ABSTRACT
BIOGAS PURIFICATION PROCESS USING NATURAL ZEOLITE LAMPUNG AND IRON GROWL
BY
DESI YANTI UTAMI
Along with the development of industrial technology which intensified the need for renewable energy sources will be a very important consideration.Biogas is a renewable source of energy as a substitute for petroleum. Gas content in biogas is a gas methane (CH4), carbondioxide (CO2) gas, nitrogen gas (N2), hydrogen sulfide gas (H2S) and small amounts of other gases which are not beneficial in biogas. In biogas, biogas from the purity is very important. So at observational conducting in processes biogas purification that aims to increase the levels of gas methane (CH4) and to decrease the value of the levels of carbondioxide gas (CO2). One method for purifying biogas that can be done is by the method of adsorption on the surface of solids by using natural zeolite, activated charcoal and iron growl as adsorbent. This test consists of two stages. The first stage of the manufacturing process filter (purifying) biogas with a length of 35 cm and a diameter of 3 inches, then the second phase is the process of purifying biogas by using natural zeolite, activated charcoal and iron growl. A variation on this test include biogas purification by using natural zeolite, biogas purification with active charcoal purification, using biogas purification of iron growl, purification biogas of natural zeolite and iron growl, purification biogas using active charcoal and iron growl a mixture of the three. The sample gas is drawn using the direct gas sampling bags tested levels of gas reserves in the Laboratotium Agricultural Technology University of Lampung.
growl better for used the filters biogas. As by a mixture of the three is more capable of absorbing the content of gas of carbondioxide (CO2).
ABSTRAK
PROSES PEMURNIAN BIOGAS DENGAN MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM LAMPUNG DAN GERAM BESI
Oleh
DESI YANTI UTAMI
Seiring dengan perkembangan teknologi industri yang semakin pesat maka kebutuhan akan sumber energi yang terbarukan menjadi pertimbangan yang sangat penting. Biogas merupakan salah satu energi terbarukan sebagai pengganti sumber energi minyak bumi. Kandungan gas yang terdapat pada biogas adalah gas metana (CH4), gas karbondioksida (CO2), gas nitrogen (N2), gas hidrogen sulfida (H2S) dan sejumlah kecil gas-gas lain yang tidak bermanfaat dalam biogas. Dalam biogas, kemurnian dari biogas tersebut sangat penting. Sehingga dilakukanlah penelitian dalam proses pemurnian biogas yang bertujuan untuk meningkatkan kadar gas metana (CH4) dan untuk menurunkan nilai kadar gas karbondioksida (CO2).
Salah satu metode untuk permunian biogas yang dapat dilakukan adalah dengan metode adsorpsi pada permukaan zat padat yaitu dengan menggunakan zeolit alam, arang aktif dan geram besi sebagai adsorbennya. Pada pengujian ini terdiri dari dua tahap. Tahap pertama yaitu proses pembuatan filter (pemurni) biogas dengan ukuran panjang 35 cm dan diameter 3 in, kemudian tahap kedua yaitu proses pemurnian biogas dengan menggunakan zeolit alam, arang aktif dan geram besi. Variasi pada pengujian ini meliputi pemurnian biogas dengan menggunakan zeolit alam, pemurnian biogas dengan menggunakan arang aktif, pemurnian biogas dengan menggunakan geram besi, pemurnian biogas dengan menggunakan zeolit alam dan geram besi, pemurnian biogas dengan menggunakan arang aktif dan geram besi dan pemurnian biogas dengan menggunakan campuran dari ketiganya. Sampel gas yang diambil dengan menggunakan kantong sampel gas langsung diuji kadar gasnya di Laboratotium Teknologi Hasil Pertanian Universitas Lampung.
aktif dan geram besi untuk persentase yang diperoleh adalah gas nitrogen (N2) sebesar 2,314%, gas metana (CH4) naik menjadi 75,259% sedangkan untuk gas karbondioksida (CO2) turun menjadi 22,727%. Pemurnian biogas dengan menggunakan campuran zeolit alam, arang aktif dan geram besi lebih bagus untuk digunakan menjadi penyaring biogas. Karena dengan campuran dari ketiganya ini lebih mampu menyerap kandungan gas karbondioksida (CO2).
PERNYATAAN PENULIS
SKRIPSI INI DIBUAT SENDIRI OLEH PENULIS DAN BUKAN HASIL PLAGIAT SEBAGAIMANA DIATUR DALAM PASAL 27 PERATURAN AKADEMIK UNIVERSITAS LAMPUNG DENGAN SURAT KEPUTUSAN REKTOR No. 3187/H26/DT/2010.
YANG MEMBUAT PERNYATAAN
DESI YANTI UTAMI
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Desa Lengkong Kabupaten Nganjuk,
Jawa Timur pada tanggal 03 Desember 1989 sebagai anak
pertama dari tiga bersaudara, dari pasangan Sumarno dan
Mundarini, penulis dibesarkan oleh Alm. Mbah Kong Sudarmo
Dan Mame Musinah.
