## PRODUKSI GAS METANA DARI LIMBAH JERAMI PADI DENGAN INOKULASI MIKROORGANISME RUMEN SEBAGAI SUMBER ENERGI TERBARUKAN
Noviyanto , Farah Amirotus S, Veny Uli A, Hazrul Anwar, Setiyo Gunawan, Tri Widjaja,
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Surabaya 60111 E-mail : yayansumenep@gmail.com

## Abstrak
Sumber daya minyak dan gas alam dunia yang berasal dari energi fosil semakin berkurang. Sehingga pengembangan penelitian sumber energi alternatif semakin sering dilakukan, salah satunya adalah produksi gas metana  secara anaerobik. Gas metana  menghasilkan rasio  energi  output/input  yang cukup besar yaitu 28 Mj/Mj. Sumber gas metana yang dipakai dalam penelitian ini adalah biomassa berlignoselulosa berupa limbah jerami padi, karena jumlahnya mencapai 180 juta ton tiap tahunnya dan sebanyak 36-62% dibuang dan  dibakar  oleh  masyarakat.  Selama  ini  fermentasi  anaerobik  biomassa  berlignoselulosa  banyak mengalami  kendala,  karena  sulitnya  tiga  polymer  selulosa,  lignoselulosa  dan  hemiselulosa  dipecah  oleh bakteri  penghasil  metana.Tujuan  penelitian  ini  adalah  meneliti  pengaruh  mikroorganisme  rumen  dalam produksi  biogas  dari  limbah  jerami  padi.  Diharapkan  dengan  inokulasi  mikroorganisme  rumen,  yield metana  yang  dihasilkan  lebih  baik  dan  prosesnya  bisa  lebih  cepat  sehingga  limbah  jerami  padi  bisa dimanfaatkan  menjadi  sumber  energy  terbarukan.Metodologi  penelitian  yang  dilakukan  pertama-tama adalah mem-pretreatment jerami padi dengan thermal dan mekanis untuk memudahkan degradasi terhadap lignin  yang  mengganggu  fermentasi  anaerobik  jerami  padi,  kemudian  menginokulasikan  mikroorganisme rumen dengan variabel volume 5%, 10% dan 15%. Kondisi operasi penelitian dengan sistem batch selama 21 hari, pH 6-7, suhu 30–40 o C, dan tekanan 1 atm. Hasil penelitian terbaik sementara adalah  konsentrasi CH 4 pada variabel 15% pada hari ke – 21 sebesar 56.484 ppm.
Kata Kunci : Biogas, Fermentasi anaerobik, Limbah jerami padi, Mikroorganisme Rumen

## Abstract
Oil  and  natural  gas  resources  that  comes  from  fossil  energy  keeps  diminishing.  So  research developments  of  alternative  energy  sources  are  increasingly  being  carried  out,  one  of  which  is  anaerobic production of methane gas. Methane gas produces a large enough ratio of energy output/input of 28 Mj/Mj. The source of methane gas used in this study was berlignoselulosa biomass in the form of rice straw  waste, because its number reaches 180 million tons per year and as much as 36-62% of it is discharged and burned by  the  public.  Currently,  anaerobic  fermentation  of  biomass  berlignoselulosa  experiences  many  obstacles, because of the difficulty of three polymers which are cellulose, lignocellulose and hemicellulose to be broken down  by  methane-producing  bacteria.  The  purpose  of  this  study  was  to  investigate  the  effect  of  rumen microorganisms  in  the  production  of  biogas  from  rice  straw  waste.  It  was  expected  that  by  rumen microorganisms inoculation, the resulting methane yield would be better and faster so that rice straw waste could be utilized as a source of renewable energy. The research methodology was first to pretreatment rice straw  backs  with  thermal  and  mechanical  degradation  of  the  lignin  to  facilitate  disruptive  anaerobic fermentation  of  rice  straw,  then  to  inoculate  the rumen  microorganisms  with  volume  variable  of  5%,  10% and 15%. Operating conditions of the study with a batch system for 21 days, pH 6-7, a temperature of 30 - 40 ° C, and a pressure of 1 atm. The best research result so far was the concentration of CH4 in the variable 15% at 21st day with the amount of 56484 ppm.
