APLIKASI
THERMAL PRE-TREATMENT
LIMBAH TANAMAN JAGUNG (
Zea
mays
) SEBAGAI CO-SUBSTRAT PADA PROSES ANAEROBIK DIGESTI
UNTUK PRODUKSI BIOGAS
$SSOLFDWLRQRI7KHUPDO3UHWUHDWPHQWRQ&RUQ6WRYHU
Zea mays
DV$&R6XEVWUDWHLQ$QDHURELF
'LJHVWLRQ3URFHVVIRU%LRJDV3URGXFWLRQ
Darwin, Yusmanizar, Muhammad Ilham, Afrizal Fazil, Satria Purwanto, Sarbaini, Fatwa Dhiauddin
Jurusan Teknik Pertanian, akultas Pertanian, Universitas S iah Kuala,
Jl. Krueng Kalee, Darussalam, Banda Aceh, 23111 Email: d rwin ae ahoo.com
ABSTRAK
Thermal pre-treatment diberikan ada limbah tanaman jagung dengan tujuan untuk memecahkan kandungan lignin
ang terda at ada limbah tanaman jagung sehingga memudahkan mikroorganisme anaerobik untuk mengkonversi olimer ang beru a selulosa dan hemiselulosa menjadi biogas. Tujuan dari enelitian ini adalah untuk melakukan kajian mengenai enera an thermal pre-treatment ada limbah tanaman jagung terhada roses anaerobik digesi ang
meli uti e siensi roses digesi dan roduksi biogas ang dihasilkan. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan reaktor ti e batch ang suhun a di ertahankan ada kondisi mesophilic atau di atas rata-rata suhu kamar 33 ± 2
o ). asil enelitian di eroleh bahwa thermal pre-treatment ang diberikan ada limbah tanaman jagung mam u mem erce at roses roduksi biogas ada 10 hari ertama sehingga da at mengurangi lag-phase ada roses anaerobik
digesi. Limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment mengalami erlambatan roduksi biogas ada
hari ke 26 dengan rata-rata total roduksi 12. 12,5 mL untuk limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment selama 15 menit, dan 12.310 mL untuk limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment selama
25 menit, sedangkan limbah tanaman jagung ang tidak diberikan pre-treatment menghasilkan roduksi biogas sebesar
12.557 mL ada hari ke 26. Produksi biogas harian tertinggi terjadi ada substrat ang diberikan thermal pre-treatment
25 menit, dengan roduksi biogas tertinggi ada hari ke 9 dengan rata-rata roduksi sebesar 915 mL. Substrat ang diberikan thermal pre-treatment 15 menit juga mem roduksi biogas jauh lebih tinggi 772,5 mL) ada hari ke 9 jika
dibandingkan dengan substrat tan a diberikan pre-treatment ang han a mem roduksi biogas sebesar 05 mL. Data
hasil enelitian menunjukkan bahwa limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment mem eroleh biogas yield lebih tinggi dari ada ang tidak diberikan pre-treatment dimana 670,39 mL g volatile solids untuk thermal pre-treatment 15 menit, 690,65 mL g volatile solids untuk thermal pre-treatment 25 menit dan 56,37 mL g volatile solids
untuk limbah tanaman jagung ang tidak diberikan pre-treatment.
Kata kunci: Thermal pre-treatment, limbah tanaman jagung, anaerobik digesi, biogas
ABSTRACT
PENDAHULUAN
Secara umum limbah tanaman jagung aitu limbah hasil anen tanaman jagung ang ditinggalkan setelah bonggol atau buah jagungn a di etik ang terdiri dari batang, daun, tongkol dan kulit jagung egional Agronomist, 2007). Limbah tanaman jagung corn stover) juga meru akan
biomassa lignoselulosa ang terdiri dari bebera a kom onen en usunn a aitu lignin, selulosa, dan hemiselulosa. heng dkk. 2010) mengungka kan bahwa sebagai biomassa lignoselulosa, limbah tanaman jagung terdiri dari 7-8 lignin, 35- 0 selulosa, dan 17-35 hemiselulosa. Sebagai biomassa lignoselulosa, limbah tanaman jagung memiliki otensi untuk digunakan sebagai bahan baku feedstock) ada
roses roduksi bioenergi. alau un roduksi energi alternatif da at juga di eroleh dari biomassa dan roduk hasil ertanian lainn a, akan teta i roduksi energi dengan menggunakan bahan baku limbah tanaman jagung lebih menguntungkan karena bahan bakun a tersedia dalam jumlah ang besar tan a harus berkom etisi dengan kebutuhan bahan angan se erti mem roduksi energi alternatif dengan menggunakan singkong, jarak agar ang membutuhkan waktu tanam, bia a
roduksi serta lahan tanam US D E, 2001).
aish dkk. 1988) men atakan bahwa biogas ang di roduksi dari anaerobik reaktor menghasilkan kandungan metan ang tinggi dibandingkan dengan biogas ang dihasilkan dari tum ukan sam ah dan limbah ang ada di la angan. Selama roses anaerobik digesi, ada bebera a jenis gas ang dihasilkan. Kom osisi biogas ang dihasilkan dari roses anaerobik digesi terdiri dari 60 sam ai 70 metan, 30 sam ai dengan 0 karbondioksida, serta gas-gas lainn a se erti hidrogen sul da dan ammonia ansen, 2003).
Proses anaerobik digesi dengan menggunakan limbah tanaman jagung sebagai co-substrat da at terhambat dengan adan a kandungan lignin. Se erti ang telah diketahui bahwa kandungan lignin ang terda at ada limbah jagung tidak da at terurai selama roses anaerobik digesi endriks dan eeman, 2009 ang dan Schmidt, 2010). al ini terjadi selama roses hidrolisis dimana mikroorganisme serta en im ekstra seluler terhalang oleh kom onen lignin sehingga tidak
mam u mengakses nutrisi ang terdiri dari selulosa dan hemiselulosa untuk dikonversikan menjadi gula ubia dkk., 2011).
