## Uji Kinerja Campuran Adsorben Karbon Aktif dan Zeolit untuk Pemisahan Karbon Dioksida dari Biogas dengan Metode Adsorpsi
Yanti Suprianti 1,a) , Kurniawan 1) , Purwinda Iriani 1) , Aditya Fajar Nugraha 1)
1) Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung
a) E-mail: yanti.suprianti@polban.ac.id

## ABSTRAK
Biogas hasil anaerobic digestion merupakan sumber energi alternatif yang potensial. Kandungan utamanya adalah gas metana  (50-70%),  disertai  dengan  gas  lain,  yaitu  25–50%  CO 2 ,  0,3–3%  N 2 ,  1–5%  H 2 dan  H 2 S  yang  sangat  rendah. Keberadaan gas CO 2 dalam biogas berpotensi menurunkan nilai kalor biogas. Teknologi pemisahan CO 2 yang memiliki prospektif diantaranya adalah adsorpsi. Proses ini dilakukan dengan cara melewatkan biogas ke dalam kolom adsorpsi yang berisi adsorben, yang dapat menyerap gas CO 2 . Beberapa penelitian telah menunjukkan kinerja adsorpsi yang baik dari adsorben karbon aktif dan juga adsorben zeolit.  Mendayagunakan potensi dua adsorben tersebut diharapkan dapat lebih mengoptimalkan kinerja penyerapan CO 2 dari biogas. Maka, pada penelitian ini diuji kinerja adsorpsi campuran adsorben karbon aktif-zeolit, dan juga ditentukan komposisi optimal yang memberikan kinerja adsorpsi tersebut. Variasi yang digunakan adalah lima campuran karbon aktif (C) – zeolit (Z) sebagai penangkap CO 2 dalam kolom adsorpsi, yaitu dengan komposisi C:Z=30:70, C:Z=40:60, C:Z=50:50, C:Z=60:40, dan C:Z=70:30. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi adsorben yang memberikan kinerja terbaik adalah C:Z=70:30 dengan output kandungan CO 2 sebesar 0,15%, kandungan CH 4 sebesar 87,56%, efektivitas adsorpsi sebesar 99,68%, nilai kalor sebesar 28,73 MJ/m 3 , dan potensi energi sebesar  775,74  kJ.  Komposisi  karbon  aktif  yang  besar  dapat  menyerap  CO 2 lebih  banyak,  karena  menyediakan  luas pemukaan pori yang lebih besar ketika ukurannya diperkecil menjadi 32 mesh.
Kata Kunci: adsorpsi; campuran adsorben; karbon aktif; karbon dioksida; zeolit

## ABSTRACT
Biogas produced from anaerobic digestion is a potential alternative energy source. The main content is methane (50- 70%), accompanied by other gases,  such as CO 2 , N 2 , H 2 and H 2 S. The presence of CO 2 in biogas has the potential to reduce the calorific value of biogas. One of the prospective CO 2 separation technologies is adsorption, which carried out by passing the biogas into the adsorption column containing adsorbents, in which can trap CO 2 . Several studies have shown good adsorption performance of activated carbon and zeolite adsorbents. Utilizing the potential of these two is expected to further optimize the performance of CO 2 absorption. In this study, the adsorption performance of the activated carbon-zeolite adsorbent mixture was tested, and the optimal composition that gave that performance determined. Five mixtures of activated carbon  (C)  - zeolite (Z)  was used as  CO 2 capture media  in the adsorption column, consisted of C:Z=30:70,  C:Z=40:60,  C:Z=50:50,  C:Z=60:40,  and  C:Z=70:30.  After  the  adsorption  process  carried  out,  the  best mixture performed by C:Z=70:30, which reduce output CO 2 content up to 0.15%, CH 4 content up to 87.56%, adsorption effectiveness of 99.68%, which was impacted towards heating value of 28.73. MJ / m 3 , and an energy potential of 775.74 kJ. The larger activated carbon composition can absorb more CO 2 , because it provides a larger pore surface area when the size is reduced to 32 mesh.
Keywords: activated carbon; adsorbent mixture; adsorption; carbon dioxide; zeolit

## I. PENDAHULUAN
Salah satu potensi energi terbarukan adalah dengan pemanfaatan limbah pertanian dan peternakan, seperti kotoran sapi menjadi biogas. Bahan-bahan organik dalam kotoran sapi didegradasi oleh bakteri acetogenik dan metanogenik di dalam biodigester  secara  anaerobik. Anaerobic  digestion (AD)  merupakan  teknologi  alternatif  yang  efisien,  karena menggabungan produksi biofuel juga pengelolaan limbah berkelanjutan (Achinas, Achinas, & Euverink, 2017).
