MENINGKATKAN KUALITAS BIOGAS DALAM PROSES PEMURNIAN BIOGAS DENGAN MENGGUNAKAN ZEOLIT SINTETIK DAN KARBON AKTIF DARI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI ADSORBEN Raden Danu Anggara, Hendry Sakke Tira, Syahrul Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mataram J

  

MENINGKATKAN KUALITAS BIOGAS DALAM PROSES PEMURNIAN

BIOGAS DENGAN MENGGUNAKAN ZEOLIT SINTETIK DAN KARBON

AKTIF DARI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI ADSORBEN

  Raden Danu Anggara, Hendry Sakke Tira, Syahrul Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mataram

  Jl. Majapahit No. 62 Mataram, Nusa Tenggara Barat Telepon. (0370) 636126, Fax. (0370) 636523

  

ABSTRACT

The process of adsorption of CO2 and H2S using synthetic zeolites and activated

carbon is one of the most method to increase the quality of biogas. The objective of this

study are to determine the effect of variations in the volume ratio of the synthetic zeolites

and activated carbon on the levels of CO2 and H2S in biogas. The result show that

decreasing of CO2 and H2S content mainly occurred in the variation of the volume ratio 30%

synthetic zeolite: 70% activated carbon from 0 to 7.35% for 13 minutes at the 1 l / m (biogas

flow rate), while the smallest of the CO2 and decreases occured in the variation of 70%

synthetic zeolite: 30% activated carbon from 0.01 to 32.80% for 13 minutes. It can be

concluded that the highger of activated carbon volume which is used in adsorbent volume

ratio, the greater the absorption of CO2. Moreover, that the ability of synthetic zeolites and

activated carbon to adssorb the contents of each is 0 to 1ppm H2S were similiar.

  . Keywords: Biogas, Synthetic Zeolites, Activated Carbon, Adsorption PENDAHULUAN

  Kebutuhan akan penggunaan energi semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk. Peningkatan konsumsi energi oleh masyarakat akibat penggunaan berbagai macam peralatan untuk menunjang kenyamanan dalam kehidupan. Sumber energi yang selama ini digunakan sebagian besar berasal dari energi fosil, seperti batubara, minyak bumi, gas alam dan lain-lain. Bahan bakar fosil merupakan sumber energi yang proses terbentuknya memerlukan waktu jutaan tahun dan dapat dikatakan energi takterbarukan. Bahan bakar fosil jumlahnya terbatas, selain itu bahan bakar fosil merupakan energi takterbarukan, penggunaan energi fosil mengakibatkan meningkatnya gas rumah kaca (Waskito, 2011). Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan adanya bahan bakar alternatif yang murah dan mudah didapatkan. Salah satu bahan bakar alternatif tersebut proses fermentasi limbah organik seperti sampah, sisa-sisa makanan, kotoran hewan dan limbah industri makanan.

  Limbah peternakan merupakan salah satu sumber bahan yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan biogas. Limbah ternak adalah sisa buangan dari suatu kegiatan usaha peternakan seperti usaha pemeliharaan ternak, rumah potong hewan, pengolahan produk ternak, dan sebagainya (Padang, 2011). Limbah ternak dapat dimanfaatkan sebagai sumber bahan penghasil biogas, sehinga perlu adanya penanganan serius untuk menanggulangi masalah tersebut.

  Biogas sebagai salah satu sumber energi terbarukan mengandung gas metana (CH ^{4 ) sebesar 50-75%, gas} karbon dioksida (CO ^{2 ) sebesar 24-45%,} gas hidrogen (H ^{2 ) sebesar <1%, gas} oksigen (O ^{2 ) sebesar <2%, gas hydrogen} sulfida (H ^{2 S) sebesar <1%, dan inpuritas} lain (Seadi. 2008). Dari semua unsur menentukan kualitas biogas yaitu gas (CO ² ). Bila kadar CH ⁴ tinggi maka biogas tersebut akan memiliki nilai kalor yang tinggi. Sebaliknya jika kadar CO ² yang tinggi maka akan mengakibatkan nilai kalor biogas tersebut rendah. Sehingga untuk meningkatkan nilai kalor biogas maka kadar gas CO ² harus rendah. Kandungan gas metana (CH ^{4 ) dari biogas} dapat ditingkatkan dengan cara memisahkan gas karbon dioksida (CO ^{2 )} dan gas hidrogen sulfida (H ² S) yang bersifat korosif dari biogas. Pada penelitian sebelumnya pemurnian biogas telah dilakukan dengan metode penyerapan air. Penelitian tersebut memvariasikan volume air penyerap dan debit biogas. Hasil dari penelitian menggunakan metode penyerapan air didapat bahwa kualitas biogas tertinggi dihasilkan pada variasi air penyerap sebesar 25 liter dengan debit biogas 1 lt/min, yaitu dari 59,36 % CH ⁴ menjadi 60,4 % CH ⁴ . Sedangkan kualitas biogas terendah didapat pada variasi air penyerap sebesar 15 liter dengan debit biogas 3 lt/min, yaitu dari 59,36 % CH ⁴ menjadi 59,4 % CH ⁴ (Rio Cristovan Mantiri, 2014). Dengan metode yang sama penelitian yang dilakukan oleh Hendriono dengan menambah adanya sirkulasi air dalam alat pemurnian biogas, gas metana mengalami peningkatan dari 60,4% menjadi 62,8%. Hal ini membuktikan adanya peningkatan kualitas biogas. Akan tetapi peningkatan tersebut masih kurang karena masih rendahnya kualitas biogas.

