Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas dari Plastik Polietilen
RANCANG BANGUN
ALAT PENGHASIL BIOGAS DARI PLASTIK POLIETILEN
SKRIPSI
Oleh:
LATIF
(2)
RANCANG BANGUN
ALAT PENGHASIL BIOGAS DARI PLASTIK POLIETILEN
SKRIPSI
Oleh:
LATIF
TEKNOLOGI PERTANIAN / 030308023
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk dapat memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
Disetujui Oleh : Komisi Pembimbing
( Ainun Rohanah, STP, M.Si ) ( Achwil Putra Munir, STP M.Si ) Ketua Anggota
DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(3)
METODOLOGI PENELITIAN
Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian ini direncanakan akan dilaksanakan pada bulan Maret-Mei 2008 di Laboraturium Tenkik Pertanian, Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara.
Bahan dan Alat Penelitian
Bahan yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Tangki (drum) besi
2. Kotoran Sapi 3. Air
4. Jerami Padi 5. Plastik Polietilen 6. Papan
7. Bambu
8. Starter
9. Pipa Besi 10.Selang 11.Kawat 12.Plat Besi
(4)
Alat yang digunakan adalah sebagi berikut: 1. Mesin Las
2. Gergaji Besi 3. Gergaji Kayu 4. Pahat Besi 5. Timbangan 6. Manometer 7. Goni
8. Ember 9. Palu 10.Kalkulator 11.Alat Tulis
Metode Penelitian
Penelitian ini mengunakan metode eksperimental untuk mengetahui kemampuan dari alat penghasil dan penampung biogas yang dirancang dengan menguji coba alat di Laboratorium Teknik Pertanian.
Prosedur Penelitian
1. Dirancang dan digambar bentuk alat penampumg biogas dari plastik polietilen.
2. Ditentukan bahan-bahan yang akan digunakan untuk membuat alat penghasil dan penampumg biogas.
(5)
4. Dilakukan pekerjaan bahan (pemotongan, penggergajian, pengelasan, pemasangan dan lainnya) sesuai dengan bentuk dan ukuran yang telah dirancang
5. Ditimbang kotoran sapi sesuai dengan kebutuhan. 6. Ditimbang jerami padi sesuai dengan kebutuhan. 7. Dicampurkan kotoran sapi dan jerami padi dengan air.
8. Dilakukan pengadukan agar diperoleh campuran bahan yang homogen. 9. Dimasukkan bahan yang telah dicampurkan tersebut kedalam tangki
pencerna melalui saluran pemasukkan sesuai kebutuhan.
10.Ditutup saluran pemasukkan dan dipastikan dalam keadaan kedap udara. 11.Dilakukan perlakuan dan pengamatan parameter
Pengamatan Parameter
Adapun parameter yang diamati adalah: 1. Tekanan Biogas
Pengukuran tekanan biogas dilakukan dengan melihat angka atau nilai yang ditunjukkan oleh manometer U yang terpasanag pada tangki pencerna dan plastik pengumpul. Besarnya nilai tekanan yang ditunjukkan pada manometer U menunjukkan besarnya tekanan biogas yang dihasilkan.
2. Lama Nyala Api
(6)
a. Biru (kelas I)
Kategori warna nyala api biru (kelas I) adalah warna nyala api yang dihasilkan pertama kali sampai warna biru berubah menjadi biru kemerahan/merah. b. Biru kemerahan/merah kebiruan (kelas II)
Kategori biru kemerahan/merah kebiruan (kelas II) adalah warna nyala api yang dihasilkan pertama kali sampai warna biru berubah menjadi merah. c. Merah (kelas III)
Kategori merah (kelas III) adalah warna nyala api yang dihasilkan pertama kali.
4. Analisis Ekonomi
Perhitungan biaya dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan, yaitu biaya tetap dan b iaya tidak tetap.
(7)
ABSTRACT
Biogas is a gas the can be produced from anaerobic fermentation of organic matters such as animal or human’s feces, agricultural wastes, or their combination in a digester. In this research the biogas was produced from mixture of cow dung and paddy hay. The aim of this research was to design of a drift biogas producer which was easy to be assembled, cheap, and had a best performance. The result of this experiment showed that the polyethylene digester had a: capacity of 0,25 m3, wet volume 0,2 m3, retention time 68 days, pressure 6,6350 psi, biogas volume of 0,6216 m3, flame time 9135 second (152,3 minute or 2,5 hour), and cost of production Rp 94,6 /litre. Biogas can be applied in a gas stove as for cook.
Keyword: Biogas, polyethylene, pressure, volume, flame time.
ABSTRAK
Biogas merupakan salah satu jenis energi yang dapat dibuat dan dibakar yang diproduksi melalui fermentasi anaerobik bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia, limbah pertanian di dalam suatu ruang pencerna (digester). Biogas dalam penelitian ini berasal dari bahan campuran kotoran sapi dan jerami padi. Penelitian ini bertujuan untuk merancang alat penghasil biogas dari plastik polietilen yang mudah dirakit, murah dan dapat berkinerja dengan baik. Penelitian ini menghasilkan digester yang berbahan dasar dari plastik polietilen dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan kapasitas digester 0,25 m3, bahan isian 0,2 m3, waktu proses 68 hari, tekanan total 6,6350 psi, volume total gas 0,6216 m3, lama nyala api 9135 detik (152,3 menit atau 2,5 jam), dan analisis biaya produksi biogas Rp 94,6 /liter. Biogas yang dihasilkan dapat diaplikasikan ke kompor gas yang dapat digunakan untuk memasak.
(8)
RINGKASAN PENELITIAN
LATIF, ”Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas dari Plastik Polietilen”,
dibimbing oleh Ainun Rohanah sebagai ketua dan Achwil Putra Munir sebagai anggota.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat alat penghasil biogas dari plastik polietilen dengan melakukan studi pustaka, eksperimental, serta pengamatan ke lapangan tentang alat penghasil biogas.
Parameter yang diamati adalah tekanan biogas, volume biogas, lama nyala api, dan analisis ekonomi.
Dari analisis dapat dirangkumkan sebagai berikut:
Performansi Alat
Dari hasil penelitian dapat dikatakan bahwa alat penghasil biogas dari plastik polieitlen ini memiliki performansi yang cukup baik karena dapat diaplikasikan ke kompor biogas untuk memasak.
Tekanan gas
Tekanan gas diperoleh dengan menggunakan manometer U. Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan rata-rata yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas dari plastik polietilen ini adalah 0,1106 psi/hari.
Volume Biogas
Volume biogas diperoleh dengan cara menghitung kenaikan tinggi penampung gas per harinya. Dari hasil perhitungan diperoleh volume rata-rata yang dihasilkan adalah 10,03 liter/hari.
(9)
Lama Nyala Api
Lama nyala api diperoleh dari menghitung lamanya nyala api pada saat pemakaian ke kompor biogas. Dari hasil perhitungan diperoleh lama nyala api adalah 9135 detik (152,3 menit atau 2,5 jam).
Analisis Biaya Produksi Biogas (Rp/liter)
Biaya produksi yang dibutuhkan untuk menghasilkan biogas diperoleh dengan cara menghitung biaya tetap dan biaya tidak tetap. Dari hasil perhitungan diperlukan biaya produksi untuk menghasilkan biogas sebesar Rp.4,836 /liter.
(10)
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Dusun Tanjung Anom, Afdeling IV Dolok Sinumbah, Simalungun pada tanggal 16 Juni 1984 dari ayah Alm. Dalhar dan ibu Boinah. Penulis merupakan anak ke empat dari 4 bersaudara.
Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Laksamana Martadinata Medan dan masuk perguruan tinggi melalui jalur SPMB (seleksi penerimaan mahasiswa baru) pada tahun 2003. Penulis memilih Program Studi Teknik Pertanian Departemen Teknologi Pertanian di Universitas Sumatera Utara.
