PENURUNAN KADAR CO 2 PADA BIOGAS DENGAN ABSORBSI NaOH TERHADAP KECEPATAN RAMBAT API
As’adi GA 1 , Nasrul Ilminnafik 2 , Ahmad Syuhri 2
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37 Jember 68121 nasrul.teknik@unej.ac.id

## ABSTRACT
Biogas is produced from the fermentation process and generate gases: CH 4 , CO 2 , H 2 , N 2 , O 2 , and H 2 S. The  biogas  content  on  there  are  still  many impurities  (inhibitors)  in  affecting  the  quality  of  the  biogas biogas, one of which is CO 2 .  Carbon dioxide is a molecule that can inhibit and decrease the rate of the combustion  reaction,  because  the  carbon  dioxide  would  disrupt  the  chain  of  chemical  reactions  of combustion, so the chemical reaction of combustion is inhibited. This study was to determine the effect of variations in the concentration and duration of contact NaOH to the reduction of CO 2 levels shown in the figure the distance between the flame propagation speed of propagation of fire and flame. Observations carried out experiments with burning stoichiometric mixture (methane and air) that has been purified in the combustion chamber Helle-Shaw Cell 1cm x 20cm x 60cm. The results showed that the concentration and contact time can reduce the levels of CO 2 in the biogas yield faster flame propagation speed.
Keywords: Cepat Rambat Api, Karbon dioksida, Konsentrasi NaOH, Waktu kontak

## PENDAHULUAN
Energi  sangat  diperlukan  dalam  menjalankan aktivitas perekonomian Indonesia, baik untuk kebutuhan  konsumsi  maupun  untuk  aktivitas  produksi berbagai  sektor  perekonomian.  Dari  aspek  penyediaan, Indonesia merupakan negara yang kaya dengan sumber daya  energi  baik  energi  yang  bersifat unrenewable resources maupun  yang  bersifat renewable  resources . Namun  demikian,  eksplorasi  sumber  daya  energi  lebih banyak  difokuskan  pada  energi  fosil  yang  bersifat unrenewable  resources sedangkan  energi  yang  bersifat renewable relatif  belum  banyak  dimanfaatkan.  Kondisi ini  menyebabkan  ketersediaan  energi  fosil,  khususnya minyak  mentah,  semakin  langka  yang  menyebabkan Indonesia saat ini menjadi net importir minyak mentah. Bioenergi  yang  terus  dikembangkan  salah  satunya adalah  biogas.  Biogas  merupakan  sumber  energi terbarukan  yang  dihasilkan  secara anaerobic  digestion atau  fermentasi  anaerob  dari  bahan  organik  seperti sampah,  sisa-sisa  makanan,  kotoran  ternak  dan  limbah industri  makanan. Pemanfaatan limbah organik sebagai bahan  baku  biogas  tentu  akan  memberikan  efek  ganda dalam  menyediakan  energi  yang  dapat  diperbaharui ramah  lingkungan  dan  dapat  menciptakan  lingkungan peternakan yang lebih bersih dan sehat [1]. Hal ini tentu saja  menjadi  suatu  permasalahan  besar  yang  harus segera dicarikan solusinya.
