## ANALISIS POTENSI ENERGI DAN PENGURANGAN EMISI CO 2 DENGAN PENGELOLAAN LIMBAH PETERNAKAN SAPI RAKYAT DI KECAMATAN JATI AGUNG KABUPATEN LAMPUNG SELATAN
Rinda Gusvita 1 , Dian Fajarika 2 , Mika Margareta 3, Devia Gahana C.A. 4 1,2,3 Program Studi Teknik Industri, Institut Teknologi Sumatera
4 Program Studi Teknik Mesin, Institut Teknologi Sumatera

## Abstract
Management of feedlot manure is becoming a larger responsibility as more regulations are imposed to  protect  water,  both  surface  and  groundwater,  from  manure  contamination.  Instead  of  using  the manure for compost, feedlot owners can capture methane from the decomposing manure (and turn that  into  electricity  or  heat),  or  use  the  waste  to  produce  liquid  fuel.  Biogas  may  also  be  called renewable natural gas because  biogas can be used as a fuel source to produce electricity  and heat like  natural  gas.This  research  converting  energy  generated  from  the  measurement  of  total  waste theoretically to be convert to electricity generated from the waste. Within the number of 19,398 total cows  in  Jati  Agung  Sub  District  husbandry  has  the  potential  to  produce  electric  energy  of 149,365.376  kwh  per  day  or  15,836.79  mwh  per  year.  The  conversion  from  waste  to  electricity  will reduce the number of total emission of 64,086.7464 tCO 2 per year.
Keyword: waste, communities husbandary, biogas, potency, energy

## 1. Pendahuluan
Usaha  peternakan  sapi  rakyat  saat  ini  sangat  berkembang  di  Lampung.  Hal  ini  dibuktikan  dengan banyaknya  perusahaan  baru  yang  bergerak  di  bidang  penggemukan  sapi  hingga  usaha  rakyat  dengan kapasitas produksi yang lebih kecil. Usaha penggemukan paling diminati karena hanya memerlukan waktu sekitar 4 bulan untuk sampai pada proses pemanenan sapi siap jual. Ketersediaan lahan dan pakan yang baik di Lampung juga mendorong masyarakat untuk membudidayakan sapi potong atau pedaging.
Peternakan  sapi  rakyat  yang  tidak  mengimplementasikan  sistem  manajemen  limbah  yang  baik menghasilkan limbah padat berupa kotoran (feses), limbah cair berupa urine dan limbah semi padat berupa manure.  Limbah  ini  membutuhkan  kolam  khusus  untuk  penampungan  dan  mencegah  limbah  meluap dimusim hujan.
Sebagai  studi  kasus  untuk  mendapatkan  suatu  model  kawasan  pembangkit  listrik  dipilih  Kecamatan  Jati Agung Kabupaten Lampung Selatan Provinsi Lampung yang memiliki potensi peternakan sapi rakyat dalam jumlah  besar  mencapai  19.398  ekor  [1].  Jumlah  tersebut  diperkirakan  meningkat  hingga  saat  ini  namun belum diketahui jumlah yang pasti.
Saat  ini  peternakan  sapi  rakyat  di  Jati  Agung  belum  menerapkan  pola  pengelolaan  limbah  yang  baik. Kandang  hanya  dibersihkan  dari  kotoran  sapi  yang  bercampur  antara  kotoran  padat  dan  cair  setiap  hari dengan  menggunakan  sekop.  Kotoran  tersebut  diangkut  menuju  ladang  dengan  menggunakan  truk  dan dibiarkan begitu saja sampai berbulan-bulan.
Beberapa gas yang dihasilkan dari limbah ternak antara lain ammonium, hydrogen sulfida, CO2 dan CH4. Gas-gas tersebut selain merupakan gas efek rumah   kaca ( Green House Gas ) juga menimbulkan bau tak
sedap  dan  mengganggu  kesehatan  manusia.  Pada  tanah,  limbah  ternak  dapat  melemahkan  daya  dukung tanah  sehingga  menyebabkan  polusi  tanah.  Sedangkan  pada  air,  mikroorganisme  patogenik  (penyebab penyakit)  yang  berasal  dari  limbah  ternak  akan  mencemari  lingkungan  perairan.  Salah  satu  yang  sering ditemukan yaitu bakteri Salmonella sp (Rachmawati, 2000). Rata-rata seekor sapi yang dipelihara dengan sistem penggembalaan menghasilkan 600 liter gas metana per hari, dan menghasilkan 540 liter gas metana per hari bila dipelihara secara intensif dalam sistem kandang [2].
Sesuai  dengan  SK  Menteri  Pertanian  No.237  tahun  1991  dan  SK  Menteri  Pertanian  No.  752  tahun  1994 menyatakan bahwa usaha peternakan dengan populasi tertentu perlu dilengkapi dengan upaya pengelolaan dan pemantauan lingkungan. Untuk usaha peternakan sapi dengan jumlah ternak lebih dari 20 ekor maka harus melakukan evaluasi terhadap dampak lingkungan.
Penelitian ini dilakukan untuk menghitung potensi limbah peternakan sapi rakyat di Kecamatan Jati Agung jika  dikonversi  menjadi  energi  listrik.  Beban  pencemaran  limbah  menjadi  penting  untuk  dikaji  sehingga didapatkan potensi keuntungan yang dapat dikonversi dari potensi limbah tersebut. Tidak hanya bagi pelaku usaha,  manfaat  dari  penerapan  pengelolaan  limbah  yang  baik  akan  memberikan  keuntungan  bagi  warga sekitar.  Dengan  demikian  dapat  terwujud green  industry yang  juga  mendukung  kemandirian  dalam  bidang pangan dan energi.