Keywords : biogas, anaerobic fermentation, waste rice straw, Rumen Microorganisms

## PENDAHULUAN
Produksi  hidrogen,  gas  alam,  bio-oil,  biogas, alcohol,  biodiesel  dari  sumber  biomassa  terbarukan menjadi  topik  utama  diseluruh  dunia  dengan prospeknya  sebagai  pengganti  fossil  fuel  dan kemampuanya untuk mengurangi polusi udara (Corro dkk., 2007). Gas metana adalah bahan bakar yang bisa dihasilkan dari proses anaerobik.
Biomass  dari  limbah  pertanian  bisa  digunakan dalam  memproduksi  metana.  Limbah  biomass  dari bahan pangan bisa digunakan dalam proses anaerobik, menggunakan  mikroorganisme  khusus  sebagai  pre- treatment  awal  dari  limbah  untuk  menaikkan  yield metana  dan  stabilitas  produk  akhir.  Penggunaan  sisa industri  pangan  dalam  bioprosess,  bisa  mengurangi pencemaran  lingkungan  (Brand  dkk.,  2000;  Pandey dkk.,  2000).  Energi  yang  dihasilkan  dari  biomass adalah  teknologi  yang  penting  untuk  keberlajutan produksi energi terbarukan (Baba dkk., 2013).
Produksi metana menggunakan biomassa memiliki  beberapa  kendala  yang  bisa  menghambat proses  methanogenesis.  Hambatan  terjadi  karena biomassa selulosa terdiri dari tiga buah polymer yang berdekatan: selulosa, hemiselulosa dan lignin (Hendriks  dan  Zeman,  2009).  Pada  penelitian  ini, model  sebagai  biomassa  selulosa  yang  digunakan adalah  jerami padi. Jerami  padi  mengandung 37.71% selulosa;  21,99%  hemiselulosa;  16.62%  lignin  (dewi, 2002).  Pada  tahun  2010,  Departemen  Pertanian
memperkirakan  jumlah  jerami  yang  dihasilkan  lahan sawah  se  Indonesia  adalah  84  juta  ton  jerami. Pemanfaatan  jerami  ini  selain  sebagai  pakan  ternak dan pupuk organik masih bisa diambil gas metana nya untuk  sumber  energi  terbarukan  (Trubus,  2010). Namun  kenyataannya  jerami  padi  masih  sering dibakar  oleh  para  petani  karena  belum  bisa memanfaatkanya sebagai sumber energi terbarukan.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  meneliti pengaruh  inokulasi  mikroorganisme  rumen  pada produksi  metana dari jerami padi .

## METODE PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  limbah  jerami  padi  dari  daerah  Sumenep- Madura,  cairan  rumen  dari  RPH  Pegirian  Surabaya, sebagai nutrisi bakteri adalah 2 g/l CH 3 COONa, 4 g/l NH 4 Cl, 0.06 g/l KH 2 PO 4, 0.025 g/l CaCl 2 .2H 2 O, 0.025 g/l  MgCl 2 .6H 2 O,  0.005  g/l  CoCl 2 .6H 2 O,  0.005  g/l NiCl 2 .6H 2 O,  0.1g  yeast  extract,  dan  peralatan tambahan  seperti  kertas saring  Whattman, kasa  steril, kertas  tisu,  glukosa,  K 2 Cr 2 O 7, NaOH , H 2 SO 4 ,  kertas pH.
Tahapan  dan  alat  penelitian  yang  digunakan ditujukkan  oleh  Gambar  1  dan  Gambar  2.  Jumlah substrat  jerami  yang  dipakai  dalam  penelitian  ini adalah  443,765  g,  yang  dicampur  dengan  air  dengan perbandingan volume 1: 2.