Anaerobik co-digesi da at meningkatkan roses digesi dari bebera a limbah ang mengandung karbohidrat, rotein dan lemak ang mungkin tidak da at terurai dengan mudah Darwin dkk., 201 Mondrag n dkk., 2006). Bebera a enelitian terdahulu telah mengungka kan bahwa anaerobik digesi ang dilakukan dengan bebera a jenis co-substrat se erti limbah batang jagung, limbah tanaman gandum, jerami adi, switchgrass mam u meningkatkan roduksi
biogas dan metan dengan jumlah ang sangat signi kan rolla dkk., 2011 Darwin dkk., 201 Gontu il dkk., 2012). Penambahan 30 co-substrat mam u meningkatkan methane yield ang meru akan jumlah total gas metan ang dihasilkan
dibagi dengan jumlah kandungan volatile solids bahan ang
digunakan, dimana methane yield ang dihasilkan sekitar 1,2
sam ai 1,6 kali li at dibandingkan dengan anaerobik digesi ang han a menggunakan limbah manure sa i rolla dkk., 2011 Lo dkk., 198 ).
Biogas meru akan suatu roduk ang di eroleh dari hasil roses enguraian bahan-bahan organik ang dilakukan oleh mikroorganisme aish dkk., 1988). sho 2010) men ebutkan bahwa fermentasi dari limbah biologi serta
manure ang di eroleh dari roses eternakan ang terdiri
dari urine dan feses ada tem at tertutu tan a adan a udara dan menghasilkan gas sebagai hasil dari aktivitas mikroorganisme disebut dengan biogas. al ini berarti bahwa biogas meru akan roduk akhir dari fermentasi mikrobiologi atau roduk dari roses metabolisme ang dilakukan oleh bakteri methanogenic ag and S ab , 2011).
ubia dkk. 2011) men atakan bahwa bakteri hydrolitic
menguraikan substrat sangat lambat selama roses anaerobik digesi ang disebabkan oleh adan a struktur kimia dan sika ang sangat keras dari bahan-bahan biomassa lignoselulosa. Untuk menghindari en umbatan ada digester serta mengurangi resiko kegagalan ada roses anaerobik digesi karena sulitn a mikroorganisme memecahkan dan menghancurkan substrat dari biomassa lignoselulosa maka erlu dilakukan engecilan ukuran dari feedstock ang akan
digunakan.
re-treatment at 25 minutes 915 mL). orn stover given with 15 minutes thermal re-treatment also generated higher dail biogas roduction at da 9 772.5 mL) com ared with corn stover that was not re-treated 05 mL). This research also revealed that corn stover given thermal re-treatment reached higher biogas ield com ared with non re-treated corn stover where their biogas ield were 670.39, 690.65 mL g volatile solids added at 15 and 25 minutes thermal re-treatment res ectivel , and 56.37 mL g volatile solids added of non re-treated corn stover.
aktor utama ang mem engaruhi roduksi bio-metan ada roses anaerobik digesi biomassa lignoselulosa aitu sifat-sifat intrinsik dari biomassa itu sendiri, serta aktivitas mikro-organisme ang terda at di dalam digester. Proses pre-treatment terhada biomassa lignoselulosa sangat enting
dilakukan sebelum bahan tersebut dimasukan ke dalam reaktor anaerobik. Proses ini enting dilakukan untuk memecahkan rantai olimer menjadi molekul ang lebih kecil sehingga memudahkan mikro-organisme untuk mem eroleh dan mengkonversi selulosa menjadi biogas ang dan Schmidt, 2010). Dengan melakukan pre-treatment maka struktur dari
biomassa lignoselulosa akan di ecahkan sehingga kom onen dari biomassa ang mengandung gula akan mudah diakses oleh mikro-organisme anaerobik ang dkk., 2009). hang dan hi in 1999) men ebutkan bahwa engecilan ukuran secara mekanis da at membantu eningkatan roses biodegradasi oleh mikroorganisme dimana dengan melakukan engecilan ukuran dinding sel dari biomassa akan di ecahkan sehingga kom onen-kom onen organik ang mudah terurai akan lebih mudah diakses oleh mikroorganisme.
Thermal pre-treatment meru akan metode ang
sangat menjanjikan dan memiliki berbagai keuntungan untuk ditera kan ada roses konversi limbah biomassa lignoselulosa menjadi bioenergi. al ini karena thermal pre-treatment da at memecahkan kandungan lignin ada limbah
biomassa lignoselulosa tan a memerlukan tambahan bahan-bahan kimia se erti sodium hidroksida, sehingga enera an metode ini sangat ekonomis untuk ditera kan. Studi ang dilakukan oleh Lei dkk. 2013) mengungka kan bahwa enera an hydrothermal pre-treatment ada biomassa jenis
herbal da at mengo timalkan roses hidrolisis, dimana dengan diberikann a thermal pre-treatment ada limbah
biomassa maka akan mem ermudahkan roses hidrolisis dalam mengkonversi sen awa kom lek se erti selulosa menjadi kom onen sederhana se erti gula.
Studi ang dilakukan oleh Alvira dkk. 2010) mengungka kan bahwa enera an thermal pre-treatment
ada limbah biomassa lignoselulosa untuk dikonversikan menjadi bioenergi sangat dianjurkan karena diangga sebagai metode pre-treatment limbah biomassa ang aman
dan ramah terhada lingkungan karena tidak meninggalkan residu bahan-bahan kimia ang da at merusak lingkungan.
Thermal pre-treatment dengan menggunakan air anas juga
diketahui da at meningkatkan erubahan struktur sik dari biomassa lignoselulosa sehingga da at mengo timalkan roses hidrolisis untuk menghasilkan gula Mosier dkk., 2005 Lei dkk., 2013). Perubahan- erubahan struktur sika dari biomassa lignoselulosa ang diberikan erlakuan
thermal pre-treatment dengan menggunakan air anas
meli uti engurangan struktur kristal atau kandungan lignin, eningkatan roses en imatis ada taha an hidrolisis,
eningkatan ukuran ori- ori biomassa lignoselulosa sehingga memudahkan en im-en im hidrolisis dalam mengakses selulosa untuk selanjutn a dikonversikan menjadi gula alch dkk., 1992 Mok dkk., 1992 Grethlein, 1985).
