105-Article Text-822-3-10-20221117
105-Article Text-822-3-10-20221117
105-Article Text-822-3-10-20221117
Pengaruh Rasio C/N dan Penambahan Mikronutrien (Molybdenum, Mangan, dan Nikel)
terhadap Kadar Gas Metan Biogas
Santika Octaviana Putri Br Purba dan Novirina Hendrasarie*
Program Studi Teknik Lingkungan, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
ABSTRAK
Kata Kunci: Biogas merupakan teknologi pengolahan limbah yang menggunakan mikroorganisme alami
untuk menghasilkan energi yang ditempatkan di ruang kedap udara. Dalam produksi biogas,
biogas, mangan, molybdenum, nikel, gas
diperlukan penambahan nutrisi untuk mengoreksi komposisi fraksi organik pada sampah
metan, rasio C/N
agar mendekati komposisi idealnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh
penambahan mikronutrien molybdenum 1 mg/L, mangan 1 mg/L, nikel 1 mg/L, dan
campuran ketiga mikronutrien 1 mg/L dalam proses pembentukan biogas. Penelitian
dilakukan terhadap pencampuran kotoran sapi, sampah sayur, hydrilla verticillate, dan air
dalam reaktor batch dengan kapasitas 5 liter. Parameter yang digunakan dalam penelitian ini
adalah kadar gas metan dan rasio C/N. Kadar gas metan dan rasio C/N terbaik pada
penelitian ini dihasilkan pada variasi penambahan campuran ketiga mikronutrien selama 30
hari dengan nilai berturut-turut adalah 68,33% dan 29,774%.
ABSTRACT
Biogas is a waste treatment technology that uses natural microorganisms to produce energy
Keyword: that is placed in an airtight space. In biogas production, it is necessary to add nutrients to
biogas, manganese, molybdenum, nickel, correct the composition of the organic fraction in the waste to approach its ideal
methane gas, C/N ratio composition. The objective of this study is to determine the effect of adding micronutrients
molybdenum 1 mg/L, manganese 1 mg/L, nickel 1 mg/L, and a mixture of three
micronutrients 1 mg/L in the biogas formation process. The research was conducted on the
mixing of cow dung, vegetable waste, hydrilla verticillate, and water in a batch reactor with
a capacity of 5 liter. The parameters used in this research are methane gas content and C/N
ratio. The best methane gas content and C/N ratio in this study were obtained in the
variation of the addition of a mixture of the three micronutrients for 30 days with values of
68.33% and 29.774%, respectively.
15
The National Environmental Science and Engineering Conference ESEC Proceedings
E-ISSN: 2798-6241; P-ISSN: 2798-6268 Vol. 3, November 2022
dilakukan oleh mikroorganisme anaerob sehingga dapat Tabel 1. Komposisi Perlakuan Bahan Baku Setiap Reaktor
menghasilkan gas metana (Redjeki et al., 2013).
Usaha bidang peternakan semakin berkembang. Hal ini Waktu Fermentasi Jenis
Substrat
menyebabkan jumlah limbah kotoran ternak meningkat. (hari) Mikronutrien
Kotoran sapi mengandung bahan organik yang cukup tinggi. 10
Dalam kotoran sapi terkandung nitrogen, fosfor, dan kalium 15
yang merupakan nutrisi utama yang dibutuhkan dalam 20 -
produksi biogas (Praptiwi & Mirwan, 2021). 25
Dalam produksi biogas diperlukan nutrisi. Nutrisi terbagi 30i
menjadi dua yaitu makronutrien dan mikronutrien. 10
Makronutrien utama yang dibutuhkan pada semua proses 15
degradasi biologis adalah nitrogen dan fosfat. Makronutrien Molybdenum
20
(Mo) 1 mg/L
yang dipakai pada penelitian ini yaitu Hydrilla verticillata. 25
Hydrilla verticillata mengandung 0,54% lemak, 1,74% 30
protein, 1,37 nitrogen, 14,47% karbon organik, 3,97% 10
karbohidrat, 1,82% serat kasar, 1,51% abu, dan 90,42% air. Kotoran Sapi 1kg 15
Hydrilla verticillata yang terdegradasi mulai menghasilkan + Sampah Sayur Mangan (Mn) 1
20
CH4 pada hari ke-12 dan H2 dan CO2 dapat dideteksi dari 0,5 kg + Hydrilla mg/L
verticillata 0,5 kg 25
Hydrilla verticillata pada hari ke-16 (Mirwan & Irianto, 30
2021). 10
Mikronutrien merupakan nutrisi yang sama pentingnya 15
dengan makronutrien. Namun, dibutuhkan hanya dalam 20
Nikel (Ni) 1
jumlah yang kecil. Jenis mikronutrien seperti besi, nikel, mg/L
25
kobalt, mangan, molybdenum atau tungsten berperan dalam
30
pertumbuhan mikroorganisme anaerob (Weiland, 2010).