Konstruksi Reaktor Fermentasi Anaerobik Persiapan Alat dan Bahan Pembuatan Starter Persiapan Feed Gambar 1 . Skematik Penelitian
Produksi  gas  metana  dari  limbah  jerami  padi  dengan  inokulasi  mikroorganisme  rumen  sebagai  sumber  energi terbarukan: Noviyanto, Farah Amirotus s, Veny uli a, Hazrul Anwar, Setiyo Gunawan,Tri Widjaja
Proses  anaerobik  jerami  padi  menggunakan peralatan  seperti  pada  Gambar  2.    dengan  volume reaktor 6 liter, volume kerja 3.7 liter, suhu operasi 30- 40 o C, pH 6-7, tekanan 1 atm, substrat adalah bubuk / powder  jerami  padi,  dengan  lama  fermentasi  21  hari dan  system  batch  dengan  variabel  mikroorganisme rumen  adalah  5%,  10%,  15%  dengan  menganalisa hasil gas fermentasi (CH 4 ) dengan gas chromatografi, analisa COD dan analisa kurva pertumbuhan bakteri.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisa chesson terhadap  jerami padi  yang dianalisa  dalam  penelitian  ini  menunjukkan  kandu- ngan  selulosa  sebesar  14,98%,  hemiselulosa  28.66% dan lignoselulosa sebesar 11.23%. Terdapat perbedaan  hasil  analisa  jerami  padi  yang  diambil  di Sumenep,  Madura  dibandingkan  dengan  komposisi menurut  Dewi  (2002),  selilsih  kadar  selulosa kemungkinan disebabkan adanya selulosa yang hilang pada  waktu  analisa,  seharusnya  kadar  selulosa  lebih tinggi  dari  kadar  hemiselulosa,  karena  jerami  padi mengandung  kadar  gula  total  53,39%  dimana  glucan (sellulosa)  sebesar  63%  dan  pentosa  (hemiselulosa) sebanyak 37% (F. Gu dkk ((2013).
Setelah dilakukan fermentasi jerami padi dengan inokulasi  mikroorganisme  rumen  maka  didapatkan konsetrasi  gas  metana  seperti  pada  Tabel  1  dan perubahan volume gas metana terhadap waktu sebagai berikut :
Tabel 1 . Konsetrasi gas Metana terhadap waktu (ppm)
Hari R-5 R-10 R-15 0 0 0 0 5 49.069 246.332 372.419 10 120.385 869.367 1837.862 15 460.033 Running 27023.8 21 29,215 Running 56,484
Gambar 3. Konsetrasi Gas Metana Tiap satuan waktu
Dari  Tabel  1  dan  Gambar  3  bisa  dilihat  bahwa variabel rumen 15% memiliki nilai konsentrasi paling besar  yaitu  sebesar  56.484  ppm  pada  hari  ke  21, diikuti olehvariabel 5% sebesar 29.215 ppm pada hari ke  21  dan  bisa  dilihat    terjadi  kenaikan    yang signifikan pada konsetrasi gas   metana antara  hari ke 5    sampai  hari    ke  21,  sedangkan  pada  variabel  5% rumen  baru  pada  hari  ke  10  terjadi  kenaikan  yang signifikan pada konsentrasi gas metana.
Hal  ini  dikarenakan  pada  hari  ke  0  sampai  hari ke 5 dan ke 10 masih terjadi proses hidrolisis material organik  kompleks  menjadi  C 6 H 12 O 6 dan  proses asidifikasi (Yadvika, 2004), namun setelah hari ke 10 produksi  gas  metana  cenderung    meningkat  dengan cepat  karena  sudah  terjadi  proses  acetogenesis  dan metanogenesis.  Sedangkan  pada  variabel  rumen  10% gas  yang  terbentuk  masih  sedikit  sama  dengan variabel rumen 5% ketika pada hari ke 10 konsentrasi metana tidak  begitu  besar. Hal  ini disebabkan karena volume  mikroorganisme  yang  digunakan  masih kurang begitu banyak untuk menghidrolisis lignoselu- losa,  hemiselulosa  dan  selulosa  pada  jerami  padi, sehingga  membutuhkan  waktu  lebih  lama  dari variabel mikroorganisme 15%. Semakin besar volume mikrooganisme rumen maka konsentrasi metana yang dihasilkan  akan  semakin  cepat  dan  semakin  tinggi. Proses  anaerobik  bahan  berlignoselulosa  membutuh- kan  konsentrasi  mikrooganisme  yang  cukup  tinggi untuk  membantu  menghancurkan  lignin,  hemiselu- losa, dan selulosa (Baba, 2013).