Dengan demikian pre-treatment ada limbah tanaman
jagung erlu dilakukan untuk melunakkan serta memecahkan lignin sehingga mikroorganisme da at dengan mudah mengkonversikan selulosa dan hemiselulosa menjadi gula dan untuk selanjutn a dikonversikan menjadi biogas. leh karena itu, ada enelitian ini dilakukan thermal pre-treatment ada
limbah tanaman jagung dengan berbagai variasi waktu untuk meningkatkan e siensi ada roses anaerobik digesi dalam mem roduksi biogas.
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat
Bahan-bahan ang di ergunakan adalah limbah tanaman jagung ang di eroleh dari erkebunan rak at di Desa Lambeugak, Kecamatan Kuta ot Gile, Aceh Besar, dan inokulum ang digunakan sebagai starter untuk mem erce at
roses anaerobik digesi dalam mem roduksi biogas di eroleh dari digester semi kontinu ang dio erasikan ada kondisi
steady state dengan suhu di ertahankan ada kondisi mesophilic atau di atas rata-rata suhu kamar 33 ± 2 o ).
Peralatan ang digunakan dalam enelitian ini antara lain: meter, oven untuk mengukur kadar air dan total solids bahan, furnace untuk mengukur volatile solids, hammer mill
untuk engecilan ukuran limbah tanaman jagung kering,
water displacement gasmeter untuk mengukur biogas ang
dihasilkan, thermostatic waterbath untuk tem at reaktor
anaerobik bero erasi, corong funnel), anaerobik digester
berukuran 1,5 liter, gelas ukur lastik untuk ersia an bahan,
syringe untuk stimulasi engeluran bahan hasil digesi serta
alat enunjang enelitian lainn a.
Pengisian Bahan (Material Loading) ke dalam Reaktor Langkah engisian bahan ke dalam anaerobik reaktor adalah sebagai berikut: 1) Limbah hasil anen tanaman jagung ang di eroleh beru a tongkol, batang dan daun dikeringkan terlebih dahulu kadar air 7,31 ± 3,5 ), kemudian dilakukan engecilan ukuran ± 2 mm dengan menggunakan alat enggiling hammer mill). Limbah jagung
ang sudah digiling, kemudian dilakukan analisis total solids
dan volatile solids-n a. Analisis ini di erlukan karena ada
roses anaerobik digesi kandungan volatile solids dari limbah
dengan cara dimasukkan ke dalam wadah ang berisi air anas dengan tem erature 100 ± 5 o . Durasi emanasan disesuaikan dengan erlakuan ercobaan aitu 15 dan 25 menit. 3) Dilakukan engukuran total solids dan volatile solids dari limbah tanaman jagung ang sudah digiling dan
ang sudah dilakukan thermal pre-treatment, serta inokulum
atau starter ang digunakan. nokolum ang digunakan
ada enelitian ini aitu 10 v v dari 1 liter volume kerja reaktor anaerobik ang digunakan. nokulum ini di eroleh dari HIÀXHQW roses anaerobik digesi limbah manure sa i
ang dio erasikan ada reaktor semi kontinu ang suhun a juga di ertahankan ada kondisi mesophilic atau di atas
rata-rata suhu kamar 33 ± 2 o ). ) Proses anaerobik dilakukan ada konsentrasi 3 total solids. Persentase atau jumlah
biomassa limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment dan ang tidak diberikan pre-treatment)
ang dimasukkan ke dalam reaktor didasarkan ada jumlah inokulum 11,3 g L) dan biomassa 20,17 g L). nokulum
ang digunakan ada enelitian ini memiliki karakteristik beru a 7,08, konsentrasi total solids 1,13 dan volatile solids 56.8 . Ada un limbah tanaman jagung kering ang
digunakan aitu memiliki total solids 92,69 ± 3,5 dan volatile solids 85,28 ± ,95 .
di ertahankan ada kondisi mesophilic atau di atas
rata-rata suhu kamar 33 ± 2 o ). Pengukuran roduksi biogas dilakukan setia hari dengan mencatat eningkatan level gas ada gas meter. Pada roses anaerobik digesi ini, biogas ang dihasilkan dari reaktor dihubungkan ke tabung ang berisi air dan kemudian biogas tersebut dialirkan ke tabung gas meter. Biogas ang dialirkan ke tabung ang berisi air bertujuan untuk membersihkan kandungan biogas dari kom onen-kom onen ang tidak diinginkan se erti hidrogen sul da
2S) dan karbon dioksida 2) hao dkk., 2010 Darwin dkk., 201 ). Metode ini ditera kan karena 2 dan 2S meru akan kom onen dari biogas ang lebih mudah larut di dalam air dibandingkan gas metan hao dkk., 2010). Pengamatan dan Analisis
Parameter anaerobik digesi ang diamati aitu roduksi biogas er hari, engukuran , total solids TS), volatile solids S), total dissolved solids TDS) dan total kjedahl
nitrogen TK ) terhada bahan ang dimasukkan LQÀXHQW) ke dalam reaktor dan bahan ang dikeluarkan HIÀXHQW) dari reaktor setelah selesain a roses anaerobik digesi ang ditandai dengan berhentin a roduksi biogas. Analisa sam el LQÀXHQW dan HIÀXHQW ini dilakukan berdasarkan metode standar AP A, 1998).
Durasi roses anaerobik digesi serta engukuran roduksi biogas ditentukan berdasarkan sebera a lama roses anaerobik digesi dari tia -tia reaktor menghasilkan biogas. Pengukuran arameter e siensi digesi di erlukan untuk mengetahui kinerja dari tia -tia reaktor anaerobik dalam menjalani roses anaerobik digesi Joane, 1991 Darwin dkk., 201 ), engukuran arameter e siensi digesi ang dilakukan ada enelitian ini meli uti volatile solids reduction, dan biogas yield.