  Salah satu metode lain untuk memisahkan gas metana (CH ⁴ ) dari gas karbon dioksida (CO ^{2 ) dan gas hidrogen} sulfida (H ² S) yang bersifat korosif pada kandungan biogas dapat dilakukan dengan metode adsorpsi. Adsorpsi adalah peristiwa terjadinya kontak antara padatan dengan suatu campuran fluida, sehingga sebagian zat terlarut dalam fluida tersebut teradsorpsi yang menyebabkan terjadinya perubahan komposisi fluida (Brown, 1950). Daya adsorpsi merupakan ukuran kemampuan suatu adsorben menarik sejumlah adsorbat (Laksono, 2002). memurnikan metana tersebut adalah

  Bahan adsorben dalam penelitian ini yaitu zeolit sintetik dan karbon aktif karena kelebihan yang dimiliki. Alasan digunakan zeolit sintetik sebagai adsorben karena memiliki kemampuan untuk meningkatkan kemurnian biogas karena mampu menyerap semua gas pengotor uap air, CO ^{2 , H 2 S, dan tidak menyerap} gas utama yang dimurnikan yaitu CH ⁴ . Selain itu juga zeolit sintetik dapat digunakan kembali setelah digunakan dengan cara dipanaskan.

  Adsorpsi menggunakan karbon aktif dapat menurunkan CO ^{2 . Karbon aktif} yang akan digunakan dalam pemurnian biogas adalah karbon aktif dari tongkol jagung. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu, daya serap karbon aktif cukup besar.

  Selain itu menggunakan tongkol jagung sebagai bahan pembuatan karbon aktif dapat mengurangi limbah pertanian, karena jumlah yang cukup melimpah dan hanya dibuang atau dibakar. Selain itu karbon aktif dapat menghilangkan sulfur, gas beracun, bau busuk gas yang terkandung dalam biogas.

  LANDASAN TEORI Kotoran Ternak

  Limbah ternak adalah sisa buangan dari suatu kegiatan usaha peternakan seperti usaha pemeliharaan ternak, rumah potong hewan, pengolahan produk ternak, dan lain-lain.

  Limbah ternak sebagai faktor negatif dari usaha peternakan adalah fenomena yang tidak dapat dihilangkan dengan mudah. Selain memperoleh keuntungan dalam hal bisnis, usaha peternakan juga menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan dan kesehatan masyarakat. Limbah yang langsung dibuang ke lingkungan tanpa diolah akan mengkontaminasi udara, air dan tanah sehingga menyebabkan polusi. Beberapa gas yang dihasilkan dari limbah ternak antara lain hidrogen sulfida, karbondioksida dan metana. Gas - gas rumah kaca (Green House Gas) juga menimbulkan bau tak sedap dan mengganggu kesehatan manusia. Pada tanah, limbah ternak dapat melemahkan daya dukung tanah sehingga menyebabkan polusi tanah (Rachmawati, 2000). selain masalah yang ditimbulkan limbah ternak dapat dijadikan biogas.

  Biogas

  1. Rasio Karbon/Nitirogen (C/N)

  terbentuk oleh adanya antara empat atom H dengan satu atom C.

  merupakan gas yang

  1. Metana (CH ^{4 )}

  Biogas dihasilkan melalui proses fermentasi limbah organik. Kandungan metana (CH ⁴ ) dalam biogas harus dipisahkan dari karbondioksida (CO ^{2 ), dan} gas Hidrogen silfida (H ² S).

  Kandungan / Komponen Biogas

  6. Racun

  5. Pengadukan

  4. Kandungan Air

  3. Proses fermentasi anaerobik

  2. Derajat Keasaman (pH)

  Selain itu faktor lain yang mempengaruhi optimasi pembentukan biogas adalah (Padang dkk, 2012) :

  Biogas adalah campuran gas mudah terbakar yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Pada umumnya biogas terdiri atas gas metana (CH ⁴ ), gas karbon dioksida (CO ² ),

  2.Faktor Yang Mempengaruhi Pembentukan Biogas

  c. Tahap metanogenesis Bakteri metanogenik sangat peka terhadap lingkungan. Dikarenakan bakteri ini harus dalam keadaan anaerob, maka sejumlah kecil oksigen dapat menghalangi pertumbuhannya. Bukan hanya itu, bakteri ini juga kekal terhadap senyawa yang memiliki tingkat oksidasi tinggi seperti nitrit dan nitrat. Bakteri ini juga peka terhadap perubahan pH.

  b. Tahap asidifikasi Bakteri pada tahap ini menghasilkan asam-asam organik yang dibentuk dari senyawa monomer larut. Hasil terbesar dari bakteri asetogenik ini ialah asam asetat, propionat dan asam laktat. Bakteri metanogenik sebagian besar hanya memanfaatkan asam asetat.

  a. Tahap hidrolisis Pada tahap ini sekelompok mikroorganisme akan menguraikan substrat organik. Penguraian ini dilakukan oleh berbagai jenis bakteri. Bakteri yang berperan antara lain memiliki enzim selulolitik, lipolitik dan proteolitik. Enzim yang dihasilkan ini mempercepat hidrolisa merupakan substrat bagi mikroorganisme memegang peranan dalam tahap ini.

  1. Tahapan Pembuatan Biogas Secara garis besar proses pembentukan biogas dibagi menjadi tiga tahapan, yaitu (Wieland, 2011) :

  Oksigen (O ^{2 ) <2}

  Karbon Dioksida CO ^{2 ) 24-45} Nitrogen (N ^{2 ) <2} Hidrogen (H ^{2 ) <1} Hidrogen sulfida (H ^{2 S) <1}

  2008). Komponen % Metana (CH ⁴ ) 50-75

Tabel 2.1. Komposisi Biogas (Seadi.

  Hidrogen (H ^{2 ) dan gas-gas lainnya dalam} jumlah yang sedikit dengan komposisi, seperti terlihat pada tabel 2.1. Biogas dapat digunakan untuk memasak, lampu biogas, dan bahan bakar mesin (Seadi. 2008).

  cara umum mempunyai sifat sehingga biasa disebut sebagai parafin. mengalami

  CO ²

  ) danH ² O).

