Jurnal Teknik fnergi, \'o1.2 No. 2 Oktober20l2 ISS\:2089 - 2i27

PEMBERIAN PRA-PERLAKUAN (PRE-TREATMENT)PADA ECENGGONDOK SEBAGAI BAHAN BAKU DALAM PEMBUATAN BIOGAS

The Using of Pre-treated llater Hyacinth as Raw Material on BiogasProduction

Purwinda Iriani, M.Si.Jurusan Teknik Konversi Energi-Politeknik Negeri Bandung

Email: purwinda iriani@yahoo.com

AbstrakPembuatan biogas merupakan salah satu upaya diversifikasi proses pengadaan sumber energi terbarukan, yangsaat ini pengembangan teknik dalam kombinasi bahan baku biomassa dan kotoran sapi masih terus dilakukan.Pada penelitian ini, dilakukan produksi biogas dengan tujuan mengukur pengaruh pemberian pra-perlakuan padaeceng gondok terhadap potensi energi yang dihasilkan, dibandingkan pada eceng gondok yang tidak diberi pra-perlakuan (kontrol). Dilakukan dua jenis pra-perlakuan yaitu pra-perlakuan secara fisik (dengan menggunakanpengeringan alami oleh cahaya matahari) dan kimiawi (perendaman bahan baku menggunakan NaOH 3%).Bahan baku yang digunakan adalah campuran eceng gondok dan kotoran sapi dengan perbandingan komposisi3;1. Pembuatan biogas dilakukan di dalam digester 19 L dengan menggunakan fermentasi anaerob dengansistem batch dengan waktu inkubasi selama 42 hari pada suhu ruang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilaipotensi energi paling tinggi diperoleh pada digester dengan pra-perlakuan kimia dengan nilai 1618.77 kJ/L dihari ke-I0, sedangkan pada digester pra-perlakuan fisik adalah 1146.22 kJlL di hari ke-6 dan pada kontroladalah 1412.95 kJ/L.

Kata Kunci; Pra-perlakuan hidrolisis alkali, Biogas, Eceng gondok

AbsttoctThe development of biogos production techniques using d mixture of bionoss and animal husbondrl, manure asi,s ra\| mqteriol is been undergoing. Waler hyqcinth is one of biomass resources lhqt groles wild on open \rqtersand begins to be used os raw moteriol for biogas production. This research had been conducted a biogasproduclion using severql pre-tredtuents on the wqler hyacinth, in order to compore the potentiol energS/ thdtproduced in the pre-treqted waler hyqcinlh biogas produclion, compqre to the non-pretreqled one. There werelwo types ofPrelreatments lhqt used, physicol treatment (using naturol dryingfron the sunlight) and chemicalpre-treqlment (immetsing lhe water hyacinth in the 3'% NqOH solution). The biogas raw materiol was q mixtureof water b)acinh and cow dung with comparison rqlio 3: I . The biogas digester were using a l9 L water gollonand the biogas production was undergo in q qnaerobic condition, batch system, within 12 doys at roomtenperqlure. The results showed lhqt the highest energt potentiql vqlue teas obtained at tlay l0 on the chemicalpre-trealmenl digester, which was 1618.77 kJ / L, whereas on the pre-physicdl treatment digester wqs I146.22hJ / L and the control was 1412.95 kJ / L at day 6.

Key words: Pre-treqtment of alkoline hydrolysis, Biogos, woter hyacinth.

PENDAHULUAN

Permasalahan mengenai ketersediaan energifosil yang semakin menipis dan penggunaannyayang semakin meningkat, menjadi titik tolakmulai diperhatikannya penggunaan energi barudan terbarukan sebagai sumber energi alternatif.Pengembangan energi ahernatif khususnyaenergi terbarukan, terus dilakukan dalarnrangka mendukung program ketahanan energinasional Salah satu energi terbarukan yangmulai diimplementasikan dan dikembangkandi masyarakat lndonesia adalah biogas. Biogas

dengan komposisi utama gas metan, memilikipotensi yang cukup baik untuk dijadikan bahanbakar serta menghasilkan pembakaran yanglebih ramah lingkungan.