HASIL DAN PEMBAHASAN Produksi Biogas
Produksi biogas dari manure, tan a enambahan feedstock limbah tanaman jagung sangat sedikit dibandingkan
dengan roduksi biogas dari cam uran manure sa i dan
limbah tanaman jagung co-digesi). asil enelitian menunjukkan bahwa roduksi rata-rata biogas kumulatif dari
manure sa i selama 7 hari mengalami eningkatan ang
tidak signi kan, dengan total roduksi biogas sam ai hari ke- 7 adalah 887,5 mL. Produksi rata-rata biogas kumulatif dari manure sa i ang dicam urkan dengan limbah tanaman
jagung tan a pre-treatment terus mengalami eningkatan,
dimana roduksi biogasn a ada hari ke- 7 adalah 15.969,5 mL. Limbah tanaman jagung dengan thermal pre-treatment
selama 15 menit menghasilkan total roduksi biogasn a aitu Gambar 1. Diagram alir taha an enelitian
Proses Anaerobik Digesi
eaktor ang sudah diisikan dengan substrat, ang meli uti reaktor ang han a berisi inokulum dan manure
sa i, reaktor ang berisi inokulum dan limbah tanaman jagung ang tidak diberikan pretreatment, serta inokulum dan
limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pretreatment
1 .362,5 mL. Produksi rata-rata biogas kumulatif dari manure
ang dicam urkan dengan limbah tanaman jagung dengan
thermal pre-treatment selama 25 menit adalah 1 .225 mL.
Dari hasil enelitian da at diketahui bahwa durasi thermal pre-treatment ang diberikan ada limbah tanaman jagung
selama 15 dan 25 menit tidak jauh berbeda untuk biogas ang dihasilkan. asil ini da at terlihat dari roduksi biogas dari kedua variasi thermal pre-treatment ang menghasilkan
jumlah roduksi biogas ang ham ir sama, dimana total roduksi selama 7 hari roses digesi aitu 1 .225 mL 25 menit thermal pre-treatment) dan 1 .362,5 mL 15 menit thermal pre-treatment).
terlarut di dalam air sehingga memudahkan roses konversi limbah organik tersebut menjadi biogas. Penera an thermal pre-treatment ada feedstock ang memiliki tingkat kekerasan
ang tinggi juga sangat mem engaruhi eningkatan laju roses enguraian kandungan bahan-bahan organik selama roses anaerobik digesi Bougrier dkk., 2008)
Berdasarkan Gambar 2, substrat dari manure ang
dicam ur limbah tanaman jagung dengan thermal pre-treatment 15 dan 25 menit) mengalami eningkatan jumlah
roduksi biogas ang signi kan bila dibandingkan substrat ang tidak dilakukan thermal pre-treatment. al ini da at
terlihat jelas bahwa selama roses anaerobik digesi dari hari ertama sam ai hari ke 20, roduksi biogas ang dihasilkan dari substrat ang diberikan thermal pre-treatment lebih
tinggi 15,29 jika dibandingkan dengan substrat ang tidak diberikan thermal pre-treatment. asil ini masih sedikit lebih
rendah jika dibandingkan dengan bebera a hasil enelitian ang telah dilakukan oleh Gavala dkk. 2003) dan Bougrier dkk. 2008) ang mengungka kan adan a eningkatan roduksi biogas sekitar 20-30 ada substrat lum ur aktif ang diberikan thermal treatment ada suhu 70-121 o .
Peningkatan roduksi biogas terjadi karena tinggin a laju roses hidrolisis ang terjadi ada substrat ang diberikan thermal pre-treatment dibandingkan dengan
substrat ang tan a diberikan pre-treatment, sehingga di awal
roses anaerobik digesi dari substrat ang diberikan thermal pre-treatment da at menghasilkan biogas ang lebih tinggi.
al ini sesuai dengan studi ang dilakukan oleh ang dkk. 2009) ang men atakan bahwa dengan memberikan pre-treatment ada limbah biomassa lignoselullosa maka struktur
dari biomassa lignoselulosa akan mudah di ecahkan sehingga kom onen dari biomassa ang mengandung selulosa akan mudah diakses oleh mikro-organisme anaerobik ang dkk., 2009 Mosier dkk., 2005 Lei dkk., 2013). Dari hasil enelitian juga da at diketahui bahwa roduksi biogas harian tertinggi terjadi ada substrat ang diberikan thermal pre-treatment 25 menit, dengan roduksi biogas tertinggi ada
hari ke 9 dengan rata-rata roduksi sebesar 915 mL. Pada hari ke-9, substrat ang diberikan re-treatment 15 menit juga mem roduksi biogas jauh lebih tinggi 772,5 mL) jika dibandingkan dengan substrat tan a diberikan pre-treatment
ang han a mem roduksi biogas sebesar 05 mL.
Penera an thermal pre-treatment ang diberikan
ada limbah tanaman jagung juga da at mem ermudah mikroorganisme anaerobik untuk menguraikan kandungan bahan organik selama roses anaerobik digesi. al ini terjadi karena lignin ang terkandung di dalam limbah tanaman jagung telah berkurang akibat dari roses thermal pre-treatment, sehingga substrat ang tersedia se erti selulosa
da at lebih ce at dimanfaatkan oleh mikroorganisme Gambar 2. Produksi biogas dari substrat ang diberikan thermal
pre-treatment, tan a pre-treatment dan manure sa i
Dari keem at jenis substrat ang diberikan ada anaerobik reaktor, total roduksi biogas tertinggi selama 7 hari roses digesi di eroleh dari manure dengan cam uran
limbah tanaman jagung tan a pre-treatment 15.969,5 mL).