Selama masa perkuliahan, penulis aktif mengikuti organisasi Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA) sebagai ketua Bidang Ekonomi periode 2006-2007 dan wakil ketua Bidang Dana dan Usaha di Mushola Fakultas Pertanian periode 2005-2007. Penulis juga ikut dalam organisasi pemerintahan Mahasiswa Fakultas Pertanian sebagai anggota Departemen Ekonomi periode 2007-2008 dan pernah ikut dalam anggota Lembaga Survei Indonesia (LSI).
Penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan di PTPN IV Dolok Sinumbah Perdagangan pada tahun 2007.
(11)
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun judul skripsi ini adalah “Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas dari Plastik Polietilen”.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Ainun Rohanah, STP. MSi selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak Achwil Putra Munir, STP. MSi selaku anggota pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. terima kasih khusus kepada Ayahanda Alm. Dalhar dan Ibunda Boinah serta abang dan kakak: Heri, Lainah Amd. Kes., Suhendrianto, ST., Hartini, Spd., Bripda Mukhtar, Yuyun Wardani Harahap, adik Nurmayani dan juga kepada seluruh warga Muslim Komplek Perumahan TPI Tanjung Sari terutama kepada keluarga Bapak H. Hasanudin, Bapak Armein Lubis, Bapak H. Mariful, Bapak Diwan Syahdu, Ahmad Zaki serta teman-teman di Teknik Pertanian kepada Ahmad Ilmuwan, Indri, Indra, Leilil Muttaqin, Suherman, Erwin, Irva serta anak-anak Mushala Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Akhir kata penulis ucapkan terima kasih semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak.
(12)
DAFTAR ISI
Hal
ABSTRACT ... iii
RINGKASAN PENELITIAN ... iv
RIWAYAT HIDUP ... vi
KATA PENGANTAR ...vii
DAFTAR TABEL ... x
DAFFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ...xii
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 2
Kegunaan Penelitian ... 3
TINJAUAN LITERATUR ... 4
Biogas ... 4
Kotoran Sapi Penghasil Biogas ... 5
Proses Pembentukan Biogas ... 6
Faktor-Faktor yang Berpengaruh dalam Pembentukan Biogas ... 7
Perbandingan C/N Bahan Isian ... 7
Lama Fermentasi ... 9
Temperatur ... 9
Kandungan Bahan Kering ...10
Pengadukan ...10
Digester Biogas ...11
Karakteristik Plastik Polietilen ...13
METODOLOGI PENELITIAN ...15
Lokasi dan Waktu Penelitian ...15
Bahan dan Alat Penelitian ...15
Metode Penelitian ...16
Prosedur Penelitian...16
Persiapan ...16
Pembuatan Alat Penghasil Biogas dari Plastik Polietilen ...17
Pembuatan Digester ...17
Pembuatan Saluran Outlet (Pengeluaran Gas) ...17
Pembuatan Lubang Digester di atas Tanah ...17
Pembuatan Penampung Gas ...18
Uji Kebocoran ...18
Perangkaian ...18
Penyiapan Bahan Isian ...19
Proses Pemasukkan Bahn Isian ...20
(13)
Lama Nyala Api...21
Analisis Biaya Produksi ...21
HASIL DAN PEMBAHASAN ...23
Performansi Alat ...23
Tekanan Biogas ...24
Volume Biogas...25
Lama Nyala Api ...26
Analisis Biaya Produksi Biogas ...27
KESIMPULAN DAN SARAN ...30
Kesimpulan ...30
Saran ...30
DAFTAR PUSTAKA ...31
(14)
DAFTAR TABEL
Hal 1. Komposisi dan persentase jumlah gas bio ... 4 2. Karakteristik kotoran sapi... 5 3. Perbandingan C dan N persentase berat kering unsur N dari beberapa jenis
kotoran hewan dan tumbuhan ... 8 4. Kandungan rata-rata bahan kering berbagai jenis kotoran ...10
(15)
DAFTAR GAMBAR
1. Grafik hubungan antara lama fermentasi terhadap tekanan biogas ... 45 2. Grafik volume biogas perhari ... 46
(16)
DAFTAR LAMPIRAN
1. Gambar alat penghasil biogas dari plastik polietilen (tampak samping) ... 33
2. Gambar alat penghasil biogas dari plastik polietilen (tampak atas) ... 34
3. Diagram alir pembuatan biogas ... 35
4. Data tekanan biogas ... 36
5. Data volume biogas ... 38
6. Data daftar bahan pembuatan alat penghasil biogas dari plastik polietilen ... 40
7. Gambar alat penghasil biogas dari plastik polietilen ... 41
8. Gambar digester plastik polietilen ... 41
9. Gambar penampung gas plastik polietilen ... 42
10. Gambar perangkap uap air... 42
(17)
ABSTRACT
Biogas is a gas the can be produced from anaerobic fermentation of organic matters such as animal or human’s feces, agricultural wastes, or their combination in a digester. In this research the biogas was produced from mixture of cow dung and paddy hay. The aim of this research was to design of a drift biogas producer which was easy to be assembled, cheap, and had a best performance. The result of this experiment showed that the polyethylene digester had a: capacity of 0,25 m3, wet volume 0,2 m3, retention time 68 days, pressure 6,6350 psi, biogas volume of 0,6216 m3, flame time 9135 second (152,3 minute or 2,5 hour), and cost of production Rp 94,6 /litre. Biogas can be applied in a gas stove as for cook.
Keyword: Biogas, polyethylene, pressure, volume, flame time.
ABSTRAK
Biogas merupakan salah satu jenis energi yang dapat dibuat dan dibakar yang diproduksi melalui fermentasi anaerobik bahan organik seperti kotoran ternak, kotoran manusia, limbah pertanian di dalam suatu ruang pencerna (digester). Biogas dalam penelitian ini berasal dari bahan campuran kotoran sapi dan jerami padi. Penelitian ini bertujuan untuk merancang alat penghasil biogas dari plastik polietilen yang mudah dirakit, murah dan dapat berkinerja dengan baik. Penelitian ini menghasilkan digester yang berbahan dasar dari plastik polietilen dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan kapasitas digester 0,25 m3, bahan isian 0,2 m3, waktu proses 68 hari, tekanan total 6,6350 psi, volume total gas 0,6216 m3, lama nyala api 9135 detik (152,3 menit atau 2,5 jam), dan analisis biaya produksi biogas Rp 94,6 /liter. Biogas yang dihasilkan dapat diaplikasikan ke kompor gas yang dapat digunakan untuk memasak.
(18)
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sekarang ini energi merupakan suatu permasalahan yang banyak mendapat perhatian manusia. Kenaikan harga bahan bakar minyak (BBM) yang telah ditetapkan pemerintah sangat membebani masyarakat sementara energi yang tersedia seperti minyak bumi, batubara dan gas alam, persediaannya semakin menipis. Sumber daya alam lainnya seperti kayu bakar saat ini masih digunakan, namun penggunaan kayu bakar tersebut mempunyai jumlah yang terbatas dan mempunyai efek samping yang tidak baik untuk kelestarian hutan dan tanaman sehingga penggunaan kayu sebagai bahan bakar harus dikurangi.
Permasalahan tersebut dapat diatasi apabila tidak bergantung pada bahan bakar tersebut dan menggunakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan, murah, mudah diperoleh dan dapat diperbaharui. Salah satunya adalah energi biogas yang merupakan energi yang layak dipergunakan terutama untuk mengatasi masalah energi di daerah pedesaan.