JMEL, Volume 5 Nomor 1, 2021
Kandungan biogas dalam persen volume adalah sekitar 50–70% CH 4 , 25–50% CO 2 , 0,3–3% N 2 , 1–5% H 2 dan H 2 S yang sangat  rendah  (Karagöz,  Sarıdemir,  Deniz,  &  Çiftçi,  2018).  Kandungan  metana  (CH 4 )  sebagai  hidrokarbon  ringan memberikan kontribusi positif terhadap nilai kalor biogas, sementara karbon dioksida sebaliknya, yaitu mengurangi nilai kalornya. Dengan demikian, adanya karbon dioksida akan menyebabkan panas pembakaran yang dihasilkan tidak optimal dikarenakan sifatnya yang tidak bisa dibakar.
Berbagai metode telah dilakukan untuk menghilangkan kandungan Karbon dioksida ini, baik secara fisika, secara kimia, maupun menggunakan membran. Dibandingkan dengan absorpsi kimia dan teknologi membran, proses adsorpsi memiliki beberapa keunggulan (Blais, Dufresne, & Mercier, 2000), yaitu penggunaannya sederhana, biaya investasi rendah, dan tidak ada efek samping seperti zat beracun. Absropsi CO 2 menggunakan pelarut cair, yaitu natrium hidroksida (NaOH), kalsium  hidroksida  (Ca(OH) 2 ),  dan  mono-ethanolamine  (MEA)  memberikan  hasil  yang  memuaskan  (lebih  dari  90% efisiensi)  dengan  durasi  yang  cukup  lama,  yaitu  50  menit  untuk  Ca(OH) 2 dan  100  menit  untuk  NaOH  dan  MEA (Tippayawong & Thanompongchart, 2010). Pemisahan CO 2 menggunakan membran polyvinylamine/polyvinylalcohol (PVAm/PVA) menghasilkan selektivitas CO 2 /CH 4 hingga 40 dan CO 2 permeance hingga 0,55 m 3 (STP)/m 2 h.bar pada 2 bar (Deng & Hägg, 2010). Studi menggunakan vacuum swing adsorption dengan adsorben zeolit NaUSY menghasilkan produk  pemisahan  98%  CH 4 dan  95%  CO 2 di  dua  aliran  berbeda,  yang  berasal  dari  umpan  biogas  CH 4 :CO 2 =  50:50 (Jiang, et al., 2018). Studi secara adsorpsi untuk menghilangkan CO 2 menggunakan ordered mesoporous carbon (OMC) menunjukkan  nilai  kapasitas  adsorpsi  sebesar  3  mmol/g  (Yuan,  et  al.,  2013).  Penelitian  serupa  yang  mengakomodasi kearifan lokal, yaitu menggunakan karbon aktif dari cangkang sawit menunjukkan potensi yang baik, dengan daya serap 6,1%  (Widyastuti,  Sitorus,  &  Jayuska,  2013).  Pemurnian  biogas  dengan  adsorben  zeolit  alam  juga  memberikan  hasil menjanjikan, yaitu dapat menurunkan kandungan CO 2 menjadi 10%, bahkan hingga di bawah 5% dengan durasi yang lebih lama (Hamidi, Wardana, & Widhiyanuriyawan, 2011).
Karbon aktif  telah banyak digunakan untuk pemurnian biogas, diantaranya Vivo-Vilches et.al yang menyatakan karbon aktif selektif mengadsorpsi CO 2 (Vivo-Vilches et al., 2017), menurut Mamun et.al karbon aktif yang digabungkan dengan kalsium hidroksida dapat digunakan untuk pengayaan kandungan CH 4 dari biogas (Mamun, Karim, Rahman, Asiri, & Torii, 2016), dan masih banyak lagi. Zeolit juga banyak digunakan untuk pemurnian biogas, diantaranya yang dilakukan oleh  Jiang  et.al.  (Jiang  et  al.,  2018)  yang  dapat  menyerap  CO 2 tinggi  dalam  biogas  dengan  sistem  VSA,  juga  telah diinvestigasi  pengaruh  ukuran  dan  massa  zeolit  terhadap  kandungan  CH 4 dan  CO 2 (Widhiyanuriyawan,  Hamidi,  & Trimandoko, 2015), dan zeolit dinyatakan selektif dalam menyerap CO 2 dari biogas (Bacsik, Cheung, Vasiliev, & Hedin, 2016). Melihat peneltian-penelitian tersebut yang menggunakan zeolit alam sebagai penyerap CO 2 memberikan harapan bahwa  dengan  menggabungkan  dua  jenis  adsorben  karbon  aktif  dan  zeolit,  maka  akan  lebih  meningkatkan  kinerja adsorpsi  CO 2 dari  biogas.  Untuk  itu,  diperlukan  sebuah  eksperimen  yang  akan  menguji  penyerapan  CO 2 dari  biogas menggunakan campuran dua adsorben tersebut. Serta perlu dicari komposisi adsorben terbaik yang mampu menyerap CO 2 terbanyak, sehingga akan menghasilkan CH 4 paling tinggi.