## 2. Metode

## 2.1 Waktu dan Tempat
Penelitian dilakukan pada Bulan Juli sampai Agustus 2017 di Kecamatan Jati Agung Kabupaten Lampung Selatan Provinsi Lampung.

## 2.2 Metode Pengumpulan Data
Penelitian  dilakukan  dengan  studi  literatur  dan  survei  lapangan.  Penulis  juga  melakukan  wawancara terhadap  masyarakat  sekitar,  karyawan,  dan  pengelola  usaha  penggemukan  sapi  serta  Dinas  Peternakan dan  Kesehatan  Hewan  Kecamatan  Jati  Agung,  Kabupaten  Lampung  Selatan,  Provinsi  Lampung.  Data penelitian.  Data  yang  didapatkan  di  lapangan  dihitung  untuk  mendapatkan  gambaran  potensi  energi  listrik dari limbah peternakan sapi rakyat di lokasi penelitian. Berdasarkan analisis terhadap permasalahan yang telah dilakukan, maka selanjutnya adalah memberikan kesimpulan dan saran bermanfaat yang diharapkan dapat diaplikasikan oleh pengusaha peternakan sapi rakyat.

## 3. Hasil dan analisis / pembahasan

## 3.1 Gambaran Penanganan Limbah Peternakan Sapi Rakyat
Kecamatan  Jati  Agung  Kabupaten  Lampung  Selatan  Provinsi  Lampung  memiliki  potensi  peternakan  sapi dalam jumlah besar mencapai 19.398 ekor [3]. Di kecamatan  Jati Agung terdapat beberapa peternakan sapi rakyat  dengan  karakteristik  yang  tidak  jauh  berbeda.  Mereka  mengembangkan  usaha  peternakan  dengan teknologi kandang yang sangat sederhana dan tidak memperhatikan tata kelola kandang dan limbah yang baik.

