MAKALAH BIOGASKINETIKA PRODUKSI BIOGAS DARI CAMPURAN ECENG GONDOK (Eichornia Crassipes) DAN RUMEN

Disusun oleh: Wahyu Permana Aji12.14.014Rina Eka M.12.14.016Dio Alif Tricahyo12.14.021Syariuddin Ubaidillah12.14.023Wayan Pratama12.14.058

JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG

2015

2

KATA PENGANTARSegala Puji syukur kepada Allah SWT atas Rahmat dan hidayah-Nya, sehingga kami masih diberi kesehatan dan kesempatan untuk menyusun makalah tentang kinetika dalam pembuatan biogas. Makalah ini dibuat untuk memahami kinetika produksi biogas dari campuran eceng gondok (Eichornia Crassipes) dan residu rumen segar. Makalah ini disusun dari berbagai sumber. Makalah ini berisi tentang uraianuraian yang berhubungan dengan pembuatan biogas dari campuran eceng gondok dan residu rumen segar, pengaruh waktu reaksi dan kinetika produksi biogas dan kinetika reaksi orde ke dua dalam pembuatan biogas. Semoga makalah ini bermanfaat bagi yang membacanya.Sesuai pepatah yang mengatakan tak ada gading yang tak retak, kami pun menyadari bahwa makalah yang kami buat ini masih banyak kesalahan dan kekurangan, karena kami maih dalam tahap pembelajaran, maka dari itu kami mengharapkan kritik dan saran bagi pembaca demi kesempurnaan dalam penyusunan makalah ini.

Penulis

DAFTAR ISI Kata Pengantar1Daftar isi3BAB I Pendahuluan1.1. Latar Belakang Masalah41.2. Tujuan Penulisan41.3. Manfaat Penulisan4BAB II Pembahasan1. 2.1. Tinjauan Pustaka52.2.Bahan Baku dan Metode82.3. Hasil dan Pembahasan9BAB III Kesimpulan dan Saran2. 3.1. Kesimpulan11Daftar pustaka12

BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar Belakang PenulisanBiogas adalah bahan bakar yang dihasilkan ketika mikroba mendegradasi bahan organik tanpa adanya oksigen. Bahan organik yang digunakan untuk memproduksi biogas bisa berupa residu hewan atau limbah pabrik. Tujuan dalam produksi dan penggunaan biogas dan biofuel lainnya seperti biodiesel dan bioetanol meningkat baru-baru ini karena bahan bakar ini berasal dari sumber terbarukan, relatif tidak beracun, biodegradable, relatif murah dan ramah lingkungan. Eceng gondok dapat digunakan sebagai bahan baku dan cairan rumen sebagai inokulum. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh waktu reaksi dari tingkat biogas yang dihasilkan dan untuk menentukan kinetika reaksi dari proses yang terjadi didalam digester.1.2. Tujuan PenulisanAdapun yang menjadi tujuan penulisan makalah ini diantaranya:1. Menjelaskan pembuatan biogas dari eceng gondok dan rumen kotoran sapi.2. Menjelaskan bahan baku metode yang digunakan dalam pembuatan biogas.3. Menjelaskan hasil dan pembahasan yang didapatkan oleh peneliti.4. Menjelaskan cara untuk menghitung kinetika pada produksi biogas.1.3. Manfaat PenulisanPenulis berharap penulisan makalah ini akan memberikan manfaat berupa:1. Pengetahuan pembaca tentang pembuatan biogas dari eceng gondok dan rumen kotoran sapi2. Pengetahuan pembaca tentang bahan baku metode yang digunakan dalam pembuatan biogas.3. Pengetahuan pembaca hasil dan pembahasan yang didapatkan oleh peneliti.4. Pemahaman tentang cara untuk menghitung kinetika pada produksi biogas.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1. Tinjauan PustakaBiogas adalah bahan bakar yang dihasilkan ketika mikroba mendegradasi bahan organik tanpa adanya oksigen. Bahan organik yang digunakan untuk memproduksi biogas bisa berupa residu hewan atau limbah pabrik. Beberapa bahan yang umumnya dapat digunakan untuk memproduksi biogas yaitu kotoran hewan seperti kotoran sapi, kotoran unggas, kotoran babi; pupuk, limbah, sampah kota, tanaman dan pengolahan makanan oleh-produk. Biogas terutama terdiri dari metana dan karbon dioksida (Abu bakar,1990). Biogas juga mengandung sejumlah kecil hidrogen sulfida, air, hidrogen dan siloksan (John dan Twidell, 1987; Nagamani dan Ramasamy, 2011). Komposisi biogas bervariasi tergantung pada proses pencernaan biogas di dalam digester.Tujuan dalam produksi dan penggunaan biogas dan biofuel lainnya seperti biodiesel dan bioetanol meningkat baru-baru ini karena bahan bakar ini berasal dari sumber terbarukan, relatif tidak beracun, biodegradable, relatif murah dan ramah lingkungan. Di negara-negara seperti Nigeria berkembang, biofuel dipandang sebagai energi alternatif yang sempurna sebagai pengganti bahan bakar konvensional (fosil). Oleh karena itu, Biogas dapat digunakan untuk memasak dan untuk menghasilkan listrik dan panas khususnya di daerah pedesaan (Ramasamy, 2011) dan bahkan di daerah perkotaan. Biogas juga dapat dikompresi, seperti gas alam, dan digunakan untuk kendaraan bermotor listrik. Misalnya di Inggris biogas diperkirakan memiliki potensi untuk menggantikan sekitar 17% dari bahan bakar kendaraan (John dan Twidell, 1987).Biogas dapat diproduksi secara praktis sebagai gas landfill atau gas digester (Demirci dan Demirer, 2004). Gas landfill dihasilkan oleh sampah bahan organik yang membusuk secara anaerob di tempat pembuangan sampah sementara gas digester adalah diproduksi dengan menggunakan digester anaerobik umumnya disebut sebagai pabrik biogas. Digester anaerobik dapat dirancang dan dibangun berdasarkan pada sejumlah variabel proses yang berbeda atau konfigurasi seperti beatch atau proses continuous, mesophilik atau kondisi thermophilik, kandungan padatan tinggi atau rendah dan stage tunggal atau kompleksitas multistage (Nagamani dan Ramasamy, 2011;. Callaghan et al, 1999). Proses biokimia yang terjadi di dalam digester diklasifikasikan menjadi empat tahap yang berbeda dan berurutan yaitu hidrolisis, asidogenesa, asetogenesis dan metanogenesis (Bailey dan Ollis, 1977; Smith, 1980; Sans et al, 1995; Nagamani dan Ramasamy, 2011). Dalam setiap tahap, mikroba (bakteri) tertentu yang digunakan untuk membantu atau mengkatalisis proses pencernaan. Mikroorganisme anaerob mengakses oksigen untuk aktivitas metabolisme mereka dari sumber-sumber lain dari udara di sekitarnya. Nutrisi mikroba pada bahan baku biomassa, yang mengalami serangkaian reaksi, mengubahnya (biomassa) menjadi molekul menengah termasuk gula, hidrogen dan asam asetat, sebelum akhirnyabdiubah menjadi biogas. Secara