LAPORAN

A. Pengertian Biogas 

Dalam jurnal (Aidha, 2017) biogas merupakan salah satu dari banyaknya sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan juga dikembangkan di Indonesia. Hasil gas dari proses biogas tersebut berasal dari berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa juga limbah kotoran. Limbah tersebut kemudian bisa dimanfaatkan menjadi biogas melalui proses anaerobic digestion. Hal ini dilakukan dengan harapan akan mengurangi pengaruh dari penggunaan bahan bakar fosil yang hingga kini masih ramai digunakan oleh masyarakat Indonesia. Adapun keuntungan dari penggunaan sistem biogas ini yaitu lebih ramah lingkungan, merupakan energi terbarukan tidak seperti bahan bakar fosil, juga produk akhirnya bisa digunakan sebagai pupuk organik. Hingga kini pemanfaatan limbah biomassa seperti sampah organik belum dikelola dengan optimal. Padahal jenis sampah ini selalu menumpuk di pemukiman masyarakat. Apabila tidak dikelola dengan baik, sampah organik tentu akan berdampak langsung bagi lingkungan juga kesehatan manusia. Maka, diperlukan cara lain untuk bisa mengelola hal tersebut yang lebih efektif, salah satunya dengan memanfaatkan energi alternatif biogas. Bila diuraikan secara rinci, pembentukan biogas melibatkan tiga proses utama, yaitu proses hidrolisis, pengasaman (asidifikasi), dan metanogenesis. 

1. Hidrolisis

Hidrolisis merupakan tahap awal dari proses fermentasi. Tahap ini merupakan pemecahan bahan organik menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan menggunakan senyawa kompleks yang memiliki sifat mudah larut, seperti lemak, protein, dan karbohidrat. Langkah ini juga dapat diartikan sebagai perubahan struktur dari bentuk polimer menjadi bentuk monomer. Senyawa yang dihasilkan dalam proses hidrolisis antara lain senyawa asam organik, glukosa, etanol, CO2 dan senyawa hidrokarbon lainnya. Mikroorganisme menggunakan senyawa ini sebagai sumber energi untuk melakukan aktivitas fermentasi.

2. Pengasaman (Asidifikasi) 

Senyawa-senyawa yang terbentuk pada tahap hidrolisis digunakan oleh mikroorganisme sebagai sumber energi pada tahap selanjutnya, yaitu pengasaman atau asidifikasi. Pada tahap ini, bakteri akan menghasilkan senyawa-senyawa asam organik seperti asam asetat, asam propionat, asam butirat, dan asam laktat serta produk sampingan berupa alkohol, CO2, hidrogen, dan zat amonia.

3. Metanogenesis 

Bakteri metanogen seperti Methanococcus, Methanosarcina, dan Methanobacterium mengubah produk lanjutan dari tahap pengasaman menjadi gas metana, karbon dioksida, dan air yang merupakan komponen penyusun biogas

Berdasarkan proses tersebut didapatkan rumus (Saragih & M.K., 2010) sebagai berikut: 

Glukosa                       karbon dioksida   metana 

C6H12O6  ----->               3(CO2)               +                3(CH4) 

B. Pemanfaatan Sampah Organik 

Berdasarkan artikel (Dana Mitra Keluarga, 2014) sampah merupakan sisa hasil aktivitas manusia yang terkadang menimbulkan masalah. Seiring berjalannya waktu, volume sampah yang tidak sebanding dengan kapasitas pengolahan menimbulkan masalah seperti pencemaran lingkungan dan bau yang mengganggu aktivitas manusia. Sampah organik akan mengalami pembusukan yang nantinya akan menimbulkan bau dari gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Gas metana hasil pembusukan sampah dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar biogas. Gas metana juga menentukan energi dan kalor yang dihasilkan pada biogas. Semakin tinggi kandungan metana, maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas. Sebaliknya, semakin kecil kandungan gas metana, semakin kecil nilai kalor. Rumah tangga sebagai penghasil sebagian besar sampah organik berpotensi menghasilkan biogas yang bisa digunakan untuk keperluan sehari-hari.

Sampah organik tersebut ditambahkan air sesuai takaran kemudian dimasukkan ke dalam reaktor penampungan yang digunakan dalam proses fermentasi. Biogas yang diperoleh dari sampah organik bertujuan untuk meringankan beban rumah tangga dan menjadi sumber energi alternatif baru dan terbarukan yang dampaknya relatif kecil terhadap pencemaran lingkungan.

C. Katalis Pembusukan 

Limbah yang digunakan pada proses produksi biogas memerlukan tahapan pembusukan. Limbah tersebut memerlukan waktu pembusukan hingga tiga minggu untuk menghasilkan gas metana yang efektif digunakan sebagai bahan dasar bahan bakar alternatif. Sebagai hasilnya, diperlukan katalis pembusukan yang dapat mengoptimalkan waktu untuk satu produksi biogas. Produksi tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor (Pambudi dan Suhendi, 2018) yaitu sebagai berikut.

