PEMBUATAN BIOGAS DARI RUMEN SAPI DAN SAMPAH ORGANIK Astina Yulianingsih, Deni, Fitri Rahmawati, Silmi Amalia, Wahyu din Prodi Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
ABSTRACT Biogas is an energy production process in the form of gas produced by anaerobic or fermentation activity that goes through a biological process. Organic waste in the landfill will undergo a process of anaerobic decomposition gases CH4 (Methane). In the cow rumen microorganisms are also able to produce methane gas that will be used as materials for biogas. The research was conducted in the laboratoy of Microbiology, Microbiology, Centre for Integrated Laboratory Syarif Hiadayatullah Islamic State University Jakarta. The research was conducted from April 26, 2012 to May 24, 2012. Sampling was conducted at an abattoir, one day before the implementation in the laboratory. Cow rumen samples taken form as much 8 liters for the needs of two treatments. Composition of the media treatmen : rumen fluid + water (1:1); rumen fluid + organic waste + water (2:1:1). Physico-chemical factors were measured: the volume methane gas that is produced every four days, the pH and humidity (T 0 dan T 36 36 ), and the presence of microbees (T 36 36 ). The discrepancies between the fermentor containing the (rumen + water) with (rumen + water + organic waste). The content of methane (NH4) at (rumen + water + organic waste), but in the end tends to fluctuate up and metannya gas content was higher when compared to the fermentor containing (rumen + water). Although the initial pH and final pH seen rising, that the PH levels in the reactor
ABSTRAK Biogas merupakan proses produksi energi berupa gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi yang berjalan melalui proses biologis. Sampah organik di TPA akan mengalami proses dekomposisi secara anaerobik sehingga menghasilkan gas CH (metana). 4
Dalam rumen sapi juga terdapat mikroorganisme yang dapat menghasilkan gas metan yang akan digunakan sebagai bahan pembuatan biogas. Penelitian dilakukan di laboratorium Mikrobiologi Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. Penelitian dilakukan mulai tanggal 26 April 2012 sampai 27 Mei 2012. Pengambilan sampel dilakukan di Rumah Pemotongan Hewan (RPH) sehari sebelum pelaksanaan penelitian di Laboratorium. Sampel berupa rumen sapi yang diambil sebanyak 8 liter liter untuk kebutuhan 2 perlakuan, yaitu 4 1
liter untuk rumen dan air, dan perlakuan kedua yaitu 4 liter untuk rumen, sampah organik dan air. Komposisi media perlakuannya yaitu: Cairan rumen + air (1:1) ; Cairan rumen + Sampah organik + air (2:1:1). Faktor fisika-kimia fisika-kimia yang diukur adalah: volume gas metan yang dihasilkan setiap 4 hari, pH dan kelembaban (T 0 dan T 28 28), keberadaan mikroba (T 28 28). Adanya perbedaan antara fermentor yang berisi antara (rumen + air) dengan (rumen+ air+ sampah organik). Kandungan gas metan (NH 4) pada (rumen + air + sampah organik) berfluktuasi tetapi di akhir cenderung meningkat dan kandungan gas metannya lebih tinggi bila dibandingkan dengan fermentor yang berisi (rumen + air). Meskipun Ph awal dan Ph akhir terlihat meningkat, bahwa kadar PH dalam reaktor < dari 6.5. Kegagalan proses pembuatan biogas dapat dikarenakan oleh tidak seimbangnya populasi bakteri metan terhadap bakteri asam yang menyebabkan lingkungan menjadi sangat asam (pH kurang dari 7) yang selanjutnya menghambat kelangsungan hidup bakteri metan. Kata kunci: Biogas, sampah organik, rumen
PENDAHULUAN Sampah merupakan suatu masalah bagi lingkungan yang hingga kini belum terselesaikan, terutama di negara Indonesia dari tahun ke tahun produksi sampah semakin meningkat, mulai dari sampah organik dan sampah anorganik, baik yang berasal dari limbah rumah tangga sampai limbah industri. Minimnya pengetahuan masyarakat akan pengelolahan sampah sampah yang dihasilkan membuat produksi sampah di TPA (Tempat Pembuangan Akhir) semakin meningkat tanpa ada pengelolahan yang benar dan tepat misalnya saja pembuangan sampah organik dan anorganik yang tidak terpisah. Sampah organik di TPA akan mengalami proses dekomposisi secara anaerobik sehingga menghasilkan gas CH