  Gas metan adalah komponen penting dan paling utama dari biogas karena merupakan bahan bakar yang berguna dan memiliki nilai kalor yang cukup tinggi, mempunyai sifat tidak berbau dan tidak berwarna. Jika gas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerobic ini dapat terbakar, berarti mengandung sedikitnya 45% gas metana (Harahap,1978).

  2. Hidrogen sulfida (H ^{2 S)} Hidrogen sulfida (H ² S) merupakan gas pengotor yang terdapat dalam Biogas. Hasil pembakaran gas yang mengandung H ^{2 S menghasilkan} belerang dan asam sulfat yang sangat korosif terhadap logam. Kandungan H ^{2 S} mencapi 200 ppm dapat menyebabkan kematian dalam waktu 30 menit. Hidrogen sulfida (H ² S) yang terkandung dalam gas hasil fermentasi mengurangi umur pakai

  (lifetime) dari sistem perpipaan pada instalasi yang menggunakan biogas.

  Kateristik H ² S yaitu kandungan H ^{2 S mencapi 200 ppm dapat} menyebabkan kematian dalam waktu 30 menit, tidak berwarna, lebih berat dari udara sehingga cendrung berkumpul dan diam pada daerah yang rendah, dapat terbakar dengan nyala api berwarna biru dan hasil pembakarannya gas sulfur dioksida (SO ² ) yang juga merupakan gas beracun, sangat Korosif mengakibatkan berkarat pada logam tertentu, pada konsentrasi yang rendah berbau seperti telur busuk dan dapat melumpuhkan indera penciuman manusia.

  3. Karbon Dioksida (CO ² ) Keberadaan gas selain metana seperti CO ² dalam produk berdampak pada turunnya kualitas biogas karena mengurangi nilai kalori pembakaran, menyebabkan korosi, pada konsentrasi tertentu dapat besifat racun dan Karbon dioksida (CO ² ) merupakan komposisi pengotor terbesar dalam biogas.

  Karbon dioksida (CO ^{2 )} merupakan gas tidak reaktif dan tidak beracun. Gas tersebut tidak mudah terbakar dan tidak dapat memicu terjadinya pembakaran (Dubey, 2000 ; Coulson, 2002). Karbon dioksida (CO ² ) sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia berbentuk gas pada keadaan temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer bumi.

  Manfaat Biogas

  Manfaat energi biogas adalah menghasilkan gas metan sebagai pengganti bahan bakar khususnya minyak tanah dan dapat dipergunakan untuk memasak. Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Manfaat energi biogas yang lebih penting lagi adalah mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar minya bumi yang tidak bisa diperbaharui. Kesetaraan biogas dapat dilihat dari Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Biogas dibandingkan dengan bahan bakar lain (Sumber : Sri

  Wahyuni. 2008) Bioga s

  Bahan Bakar Lain 1 m ³ Bioga s Elpiji 0,4 kg Minyak tanah 0,62 kg Minyak solar 0,52 kg Bensin 0,80 kg Gas kota 1,50 kg Kayu bakar 3,50 kg

  Metode Pemurnian Biogas Dengan Cara Adsorpsi

  Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu

  Zeolit A merupakan suatu mineral anorganik yang berupa kristal dengan rumus kimia Na ^{12 (AlO 2 ) 12 (SiO 2 ) 12 .27H 2 O yang tersusun} dari tiga komponen yaitu aluminosilikat, kation yang dapat dipertukarkan, dan air.

  bahan yang berpori dan adsorpsi pori atau pada letak-letak tertentu di dalam partikel itu. Oleh karena pori-pori biasanya sangat kecil maka luas permukaan dalam menjadi beberapa orde besaran lebih besar daripada permukaan luar. Karakteristik adsorben yang dibutuhkan untuk adsorpsi yang baik (Ginting, 2008) :

  1. Zeolit Sintetik Tipe A Zeolit merupakan senyawa aluminosilikat terhidrasi yang terdiri dari ikatan SiO ⁴ dan AlO ⁴ tetrahidra yang dihubungkan oleh atom oksigen untuk membentuk kerangka. Pada kerangka zeolit, tiap atom Al bersifat negatif dan akan dinetralkan oleh ikatan dengan kation yang mudah dipertukarkan yang akan berpengaruh dalam proses adsorpsi dan sifat-sifat thermal zeolit (Ozkan dan Ulku, 2008). Selain jenis kation, Kemampuan zeolit mengadsorpsi sangat bergantung pada rasio Si/Al (Yuliusman, 2013).

  Ada beberapa jenis bahan yang dapat dijadikan sebagai adsorben dalam pemurnian biogas. Dalam penelitian ini bahan yang digunakan sebagai adsorben yaitu zeolit sintetik tipe A dan karbon aktif dari tongkol jagung.

  Jenis-Jenis Bahan Penyerap

  3. Kemurnian adsorben. Adsorben yang memiliki tingkat kemurnian tinggi, daya adsorpsinya lebih baik.

  2. Tidak ada perubahan volume berarti proses adsorpsi dan desorpsi.

  1. Luas permukaan adsorben. Semakin besar luas permukaan maka semakin besar pula daya adsorpsinya, karena proses adsorpsi terjadi pada permukaan adsorben.

  Adsorben adalah suatu zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain baik cairan maupun gas pada proses adsorpsi. Jenis – jenis adsorben yang digunakan untuk proses adsorpsi berbeda

  (zat penjerap,

  Adsorben Sebagai Media Penyerap

  Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan Adsorpsi  Macam adsorben  Macam zat yang diadsorpsi  Luas permukaan adsorben  Konsentrasi zat yang diadsorpsi  Temperatur

  Yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya yang jauh lebih besar daripada adsorpsi fisika. Panas yang dilibatkan adalah sama dengan panas reaksi kimia.

  b. Adsorpsi kimia

  Berhubungan dengan gaya Van der Waals. Apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya, maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben.

  lapisan tipis atau film (zat terjerap, adsorbat) pada permukaannya. Pada adsorpsi sendiri ada dua macam proses yaitu (Anonim) : a. Adsorpsi fisika

• – beda, tergantung dari zat apa yang ingin diserap (adsorbat). Kemampuan adsorpsi secara langsung dipengaruhi oleh kualitas dari adsorbennya. Jenis – jenis adsorben yang sering digunakan untuk proses adsorpsi antara lain: karbon aktif, bentonit, clay aktif, aluminium dioksida, silika dioksida aktif, zeolit, aluminosilicate, ion exchange resin (Levine, 2002).

