3. Sampah Pasar Desain proses produksi biogas dari jerami padi dan sampah pasar dengan sistem fermentasi media padat

Jerami padi merupakan salah satu limbah pertanian yang paling besar di Indonesia. Pemanfaatan limbah jerami padi sebagai salah satu bahan baku alternatif produksi glukosa dalam proses bioetanol mulai dikembangkan di beberapa negara termasuk di Indonesia. Hal ini disebabkan karena jerami padi harganya sangat murah dan memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi yaitu mencapai 25.4-35.5. Komposisi kimia lainnya yaitu hemiselulosa 32.3-37.1, lignin 6.4-10 dan abu Lei at al, 2010. Jerami padi setelah panen memiliki kadar air sekitar 40. Komposisi kimia jerami padi sangat bervariasi hal ini dipengaruhi oleh varietas padi, tempat tumbuh, serta pupuk yang digunakan. Di Indonesia rata-rata kadar hara jerami padi adalah 0.4 N, 0.02 P, 1.4 K, 5.6 Si dan mengandung 40-43 C Makarim et al, 2007. Karakteristik jerami disajikan pada Tabel 3. Tabel 3. Karakteristik jerami padi Parameter Nilai Ukuran Partikel mm Kadar Air Total Solid gL Volatile Solid gL Kadar C dalam TS bk Kadar N dalam TS bk Kadar P dalam TS bk 3 – 5 10.20 14.60 12.63 41.18 0.69 0.044 Sumber : Lei et al, 2010 Menurut Kim dan Dale 2004 potensi jerami kurang lebih 1,4 kali dari hasil panen. Rata-rata produktivitas padi nasional adalah 48.95 kuha, sehingga jumlah jerami yang dihasilkan kurang lebih 68.53 kuha. Potensi jerami yang sangat besar ini sebagian besar masih disia-siakan oleh petani. Sebagian besar jerami hanya dibakar menjadi abu, sebagian kecil dimanfaatkan untuk pakan ternak.

