan air, dan kapasitas tukar kation tanah). Selain itu, pupuk organik memiliki fungsi untuk menggemburkan lapisan tanah permukaan (topsoil), meningkatkan jasad renik, serta meningkatkan daya serap dan daya simpan sehingga secara keseluruhan dapat meningkatkan kesuburan tanah (Suriadikarta dan Setyorini 2005; Simamora
et al. 2006; Anas 2011).
Pengaplikasian pupuk organik dari hasil buangan biogas umumnya sama dengan pengaplikasian kompos pupuk organik yang berbentuk padatan, biasanya diaplikasikan dengan cara mengubur pupuk tersebut disekitar tanaman. Untuk pupuk organik cair pengaplikasian dapat dilakukan dengan cara penyiraman, langsung ke lahan pertanian, pengaliran air dalam irigasi, dan penyemprotan secara tepat (Wahyuni 2008)
Limbah ternak sebagai pupuk organik berpotensi besar untuk dikembangkan secara meluas ditingkat petani di pedesaan sebagai komponen unggulan dalam sistem usahatani untuk meningkatkan pendapatan rakyat. Jalinan timbal balik antara cabang usaha ternak dan usaha tanaman merupakan rangkaian keterpaduan berbagai kegiatan dan sumber daya dalam suatu sistem usahatani. Hubungan timbal balik langsung terjalin antara usaha ternak dengan tanaman. Ternak menyediakan pupuk dan tanaman menyumbangkan limbahnya sebagai pakan ternak. Hal ini merupakan upaya pelestarian sumber daya alam, lingkungan dan peningkatan pendapatan petani.