## Journal of Science and Applicative Technology  Vol.I No.2 2017
Sapi yang diternakan di peternakan rakyat di Kecamatan Jati Agung merupakan jenis sapi potong dari jenis peranakan ongole, simetal, dan limosin. Sapi-sapi tersebut dipelihara selama 5-6 bulan dengan berat awal 300-400  kg  hingga  mencapai  500  kg.  Setiap  pagi  dikeluarkan  sekitar  2-3  ton  berupa  kotoran  padat  yag bercampur  dengan  urine  dari  kandang  dengan  kapasitas  sapi  sekitar  100-150  ekor.  Limbah  tersebut diangkut  menuju  lokasi  pembuangan  yang  berjarak  hanya  sekitar  500  m  dari  lokasi  kandang.  Limbah tersebut dihamparkan di perkebunan jagung dan dibiarkan mengering tanpa adanya perlakuan.
Peternakan rakyat ini berlokasi di pemukiman padat penduduk yang tidak jauh dari areal pertanian. Untuk mencapai lokasi pembuangan limbah, truk pengangkut harus melewati jalanan umum berupa batu anderlagh di depan rumah-rumah warga sebelum akhirnya sampai ke areal pertanian.
Parameter  fisik  yang  penting  dalam  karakterisasi  limbah  peternakan  adalah  jumlah  dan  kandungan  bahan padat,  suhu,  warna,  bau,  dan  ukuran  partikel  [4].  Diketahui  bahan  pakan  yang  dikonsumsi  oleh  ternak  di usaha peternakan rakyat ini adalah jagung, kulit singkong dan onggok dengan kandungan karbohidrat yang tinggi.  Dari  parameter  warna,  limbah  segar  berwarna  lebih  gelap.  Sedangkan  limbah  yang  telah  berumur satu minggu berwarna cokelat dengan tekstur sedikit kering dan dikerumuni oleh lalat dan hewan lainnya. Limbah yang berumur satu bulan memiliki warna yang lebih cokelat pekat dan kering dengan ukuran partikel kecil.  Bau  dari  limbah  segar  sangat  busuk  dan  menyengat  karena  bercampur  dengan  urine.  Sedangkan untuk  limbah  yang  berumur  satu  minggu  dan  satu  bulan  urinenya  telah  menguap  bersama  dengan  bahan volatil lainnya sehingga baunya busuk karena sudah terdampat aktivitas mikroorganisme pengurai di sana.
Limbah  kotoran  ternak  yang  dibuang  langsung  ke  lingkungan  dalam  jumlah  yang  banyak  akan mengakibatkan tanaman kekurangan unsur hara lain dan bau busuk. Kotoran ternak segar yang langsung diberikan ke tanaman juga dapat mengakibatkan tanaman mati karena kandungan bahan organik dan suhu feses segar masih tinggi [4].
Kotoran sapi harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan supaya tidak terjadi pencemaran dan  dapat  memberikan  nilai  tambah  bagi  pelaku  usaha  peternakan  rakyat.  Salah  satunya  adalah  dengan mengonversinya  menjadi  biogas.  Manfaat  lain  mengolah  kotoran  sapi  menjadi  energi  alternatif  biogas adalah dihasilkannya pupuk organik untuk tanaman . Limbah biogas, yaitu kotoran ternak yang telah hilang gasnya (slurry) merupakan  pupuk  organik  yang  sangat  kaya  akan  unsur-unsur  yang  dibutuhkan  oleh tanaman.  Bahkan,  unsur-unsur  tertentu  seperti  protein,  selulose,  lignin  dan  lain-lain  tidak  dapat  digantikan oleh pupuk kimia.