Pemilihan biogas sebagai sumber energi alternatif didasari pada keunggulan yang dimilikinya, yaitu
1. Menghasilkan gas yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari-hari
2. Kotoran yang telah digunakan untuk menghasilkan gas dapat digunakan sebagai pupuk organik yang sangat baik
3. Dapat mengurangi kadar bakteri patogen yang terdapat dalam kotoran yang dapat menyebabkan penyakit bila kotoran tersebut ditimbun begitu saja
(19)
4. Dapat mengurangi permasalahan penanggulangan sampah kotoran menjadi sesuatu yang bermanfaat.
(Ihwan, 2003).
Dalam membuat suatu unit biogas, kita memerlukan suatu tempat atau wadah yang digunakan sebagai alat pencerna. Untuk itu kita membutuhkan digester sebagai tangki pencernanya. Digester atau tangki pencerna ini dapat terbuat dari bahan plastik, drum, ataupun beton, dimana bentuk dari digester sama dengan meniru perut ternak untuk proses pencernaan (Yunus, 1995).
Sebenarnya beberapa desain digester yang telah dikenal dan umum digunakan adalah jenis fixed dome dan floating drum. Tetapi kedua unit biodigester ini relatif mahal dan proses pembuatan membutuhkan tenaga ahli, karena memiliki konstruksi yang rumit. Sementara suku cadangnya tidak selalu tersedia di pedesaan, sehingga kurang tepat untuk daerah pedesaan yang masih terbatas SDM dan peralatannya. Selain itu, rata-rata penduduk pedesaan hanya memiliki beberapa ekor sapi (3 - 5 ekor), sehingga diperlukan desain penampung digester yang tidak terlalu rumit, mudah didapat dan tidak terlalu mahal. Salah satunya dengan menggunakan plastik polietilen (Amaru, 2004).
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancang dan membuat alat penghasil biogas dari plastik polietilen.
(20)
Kegunaan Penelitian
1. Sebagai bahan penulis untuk menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Teknik Pertanian Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
2. Sebagai bahan informasi bagi mahasiswa yang akan mengembangkan teknologi ini.
3. Sebagai informasi bagi masyarakat dalam pemanfaatan biogas sebagai sumber energi alternatif.
(21)
TINJAUAN LITERATUR
Biogas
Biogas adalah dekomposisi bahan organik secara anaerob (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan suatu gas yang sebahagian besar berupa metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbondioksida. Gas yang terbentuk disebut gas rawa atau gas bio. Proses dekomposisi anaerob dibantu oleh sejumlah mikrooganisme, terutama bakteri metan. Disamping itu terdapat gas-gas lain yang komposisinya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi dan persentase jumlah gas bio
Jenis Gas Jumlah (%)
Methan (CH4) 54-70
Karbon Dioksida (CO2) 27-54
Nitrogen (N2) 0,5-2
Karbon Monoksida (CO) 0,1
Oksigen (O2) 0,1
Sumber: Hadi (1981)
Gas metana terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri metan atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangai sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik(biomassa) sehingga terbentuk gas metan (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Gas metan sama dengan gas elpiji (Liquid Petrolium Gas/LPG), bedanya gas metan hanya mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak mengandung atom C (LIPI, 2005).
(22)
yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerobik ini dapat terbakar, berarti mengandung sedikitnya 45% gas metan (Harahap, 1978).
Gas bio yang didominasi oleh gas metana, merupakan gas yang dapat dibakar. Metana secara luas diproduksi di permukaan bumi oleh bakteri pembusuk dengan cara menguraikan bahan organik. Bakteri metanogenesis berperan dalam pembusukan. Bakteri ini terdapat di rawa-rawa, lumpur, sungai, sumber air panas (hot spring), dan perut hewan herbivora seperti sapi dan domba. Hewan-hewan ini tidak dapat memproses rumput yang mereka makan, bila tidak ada bakteri anaerobik yang memecah selulosa di dalam rumput menjadi molekul-molekul yang dapat diserap oleh perut mereka. Gas yang diproduksi oleh bakteri ini adalah gas metana (Meynell, 1976).
Kotoran Sapi Penghasil Biogas
Pada umumnya komposisi kotoran sapi memiliki karakteristik yang dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Karakteristik kotoran sapi
Komponen Massa (%)
Total padatan 3-6
Total padatan volatile (mudah menguap) 80-90
Total Kjeldahl Nitrogen 2-4
Selulosa 5-20
Lignin 5-10
Hemiselulosa 20-25
Sumber : Kumbahan dan industri (1979).
Kotoran sapi merupakan substrat yang dianggap paling cocok sebagai sumber pembuat gas bio, karena substrat tersebut telah mengandung bakteri penghasil gas metan yang terdapat dalam perut hewan ruminansia. Keberadaan
(23)
bakteri di dalam usus besar ruminansia tersebut membantu proses fermentasi, sehingga proses pembentukan gas bio pada tangki pencerna dapat dilakukan lebih cepat. Walaupun demikian, bila kotoran tersebut akan langsung diproses dalam tangki pencerna, perlu dilakukan pembersihan terlebih dahulu (Sufyandi, 2001).
Proses Pembentukan Biogas
Secara garis besar proses pembentukan biogas dibagi dalam tiga tahap yaitu:
1. Tahap hidrolisis
Pada tahap ini, bahan organik dienzimatik secara eksternal oleh enzim ekstraseluler (selulose, amilase, protease, dan lipase) mikroorganisme. Bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat kompleks, protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Sebagai contoh polisakarida diubah menjadi monosakarida sedangkan protein diubah menjadi peptida dan asam amino.
2. Tahap asidifikasi (pengasaman)
Pada tahap ini bakteri menghasilkan asam, mengubah senyawa rantai pendek hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen (H2) dan karbondioksida. Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerobik yang dapat tumbuh dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang
(24)
mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbondioksida, H2S dan sedikit gas metana.
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 bekerja sama secara simbiosis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfer yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metana menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam (Sufyandi, 2001).
Faktor-Faktor yang Berpengaruh dalam Pembentukan Biogas
Banyak faktor yang berpengaruh dalam keberhasilan biogas, diantaranya: 1. Perbandingan C/N Bahan Isian
Rasio C/N adalah perbandingan kadar karbon(C) dan kadar Nitrogen (N) dalam satuan bahan. Semua mahluk hidup terbuat dari sejumlah besar bahan Karbon (C) dan Nitrogen (N) dalam jumlah kecil. Untuk menjamin semuanya berjalan lancar, unsur-unsur nutrisi yang dibutuhkan mikroba harus tersedia secara seimbang. Dalam pertumbuhan mikroba yang optimum biasanya dibutuhkan perbandingan unsur C : N : P sebesar 100 : 2,5 : 0,5 (Yuwono, 2005).
Ternak ruminansia seperti sapi, kambing dan domba rata-rata lebih lama dalam menghasilkan gas bio dibandingkan dengan ternak non ruminansia. Lamanya produksi gas bio disebabkan oleh mutu pakan yang lebih rendah,
(25)
sehingga rasio C/N-nya tinggi akibatnya perkembangan mikroba pembentuk gas lebih lama dibandingkan yang bermutu tinggi. Tinggi rendahnya mutu ini tergantung pada nilai N (nitrogen) di dalam ransum. Namun demikian nilai N juga tergantung pada C (karbon). Jadi, perbandingan C dan N akan menentukan lama tidaknya proses pembentukan gas bio (Yunus, 1995).
Bahan isian dilihat dari persentase kandungan C dan N (C/N=30). Untuk mencapai kandungan C/N=30, biasanya dilakukan pencampuran antara bahan tumbuhan dan kotoran hewan atau manusia. Kandungan C dan N pada beberapa bahan dinyatakan dalam tabel berikut.
