1

PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

PENGHEMATAN PEMAKAIAN SOLAR

PADA MESIN DIESEL DENGAN PENAMBAHAN BIOGAS SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF

BIDANG KEGIATAN

PKM-GT

Diusulkan oleh:

1. Feri Sulistiono (ketua) 2. Danang Aji. S (anggota) 3. Arum Muvida (anggota)

NIM. NIM. NIM.

061910101154 061910101007 081910301059

(2006) (2006) (2008)

UNIVERSITAS JEMBER

JEMBER

2014

2

LEMBAR PENGESAHAN

1. Judul Kegiatan : Penghematan Pemakaian Solar pada Mesin Diesel dengan Penambahan Biogas sebagai Bahan Bakar Alternatif

2. Bidang kegiatan : PKM-GT

3. Ketua pelaksana a. Nama b. NIM c. Jurusan d. Universitas e. Alamat Rumah dan No Tel./HP

f. Alamat Email

: : : : : :

Feri sulistiono 061910101154 Teknik Mesin Universitas Jember Jln. Arwana 5/57. Jember 0331-483296/08523296011 dt_q@plasa.com

4. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis : 2 orang

5. Dosen Pendamping a. Nama Lengkap dan Gelar b. NIP c. Alamat Rumah dan No Tel./HP

: : :

Muh. Nurkoyim K., S.T., M.T. 132163641 Perum. Graha Citra Mas. O. 22. Jember. Hp. 081334714094

Menyetujui 26, Maret 2014 Ketua Jurusan Teknik Mesin

(Ir. Andi Sanata., MT.) NIP. 132126437

Ketua Pelaksana Kegiatan (Feri Sulistiono) NIM. 061910101154

Pembantu Rektor III (Drs. Andang Subaharianto., M. Hum.) NIP. 131877453

Dosen Pendamping (Muh. Nurkoyim K., S.T., M.T.) NIP. 132163641

3

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat limpahan

rahmat dan hidayahnya karya tulis yang berjudul Penghematan Pemakaian Solar

pada Mesin Diesel dengan Penambahan Biogas sebagai Bahan Bakar Alternatif

dapat terselesaikan dengan lancar dan baik.

Banyak sekali kendala yang harus dihadapi dalam pembuatan karya tulis

ini, namun dengan semangat dan bantuan dari rekan-rekan sehingga semuanya

dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Muh. Nurkoyim K., S.T., M.T. selaku dosen pembimbing yang

telah membantu dan membimbing kami dalam menyelesaikan karya

tulis ini.

2. Bapak Mahros Darsin, S.T., M.Sc. selaku pembina mata kuliah

proposal yang telah memberikan pengarahan dalam penyusunan karya

tulis yang baik dan benar serta dukungan yang selalu memberi

semangat kepada kami.

3. Teman-teman yang selalu mendukung dan memberi semangat serta

semua fasilitas yang diberikan dalam pengerjaan karya tulis ini.

Dalam perjalanan hidup manusia pasti akan melakukan kesalahan baik

yang disengaja maupun yang tidak disengaja. Maka kami selaku penulis mohon

maaf apabila ada kekurangan dan kelemahan dalam karya tulis ini. Tidak lupa

pula kami mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca guna memperbaiki

kekurangan yang ada dan memberi pandangan bagi kami dalam pembuatan

karya tulis yang akan datang.

Penulis

4

RINGKASAN

Tahu adalah salah satu makanan tradisional yang biasa dikonsumsi setiap hari oleh masyarakat Indonesia. Proses produksi tahu menghasilkan 2 jenis limbah, limbah padat dan limbah cair. Pada umumnya, limbah padat dimanfaatkan sebagai pakan ternak, sedangkan limbah cair dibuang langsung ke lingkungan. Limbah cair pabrik tahu ini memiliki kandungan senyawa organik yang tinggi. Tanpa proses penanganan dengan baik, limbah tahu menyebabkan dampak negatif seperti polusi air, sumber penyakit, bau tidak sedap, meningkatkan pertumbuhan nyamuk, dan menurunkan estetika lingkungan sekitar.

Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob yaitu bakteri yang hidup dalam kondisi kedap udara. Bahan organik tersebut dimasukkan ke dalam ruangan tertutup kedap udara yang disebut digester sehingga bakteri anaerob akan membusukkan bahan organik dan kemudian menghasilkan gas yang disebut biogas. Biogas yang telah terkumpul di dalam digester selanjutnya dialirkan melalui pipa PVC menuju ke lokasi penggunaannya seperti kompor dan lampu.

Di desa Tamanan, biogas belum dimanfaatkan secara maksimal. Untuk pembuatan biogas bisa dibuat oleh siapa saja asalkan dengan biaya sendiri. Caranya sangat mudah, yaitu hanya membeli pipa sepanjang instalasi sampai ke rumah dan membeli kompor gas atau lampu petromak. Penggunaan biogas ini sebenarnya sangat menguntungkan bagi masyarakat miskin, terutama pengusaha tahu. Mereka tidak perlu membeli minyak tanah guna keperluan memasak dan penggunaan penggorengan tahu. Biogas yang dihasilkan dari limbah tahu ini merupakan salah satu energi alternatif yang perlu dioptimalkan pemanfaatannya. Energi yang terkandung dalam biogas bila ditangani dengan baik akan mampu mengatasi masalah krisis energi yang melanda kita.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa biogas mempunyai berbagai manfaat, yaitu menghasilkan gas, ikut menjaga kelestarian lingkungan, mengurangi polusi dan meningkatkan kebersihan dan kesehatan, serta penghasil pupuk organik yang bermutu. Untuk menuai hasil yang signifikan, memang diperlukan gerakan secara massal, terarah, dan terencana meliputi pengembangan teknologi, penyuluhan, dan pendampingan. Dalam jangka panjang, gerakan pengembangan biogas dapat membantu penghematan sumber daya minyak bumi dan sumber daya kehutanan. Mengenai pembiayaannya mungkin secara bertahap sebagian subsidi BBM dialihkan untuk pembangunan unit-unit pembangkit biogas. Melalui jalan ini, mungkin imbauan pemerintah mengajak masyarakat untuk bersama-sama memecahkan masalah energi sebagian dapat direalisasikan. Masyarakat yang menggunakan biogas tidak perlu melakukan pembeliaan bahan bakar karena sudah terpenuhi kebutuhannya.

5

PENDAHULUAN Latar Belakang

Berbagai peristiwa yang menyangkut pengelolaan limbah, baik limbah home industry maupun industri besar, baik itu yang menyangkut persampahan ataupun sisa-sisa hasil produksi yang terbuang, perlu mendapat perhatian yang serius agar dalam pelaksanaannya tidak menimbulkan konflik. Seperti halnya kasus pembuangan saluran limbah tahu di daerah Tamanan Kabupaten Bondowoso. Pembuangan limbah tahu dibuang begitu saja dan masyarakat sekitar terkena efek yang timbul dari adanya pembuangan saluran limbah tahu tersebut.

Limbah cair di daerah Kecamatan Tamanan ini sering dibuang langsung ke sungai setempat karena pemilik industri tahu kurang memperhatikan sistem pembuangan limbah. Kondisi ini menyebabkan munculnya masalah sosial di masyarakat. Bau limbah dari saluran pembuangan sangat mengganggu lingkungan. Bau menyengat dapat dirasakan oleh masyarakat sekitar pabrik sampai beberapa puluh meter. Akibatnya, timbul keresahan antara warga yang mempunyai usaha tahu dengan warga yang ada di sekitarnya.

Limbah tahu merupakan sisa-sisa air (ampas) yang telah terpakai untuk pembuatan tahu. Limbah ini berbau busuk yang sangat menyengat sehingga mengganggu aktivitas masyarakat. Bau tersebut dihasilkan dari limbah yang dibuang tanpa diolah atau ditampung pada IPAL (Instalasi Pengolahan Air Limbah) bau akan hilang atau berkurang. Namun kebanyakan pengusaha tahu tidak memiliki IPAL karena biaya pembangunannya cukup mahal.