  Zeolit A pada aplikasinya dapat digunakan maupun penukar ion. Zeolit A sebagai adsorben mampu mengadsorpsi Pb (El- Eswed, et al., 2009), Cu dan Ni (Ibrahim,

  et al., 2010), dan juga Zn(II) (Wahyuni dan

  Widiastuti, 2010). Zeolit A sebagai membran mampu untuk memisahkan molekul organik seperti etanol dan metanol dari air (Goldman, et al., 2003). Sebagai penukar ion, zeolit A memiliki kapasitas tukar kation yang cukup tinggi sehingga dapat dipertukarkan dengan logam yang mencemari lingkungan.

  Zeolit sintetis yang paling sederhana adalah zeolit A dengan rasio molekul satu silica alumina untuk satu ke satu kation natrium. Sintesis zeolit A menghasilkan beberapa unit sodalite yang memiliki ruang terbuka 47%, natrium ion tukar, air hidrasi dan mempunyai pori-pori elektronik (Aprianti, 2011).

  2. Karbon aktif Karbon aktif adalah arang yang dapat menyerap anion, kation dan molekul dalam bentuk senyawa organik maupun anorganik, larutan ataupun gas. Adsorpsi menggunakan karbon aktif dapat menurunkan kandungan CO ² . Karbon aktif yang digunakan sebagai adsorben dalam proses adsorpsi adalah karbon aktif yang berasal dari tongkol jagung.

METODE PENELITIAN

  Tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang tidak termanfaatkan. Untuk menanggulangi limbah ini, biasanya petani secara klasik akan membakarnya. Batang jagung muda biasa digunakan sebagai pakan ternak, namun batang jagung yang sudah kering biasanya dibakar. Hal ini menimbulkan pencemaran udara yang setiap tahun terjadi jika musim panen tiba.

  Dalam pembuatan karbon aktif dari tongkol jagung, proses diawali dengan membersihkan tongkol jagung untuk menghilangkan pengotor yang mungkin melekat pada tongkol jagung hingga benar-benar bersih yang bertujuan untuk mengurangi zat pengotor yang masih terikat pada tongkol jagung (Alfiany, kemudian dijemur sampai kering. Bahan yang kering akan dibakar dimasukkan dalam lubang atau drum yang terbuat dari plat besi. Kemudian dinyalakan sehingga bahan baku tersebut terbakar, pada saat pembakaran, drum atau lubang ditutup sehingga hanya ventilasi yang dibiarkan terbuka. lni bertujuan sebagai jalan keluarnya asap. Ketika asap yang keluar berwarna kebiru-biruan, ventilasi ditutup dan dibiarkan selama kurang lebih kurang 8 jam atau satu malam (Sembiring dan Sinaga, 2003).

  Tongkol jagung yang dapat digunakan sebagai karbon aktif harus. melalui proses karbonisasi bahan dasar dan mengalami proses aktivasi. Proses karbonisasi ini dilakukan dengan cara pemanasan dengan tujuan untuk melepaskan senyawa atau zat ektraktif yang mudah menguap dan proses ini dapat membuka ukuran pori dari karbon dan memaksimalkan karbon aktif dari tongkol jagung sebagai adsorben gas, maka perlu dilakukan aktivasi. Proses aktivasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah aktivasi kimia agar adsorben yang dihasilkan lebih maksimal sebagai penyerap gas CO ² dan H ² S dalam biogas.

  Dalam penelitian ini dilakukan dengan dua metode, yaitu:  Studi literatur (library research)  Studi eksperimen

  1. Tempat Penelitian

  Penelitian dilakukan di Laboratorium Energi Baru dan Terbarukan (EBT) Fakultas Teknik Universitas Mataram.

  2. Variabel-Variabel Penelitian

  a. Variabel Terikat Variabel terikat yaitu menjadi perhatian utama dari peneliti. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kadar

  4 gas metana (CH ), kadar gas karbon saring dan cuci dengan aquades. ₂ sulfida (H S). dikeringkan dalam oven pada suhu _o 110 C selama 3 jam.

  b. Variabel Bebas

  5. Tahap Pengujian

  a. Menyambungkan saluran input Variabel bebas yaitu variabel biogas tabung adsorben dengan yang mempengaruhi variabel terikat. tandon penampung raw biogas,

  Adapun yang menjadi variabel bebas pastikan semua keran dalam posisi dalam penelitian ini yaitu : tertutup.

  b. Memasukkan zeolit sintetik dan  Volume adsorben zeolit sintetik : karbon aktif yang sudah di buat karbon aktif (30:70, 50:50, 70:30). dengan variasi volume yang telah

   Lama penyerapan biogas 15 ditentukan kedalam tabung adsorben. menit.

  c. Menyambungkan saluran output biogas tabung adsorben dengan

  3. Alat dan Bahan

  tandon penampung biogas yang telah di murnikan dan biogas tester untuk

  1. Alat yang digunakan yaitu : _{2 2} melihat kadar CO , H S, pastikan Digester biogas, Pengukur tekanan, semua keran dalam posisi tertutup.