1. Kondisi Lingkungan

Lingkungan yang digunakan untuk produksi biogas harus dalam keadaan anaerob, yaitu keadaan saat lingkungan tersebut hampa udara. Jika terjadi kebocoran pada reaktor, tidak ada gas metana yang dihasilkan.

2. Jenis Bakteri

Tiga jenis bakteri terlibat dalam pembuatan biogas, yaitu bakteri pembentuk asam, bakteri pembentuk asetat dan bakteri pembentuk gas metana. Bakteri pembentuk asam tersebut memecah bahan organik menjadi asam lemak, lalu bakteri pembentuk asetat mengubah asam lemak dan senyawa netral yang lebih besar dari metanol menjadi asetat dan hidrogen. Bakteri pembentuk metana kemudian menguraikan kembali lebih lanjut menjadi biogas.

3. Derajat Keasaman (pH)

Derajat keasaman atau biasa disebut dengan pH (Power of Hydrogen) yang terlalu asam atau terlalu basa sangat mempengaruhi kinerja dari mikroorganisme. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dikatakan bahwa salah satu faktor penting dalam proses fermentasi anaerob adalah pH. pH dalam reaktor penampungan harus dijaga pada kisaran 6,8-7 di mana proses fermentasi anaerob berlangsung pada kisaran pH 6-8 dengan pH optimum sekitar 7.

Berdasarkan faktor-faktor tersebut, bahan penambah yang bisa digunakan sebagai katalis pembentukan pada biogas adalah sebagai berikut.

1. Asam Amino

Asam amino dapat diperoleh dari bahan yang memiliki kandungan protein seperti telur dan kacang-kacangan. Berdasarkan jurnal (Martasanti, 2002) telur ayam memiliki kandungan asam amino sebanyak 17 macam dengan kadar sebagai berikut: asam aspartat 0,95%, treonin 0,34%, serin 0,51%, asam glutamat 1,16%, glisin 0,30%, alanin 0,49%, valin 0,28%, metionin 0,15%, isoleusin 0,28%, tirosin 0,25%, fenilalanin 0,43%, lisin 0,44%, histidin 0,15%, arginin 0,47%, prolin 0,30%.

Setelah melalui proses hidrolisis, protein yang terdapat pada telur ayam akan membentuk asam amino yang nantinya akan dibutuhkan pada proses asidifikasi untuk membentuk gas metana yang diperlukan pada biogas. Dijelaskan dalam jurnal (Arifin, 2016) bahwa sebagian besar limbah pabrik tempe merupakan limbah cair yang mengandung air sisa dari pemasakan kedelai dan air rendaman kedelai.

Limbah air tempe tidak hanya mengandung padatan terlarut, tetapi juga padatan yang terendapkan seperti biji kedelai yang hancur selama pengolahan. Dampak dari limbah padat belum terasa terhadap lingkungan karena dapat digunakan untuk pakan ternak. Namun, limbah cair akan mengakibatkan bau tidak sedap dan mencemari sungai jika dibuang ke dalamnya

Melihat karakteristik limbah cair tempe di atas, limbah cair tempe tergolong limbah cair yang banyak mengandung bahan organik dan biasanya bersifat biodegradable atau mudah terurai oleh mikroba. Kondisi tersebut sangat menguntungkan untuk diolah dengan proses biologis, yaitu pemanfaatan kehidupan mikroba untuk mengurai zat organik.

2. Bakteri Pengurai

Bakteri pengurai umum digunakan dalam produksi pupuk juga biogas organik. Salah satu bakteri pengurai yang dapat digunakan adalah Effective Microorganism (EM4). Berdasarkan jurnal (Irawan & Suwanto, 2016) Effective Microorganism (EM4) merupakan suatu cairan berwarna coklat dengan aroma asam manis yang mengandung campuran beberapa mikroorganisme hidup yang berguna dalam proses penyerapan unsur hara tanah. Mikroorganisme atau kuman dengan sifat menguntungkan itu terdiri dari bakteri 6 fotosintetik, bakteri asam laktat, ragi, actinomycetes, dan jamur peragian. EM4 yang digunakan untuk mempercepat dekomposisi adalah inokulan dari jenis EM4. Inokulan mikroorganisme yang terdiri dari 90% Lactobacillus sp ini menghasilkan asam laktat yang dapat mempercepat penguraian bahan organik seperti lignin dan selulosa.

D. Percepatan Pembusukan

Pembusukan sampah organik dapat terjadi segera setelah buah dan sayur dipanen. Hal ini disebabkan oleh kandungan air sebesar 90 persen atau lebih pada sebagian besar buah dan sayuran. Saat buah dan sayur dipetik, aliran air yang merupakan sumber terpenting buah dan sayur terputus. Ini berarti buah dan sayur kehilangan kelembapan yang menyebabkan pembusukan.