Tabel 3. Perbandingan C dan N persentase berat kering unsur N dari beberapa jenis kotoran hewan dan tumbuhan
Jenis Bahan Perbandingan C/N N Berat Kering (%) Manusia Ayam Kambing/domba Babi Kuda Sapi/Kerbau Rumput Muda
Sayuran (bukan kacang-kacangan) Jerami Gandum/Padi Serbuk Gergaji 6-10 15 25 25 25 18 12 11-19 150 200-500 6,0 6,3 3,8 3,8 2,3 1,7 4,0 2.5-4,0 0,5 0,1 Sumber : Wulandari (2006).
Ternak ruminansia seperti sapi, kambing dan domba rata-rata lebih lama dalam menghasilkan gas bio dibandingkan dengan ternak non ruminansia. Lamanya produksi gas bio disebabkan oleh mutu pakan yang lebih rendah, sehingga rasio C/Nnya tinggi akibatnya perkembangan mikroba pembentuk gas lebih lama dibandingkan yang bermutu tinggi. Tinggi rendahnya mutu ini
(26)
Imbangan karbon (C) dan nitrogen (N) yang terkandung dalam bahan organik sangat menentukan kehidupan dan aktivitas mikroorganisme. Imbangan C/N yang optimum bagi mikroorganisme perombak adalah 25-30. Kotoran (feses dan urine) sapi perah mempunyai kandungan C/N sebesar 18. Karena itu perlu ditambah dengan limbah pertanian lain yang mempunyai C/N yang tinggi atau lebih dari 30. Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan isian harus terhindar dari bahan anorganik seperti pasir, batu, beling dan plastik (Simamora, dkk, 2006).
2. Lama Fermentasi
Secara umum menurut Sweeten (1979), yang dikutip oleh Fontenot (1983), menerangkan bahwa proses fermentasi/pencernaan limbah ternak di dalam tangki pencerna dapat berlangsung 60-90 hari, tetapi menurut Sahidu (1983), hanya berlangsung 60 hari saja dengan terbentuknya gas bio pada hari ke-5 dengan suhu pencernaan 28 oC, sedangkan menurut Hadi (1981), gas bio sekitar 10 hari.
3. Temperatur
Tempertur yang tinggi akan memberikan hasil biogas yang baik. Namun suhu tersebut sebaiknya tidak boleh melebihi suhu kamar. Bakteri ini hanya dapat subur bila suhu disekitarnya berada pada suhu kamar. Suhu yang baik untuk proses pembentukan biogas berkisar antara 20-40 oC dan suhu optimum antara 28-30 oC (Paimin, 2001).
(27)
27oC-28oC. Dengan temperatur itu proses pembuatan biogas akan berjalan sesuai dengan waktunya. Tetapi berbeda bila temperatur terlalu rendah (dingin), maka waktu untuk membentuk biogas akan lebih lama (Paimin, 2001).
4. Kandungan Bahan Kering
Bahan isian dalam pembuatan bio gas harus berupa bubur. Bentuk bubur ini dapat diperoleh bila bahan bakunya mempunyai kandungan air yang tinggi. Bahan baku dengan kadar air yang rendah dapat dijadikan berkadar air tinggi dengan menambahkan air ke dalamnya dengan perbandingan tertentu sesuai dengan kadar bahan kering bahan tersebut. Bahan baku yang paling baik mengandung 7-9 % bahan kering (Paimin, 2001).
Aktivitas normal dari mikroba metan membutuhkan sekitar 90% air dan 7-10% bahan kering dari bahan masukan untuk fermentasi. Dengan demikian isian yang paling banyak menghasilkan biogas adalah yang mengandung 7-9% bahan kering. Untuk kandungan kering sejumlah tersebut bahan baku isian biasanya dicampur dengan air dengan perbandingan tertentu. Sebagai contoh bahan baku kotoran sapi harus dicampur dengan air dengan perbandingan 1:1 atau 1:1,5.
Tabel 4. Kandungan rata-rata kandungan bahan kering berbagai jenis kotoran
Jenis Kotoran Bahan Kering (%)
Ayam/Burung Sapi
Babi Manusia
25 18 11 11 Sumber : Meynell (1976)
(28)
karena itu, sebaiknya setiap unit pembuat biogas dilengkapi alat pengaduk. Pemasangan alat pengaduk harus dilakukan dengan hati-hati agar jangan sampai terjadi kebocoran pada tangki pencerna (Paimin, 2001).
Sebelum bahan isian dimasukkan ke dalam digester terlebih dahulu dilakukan pengadukan, dimana tujuan dari pengadukan ini adalah untuk menyeragamkan atau menghomogenkan bahan isian. Jika tidak dilakukan pengadukan akan terjadi penggumpalan atau pengendapan bahan organik yang menyebabkan terhambatnya biogas ( Jiwantor2005).
Pada hari ke 30 fermentasi jumlah gas bio yang terbentuk mencapai maksimal, dan setelah 30 hari fermentasi terjadi penurunan jumlah gas bio (Sembiring, 2004).
Digester Biogas
Reaktor skala menengah telah bersifat komersil, karena dipasarkan secara bebas dan mendapatkan pengakuan. Dilihat dari sisi konstruksinya, pada umumnya reaktor biogas dapat digolongkan dalam dua jenis yaitu :
1. Fixed Dome (Tangki Tetap)
Reaktor biogas fixed dome mewakili konstruksi reaktor yang memiliki volume tetap sehingga produksi gas akan meningkatkan tekanan di dalam reaktor.
2. Floating Drum (Tangki Terapung)
Reaktor biogas floating drum berarti ada bagian pada konstruksi reaktor yang bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor.
(29)
produksi gas dalam reaktor biogas. Tangki ini dapat dibedakan atas dua jenis. Jenis pertama ialah tangki yang diletakkan diatas bahan mentah yang sedang berfermentasi di dalam tangki. Sedangkan jenis kedua ialah tangki yang diletakkan diatas air dalam satu tangki yang berbeda. Tiang-tiang penunjuk perlu digunakan supaya tangki terapung tidak saling bersinggungan.
(Indartono, 2005).
Digester biogas dari plastik polietilen mempunyai komponen utama, yaitu:
1. Pipa inlet yang berfungsi sebagai jalan masuk bagi bahan baru yang akan diproses menjadi gas bio
2. Pipa outlet yang berfungsi sebagai jalan keluar untuk bahan yang telah diproses yang selanjutnya dimanfaatkan untuk hal lain
3. Digester, tempat pencernaan bahan oleh bakteri anaerobik dan kemudian diubah menjadi gas bio
4. Pipa penyaluran gas, tempat menyalurkan gas dari digester ke penampungan gas
5. Perangkap uap air yang berfungsi sebagai tempat memisahkan uap air dari gas yang disalurkan menuju penyimpanan gas, apabila uap air terkondensasi tidak dipisahkan dapat menyebabkan saluran gas terhambat 6. Penampung gas, tempat untuk menyimpan gas yang dihasilkan dari
(30)
1. Tipe batch feeding (bak atau tetap)
Pada tipe batch (bak), bahan baku reaktor ditempatkan di dalam wadah (ruang tertentu) dari awal hingga selesainya proses degradasi. Ini umum digunakan pada tahap eksperimen untuk mengetahui potensi gas dari suatu jenis limbah organik. Tipe ini tidak efektif bila digunakan untuk kebutuhan masyarakat, sebab sulit untuk pergantian materi setiap rentang waktunya. Jadi banyaknya biogas yang dihasilkan sangat tergantung dari banyaknya bahan isian
2. Tipe continous feeding (mengalir)
Sedangkan pada jenis mengalir, ada aliran bahan baku masuk dan residu keluar pada selang waktu tertentu sesuai dengan keinginan. Pengisian bahan baku kedalam digester dilakukan secara continue yakni setiap hari, dilakukan pada minggu ketiga dan keempat setelah pengisian awal dan demikian rentang waktu selanjutnya mengikuti pola diatas tanpa mengeluarkan atau membuang bahan isian awal.
(Indartono, 2006).