Untuk pendidikan sekolah penulis diawali dari Taman Kanak-Kanak Tunas Rimba
Lengkong, Kabupaten Nganjuk pada tahun 1993 dan lulus pada tahun 1995,
kemudian penulis melanjutkan di Sekolah Dasar Negeri 2 Lengkong, Kabupaten
Nganjuk pada tahun 1995 dan diselesaikan pada tahun 2001, pada tahun 2001
penulis melanjutkan sekolah di Sekolah Menengah Pertama Negeri 1 Kertosono
Kabupaten Nganjuk yang diselesaikan pada tahun 2004, kemudian pada tahun
2004 melanjutkan di Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Gondang Nganjuk dan
diselesaikan pada tahun 2007. Setelah selesai dari jenjang pendidikan SMA
kemudian pada tahun 2007 penulis diterima sebagai mahasiswa Program Studi S1
Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
Selama menjadi mahasiswa, penulis Aktif dalam Himpunan Mahasiswa Teknik
Mesin (HIMATEM) Universitas Lampung sebagai anggota HIMATEM di bagian
Bidang Penelitian dan Pengembangan pada periode 2008-2009. Penulis melakukan
Kerja Praktek di Perkebunan Nusantara VII (Persero) Unit Usaha Rejosari Natar
Lampung Selatan dari bulan September 2011 sampai Oktober 2011 dengan judul
“Perhitungan Daya Turbin Uap Dan Generator Pada Perkebunan Nusantara VII
(Persero) Unit Usaha Rejosari Natar Lampung Selatan’’ dengan bantuan bimbingan
dari Bapak Ir. Herry Wardono, M.Sc
dan Bapak M. Dyan Susila ES, S.T.,M.Eng
.Penulis mengambil konsentrasi pilihan pada bidang Konversi Energi. Pada tahun
2013, penulis melakukan penelitian dengan judul “Proses Pemurnian Biogas Dengan
Menggunakan Zeolit Alam Lampung Dan Geram Besi” dengan bantuan bimbingan
Bapak Harmen Burhanuddin, S.T., M.T., Bapak A.Yudi Eka Risano, S. T., M.Eng
MOTO
“Tuntutlah ilmu, tapi jangan melupakan ibadah, dan
kerjakanlah ibadah tapi tidak boleh lupa pada ilmu”
(H asan Al-Basri)
Tetaplah bersama Jama’ah. K arena sesungguhnya Serigala akan menerkam kambing
yang memencilkan diri jauh dari kawanya
(H R. Abu D aud dan N asai)
"Keberuntungan adalah sesuatu yang terjadi ketika
kesempatan bertemu dengan kesiapan"
‘’Jalan Terindah dari kehidupan Adalah M ensyukuri Apa Yang Telah Kita Jalani
Setiap H ari Tanpa Ada Penyesalan D iri’’
‘’Jangan Pernah M enyerah Atas Apa Yang Sedang D ihadapi, Selalu Tersenyum M eski
H ati Sedang M enangis’’
D engan Penuh Rasa Syukur Alhamdulillah Pada-M u
Ya Allah … ..
Akhirnya Skripsiku ini telah selesai, sebuah langkah usai sudah dan
dengan kerendahan hati yang tulus kupersembahkan karya kecilku ini
untuk … .
Suamiku Tercinta
K arena dukungan dan pengorbananmu menjadikan ku semangat
dalam menjalani kehidupan ini
Alm. M bah Kong Sudarmo
K arena pengorbanan kong’e sert a dukungan dengan penuh kegigihan menjadikan aku tegar dijalan kehidupan ini
M ameku Tersayang
Karena pengorbanan mame dan dukungan darimu membuat ku semangat unt uk menyelesaikan sekolahku
Ayahanda dan I bunda Tercinta
Ayahanda
dan I bunda M ertua Tercinta
Kedua Om D an Tanteku Tercinta
Adik-Adikku Tersayang
D osenku yang tak Terlupakan
Teman-teman Seperjuangan Penulis
Teknik M esin 2007
Almamater tercinta U niversitas L ampung
SANWACANA
Assalamualaikum, Wr. Wb.
Alhamdulillaahirabbil'aalamiin, Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Shalawat serta salam juga disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW yang akan kita tunggu syafa’atnya di yaumil akhir nanti.
Skripsi dengan judul “Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Zeolit Alam Lampung Dan Geram Besi” ini dapat diselesaikan berkat partisipasi, bantuan, dukungan dan doa dari berbagai pihak. Sebagai rasa syukur, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.
3. Bapak A.Yudi Eka Risano, S.T., M.Eng. selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, masukan, dan saran dalam proses penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Dr.Amrizal, S.T., M.T. sebagai dosen Pembahas yang telah menyempatkan waktunya dan memberikan masukan sebagai penyempurnaan penulisan skripsi ini.
5. Ibu Novri Tanti, S.T.,M.T. sebagai koordinator Tugas Akhir yang telah menjadi inspirasi penulis untuk bisa menyelesaikan skripsi ini.
6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin atas ilmu yang diberikan selama penulis melaksanakan studi, baik materi akademik maupun teladan dan motivasi untuk masa yang akan datang.
7. Mas Dadang, Mas Marta, dan Mas Nanang yang telah membantu dalam kelancaraan administrasi dan seminar.
8. Suamiku Tercinta yang selalu menemaniku dalam suka maupun duka dan senantiasa memberikan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.
9. Kedua Orang Tuaku yang senantiasa memberikan dukungan dan motivasi pada penulis dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini.
10. Om Dr. Muhartono (PD 1 Fak.Kedokteran UNILA) Dan Tante Cicik yang telah memberikan dukungan kepada penulis dalam melaksanakan kuliah serta dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini.
12. Kedua adikku Yanto dan Andi yang senantiasa memberikan dukungan kepada penulis.
13. Dek Eka, Sinta, Fawas, Kirana, Rizqi, Firdaus, Zaki, Mawan, Panji, Arya yang senantiasa memberikan semangat kepada penulis.