## II. METODE
Metode penelitian yang dilakukan sesuai dengan diagram alir pada Gambar 1.

## Gambar 1. Diagram alir penelitian
1. Penyiapan bahan baku.
a. Penyiapan bahan baku biogas yang akan diproses. Biogas diperoleh dari digester biogas yang dimiliki oleh peternak sapi skala kecil, dan ditampung dalam plastik polietilen (PE). Pengambilan biogas dilakukan pada pagi hari, jam 10.00 dengan harapan komposisi biogas tidak akan berbeda jauh.
b. Penyiapan adsorben. Karbon aktif terlebih dahulu dihancurkan untuk mendapatkan ukuran yang lebih kecil daripada  yang  ada  di  pasaran.  Selanjutnya  dilakukan  pengayakan  untuk  mendapatkan  ukuran  yang seragaman  32  mesh,  sesuai  dengan  ukuran  optimal  pada  penelitian  sebelumnya.  Setelah  itu  dilakukan reaktivasi  karbon  aktif  dengan  memanaskan  dalam  suhu  200-300 o C  selama  2-3  jam,  untuk  memastikan tidak ada lagi gas-gas yang terperangkap dalam karbon aktif. Selanjutnya didinginkan dan dicampur dengan adsorben zeolit. Dan campuran dimasukkan ke dalam kolom adsorpsi.
Proses penyiapan adsorben ini dilakukan berulang kali sesuai dengan variasi campuran yang akan digunakan. Adapun massa total adsorben adalah 5,4 kg dengan variasi yang digunakan sebagai berikut:
i) 30% karbon aktif + 70% zeolite (30C:70Z) ii) 40% karbon aktif + 60% zeolite (40C:60Z) iii) 50% karbon aktif + 50% zeolite (50C:50Z) iv) 60% karbon aktif + 40% zeolite (60C:40Z)
v) 70% karbon aktif + 30% zeolite (70C:30Z)
2. Penyiapan alat uji.
Penyiapan alat uji dilakukan dengan menyiapkan instalasi sistem adsorpsi. Dalam hal ini dilakukan pengecekan kesiapan kolom adsorpsi seperti tes kebocoran.
Selanjutnya disambungkan dengan rotameter sebagai penunjuk laju aliran gas, lalu kontainer penampung yang telah berisi biogas. Bagian atas kolom adsorpsi disambungkan ke kompor menggunakan selang dan pipa. Kolom adsorpsi memiliki kapasitas 2,43 liter, dengan material PVC, diameter 2 in dan tinggi kolom 55 cm (40 cm berisi campuran adsorben). Kolom tidak diisi penuh adsorben, tapi bagian atas diberi ruang kosong supaya gas hasil adsorpsi terkumpul sebelum keluar kolom. Ruang kosong di bagian bawah kolom diberi sekat dengan daerah isian adsorben. Sekat terbuat dari kawat kasa, juga berfungsi sebagai penyangga.
Gambar 2. Instalasi sistem adsorpsi CO 2 dari biogas
3. Proses Adsorpsi
Proses adsorpsi dilakukan dengan posisi kompor menyala. Tujuannya untuk memastikan gas yang keluar kaya dengan CH 4 , dan itu akan terlihat dari warna nyala api. Biogas yang sudah ditampung ke dalam penampung gas dialirkan ke kolom adsorpsi dengan melewati rotameter yang dijaga lajunya pada 3 liter/menit.