Produksi gas bio yang dihasilkan dari bahan kotoran sapi mencapai 1,4 m3/hari atau setara dengan 0,8 liter minyak tanah per hari, apabila menggunakan biodigester dengan kapasitas 8,8 m3. Lama waktu pemanfaatan alat ini bergantung pada spesifikasi penyimpan gas dalam plastik polietilen. Untuk itu pemanfaatan tungku pemasak selama 4-5 jam memerlukan alat biodigester dengan kapasitas penyimpan gas 2,5 m3 (Amaru, dkk, 2006).
(31)
Karakteristik Plastik Polietilen
Polietilen (disingkat PET, PETE atau dulu PETP, PET-P) adalah suatu rantai yang panjang (polimer diproduksi dalam makanan dan dikombinasikan dengan serat kaca dalam teknik. PET dapat berwuj tembus pandang (Wikipedia, 2007).
Plastik polietilen telah umum digunakan dalam bidang pertanian misalnya mulsa plastik, pengaliran air dengan tekanan rendah, saluran irigasi, dan menaungi tempat pembibitan adalah beberapa contoh di bidang pertanian yang memanfaatkan plastik polietilen (Amaru,2004).
Plastik polietilen walaupun memiliki ketahanan yang rendah terhadap kerusakan mekanik tetapi memiliki tingkat pemuaian yang tinggi dan cukup tahan untuk melarut. Keuntungan dari bahan plastik adalah ringan, merupakan penahan panas dan listrik yang baik, mudah dibuat dan dibentuk. Selain itu plastik tidak berkarat dan memiliki keuntungan yang lebih dari besi (Amaru, dkk,
2006).
Plastik polietilen memiliki sifat-sifat diantaranya: Tabel 5. Sifat dan kekuatan plastik poletilen
Sifat Kekuatan
(32)
METODOLOGI PENELITIAN
Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni - September 2008 di Laboratorium Teknik Pertanian, Program Studi Teknik Pertanian, Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara.
Bahan dan Alat Penelitian
Adapun bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Plastik Polietilen
2. Kotoran Sapi 3. Air
4. Jerami padi 5. EM4
6. PVC Socket Drat Luar 7. PVC Socket Drat Dalam 8. Bambu
9. Paku 10.Selang 11.Kran Gas 12.Lem Pipa 13.Pentil Ban 14.Isolasi Pipa 15.Karet Ban
(33)
Adapun alat yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Cangkul
2. Gergaji Kayu 3. Timbangan 4. Manometer Air 5. Gunting
6. Goni 7. Tang 8. Ember 9. Martil 10.Parang 11.Pisau 12.Kalkulator 13.Alat Tulis
Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksperimental untuk mengetahui kemampuan dari alat penghasil biogas dari plastik polietilen yang dirancang dengan menguji coba alat di Laboratorium Teknik Pertanian.
Prosedur Penelitian 1) Persiapan
(34)
2) Pembuatan Alat Penghasil Biogas dari Plastik Polietilen a. Pembuatan Digester (Tangki Pencerna)
- Disediakan 2 buah plastik polietilen dengan ukuran masing-masing:
• Panjang : 1 m
• Diameter : 0,954 m
- Disediakan 2 buah pipa PVC berdiameter 4 inci dan panjang pipa 0,7 m
- Dipasang dan diikat kuat pada masing-masing ujung plastik
- Dibuat lubang pada sisi plastik dengan diameter 0,5 inci dan posisi lubang tepat di tengah sisi plastik sebagai tempat melekatnya saluran outlet (pengeluaran gas) dan dipasang pipa T
b. Pembuatan Lubang Digester di atas Tanah
- Lubang dibuat dengan ukuran: - Panjang : 1 m
- Lebar : 0,9 m - Kedalaman : 0,9 m
- Dipotong 4 keping triplek dengan ukuran:
- 2 keping dengan ukuran panjang 0,9 m dan lebar 0,9 m, dimana pada masing-masing ujung triplek dilubangi sebagai tempat pipa
- 2 keping dengan ukuran panjang 1 m dan lebar 0,9 m
c. Pembuatan Saluran Outlet (Pengeluaran Gas)
(35)
- Dipotong dan dilubangi masing-masing 2 buah plastik jerigen bekas oli dan ban dalam mobil (seperti cincin) dimana ukuran lubang disesuaikan dengan diameter selang
- Dirangkaikan masing-masing 1 buah plastik jerigen oli dan ban dalam mobil ke PVC socket drat dalam
- Dimasukkan PVC socket drat dalam ke dalam plastik polietilen dan dijepit dengan menggunakan socket drat luar yang dilapisi dengan plastik jerigen bekas oli dan ban dalam mobil
d. Pembuatan Penampung Gas
- Disediakan plastik Polietilen dengan ukuran:
• Panjang 1 m
• Diameter 0,954 m
- Diambil 4 batang bambu dengan panjang bambu 2 m - Dipotong 2 buah papan yang ukurannya 0,9 m
Uji Kebocoran Penampung Gas
- Plastik penampung gas dimasukkan angin dan ditunggu beberapa jam, jika plastik mengecil berarti plastik mengalami kebocoran
- Penambalannya dapat dilakukan dengan menggunakan isolasi ataupun lem plastik
(36)
- Dipasang 2 buah papan dimana satu papan diletakkan di bawah penampung gas (sebagai alas) dan satu lagi diletakkan di atas penampung gas (sebagai pemberat)
- Diletakkan plastik polietilen ditengah-tengah bambu sebagai tempat penampung gas
- Dimasukkan digester plastik poletilen ke dalam lubang digester
3) Penyiapan Bahan Isian
Bahan yang digunakan berupa campuran kotoran sapi, jerami padi, air, dan EM4 (Effective Mikroorganism) sebagai starter. EM4 yang digunakan sebanyak 47,7 ml.
Banyaknya bahan campuran dan air digunakan perbandingan 1:1,5. Untuk memperoleh volume total campuran 200 liter yaitu :
• Bahan campuran : 80 liter
• Air : 120 liter
Banyaknya jerami padi yang dicampurkan ke dalam kotoran sapi untuk memperoleh kandungan C/N 30 dan volume bahan campuran 80 liter adalah menggunakan perhitungan sebagai berikut :
Bahan Masukan
C/N %N Berat
(Kg)
Kandungan C (Kg) Kandungan N (Kg)
Kotoran Sapi
20,67 1,83% 61,25 20,67x (1,83% x 61,25) = 23,16848625
1,83% x 61,25 = 1.120875 Jerami
Padi
143,9 0,49% 18,75 143,9 x (0,49%x 18,75) = 13.2208125
0,49%x 18,75 = 0.091875 30 13.2208125 5 23.1684862 C = + = Kandungan
(37)
Berdasarkan perhitungan di atas maka bahan campuran yang dibutuhkan yaitu kotoran sapi sebanyak 61,25 kg dan jerami padi sebanyak 18,75 kg.
4) Proses Pemasukan Bahan ke dalam Alat Penghasil Biogas
Proses pencampuran bahan isian (kotoran sapi, jerami padi, air dan EM4) dilakukan di dalam ember sampai diperoleh campuran yang homogen. Setelah campuran benar-benar homogen, maka dilanjutkan pengisian ke dalam digester yang dilakukan pada hari yang sama.
5) Proses Fermentasi
Fermentasi yang dilakukan pada proses pembentukan biogas yaitu fermentasi anaerob. Oleh karena itu digester harus diamati dan diawasi jangan sampai terjadi kebocoran, karena sedikit saja isian digester kontak udara luar, maka fermentasi tidak akan berlangsung. Setelah 7 hari fermentasi dilakukan pembuangan gas yang ada pada tangki pengumpul dengan tujuan agar gas yang masih banyak mengandung CO2 terbuang. Kemudian dilakukan pengamatan parameter dimulai pada hari ke-8.