keseluruhan reaksi produksi disederhanakan dalam persamaan kimia generik (pers 1):C6H12O6 3CO2 + 3CH4.............................. (1)Beberapa spesies bakteri fermentasi umum ditemukan pada spesies rumen digester termasuk Ruminococcus sp, Bacteroides dan Clostridium seperti Ruminococcus flavefaciens, Bacteriodes cellulosolvens, Clostridium thermocellum, dan Clostridium cellulosolvens (Nagamani dan Ramasamy, 2011). Sudah menjadi hal yang umum jika didalam digester dilakukan pembibitan dengan bahan yang mengandung mikroba anaerobik. Ini biasanya dilakukan dengan menggunakan limbah lumpur, limbah rumen ternak ke dalam digester. Umumnya di akhir dari periode, mikroba yang benar-benar mati dan pada observasi ini tingkat asam lemak dengan volatile tinggi pada digester dengan periode resistensi yang pendek .Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap hasil biogas ( yeole dan ranade , tahun 1992; zennaki et al , tahun 1996; demirci dan demirer , 2004; kaparaju dan angelidaki , 2008 ) .Faktor-faktor ini termasuk jenis dan sifat bakuya , inoculums , desain dari plan biogas, c: n rasio dari substrat dan pengolahan parameter-parameter seperti ph dari media , reaksi waktu, reaksi suhu, loading rate. Lainnya adalah konsentrasi dari kosentrasi kekentalan, total konten padat , agitasi (pengadukan) , tingkat VFA dan jumlah air di bahan bubur. Ph dari plan biogas berpengaruh terhadap jumlah CO2 yang diproduksi, HCO3 alkalinitas menengah yang mudah menguap menyebabkan konsentrasi asam lemak terbentuk ( bailey dan ollis , 1977 ) .Bagi peningkatan biogas ph 6,6 menjadi 7,6 sangat memadai ( bailey dan ollis , 1977 ). Limbah kotoran hewan dan residu umumnya digunakan sebagai substrates untuk digesters tetapi ketersediaan mereka adalah sebuah keterbatasan .Banyak para peneliti telah mencari bahan alternatif untuk produksi biogas, limbah yang digunakan tanaman seperti rumput makanan ternak, akar dan umbi dan spesies laut ( yeole dan ranade , tahun 1992; gunaseelan , 1997 ). Gunaseelan ( 1997 ) bahwa beberapa tanaman limbah harus di cacah partikel ukuran dari 0,4 mm sebelum ke dalam digester biogas untuk membuat hasil yang lebih baik; namun , mirabilis sp . , dan ipomoea fistulosa dapat diberi makananan tanpa pengurangan dalam ukuran mereka .Sejumlah studi telah melaporkan dalam produksi biogas dari digesters diberi air gondok sebagai substrat ( kivais dan mtila , 2005 , singhal dan rai , 2003 , kumar , 2005 ) .Dalam proes ini dan pengamatan lain bahwa beberapa aditif seperti logam ni , Mn , co , mg , fe , dll , boraks , diborane meningkatkan produksi biogas dan konten metana . Hasil pengamatan yang lebih tinggi itu disebabkan aktivitas metallo-enzymes yang terlibat dalam produksi biogas. Banyak peneliti telah mempelajari kinetika reaksi dari proses produksi biogas dan telah mengembangkan model kinetika untuk digester dengan proses anarobik (Nopharatan dkk, 2007; Chynoweth dkk,1993;Hashimoto, 1981;Monod,1941. Chynoweth dkk(1993 ) melaporkan bahwa metana yang dihasilkan dan kinetikanya secara umum lebih tinggi bagian daun daripada bagian batang. Monod (1941) mendeskripsikan sebuah model hiperbolik hubungan antara eksponensial tingkat pertumbuhan mikroba dengan konsentrasi substrat. Dalam model ini, laju pertumbuhan mikroba dan konsentrasi substrat adalah hal yang penting dalam kinetika reaksi biogas. Hashimoto(1981) mendeskripsikan sebuah model kinetika reaksi dalam proses produksi biogas dengan beberapa parameter seperti loading time,biodegrabilitas bahan baku, waktu retensi, pertumbuhan maksimum dari suatu organisme dan parameter kinetik lain yang mempengaruhi volume metana yang dihasilkan.Paper ini menerangkan tentang studi pendahuluan mengenai kinetika produksi biogas menggunakan eceng gondok sebagai bahan baku dan cairan rumen sebagai inokulum. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh waktu reaksi dari tingkat biogas yang dihasilkan dan untuk menentukan kinetika reaksi dari proses yang terjadi didalam digester. Eceng gondok secara umumnya merupakan gulma air yang dapat mengganggu kehidupan organisme diperairan. Daunnya memiliki lapisan lilin yang menyelimuti seluruh permukaannya untuk mencegah dari basah (Opande dan Onyang,2004). Tumbuhan ini tumbuh dengan cepat dan menyebar sehingga mencegah masuknya cahaya matahari dibawahnya, hal ini akan merugikan dan mempengaruhi kehidupan didalam air selain itu akibat dari pertumbuhannya transportasi air menjadi terganggu. Penggunaan eceng gondok sebagai bahan baku untuk produksi biogas dapat mengatasi permasalahan tersebut.