4. Pengambilan sampel
Pengambilan  sampel  dilakukan  di dua  sisi,  yaitu di  sisi  hulu  sebelum  masuk  kolom  adsorpsi  dan di  sisi  hilir setelah  keluar  kolom  adsorpsi.  Pengambilan  sampel  gas  dilakukan  pada  menit  ke-9,  melanjutkan  penelitian sebelumnya  yang  menunjukkan  hasil  CH 4 terbesar  pada  menit  ke-9.  Dengan  menggunakan syringe yang ditusukkan  di  titik  pengambilan  sampel,  yaitu  selang  silicon,  dilakukan  2  kali  pengambilan  sampel,  sebagai cadangan apabila sampel pertama tidak menunjukkan hasil saat pengujian gas.
5. Uji kandungan gas
Kandungan gas diuji menggunakan gas-gas GC. Gas yang bisa terdeteksi oleh alat ini adalah O 2 , H 2 , N 2 , CH 4 dan CO 2 .
6. Analisis data
Data  yang  diperoleh  kemudian  dianalisis  untuk  menilai  efektivitas  adsorpsi  tiap  variasi  adsorben  yang digunakan.
Untuk menentukan kinerja dalam proses adsorpsi perlu diperhatikan hal-hal berikut:
1. Nilai Kalor Biogas
Nilai  kalor  biogas  bergantung  pada  kandungan  CH 4 dalam  biogas.  Pehitungan  nilai  kalor  biogas memerlukan data:
a. nilai kalor atau LHV ( Low Heating Value ) dari CH 4 sebesar 50,02 MJ/kg (Moran, Saphiro, Boettner, & Bailey, 2014).
b. nilai massa jenis dari CH 4 adalah 0,656 kg/m 3 .
Untuk menghitung nilai kalor biogas dan potensi energi biogas dengan menggunakan rumus di bawah ini:
a. nilai kalor CH 4
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝐻 4 = 𝐿𝐻𝑉  × 𝜌 𝐶𝐻4 = 32.813,12 𝑘𝐽 𝑚 3

## b. nilai kalor biogas
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 = 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝐻 4 × %𝐶𝐻 4 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠
(1)
c. massa biogas
𝑚 𝑔𝑎𝑠 = 𝑣 × 𝑡 × 𝜌 𝐶𝐻4 × %𝐶𝐻 4 (2)
𝑣 = kecepatan aliran biogas
𝜌 = massa jenis (kg/m 3 )
𝑡 = waktu adsorpsi (detik)
d. potensi energi biogas
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 =   𝑚 𝑔𝑎𝑠 × 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝐻 4 (3)
e. efektivitas adsorpsi biogas
Persentase kandungan karbon dioksida (CO 2 ) hasil dari adsorpsi biogas dihitung dengan (Widyastuti, Sitorus, & Jayuska, 2013):
𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠 = (%𝐶𝑂2 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑝𝑠𝑖−%𝐶𝑂2 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑝𝑠𝑖) %𝐶𝑂2 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑝𝑠𝑖 × 100% (4)
f. volume penyerapan CO 2
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑛 𝐶𝑂 2 = (𝑉𝐶𝑂2 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑝𝑠𝑖−𝑉𝐶𝑂2 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑝𝑠𝑖)
𝑉𝐶𝑂2 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑝𝑠𝑖 × 100% (5)
g. potensi energi biogas
𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 =  𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠  ×   𝑉 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 (6)

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Perubahan Kandungan Karbon dioksida Sebelum dan Sesudah Adsorpsi
Sasaran dari pemurnian biogas dengan jalur adsorpsi ini adalah untuk menangkap kandungan CO 2 dalam biogas. Gas CO 2 dalam biogas ini diserap oleh adsorben campuran karbon akif (C) dan zeolit (Z) dengan berbagai komposisi dalam kolom adsorpsi. Aliran biogas (input) kolom adsorpsi diuji untuk setiap variasi adsorben. Hal ini dilakukan karena komposisi biogas setiap hari bisa bervariasi.
Pada Gambar 3 disajikan kandungan CO 2 dalam biogas sebelum dan sesudah adsorpsi. Kandungan CO 2 dalam biogas input  atau  sebelum  masuk  kolom  adsorpsi  ternyata  sangat  bervariasi,  dalam  rentang  32%-71%.  Sebenarnya  terdapat kandungan CO 2 yang berada di luar rentang normal, yaitu pada input biogas yang akan diadsorpsi oleh campuran karbon aktif dan zeolit 50:50. Hal ini dapat disebabkan oleh belum sempurnanya proses produksi biogas yang terjadi. CO 2 yang terbentuk pada tahap asidogenesis dan asetogenesis belum sempat memasuki tahapan selanjutnya untuk diubah menjadi metana  dalam  tahap  metanogenesis  (Miyamoto,  Nakashimada,  &  Uemiya,  2015).  Meskipun  demikian,  pada  proses adsorpsi  menggunakan  campuran  karbon  aktif dan  zeolit  ini  CO 2 berhasil  diserap.  Biogas  output  dari  kolom  adsorpsi memiliki kandungan CO 2 yang lebih rendah.