Pengamatan Parameter
Adapun parameter yang diamati adalah:
1. Tekanan Biogas
(38)
2. Lama Nyala Api
Lama nyala api dihitung dengan melihat lamanya waktu yang terpakai pada kompor gas mulai dari api menyala hingga api mati.
3. Analisis Biaya Produksi Biogas (Rp/liter)
Perhitungan biaya dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan, yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap.
Biaya untuk menghasilkan biogas = BTT C x
BT
+ …...………...(1)
dimana:
BT = Total biaya tetap (Rp/tahun) BTT = Total biaya tidak tetap (Rp/tahun) x = Total jam kerja per tahun (jam/tahun) C = Kapasitas alat (jam/kg)
a. Biaya tetap (Rp/tahun)
Menurut Darun (2002), biaya tetap terdiri dari: 1) Biaya penyusutan
D=
n S P−
…………...………...…….(2)
dimana:
D = Biaya penyusutan (Rp/tahun)
P = Nilai awal (harga beli/pembuatan) alat (Rp) S = Nilai akhir (10% dari P) (Rp)
(39)
2) Biaya bunga modal I= n n P i 2 ) 1 )( ( + ……...…...………..(3) dimana:
i = Persentase bunga modal (15%) 3) Biaya Pajak
Di Indonesia masih belum ada ketentuan besar pajak secara khusus untuk peralatan pertanian, diperkirakan bahwa biaya pajak adalah 2% per tahun dari nilai awalnya.
4) Biaya Gudang
Biaya gudang ataupun gedung diperkirakan berkisar antara 0,5-1%, rata-rata diperhitungkan 1% dari nialai awal (P) per tahun.
b) Biaya Tidak Tetap
Biaya tidak tetap terdiri dari: 1) Biaya Reparasi/perbaikan
Biaya reparasi ataupun perbaikan dapat dihitung dengan persamaan:
BR= jam S P 1000 ) %( 2 , 1 − ………...……….(4)
2) Biaya Perawatan
Biaya perawatan adalah sebesar 10% dari nilai awal dibagi 7200 jam 3) Biaya Bahan Isian
(40)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Performansi Alat
Alat penghasil biogas dari plastik polietilen ini terbuat dari bahan yang murah dan mudah didapat, yaitu terbuat dari plastik yang biasa digunakan dalam bidang pertanian. Hal ini sesuai dengan pernyataan Amaru (2004) yang menyatakan bahwa plastik polietilen telah umum digunakan dalam bidang pertanian misalnya mulsa plastik, pengaliran air dengan tekanan rendah, saluran irigasi, dan menaungi tempat pembibitan.
Digester biogas dari plastik polietilen mempunyai komponen-komponen utama, diantaranya:
1. Digester
2. Perangkap uap air 3. Penampung gas
Hal ini sesuai dengan pernyataan Amaru (2004), yang menyatakan bahwa Digester biogas dari plastik polietilen mempunyai komponen-komponen utama, yaitu: pipa inlet, pipa outlet, digester, perangkap uap air, dan penampung gas.
Alat penghasil biogas dari plastik polietilen ini bekerja dengan cara memasukan bahan isian (kotoran sapi, jerami padi, air, dan EM4) dengan perbandingan 1:1,5 melalui saluran pemasukan. Campuran bahan terlebih dahulu diaduk secara merata (homogen), agar pemasukan bahan ke digester berlangsung dengan baik. Untuk mengkondisikan digester anaerobik maka pada lubang saluran pemasukan dan pengeluaran ditutup.
(41)
Produksi gas yang dihasilkan dari fermentasi anaerob oleh digester mulai pada hari ke-8. Hal ini sesuai dengan pernyataan Hadi (1981) yang menyatakan bahwa produksi biogas sudah terbentuk sekitar 10 hari. Gas yang dihasilkan dengan sendirinya akan mengalir ke plastik pengumpul gas. Sebelum gas disalurkan ke plastik penampung, terlebih dahulu gas akan disalurkan ke perangkap uap air yang berfungsi memisahkan uap air dari gas sehingga gas yang dihasilkan akan sempurna. Kemudian gas akan mengalir ke plastik penampung gas.
Di atas plastik pengumpul gas diletakan papan yang berfungsi sebagai pemberat. Dengan adanya tekanan dari papan ini gas akan mengalir ke kompor gas melalui pipa pengalir gas. Besar kecilnya api dapat disesuaikan dengan mengubah-ubah posisi kran gas yang terletak di bawah plastik pengumpul.
Tekanan Biogas
Tekanan biogas selama fermentasi cenderung mengalami perubahan yaitu mengalami kenaikan dan penurunan. Dari grafik di bawah dapat dilihat perubahan tekanan selama fermentasi.
0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
T
ek
an
an
(
P
si
(42)
Dari gambar 1. dapat dilihat bahwa tekanan biogas tertinggi adalah pada hari ke-28 fermentasi. Hal ini sesuai dengan pernyataan Hadi (1981) yang menyatakan bahwa penambahan waktu fermentasi dari 10 hari sampai 30 hari meningkatkan produksi biogas sekitar 50 %. Sedangkan pada penelitian ini hari ke- 28 fermentasi tekanan biogas cenderung mengalami penurunan. Hal ini sesuai dengan pernyataan Sembiring (2004) yang menyatakan bahwa pada hari ke-30 fermentasi jumlah gas bio yang terbentuk mencapai maksimal, dan setelah 30 hari fermentasi terjadi penurunan jumlah biogas.
Tekanan biogas mulai terjadi pada hari ke-8 sebesar 0,0854 Psi. Hal ini berarti biogas telah dihasilkan pada hari ke-8 dan mencapai tekanan maksimum pada hari ke-28. Total tekanan biogas sampai hari ke 70 sebesar 6,7950 Psi sehingga rata-rata tekanan per harinya adalah 0,1096 Psi. Dengan tekanan tersebut, alat penghasil biogas dari plastik polietilen ini dapat dipergunakan untuk menyalakan api pada kompor gas.
Jika dibandingkan dengan hasil penelitian saudara Lazuardy (2008) yaitu tekanan maksimum terjadi pada hari ke-29, berarti tekanan maksimum masih dalam waktu fermentasi dibawah hari ke-30. Hal ini sesuai dengan pernyataan Hadi (1981) yang menyatakan bahwa penambahan waktu fermentasi dari 10 hari sampai 30 hari meningkatkan produksi biogas sekitar 50 %.
Volume Biogas
Perubahan volume pada alat penghasil biogas ini dimulai pada hari fermentasi ke-13. Dari gambar di bawah dapat dilihat produksi gas perharinya.
(43)
0 5 10 15 20 25 30
13 18 23 28 33 38 43 48 53 58 63
Lama fermentasi (hari)
V
olu
m
e (
lit
er
/h
ar
i)
Gambar 3. Grafik volume biogas per hari
Dari Gambar 3. dapat dilihat bahwa semakin lama proses fermentasi semakin banyak volume gas yang dihasilkan. Hal ini ditandai dengan semakin besar volume dari plastik polietilen yang mengembang, dimana selama 60 hari diperoleh tinggi 87 cm (0,87 m) dan total volume gasnya 0,6216 m3 (Lampiran 5).
Jika dilihat dari hasil penelitian Amaru (2006) yang menyatakan bahwa biodigester dengan bahan isian 8,8 m3 dapat menghasilkan biogas 1,4 m3 per harinya maka alat penghasil biogas dari plastik polietilen dengan volume bahan isian 200 liter (0,2 m3) dapat menghasilkan biogas 0,6216 m3/hari atau 621,6 liter/hari sudah memiliki produksi yang baik.