4
(metana). Gas metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dibanding dengan karbondioksida. Untuk mereduksi emisi metana (CH 4) dari TPA ke atmosfer dapat
digunakan
dengan
cara,
yaitu
memanfaatkan metana di TPA sebagai bahan bakar (biogas) (Ratnaningsih, 2009). Biogas merupakan proses produksi energi berupa gas yang dihasilkan oleh aktifitas anaerobik atau fermentasi yang berjalan melalui proses biologis. Hal ini menyebabkan terdapatnya berbagai komponen penting yang berpengaruh dalam proses pembuatan biogas. Komponen biokimia (biochemist) dalam pembuatan biogas memerlukan perhatian penting. Dalam kotoran sapi juga terdapat gas metan yang akan digunakan sebagai bahan pembuatan biogas. Lambung (rumen) sapi merupakan tempat yang cocok bagi perkembangan metanogen. Gas metan dalam konsentrasi tertentu dapat dihasilkan di dalam lambung sapi tersebut. Proses pembuatan biogas tidak jauh berbeda dengan proses pembentukan gas metan dalam lambung sapi. Pada prinsipnya, pembuatan biogas adalah menciptakan gas metan melalui manipulasi lingkungan yang mendukung bagi proses perkembangan metanogen seperti yang terjadi dalam lambung sapi. Di dalam rumen terdapat 2
populasi mikroba yang cukup banyak jumlahnya.Mikroba jumlahnya.Mikroba rumen dapat dibagi dalam tiga grup utama yaitu bakteri, protozoa dan fungi (Czerkawski, 1986). Mikroorganisme yang terdapat di dalam Bakteri Rumen Sapi dapat meningkatkan fermentasi limbah dan sampah organik, meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk tanaman, serta menekan aktifitas serangga, hama dan mikroorganisme patogen. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui potensi biogas yang dihasilkan dari pengolahan sampah organik segar yang dicampur dengan cairan rumen sapi dan mengukur kadar gas methan yang terkandung dalam biogas. BAHAN DAN METODE Penelitian dilakukan di laboratorium Mikrobiologi Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. Penelitian dilakukan mulai tanggal 26 April 2012 sampai 27 Mei 2012. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah drigen 10 L sebanyak 3 buah, kain kassa lapis 4, corong, selang aquarium 2 m, alumunium 15 cm, lem, plastik putih dan karet gelang. Serta bahanbahan yang digunakan adalah Air, rumen sapi dan sampah organik seperti sayursayuran dan buah-buahan. Pengambilan Sampel Pengambilan sampel dilakukan di Rumah Pemotongan Hewan (RPH) pada tanggal 25 april 2012 sehari sebelum pelaksanaan penelitian di Laboratorium. Sampel dimasukan kedalam drigen berukuran 5 liter dengan lubang pada drigen agar tidak ada penumpunkan gas methan pada drigen. Sampel berupa rumen sapi
yang diambil sebanyak 8 liter untuk kebutuhan 2 perlakuan yaitu 4 liter untuk rumen dan air, dan perlakuan kedua yaitu 4 liter untuk rumen, sampah organik dan air. Pengujian Sampel Sampel dari rumen sapi dilihat terlebih dulu pada mikroskop untuk mengetahui ada tidaknya bakteri yang aktif pada rumen sapi tersebut. Persiapan Sistem Penampungan Biogas Dipotong pipa / selang alumunium sepanjang 15 cm. masukkan ujung pipa kedalam plastik putih sebagai tempat penampungan gas methan dan ikat dengan karet gelang agar tidak ada kebocoran. Dicuci dengan air panas drigen yang akan dipakai agar steril. Dilubangi drigen pada bagian tutupnya dan pada bagian sisi lain drigen bagian atas. Dimasukkan selang alumunium pada bagian tutup drigen yang sudah terpasangi plastik untuk penampungan gas. Produksi Biogas
Disiapkan tempat produksi biogas berupa fermentor sederhana dan disiapkan bahan-bahan baku untuk produksi biogas berupa rumen sapi. Dicampurkan bahanbahan tersebut untuk dimasukkan kedalam masing-masing fermentor sederhana sesuai dengan perlakuan. Diusahakan agar tidak ada udara yang tersisa dalam fermentor dan diusahakan tertutup rapat. Di inkubasi pada suhu kamar selama 36 hari pada kedua perlakuan. Dilakukan pengamatan.