Biogas  merupakan  gas  yang  dihasilkan  dari dekomposisi  bahan  organik  secara  anaerobik  (tertutup dari  udara  bebas)  untuk  menghasilkan  suatu  gas  yang sebagian  besar  berupa  metan  (yang  memiliki  sifat mudah  terbakar)  dan  karbon  dioksida . Dari  kandungan biogas  di  atas  masih  terdapat  banyak  zat  pengotor ( inhibitor )  dalam  biogas  yang  mempengaruhi  kualitas
dari  biogas,  salah  satunya  adalah  CO 2 (25  –  45%). Karbon  dioksida  merupakan  molekul  yang  dapat menghambat dan menurunkan laju reaksi pembakaran, karena karbon dioksida akan mengganggu  rantai  reaksi  kimia  pembakaran, sehingga  reaksi  kimia  pembakaran  terhambat.  Oleh sebab  itu  perlu  dilakukan  pemurnian  biogas  yang bertujuan  untuk  mengurangi  kandungan  gas  CO 2 . Pemurnian tersebut dilakukan dengan cara menyerap  CO 2 yang  terdapat  dalam  biogas menggunkan  NaOH  serpihan  yang  telah  dilarutkan dalam  air.  Kemudian  larutan  NaOH  tersebut digunakan  untuk  mengikat  CO 2 yang  ada  dalam biogas [2]. Penelitian-penelitian terdahulu mengenai purifikasi biogas telah banyak dilakukan. Penelitian oleh Maarif dengan absorbsi gas CO 2 dengan larutan NaOH  secara  kontinyu  dalam  suatu  reaktor ( absorber ). Pada penelitian ini, variabel yang diteliti adalah pengaruh laju alir NaOH terhadap CO 2 yang terserap dan CH 4 yang dihasilkan [3], lalu penelitian oleh Mara dengan menganalisa penyerapan gas  CO 2 dengan  larutan  NaOH  terhadap  kualitas  biogas kotoran sapi dengan permasalahan yang akan diteliti yaitu  bagaimana  kualitas  dan  kuantitas  biogas kotoran  sapi  setelah  penyerapan  gas  CO 2 dengan larutan NaOH [2] dan penelitian tentang laju rambat api oleh Uwar yang meneliti laju rambat api dengan memvariasikan  penambahan  CO 2 dalam  CH 4 [4]. Dari  beberapa  penelitian  dapat  dikembangkan sehingga dapat diketahui pengaruh variasi konsentrasi  dan  lama  kontak  NaOH  terhadap penurunan  kadar  CO 2 yang  ditunjukan  jarak  antar flame pada gambar rambat api dan cepat rambat api
sehingga  dapat  dimanfaatkan  oleh  masyarakat  sebagai acuan purifikasi biogas yang telah ada di rumah-rumah masyarakat.