10
Mikronutrien yang digunakan dalam penelitian ini adalah
15 Campuran (Mo
molybdenum, mangan, dan nikel. Setiap mikronutrien
20 + Mn + Ni ) 1
memiliki peranannya masing-masing dalam proses
25 mg/L
pembentukan biogas. Molybdenum berperan dalam formil
metanofuran dehidrogenase dan format dehidrogenase. 30
Mangan memiliki peran penting dalam stabilisasi Penelitian ini diawali dengan menyiapkan kelengkapan
metiltransferase dan reaksi redoks (Jiang et al., 2017). Nikel alat dan bahan yang dibutuhkan. Kemudian membuat reaktor
berperan untuk metabolisme metanogenesis yaitu di mana masing-masing reaktor dilakukan pencampuran
meningkatkan laju perombakan asetat oleh archaea bahan dengan rasio yang telah ditentukan dengan menyisakan
metanogen dalam proses anaerobik (Mellyanawaty et al., sekitar 20% ruang kosong dari volume reaktor. Bahan yang
2019). Kekurangan nutrisi dan tingkat fermentasi substrat sudah dicampur ditambahkan air dengan perbandingan 1:1
yang terlalu tinggi dapat menghambat dan mengganggu lalu aduk secara merata. Selanjutnya reaktor ditutup dengan
proses anaerobik (Seadi, T. Al et al., 2008). rapat dan diberi label pada setiap reaktor. Lakukan
Produksi biogas dipengaruhi beberapa faktor antara lain pengamatan yang disesuaikan dengan proses fermentasi yang
faktor nutrisi dan lingkungan. Makronutrien, mikronutrien, berjalan selama 1 bulan. Variasi waktu fermentasi yang
rasio C/N, dan ukuran partikel merupakan faktor nutrisi, digunakan dalam penelitian ini adalah 10 hari, 15 hari, 20
sedangkan faktor lingkungan meliputi suhu dan kadar air hari, 25 hari, dan 30 hari. Biogas yang tertampung dalam
(Mirwan & Nadia Agustina Irianto, 2021). Oleh karena itu, urine bag sesuai dengan waktu fermentasi dibawa ke
penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh nilai laboratorium dan dilakukan pengujian kadar gas metan, kadar
rasio C/N bahan baku dan penambahan variasi mikronutrien C-Organik, dan N-Total. Hasil uji dari kadar C-Organik dan
terhadap kadar gas metan (CH4) dalam produksi biogas. N-Total akan dikonversi ke dalam perhitungan untuk
mendapatkan nilai rasio C/N.
2. METODE PENELITIAN
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Reaktor yang digunakan adalah tipe batch digestion.
Adapun peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini 3.1 Pengaruh Rasio C/N terhadap Kadar Gas Metan
adalah ember 5 liter, selang plastik, urine bag, timbangan, (CH4)
kran kompresor, dan manometer U. Bahan baku utama yang Rasio C/N merupakan salah satu faktor yang memengaruhi
dipakai sebagai substrat dalam penelitian ini adalah sampah pembentukan biogas. Rasio C/N adalah perbandingan antara
sayur 2,5 kg, kotoran sapi 5 kg, Hydrilla verticillata 2,5 kg, karbon dengan nitrogen dalam bahan organik. Karbon dan
dan air. Lalu, diberi variasi penambahan mikronutrien pada nitrogen adalah dua elemen utama yang membentuk substrat
masing-masing reaktor yaitu Na2MoO4·2H2O 1 mg/L, bahan organik. Mikroorganisme membutuhkan keduanya
MnCl2·4H2O 1 mg/L, NiCl2·6H2O 1 mg/L, Campuran Mo + sebagai sumber energi untuk melakukan perombakan
Mn + Ni 1 mg/L. (Wahyuni, 2017). Berikut merupakan hasil analisis pada
masing-masing variasi bahan dengan pencampuran
mikronutrien yang telah ditentukan.