Pada saat ini pembuatan biogas denganmenggunakan kotoran sapi mulaidikembangkan dengan penggunaan biomassasebagai bahan baku. Biomassa dari tanamanyang tumbuh dalam populasi tinggi dan hidupsebagai gulma juga dapat dimanfaatkan sebagaibahan baku pembuatan biogas.

185

ISSN:2089-2527

terhadap eceng gondok dan kotoran sapi.Analisis kimia tersebut meliputi kadar air,kadar abu, C-organik (karbon) dan Nitrogen.

Pra-perlakuan Eceng Gondok.

Pada tahap ini dilakukan dua metode pra-perlakuan, yaitu :

a. Pra-perlakuan secara fisikPada tahap ini, eceng gondok dicacahhingga ukuran 1-2 cm untuk selanjutnyadikeringkan di bawah sinar malahariselama 7 hari. Setelah pengeringan. ecenggondok untuk kemudian dibuat bubuk.Bubuk eceng gondok kemudianditambahkan air dengan perbandingan l: 9(w/w) (Ofoefule, 201 1).

b. Pra-perlakuan secara kimiawiMetode pra-perlakuan secara kimiawiyang dilakukan adalah menggunakansenyawa alkali, yaitu NaOH (Patil et.al.,2011). Pada tahapan ini, eceng gondokdimasukkan ke dalam larutan NaOH 30lo

yang kemudian didiamkan selama 2 hari.Perbandingan jumlah eceng gondok danlarutan NaOH adalah I : I (w/w). Derajatkeasaman (pH) campuran eceng gondokdiatur hingga mencapai pH 7 denganpembilasan menggunakan air PAMberkali-kali.

Sebagai kontrol dari kedua perlakuan di atas,

digunakan eceng gondok segar yang hanyadipotong sampai ukuran 5- I 0 cm.

Fermenlos i anaero b i k si sl em b at c h fe eding

Bahan campuran sendiri terdiri dariperbandingan eceng gondok dan kotoran sapisebesar 3 : l. Volume digester yang akandigunakan hingga 90% dari volume totaldigester. Jenis fermentasi yang digunakan padapenelitian ini adalah anaerobik dengan sistempengisian bahan baku safi kali (batchfeeding).Fermentasi di setiap digester baik kontrol danperlakuan (pra-perlakuan fisik dan kimiawi)dilakukan selama 30 hari, dengan kondisi fisiklingkungan fermentasi adalah pH 6,8 - 7, ditemperatur lingkungan 25-30 "C.

Data hasil fermentasi diambil setiap 4 (empat)hari sekali pada setiap digester. Parameter

Metode yang digunakan dalampenelitian ini melalui beberapa tahapan.

Preparasi Alat dan BahanPada tahap ini dilakukan preparasi alat danbahan yang merupakan komponen utamadalam pembuatan biogas, meliputi desain danpembuatan digester volume l9 L dengan tiper5alc& (pemasukan bahan hanya satu kali).Desain digester dapat dilihat pada Gambar l.

Preparasi bahan baku lainnya adalah ecenggondok, alat dan bahan-bahan pendukungproses pra-perlakuan eceng gondok, kotoransapi (starter) dan inkubator yang digunakanselama proses fementasi anaerobik.

Komposisi senyawa organik pada bahan bakuberpengaruh terhadap proses lermentasi yangberlangsung. Berdasarkan hal tersebut, akandilakukan tahap analisis komposisi kimia

ir34 i

1

Ket:1. Galon 191

2. Ball Valve 1/2'3. Stop Valve U4'4. Ban Penampung 1742,75"

186

Jurnal'I eknik Energi, Vol,2 No.2 Oktober 2012

Salah satu biomassa yang mudah didapatmemiliki kelimpahan cukup tinggi adalaheceng gondok.