  Tabung adsorpsi, Katup, Selang,

  d. Buka semua keran input dan output

  Stopwatch,Gas detector, Gas

  biogas, lalu ukur kadar methana holder penampung keluaran gas, _{4 2} (CH ), karbon dioksida (CO ), Tanur. hidrogen sulfida (H ^{2 S), yang} terkandung dalam biogas sebelum

  2. Bahan yang digunakan yaitu : melewati tabung adsorben dan Kotoran Sapi, Zeolit sintetik, setelah melewati tabung adsorben, Tongkol jagung, Seng, Aquades, lalu catat hasilnya.

  e. Lakukan pengujian secara berulang

  4. Prosedur Penelitian

  sesuai dengan variasi volume

  a. Tahap Persiapan adsorben dan waktu kontak yang  Mempersiapkan alat dan telah ditentukan. bahan

  f. Semua hasil pengukuran dicatat  Merencanakan instalasi kemudian dianalisis. pengujian

  b. Pembuatan Adsorben

  6. Pengambilan Data  Zeolit sintetik siap pakai

  Data yang digunakan dalam Dipanaskan pada suhu 200 C penelitian ini merupakan data yang pada oven sebelum digunakan. didapatkan secara langsung dari hasil

   Karbon aktif yang dibuat dari pengukuran alat ukur yang digunakan tongkol jagung dalam penelitian.

  Tongkol jagung dibakar dalam

  7. Analisis Data tong kemdian dibakar selama Data yang didapatkan dari semalam. Lalu angkat tong pisahkan penelitian ini diolah untuk mendapatkan tongkol jagung yang telah jadi arang hubungan antara pengaruh volume dan belum jadi arang. Tumbuk arang adsorben dan pengaruh penyerapan kemudian direndam dalam reagen biogas terhadap senyawa penyusun aktivator asam selama 24 jam, biogas dalam hal ini kadar gas methana dimana asam yang digunakan adalah _{4 2}

  (CH ), kadar gas karbon dioksida (CO ), HCl 4 N (perhitungan kepekatan HCl dan kadar gas hidrogen sulfida (H ^{2 S),} dapat dilihat pada lampiran halaman sehingga efisiensi tertinggi dari pengujian

  50). Arang direndan dalam ember tersebut merupakan kesimpulan yang didiamkan dalam ruangan, lalu dapat diambil. diaduk beberapa kali. Selanjutnya

  2 ⁴

  sulfida (H S). Pada saat kandungan CH

  3.5. Alat Penyerap ₂ kandungan O dan Bal meningkat.

  Kandungan O ^{2 dan Bal pada Biogas} Tester merupakan udara luar.

Tabel 4.1. Data pengukuran sebelum pemurnian biogas

  Kandungan biogas N CH ^{4 H} ₂ ^{2 S}

  O CO (%) (%) (ppm) 1 57,5 42,4 246

  2 57,3 42,6 245 3 57,4 42,5 245

  Rata 57,4 42,5 245,33 -rata Data Hasil Maksimal Dalam Pemurnian

Gambar 3.1. Tabung Adsorbent BiogasTabel 4.2. Data hasil maksimal dalam pemurnian biogas

  3.6. Desain Alat Penelitian

  Perban dingan Debit zeolit _{4 2 2} CH CO H S

  Bioga sintetik (%) (%) (ppm) s(l/m) dengan karbon aktif

  34,2 70 : 30 84,15

  1 29,6

  1 50 : 50 88,15

  5

  1 21,9 30 : 70 94,00

  1 Pembahasan

  Proses Pemurnian Biogas

Gambar 3.2. Desain Alat Penelitian

  Pada tahap ini biogas mengalami pencucian dari gas-gas pengotor utama ₂ yaitu karbon doksida (CO ) dan hidrogen sulfida (H ^{2 S). Pada penelitian ini,}

HASIL DAN PEMBAHASAN

  pemurnian dilakukan dengan zeolit sintetik dan karbon aktif dengan variasi 70:30,

  Data Awal Sebelum Pemurnian Biogas

  50:50, dan 30:70. Debit biogas Sebelum melakukan pengambilan dipertahankan konstan pada 1 liter/menit data terhadap biogas yang melewati unit untuk setiap variabel penelitian. penyerap, terlebih dahulu dilakukan pengambilan data awal. Pengambilan ₄ Kandungan gas metana (CH ) data dilakukan sebanyak tiga kali yang

  Pada proses pemurnian biogas terdiri dari kandungan metana (CH ^{4 ),} dalam penelitian ini, perbandingan zeolit sintetik dan karbon aktif sebagai 70:30, 50:50, dan 30:70 dengan rentang waktu pengambilan data selama 15 menit untuk masing-masing variasi. Kadar awal gas metana (CH ^{4 ) sebelum pemurnian} tercatat sebesar 57,40%. Pada penelitian ini kandungan gas metana (CH ⁴ ) tertinggi yaitu 94% yang diperoleh dari perbandingan volume zeolit sintetik dengan karbon aktif dengan variasi 30:70. Kandungan metana terendah mencapai 84,15% yang diperoleh dari variasi 70: 30 ( Gambar 4.1).

  Proses pemurnian gas metana (CH ⁴ ) untuk masing-masing variasi dapat dilihat pada Gambar 4.1 berikut.

Gambar 4.1 Kandungan sesaat CH

  ⁴ selama proses pemurnian Pemurnian dengan variasi zeolit sintetik (30) : karbon aktif (70) pada menit ke-4 kandungan CH ^{4 sudah mencapai} 90%, kualitas terus meningkat perlahan dan mencapai puncak pada menit ke-12. Penurunan kualitas biogas terjadi pada menit ke-13 dari 94% menjadi 92,30% dan terus mengalami penurunan kualitas pada biogas. Hal ini disebabkan kemampuan karbon aktif yang dapat menyerap CO ² lebih banyak. Semakin besar volume karbon aktif yang digunakan sebagai adsorben dapat menghasilkan gas metana (CH ⁴ ) yang lebih tinggi karena daya serap karbon aktif sangat besar yaitu

  25-1000% terhadap berat arang aktif (Sembiring dan Sinaga, 2003).

  Dilihat dari grafik pada menit ke-1 sampai menit ke-4 dengan volume karbon aktif yang lebih besar kandungan CH ⁴ mengalami peningkatan yang signifikan.