Gambar 3. Kandungan CO 2 Biogas Input dan Output Adsorpsi
Pada Gambar 3 terlihat kandungan CO 2 dalam biogas input dan dalam biogas output setelah dilakukan adsorpsi selama 9 menit. Waktu adsorpsi dibatasi berdasarkan pada penelitian sebelumnya yang menyatakan bahwa pengambilan sampel biogas hasil adsorpsi pada menit ke-9 menunjukkan hasil terbaik. Penelitian sebelumnya menggunakan adsorben karbon aktif saja. Melihat Gambar 3, serapan CO 2 oleh adsorben semakin membaik seiring dengan semakin banyaknya porsi karbon aktif dalam campuran adsorben. Walaupun dikatakan bahwa sifat permukaan karbon aktif memiliki efek kecil terhadap  adsorpsi  CO 2 ,  tapi  volume  pori  dan  luas  permukaan,  serta  ultra  mikropori  yang  dimiliki  oleh  karbon  aktif memiliki efek signifikan terhadap penyerapan ini (Yin, Liu, Liu, & Wu, 2013). Bahkan, untuk variasi adsorben karbon aktif:zeolit=70:30  biogas  output  kolom  adsorpsi  dapat  ditekan  hingga  memiliki  kandungan  yang  sangat  kecil,  yaitu 0,15%. Ini memiliki performa yang lebih baik dibandingkan dengan penggunaan karbon aktif dari cangkang sawit yang dapat menurunkan kandungan CO 2 dalam biogas hingga 6,1% (Widyastuti, Sitorus, & Jayuska, 2013). Selain itu, dengan adanya  kandungan  zeolit  dalam  adsorben  juga  memberikan  kontribusi.  Zeolit  dapat  menyerap  CO 2 lebih  baik dibandingkan dengan metana, nitrogen atau oksigen, karena proses adsorpsi CO 2 ke dalam pori zeolit memiliki panas adsorpsi yang paling tinggi. Adorpsi merupakan proses yang eksotermik, sehingga makin banyak energi yang dilepas saat adsorpsi  menunjukkan  proses  adsorpsi  yang  semakin  baik  (Li  &  Tezel,  2007).  Hal  ini  memberikan  gambaran  bahwa adsorben campuran karbon aktif dan zeolit memiliki kinerja lebih baik dibandingkan dengan adsorben tunggal.
Jika ditinjau dari aspek berat molekul, CO 2 lebih banyak terserap dapat disebabkan karena memiliki berat molekul lebih besar (44 g/mol) dibandingkan dengan CH 4 (16 g/mol). Oleh sebab itu, adsorben menangkap CO 2 dan membiarkan CH 4 lolos melewatinya.

## 3.2. Rasio Serapan Karbon dioksida terhadap Adsorben
Kinerja adsorpsi CO 2 dari biogas ini merupakan gabungan dari campuran adsorben karbon aktif dan zeolit. Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa jumlah CO 2 yang terserap ke dalam adsorben tidak menunjukkan kecenderungan meningkat seiring dengan  penambahan  rasio  karbon  aktif,  tetapi  memiliki  titik  puncak  pada  komposisi  tertentu.  Terlihat  bahwa  pada komposisi  C:Z  30:70,  40:60,  dan  50:50  jumlah  CO 2 terserap  mengalami  peningkatan,  namun  menurun  lagi  ketika menggunakan komposisi C:Z 60:40, dan meningkat lagi ketika diubah menjadi 70:30.