14. Keluarga besar dan saudara-saudara penulis yang senantiasa memberi motivasi dan do’a.
15. Rekan-rekan Teknik Mesin angkatan 2007: Asep, S.T., Wahyu, S.T., Jasiron, S.T., Ryan Arizona, S.T., Meylia R, S.T., Yahya, S.T., Bagus, S.T., Harsono, S.T., Lamsihar, S.T., Armeny, S.T., Novian, S.T., Chandra A., S.T., Rahmat R, S.T., Yatra, S.T., Nain, S.T., Imam, S.T., RCP, S.T., Yohanes, S.T., Oday, S.T., Ragil, S.T., Efri, S.T., Bakung, S.T., Dodi, S.T., Joniyanto, S.T., Andriyansah, S.T., Ryan gembel, Anjar, Dodi W, Daza, Ganjar, Hendy P, Indra I, Apridona, Ardi, Agus Kempol, Leo, Teguh, Samuel, Adhan, Sutrisno, Ridho, Yanto, Kristoper, Emoth, Dodo Ewok, Dwi W, Jepri, yang telah memberikan semangat, motivasi dan pandangannya dalam penyelesaian skripsi ini. Semoga kebersamaan ini tetap terjaga, Solidarity Forever.
16. Rekan-rekan Teknik Mesin khususnya yang perempuan: Annisa TM’09, Rabi’ah TM’10, Tammi TM’11, Dara TM’12, Anggun TM’12 , Intan TM’12, Lattifah TM’13, Vivi TM’13, Isma TM’13 dan Winda TM’13 yang selalu memberikan saran dan masukan kepada penulis.
Dino, Dhimas, Rino dan Mbak Dea serta rekan-rekan lainnya sebagai partisipasinya dalam kelancaran skripsi ini.
18. Keluarga besar Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) Universitas Lampung.
19. Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu, yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihak. Penulis berharap skripsi ini bermanfaat bagi semua yang membaca dan bagi penulis sendiri. Amiin.
Wassalamualaikum, Wr. Wb.
Bandar Lampung, Oktober2014
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR GAMBAR ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian... 2
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Sistematika Penulisan ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Biogas ... 5
2.2. Pembentukan Biogas ... 6
2.2.1. Tahap Hidrolisis ... 9
2.2.2. Tahap Asidifikasi (Pengasaman) ... 9
2.2.3. Tahap Pembentukan Gas Metana ... 10
2.3. Proses Pemurnian Biogas... 15
2.3.1. Absorbsi ... 16
ii
ii
2.3.3. Pemisahan Secara Kriogenik ... 17
2.3.4. Pemisahan Dengan Membran ... 17
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1.Alat Dan Bahan Penelitian ... 19
3.2.Prosedur Pengujian ... 22
3.2.1. Proses Pembuatan Filter Biogas (Pemurni Biogas) ... 23
3.2.2. Proses Penyaringan Biogas (Pemurnian Biogas) ... 24
3.2.2.1. Proses Pemurnian Biogas Tanpa Perlakuan ... 24
3.2.2.2. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Zeolit Alam ... 24
3.2.2.3. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Arang Aktif ... 25
3.2.2.4. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Geram Besi ... 26
3.2.2.5. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Zeolit Alam Dan Geram Besi ... 26
3.2.2.6. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Arang Aktif Dan Geram Besi ... 27
3.2.2.7. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Zeolit Alam, Arang Aktif Dan Geram Besi ... 28
3.3.Tempat Penelitian ... 28
3.4.Skema Alat Uji ... 29
iii
iii IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.Pemurni Biogas Hasil Rancangan ... 31
4.2.Pengambilan Sampel Gas ... 32
4.3.Pengujian Sampel Gas ... 34
4.4.Hasil Uji Coba Aplikasi ... 48
4.5.Biaya Investasi ... 49
V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan ... 50
5.2. Saran ... 51
vii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman 1. Komponen Penyusun Biogas ... 6 2. Nilai Kesetaraan 1 m3 Biogas Dengan Energi Lainnya ... 12 3. Kandungan Biogas Dari Jenis Ternak Dan Manusia ... 13 4. Jumlah Produksi Kotoran Dan Biogas Pada Berbagai
1
I.PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi industri yang semakin pesat maka kebutuhan akan sumber energi yang terbarukan menjadi pertimbangan yang sangat penting. Hal ini disebabkan semakin langkanya sumber energi minyak bumi dan semakin tingginya harga minyak mentah dunia, sehingga penelitian-penelitian inovatif terus dikembangkan untuk menemukan sumber energi yang terbarukan. Penelitian-penelitian tersebut tidak hanya untuk menemukan sumber energi baru saja, akan tetapi mampu menemukan sumber energi yang bersifat ramah lingkungan.
2
tinggi kadar gas metana dalam biogas, maka performa biogas akan semakin baik. Namun sebaliknya semakin tinggi kadar karbondioksidadalam biogas maka akan semakin menurunkan nilai kalor metana dan sangat mengganggu dalam proses pembakaran. Sedangkan di dalam biogas terdapat gas karbondioksida yang dapat mengurangi kemurnian biogas. Selain itu, terdapat pula gas H2S yang dapat menyebabkan korosif.
Dalam pemakaian biogas sebagai energi terbarukan, perlu dilakukan penelitian proses pemurnian biogas dari gas karbondioksida (CO2) dan gas H2S. Dimana pada penelitian ini bermaksud untuk meningkatkan kadar gas methana dengan cara memisahkan gas karbondioksida (CO2) dan gas hidrogen sulfida (H2S) yang bersifat korosif dari biogas. Salah satu metode untuk permunian biogas yang dapat dilakukan adalah dengan metode adsorpsi pada permukaan zat padat yaitu dengan menggunakan zeolit alam, arang aktif dan geram besi sebagai adsorbennya.