  Pada menit yang sama dengan variasi mengalami peningkatan tapi secara perlahan. Hal ini membuktikan dengan volume karbon aktif yang lebih banyak lebih cepat dapat menyerap gas pengotor sehingga lebih cepat dapat meningkatkan kualitas biogas.

  Dengan volume karbon aktif yang lebih banyak juga dapat mempertahankan kualitas biogas yang mencapai lebih dari 90% sampai pada menit ke-13. Sedangkan menggunakan variasi karbon aktif yang lebih sedikit, kualitas biogas lebih cepat menurun itupun tidak bisa mencapai 90%. Hal ini jga membuktikan dengan volume karbon aktif lebih banyak dapat mempertahankan kualitas biogas.

  Hal ini disebabkan oleh pori-pori yang dimiliki karbon aktif lebih luas dibandingkan zeolit sintetik. Semakin banyak karbon aktif yang digunakan maka makin luas pori-pori karbon aktif. Dengan demikian semakin luas pori-pori semakin banyak gas pengotor yang akan terserap. Aktifasi menggunakan HCl mampu menghilangkan zat-zat pengotor dan membuka pori-pori pada karbon aktif sehingga pori-pori pada karbon aktif menjadi lebih luas. Dengan pemberian HCl, zat-zat pengotor pada karbon aktif dapat dihilangkan sehingga mempermudah proses penyerapan zat pengotor pada biogas (Alfiany dkk, 2013).

  Pada grafik juga membuktikan bahwa semakin besar volume karbon aktif sebagai adsorben maka semakin tinggi kualitas biogas yang diperoleh. Hal ini disebabkan karbon aktif dapat menyerap CO ^{2 lebih banyak dibandingkan} zeolit sintetik sehingga hai ini dapat meningkatkan kadar CH ^{4 dalam} kandungan biogas. Semakin tinggi kandungan gas CH ^{4 dalam biogas,} membuktikan kualitas biogas meningkat.

   Kandungan karbon dioksida (CO ^{2 )}

  Dalam penelitian ini kandungan awal karbon dioksida (CO ^{2 ) yang diukur} cukup tinggi yaitu sebesar 42,5 %. Untuk zeolit sintetik dengan karbon aktif sebagai volume biogas yang dialirkan ke dalam tabung sebesar 1 liter/menit, dapat dilihat pada Gambar 4.2 di bawah ini.

40 CO2

  Dari gambar kandungan CO ² dapat dilihat kandungan CO ² setelah dilakukan pengujian dengan tiga variasi. banyak kandungan CO ² dari menit-1 sampai menit ke-13 tidak mancapai lebih dari 10% kandungan biogas. Kandungan CO ^{2 meningkat cepat pada menit ke-14} dan ke-15. Hal ini selaras dengan hasil yang ditunjukkan pada gambar 4.1 dimana pada perbandingan ini kandungan CH ^{4 menurun dengan tajam. Sedangan} pada variasi zeolit sintetik yang lebih banyak dapat dilihat kandungan CO ² meningkat dengan cepat, sehingga hal ini dapat menurunkan kandungan CH ^{4 .}

  Gas ini walaupun mempunyai jumlah yang sedikit tetapi dapat merugikan karena merupakan racun jika terhirup terlalu

  Gas hidrogen sulfida (H ² S) merupakan salah satu bagian dari kandungan yang terdapat di dalam biogas dan biasanya memiliki bau yang khas.

  Kandungan Hidrogen Sulfida (H ^{2 S)}

  Daya tarik menarik antara gas pengotor (CO ^{2 dan H 2 S) dengan adsorben lebih} besar daripada daya tarik menarik CH ⁴ dengan gas pengotor (CO ^{2 dan H 2 S) pada} biogas itu sendiri. Dengan daya tarik yang dimiliki zeolit sintetik dan karbon aktif dapat menyerap kandungan CO ² (Aprianti,2011).

  Penyerapan CO ² dilakukan secara fisika akibat dari gaya Van Der Waals.

  Tingkat kejenuhan karbon aktif lebih tahan lama dibandingkan zeolit sintetik. Dengan lambatnya pencapaian tingkat kejenuhan karbon aktif maka karbon aktif dapat menyerap gas pengotor lebih lama dan lebih lama mempertahankan kualitas biogas.

  Hal ini disebabkan kemampuan dari karbon aktif lebih baik daripada zeolit sintetik. Dengan volume karbon aktif yang lebih banyak dapat menyerap gas pengotor lebih banyak dengan tingkat kejenuhan cukup lama. Ini juga disebabkan luas pori-pori karbon aktif yang lebih luas dari zeolit sintetik, sehingga dapat menyarap CO ^{2 lebih} banyak.

  Dengan meningkat kandungan CO ² dengan cepat maka makin cepat pula kualitas biogas menurun.

  0 2 4 6 8 10 12 14 16

  10

  Pada variasi volume 30% zeolit sintetik dengan 70% karbon aktif pada menit pertama dan ke-2 bernilai 0,10% sedangkan variasi yang lain mencapi lebih dari 1% hal ini disebabkan daya serap karbon aktif terhadap gas CO ² (Sembiring dan Sinaga, 2003). Karbon aktif memiliki daya serap yang lebih besar dibanding zeolit sintetik. Sehingga perbandingan volume yang memiliki volume karbon aktif lebih banyak dapat menyerap kandungan CO ² yang lebih banyak pula.

  21,90%. Sedangkan yang terendah terjadi pada perbandingan volume 70 zeolit sintetik dengan 30 karbon aktif yaitu 42,5% menjadi 34,20%.