40,32 42,63 71,1 32,03 46,29 32,96 11,19 14,25 0,18 0,15 0 20 40 60 80 100 30:70 40:60 50:50 60:40 70:30 Kandungan CO 2 dalam Biogas (%) Va ria si Ca mpur an A dsorb en ( C:Z ) Biogas (output)
Biogas (input)
Gambar 4. Rasio Serapan CO 2 dalam Adsorben
Serapan terbaik terlihat pada komposisi C:Z=50:50. Hal ini dapat disebabkan kedua jenis adsorben berkontribusi sangat baik ketika berada dalam komposisi berimbang. Dari sisi zeolit lebih baik menyerap CO 2 pada tekanan rendah, seperti tekanan normal biogas yang diproduksi pada biodigester rumahan, sedangkan dari sisi karbon aktif luas permukaan dan volume porinya yang lebih besar dari zeolit memungkinkan untuk menyerap lebih baik (Zhang, Zhang, Chen, Xia, & Li, 2010). Dengan demikian, gabungan dari kinerja keduanya memberikan kontribusi positif terhadap penyerapan CO 2 .

## 3.3. Perubahan Kandungan Metana Sebelum dan Sesudah Adsorpsi
Adsorpsi CO 2 oleh campuran adsorben karbon aktif dan zeolit merupakan cara untuk mendapatkan hasil akhir terbaik, yaitu memperoleh biogas dengan kandungan CO 2 terendah atau habis, dan kandungan CH 4 terbaik atau maksimum. Hasil serapan  CO 2 yang  telah  dibahas  pada  subbab  sebelumnya  mengakibatkan  perubahan  kandungan  CH 4 seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Kandungan CH 4 Biogas Input dan Output Adsorpsi
Pada Gambar 5 terlihat bahwa hasil akhir biogas output kolom adsorpsi menunjukkan hasil yang baik, dengan rentang 49%-87%. Namun, jika dilihat dari kecenderungan peningkatan, ternyata tidak menunjukkan kecenderungan tertentu. Hal ini disebabkan karena biogas input kolom adsorpsi juga memiliki kandungan CH 4 yang tidak seragam. Ketidakseragaman
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 30:70 40:60 50:50 60:40 70:30 R as io Se ra pa n (L /k g adsorb en ) Variasi Adsorben C:Z 36,66 46,09 23,63 43,93 52,04 49,78 84,82 70,32 67,08 87,56 0 20 40 60 80 100 30:70 40:60 50:50 60:40 70:30 Kandungan CH 4 dalam Biogas (%) Va ria si Ca mpur an A dsorb en ( C:Z ) Biogas (output)
Biogas (input)
ini disebabkan sumber biogas diambil dari biodigester rumahan yang berkapasitas kecil, sehingga pengambilan dilakukan secara bertahap, sekali pengambilan untuk setiap variasi operasi adsorpsi.
Jika  dilihat  dari  perubahan  komposisi  input  dan  output,  terlihat  bahwa  campuran  adsorben  C:Z=50:50  mengalami perubahan yang lebih signifikan dibandingkan dengan variasi lainnya, sehingga mampu meningkatkan kandungan CH 4 dalam biogas dari 23,63% menjadi 70,32%. Perbedaan yang jauh antara kandungan CO 2 dan CH 4 dalam biogas input (CO 2 /CH 4 =3)  memungkinkan  gas  CO 2 lebih  leluasa  teradsorpsi  ke  dalam  pori  adsorben,  sehingga  serapan  CO 2 oleh campuran adsorben ini lebih baik. Sedangkan jika CO 2 dan CH 4 berada pada porsi yang sama atau hampir sama dapat menyebabkan  aktivitas  adsorpsi  melemah,  akibatnya  jumlah  serapan  menjadi  kecil,  seperti  pada  variasi  C:Z=30:70 (CO 2 /CH 4 =1,1). Hal ini disebabkan karena terjadinya kompetisi antara kedua gas untuk terperangkap dalam permukaan padatan (Li, Yi, Tang, Li, & Yuan, 2013).
Sementara jika dilihat dari persentase akhir kandungan CH 4 dalam biogas output kolom adsorpsi, terlihat bahwa yang terbaik adalah sebesar 87,56%.  Komposisi adsorben karbon aktif yang lebih banyak ternyata dapat menyerap gas CO 2 lebih banyak, karena pori yang tersedia dalam adsorben karbon aktif tersedia lebih banyak, setelah karbon aktif diperkecil ukurannya menjadi 32 mesh. Hal ini lebih tinggi dibandingkan dengan adsorpsi selama 60 menit dengan lima lapisan adsorben  zeolit  yang  menghasilkan  biogas  dengan  kandungan  maksimal  74,70%  (Sugiarto,  Oerbandono, Widhiyanuriyawan, & Putra, 2013).