1.2. Tujuan Penelitian
3
1.3. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini ada beberapa hal yang menjadi batasan masalah, diantaranya adalah sebagai berikut:
1. Untuk pengambilan data pemurnian biogas menggunakan variasi zeolit
alam, arang aktif dan geram besi.
2. Kapasitas zeolit alam, arang aktif dan geram besi yang digunakan sebesar ± 50 gram.
3. Untuk ketiga campuran perbandingan kapasitas dari zeolit alam 40%, arang aktif 30% dan geram besi 30%.
4. Untuk panjang pemurni biogas dengan satu jenis spesimen yang digunakan sebesar 35 cm yang terdiri dari satu spesimen, dua spesimen dan tiga spesimen.
5. Tidak dibahas tentang reaksi kimia dan tekanan yang terjadi pada biogas.
1.4. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: BAB I. PENDAHULUAN
Pada pendahuluan ini berisi tentang latar belakang, tujuan, batasan masalah,dan sistematika penulisan dari penelitian ini.
BAB II . TINJAUAN PUSTAKA
4
BAB III . METODE PENELITIAN
Pada metode penelitian ini berisi tentang tahap persiapan sebelum pengambilan data/pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian pada penelitian ini.
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada hasil dan pembahasan ini berisi tentang pembahasan data-data dari hasil pengujian/pengamatan, perhitungan, dan evaluasi dari pembahasan yang telah dibahas.
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN
Pada simpulan dan saran ini berisi tentang simpulan dari hasil pembahasan dan saran yang dapat diberikan dari peneliti.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Biogas
Biogas merupakan gas campuran metana (CH4) karbondioksida (CO2) dan gas lainnya yang didapat dari hasil penguraian bahan organik (seperti kotoran hewan, kotoran manusia, dan tumbuhan) oleh bakteri metanogen. Untuk menghasilkan biogas, bahan organik yang dibutuhkan, ditampung dalam biodigester. Proses penguraian bahan organik terjadi secara anaerob (tanpa oksigen). Biogas terbentuk pada hari ke-4~5 sesudah biodigester terisi penuh dan mencapai puncak pada hari ke-20~25. Biogas yang dihasilkan sebagian besar terdiri dari 50-70% metana (CH4), 30-40% karbondioksida (CO2) dan gas lainnya dalam jumlah kecil (Fitria B, 2009 dalam Harsono, 2013).
6
organik seperti sampah pasar, daun daunan, dan kotoran hewan yang berasal dari sapi, babi, kambing, kuda, atau yang lainnya, bahkan kotoran manusia sekalipun. Gas yang dihasilkan memiliki komposisi yang berbeda tergantung dari jenis hewan yang menghasilkannya (Firdaus, U.I, 2009 dalam Harsono, 2013).
Biogas dapat dijadikan sebagai bahan bakar karena mengandung gas metana (CH4) dengan persentase yang cukup tinggi dan titik nyala sebesar 645˚C-750˚C. Komponen biogas selengkapnya adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Komponen Penyusun Biogas
Sumber: pusat informasi dokumentasi PTP- ITB.F, dalam Harsono, 2013.
2.2. Pembentukan biogas
Pada prinsipnya teknologi biogas adalah teknologi yang memanfaatkan proses
7
Harsono, 2013), proses pencernaan anaerobik merupakan dasar dari reaktor biogas yaitu proses pemecahan bahan organik oleh aktivitas bakteri metanogenik
dan bakteri asidogenik pada kondisi tanpa udara.
Bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang mengandung bahan organik, seperti kotoran binatang, feses manusia, dan sampah organik rumah tangga. Bahan organik yang bisa digunakan sebagai bahan baku industri ini adalah sampah organik, limbah yang sebagian besar terdiri dari kotoran dan potongan-potongan kecil sisa-sisa tanaman, seperti jerami dan sebagainya serta air yang cukup banyak. Teknologi biogas pada dasarnya memanfaatkan proses pencernaan yang dilakukan oleh bakteri methanogen yang produknya berupa gas methan (CH4). Gas metan hasil pencernaan bakteri tersebut dapat mencapai 60% dari keseluruhan gas hasil reaktor biogas sedangkan sisanya didominasi karbondioksida (CO2).
8
meningkatkan produksi biogas sebesar 50%. Biogas yang dihasilkan oleh biodigester sebagian besar terdiri dari 50-70% metana (CH4), 30-40% karbondioksida (CO2), dan gas lainnya dalam jumlah kecil (Hadi, 1981 dalam Harsono, 2013).
Produksi biogas sudah terbentuk sekitar 10 hari. Setelah 10 hari fermentasi sudah terbentuk lebih kurang 0,1-0,2 m3/kg dari berat bahan kering. Peningkatan penambahan waktu fermentasi dari 10 hingga 30 hari meningkatkan produksi biogas sebesar 50%. Biogas yang dihasilkan oleh biodigester sebagian besar terdiri dari 50-70% metana (CH4), 30-40% karbondioksida (CO2), dan gas lainnya dalam jumlah kecil (Hadi, 1981 dalam Harsono, 2013). Ada tiga kelompok bakteri yang berperan dalam proses pembentukan biogas, yaitu:
1. Kelompok bakteri fermentative: Steptococci, Bacteriodes, dan beberapa jenis Enterobactericeae
2. Kelompok bakteri asetogenik: Desulfovibrio
3. Kelompok bakteri metana: Mathanobacterium, Mathanobacillus,
Methanosacaria, dan Methanococcus
Bakteri methanogen secara alami dapat diperoleh dari berbagai sumber seperti air bersih, endapan air laut, sapi, kambing, lumpur (sludge) kotoran anaerob ataupun TPA (Tempat Pembuangan Akhir) (Kamase Care, 2009, Harsono, 2013).