Instalasi pengolah air limbah yang ada di Kecamatan Tamanan adalah potret daerah yang tidak sungguh-sungguh dalam melakukan pengendalian pencemaran limbah tahu. Saluran pembuangan limbahnya belum layak di buang ke sungai. Oleh karena limbah cair dari proses produksi tahu menimbulkan bau yang sangat menyengat dan mengganggu masyarakat, sementara itu biaya bahan bakar minyak semakin tinggi saja. Maka solusi yang menarik di tawarkan melalui konsep yang sederhana yaitu pemanfaatan limbah yang sangat mengganggu sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah.

Biogas merupakan gas yang diproduksi oleh bakteri dari limbah bahan organik (seperti limbah cair tahu) dalam kondisi hampa udara (anaerobic process). Proses ini berlangsung selama proses perombakan bahan organik (yang berada dalam limbah organik) dari bentuk bahan organik yang kompleks menjadi bentuk bahan organik yang lebih sederhana melalui suatu proses fermentasi dalam kondisi anaerob (tanpa oksigen/hampa udara). Oleh sebab itu, untuk menjamin keberhasilan dan efektivitas proses fermentasi maka tabung yang digunakan harus dalam kondisi kedap udara.

Tujuan dan Manfaat Dengan adanya pembuatan biogas ini akan teratasi masalah-masalah yang

sekiranya akan timbul. Seperti halnya akan adanya pencemaran air akibat saluran limbah yang dibuang ke sungai, pencemaran udara akibat limbah yang berbau menyengat, rusaknya ekosistem air akibat limbah yang beracun dan lain

6

sebagainya. Apalagi bila saluran pembuang tersebut melintas perkampungan warga perlu adanya penanaman kesadaran yang terus menerus lewat sosialisasi program, sehingga mereka bisa sadar dan bisa menerima atas pembangunan saluran limbah tersebut. Bagi pengusaha tahu, masyarakat dapat memanfaatkan biogas sebagai bahan bakar untuk kompor masak dan sebagai penggorengan tahu.

GAGASAN Kondisi Kekinian

Sebagaimana industri pengolahan lainnya, proses pembuatan tahu juga menghasilkan limbah baik padat maupun cair. Limbah padat oleh masyarakat setempat dimanfaatkan untuk campuran makanan ternak sapi. Limbah cair sering dibuang langsung ke sungai setempat karena pemilik industri tahu kurang memperhatikan sistem pembuangan limbah. Kondisi ini menyebabkan munculnya masalah sosial di masyarakat. Bau limbah dari saluran pembuangan sangat mengganggu lingkungan. Selain itu, limbah tahu menyebabkan dampak negatif seperti polusi air, sumber penyakit, bau tidak sedap, meningkatkan pertumbuhan nyamuk, dan menurunkan estetika lingkungan sekitar.

Secara ilmiah, biogas yang dihasilkan dari sampah organik adalah gas yang mudah terbakar (flamable). Gas ini dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa udara). Umumnya, semua jenis bahan organik bisa diproses untuk menghasilkan biogas. Tetapi hanya bahan organik homogen, baik padat maupun cair yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Bila sampah-sampah organik tersebut membusuk, akan dihasilkan gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO2). Tapi, hanya CH4 yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Umumnya kandungan metana dalam reaktor sampah organik berbeda-beda. Secara umum rentang komposisi biogas dinyatakan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi Biogas Komponen %

Metana (CH4) 55-75 Karbon dioksida (CO2) 25-45

Nitrogen (N2) 0-0,3 Hidrogen (H2) 1-5

Hidrogen sulfida (H2S) 0-3 Oksigen (O2) 0,1-0,5

Usaha Mengatasi Masalah Sebelum ini

Proses pembentukan biogas melalui pencernaan anaerobik merupakan proses bertahap, dengan tiga tahap utama, yakni hidrolisis, asidogenesis, dan metanogenesis. Tahap pertama adalah hidrolisis, dimana pada tahap ini bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid, dan protein didegradasi oleh mikroorganisme hidrolitik menjadi senyawa terlarut seperti asam karboksilat, asam keto, asam hidroksi, keton, alkohol, gula sederhana, asam-asam amino, H2