  ² selama proses pemurnian Pada gambar di atas dapat disimpulkan pada menit yang sama yaitu menit ke-15 perbandingan volume 30% zeolit sintetik dengan 70% karbon aktif sebagai adsorben dan debit biogas 1 lt/ min dapat menyerap CO ^{2 paling banyak} yaitu dari data awal 42,5% menjadi

Gambar 4.2 Kandungan sesaat CO

  2 ( % )

  _{70 zeolit sintetik : 30 karbon aktif 50 zeolit sintetik : 50} karbon aktif _{30 zeolit sintetik : 70 karbon aktif} waktu (menit) C O

  30

  20

  Dapat dilihat pada gambar pergerakan CO ² dari menit ke menit terus meningkat. Dengan variasi volume karbon aktif yang lebih banyak, kandungan CO ² naik secara perlahan. Sedangkan pada variasi yang menggunakan zeolit sintetik lebih banyak, kandungan CO ^{2 meningkat} cukup signifikan. banyak oleh tubuh manusia serta dapat Dalam penelitian ini kandungan awal sebelum dilakukannya pemurnian biogas, gas hidrogen sulfida (H ² S) mencapai 245,33 ppm. Setelah dimurnikan kandungan H ² S menurun. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 4.3 dibawah ini.

5 H2S

  1

  3

  _{70 zeolit sintetik : 30 karbon aktif 50 zeolit sintetik : 50 karbon aktif 30 zeolit sintetik : 70 karbon aktif}

  Pada gambar dibawah ini menunjukkan morfologi permukaan dan EDX dari zeolit sintetik dan karbon aktif sebelum dan setelah dilewati biogas. Dari hasil SEM dan EDX yang diproleh dapat menjelaskan perbandingan zeolit sintetik dan karbon aktif. Selain itu dapat melihat kemampuan penyerapan yang dilakukan zeolit sintetik dan karbon aktif. Dari gambar morfologi akan terlihat luas pori- pori dari adsorben tersebut sebelum dan sesudah dilewati biogas. Sedangkan pada EDX dapat dilihat perbedaan kandungan penyusun adsorben sebelum dan sesudah dilewati biogas.

  H

  2 S ( p p m )

  Hasil Analisis SEM dan EDX

  H ^{2 S langsung dapat terserap oleh zeolit} sintetik dan karbon aktif.

• 1 0 2 4 6 8 10 12 14 16

  Penggunaan karbon aktif dalam menyerap H ^{2 S dapat mengurangi bau} busuk yang ditimbulkan biogas. Bau busuk pada H ^{2 S dapat diserap karbon} aktif selain racun yang ada pada H ^{2 S.} Sehingga biogas tidak menyengat jika baunya dicium (Sembiring dan Sinaga, 2003).

  Penurunan kadar hidrogen sulfida (H ^{2 S) yang cukup signifikan ini} disebabkan kemampuan zeolit sintetik dan karbon aktif dalam menyerap gas hidrogen sulfida (H ^{2 S) yang tinggi.} Sehingga dapat mengurangi korosi pada material yang dilewati biogas.

  Daya tarik adsorben lebih kuat dibandingkan dengan daya tarik pada CH ^{4 .}

  Karbon aktif dan zeolit sintetik mempunyai kemampuan yang sama dalam menyerap H ^{2 S. Hal ini dibuktikan} berkisar 0-1 ppm. Nilai kandungan H ² S H ² S sangat sedilit. Sehingga kandungan

  ^{2 S} selama proses pemurnian Dari gambar diperoleh adanya penurunan kadar hidrogen sulfida (H ^{2 S)} dari data awal sebelum pemurnian biogas. Semua variasi memberikan nilai yang sama yaitu 0-1 ppm.

Gambar 4.3 Kandungan sesaat H

  waktu (menit)

  a. Zeolit Sintetik

Gambar 4.4 A) Morfologi dan B) EDX zeolit sintetik sebelum dilewati biogasGambar 4.5 A) Morfologi dan B) EDX zeolit sintetik sesudah dilewati biogas

  Dari gambar di atas dapat dilihat hasil moefologi dan EDX dari zeolit sintetik sesudah dialirkan biogas. Gambar

  A A B B

  Terserapnya kandungan H ^{2 S} pada biogas disebabkan gaya Van Der Waals. Adsorben dapat menarik kandungan H ^{2 S yang ada pada biogas.} morfologi dari zeolit sintetik menunjukkan Pori-pori zeolit sintetik yang sedikit ini dapat dengan cepat dipenuhi gas pengotor. Dengan demikian membuat zeolit sintetik cepat jenuh seperti ditunjukan Gambar 4.5 (A). Gambar EDX di atas yang menunjukan kandungan unsur penyusun dari zeolit sintetik. Pada

Gambar 4.4 (B) dapat dilihat kandungan oksigen, aluminium dan silikon berkisar

  2800-3600 counts sebelum dialirkan biogas. Pada Gambar 4.5 (B) dapat dilihat perubahan kadar kandungan dari 2800- 3600 counts meningkat menjadi 4000- 4500 counts.

  b. Karbon aktif

Gambar 4.6 A) Morfologi dan B) EDX karbon aktif sebelum dilewati biogasGambar 4.7 A) Morfologi dan B)

  EDX karbon aktif sesudah dilewati biogas Pada gambar di atas merupakan gambar morfologi dan EDX dari karbon aktif. Dari gambar morfologi dan EDX tersebut menunjukkan perubahan morfologi dan kandungan unsur yang dimiliki karbon aktif. Pada morfologi

gambar 4.6 (A) dapat dilihat gambaran pori-pori yang dimiliki karbon aktif. Pori-

  pori yang dimiliki karbon aktif lebih luas dibandingkan dengan zeolit sintetik. menyerap kandungan gas CO ² yang banyak seperti pada gambar 4.6 (B). Hal ini dapat membuktikan dari penjelasan sebelumnya mengapa menggunakan volume karbon aktif lebih banyak dibandingkan zeolit sintetik memiliki efisiensi penyerapan zat pengotor yang lebih baik. Pori-pori yang dimiliki karbon aktif lebih luas dibandingkan zeolit sintetik.

  Dengan pori-pori yang luas yang dimiliki dapat menyerap gas CO ² lebih banyak dibandingkan zeolit sintetik.