al ini dikarenakan jumlah bahan makanan substrat) ang dibutuhkan oleh mikroorganisme sulit untuk didegradasikan karena memiliki kandungan lignin ang tinggi oleh karena tidak dilakukann a thermal pre-treatment, sehingga jumlah
bahan makanan bisa bertahan lebih lama dan secara bertaha substrat tersebut dikonsumsi oleh mikroorganisme untuk meningkatkan roduksi biogas. Total roduksi biogas dari substrat ang tidak diberikan thermal pre-treatment han a
berkisar 10 lebih tinggi dari total roduksi biogas ada substrat ang diberikan thermal pre-treatment. Akan teta i,
jika dilihat ada Gambar 2 da at diketahui bahwa substrat ang tidak diberikan pre-treatment memiliki waktu lag phase ang lebih anjang jika dibandingkan dengan substrat
ang telah diberikan thermal pre-treatment. asil ini juga
sesuai dengan enelitian ang dilakukan oleh Bougrier dkk. 2008) ang mengungka kan bahwa enera an thermal pre-treatment ada susbtrat ang beru a lum ur aktif untuk
untuk menghasilkan biogas. Setelah bebera a hari roses anaerobik digesi, nutrisi di dalam reaktor berkurang sehingga mikroorganisme mengalami kekurangan makanann a dan mengakibatkan roduksi biogas juga ikut menurun.
Meski un limbah tanaman jagung ang telah diberikan
thermal pre-treatment menghasilkan total roduksi biogas
lebih sedikit jika dibandingkan dengan ang tidak diberikan
pre-treatment. Akan teta i roses anaerobik digesi ang
diberikan thermal pre-treatment tidak memerlukan waktu
ang lama, hal ini terjadi karena terjadin a eningkatan laju roses hidrolisis ada limbah tanaman jagung ang telah diberikan thermal pre-treatment sehingga roduksi
biogas da at ditingkatkan dalam waktu ang ce at. Dengan emberian thermal pre-treatment ada limbah tanaman
jagung juga da at meningkatkan e siensi roses anaerobik digesi sehingga bakteri da at dengan ce at mengkonversikan selulosa menjadi biogas. asil ini sesuai dengan enelitian ang telah dilakukan oleh Lei dkk. 2013) ang mengungka kan bahwa enera an thermal pre-treatment
dengan menggunakan air anas ada biomassa lignoselulosa akan meningkatkan laju roses hidrolisis untuk mengkonversi selulosa menjadi kom onen sederhana ang beru a gula, dan selanjutn a roduk hasil hidrolisis ini akan dikonversikan menjadi roduk fermentasi se erti alkohol dan volatile fatty acids, ang kemudian akan dikonversikan menjadi gas metan
ada taha roses methanogenesis. Parameter Anaerobik Digesi
Tabel 1 dan Tabel 2 menunjukkan bahwa secara keseluruhan roses anaerobik digesi ang dilakukan berjalan
dengan stabil, hal ini da at diketahui dari nilai dari kedua roses digesi ang mendekati ada rentang o timum untuk roduksi biogas melalui roses anaerobik digesi. Berdasarkan literatur, o timum untuk roduksi biogas terjadi ada rentang 6, dan 7,2 Dinamarca dkk., 2003 heng, 2010). Dari Tabel 1, da at dilihat bahwa LQÀXHQW dari anaerobik co-digesi limbah tanaman jagung dan manure
sa i cuku rendah aitu 5,83. endahn a karena ada saat ditambahkan limbah organik ke dalam reaktor anaerobik maka kecenderungan ang akan terjadi aitu adan a eningkatan tingkat keasaman ada cam uran limbah organik di dalam digester. Peningkatan keasaman ini juga disebabkan adan a eningkatan roduksi volatile fatty acids ada culture
atau cam uran di dalam reaktor, dimana setelah mengalami roses hidrolisis dilanjutkan ada roses acidi kasi ang mengkonversi roduk hasil dari taha an hidrolisis ang beru a sen awa sederhana se erti gula menjadi bebera a kom onen volatile fatty acids se erti asam ro ionat, asam
butirat dan asam asetat heng, 2010). Pada taha an roses acidi kasi ini juga menghasilkan roduk alkohol se erti etanol an dkk., 2011). Setelah melalui roses acidi kasi, volatile fatty acids tersebut terurai menjadi asam asetat, hidrogen dan
karbondioksida, ang selanjutn a ada taha akhir roses anaerobik digesi aitu taha an methanogenesis dimana asam asetat dari hasil roses acetogenesis dikonversikan menjadi biogas ang terdiri dari gas metan, dan karbon dioksida. al ini juga da at dilihat ada Tabel 2, dimana HIÀXHQWdari anaerobik co-digesi limbah tanaman jagung dan manure sa i
meningkat menjadi 6,76 dimana ini termasuk ada o timum untuk roduksi biogas.
Tabel 1. Analisis sam el arameter LQÀXHQWsebelum roses anaerobik digesi
o Substrat
Parameter TDS
mg L) TS ) S ) mg L)TK
1 Manure sa i 6,55 1050 1,13 ± 0,12 56,79 ± 0,79 155,06
2 Manure jagung tan a sa i dan limbah tanaman
pre treatment 5,83 1680 , ± 0,18 78,79 ± 3,06 62,16
3 Manurejagung dengan sa i dan limbah tanaman thermal pre treatment
15 menit 6,72 1380 2,81 ± 0,08 76,16 ± 0,33 386,87
Manure sa i dan limbah tanaman
jagung dengan thermalpre treatment
Meski un anaerobik digesi manure sa i memiliki
ang mendekati o timum untuk roduksi biogas, akan teta i anaerobik digesi ang han a menggunakan manure
sa i sebagai substrat tunggal tidak memiliki cuku nutrisi ang dibutuhkan oleh bakteri anaerobik untuk menghasilkan biogas. al ini da at terlihat dari rendahn a kandungan total solids TS) dan volatile solids S) dari manure sa i aitu
sebesar 1,13 ± 0,12 TS dan 56,79 ± 0,79 S. Sedangkan anaerobik digesi manure sa i ang ditambahkan limbah
tanaman jagung sebagai co-substrate memiliki kandungan total solids dan volatile solids lebih tinggi dari anaerobik
digesi dengan han a menggunakan manure sa i. ilai total solids dan volatile solids dari anaerobik digesi manure sa i
ang ditambahkan limbah tanaman jagung aitu sebesar , ± 0,18 TS dan 78,79 ± 3,06 S. Untuk substrat cam uran dari manure sa i dan limbah tanaman jagung ang
telah diberikan thermal pre-treatment 15 menit, memiliki
kandungan total solids dan volatile solids sebesar 2,81 ± 0,08
TS dan 76,16 ± 0,33 S. Pada substrat cam uran dari
manure sa i dan limbah tanaman jagung ang telah diberikan thermal pre-treatment 25 menit, memiliki kandungan total solids dan volatile solids sebesar 2,73 ± 0,13 TS dan 75, 2
± 0,53 S.