7

dan CO2. Pada tahap selanjutnya yaitu tahap asidogenesis, senyawa terlarut tersebut diubah menjadi asam-asam lemak rantai pendek, yang umumnya asam asetat dan asam format oleh mikroorganisme asidogenik. Tahap terakhir adalah metanogenesis. Pada tahap ini asam-asam lemak rantai pendek diubah menjadi H2, CO2, dan asetat. Asetat akan mengalami dekarboksilasi dan reduksi CO2, kemudian bersama-sama dengan H2 dan CO2 menghasilkan produk akhir, yaitu metana (CH4) dan karbondioksida (CO2).

Pada dasarnya efisiensi produksi biogas sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor meliputi: suhu, derajat keasaman (pH), konsentrasi asam-asam lemak volatil, nutrisi (terutama nisbah karbon dan nitrogen), zat racun, waktu retensi hidrolik, kecepatan bahan organik, dan konsentrasi amonia. Dari berbagai penelitian yang penulis peroleh, dapat dirangkum beberapa kondisi optimum proses produksi biogas seperti disajikan pada tabel 2 (Hammad et al, 1999).

.

Tabel 2. Kondisi Optimum Produksi Biogas

Parameter Kondisi Optimum Suhu

Derajat Keasaman Nutrien Utama

Nisbah Karbon dan Nitrogen Sulfida

Logam-logam Berat Terlarut Sodium Kalsium

Magnesium Amonia

35oC 7 - 7,2

Karbon dan Nitrogen 20/1 sampai 30/1

< 200 mg/L < 1 mg/L

< 5000 mg/L < 2000 mg/L < 1200 mg/L < 1700 mg/L

Alat Pembangkit Biogas

Ada dua tipe alat pembangkit biogas atau digester, yaitu: a. Tipe terapung (floating type)

Tipe terapung dikembangkan di India yang terdiri atas sumur pencerna dan di atasnya diletakkan drum terapung dari besi terbalik yang berfungsi untuk menampung gas yang dihasilkan oleh digester. Sumur dibangun dengan menggunakan bahan-bahan yang biasa digunakan untuk membuat fondasi rumah, seperti pasir, batu bata, dan semen. Karena dikembangkan di India, maka digester ini disebut juga tipe India.

b. Tipe kubah tetap (fixed dome type) Tipe kubah adalah berupa digester yang dibangun dengan menggali tanah

kemudian dibuat bangunan dengan bata, pasir, dan semen yang berbentuk seperti rongga yang ketat udara dan berstruktur seperti kubah (bulatan setengah bola). Tipe ini dikembangkan di China sehingga disebut juga tipe kubah atau tipe China.

8

Terdapat dua macam tipe ukuran kecil untuk rumah tangga dengan volume 6-10 meter kubik dan tipe besar 60-180 meter kubik untuk kelompok.

Dalam skala laboratorium, penelitian di bidang biogas tidak membutuhkan biaya yang besar tetapi harus ditunjang dengan peralatan yang memadai. Perangkat utama yang digunakan terutama adalah tabung digester, tabung penampung gas, pipa penyambung, katup, dan alat untuk identifikasi gas. Untuk mengetahui terbentuk atau tidaknya biogas dari reaktor, salah satu uji sederhana yang dapat dilakukan adalah dengan uji nyala. Biogas dapat terbakar apabila mengandung kadar metana minimal 57% yang menghasilkan api biru (Hammad et al., 1999). Sedangkan menurut Hessami (1996), biogas dapat terbakar dengan baik jika kandungan metana telah mencapai minimal 60%. Pembakaran gas metana ini selanjutnya menghasilkan api biru dan tidak mengeluarkan asap.