## METODOLOGI PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  metode  eksperimental,  yaitu    suatu    metode yang    digunakan    untuk    menguji    pengaruh  variasi konsentrasi  NaOH  dan  waktu  kontak  terhadap  kualitas pemurnian biogas dengan menggunakan larutan NaOH, dalam  penelitian  ini,  proses  pemurnian  biogas dilakukan dengan sistem penyerapan absorbsi kandungan  gas  karbon  dioksida  (CO 2 )  menggunakan NaOH  yang  telah  divariasikan  konsentrasinya.  Biogas disirkulasikan  ke  alat  purifikasi  sistem  kontinyu  untuk menyerap gas CO 2 menggunakan larutan NaOH. Biogas hasil purifikasi ( purified biogas ) digunakan  sebagai  bahan  bakar  pada  alat  uji  cepat rambat  api.  Pengujian  tahap  ini  adalah  untuk mengetahui  pengaruh purified  biogas terhadap  cepat rambat  api.  Metode  penelitian  dilakukan  dengan merekam  proses  nyala  api  secara  visual  menggunakan high  speed  camera. Penelitian  pemurnian  biogas dilakukan  dengan  memanfaatkan  instalasi  biogas  di biogas  plant Desa  Senduro  Kecamatan  Senduro Kabupaten Lumajang.
Peralatan  dan  bahan  yang  digunakan  dalam pengujian adalah sebagai berikut:
 Alat  bantu  eksperimen,  seperti  gergaji,  tang, dan lain sebagainya.
 Timbangan digital dan gelas ukur.
 high  speed  camera 480 frame/s dengan pixel 224x168.
 Komputer
 Water mur
 Pemantik 20.000 volt
 Ruang  Bakar  Model Helle-Shaw  Cell 1cm  x 20cm x 60cm
 Cylinder Pneumatic diameter 5cm dan panjang 30cm
 Alat  purifikasi  dari  kaca  tebal  5mm  dengan dimensi 15 cm x 15cm x 25cm.
Gambar 1.  Skema pemurnian biogas.1. digester , 2. stop kran , 3. Water  trap ,  4.  Pipa  PVC,  5. Gas  holder ,  6. Pump ,  7. Manometer  pipa  U,  8.  Alat  purifikasi,  9.  Larutan  NaOH, 10. Purified gas holder , 11. Kantong biogas.
Prosedur pengujian pemurnian biogas
a) Mengukur tekanan biogas dengan menggunakan manometer pipa U. b) Mendesain  sirkulasi  alat  purifikasi  biogas dengan sistem kontinyu.
c) Memasukkan  NaOH  konsentrasi  25%  ke dalam alat purifikasi.
d) Memasang alat purifikasi.
e) Mengecek kebocoran pada alat purifikasi.
f) Mensirkulasikan biogas kedalam alat purifikasi  dengan  waktu  kontak  20  menit, 40 menit dan 60 menit.
g) Mengambil sampel biogas pada tiap variasi waktu.
h) Mengulangi langkah 1 s/d 6 dengan variasi konsentrasi NaOH 35% dan 45%.
Prosedur  Pengujian  Karakteristik  cepat  rambat Api:
Untuk  langkah  pengamatan  menyiapkan  campuran Biogas  yang  telah  dimurnikan  dengan  udara menggunakan  Cylinder  Pneumatic  dan  AFR  9,5. Lalu  Mengisi  ruang  bakar Helle-Shaw  Cell dengan campuran  udara  dan  biogasdengan  cara  menekan kantong  gas  sehingga  gas  masuk  ke  dalam  ruang bakar.  Setelah  terisi  penuh  maka  percikan  api dengan  menggunakan  pemantik  sehingga  terjadi pembakaran  pada  helle-shaw  cell.  Dan  secara bersamaan  merekam  dengan  menggunakan  kamera, hasil pembakaran pada helle-shaw cell yang terekam dari  kamera  video  dipindah  ke  komputer  menjadi file  AVI  dengan  program DVDVideoSoft  Free Studio kemudian potong video sehingga mendapatkan  video  yang  lebih  pendek  dengan menggunakan Kate's  Video  Splitter  7.0 .  dari  hasil potongan  video  diekstrasi  menjadi  gambar  diam dalam  sejumlah  frame  yang  tersusun  berurutan  dari saat  menyala  pertama  sampai  padam  menggunakan program DVDVideoSoft Free Studio .
Gambar  2.  Skema  perekaman  rambat  api.  1. Helle-Shaw Cell, 2.  Titik  api,  3.  Pemantik,  4.  Saklar  pemantik,  5.
Kantong biogas, 6. Selang, 7. High speed camera