## 3.4. Efektivitas Adsorpsi
Nilai efektivitas adsorpsi tergantung dengan nilai  CO 2 sebelum dan sesudah pemurnian biogas. Makin banyak jumlah CO 2 yang terserap, maka nilai efektifitas adsorpsi semakin besar. Besarnya serapan CO 2 ini dibandingkan dengan kondisi awalnya.
Pada Gambar 6 dilihat untuk setiap variasi campuran adsorben karbon aktif dan zeolit yang berbeda mengalami kenaikan efektivitas  adsorpsi.  Efektivitas  adsorpsi  terbesar  terdapat  pada  variasi  campuran  adsorben  C:Z=70:30,  dimana  nilai efektivitas adsorpsinya sebesar 99,68%. Seiring bertambahnya komposisi karbon aktif dalam campuran adsorben, nilai efektivitas  adsorpsi  pun  meningkat.  Karbon  aktif  yang  digunakan  adalah yang  telah  diperkecil  ukurannya  menjadi  32 mesh,  sehingga  memungkinkannya  lebih  berpori  dibandingkan  karbon  aktif  di  pasaran.  Hal  ini  berpengaruh  terhadap serapan CO 2 . Bertambahnya luas permukaan dan ukuran pori dari suatu adsorben mengakibatkan jumlah adsorbat yang terserap adsorben semakin banyak (Suryawan, 2004).
Gambar 6. Efektivitas Adsorpsi
18,25% 73,75% 79,96% 99,44% 99,68% 0,00% 20,00% 40,00% 60,00% 80,00% 100,00% 30:70 40:60 50:50 60:40 70:30 Efektivitas Adsorpsi Va ria si Ca mpur an A dsorb en ( C:Z )

## 3.5. Nilai Kalor Biogas Sebelum dan Sesudah Adsorpsi
Kandungan  CH 4 dalam  biogas  merupakan  hal  utama  yang  menentukan  nilai  kalor  biogas.  Dari  seluruh  gas  yang terkandung dalam biogas, CH 4 memiliki nilai kalor terbesar. Sehingga jika dikombinasikan dengan komposisinya dalam biogas, maka semakin besar pula nilai kalor biogas.

## Gambar 7. Perbandingan Nilai Kalor Biogas
Pada Gambar 7 disajikan nilai kalor biogas sebelum dan sesudah adsorpsi. Walaupun nilai awalnya berbeda disebabkan sumber biogas input memiliki kandungan yang tidak seragam, namun dapat dilihat untuk setiap variasi terjadi kenaikan nilai kalor biogas setelah terjadinya proses adsorpsi biogas. Nilai kalor biogas tertinggi terdapat pada variasi campuran adsorben zeolit C:Z=70:30, yaitu sebesar 28,73 MJ/m 3 , meningkat dari nilai kalor awalnya sebesar 17,08 MJ/m 3 . Nilai kalor biogas yang dihasilkan dari proses adsorpsi sudah mendekati nilai kalor metana murni, yaitu 35,70 MJ/m 3 (Polak, Chmielewski, & Harasimowicz, 2008). Dan hasil perhitungan setelah pengujian selama sembilan menit diperoleh potensi energi sebesar 775,74 kJ.

## IV. KESIMPULAN
Setelah melewati kolom adsorpsi dengan berbagai variasi adsorben karbon aktif dan zeolit, kandungan CO 2 mengalami penurunan, dan kandungan CH 4 mengalami peningkatan. Komposisi adsorben yang memberikan kinerja terbaik adalah C:Z=70:30 dengan kandungan CO 2 sebesar 0,15%, kandungan CH 4 sebesar 87,56% efektivitas adsorpsi sebesar 99,68%, nilai kalor sebesar 28,73 MJ/m 3 , dan potensi energi sebesar 775,74 kJ.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima  kasih kami sampaikan kepada P3M Politeknik Negeri Bandung yang telah memfasilitasi penelitian ini melalui skema Penelitian Mandiri.

## DAFTAR PUSTAKA
Achinas, S., Achinas, V., & Euverink, G. J. (2017). A Technological Overview of Biogas Production from Biowaste. Engineering , 299-307.
Bazan, R. E., Bastos-Neto, M., Moeller, A., Dreisbach, F., & Staudt, R. (2011). Adsorption equilibria of O 2 , Ar, Kr and Xe on activated carbon and zeolites: single component and mixture data. Adsorption , 371-383.
Blais, J. F., Dufresne, S., & Mercier, G. (2000). State Of The Art of Technologies for Metal Removal from Industrial Effluents. Rev. Sci. Eau , 687-711.