ppm Hari R 15 R 5 R10
m g/ l Hari R 5 R 15 Ju m la h cel l/ m l Hari R 5 R 15
Dari  data  Gambar  4  dan  Gambar  5  bisa  dilihat bahwa  nilai COD turun seiring dengan bertambahnya waktu,  hal  ini  menunjukkan  bahwa  Perubahan  nilai COD  ini  sebagai  indikator  terbentuknya  gas  metana, karena  nilai  COD  berhubungan  dengan  jumlah  total bahan  organik  yang  ada.  Dengan  berkurangnya  COD maka  bahan  organic  juga  berkurang  atau  terurai  atau terfermentasi menjadi gas metana. Begitu juga dengan kurva  pertumbuhan  bakteri  pada  Gambar  5  yang menunjukkan  fase  log  terjadi  pada  hari  ke  5  sampai hari  ke  17,  setelah  hari  ke  17  jumlah  bakteri  mulai menurun.  Hal  ini  sangat  berhubungan  erat  dengan konsentrasi  metana  yang  dihasilkan  yang  semakin tinggi.

## KESIMPULAN
Konsentrasi  metana  tertinggi  dihasilkan  oleh variabel  rumen  15%  sebesar  56,484  ppm  sehingga semakin  tinggi  volume  mikroganisme  maka  semakin tinggi  pula  konsentrasi  metana  yang  dihasilkan. Proses  anaerobik  bahan  berlignoselulosa  membutuh- kan  konsentrasi  mikrooganisme  yang  cukup  tinggi untuk  membantu  menghancurkan  lignin,  hemiselul- osa,  dan  selulosa.  Hasil  sementara  penelitian  yang sudah  didapatkan  adalah  konsentrasi  CH 4 pada variabel  5%  pada  hari  ke  -8  sebesar  49,06  ppm  dan naik  menjadi  120.5832  ppm  pada  hari  ke  -13,  untuk variabel  volume  15%  dari  konsentrasi  CH 4 372,41 ppm  pada  hari  ke  9.  Dan  naik  menjadi  1837.86211 ppm pada  hari ke 15 (Penelitian  masih dilanjutkan di laboratoriumTeknologi Biokimia Teknik Kimia ITS).

## DAFTAR PUSTAKA
Baba,  Y.,  Tada,  C.,  Fukuda,  Y.,  Nakai,  Y.,  2013. “Improvement  of  Methane  Production  from Waste Paper by Pretreatment of Rumen Fluid”, Bioresource Technology , Vol. 128, Hal. 94-99 Brand, D., Pandey, A., Roussos, S., Soccol CR., 2000. “Biological  Detoxification  of  Coffe  Husk  by Filamentous  Fungi  Using  A  Solid  State Fermentation  Systems”, Enzyme  Microbiology Technology , Vol. 26, Hal. 127-130.
Corro,  G.,  Panigua,  L.,  Pal,  U.,  Banuelos,  F.,  Rosas, M.,  2013. “Generation  of  Biogas  from  Coffe Pulp  and  Cow-Dung  Co-Digestion:  Infrared studies  of  postcombustio  emission”, Energy Conversion and Management, Vol. 74, hal. 471- 481.
Dewi, K.H., 2002. “Hidrolisis Limbah Hasil Pertanian Secara  Enzimatik”,  Akta  Agrosia,  Vol.  5  Hal. 67-71.
Gu, F., Yang, L.F., Jin,  Y.C., Han, Q., Chang, H.M., Jameel,  H.,  Phillips,  R.,  2012.  “ Green  liquor pretreatment for improving enzymatic hydrolysis of  corn  stover”. Bioresour.  Technol.  124,  299– 305.
Hendriks,  A.T.W.M.,  Zeman,  G.,  2009. “Pretreat- ments to Enhance The Digestibility of Lignoselulosic Biomass”, Bioresource Technolo- gy, Vol. 100, Hal. 10-28.
Trubus,  2010.  “Gas  Jerami  Nyalakan  Kompor”,
Trubus Online,   http://www.trubus-online.co.id/
Yadvika, Santosh, Sreekishnan  T.R., Kohli, S., Rana,
V.,  2004. “Enhancment  of  Biogas  Production from Solid Substrates Using Different Technique-A  Review”, Bioresource Technology,
Vol 95, Hal 1-10.