Keunggulan Gagasan

Biogas yang bebas pengotor (H2O, H2S, CO2, dan partikulat lainnya) dan telah mencapai kualitas pipeline adalah setara dengan gas alam. Dalam bentuk ini, gas tersebut dapat digunakan sama seperti penggunaan gas alam. Pemanfaatannya pun telah layak sebagai bahan baku pembangkit listrik, pemanas ruangan, dan pemanas air. Jika dikompresi, biogas dapat menggantikan gas alam terkompresi yang digunakan pada kendaraan. Di Indonesia nilai potensial pemanfaatan biogas ini akan terus meningkat karena adanya jumlah bahan baku biogas yang melimpah dan rasio antara energi biogas dan energi minyak bumi yang menjanjikan. Nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain disajikan pada tabel 3 (Hammad et al, 1999).

Tabel 3. Kesetaraan biogas dengan sumber energi lain

Bahan Bakar Jumlah

Biogas Elpiji

Minyak tanah Minyak solar

Bensin Gas kota

Kayu bakar

1 m3 0,46 kg

0,62 liter 0,52 liter 0,80 liter 1,50 m3 3,50 kg

Biogas adalah gas yang mudah terbakar yang dihasilkan dari proses

fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yg ada dalam limbah). Gas ini didapat dari proses perombakan limbah menjadi bahan organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen. Proses ini populer dengan nama anaerob. Selama proses fermentasi, biogas pun terbentuk. Dari fermentasi ini, akan dihasilkan campuran biogas yang terdiri atas metana (CH4), karbon dioksida, hidrogen, nitrogen dan gas lain seperti H2S. Selama proses itu, mikroba

9

yang bekerja butuh makanan. Makanan tersebut mengandung karbohidrat, lemak, protein, fosfor dan unsur-unsur mikro. Lewat siklus biokimia, nutrisi tadi akan diuraikan. Dengan begitu, akan dihasilkan energi untuk tumbuh.

Implementasi Gagasan

Alat pembangkit biogas yang digunakan, yaitu tipe kubah tetap (fixed dome type). Kami memilih alat pembangkit tipe kubah tetap (fixed dome type) ini karena proses pembuatannya sederhana, cocok untuk pengusaha pabrik tahu skala rumah tangga dan hemat biaya pembuatan. Tipe kubah adalah berupa digester yang dibangun dengan menggali tanah kemudian dibuat bangunan dengan bata, pasir, dan semen yang berbentuk seperti rongga yang ketat udara dan berstruktur seperti kubah bulatan setengah bola ( lihat Gambar.1). Terdapat dua macam tipe ukuran kecil untuk rumah tangga dengan volume 6-10 meter kubik dan tipe besar 60-180 meter kubik untuk kelompok.

Limbah cair industri pangan merupakan salah satu sumber pencemaran lingkungan. Jumlah dan karakteristik air limbah industri bervariasi menurut jenis industrinya. Industri tahu dan tempe mengandung banyak bahan organik dan padatan terlarut. Untuk memproduksi 1 ton tahu atau tempe dihasilkan limbah sebanyak 3.000 - 5.000 liter. Maka kapasitas digester yang perlu dibuat sekitar 3.000 – 6000 liter.

Gambar 1. Tipe kubah tetap (fixed dome type)

Keterangan : 1. Pabrik tahu 2. Bak penampung 3. Tabung fermentasi

4. Biogas berada diatas tabung

5. Bak limpahan

6. Bahan bakar kompor 7. lampu penerangan

Cara kerja 1. Pabrik tahu menghasilkan limbah 2. Bak penampung limbah cair dari pembuangan industri tahu, terjadi proses

hidrolisis

10

3. Tabung fermentasi yang kedap udara pada bagian bawah berisi limbah cair 4. Biogas berkumpul pada bagian atas tabung 5. Bak limpahan dari tabung fermentasi, bila jumlah gas meningkat dan tidak

dimanfaatkan maka akan menekan cairan dari tabung fermentasi ke dalam bak limpahan

6. Biogas dari hasil proses fermentasi selanjutnya dialirkan melalui pipa untuk dijadikan bahan bakar kompor

7. Biogas juga dapat digunakan untuk bahan bakar lampu penerangan 8. Cairan yang tertampung dalam bak limpahan, bila dalam keadaan penuh akan

keluar melalui saluran pembuangan dan dapat digunakan sebagai pupuk cair. Analisis biaya