2. 3. Sampah Pasar

Sampah mempunyai kontribusi besar terhadap meningkatnya emisi gas rumah kaca, hal ini dikarenakan penumpukan sampah tanpa diolah akan melepaskan gas metanamethane CH 4 . Setiap 1 ton sampah padat menghasilkan 50 kg gas metana. Diperkirakan pada tahun 2020, sampah yang dihasilkan oleh penduduk indonesia sekitar 500 juta kghari atau 190 ribu tontahun Nengsih, 2002. Pada tahun 2007 total timbulan sampah dari 170 kota yang mengikuti program Adipura mencapai 45.4 juta meter kubik. Dari jumlah tersebut, sekitar 71 persen atau sebanyak 32.5 juta meter kubik terangkut ke tempat pembuangan akhir TPA. Menurut pedoman IPCC 2006, timbulan sampah di Indonesia adalah sebesar 0.28 ton per kapita per tahun. Dengan menggunakan asumsi tersebut dan proyeksi jumlah penduduk tahun 2001 – 2007, timbulan sampah pada tahun 2007 diperkirakan mencapai 63 ribu ton dimana 58 persen diantaranya berasal dari pulau Jawa. Hal ini sesuai dengan jumlah dan pertumbuhan penduduk di pulau Jawa yang lebih tinggi dibandingkan dengan pulau-pulau besar lainnya di Indonesia. Peta timbunan sampah domestik disajikan pada Gambar 2. Gambar 2. Peta sebaran timbulan sampah domestik tahun 2010 sumber: ICCSR, 2010 Dari timbulan sampah tersebut, sekitar 80 dibuang ke tempat pembuangan akhir TPA sampah, 5 dibakar di insinerator, 1 dibuat kompos, dan 5 sisanya tidak teridentifikasi namun kemungkinan besar ada yang didaur ulang. Dilihat dari komposisinya, sampah di Indonesia didominasi oleh bahan organik sebesar 65, kertas sebesar 13, plastik sebesar 11, dan kayu sebesar 3. Sisanya adalah tekstil, karet, logam, gelas, dan keramik masing-masing sebesar 1 KLH, 2008. Komposisi sampah disajikan pada Gambar 3. Gambar 3. Komposisi sampah KLH, 2008 Menurut Biswas 2007 karakteristik limbah buah dan sayuran di dominasi oleh kandungan air yang tinggi. Karakteristik limbah buah dan sayuran disajikan pada Tabel 4. Tabel 4. Karakteristik limbah buah dan sayuran Karakteristik Biswas et al, 2007 Alvarez Liden, 2007 Kadar Air 89.14 87.30 Kadar Abu 0.98 0.80 TS 10.76 12.70 VS 9.78 11.90 Rasio CN 9.5 - 2. 4. Fermentasi Menurut Esposito et al 2011 dan Batstone et al 2002 secara garis besar proses pembentukan biogas dapat dilihat pada Gambar 4 dan dibagi dalam empat tahap yaitu: hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis dan metanogenesis. Limbah Pertanian Jerami padi Sampah Pasar Inert partikel, terlarut Karbohidrat Protein Lemak Gula MonosakaridaMS Asam Amino AA Long Chain Fatty Acids LCFA Propionate Acetat H 2 Metana CH 4 , CO 2 Disintegrasi Hidrolisis Asidogenesis Asetogenesis Metanogenesis Asam Valeric HVa, Asam Butyric HBu Acidogenesis dari 5 Asetogenesis dari butyrate dan valerate 1 Gula 3 LCFA 6 Aseticlastoc methanogenesis 2 Asam Amino 4 Propionate 7 hydrogenotrophic methanogenesis 1 2 3 4 5 6 7 Gambar 4. Skema konversi biomassa menjadi metana Esposito et al, 2011 dan Batstone et al, 2002 1. Tahap Hidrolisis Pada tahap hidrolisis, bahan organik dienzimatik secara eksternal oleh enzim ekstraselular selulose, amilase, protease dan lipase mikroorganisme. Bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat komplek, protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Sebagai contoh polisakarida diubah menjadi monosakarida sedangkan protein diubah menjadi peptida dan asam amino. Menurut Deublein dan Steinhauser 2008, dalam tahapan hidrolisis terjadi pemecahan enzimatis dari bahan yang tidak mudah larut seperti lemak, polisakarida, protein, asam nukleat dan lain-lain menjadi bahan yang mudah larut. Protein dihidrolisis menjadi asam-asam amino, karbohidrat menjadi gula-gula sederhana, sedang lemak diurai menjadi asam rantai pendek. 2. Tahap Asidogenesis Pada tahap asidogenesis, bakteri menghasilkan asam, mengubah senyawa rantai pendek hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen 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 diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan, pembentukan asam dalam kondisi anaerobik sangat penting untuk membentuk gas metan oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, karbondioksida, H 2 S dan sedikit gas metan Amaru, 2004. Menurut Deublein dan Steinhauser 2008 produk terpenting dalam tahapan asidogenesis adalah asam asetat, asam propionate, asam butirat, H 2 dan CO 2 . Selain itu dihasilkan sejumlah kecil asam formiat, asam laktat, asam valerat, methanol, etanol, butadienol dan aseton. 3. Asetogenesis Tidak semua produk asetogenesis dapat dipergunakan secara langsung pada tahap metanogenesis, alkohol dan asam volatile rantai pendek tidak dapat langsung dipergunakan sebagai substrat pembentuk metan, tetapi harus dirombak dulu oleh bakteri asetogenik menjadi asetat, H 2 dan CO 2 . Produk yang dihasilkan ini menjadi substrat pada pembentukan gas metan oleh bakteri metanogenik. Setelah asidogenesis dan asetogenesis, diperoleh asam asetat, hidrogen, dan karbondioksida yang merupakan hasil degradasi anaerobik bahan organik. 4. Tahap Pembentukan Gas Metana Metanogenesis Pada tahap ini bakteri metanogenik mendekomposisikan senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh bakteri ini menggunakan hidrogen, CO 2 dan asam asetat untuk membentuk metana dan CO 2 . Bakteri penghasil asam dan gas metana bekerjasama secara simbiosis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfir yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metana menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam. Tanpa adanya proses simbiotik tersebut, akan menciptakan kondisi toksik bagi mikroorganisme penghasil asam. Metana diproduksi dari asam asetat, hidrogen dan karbon dioksida Juanga, 2005. Prinsip reaksi metanogenik disajikan pada Gambar 5. Gambar 5. Prinsip reaksi metanogenik Juanga, 2005 Menurut Hoffman 2000 dan Juanga 2005 menyatakan bahwa teknologi fermentasi media padat memiliki beberapa kelebihan. Kelebihan tersebut dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Keuntungan teknologi fermentasi media padat Aspek Keuntungan Pengolahan limbah Proses pengolahan limbah alami Memerlukan sedikit lahan dibandingkan komposting secara aerobik dan landfill Reduksi volume dan berat limbah buangan ke landfill Reduksi konsentrasi leacheate Keuntungan Energi Proses produksi energi bersih Menghasilkan kualitas tinggi energi terbarukan Biogas yang terjamin Keuntungan Lingkungan Signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca Menyisihkan bau Memproduksi kompos yang kaya nutrien Keuntungan recycle maksimum Keuntungan biaya Efektivitas Biaya Sumber : Juanga 2005 Hidrogen 4H 2 + CO 2  CH 4 + 2H 2 O Asetat CH3COOH  CH 4 + CO 2 Format 4HCOOH  CH 4 + 3CO 2 + 2H 2 O Metanol 4CH 3 OH  3CH 4 + CO 2 + 2H 2 O Karbon Monoksida 4CO + 2H 2 O  CH 4 + 3H 2 CO 3 Trimetilamin 4CH 3 2 N + 6H 2 O  9CH 4 + 3CO 2 + 4NH 3 Dimetilamin 2CH 3 2 NH + 2H 2 O  3CH 4 + CO 2 + 2NH 3 Monometilamin 4CH 3 NH 2 + 2H 2 O  3CH 4 + CO 2 + 4NH 3 Metil mercaptan 2CH 3 2 S + 3H 2 O  3CH 4 + CO 2 + H 2 S Logam 4Me o + 8H + CO 2  4Me o + CH 4 + 2H 2 O

2. 5. Kinetika Pembentukan Biogas