## 3.2  Analisis Potensi Limbah Peternakan Sapi Rakyat Menjadi Energi Listrik
Hal  pertama  yang  harus  diperhitungkan  dalam  menghitung  jumlah  energi  yang  dihasilkan  adalah mengetahui  jumlah  bahan  baku  yang  dihasilkan.  Jumlah  bahan  baku  gas  ini  didapatkan  dengan menjumlahkan jumlah feses dan sampah organik yang dihasilkan setiap hari. Jumlah bahan baku ini akan menentukan  berapa  jumlah  energi  dan  volume  alat  pembentuk  biogas.  Sedangkan  menurut Kaltwasser (1980),  s alah  satu  cara  menentukan  bahan  organik  yang  sesuai  untuk  menjadi  bahan  masukan  sistem biogas  adalah  dengan  mengetahui  perbandingan  karbon  (C)  dan  nitrogen  (N)  atau  disebut  rasio  C/N  [5]. Kandungan nitrogen yang terdapat dalam kotoran sapi adalah 1,7% dan C/N rasio mencapai 16,6-25.
Berdasarkan hasil riset sebelumnya secara sederhana dapat dihitung potensi biogas sebagai berikut:
Banyaknya sapi
: 19.398 ekor
Banyak tinja (Kg/hari)  : 19.398 x 25 = 484.950 kg Kandungan bahan kering (BK): 20 % x 484,950 = 96,990
Tabel 1. Hasil uji kinerja instalasi biogas [6] No Deskripsi Referensi Hasil uji dan analisis 1 Kondisi material Total solid (kg/ekor/hari) 4,8 4,2 Volatile solid (kg/ekor/ hari) 3.9 3.8 Kelembaban (%) 7-9 13,59 C/N ratio 1:25 ∼ 1:30 1:17 COD (mg/l) - 19,800 BOD/COD - 0.06 2 Kondisi proses di dalam reactor Temperature (°C) 35 25-27 pH 7,0-8.0 7-8.6 3 Kandungan kimia dalam biogas CH4 (%) 50-60 77,13 CO2 (%) 30-40 20,88 H2S (mg/m3) < 1% 1.544,46 NH3 (mg/m3) - 40,12 4 Kondisi efluen COD 500-2.500 1.960 BOD/COD 0,5 0,37 5 Nutrient (%) N 1,45 1,82 P 1,10 0,73 K 1,10 0,41 6 Uji kinerja Lampu (m 3 /hour) 0,11-0,15 (pencahayaan setara dengan 60 watt mantle lamp ≅ 100 candle power
≅ 620
lumen). Tekanan: 70-85 mmH 2 O 0,15-0,3
Tekanan = 30-60 mmH 2 O

## Tabel 1. Hasil uji kinerja instalasi biogas
Dari data yang ada kita coba menghitung kapasitas biogas yang dihasilkan dari potensi yang ada: Persentase  TS dan VS yang dihasilkan dari sampel kotoran sapi 20 kg/hari adalah %TS = 4,2 kg/ekor/hari : 20 kg/ekor/hari = 21% %VS = 3,8 kg/ekor/hari : 20 kg/ekor/hari = 19%
Maka untuk di Kecamatan Jati Agung yang menghasilkan 25 kg/kotoran/hari TS = 21% x 25kg/ekor/hari x 19.398 = 101.839,5 kg/hari VS = 19% x 25 kg/ekor/hari x 19.398 = 92.097,75 kg/hari
Berdasarkan tabel di atas potensi biogas untuk kotoran sapi adalah Potensi volume biogas = 0,04 m 3 /kg x 484.950 kg/hari = 19.398 m 3 /hari
Laju produksi gas tiap m 3 per hari (K) adalah Volume produksi biogas = K x VS K = Volume produksi biogas : VS = 19.398 m 3 /hari : 92.097,75 kg/hari =  0,21 m 3 /kg ≈ 21%

## 1. Perhitungan Produksi Gas Metan
Produksi energi pada biogas pada biogas sebanding dengan produksi gas metan. Dengan diketahui nilai produksi biogas (VBS) sebesar 19.398 m 3 /hari dan dengan menggunakan data [7] bahwa komposisi gas metan adalah 65,7% dari kotoran sapi, dapat diketahui produksi gas metan (VGM) adalah VGM   = 65,7  % x VBS
= 65,7 % x 19.398 m 3 /hari
= 12.744,486 m 3 /hari
2. Perhitungan potensi energi listrik yang dihasilkan
Dengan diketahui volume gas metan yang dihasilkan, yaitu 12.744,486 m 3 /hari dan faktor konversi (FK) 1m 3 gas metan setara 11,72 kWh [8], sehingga potensi energi listrik yang dihasilkan adalah E = VGM x FK
E = 12.744,486 m 3 /hari x 11,72 kWh E = 149.365,376 kWh/hari
Data yang dibangkitkan oleh pembangkit listrik biogas adalah energi perhari dibagi dengan 24 jam, P = E: 24 P = 149.365,376 :24
Kompor Gas (m 3 /hour) 0,2-0,45 0,3 m 3 /orang/day Tekanan = 60-85 mmH 2 O
0,2-0,4
Tekanan: 75-90 mmH 2 O
P = 6.223,55733 kWh = 6,2236 MW
Tingkat efisiensi gas engine sebesar minimal 39,8% [9], maka untuk gas engine 100 kW besarnya energi listrik yang dihasilkan adalah:
El = E x CF x η el
= 149.365,376  kWh/hari x 0,8 x 39,8% = 47.557,9357 kWh/hari
Sehingga daya yang dibangkitkan adalah: Pel = El : 24 h/hr = 47.557,9357 kWh/hari : 24 h/hr =  1.981,58065 kW