Biaya bahan bakar untuk penggorengan tahu (per hari): Kayu bakar Rp 10.000 Minyak tanah Rp 6.000 Korek api Rp 1.000

Total Rp 17.000 Total (per tahun) Rp 17.000 x 365 = Rp 6.205.000

Biaya pembuatan alat pembangkit biogas: Seng dengan tebal ± 5 mm Rp 2.000.000 Pipa dan biaya perakitan Rp 1.500.000

Total Rp 3.500.000

Jadi, modal hanya dalam jangka waktu enam bulan modal dapat kembali

dan penghematan biaya bahan bakar yang diperoleh mencapai dua kali lipat biaya tanpa pengolahan biogas.

Temperatur operasi optimal untuk proses digester adalah 30-35oC dimana pertumbuhan bakteri dan produksi CH4 umumnya optimum. Namun begitu, dengan rancangan tanpa memperhitungkan tahanan termal bahan dinding, akan diperoleh temperatur digester sebesar 19-20oC. Dengan kondisi ini, kemampuan bakteri untuk mencerna bahan bio akan berkurang dua kali lipat.

Dengan pipa yang didesain sedemikian rupa, gas tersebut dapat dialirkan ke kompor yang terletak di dapur. Untuk pertama kali dibutuhkan waktu lebih kurang dua minggu sampai satu bulan sebelum dihasilkan gas awal. Campuran tersebut selalu ditambah setiap hari dan sesekali diaduk, sedangkan yang sudah diolah dikeluarkan melalui saluran pengeluaran. Untuk permulaan memang diperlukan biaya untuk membangun pembangkit (digester) biogas yang relatif besar bagi penduduk pedesaan. Namun sekali berdiri, alat tersebut dapat dipergunakan dan menghasilkan biogas selama bertahun-tahun.

+

+

11

KESIMPULAN DAN SARAN

Langkah-langkah terwujudnya Gagasan

Biogas mempunyai berbagai manfaat, yaitu menghasilkan gas, ikut menjaga kelestarian lingkungan, mengurangi polusi sisa hasil dari pengolahan tahu (limbah) dan meningkatkan kebersihan dan kesehatan, serta penghasil pupuk organik yang bermutu. Dengan demikian, pengusaha tahu dapat menggunakan biogas sebagai bahan bakar mesin pengganti minyak tanah untuk keperluan memproduksi tahu.

Prediksi Hasil atas Gagasan Baru Untuk menuai hasil yang signifikan, memang diperlukan gerakan secara

massal, terarah, dan terencana meliputi pengembangan teknologi, penyuluhan, dan pendampingan. Dalam jangka panjang, gerakan pengembangan biogas dapat membantu penghematan sumber daya minyak bumi dan sumber daya kehutanan. Mengenai pembiayaannya mungkin secara bertahap sebagian subsidi BBM dialihkan untuk pembangunan unit-unit pembangkit biogas. Melalui jalan ini, mungkin himbauan pemerintah mengajak masyarakat untuk bersama-sama memecahkan masalah energi sebagian dapat direalisasikan. Masyarakat yang menggunakan biogas tidak perlu melakukan pembelian bahan bakar karena sudah terpenuhi kebutuhannya.

Biogas merupakan gas yang mudah terbakar yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob. Selain limbah tahu, biogas juga dapat dihasilkan dari kotoran-kotoran ternak bahkan dari tanaman saja bisa dijadikan gas, seperti kandungan pada tamanan jarak.

12

DAFTAR PUSTAKA

Arends, BPM dan Berenschot. 1980. Motor Bensin. Jakarta: Erlangga.

Malevv, V.L. 1954. Operasi dan Pemeliharaan Mesin Diesel. Jakarta: Erlangga.

Stoecker, W.F. dan Jones. 1982. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Jakarta: Erlangga.

Universitas Jember. 1998. Pedoman Penulisan Karya Ilmiah. Jember: Badan Penerbit

Universitas Jember.