16
The National Environmental Science and Engineering Conference ESEC Proceedings
E-ISSN: 2798-6241; P-ISSN: 2798-6268 Vol. 3, November 2022
Tabel 2. Nilai rasio C/N substrat Tabel 3. Pengaruh komposisi bahan terhadap kadar gas
metan (CH4)
Variasi Bahan Ratio C/N
Substrat (Kontrol) 20,455 Kadar Gas Metan (%)
Substrat + Mo 24,667 Variasi Bahan Hari Hari Hari Hari Hari
Substrat + Mn 31,020 ke- ke- ke- ke- ke-
Substrat + N 26,519 10 15 20 25 30
Substrat + Mo + Mn + Ni 29,774 Substrat (Kontrol) 13,97 20,21 25,44 35,6 38,6
Substrat + Mo 17,9 26,48 31,07 46,69 54,12
Berdasarkan Tabel 2, hasil analisis rasio C/N substrat pada Substrat + Mn 21,76 34,4 45,28 54,11 62,45
masing-masing reaktor yang digunakan dalam memproduksi Substrat + Ni 19,2 31,02 38,46 44,57 58,6
biogas. Pengujian C-Organik dan N-Total untuk memperoleh Substrat + Mo + Mn + Ni 16,11 30,77 47,55 61,14 68,33
nilai rasio C/N dilakukan pada hari ke-30. Menurut Hardoyo,
et al. (2018), untuk rasio C/N antara 20-30 merupakan hasil Keterangan:
yang optimum dalam memproduksi biogas. Berdasarkan hasil Substrat = Sampah sayur + Kotoran sapi + Hydrilla
analisis pada Tabel 2 dapat dilihat bahwa terdapat 4 (empat) verticilata
variasi bahan yang berada pada range optimal. Kadar gas Mo = Molybdenum
metan mengalami peningkatan pada tiap nilai rasio C/N. Mn = Mangan
Perbedaan dari tiap jenis penambahan mikronutrien pada Ni = Nikel
substrat memengaruhi nilai kandungan gas metan (CH4)
yang dihasilkan karena nilai rasio C/N dari tiap jenis Pada Tabel 1 yang disajikan, hasil analisis jenis bahan
penambahan mikronutrien pada substrat juga berbeda. yang digunakan untuk substrat terhadap kandungan gas
Variasi bahan yang menghasilkan nilai rasio C/N terbaik metan (CH4) yang dihasilkan dalam pembuatan biogas dalam
yakni pada variasi bahan substrat dengan pencampuran ketiga waktu fermentasi total selama 30 hari. Berdasarkan hasil
mikronutrien (molybdenum, mangan, dan nikel) dengan nilai yang didapatkan, beberapa bahan substrat telah mampu
29,774 dan nilai kadar gas metan sebesar 68,33%. Nilai rasio menghasilkan gas metan (CH4) diatas 40% pada waktu
C/N variasi bahan substrat dengan pencampuran ketiga fermentasi tertentu. Kadar gas metan (CH4) tertinggi
mikronutrien mendekati nilai maksimum dari range optimal dihasilkan pada variasi bahan substrat dengan penambahan
nilai rasio C/N. Namun, untuk nilai rasio C/N paling tinggi mikronutrien dalam waktu fermentasi 30 hari dengan nilai
dan melebihi range optimal diperoleh pada variasi bahan sebesar 68,33%. Hasil gas metan yang diperoleh hampir
substrat dengan pencampuran mikronutrien mangan dengan mencapai nilai maksimal dari kadar optimum gas metan
nilai 31,020 dan kadar gas metan sebesar 62,45%. Nilai rasio dalam suatu biogas.
C/N yang di atas range optimal menunjukkan bahwa jumlah
karbon (C) lebih tinggi dibandingkan nitrogen (N). Hal ini
dapat berpengaruh pada produksi biogas.
Jika rasio C/N terlalu tinggi, maka bakteri metanogenik
dengan cepat mengonsumsi nitrogen untuk memenuhi
kebutuhan pertumbuhannya dan hanya bereaksi dengan
sejumlah kecil karbon. Sebaliknya, jika nilai rasio C/N terlalu
rendah, maka nitrogen dilepaskan dan terakumulasi dalam
bentuk amonia (NH3), menghambat pertumbuhan bakteri dan
bahkan menyebabkan kematian seluruh populasi
mikroorganisme (Zulkarnaen et al., 2016). Kondisi seperti ini
mengakibatkan gas yang dihasilkan menjadi sedikit.