  Gambar EDX dari karbon aktif juga dapat menunjukan perubahan kandungan yang dimiliki karbon aktif. Pada gambar EDX 4.6 (B) dapat dilihat kandungan awal yang dimiliki karbon aktif sebelum dialirkan biogas. Kandungan karbon aktif sebelum dialirkan biogas berupa 18000 counts karbon dan sedikit oksigen. Setelah dialirkan biogas pada karbon aktif kandungan dari karbon aktif berubah seperti pada gambar EDX 4.7 (B). Kandungan karbon yang dimiliki karbon aktif menurun dari 18000 counts menjadi 3200 counts dan kandungan oksingennya juga meningkat. Selain itu adanya kandungan silikon yang semula tidak ada menjadi 7500 counts. Hal ini menunjukkan bahwa karbon aktif dapat menyerap gas pengotor sangat banyak.

  Dari data EDX yang yang dihasilkan zeolit sintetik dan karbon aktif menunjukan adanya reaksi kimia yang terjadi. Hal ini dapat dilihat dari perubahan kandungan yang dimilik zeolit sintetik dan karbon aktif. Perubahan susunan dari zeolit sintetik dan karbon aktif jelas terlihat pada data EDX. Seperti meningkatnya kandungan oksigen, aluminium dan silikon pada susunan zeolit sintetik setelah dilewati biogas. Turunnya kadar karbon meningkatkan kandungan silikon pada karbon aktif setelah dilewati biogas. Dengan perubahan susunan pada adsorben tersebut, seperti bertambahnya kandungan silikon pada adsorben menyebabkan kemampuan karbon aktif untuk menyerap gas pengotor menurun.

  A A B B

  Rasio Si/Al mempengaruhi besar rasio Si/Al semikin besar daya serap pada zeolit sintetik . Rasio Si/Al pada zeolit sintetik mendekati 1. Semakin tinggi kandungan Si pada zeolit sintetik maka rasio Si/Al akan meningkat. Kemampuan daya serap terhadap gas akan meningkat (Yuliusman,2013; Mandasari,2014). Pada data EDX zeolit sintetik setelah dilewati kandungan aluminium meningkat. Hal ini menyebabkan rasio Si/Al menurun, sehingga daya pada zeeolit sintetik menurun. Dengan menurunnya kemampuan daya serap adsorben terhadap gas pengotor kualitas biogas menurun pula.

  Tadulako. Anonim. 2014. Adsorpsi. From

  carbon dioxide removal from biogas. Annual report of Central

  Oxford: Butterworth-Heinemann Dubey, A.K., 2000. Water scrubbing for

  Adsoprtion Processes. Chemical Engineering. Volume 2. 5th ed.

  (2002). Particle Technology and

  Coulson, J.M. and Richardson, J.F.

  ed Modern Asia : John Wiley and Sons, Ltd.

  Jurusan Teknik Kimia Universitas Diponegoro: Semarang. Brown, G.G. (1950). Unit Operation, 2nd

  Aplikasi Pada Pemurnian Biogas,

  Apriyanti, Eny., 2011, Adsorpsi CO ² Menggunakan Zeolit Sintetis 4A

   Diunduh Pada 13 Juli 2014.

  Penggunaan Arang Aktif Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Logam PB dengan Beberapa Aktivator Asam. Fakultas MIPA, Universitas

  PENUTUP Kesimpulan

  DAFTAR PUSTAKA Alfiany, Herlin. Bahri, Syaiful. Nurakhirawati. 2013. Kajian

   Merendam arang tongkol jagung dalam zat kimia sebaiknya sambil dipanaskan untuk mempercepat dan memperluas pori-pori. Hal ini lebih baik dibandingkan dengan cara perendaman biasa karena lebih cepat dalam membuka dan memperluas pori- pori karbon aktif.

   Dalam mencuci arang aktif dari zat kimia sebaiknya kandungan kimianya sampai netral, agar efektifitas proses penyerapan CO ^{2 dan H 2 S dan} agar tidak mengganggu saat di oven.

  Berdasarkan pada penelitian yan telah dilakukan, banyak terjadi kendala dan kekurangan baik dalam persiapan bahan maupun pada proses pengujian, sehingga diperlukan saran atau masukan yang dapat menyempurnakan penelitian

  Saran

  5. Kandungan O ^{2 dan Bal pada lampiran} 1 merupakan udara luar.

  4. CO ^{2 lebih mudah diserap karbon aktif} daripada zeolit sintetik.

  3. Zeolit sintetik dan karbon aktif memiliki kemampuan menyerap gas H ^{2 S yang} sama.

  2. Pada pengujian dengan variasi perbandingan volume karbon aktif lebih banyak dibandingkan zeolit sintetik akan menghasilkan kualitas biogas yang lebih baik.

  1. Zeolit Sintetik dan karbon aktif dapat digunakan sebagai adsorben dalam pemurnian biogas untuk meningkatkan kualitas biogas

  Berdasarkan pada pembahasan data-data hasil penelitian tentang pengaruh variasi perbandingan massa adsorben dan variasi laju aliran biogas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

  Institute of Agricultural Engineering, Bhopal, India. El-Eswed, B., et al., 2009. Alkali Solid-

  Zeolite to Effective Adsorbents for Removal of Lead from Aqueous Solution. Journal Desalination and W ter Tre tment, ’Aquil , It lie, Vol ,

  Analisis Daya Adsorpsi Suatu Adsorben. FMIPA. Universitas Negeri Yogyakarta.

  Vol. 13, No.1, Teknik Mesin Universitas Mataram: Mataram. Padang, Allo Yesung., 2011, Materi

  Sulfide (H ² S) Dari Biogas Dengan Menggunakan Besi Oksida (Fe ² O ³ ), Jurnal Teknik Rekayasa,

  Padang, A.Y., Jaya, I.K.P, dan Susanto Rudy., 2012, Reduksi Hydrogen