Deng, L., & Hägg, M.-B. (2010). Techno-economic evaluation of biogas upgrading process using CO2 facilitated transport membrane. International Journal of Greenhouse Gas Control , 638-646.
12,03 15,12 7,75 14,41 17,08 16,33 27,83 23,07 22,01 28,73 0 5 10 15 20 25 30 35 30:70 40:60 50:50 60:40 70:30 Nilai Kalor Biogas (MJ/m 3 ) Va ria si Ca mpur an A dsorb en ( C:Z )
Hamidi, N., Wardana, I., & Widhiyanuriyawan, D. (2011). Peningkatan Kualitas Bahan Bakar Biogas melalui Proses Pemurnian dengan Zeolit Alam. Jurnal Rekayasa Mesin , 227-231.
Jiang, Y., Ling, J., Xiao, P., He, Y., Zhao, Q., Chu, Z., . . . Webley, P. A. (2018). Simultaneous biogas purification and CO2 capture by vacuum swing adsorption using zeolite NaUSY. Chemical Engineering Journal , 2593-2602.
Karagöz, M., Sarıdemir, S., Deniz, E., & Çiftçi, B. (2018). The effect of the CO 2 ratio in biogas on the vibration and performance of a spark ignited engine. Fuel , 634-639.
Li, P., & Tezel, H. (2007). Adsorption separation of N 2 , O 2 , CO 2 and CH 4 gases by b-zeolite. Microporous and Mesoporous Materials , 94-101.
Li, Y., Yi, H., Tang, X., Li, F., & Yuan, Q. (2013). Adsorption separation of CO 2 /CH 4 gas mixture on the commercial. Chemical Engineering Journal , 50-56.
Miyamoto, M., Nakashimada, Y., & Uemiya, S. (2015). Membrane reactors for biogas production and processing. In M. Miyamoto, Y. Nakashimada, & S. Uemiya, Membrane Reactors for Energy Applications and Basic Chemical Production (pp. 345-365). Woodhead Publishing.
Moran, M. J., Saphiro, H. N., Boettner, D. D., & Bailey, M. B. (2014). Fundamentals Engineering of Thermodynamics 8th Edition. John Wiley & Sons, Inc.
Polak, A., Chmielewski, A., & Harasimowicz, M. (2008). Biogas Separation. Ars Separatoria , 288-291.
Schell, J., Casas, N., Pini, R., & Mazzotti, M. (2012). Pure and binary adsorption of CO 2 , H 2 , and N 2 on activated carbon. Adsorption , 49-65.
Sugiarto, Oerbandono, T., Widhiyanuriyawan, D., & Putra, F. S. (2013). Purifikasi Biogas Sistem Kontinyu Menggunakan Zeolit. Jurnal Rekayasa Mesin , 1-10.
Suryawan, B. (2004). Karakteristik Zeolit Indonesia sebagai Adsorben Uap Air. Jakarta: Universitas Indonesia.
Susanto, H., Wijaya, W., & Widiasa, I. N. (2013). Modifikasi Karbon Aktif sebagai Adsorben untuk Pemurnian Biogas.
TEKNIK, 34 (1), 4-8.
Tippayawong, N., & Thanompongchart, P. (2010). Biogas quality upgrade by simultaneous removal of CO 2 and H 2 S in a packed column reactor. Energy , 4531-4535.
Widyastuti, A., Sitorus, B., & Jayuska, A. (2013). Karbon Aktif dari Limbah Cangkang Sawit sebagai Adsorben Gas dalam Biogas Hasil Fermentasi Anaerobik Sampah Organik. Jurnal Kimia Khatlistiwa , 30-33.
Yin, G., Liu, Z., Liu, Q., & Wu, W. (2013). The role of different properties of activated carbon in CO 2 adsorption. Chemical Engineering Journal , 113-140.
Yuan, B., Wu, X., Chen, Y., Huang, J., Luo, H., & Deng, S. (2013). Adsorption of CO 2 , CH 4 , and N 2 on Ordered Mesoporous Carbon: Approach for Greenhouse Gases Capture and Biogas Upgrading. Environmental Science & Technology , 5474-5480.
Zhang, Z., Zhang, W., Chen, X., Xia, Q., & Li, Z. (2010). Adsorption of CO 2 on Zeolite 13X and Activated Carbon with Higher Surface Area. Separation Science and Technology , 710-719