9
Gambar 1. Proses Pembentukan Biogas.
2.2.1. Tahap Hidrolisis
Pada tahap hidrolisis, bahan organik dienzimatik secara eksternal oleh enzim ekstraselular (selulose, amilase, protease dan lipase) mikroorganisme. Bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat komplek, protein dan lipida
menjadi senyawa rantai pendek. Sebagai contoh polisakarida diubah menjadi monosakarida sedangkan protein diubah menjadi peptida dan asam amino.
2.2.2. Tahap Asidifikasi (Pengasaman)
10
dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan. Pembentukan asam pada kondisi
anaerobik tersebut penting untuk pembentuk gas metana oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbondioksida, H2S, dan sedikit gas metana.
2.2.3. Tahap Pembentukan Gas Metana
Pada tahap ini bakteri metanogenik mendekomposisikan senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh bakteri ini menggunakan hidrogen, CO2 dan asam asetat untuk membentuk metana dan CO2. Bakteri penghasil asam dan gas metana bekerjasama secara simbiosis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfir yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metana menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam. Tanpa adanya proses simbiotik tersebut, akan menciptakan kondisi toksik bagi mikroorganisme penghasil asam (Kharistya Amaru, 2004).
11
menjadi sangat asam ( pH < 7) yang selanjutnya menghambat kelangsungan hidup bakteri metaan. Keasaman substrat biogas dianjurkan untuk berada pada rentang pH 6,5-8. Bakteri metan ini juga cukup sensitif dengan temperatur. Temperatur
35˚C diyakini sebagai termperatur optimum untuk perkembangbiakan bakteri
metan ( Junus,1987 dalamHarsono,2013).
12
1. Biogas kira-kira memiliki berat 20% lebih ringan dibandingkan udara dan memiliki suhu pembakaran antara 650˚C sampai 750˚C.
2. Biogas tidak berbau dan berwarna yang apabila dibakar akan menghasilkan nyala api biru cerah seperti gas LPG.
3. Nilai kalor gas metana adalah 20 MJ/m3 dengan efisiensi pembakaran 60% pada konvesional kompor biogas.
4. Nilai kalor rendah (LHV) CH4 = 50,1 MJ/kg. 5. Densitas CH4 = 0,717 kg/m³.
Biogas yang dihasilkan apabila dimanfaatkan memiliki kesetaran energi dengan sumber energi lain adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Nilai Kesetaraan 1 m3 Biogas Dengan Energi Lainnya
Volume Kesetaraan
1 m3 biogas
0,46 kg LPG 0,62 liter minyak tanah
3,5 kg kayu bakar 0.62 minyak solar
Sumber: Wahyuni, 2008 dalam Harsono, 2013.
Kotoran sapi merupakan substrat yang paling cocok sebagai sumber penghasil biogas, karena telah meengandung bakteri penghasil gas metana yang terdapat dalam perut ruminansia (lambung sapi). Bakteri tersebut membantu dalam proses
13
biogas, maka untuk beberapa jenis ternak dan manusia memiliki potensi biogas yang dihasilkan terlihat pada tabel berikut ini:
Tabel 3. Kandungan Biogas Dari Jenis Ternak Dan Manusia
Tipe Kotoran Produksi Gas/Kg kotoran (m3) Sapi (sapi dan kerbau) 0.023-0.040
Babi 0.04-0.059
Peternakan ayam 0.065-0.116
Manusia 0.02-0.028
Sumber: United Nations, 1984 dalam Harsono, 2013.
Agar pembentukan biogas terbentuk secara sempurna maka bahan baku padatan harus berbentuk bubur atau butiran kecil. Bahan baku yang sulit dicerna sebaiknya dihancurkan terlebih dahulu dengan cara digiling atau dirajang terlebih dahulu, namun bahan baku tersebut dapat langsung dicampur dengan air hingga merata. Kandungan padatan ini sebaiknya berkisar 7-9%.
14
Tabel 4. Jumlah produksi kotoran dan biogas pada berbagai jenis ternak dan manusia
Jenis Ternak dan Manusia Produksi
15
Sumber: AFDIO Biogas ,1990,New Delhi, india (M Cahyo Oktario ,2011 dalam Harsono, 2013).
Jika dilihat analisa dampak lingkungan terhadap lumpur keluaran (sllurry) dari
digester menunjukkan penurunan COD sebesar 90% dari kondisi bahan awal dan pebandingan BOD/COD sebesar 0,37 lebih kecil dari kondisi normal limbah cair BOD/COD=0,5. Sedangkan unsur utama N (1,82%), P (0,73%) dan K (0,41%) tidak menunjukkan perbedaan yang nyata dibandingkan pupuk kompos (referensi: N (1,45%), P (1,10%) dan K (1,10%) (Widodo dkk., 2006 dalam Harsono, 2013). Berdasarkan hasil penelitian, hasil samping pupuk ini mengandung lebih sedikit bakteri patogen sehingga aman untuk pemupukan sayuran/buah, terutama untuk konsumsi segar (Widodo dkk., 2006 dalam Harsono, 2013).