## 3.3 Analisis potensi pengurangan emisi CO 2
Perhitungan  pengurangan  emisi  akibat  mengganti  bahan  bakar  fosil  dengan  pemanfaatan  kotoran  ternak adalah sebagai berikut :
3.3.1 Menghitung besarnya energi listrik per tahun yang dihasilkan oleh biogas.
Persamaan yang digunakan adalah :
Energi listrik per tahun (MWh)  = KPT × t = 1.981,58065 kW x 24 h/hr x 333 hr/th = 15.836.792,6 kWh
= 15.836,79 MWh/th
3.3.2 Menghitung emisi CO 2 , persamaan yang digunakan adalah : Emission factor = x emission factor x kandungan energi
Jika bahan bakar yang digunakan adalah solar. Emission factor bahan bakar solar = 77,400 KgCO 2 /TJ = 77,400 x 10 -3 TCO 2 /TJ Energi yang dihasilkan = 15836,79 MWh/th 1 TJ = 277,778 MWh Emission factor bahan bakar = 0,0002786 tCO 2 /MWh Emisi CO 2 (tCO 2 ) = energi listrik pertahun x emission factor Emisi CO 2 = 15.836,79 MWh/th x 0,0002786 tCO 2 /MWh = 4,41212969 tCO 2 /tahun
Perhitungan pengurangan emisi akibat pembakaran gas metan adalah sebagai berikut :
1. Menghitung besarnya gas metan ( CH 4 ) yang dihasilkan dari instalasi biogas.
Jumlah gas metan ( m ³ )
= Volume gas metan yang dihasilkan
= 12744,486 m 3 /hari
2. Menghitung besarnya gas metan ( CH 4 ) dalam satuan Kg gas.
Massa jenis gas metan adalah 0,656 kg/m ³ , sehingga Jumlah gas metan (Kg)   = Jumlah gas metan (m ³ ) x P = 12.744,486 m 3 /hari x 0,656 kg/m ³ = 8.360,38282 kg/hari
3. Menghitung gas metan ( CH 4 ) yang dikonversi menjadi CO 2
GWPI (Global Warming Potential Index) CH 4 adalah 21 Emisi CO 2 = Jumlah gas metan x GWPI CH4 x Emisi CO 2 x 10 -3
=  8.360,38282 kg/hari x 21 x 10 -3
= 175,568039 tCO 2 /hari
Maka, dalam satu tahun, emisi yang dikurangi adalah : Emisi CO 2 (tCO 2 )
= 365 x 175,568039 = 64.082,3343 tCO2
Total  pengurangan  emisi=  pengurangan  emisi  akibat  mengganti  bahan  bakar  fosil  +  Pengurangan  emisi akibat pembakaran gas metan
= 4,41212969 tCO 2 /tahun + 64082,3343 tCO2 = 64086,7464 tCO 2
Sehingga nilai total pegurangan emisi CO 2 pembangkit listrik tenaga biogas adalah 64.086,7464 tCO 2.