2.2. Bahan baku dan MetodeA. Bahan dan PeralatanAir suling, Eceng gondok segar (Eichornia crassipes) daun diperolehdari sungai Ebonyi. Rumen dikumpulkan dari rumah potong hewan di Abakaliki. Sebuah biodigester kapasitas 7500 ml dirancang dan dibangun dengan menggunakan lembaran logam (Gbr. 1). Digester ini dilengkapi dengan sebuah valve untuk outlet gas dan untuk mencegah udara ditarik ke dalam digester, bukaan untuk termometer danbukaan untuk inlet dan outlet materi. Sebuah alat pengukur gas dan tangki penyimpanan juga dilengkapi didalam digester (Gambar 1). Item lain yang digunakan adalah kertas pH Universal dan merkuri termometer kaca merkuri 100oC.

B. Metodologi1,5 kg enceng gondok segar ditumbuk dalam mortir. Berikutnya 500 ml (0,5 kg) air suling ditambahkan untuk menngubahnya menjadi bubur. Campuran dimasukkan kedalam digester dan 0,35 kg segar rumen sapi ditambahkan. Suhu dan pH dari media yang bereaksi diukur. Setelah itu, digester ditutup dan terjadi pencernaan anaerobik didalam digester, sehingga menghasilkan biogas. Salah satu dari ujung tabung yang berisi air yang terhubung ke digester sementara yang lain dibiarkan terbuka. Tekanan gas dari gas digester menyebabkan perubahan ketinggian air dalam tabung yang menunjukkan adanya perpindahan serta menunjukkan bahwa gelembung gas naik ke atas tabung ukur.Bacaan pada gasometer didata setiap hari selama 39 hari. Biogas dikumpulkan dan disimpan dalam botol gas. Adanyametana dalam produk biogas diuji oleh adanya api yang muncul pada kompor Bunsen yang terhubung ke tabung gas outlet digester.2.3. Hasil Dan PembahasanPH substrat adalah 6,8. Nilai ini konsisten dengan pH yang dibutuhkan untuk bakteri anaerob untuk bertahan hidup (Baily dan Ollis, 1977). Produk biogas bersifat mudah terbakar dan menghasilkan api biru yang menunjukkan Kehadiran metana. Produk gas, bagaimanapun, biogas memiliki bau yang disebabjan karena gas-gas lain seperti H2S yang mungkin hadir di dalamnya. Suhu digester adalah dalam kisaran 30 40 oC selama produksi.A. Pengaruh Reaksi Waktu di Biogas YieldTabel 1 dan Gambar. 2 menunjukkan hasil biogas sebagai fungsi dari waktu reaksi. Data menunjukkan bahwa produksi biogas yang sebenarnya dimulai pada 9 hari dan meningkat terus sampai 17 hari dengan hasil optimal biogas yaitu 16,4 ml. setelah itu yield menurun terus-menerus selama masa produksi yang tersisa. Total volume biogas yang dihasilkan setelah 39 hari adalah 310,6 ml, atau rata-rata biogas yang dihasilkan sekitar 7,9 ml biogas/hari.

B. Kinetika Produksi Biogas Reaksi

Data pada Tabel 2 menunjukkan perubahan yield dengan waktu dan jumlah lain yang diperlukan untuk menghitung laju reaksi selama 9 hari ke 17 hari produksi (lag dan fase eksponensial bakteri pertumbuhan). Data rate (Tabel 2) menunjukkan bahwa kinetika reaksi adalah reaksi orde kedua dengan menggunakan persamaan fixed-time metode kinetika diberikan oleh:k2 = [(Vt- V0) / Vt] / tV0dimana k2 adalah konstanta laju spesifik untuk reaksi orde kedua, t adalah waktu, V0 adalah hasil awal dan Vt adalah hasil yang diukur pada waktu t, rate konsatanta rata-rata (k2) yang konstan yaitu 0.02878 ml-1 hari-1.

BAB IIIKESIMPULAN3.1. KesimpulanDalam penelitian ini, biogas yang dihasilkan dalam digester batch kapasitas 7500 ml. Substrat yang digunakan adalah air gondok dan rumen residu sebagai inokulum. Hasil biogas yang optimal yaitu didapatkan 16,4 ml diperoleh pada hari-17. Kinetika reaksi produksi biogas mengikuti orde reaksi kedua dengan konstanta laju spesifik 0,0287 per ml per hari. Eceng gondok memiliki potensi untuk produksi biogas.

DAFTAR PUSTAKA

1. R.C. Ehiri, I.I.Ikelle, C. Mgbabor and C.C. Ogbuanu. 2014. Kinetics of Biogas Production from a Mixture of Water Hyacinth (Eichornia Crassipes) and Fresh Rumen Residue. IOSR Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC) e-ISSN: 2278-5736.Volume 7, Issue 7 Ver. III. (July. 2014), PP 36-39.

2