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari penelitian cepat rambat api dihasilkan berbagai data hasil penelitian cepat rambat api total, cepat  rambat  api  sesaat,  dan  gambar  rambat  api. Dari  berbagai  data  tersebut  dapat  dibandingkan pengaruh variasi konsentrasi NaOH dan lama kontak
1 2 4 3 5 6 7 1 3 4 5
terhadap  cepat  rambat  api.  Untuk  membahas  tentang gambar rambat api, dan kecepatan rambat api.

## Hasil Pengujian Gambar Rambat Api
Hasil  penelitian  tentang  gambar  rambat  api dengan berbagai variasi konsentrasi NaOH dapat dilihat pada Gambar berikut:
(a)               (b)             (c)             (d)
Gambar 3. Pengaruh purifikasi dan lama kontak biogas terhadap gambar rambat:
(a) sebelum perlakuan, (b) dengan purifikasi NaOH 25%, lama kontak 20 menit, (c) dengan purifikasi NaOH 25%, lama kontak 40 menit dan (d) dengan purifikasi NaOH 25%, lama kontak 60 menit.
(a)               (b)             (c)
Gambar 4. Pengaruh purifikasi dan lama kontak biogas terhadap gambar rambat:
(a) dengan purifikasi NaOH 35%, lama kontak 20 menit,
(b) dengan purifikasi NaOH 35%, lama kontak 40 menit dan
(c) dengan purifikasi NaOH 35%, lama kontak 60 menit
Dari Gambar 3a menujukan jarak antar flame sangat berdekatan  dan  pada  gambar  rambat  api  setelah prifikasi  jarak  antar flame mulai  berjauhan ditunjukan  oleh  Gambar  3b,  Gambar  3c  dan Gambar3d.  Pada Gambar 4c jarak antar flame lebih berjauhan  dibanding  pada  Gambar  4a  dan  Gambar 4b.
(a)               (b)             (c)
Gambar 5. Pengaruh purifikasi dan lama kontak biogas terhadap gambar rambat (a) dengan purifikasi NaOH 45%, lama kontak 20 menit
(b) dengan purifikasi NaOH 45%,
lama kontak 40 menit,
(c) dengan purifikasi NaOH 45%, lama kontak 60 menit
Pada  Gambar  5c  jarak  antar  flame  lebih  berjauhan dibanding pada Gambar 5a dan Gambar 5b.

## Hasil Cepat Rambat Api Sesaat
Hasil  penelitian  tentang  cepat  rambat  api sesaat  sebelum  perlakuan  dan  setelah  perlakuan dengan variasi konsentrasi NaOH dan waktu kontak dapat dilihat pada Gambar 6
Gambar 6. Pengaruh purifikasi dan lama kontak biogas terhadap cepat rambat api sesaat
Dari Gambar 6 menunjukan rata-rata kecepatan rambat  api  sesaat  sebelum  perlakuan  adalah  1104.7 cm/detik.  Rata-rata  kecepatan  rambat  api  sesaat  pada konsentrasi  NaOH  25%  dan  waktu  kontak  60  menit adalah 1873.0 cm/detik. Rata-rata kecepatan rambat api sesaat  pada  konsentrasi  NaOH  35%  dan  waktu  kontak 60  menit  adalah  1954.4  cm/detik.  Rata-rata  kecepatan rambat  api  sesaat  pada  konsentrasi  NaOH  45%  dan waktu  kontak  60  menit  adalah  2042.1  cm/detik.  Dari Gambar  6  menunjukan  beberapa  perbedaan  sebelum perlakuan  sampai  dengan  konsentrasi  tertinggi,  tetapi masih  ada  penurunan  cepat  rambat  api  pada  grafik karena  masih  ada  sedikit  kadar  CO 2 yang  menghambat cepat  rambat  api.  Penurunan  cepat  rambat  api  juga disebabkan bentuk dari ruang bakar yang memungkinkan terjadinya perlambatan cepat rambat api karena  dimensi  ruang  bakar  yang  terbatas  sehingga pada saat tertentu akan terjadi peningkatan tekanan dan menghambat kecepatan rambat api.

## Hasil Cepat Rambat Api Total
Untuk dapat mengetahui kecepatan rambat api total,  maka  akan  ditampilkan  bagaimana  grafik  cepat rambat  api  total  sesuai  dengan  konsentrasi  NaOH  dan lama  waktu  kontak  yang  dapat  disajikan  pada  Gambar 7.
Gambar 7. Pengaruh purifikasi dan lama kontak biogas terhadap cepat rambat api total
Dari Gambar 7  menunjukan  kecepatan rambat api total sebelum  perlakuan  adalah  1104.7  cm/detik.  Kecepatan rambat api total pada konsentrasi NaOH 25% dan waktu kontak  60  menit  adalah  1886.5  cm/detik.  Kecepatan rambat api total pada konsentrasi NaOH 35% dan waktu kontak  60  menit  adalah  1954.4  cm/detik.  Kecepatan rambat api total pada konsentrasi NaOH 45% dan waktu
kontak 60 menit adalah 2042.1 cm/detik. Penurunan yang  ada  pada  Gambar  7  disebabkan  masih  ada kandungan CO 2 yang mengganggu pembakaran dan juga  bentuk  dari  ruang  bakar  yang  memungkinkan terjadinya  perlambatan  cepat  rambat  api  karena dimensi  ruang  bakar  yang  terbatas  sehingga  pada saat  tertentu  akan  terjadi  peningkatan  tekanan  dan menghambat kecepatan rambat api.