Lama Nyala Api
Lama nyala api diperoleh dari pengujian pada kompor biogas. Waktu 70
(44)
Dari hasil penelitian selama 60 hari, plastik polietilen dapat menampung gas sebanyak 0,6216 m3 dengan tinggi penampung gas 87 cm. Untuk merebus air dengan volume 1,5 liter memerlukan waktu 21 menit atau 1260 detik dengan penurunan tinggi 12 cm. Jadi dengan tinggi 87 cm dapat merebus air sebanyak 10,9 liter.
Jika dibandingkan dengan hasil penelitian Amaru (2006) yang menyatakan bahwa biodigester dengan kapasitas penampung gas 2,5 m3 dapat dimanfaatkan untuk tungku pemasak selama 4-5 jam, maka alat penghasil biogas dari plastik polietilen ini dengan kapasitas volume penampung gas 0,6216 m3 memiliki lama nyala api 9135 detik atau 152,3 menit (2,5 jam), sudah memiliki nyala api yang baik.
Analisis Biaya Produksi Biogas (Rp/liter)
Analisis ini berguna untuk mengetahui apakah layak atau tidaknya suatu alat untuk digunakan dalam menghasilkan suatu produk. Dengan analisa ekonomi dapat diketahui seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat akan dapat diperhitungkan.
Perhitungan biaya dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan, yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap.
1. Biaya tetap (Rp/tahun) a. Biaya Penyusutan
D =
n S P−
− .22.000 000
. 220
. Rp
(45)
b. Biaya bunga modal
I = + = + = .24.750,−
2 . 2 ) 1 2 ( 000 . 220 . %( 15 2 ) 1 )( ( Rp Rp n n P i
c. Biaya Gudang
BG = 1% P = 1% x 220.000 = Rp.2.200,- Total Biaya tetap = Rp.125.950,-/tahun.
2) Biaya Tidak Tetap (Rp/jam) a. Biaya Reparasi
BR = Rp jam
jam Rp Rp jam S P / 376 , 2 . 1000 ) 000 . 22 . 000 . 220 . %( 2 , 1 1000 ) %( 2 , 1 = − = −
b. Biaya Perawatan
Biaya perawatan adalah sebesar 10% dari nilai awal dibagi 7200 jam
Biaya Perawatan = 10% x Rp jam
jam Rp / 056 , 3 . 7200 000 . 220 . =
c. Biaya Bahan Isian
Biaya bahan isian diperoleh dari total biaya bahan isian dibagi dengan lama fermentasi.
Biaya Bahan isian =
jam Rp 1680 5 , 572 . 10 . = Rp.6,293/jam.
Total biaya tidak tetap = Rp.18,019/jam.
Sehingga total biaya penghasil biogas dapat diperoleh dari persamaan berikut:
(46)
=
hari
70 liter 621,6
= 8,88 liter/jam.
Biaya produksi untuk menghasilkan biogas:
= Rp jam x jam liter
jam Rp / 11 , 0 / 019 , 18 . 7200 950 . 125 . +
= Rp.3,907 /liter.
Berdasarkan nilai diatas dapat diketahui bahwa biaya yang harus dikeluarkan untuk menghasilkan biogas adalah Rp.3,907/liter. Jika dibandingkan dengan harga LPG per kilogram, maka alat ini memiliki biaya yang sedikit jauh berbeda dengan LPG dipasaran yaitu Rp.6.250 /kg dan harga satu buah tangki yang berisi 12 kg adalah Rp.500.000,-. Maka biaya yang dibutuhkan untuk membeli gas LPG adalah Rp.47.816,7 /kg atau setara dengan Rp.96,6 /liter (ρ LPG = 2,02 kg/m3).
Dengan melihat harga produksi di atas maka alat ini dari segi ekonomis cukup menguntungkan. Begitu juga jika dilihat dari segi pemanfaatan limbah pertanian maka cukup baik, karena dengan alat ini gas yang dihasilkan dari limbah pertanian tersebut dapat dimanfaatkan, secara tidak langsung dapat mengurangi pencemaran lingkungan, dan jika bahan isian tidak berproduksi lagi maka dapat digunakan sebagai pupuk.
(47)
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Alat penghasil biogas dari plastik polietilen terbuat dari bahan yang murah dan mudah didapat.
2. Tekanan rata-rata biogas yang diperoleh oleh alat penghasil biogas dari plastik polietilen adalah 0,1106 psi/hari.
3. Volume biogas yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas dari plastik polietilen adalah 0,6216m3.
4. Lama nyala api yang dihasilkan oleh alat penghasil biogas dari plastik polietilen adalah 9135 detik (152,3 menit atau 2,5 jam).
5. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat alat penghasil biogas dari plastik polietilen adalah
Rp.220.000,-6. Biaya produksi yang diperlukan untuk menghasilkan biogas adalah Rp.3,907 /liter.
Saran
1. Untuk menghasilkan produksi biogas yang lebih besar maka diperlukan volume bahan isian yang banyak.
(48)
DAFTAR PUSTAKA
Amaru, K., 2004. Uji Kinerja Biodigester Plastik Polietilen Skala Kecil. Amaru, K., M. Abimayu, D.Y. Sari dan I. Kamelia, 2006. Teknologi Digester.
Gas Bio Skala Rumah Tangga.
Darun, 2002. Ekonomi Teknik. Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian.
Universitas Sumatera Utara, Medan.
Fontenot, J.p, L.W. smith and A.L. Sutton, 1983. Alternative Utilization of Animal Waste. J. Anim. Sci. Vol57. London.
Hadi, N., 1981. Gas Bio Sebagai Bahan Bakar. Lemigas, Cepu.
Harahap, F.M., 1978. Teknologi Gas Bio. Pusat Tenologi Pembangunan ITB, Bandung.
Ihwan, 2003. Alternatif Ketika BBM Menipis. [11 Februari 2008].
Indartono, Y. S., 2005. Reaktor Biogas Skala Kecil dan Menengah (Bagian Pertama). http://www.beritaiptek.com/static.php. [11 Februari 2008]. Indartono, Y. S., 2005. Reaktor Biogas Skala Kecil / Menengah. INDENI.
Indonesia Energy Information Center - Bio Energy. http://
Jiwantoro, 2005. Infrastruktur Pembangkit Biogas.
[15 Februari 2008]. Kumbahan dan Industri, 1979. Sekeliling Effluen Kumbahan dan Industri.
[15 Februari 2008].
Lazuardy, I., 2008. Rancang Bangun Alat Penghasil Biogas Model Terapung. Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian. USU, Medan. LIPI, 2005. Biogas, Sumber Energi Alternatif.
[15 Februari 2008].
(49)
Meynell,1976. Energy For World Agricultural, FAO-UN. Roma.
Paimin, 2001. Alat Pembuat Biogas Dari Drum. Penebar Swadaya, Jakarta. Sahidu, S., 1983. Kotoran Sapi Sebagai Sumber Energi. Dewaruci Press, Jakarta. Simamora, S., Salundik, Sri. W., Surajudin, 2006. Membuat Biogas. Agro Media
Pustaka, Jakarta.
Sufyandi, A., 2001. Informasi Teknologi Tepat Guna untuk Pedesaan Biogas, Bandung.
Suriawiria dan Unus H., 2002. Menuai Biogas Dari Limbah.
Wikipedia, 2007. Wulandari, D., 2006. Biomass Energi.Center For Research on Engineering
Application in Tropical, LPPM-IPB. Bogor.
Yunus, M., 1995. Teknik Membuat Dan Memanfaakan Unit Gas Bio. Univesitas Gajah Mada Press, Yogyakarta.