3
A plastik
Campuran Rumen + air
B plastik
Campuran Rumen + air + sampah organik
Komposisi media perlakuan: A = Cairan rumen + air (1:1) B = Cairan rumen + Sampah organik + air (2:1:1) HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses penguraian mikroorganisme untuk menguraikan bahan-bahan organik terjadi secara anaerob. Proses anaerob terdiri dari empat tahap yaitu, hidrolisis, pembentukan asam, pembentukan asetat dan pembentukan metana. Proses anaerob dikendalikan oleh dua golongan mikroorganisme (hidrolitik dan metanogen). Bakteri hidrolitik terdapat dalam jumlah yang besar dalam kotoran karena reproduksinya sangat cepat. Organisme ini memecah senyawa organik kompleks
menjadi senyawa yang lebih sederhana. Senyawa sederhana diuraikan oleh bakteri penghasil asam (acid-forming bacteria menjadi asam lemak dengan berat molekul rendah seperti asam asetat dan asam butirat. Selanjutnya bakteri metanogenik mengubah asam-asam tersebut menjadi metana. Metanogenesis merupakan tahap terakhir dari keseluruhan proses dalam tahap konversi anaerobik dari bahan organik menjadi gas metana dan karbondioksida. Mikroba menggunakan substrat sederhana berupa asetat atau komponen-komponen karbon tunggal seperti CO2, H2, asam format, metanol, metilamin dan CO. Kurang lebih 70 persen produksi gas metana dihasilkan oleh spesies bakteri metanogenesis dengan substrat metil asetat.(Yulistiawati.2008). Metanogen membutuhkan kondisi lingkungan yang optimal untuk dapat memproduksi gas metan. Metanogen sangat sensitif terhadap kondisi di sekitarnya. Bahan organik dalam rumen dapat menghasilkan gas metan apabila metanogen bekerja dalam ruangan hampa udara. Oleh karena itu, proses pembuatan biogas dari rumen harus dilakukan dalam sebuah reaktor atau digester yang tertutup rapat untuk menghindari masuknya oksigen. Reaktor harus bebas dari kandungan logam berat dan sulfida (sulfides) yang dapat mengganggu keseimbangan mikroorganisme. Cairan rumen merupakan, gas metan yang dihasilkan dari produksi biogas tidak hanya berasal dari kotoran sapi saja tetapi juga bisa dihasilkan dihasilkan dari cairan rumen. Lambung (rumen) sapi merupakan tempat yang cocok bagi perkembangan metanogen. Metanogen membutuhkan kondisi 4
lingkungan yang optimal untuk memproduksi gas metan, metanogen sangat sensitive sekali terhadap kondisi sekitarnya (Sutrisno.2009). Tabel 1. Pengukuran Volume Gas Hari ke
Rumen + Air
Rumen + Air + Sampah organik
4
2.5
3
8
1.5
2.5
12
1
1
20
3
2
24
3
2.5
28
3
2
32
1.5
2.5
36
3
4
dalam tingkat keasaman (pH) tertentu. Lingkungan cair (aqueous) dengan pH 6,5 sampai 7,5 di dalam reaktor merupakan kondisi yang cocok bagi pembentukan gas metan oleh metanogen. Tingkat keasaman di dalam reaktor harus dijaga agar tidak kurang dari 6,2.(Sutrisno.2009). Tabel 2. Pengukuran pH Parameter
Rumen + Air
Rumen + Air + Sampah organik
pH awal
4.2
4.2
pH akhir
5
4.7
5.2 5 4.8 4.6
5
pH awal
4.4
pH akhir
4.2
) 4 r e t i l ( s 3 a G e m2 u l o V1
4 Rumen + Air
3.8 Rumen umen + Air
Rumen + Air + Sampah organik
0 4
8 12 20 24 28 32 36 Hari Ke-
Gambar 1. Grafik Pengukuran Volume Gas
Pada Gambar 1. Menunjukkan adanya perbedaan antara fermentor yang berisi antara (rumen + air) dengan (rumen+ air+ sampah organik). Kandungan gas metan (NH4) pada (rumen + air + sampah organik) berfluktuasi tetapi di akhir cenderung meningkat dan kandungan gas metannya lebih tinggi bila dibandingkan dengan fermentor yang berisi (rumen + air). Banyak faktor yang mempengaruhi dalam produksi biogas diantaranya adalah yang paling utama pH dan temperatur. Metanogen dapat berkembang dengan baik
Rume umen + Air + Sampah organik
Gambar 2. Grafik Pengukuran pH
Sedangkan jika dilihat dari gambar 2. terlihat bahwa kadar PH dalam reactor < dari 6.5. Meskipun Ph awal dan Ph akhir terlihat meningkat. Menurut Yani dan Darwis (1990), nilai pH terbaik untuk suatu digester yaitu sekitar 7,0. Bila nilai pH di bawah 6,5 maka aktivitas akan menurun, sedangkan nilai pH di bawah 5,0 fermentasi akan terhenti. Tabel 3. Pengukuran Kelembaban Parameter
Rumen + Air
Rumen + Air + Sampah organik
kelembaban awal
75
75
kelembaban akhir
60
75
5
80 70 60 50 40
kelembaban awal
30
kelembaban akhir
20 10 0 Rumen Rumen + Air Air Rumen Rumen + Air Air + Sampah organik