Perbedaan nilai hasil rasio C/N yang berbeda-beda dapat
dipengaruhi oleh kondisi kotoran dan sampah organik lainnya
saat pengambilan sampel berbeda sehingga pada saat
pengujian mendapatkan hasil C/N variatif (Yahya et al., Gambar 1. Grafik Hubungan antara Kadar Gas Metan (%)
2018). dengan Variasi Waktu Fermentasi
3.2 Pengaruh Komposisi Bahan terhadap Kadar Gas Gambar 1 menunjukkan bahwa nilai kadar gas metan tiap
Metan (CH4) reaktor berbeda. Perbedaan kadar gas metan pada reaktor
kontrol cenderung lebih sedikit dibandingkan dengan reaktor
Tingginya kandungan metana (CH4) menjadi salah satu yang diberi perlakuan penambahan mikronutrien. Hal ini
indikator keberhasilan proses fermentasi biogas. Biogas dikarenakan masing-masing mikronutrien merupakan sumber
berkualitas baik terdiri dari sekitar 55-70% metana (Haryanto nutrisi bari mikroorganisme dan memiliki peran yang
et al., 2019). Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, berbeda dalam proses pembentukan biogas. Dalam penelitian
berikut merupakan data laboratorium kandungan gas metan Adiani et al. (2020), penambahan nutrisi pada substrat biogas
(CH4) yang dihasilkan dengan variasi komposisi bahan yang dapat memengaruhi kadar gas metan yang dihasilkan. Kadar
telah ditentukan. gas metan yang rendah terjadi karena proses degradasi yang
kurang optimal. Biogas yang mempunyai kandungan gas
17
The National Environmental Science and Engineering Conference ESEC Proceedings
E-ISSN: 2798-6241; P-ISSN: 2798-6268 Vol. 3, November 2022
metan sekitar 50 – 70% bersifat sangat mudah terbakar, tidak memiliki nilai rata-rata 43,6, variasi bahan substrat + Ni
berwarna, dan tidak berbau yang dihasilkan oleh proses memiliki nilai rata-rata 38,37, variasi substrat + Mo memiliki
fermentasi bahan organik (Anggriani, 2014). Pada penelitian nilai rata-rata 35,252, dan variasi substrat (kontrol) memiliki
Mirwan & Irianto (2021), dilakukan pengujian gas nyala api nilai rata-rata 26,764. Berdasarkan hasil nilai rata-rata yang
sebagai indikator adanya metana. Hasil pengujian gas nyala didapatkan, variasi bahan substrat + mikronutrien campuran
api pada penelitian tersebut menunjukkan bahwa biogas memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap nilai kadar gas
dengan kadar gas metan yang berada pada range optimum metan daripada variasi bahan lainnya karena memiliki nilai
bahkan di bawah optimum yaitu 30% juga dapat nyala api rata-rata paling tinggi.
pada hari ke-15 dengan warna nyala api berwarna biru. Nyala
api yang berwarna biru dapat diidentifikasi mengandung 4. KESIMPULAN
metana yang sangat baik.
Pengaruh variasi bahan substrat terhadap kadar gas metan Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan, dapat
dalam produksi biogas dapat diketahui dengan melakukan uji disimpulkan bahwa hasil produksi biogas terbaik pada
statistik ANOVA One-way. Pada uji ANOVA nilai α yaitu 5% penelitian ini diperoleh pada reaktor dengan variasi
atau 0,05. Jika nilai p-value < α maka H0 ditolak. Sebaliknya, penambahan mikronutrien campuran (Mo + Mn + Ni) 1 mg/L
jika nilai p-value > α maka H1 ditolak. Pada penelitian ini, pada substrat dalam waktu fermentasi 30 hari. Nilai kadar gas
H0 menunjukkan bahwa variabel tersebut tidak memengaruhi metan (CH4) yang diperoleh sebesar 68,33% dan nilai rasio
nilai kadar gas metan dan H1 menunjukkan bahwa variabel C/N yang diperoleh adalah 29,774. Saran yang dapat
tersebut memengaruhi nilai kadar gas metan. diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah dengan
penambahan parameter uji nyala api sebagai uji fisik untuk
mengetahui kadar gas metan yang dihasilkan mampu untuk
diaplikasikan.
18
The National Environmental Science and Engineering Conference ESEC Proceedings
E-ISSN: 2798-6241; P-ISSN: 2798-6268 Vol. 3, November 2022
19