## 3.4 Rekomendasi Pengelolaan Limbah Peternakan Sapi Rakyat di Kecamatan Jati Agung
Berdasarkan analisis potensi limbah di atas, maka pemanfaatan teknologi biogas akan berdampak terhadap reduksi  limbah  organik  yang  menyebabkan  pengaruh  negatif  pada  lingkungan  dan  kesehatan  masyarakat jika dibuang tanpa pengaturan pengendalian seperti yang saat ini dilakukan oleh pengelola peternakan sapi rakyat. Aspek ekonomis dari adanya pengelolaan emisi gas rumah kaca sekaligus kegiatan mitigasi antara lain dapat bersifat positif. Hal ini meliputi adanya keuntungan dari pengurangan biaya pembuangan limbah, peningkatan produksi pertanian, adanya substitusi penggunaan bahan bakar fosil dan pupuk buatan.
Dalam  pelaksanaannya,  diharapkan  terjadi  sinergi  manfaat  dari  pengembangan  aspek  ekonomi,  dampak sosial  dan  peningkatan  kualitas  lingkungan.  Adanya  pengelolaan  limbah  ini  tidak  mencemari  lingkungan yang  akan  mengakibatkan  suatu  lingkungan  bersih  dan  sehat,  kondusif,  para  pekerja  dan  penduduk  di sekitar  Kecamatan  Jati  Agung  akan  mendapat  manfaat  secara  langsung  dari  proses  pengelolaan  limbah ternak menjadi biogas.
Dengan  cara  ini  akan  mengurangi  deposit  limbah  pada  tanah  sebesar  85-90%  [10],  sehingga  emisi  yang mengakibatkan  adanya  bau,  lalat,  dan  cairan  dari  deposit  limbah  dan  potensi  metana  secara  drastis  akan berkurang  atau  dihilangkan  sama  sekali.  Keuntungan  dari  berbagai  adanya  kegiatan  ini  berupa  reduksi emisi,  lapangan  pekerjaan  baru,  ramah  lingkungan,  biaya  rendah  manajemen  limbah  serta  yang  lebih penting lagi adalah hampir 10 kali lipat kehidupan yang lebih sehat. Terciptanya suatu desa mandiri energi merupakan salah satu indikator capaian Sustainable Development Goals (SDGs) bagi Indonesia. [11]

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa:
1. Limbah dari peternakan sapi rakyat di Kecamatan Jati Agung Kabupaten Lmpung Selatan berpotensi untuk menghasilkan energi listrik sebesar 149.365,376 kwh per hari atau setara dengan 15.836,79 mwh per tahun.
2. Mengolah  limbah  peternakan  sapi  rakyat  menjadi  biogas  juga  mengurangi  esmisi  karbondioksida hingga 64.086,7464 tCO 2 per tahun.

## 5. Penghargaan
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Institut  Teknologi  Sumatera  (ITERA)  atas  hibah penelitian mandiri sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini.

## 6. Daftar Pustaka
[1] Badan Pusat Statistik, “Data Jumlah Hewan Ternak Per Kecamatan,” BPS Provinsi Lampung, 2013.
[2] D. D. Adam, “How Much Brown Cow?,” 2000. [Online]. Available: http://www. nature. com/nsu/ 000907-6.html.. [Diakses 12 Agustus 2017].
[3] D. P. d. K. H. K. J. Agung, Interviewee, Data jumlah sapii peternakan rakyat di Jati Agung. [Wawancara]. 7 Agustus 2017.
[4] S. Y. E. N. A. Triatmojo, Penanganan Limbah Industri Peternakan, Yogyakarta: Gadjah Mada University Press., 2016.
[5] K. B.J., Biogas-Regenerative Energieerzeugung durch anaerobe, 1980.
[6] T. A. A. A. N. d. E. R. Widodo, “ Rekayasa dan Pengujian Reaktor Biogas Skala Kelompok Tani Ternak,” Jurnal Enjiniring Pertanian Litbang Pertanian, no. Vol. IV, No. 1, April 2006, 2006.
[7] A. d. G. S. Harahap F M, Teknologi Gasbio, Bandung: Teknologi Pembangunan Institut Teknologi Bandung, 1978.
[8] B. Sorensen, Renewable Energy Conversion, Transmision, and Storage, Academic Press, 2007.
[9] D. Waskito, “Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Biogas dengan Pemanfaatan Kotoran Sapi di Kawasan Usaha Peternakan Sapi,” Universitas Indonesia, Depok, 2011.
[10]  Herawati, “Refleksi Sosial dari Mitigasi Emisi Gas Rumah Kaca pada Sektor Peternakan di Indonesia,” Wartazoa, vol. Vol. 22 No. 1 Th. 2012, 2012.
[11] U. UNEP, “Indicators and Data Mapping to Measure Sustainable Development Goals (SDGs) Target Case of Indonesia 2015,” 205.