Gambar 3. Grafik Pengukuran Kelembaban
Kadar air mempengaruhi proses dekomposisi secara biologis, terutama dalam hal pencampuran ( mixing), ketersediaan nutrien dan menjaga agar temperatur konstan. Air penting untuk proses fermentasi metan karena digunakan sebagai pelarut nutrien bagi mikroorganisme sebelum diasimilasi (Froster and Wase, 1989 dikutip oleh Lay et al, 1997). Kadar kelembaban tidak hanya bertujuan untuk pergerakan bakteri tetapi juga mempengaruhi transpor bed serta massa dalam high-solids fatty keseimbangan produksi volatile acids oleh bakteri asidogenik dan konversi asam menjadi metan oleh bakteri metanogen (Ghosh, 1985 dikutip oleh Lay et al, 1997). Penurunan kadar air pada reaktor rumen + air akan memperngaruhi proses metanogenesis. Berdasarkan penelitian Lay et al (1997), aktivitas metanogenesis menurun seiring dengan penurunan kadar kelembaban. Selain PH dan kelembaban hal lain yang dapat mempengaruhi pertumbuhan produksi biogas oleh bakteri anaerobik adalah memperpanjang waktu tinggal (retention time). Menurut (Tobing dan Loebis (1986) dalam Yulistiawati.2008),
dengan waktu penahanan sekitar 40 sampai 50 hari dapat dihasilkan gas methan dalam jumlah yang cukup besar. Sedangkan dalam pembuatan biogas kali ini hanya dilakukan pengamatan selama 36 hari, jadi gas yang dihasilkan pun belum maksimal, ini dibuktikan pada saat dilakukan uji coba, masih tercium bau sampah yang sangat menyengat.ini menandakan gas metan yang dihasilkan belum terbentuk sempurna. Secara ilmiah, biogas yang dihasilkan dari sampah organik adalah gas yang mudah terbakar. Umumnya, semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas. Said (2008) menyatakan bahwa hanya bahan organik homogen, baik padat maupun cair yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Bila sampah-sampah organik tersebut membusuk, akan dihasilkan gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO 2). Tapi, hanya CH4 yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Penempatan fermentor di tempat terbuka dimana suhu dan cuaca sering berubah secara mendadak dapat menjadi pemicu minimnya gas bio yang dihasilkan. Udiharto (1981) menyatakan bahwa bakteri methan sangat peka terhadap perubahan suhu yang mendadak. Untuk mencegah perubahan mendadak, umumnya dilakukan dengan menempatkan pencerna dibawah permukaan. Kegagalan proses pembuatan biogas dapat dikarenakan oleh tidak seimbangnya populasi bakteri metan terhadap bakteri asam yang menyebabkan lingkungan menjadi sangat asam (pH kurang dari 7) yang selanjutnya menghambat kelangsungan hidup bakteri metan.
6
KESIMPULAN
Volume gas paling tinggi yaitu 4 liter di hari ke-36 pada reaktor campuran rumen, air, dan sampah organik namun tidak terbentuk/muncul api ketika dicobakan karena yang terbentuk hanya CO2. pH pada kedua reaktor cenderung naik dari pH awal, namun pH pada kedua reaktor masih dibawah nilai optimum pertumbuhan mikroba yaitu pH 7. Sedangkan pH tertinggi pada hari akhir (hari-36) adalah 5,0. Pada reaktor rumen dan air terjadi penurunan kelembaban yang mengakibatkan mempengaruhi metanogenesis.
DAFTAR PUSTAKA
Yulistiawati. 2008. Pengaruh Suhu dan C/N rasio terhadap Produksi Biogas Berbahan Baku Sampah Organik Sayuran. Skripsi Fakultas Teknologi Pertanian. ITB Yani, M. dan A. A. Darwis. 1990. Diktat Teknologi Biogas. Pusat Antar Universitas Bioteknologi - IPB. Bogor. Ratnaningsih, H. Trieko, YW. 2009. Penentuan Pembnentukan Biogas pada Proses Biodegradasi Campuran Sampa Organik Segar dan Kotoran Sapi dalam Batch Reaktor Anaerob. Jurnal Teknologi Lingkungan Universitas Trisakti. Vol 5. No. 1
Tidak terbentuknya gas methan ditandai dengan tidak munculnya api saat di ujicobakan, karena yang terbentuk hanya karbondioksida (CO 2). Kegagalan proses pembuatan biogas dapat dikarenakan oleh tidak seimbangnya populasi bakteri metan terhadap bakteri asam yang menyebabkan lingkungan menjadi sangat asam (pH kurang dari 7) yang selanjutnya menghambat kelangsungan hidup bakteri metan.
SARAN
Penelitian ini harus dilakukan dengan baik, dari segi peralatan maupun kualitas bahan yang akan digunakan. Penelitian harus dilakukan lebih lama yaitu kurang lebih 40 sampai 50 hari agar dapat dihasilkan gas methan yang cukup besar.
7