Udara kering di dalam lemari es juga dapat memicu pembusukan buah dan sayur. Hal ini juga berlaku untuk udara yang terlalu lembap karena dapat menjadi tempat berkembang biaknya mikroorganisme seperti bakteri dan jamur. Saat mikroorganisme ini tumbuh, enzim dilepaskan sehingga proses dekomposisi berlangsung secara cepat.

Jika terlalu banyak terkena sinar matahari, kulit buah dan sayur yang merupakan pelindung terpenting mudah membusuk. Lapisan luar yang membusuk ini disebut fotodegradasi; yang menyebabkan perubahan warna, hilangnya rasa, vitamin dan protein.

E. Definisi Operasional

Berdasarkan latar belakang dan kajian teori yang sudah dipaparkan sebelumnya, perlu definisi secara operasional untuk beberapa istilah yang digunakan dalam penelitian ini. Berikut ini adalah definisi operasional dari istilah yang digunakan.

1. Gas metana adalah gas yang dihasilkan dari proses pembusukan sampah organik.

2. Biogas adalah gas alami yang dihasilkan dari penguraian bahan organik oleh bakteri yang dapat digunakan sebagai sumber energi.

3. Katalisator adalah sesuatu yang menyebabkan terjadinya perubahan dan menimbulkan kejadian baru atau mempercepat suatu peristiwa. Katalisator yang digunakan untuk mempercepat pembentukan gas metana pada biogas sampah organik adalah telur ayam, kacang kedelai, dan bakteri pengurai EM4.

A. Hasil Produksi Gas Metana

Di hari pemeriksaan pertama, tiga hari setelah biogas dibuat, mulai terlihat adanya gas metana dari biogas dengan tambahan bakteri pengurai EM4. Biogas dengan tambahan telur ayam dan kacang kedelai tidak menunjukkan perubahan.

Di hari pemeriksaan kedua, enam hari setelah biogas dibuat, tidak terlihat lagi adanya gas metana dari tiga biogas dengan bahan penambah berbeda. Biogas dengan tambahan telur ayam kemungkinan mengalami kebocoran karena tercium baunya.

Di hari pemeriksaan ketiga, sembilan hari setelah biogas dibuat, pengujian dengan korek gas mendeteksi adanya gas metana pada biogas dengan tambahan kacang kedelai dan bakteri pengurai EM4.

B.  Volume Indikator

Di hari pemeriksaan pertama, indikator dari ketiga biogas dengan bahan penambah berbeda belum terlihat bekerja optimal untuk menampung gas hasil pembusukan. Di hari pembuatan biogas, indikator biogas dengan tambahan bakteri pengurai tidak terkompresi secara maksimal sehingga terlihat lebih banyak gas hasil pembusukan jika dibandingkan dengan indikator biogas dengan bahan penambah lainnya.

Di hari pemeriksaan kedua, tidak ada perubahan yang terlihat pada bentuk ketiga indikator biogas dibandingkan bentuk indikator pada pemeriksaan pertama.

Di hari pemeriksaan ketiga, perubahan volume pada ketiga indikator masih belum terlihat.

C. Uji Nyala Api

Di hari pemeriksaan pertama, tidak terlihat adanya pengaruh pada nyala api yang dipengaruhi oleh ketiga biogas yang diujicobakan.

Di hari pemeriksaan kedua, tidak terlihat adanya pengaruh pada nyala api yang dipengaruhi oleh ketiga biogas yang diujicobakan.

Di hari pemeriksaan ketiga, dapat terlihat adanya gas yang dihasilkan dari ketiga biogas. Keberadaan gas metana dapat terlihat dari perubahan yang terjadi pada nyala api yaitu dengan adanya percikan pada api yang dipengaruhi oleh biogas dengan zat penambah kacang kedelai. Terlihat juga sedikit percikan pada api yang dipengaruhi oleh biogas dengan zat penambah bakteri pengurai (EM4). Namun, tidak terlihat adanya gas metana pada uji coba nyala api dari biogas dengan zat penambah telur karena gas yang terlihat muncul tidak menyebabkan perubahan pada nyala api.

D.  Perhitungan Perolehan Waktu Produksi

Penelitian ini hanya berlangsung selama 10 hari masa produksi dan tiga kali pengecekan gas setiap tiga hari sekali terhitung setelah hari pertama produksi. Pada penelitian ini, diterapkan formula volume sampah organik sebanyak setengah dari wadah yang digunakan. Perbandingan bahan utama/sampahorganik dengan katalisator telur ayam dan katalisator kacang kedelai adalah 7:1. Sementara itu, sampah organik dengan katalisator bakteri pengurai (EM4) memiliki perbandingan 7:0,12. Dari formula yang ditetapkan, diperoleh gas metana sembilan hari setelah biogas diproduksi. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa belum ada katalisator yang efektif dalam mempercepat masa produksi biogas. Apabila formula yang sama digunakan produksi gas metana pada biogas akan terbentuk secara lebih optimal jika dilakukan perpanjangan proses pembusukan. Hal tersebut terjadi karena hasil produksi gas metana akan berbanding lurus dengan waktu yang diperlukan dalam proses pembusukan.