(50)
Lampiran 3. Diagram alir pembuatan biogas 1. Pipa inlet
2. Pipa ke manometer 3. Pipa T 4. Pipa penyalur gas 5. Elbow
6. Bambu 7. Papan
8. Plastik penampung 9. Pipa ke kompor gas 10. Kran gas
11. Botol perangkap uap air 12. Pipa outlet
13. Digester 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 11
- Plastik Polietilen 3 m - Bambu - Karet Ban - Klem Selang - Pipa PVC, - Pipa T
Digester
Mulai
Pencampuran Bahan
Perakitan
- Kotoran Sapi - Jerami Padi - Air - EM4
(51)
Tidak Tidak
Lampiran 4. Data tekanan (P) biogas
Hari P P P
ke- (N/m2) (atm) (psi)
8 588.6 0.0058 0.0854 9 588.6 0.0058 0.0854 11 588.6 0.0058 0.0854 12 588.6 0.0058 0.0854 13 588.6 0.0058 0.0854
(52)
21 745.6 0.0074 0.1082 22 784.8 0.0077 0.1139 23 804.4 0.0079 0.1167 24 824.0 0.0081 0.1195 25 863.3 0.0085 0.1252 26 882.9 0.0087 0.1281 27 1000.6 0.0099 0.1452 28 1255.7 0.0124 0.1822 29 1236.1 0.0122 0.1793 30 1196.8 0.0118 0.1736 31 1157.6 0.0114 0.1679 32 1118.3 0.0110 0.1622 33 1098.7 0.0108 0.1594 34 981.0 0.0097 0.1423 35 961.4 0.0095 0.1395 36 941.8 0.0093 0.1366 37 922.1 0.0091 0.1338 38 902.5 0.0089 0.1309 39 882.9 0.0087 0.1281 40 863.3 0.0085 0.1252 41 843.7 0.0083 0.1224 42 824.0 0.0081 0.1195 43 804.4 0.0079 0.1167 44 784.8 0.0077 0.1139 45 765.2 0.0076 0.1110 46 745.6 0.0074 0.1082 47 725.9 0.0072 0.1053 48 706.3 0.0070 0.1025 49 686.7 0.0068 0.0996 50 667.1 0.0066 0.0968 51 647.5 0.0064 0.0939 52 627.8 0.0062 0.0911 53 608.2 0.0060 0.0882 54 608.2 0.0060 0.0882 55 608.2 0.0060 0.0882 56 588.6 0.0058 0.0854 57 588.6 0.0058 0.0854 58 588.6 0.0058 0.0854 59 588.6 0.0058 0.0854 60 588.6 0.0058 0.0854 61 569.0 0.0056 0.0825 62 569.0 0.0056 0.0825 63 569.0 0.0056 0.0825 64 569.0 0.0056 0.0825 65 569.0 0.0056 0.0825 66 569.0 0.0056 0.0825 67 549.4 0.0054 0.0797 68 549.4 0.0054 0.0797
(53)
Lampiran 5. Data volume biogas
Hari Tinggi Penampung Volume Penampung
ke- (m) (m3)
8 0.13 0.0929
9 0.13 0.0929
11 0.13 0.0929
12 0.13 0.0929
(54)
21 0.217 0.1550
22 0.234 0.1672
23 0.252 0.1800
24 0.272 0.1943
25 0.295 0.2107
26 0.32 0.2286
27 0.35 0.2500
28 0.397 0.2836
29 0.443 0.3165
30 0.486 0.3472
31 0.526 0.3758
32 0.556 0.3972
33 0.579 0.4136
34 0.604 0.4315
35 0.627 0.4479
36 0.649 0.4636
37 0.67 0.4786
38 0.69 0.4929
39 0.709 0.5065
40 0.727 0.5193
41 0.744 0.5315
42 0.759 0.5422
43 0.772 0.5515
44 0.784 0.5601
45 0.794 0.5672
46 0.804 0.5743
47 0.813 0.5808
48 0.822 0.5872
49 0.827 0.5908
50 0.832 0.5943
51 0.837 0.5979
52 0.842 0.6015
53 0.846 0.6044
54 0.846 0.6044
55 0.846 0.6044
56 0.852 0.6086
57 0.852 0.6086
58 0.852 0.6086
59 0.852 0.6086
60 0.852 0.6086
61 0.862 0.6158
62 0.862 0.6158
63 0.862 0.6158
64 0.862 0.6158
65 0.862 0.6158
66 0.862 0.6158
67 0.87 0.6216
(55)
Lampiran 6. Daftar bahan dalam pembuatan alat penghasil biogas dari plastik polietilen
Nama Alat Jumlah Harga Satuan Harga Total
Plastik Polietilen 6 m Rp 9.000 Rp 54.000
Pipa PVC, D = 0,5” 1 m Rp. 12.000 Rp. 6.000
Stop Kran 3 pcs Rp. 6.000 Rp. 18.000
Pipa T PVC 2 pcs Rp. 1.500 Rp. 3.000
(56)
Total biaya pembuatan alat penghasil dari plastik polietilen adalah Rp. 220.000,-
Bahan Isian Jumlah Harga
Kotoran sapi 62 kg Rp. 10.000
Jerami Padi 18 kg -
Air 120 l -
EM4 47,7 ml Rp. 572,4
(57)
(58)
(59)
(1)
21 0.217 0.1550
22 0.234 0.1672
23 0.252 0.1800
24 0.272 0.1943
25 0.295 0.2107
26 0.32 0.2286
27 0.35 0.2500
28 0.397 0.2836
29 0.443 0.3165
30 0.486 0.3472
31 0.526 0.3758
32 0.556 0.3972
33 0.579 0.4136
34 0.604 0.4315
35 0.627 0.4479
36 0.649 0.4636
37 0.67 0.4786
38 0.69 0.4929
39 0.709 0.5065
40 0.727 0.5193
41 0.744 0.5315
42 0.759 0.5422
43 0.772 0.5515
44 0.784 0.5601
45 0.794 0.5672
46 0.804 0.5743
47 0.813 0.5808
48 0.822 0.5872
49 0.827 0.5908
50 0.832 0.5943
51 0.837 0.5979
52 0.842 0.6015
53 0.846 0.6044
54 0.846 0.6044
55 0.846 0.6044
56 0.852 0.6086
57 0.852 0.6086
58 0.852 0.6086
59 0.852 0.6086
60 0.852 0.6086
61 0.862 0.6158
62 0.862 0.6158
63 0.862 0.6158
64 0.862 0.6158
65 0.862 0.6158
66 0.862 0.6158
67 0.87 0.6216
(2)
Lampiran 6. Daftar bahan dalam pembuatan alat penghasil biogas dari
plastik polietilen
Nama Alat
Jumlah
Harga Satuan
Harga Total
Plastik Polietilen 6 m Rp 9.000 Rp 54.000
Pipa PVC, D = 0,5” 1 m Rp. 12.000 Rp. 6.000
Stop Kran 3 pcs Rp. 6.000 Rp. 18.000
Pipa T PVC 2 pcs Rp. 1.500 Rp. 3.000
Pipa L PVC 2 pcs Rp. 1.000 Rp 2.000
Selang, D = 0,5” 1 m Rp. 6.000 Rp. 6.000
Lem Pipa 2 pcs Rp. 5.000 Rp. 10.000
Dop 1 pcs Rp. 2.000 Rp. 2.000
Klem Selang 2 pcs Rp 2.000 Rp. 4.000
Isolasi Pipa 3 pcs Rp. 1.000 Rp. 3.000
Paku 0,3 kg Rp. 2.000 Rp. 6.000
Lain-Lain Rp. 106.000
(3)
Total biaya pembuatan alat penghasil dari plastik polietilen adalah Rp. 220.000,-
Gambar 1. Alat Penghasil Biogas dari Plastik Polietilen
Bahan Isian
Jumlah
Harga
Kotoran sapi 62 kg Rp. 10.000
Jerami Padi 18 kg -
Air 120 l -
EM4 47,7 ml Rp. 572,4
(4)
Gambar 2. Digester Biogas dari Plastik Polietilen
(5)
(6)