Parameter Total Dissolved Solids TDS) ada keem at
roses anaerobik digesi juga terjadi eningkatan dari sebelum mengalami roses anaerobik digesi LQÀXHQW) dan setelah mengalami roses anaerobik digesi HIÀXHQW). Peningkatan kandungan TDS terjadi karena ada roses anaerobik digesi mengalami roses enguraian sen awa organik kom leks menjadi molekul-molekul sederhana ang larut dalam air ang selanjutn a digunakan untuk roses roduksi biogas Ja akod dkk., 2007). TDS dari anaerobik co-digesi limbah tanaman jagung dan manure sa i juga lebih
tinggi dibandingkan dengan anaerobik digesi ang han a menggunakan manure sa i sebagai substrat tunggal Tabel 1
dan Tabel 2).
Untuk Total Kjedahl Nitrogen TK ) ada anaerobik
digesi manure sa i juga mengalami eningkatan dari 155,06
mg L menjadi 231,03 mg L. Peningkatan TK terjadi karena anaerobik digesi ang han a menggunakan manure sa i
memiliki ka asitas buffer ang rendah, sehingga akumulasi ammonia da at terjadi di dalam reaktor anaerobik ang ada akhirn a da at menghambat roses anaerobik digesi untuk menghasilkan biogas. Pada anaerobik co-digesi limbah tanaman jagung dan manure sa i, dimana kandungan TK
terjadi sedikit enurunan dari 62,16 mg L menjadi 12,53 mg L. Penurunan TK ada roses anaerobik digesi dengan menggunakan limbah tanaman jagung sebagai co-substrat terjadi karena adan a eningkatan ka asitas buffer selama roses sehingga da at meningkatkan kestabilan roses anaerobik digesi untuk mengurangi resiko kegagalan akibat akumulasi ammonia di dalam reaktor anaerobik sehingga ada akhirn a da at meningkatkan roduksi biogas Banks dan um hre s, 1998). Perbedaan terjadi juga ada substrat ang diberikan thermal pre-treatment dimana TK dari
kedua substrat ang telah diberikan thermal pre-treatment
mengalami sedikit eningkatan setelah mengalami roses anaerobik digesi. Adan a eningkatan kandungan TK karena roses enguraian substrat sangat ce at terjadi diawal-awal roses anaerobik digesi ang ditandai dengan eningkatan roduksi biogas Gambar 2), ang kemudian diikuti dengan enurunan roduksi biogas er harin a setelah lebih dari 10 hari roses digesi. Penurunan roduksi biogas terjadi karena adan a engurangan jumlah nutrisi ang tersedia akibat tinggin a laju enguraian nutrisi di awal-awal roses anaerobik digesi. Peningkatan TK ada substrat Tabel 2. Analisis sam el arameter HIÀXHQW sesudah mengalami roses anaerobik digesi
o Substrat
Parameter TDS
mg L) TS ) S ) TK mg L)
1 Manure sa i 6,95 ± 0.02 17 0 ± 1 0,976 ± 0,02 30,879 ± 12,09 231 ± 0,53
2 Manuretanaman jagung tan a pre sa i dan limbah treatment
6,76 ± 0,0 22 0 ± 28 1,3 85 ± 0,08 60, 8 ± , 1 12,5 ± 11,58
3 Manuretanaman jagung dengan sa i dan limbah thermal
pre treatment 15 menit
6,73 ± 0 1975 ± 35 1,118 ± 0,07 57,3315 ± ,27 7,2 ± 1 1,17
Manure sa i dan limbah tanaman jagung dengan thermal
ang diberikan thermal pre-treatment juga diikuti dengan
meningkatn a nilai dari kedua substrat ang diberikan
thermal pre-treatment.
Dari enelitian ini juga da at diketahui bahwa roses anaerobik co-digesi limbah tanaman jagung dan manure
sa i mam u memberikan keunggulan dalam mem roduksi biogas karena da at men ediakan nutrisi ang cuku untuk ertumbuhan mikroorganisme methanogen dalam
menghasilkan biogas. Anaerobik digesi manure sa i dengan
menambahkan limbah tanaman jagung juga da at memberikan eningkatan ka asitas buffer selama roses anaerobik digesi di dalam reaktor sehingga roses anaerobik ang terjadi menjadi lebih stabil Banks dan um hre s, 1998).
E siensi Biodegradasi ada Proses Anaerobik Digesi Produksi biogas dari roses anaerobik digesi di engaruhi oleh bebera a faktor diantaran a aitu biodegradasi dan ketersediaan sen awa-sen awa ang terkandung di dalam biomassa serta kandungan lignin Kalra dan Panwar, 1986). Biogas dan methane yield ang di eroleh dari jumlah total
biogas ang di eroleh er tia gram volatile solids ang
ditambahkan meru akan arameter digesi untuk mengetahui e siensi roses biodegradasi dari roses konversi limbah organik menjadi biogas Lo dkk., 198 ).