Beberapa penelitian mengenai penggunaaneceng gondok di dalam pembuatan biogastelah dilakukan. Pada umumnya, prosespenggunaan eceng gondok tanpa melaluiproses pra-perlakuan (pra-perlakuan). Prosespra-perlakuan sendiri bertujan agar strukturkompleks pada bahan berselulosa dapatdengan mudah terhidrolisis dan ditembus olehaktivitas enzimatik mikroorganisme, sehinggahasil biogas yang diperoleh akan lebih cepatdan tinggi (Hanjie, 2010)

METODOLOGI Pf, Nf, LITIAI\I

Gambar 1. Desain Digester Biogas Volume19L

Pengambilan dan analisis data

2 L:1"

i

Jurnal Teknik fnergi. Vol.2 No. 2 Oktobcr 2012

yang diukur meliputi temperatur sekitardigester, volume biogas. dan komposisi gasyang terkandung. Data yang diperoleh darisetiap digester kemudian dianalisis. Padaanalisis komposisi gas, sampel akan dibawadan diukur menggunakan alat GasChromatography (GC). Gas yang akandideteksi oleh alat tersebut adalah CHa danCo:.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil analisis kandungan senyawa organikdari eceng gondok dan s/zdge kotoran sapiyang digunakan sebagai bahan bakuditunjukan pada Tabel.l dan Tabel.2

Tabel. I Karakteristik Eceng Gondok

Parameter Satuan Hasil analisa

%BK 50.88

NTK %BK 0.78

Kadar Air %BB 90.37

Berat Jenis grlcm3 0.47Kadar Abu %BK 8.03

Tabel.2 Karakteristik Sludge kotoran sapi

Parameter Satuan HasilanalisaC-Organik 59.34

NTK YIBKKadar Air %BB 83.19

%BK 12.84

Berat Jenis gr/cm3

Pada Tabel l. Dan Tabel 2 dapat dilihatbahwa eceng gondok dan s/zdge kotoran sapimemiliki kadar air yang sangat besar, yakni90,37%o dan 83,79yo. Kadar C-Organikkeduanya menunjukkan nilai yang cukuptinggi yang menunjukkan bahwa keduanyamerupakan bahan berselulosik cukup tinggi(lebih dari 50%).

Pada penelitian ini digunakan perbandinganpenggunaan massa eceng gondok dan kotoransapi sebanyak 3 : 1. Nilai rasio C,N bahancampuran adalah 58,55. Nilai rasio tersebutberada di atas nilai rasio C,N yang optimumuntuk proses anaerob, yaitu 25-30 (Simamora,2006), sehingga pada lama pembentukan

ISS:{:2089-2527

Pengaruh Pra-PerlakuanProduksi Biogas

Terhadap

Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa secaraumum produksi biogas telah dihasilkan padahari ke-6 di setiap digester, namun profilpeningkatan produksi tersebut tidakberlangsung lama dimana seluruh digestermenunjukkan adanya penurunan produksihingga hari ke-42.

ProduksiBiotas1200

1000

0 610 13 75 77 20 22 27 30 34 17 42

w.ktr (h.ri,kel

Gambar 2. Produksi Biogas Pada SetiapDigester

Produksi biogas pada digester kontrol relatiflebih besar dibandingkan digester padaperlakuan fisik dan kimia. Volume produksibiogas paling tinggi sebesar 1095 mL yangdihasilkan dari digester perlakuan kimia yangdiperoleh di hari ke- 10. Namun pada digesterkontrol dan perlakuan fisik, produksi biogastelah dihasilkan pada hari ke-6 denganmasing-masing volume 1000 mL dan 940mL.

Produksi biogas berkolerasi dengan prosespembentukan gas metan. Pada Gambar 3 danTabel 3 dapat dilihat bahwa secara umumprofil produksi biogas yang dihasilkan daridigester kontrol lebih besar dibandingkandigester dengan bahan baku yang diberiperlakuan. Total volume biogas tertinggi yangdihasilkan selama 42 hari adalah 5060 rnLyang dihasilkan dari digester kontrol,sedangkan pada digester pra-perlakuan kimiamenghasilkan 3885 mL. Total volume biogas

^E@E

I 600

!> 400

2@

0

biogas dan komposisinya akan berpengaruh

187

C-Organik

%BK1.28

Kadar Abu

L03

Untuk itu dilakukan proses pra-perlakuan bagieceng gondok dengan kontrol (lanpapemberian pra-perlakuan) sebagaipembanding.

Jurnrl TekDik Encrgi. \'ol. 2 \o. 2 Oklober 2012

terendah diperoleh dari digester perlakuanfisik yaitu 3405 mL.