## Kesimpulan
Semakin  besar  konsentrasi  NaOH  dan semakin  lama  waktu  kontak  diduga  mengalami pengurangan  kadar  CO 2 yang  ditunjukan  oleh  jarak antar  api.  Pada  gambar  rambat  api  sebelum perlakuan  jarak  antar  api  sangat  berdekatan,  pada konsentrasi  NaOH  25%  dengan  lama  kontak  20 menit,  40  menit  dan  60  menit  menunjukan  tingkat kerapatan  antar flame pada  waktu  kontak  60  menit dengan  jarak  antar  api  yang  berjauhan  semakin banyak,  pada  konsentrasi  NaOH  35%  dengan  lama kontak  20  menit,  40  menit  dan  60  menit menunjukan  tingkat  kerapatan  antar flame yang lebih baik pada waktu kontak 40 menit dan 60 menit karena  pada  jarak  tersebut  cenderung  sama  jarak antar  apinya.  Pada  konsentrasi  45%  dengan  lama kontak  20  menit,  40  menit  dan  60  menit menunjukkan  jarak  antar  api  yang  lebih  baik  tetapi cenderung  sama  jarak  rambat  api  setiap  variasi waktu  pada  konsentrasi  NaOH  45%  dikarenakan larutan  NaOH  45%  telah  jenuh  pada  20  menit pertama.
Penurunan  kadar  CO 2 oleh  larutan  NaOH dapat mempercepat rambat api. Hal ini dapat dilihat dari  peningkatan  kecepatan  rambat  api  mulai  dari sebelum dipurifikasi kecepatan rambat api sesaatnya adalah  1104.7  cm/detik  dan  setelah  dipurifikasi dengan  konsentrasi  NaOH  25%  cepat  rambat  api sesaatnya  dapat  mencapai  1873.0  cm/detik  pada lama kontak  60 menit.  Sedangkan  dengan konsentrasi NaOH 35% kecepatan rambat api sesaat sebesar 1954.4 cm/detik pada lama kontak 60 menit. Dan  pada  larutan  NaOH  45%  dalam  waktu  kontak 60  menit  dengan  kecepatan  rambat  api  sesaatnya adalah 2042.1 cm/detik.

## Saran
Beberapa  saran  yang  dapat  diberikan  oleh penulis dari hasil penelitian ini yaitu antara lain:
1. Dalam pembuatan alat purifikasi sebaiknya melihat tingkat kekuatan materialnya terhadap larutan NaOH dengan konsentrasi yang besar.
2. Dalam  percobaan  menggunakan Helle- Shaw  Cell sebaiknya  dilakukan  di  ruang yang  gelap  agar  terlihat  rambat  api  oleh kamera.
3. Pemilihan high  speed  camera dapat berpengaruh dengan kualitas gambar.

## Daftar Pustaka
[1]  Sugiarto,  2013. Purifikasi  Biogas  Sistem    Kontinyu Menggunakan  Zeolit .  Jurnal  Rekayasa  Mesin
Vol.4,  No.1  Tahun  2013  1-10.  Jurusan  Teknik Mesin,  Fakultas  Teknik  Universitas  Brawijaya Malang.
[2] Mara, Made. 2012. Analisis Penyerapan Gas Karbon dioksida (CO 2 ) Dengan Larutan NaOH
Terhadap  Kualitas  Biogas  Kotoran  Sapi, Universitas Mataram.
[3]  Maarif,  Fuad.  2008.  Absorbsi  Gas  CO 2 dengan
Larutan  NaOH  Secara  Kontinyu,  Universitas Brawijaya. Malang.
[4]  Uwar,  Aini.  2012,  Karakteristik  Pembakaran  CH 4 Dengan  Penambahan  CO 2 Pada  Model Helle- Shaw  Cell Pada  Penyalaan  Bawah,  Jurnal Rekayasa Mesin Vol.3, No. 1.