Tabel 3. E siensi biodegradasi
Substrat S reduction) BiogasmL g S)yield
Manure 66,015 137,923
Manure + limbah tanaman
jagung 58,812 56,37
Manure + limbah tanaman
jagung dengan thermal pre treatment 15 menit
57,9 2 670,39
Manure + limbah tanaman
jagung dengan thermal pre treatment 25 menit
3,932 690,6 6
E siensi roses digesi juga da at diketahui dengan melihat ersentase engurangan kandungan volatile solids volatile solids reduction). Persentase engurangan
kandungan volatile solids dari roses anaerobik co-digesi
limbah jagung dan manure sa i aitu sebesar 58,812 , sedangkan ersentase engurangan volatile solids dari
anaerobik digesi manure sa i aitu sebesar 66,01 . Pada
substrat ang diberikan thermal pre-treatment 15 menit
memiliki ersentase engurangan kandungan volatile solids
sebesar 57,9 , dan untuk substrat ang diberikan thermal
pre-treatment 25 menit, ersentase engurangan kandungan volatile solidsn a aitu han a 3,93 .
Meski un roses anaerobik digesi limbah tanaman jagung tan a pre-treatment memiliki ersentase engurangan volatile solids ang sedikit lebih tinggi jika dibandingkan
dengan limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment, akan teta i biogas yield ang dihasilkan dari
anaerobik digesi limbah tanaman jagung ang diberikan
thermal pre-treatment jauh lebih tinggi dari ada biogas yield ang di eroleh dari limbah tanaman jagung tan a pre-treatment. al ini da at terjadi karena jumlah volatile solids ang diuraikan oleh bakteria tidak semuan a da at
dikonversikan menjadi biogas karena dalam roses anaerobik digesi erubahan jalur metabolisme dalam menghasilkan roduk akhir da at berbeda, se erti adan a embentukan bebera a jenis roduk ang berbeda dari volatile fatty acids asam asetat, ro ionat dan butirat), serta bebera a
jenis alkohol se erti etanol dan butanol Pakarinen dkk., 2008 hang dkk., 2005). Biogas yield ang dihasilkan dari
masing-masing substrat aitu 670,39 mL g volatile solids
untuk thermal pre-treatment 15 menit, 690,65 mL g volatile solids untuk thermal pre-treatment 25 menit dan 56,37
mL g volatile solids untuk limbah tanaman jagung ang tidak
diberikan pre-treatment. Dari hasil enelitian diketahui bahwa
walau un adan a kecenderungan erlambatan roduksi biogas dari akhir roses anaerobik digesi limbah tanaman jagung ang diberikan thermalpre-treatment, teta i roduksi
hariann a masih tinggi sehingga total roduksi biogas dari limbah ang tidak diberikan pre-treatment han a selisih 10
lebih tinggi selama 7 hari roses anaerobik digesi.
KESIMPULAN
Thermal pre-treatment ang diberikan ada limbah
tanaman jagung mam u mem erce at roses roduksi biogas ada 10 hari ertama sehingga da at mengurangi lag-phase
ada roses anaerobik digesi. Limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment mengalami erlambatan
roduksi biogas ada hari ke-26 dengan rata-rata total roduksi 12. 12,5 mL ada 15 menit thermal pre-treatment
dan 12.310 mL ada 25 menit thermal pre-treatment,
sedangkan limbah tanaman jagung ang tidak diberikan pre-treatment menghasilkan roduksi biogas sebesar 12.557 mL
ada hari ke-26.
Produksi biogas harian tertinggi terjadi ada substrat ang diberikan thermal pre-treatment 25 menit, dengan
roduksi biogas tertinggi ada hari ke-9 dengan rata-rata roduksi sebesar 915 mL. Substrat ang diberikan thermal pre-treatment 15 menit juga mem roduksi biogas jauh
dengan substrat tan a diberikan pre-treatment ang han a
mem roduksi biogas sebesar 05 mL. Limbah tanaman jagung ang diberikan thermal pre-treatment mem eroleh biogas yield ang lebih tinggi dari ada ang tidak diberikan pre-treatment dimana 670,39 mL g volatile solids untuk thermal pre-treatment 15 menit, 690,65 mL g volatile solids
untuk thermal pre-treatment 25 menit dan 56,37 mL g volatile solids untuk limbah tanaman jagung ang tidak
diberikan pre-treatment.
SARAN
Bebera a analisis tambahan erlu dilakukan ada enelitian lanjutan se erti analisis kom osisi volatile fatty acid, kandungan lignin setelah emberian thermal pre-treatment dan analisis ka asitas buffer dari tia -tia culture
ang ada di dalam anaerobik reaktor.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih disam aikan ke ada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi dan Lembaga Penelitian Universitas S iah Kuala melalui endanaan enelitian. Penulis juga menguca kan terima kasih ke ada Susi hairani ang telah memberikan saran dan bantuan administrasi dalam
elaksanaan enelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Alvira, P., Tom s-Pej , E., Ballesteros, M. dan egro, M.J. 2010). Pretreatment technologies for an ef cient bioethanol roduction rocess based on en matic h drol sis: a review. Bioresource Technology10113):
851- 861.
AP A 1998). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. American Public ealth Association
AP A), American ater orks Association, ater Environment ederation, ashington, D. . USA. Banks, .J. dan um hre s, P. . 1998). The anaerobic
treatment of a ligno-cellulosic substrate offering little natural buffering ca acit . Water Science and Technology38 -5): 29-35.
Bougrier, ., Delgenes, J.P. dan arr re, . 2008). Effects of thermal treatments on ve different waste activated sludge sam les solubilisation, h sical ro erties and anaerobic digestion. Chemical Engineering Journal
139 2): 236-2 .
heng, J., ang, . dan Keshwani, D. . 2010). Biomass to Renewable Energy. Press, Ta lor and rancis
Grou . USA.
rolla, A., Kinsle , . Sauve, T. dan Kened , K. 2011). Anaerobic digestion of manure with various co-substrates. Ontario Rural Waste Water Centre 4: 1-3.
Darwin, heng, J.J., Liu, .M., Gontu il, J. dan Kwon, .S. 201 ). Anaerobic co-digestion of rice straw and digested swine manure with different total solid concentration for methane roduction. International Journal of Agricultural and Biological Engineering
7 6): 79-90.