Grafik Akumulasi Produksi Biogas

ISSI:2089-2527

Komposisi Gas Metan

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

60

50

40

s-30(J

E

E

E

20

10

0

+KONTROL

.r.l- xoNlRot

0 610 13 15 t7 20 22 27 30 34 37 42

waktu (hari ke-)

Gambar.3. Grafik Akumulasi ProduksiBiogas Pada Setiap Digester

Perolehan total volume biogas yang dihasilkanpada digester kontrol menunjukkan profilgrafik yang berlawanan dengan profilkomposisi metan yang lerkandung (Gambar 4).

Grafik 4. Grafik Komposisi Gas Metanpada Digester Kontrol dan Perlakuan

Dari Grafik 4 di atas diperoleh bahwa dari harike-0 hingga 15, digester kontrol menghasilkankornposisi gas metan lebih tinggidibandingkan digester perlakuan. Namunsetelah hari ke-15, komposisi gas metan pada

digester dengan pra-perlakuan fisik dan kimiaberada di atas digester kontrol. Perbandingankomposisi metan antar perlakuan sendirimenunjukkan bahwa perlakuan fisik bahanmenghasilkan gas metan yang relatif lebiht inggi dibandingkan perlakuan kimia.

Tabel 3. Data Hasil Pengukuran Produksi Biogas pada Digester Kontrol dan Perlakuanwaktu

(hari ke-

)0

Produksi Biogas (mL) Akumulasi Produksi Biogas (mL)

6 940 1000 30

10 815 390 109s 1755 1390 rr25

t2 395 320 580 2150 1110 1705

t4 660 310 310 2810 2020 2015

265 310

3445 2205 2425

391s 2470 2735

375 3250

3705

KONTROT FISIK KIMIA KONTROI- FISIK KIMIA

000000

3305 3795

100 90 5060 3405 3885

188

0 610 13 ts t7 20 22 27 30 34 31 42

waku lhari ke-)

940 1000 30

410

190 240

120

90

286s

250

110

L10

4775

487 5

4965

42 95

Jurnel Teknik Energi. Vol.2 No. 2 Okrober 2012

Tabel 4, Data Pengukuran (omposisiGasMetan pada Digester Kontrol dan perlakuan

waktu(hari ke-)

KONTROT FISI( KIMIA

U 31.96

ISS\:2089-2527

500

450

400

350

?:ooE- 2s0<t

5r*150

100

50

00 610 13 15 t7 20 22 27 30 34 37 42

Waktu (hari ke-)

Gambar 5, Grafik Volume CHa pada Biogas

Dari Grafik di atas diperoleh bahwa volumegas metan yang dihasilkan pada digesterkontrol relatif lebih tinggi dibandingkandigester perlakuan fisik dan kimia. Namunkandungan gas metan tertinggi diperoleh daridigester dengan perlakuan kimia di hari ke-10,yaitu sebesar 451,36 mL. Pada hari tersebutkandungan tertinggi gas metan juga dihasilkanpada digester kontrol, yaitu 393,97 mL. Padadigester perlakuan fisik, kandungan metanlertinggi diperoleh pada waktu yang lebihcepat. yakni di hari ke-6 dengan volumesebesar 319,6 mL.

Pada proses produksi gas metan yangdihasilkan selama fermentasi, diperolehpotensi energi yang dihasilkan seperti yangdapat dilihat pada Tabel 5.

Dari hasil perhitungan nilai kalor biogas danpotensi energi yang dihasilkan selama prosesfermentasi diperoleh bahwa nilai kalor biogastertinggi diperoleh dari digester kimial padahari ke-10, yakni sebesar 1618,77 kJ/L. Nilaitertinggi pada digester kontrol juga diperolehpada hari yang sama dengan nilail4l2.95 kJ/L.Berbeda dengan pra-perlakuan fisik, potensienergi tertinggi diperoleh pada hari ke-6dengan denilai 1146,22 kJlL.

Potensi energi yang dihasilkan dari ketigadigester dipengaruhi komposisi gas metan danvolume biogas yang dihasilkan, sehinggakomposisi gas metan paling tinggi tidakberkolerasi dengan nilai potensi energitertinggi apabila volume gas yang dihasilkantidak dalam jumlah banyak.

I6

22

0

13 48.34 42.09 36.72

t7 51.91 49.86 48.43

46.75 49.27 51.92

30 52.52 s7.78 52.33

37 38.42 53.85 50.56

Komposisi gas CH4 paling tinggi selamafermentasi adalah pada perlakuan fisik, yaitu57,78% di hari ke-30. Nilai komposisi CHapaling tinggi pada perlakuan kimia adalah57,26yo di hari ke-27, sedangkan kontrol(tanpa perlakuan) adalzh 52,52%o di hari ke-30.