2.3. Proses Permurnian Biogas
Kemurnian biogas menjadi pertimbangan yang sangat penting karena berpengaruh terhadap nilai kalor atau panas yang dihasilkan, sehingga biogas yang dihasilkan perlu dilakukan pemurnian terhadap impuritas-impuritas yang lain. Impuritas
16
Dalam pemisahan CO2 dari biogas terdapat berbagai metode yang telah dikembangkan, yaitu:
2.3.1. Absorbsi
Metode absorbsi biogas adalah pemisahan suatu gas tertentu dari campuran gas-gas dengan cara pemindahan massa ke dalam suatu liquid. Hal ini dilakukan dengan cara mengantarkan aliran gas dengan liquid yang mempunyai selektivitas pelarut yang berbeda dari gas yang akan dipisahkannya baik secara fisika maupun kimia efektif untuk laju alir gas yang rendah dimana biogas dioperasikan pada kondisi normal. Salah satu metode yang sederhana dan murah yaitu menggunakan air bertekanan sebagai absorben (Shannon et al., 2006, dalam Harsono, 2013).
2.3.2. Adsorpsi pada Permukaan Zat Padat
Proses adsorpsi permukaan zat padat melibatkan transfer zat terlarut dalam gas menuju ke permukaan zat padat, dimana proses transfer digerakkan oleh gaya Van der wall. Adsorben yang digunakan biasanya berbentuk
17
2.3.3. Pemisahan Secara Kriogenik
Kriogenik merupakan salah satu metode pemurnian yang melibatkan campuran gas dengan kondensasi fraksional dan destilasi pada temperatur rendah. Proses kriogenik diawali dengan crude biogas ditekan hingga mencapai 80 bar. Proses kompresi ini berjalan secara multistage dengan
intercooler. Biogas bertekanan kemudian dikeringkan untuk menghindari terjadinya pembekuan selama proses pendinginan berlangsung. Kemudian biogas didinginkan oleh chiller dan heat exchanger hingga -45oC, CO2 yang terkondensasi dihilangkan di dalam separator. Kemudian CO2 diproses lebih lanjut untuk menemukan kembali CH4 yang terlarut, hasil dari proses recovery CH4 kemudian dimanfaakan kembali menuju inlet gas. Melalui proses ini gas metana yang dihasilkan mencapai kemurnian 97 % (Huang, 2005, dalam Harsono, 2013).
2.3.4. Pemisahan dengan Membran
Metode ini beberapa komponen atau campuran dari gas ditransportasikan melalui lapisan tipis membran (<1mm). Transportasi tiap komponen dikendalikan oleh perbedaan tekanan parsial pada membran dan
permeabilitas tiap komponen dalam membran. Pencapaian gas metana dengan kemurnian yang tinggi maka harus diikuti pula dengan
permeabilitas yang tinggi. Membran padat dapat disusun dari polimer selulosa asetat yang mempunyai permebilitas untuk CO2 dan H2S mencapai 20 dan 60 kali berturut-turut lebih tinggi dibanding
18
membran tersebut (Huang, 2005, dalam Harsono, 2013). Inti dari konsep pemisahan dengan membran adalah selektifitas dan permeabilitas yang tinggi. Pemisahan CO2 dengan membran konvensional sering dijumpai beberapa permasalahan. Permasalahan tersebut mendorong para peneliti mengembangkan material baru untuk pemisahan CO2 dengan membran. Material baru tersebut adalah kombinasi antara polimerik membran dan
inorganik membran yang disebut dengan MMMs (Mixed Matrix Membranes).
19
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan Penelitian
Adapun alat dan bahan yang digunakan didalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pipa PVC 3”
Digunakan sebagai tempat atau wadah spesimen uji (zeolit, arang aktif dan geram besi).
Gambar 2. Pipa PVC 3’’. 2. Tutup Pipa PVC 3”
Digunakan sebagai penutup ujung pipa PVC (tutup wadah spesimen uji).
20
3. Gergaji Besi
Digunakan untuk memotong pipa PVC.
Gambar 4. Gergaji Besi. 4. Amplas
Digunakan untuk membersihkan pipa PVC dari sisa-sisa proses pemotongan.
Gambar 5. Amplas dan Kikir. 5. Zeolit Alam
Digunakan sebagai spesimen uji penyaring biogas.
21
6. Arang Aktif
Digunakan sebagai spesimen uji penyaring biogas, yang berfungsi untuk mengikat gas CO2.
Gambar 7. Arang Aktif. 7. Geram Besi
Digunakan sebagai spesimen uji penyaring biogas.
Gambar 8. Geram Besi. 8. Kantong Sampel Gas
22
Gambar 9. Kantong Sampel Gas. 9. Gas Cromatrograph Tipe Shimadzu GC-2014
Digunakan sebagai alat untuk menguji kandungan gas Nitrogen (N2), Metana (CH4), Karbondioksida (CO2) dalam biogas.
Gambar 10. Gas Chromatrograph (GC).
3.2. Prosedur Pengujian
23
3.2.1. Proses Pembuatan Filter (Pemurni Biogas)
Filter biogas adalah alat yang digunakan sebagai pemurni biogas. Pembuatan alat filter ini menggunakan pipa PVC berukuran 3’’. Proses pembuatan dimulai dengan pengukuran panjang pipa, pipa yang akan digunakan sepanjang 35 cm dengan diameter 3’’. Selanjutnya melakukan penggergajian untuk memotong pipa, lalu membersihkan bagian pipa pada kedua ujungnya dari sisa-sisa proses penggergajian dengan menggunakan amplas dan kikir. Dop yang digunakan untuk menutup kedua ujung pipa yang dilubangi bagian tengahnya terlebih dahulu dengan menggunakan solder. Bagian yang telah dilubangi kemudian dibersihkan dengan menggunakan kikir. Pipa tembaga dimasukkan pada bagian tengah dop tersebut lalu dikencangkan dengan menggunakan tang. Bahan-bahan yang sudah disatukan kemudian pada sela-sela sambungannya dilapisi dengan lem epoxyuntuk menghindari resiko kebocoran.