Dinamarca, S., Aroca, G., ham , ., dan Guerrero L. 2003). The in uence of in the h drol tic stage of anaerobic digestion of the organic fraction of urban solid waste.
Water Science Technology 486): 2 9-25 .
Gavala, . ., enal, U., Skiadas, . ., estermann, P. dan Ahring, B.K. 2003). Meso hilic and thermo hilic anaerobic digestion of rimar and secondar sludge. Effect of re-treatment at elevated tem erature. Water Research3719): 561- 572.
Gontu il, J., Darwin, M., Liu, ., heng J.J. dan hen, . 2012). Anaerobic co-digestion of swine manure and corn stover for biogas roduction. American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting, Dallas, Texas, USA. Hal. 1342-1347.
Grethlein, .E. 1985). The effect of ore si e distribution on the rate of en matic h drol sis of cellulosic substrates. Nature Biotechnology3 2): 155-160.
an, ., ang, ., hen, ., ao, . dan Li, . 2011). Simultaneous bioh drogen and bioethanol roduction from anaerobic fermentation with immobili ed sludge. Journal of Biomedicine and Biotechnology
2011: 1-5.
ansen, . . 2003). Methane Generation from Livestock Wastes, Equipment 5: (2). olorado State Universit .
ort ollins, olorado.
endriks, A.T. .M. dan eeman, G. 2009). Pretreatments to enhance the digestibilit of lignocellulosic biomass.
Bioresource Technology 100: 10-18.
Ja akod , K.P.K., Menik ura, S. .M., Basna ake, B. .A. dan eerasekara, . 2007). Develo ment and evaluation of h drol tic acidogenic rst stage anaerobic reactor for treating munici al solid waste in develo ing countries. Proceedings of International Conference on Sustainable Solid Waste Management, Chennai, India. Hal. 363-369.
Kalra, M.S. dan Panwar, J.S. 1986).Anaerobic digestion of rice cro residues. Agricultural Wastes 17: 263-269.
Lei, ., bulska, . dan Julson, J. 2013). drothermal retreatment of lignocellulosic biomass and kinetics. Journal of Sustainable Bioenergy Systems
3 ): 250-259.
Lo, K. ., Liao, P. ., Bulle , . . dan hieng, S.T. 198 ). A com arison of biogas roduction from dair manure ltrate using conventional and ed lm reactors.
CanadianAgricultural Engineering 261): 73-78.
Mosier, ., endrickson, ., o, ., Sedlak, M. dan Ladisch, M. . 2005). timi ation of controlled li uid hot water retreatment of corn stover. Bioresource technology9618): 1986-1993.
Mok, .S.L. dan Antal Jr, M.J. 1992). Uncatal ed solvol sis of whole biomass hemicellulose b hot com ressed li uid water. Industrial & Engineering Chemistry Research31 ): 1157-1161.
Mondrag n, .A., Samar, P., o , . ., Ahring, B.K. dan ran our, . 2006). Anaerobic codigestion of munici al, farm, and industrial organic wastes: A surve of recent literature. Water Environment Research 786): 607-636.
ag , . dan S ab , E. 2011). Biogas from organic wastes.
Studia Universitatis “Vasile Goldis” Seria Stiintele Vietii21 ): 887-891.
sho, A. 2010). Green Solution to Blackouts: Investigating The Use of Banana Waste for Biogas Production in India. Master of Science Thesis. School of Engineering
De artment of ffshore, Process and Energ Engineering. ran eld Universit .
Pakarinen, ., Lehtom ki, A. dan intala, J. 2008). Batch dark fermentative h drogen roduction from grass silage: The effect of inoculum, , tem erature and S ratio. International Journal of Hydrogen Energy 332):
59 -601.
egional Agronomist. 2007). Corn Stover as an Emergency Feed Source and the Potential for a Supplemental PAN Allowance for Small Grain Sown After Stover Removal. orth arolina De artment of Agricultural
and onsumer Service DA and S). USA.
ubia, M.A.D., ern nde - egr , ., a oso, . dan Borja, . 2011). n uence of article si e and chemical com osition on the erformance and kinetics of anaerobic digestion rocess of sun ower oil cake in batch mode. Biochemical Engineering Journal 58-59:
162-167.
Schmidt, D. 2005). Anaerobic Digestion Overview. Universit
of Minnesota - E tension, De artment of Bios stem and Agricultural Engineering. Minnesota, USA.
U.S. D E. 2001). Corn Stover for Bioethanol-Your New Cash Crop. ational enewable Energ Laborator ,
US. De artment of Energ . ashington, D . USA. aish, J.L., oss, ., Smith, M.S., ar er, S. . dan Allen,
. 1988). Handbook on Biogas Utilization. Atlanta,
Georgia: The Environment, ealth, and Safet Division. Georgia Tech esearch nstitute.
alch, E., emann, A., Schinner, ., Bonn, G. dan Bobleter, . 1992). En matic sacchari cation of hemicellulose obtained from h drothermall retreated sugar cane bagasse and beech bark. Bioresource technology392):
173-177.
ang, G. dan Schmidt, J.E. 2010). Biogas Production from Energy Crops and Agriculturalresidues: A Review.
nformation Service De artment is ational Laborator for Sustainable Energ . Technical Universit of Denmark.
ang, G., Gavala, . ., Skiadas, . . dan Ahring, B.K. 2009). et e lotion of wheat straw and codigestion with swine manure: effect of methane roductivit .
Waste Management 29: 2830-2835
hang, . dan hi in, . 1999). Biogasi cation of rice straw with an anaerobic- hased solids digester s stem.
Bioresource Technology 68: 235-2 5.
hang, B., hang, L.L., hang, S. ., Shi, . . dan ai, .M. 2005). The in uence of on h drol sis and acidogenesis of kitchen wastes in two- hase anaerobic digestion. Environ Technology 263): 329-339.
hao, ., Leonhardt, E., Mac onnell, ., rear, . dan hen, S. 2010). 3XUL¿FDWLRQ7HFKQRORJLHVIRU%LRJDV
Generated by Anaerobic Digestion. limate riendl