Dari hasil tersebut menunjukkan bahwa ecenggondok yang diberi perlakuan fisik dan kirniamemberikan nilai komposisi metan yang lebihtinggi dibandingkan kontrol. Beberapa halyang dapat mempengaruhi hal tersebut antaralain proses hidrolisis dan acedogenesis yangmenghasilkan degradasi senyawa organik lebihcepat sehingga proses metanogenesis lebihcepat dan menghasilkan gas metan lebihtinggi.

Faktor pemberian pra-perlakuan dari hasilpenelitian menunjukkan adanya peningkatankomposisi gas metan. Pre-treatmentmerupakan tahap esensial dalam preparasiselulosa yang akan dihidrolisis secaraenzimatik sehingga menghasilkan yield(berupa monosakarida) yang lebih ringgi.(Wyman dkk., 2005).

Kandungan metan pada setiap volume biogasyang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 5.

I

\

t

189

0

Volume CHa pada Biogas

10 48.34

0 00

15

20 30.78

z7 46.18

t4 34.86

42

.rurnal Teknik Energi, Vol.2 No.2 Oktobcr 2012

Tabel 5. Nilai Kalor Biogas dan Potensi f,nergi yang Dihasilkan

ISSNr2089-2527

waktu(harike-)

0

Nilai Kalor Biogas (U/L)

0.00 0.00 0.00

Potensi Energi (kJl[)

0.00 0.00 0.00

10 1733.68 tr23.27 t478.33 L472.95 438.08 t6t8.77

15 1684.55 1638.28 7432.06 1111.80 507.87 443.94

20 1103.90 7772.77 1767.75 518.84 469.79 548.00

27 1656.22 7847.73 20s3.59 621.08 351.07 492.86

34 t250.23 2008.04 7895.79 L?5.02 220.88 227.49

42 1363.20 1625.37 1847.37 129.s0 L62.s4 t66.26

\\

KESIMPULAN

Hasil penelitian menunjukkan bahwapemberian pra-perlakuan kima pada ecenggondok memberikan nilai potensi energipaling tinggi diperoleh pada hari ke-10 padadigester dengan pra-perlakuan kima dengannilai 1618,77 kJlL, sedangkan pada digesterpra-perlakuan fisik adalah 1146,22 kJlL di harike-6 dan pada kontrol adalah 1412.95 kJlL.

DAFTAR PUSTAKA

Pouhry Litter, Cow Manure AndPrimary Sludge: A Comparative ,Analysis, Research Journal OfC hemical Sciences Y ol. I (7), 22-26.

Simamora, S., Salundik, Sri. W.,Surajudin.2006. Mentbuat Biogas.Agro Media Pustaka, Jakarta

Wyman, C.E., E.D.Bruce, R.T.Elander, M.Holtzapple, Michael R.L. Y,Y.Lee.2005. Coordinated development ofleading biomass pretreatmenttechnologies. J Bioso urc e Tec hno I ogt.

\\

190

KONTROL FISIK KIMIA KONTROT FISIK KIMIA

13

6

1733.68 1509.53 1315.94

0.00 1146.2? 0.00

L7 1736.91 7182.79

30 1883.60 7476.78

?7

Gong, C.S., N.J. Cao, J. Du, G.T. Tsao .1999.Ethanol Production from RenewableResources..-Brorec hno logt,Y ol. 65

Hanjie, Zhang. 2010 .Sludge Treatment ToIncrease Biogas Production. Trita-LWR Degree Project 10-20. Sweden

Ofoefule I A. U , E. O. Uzodinmal And O. D.2009. Comparative Study OfThe EffectOf Different Pretreatment Methods OnBiogas Yield From Water Hyacinth(Eichhomia Crassipes), InternationalJournal Of Plrysical Sciences Yol. 4(8), Pp.535-539, September, 2009

Patil J.H., Molayan Lourdu, Antony Raj,Shetty Vinaykumar, Hosur ManjunathAnd Adiga Srinidhi. 2011.Biomethanation Of Water Hyacinth,