24
3.2.2. Proses Penyaringan Biogas (Pemurnian Biogas)
Pada proses penyaringan ini terdiri dari tujuh proses penyaringan, untuk yang pertama tanpa perlakuan, kemudian menggunakan zeolit alam, arang aktif, geram besi, campuran zeolit alam dan geram besi, campuran arang aktif dan geram besi dan campuran dari zeolit alam, arang aktif dan geram besi.
3.2.2.1. Proses Pemurnian Biogas Tanpa Perlakuan
Pada proses pemurnian biogas tanpa perlakuan ini tidak menggunakan filter penyaring sebagai sarana penyaring biogas. Setelah memastikan sudah adanya gas yang terbentuk kemudian membuka kran utama untuk mengalirkan gas kedalam kantong sampel gas, untuk pengambilan gas pada kantong sampel gas ini harus dilakukan dengan hati-hati supaya gas yang diambil tidak tercampur dengan gas udara luar. Kemudian melakukan pengujian sampel gas di Laboratorium THP Universitas Lampung untuk mengetahui kadar gas N2, CO2 dan CH4.
3.2.2.2. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Zeolit Alam
25
kedalam filter selama ± 15 menit. Setelah memastikan sudah adanya gas yang terbentuk kemudian mengalirkan gas kedalam kantong sampel gas, untuk pengambilan gas pada kantong sampel gas ini harus dilakukan dengan hati-hati supaya gas yang diambil tidak tercampur dengan gas udara luar. Kemudian melakukan pengujian sampel gas di Laboratorium THP Universitas lampung untuk mengetahui kadar gas N2, CO2 dan CH4.
3.2.2.3. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Arang Aktif
26
3.2.2.4. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Geram Besi
Proses pemurnian ini menggunakan geram besi yang berasal dari sisa-sisa hasil potongan mesin bubut dengan kapasitas arang aktif sebanyak ± 50 gram. Memasang filter penyaring yang sudah dirakit yang dihubungkan pada instalasi biogas dimana untuk penempatannya diletakkan setelah tutup kran gas dengan posisi filter sedikit keatas. Setelah itu memasang selang pada salah satu ujung filter yang disambungkan pada kantong sampel gas. Gas yang terbentuk dialirkan kedalam filter selama ± 15 menit. Setelah memastikan sudah adanya gas yang terbentuk kemudian mengalirkan gas kedalam kantong sampel gas, untuk pengambilan gas pada kantong sampel gas ini harus dilakukan dengan hati-hati supaya gas yang diambil tidak tercampur dengan gas udara luar. Kemudian melakukan pengujian sampel gas di Laboratorium THP Universitas Lampung untuk mengetahui kadar gas N2, CO2 dan CH4.
3.2.2.5. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Zeolit Alam Dan Geram Besi
27
yang disambungkan pada kantong sampel gas. Gas yang terbentuk dialirkan kedalam filter selama ± 15 menit. Setelah memastikan sudah adanya gas yang terbentuk kemudian mengalirkan gas kedalam kantong sampel gas, untuk pengambilan gas pada kantong sampel gas ini harus dilakukan dengan hati-hati supaya gas yang diambil tidak tercampur dengan gas udara luar. Kemudian melakukan pengujian sampel gas di Laboratorium THP Universitas Lampung untuk mengetahui kadar gas N2, CO2 dan CH4.
3.2.2.6. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Arang Aktif Dan Geram Besi
28
3.2.2.7. Proses Pemurnian Biogas Dengan Menggunakan Zeolit Alam, Arang Aktif Dan Geram Besi
Proses pemurnian ini menggunakan campuran zeolit alam, arang aktif dan geram besi dengan perbandingan kapasitas sebanyak 40%, 30% dan 30%.Memasang filter penyaring yang sudah dirakit yang dihubungkan pada instalasi biogas dimana untuk penempatannya diletakkan setelah tutup kran gas dengan posisi filter sedikit keatas. Setelah itu memasang selang pada salah satu ujung filter yang disambungkan pada kantong sampel gas. Gas yang terbentuk dialirkan kedalam filter selama ± 15 menit. Setelah memastikan sudah adanya gas yang terbentuk kemudian mengalirkan gas kedalam kantong sampel gas, untuk pengambilan gas pada kantong sampel gas ini harus dilakukan dengan hati-hati supaya gas yang diambil tidak tercampur dengan gas udara luar. Kemudian melakukan pengujian sampel gas di Laboratorium THP Universitas Lampung untuk mengetahui kadar gas N2, CO2 dan CH4.
3.3. Tempat penelitian
29
3.4. Skema Alat Uji
Gambar 11. Skema Alat Uji.
3.5. Diagram Alir Prosedur Penelitian
30
50
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan
Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan yang telah dilakukan maka didapat kesimpulan sebagai berikut:
1. Kandungan gas yang terdapat dalam biogas sebelum dilakukan pemurnian biogas adalah gas Nitrogen (N2) sebesar 2,735%, gas Metana (CH4) sebesar 46,110% dan gas Karbondioksida (CO2) sebesar 51,155%.
2. Hasil pemurnian biogas dengan menggunakan zeolit alam dapat menaikan kandungan gas Metana (CH4) sebesar 61,388% dan menurunkan kandungan gas Karbondioksida (CO2) sebesar 36,516%. Sesuai dengan fungsi dari zeolit alam yaitu menurunkan nilai kadar gas karbondioksida. 3. Hasil pemurnian biogas dengan menggunakan arang aktif juga dapat
menaikan kandungan gas Metana (CH4) sebesar 55,675% dan menurunkan kandungan gas Karbondioksida (CO2) turun menjadi 41,263%.
4. Hasil pemurnian biogas dengan menggunakan geram besi juga dapat menaikan kandungan gas Metana (CH4) sebesar 55,827% dan menurunkan kandungan gas Karbondioksida (CO2) sebesar 41,259%.
51
lebih baik, kandungan gas Nitrogen (N2) turun sebesar 2,314%, kandungan gas Metana (CH4) naik sebesar 75,259% dan kandungan gas Karbondioksida (CO2) turun sebesar 22,427%.
6. Pemurnian biogas dengan menggunakan campuran zeolit alam, arang aktif dan geram besi lebih efisien untuk digunakan menjadi penyaring biogas, karena dengan campuran dari ketiganya ini lebih mampu menyerap kandungan gas Karbondioksida (CO2) dan menaikan kandungan gas Metana (CH4).
5.2. Saran
Setelah melakukan penelitian, beberapa saran yang bisa penulis sampaikan adalah sebagai berikut:
1. Sebaiknya perlu dilakukan pengukuran pengaruh banyaknya zeolit alam, arang aktif dan geram besi sebagai pemurni biogas.
2. Sebelum menggunakan zeolit alam sebagai penyaring biogas sebaiknya dilakukan aktivasi terlebih dahulu.
3. Sebaiknya untuk pemakaian zeolit alam, arang aktif dan geram besi sebagai pemurni biogas digunakan hanya satu kali supaya dapat menghindari perubahan dalam penyerapannya.
DAFTAR PUSTAKA
Amaru, Kharistya, 2004. ‘’Rancang Bangun Dan Uji Kinerja Biodigester Plastik Polyethilene Skala kecil (StudiKasus Ds. CidatarKec. Cisurupan Kab. Garut)’’. Tersedia di http://kharistya.wordpress.com/2006/08/23/ rancang-bangun-dan-uji-kinerja-biodigester-plastik-polyethilene-skala-kecil. Diakses pada tanggal 29 Oktober 2013.
Anggreini Fajar P.L,dkk., 2012. ‘’ Penurunan Kadar Co2 Dan H2S Pada Biogas Dengan Metode Adsorpsi Menggunakan Zeolit Alam’’. Tersedia di http://juliaz30@chem-eng.its.ac.id/Jurnal Teknik Pomits Vol.1, No.1, (2012) 1-5.pdf. Diakses pada tanggal 31 Oktober 2013.
Cahyo Oktario, M., 2011. ‘’Manfaat Sistem Pemanpatan Gas untuk Penyimpanan Biogas Dari Kotoran Ternak’’, Jurusan Teknik Mesin. Universitas Lampung. Skripsi.
Care, Kamase, 2009. ‘’Cara Mudah Membuat Digester Biogas’’, Komunitas Mahasiswa Sentra Energi. Tersedia di http://www.kamase.org/?p=548. Diakses pada tanggal 03 Oktober 2012.
Fadli, Dian. 2013. “Kaji Eksperimental Sistem Penyimpanan Biogas Dengan Metode Pengkompresian Dan Pendinginan Pada Tabung Gas Sebagai Bahan Bakar Pengganti Gas LPG”. Fakultas Teknik. Universitas Lampung. Bandar Lampung. Skripsi.
Firdaus, U.I.,2009.’’Biogas Energi Yang Baik Untuk Dikembangkan Di
Lampung’’. Tersedia di http://harson7223.blogspot.com/2012/12/biogas-di-lampung.html. Diakses pada tanggal 27 Oktober 2013.
Hamidi, N., dkk, 2011.‘’Peningkatan Kualitas Bahan Bakar Biogas Melalui Proses Pemurnian Dengan Zeolit Alam’’. Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya. Malang. Skripsi.
Harsono, 2013. ‘’Aplikasi Biogas Sistem Jaringan Dari Kotoran Sapi Di Desa Bumijaya Kec, Anak Tuha Lampung Tengah Sebagai Energi Alternatif Yang Efektif’’. Jurusan Teknik Mesin,Universitas Lampung. Skripsi. Hastuti, D., 2009. ‘’Aplikasi Teknologi Biogas Guna Menunjang Kesejahteraan
Petani Ternak’’, Fakultas Pertanian, Universitas Wahid Hasyim. Tesis. Tersedia di http://www.unwahas.ac.id. Diakses pada tanggal 30 Oktober 2013.
Junus, M., 1987. ’’Teknik Membuat dan Memanfaatkan Unit Gas Bio’’, Fakultas Peternakan, Universitas Brawijaya, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Skripsi.
Lazuardi, I., 2008. ‘’Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas Model Terapung’’, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatra Utara. Skripsi.
Yogyakarta. Tersedia di http://www.-petra.ac.id/science/applied /biogas.htm. Diakses pada tanggal 19 Oktober 2013.
Saputro, R.R., 2004. ”Pembuatan Biogas Dari Limbah Peternakan”, Fakultas Peternakan Undip, Press : Semarang. Dalam, Herlina, Dewi, M., dkk, 2010. Skripsi.
