Pengembangan Reaktor Biogas Berbasis Internet of Things (Iot) Dengan Pemanfaatan Rumput Laut Sebagai Bahan Baku Biogas.

Abstract

Pengembangan reaktor biogas berbasis IoT dengan menggunakan rumput laut sebagai bahan baku merupakan salah satu inovasi di bidang energi terbarukan. Reaktor biogas pada dasarnya mengalami perkembangan dari waktu ke waktu. Hal ini terlihat ditemukan bermacam–macam reaktor yang telah ada sebelumnya. Empat tipe reaktor biogas yang sering digunakan yakni: (1) Tipe fixed demed plant/kubah tetap (2), Tipe floating drum plat, (3) Tipe plug flow (4) Tipe baloon pan. Rumput laut digunakan sebagai bahan baku biogas karena memiliki kandungan kimia yang dapat terurai secara anaerobik sehingga rumput laut ini dapat dijadikan substrat biogas yang sangat baik dan ramah lingkungan. Rumput laut dapat tumbuh dan melimpah pada pesisir pantai Indonesia. Pengunaan internet of things (IoT) dalam reaktor biogas untuk mengoptimalisasi proses fermentasi anaerob dengan monitoring reaktor biogas secara real-time. Adapun data yang dimonitoring adalah suhu, nilai pH, tekanan dan aliran gas. Sistem ini meningkatkan efisiensi produksi biogas, mengurangi kebutuhan untuk pekerjaan manual, dan mendukung pengembangan energi bersih berkelanjutan. Proses fermentasi anarobik rumput laut dilaksanakan pada reaktor biogas. Untuk mengoptimalkan proses ini, teknologi IoT digunakan dalam bentuk sensor yang terhubung ke sistem pengawasan digital. Parameter yang dipantau berupa data suhu, sensor pH, sensor kelembaban, sensor tekanan, dan jumlah gas yang dihasilkan secara real time dari platform cloud yang akan dikumpulkan dan ditransfer ke aplikasi seluler, sehingga memudahkan pengguna dalam memantau kinerja reaktor. Tujuan penelitian ini adalah: (1) Membuat rancang bangun reaktor biogas sederhana berbasis IoT, (2) Menganalisis sistem kinerja dari parameter-parameter yang digunakan secara real-time dalam proses fermentasi, (3) menganalisis hasil produksi gas dari tiga jenis rumput laut (K alvarezii, Ulva sp. Sargasium sp) Penelitian tahapan pertama bertujuan untuk merancang sebuah reaktor berbasis (IoT). Penelitian ini menggunakan pipa PVC sebagai alat reaktor yang dilengkapi dengan sensor suhu, sensor tekanan, sensor kelembaban, dan sensor pH. Hasil dari rancangan adalah sebuah sistim integrasi antara sistem produksi biogas yang berbasis teknologi digital yang berfungsi mengendalikan, memonitoring, dan menganalisis data secara real-time. Komponen yang digunakan dalam sistem perancangan ini terdiri dari reaktor biogas, sensor-sensor IoT yakni sensor BMP180, sensor DHT1, sensor DS18B20, sensor pH-4502C, sensor MQ4 dan mikrokontroler ESP32 yang dilengkapi dengan modul wi-fi, pada sistem rancangan ini juga menggunakan platform monitoring yang memungkinkan data yang diperoleh dikirim ke dashboard (Bnyk) yang kemudian akan menampilkan data secara real-time. Selanjutnya adalah tahapan perancangan digester (reaktor) biogas, ini merupakan sebuah sistem yang digunakan untuk mengubah bahan organik menjadi biogas melalui proses anaerobik. Perancangan reaktor terdiri dari dua tabung, tabung pertama sebagai tabung pengolahan bahan baku rumput laut dan rumen sapi, kemudian tabung kedua sebagai tabung penampungan biogas. Proses perancangan reaktor terdapat beberapa tahapan rangkaian sehingga dapat menghasilkan sebuah alat. Rancangan digester yang dirakit terdiri dari dua tabung yang terbuat dari pipa PVC 10 inch, saluran inlet, saluran sllury, dan saluran gas. Pada saluran intlet dirancang sebagai tempat masuknya bahan baku ke dalam reaktor, saluran intlet menggunakan pipa PVC ukuran 2 inch, saluran dibuat melengkung agar bahan baku yang dimasukan dapat dibilas dan aroma dari bahan baku tidak keluar. Saluran slurry rancang pada reaktor dengan ketinggian 10 cm untuk tempat keluarnya sisa bahan baku dari hasil fermentasi, dengan tujuan agar sisa dari bahan baku fermentasi mudah dikeluarkan, pembuatan saluran slurry ini dengan menggunakan pipa PVC 1 inch Penelitian tahapan kedua bertujuan menganalisis sistem kinerja dari parameter-parameter yang digunakan secara real-time dalam proses fermentasi. pada penelitian tahap ini mencakup aspek teknis dalam pengamatan hasil data dilapangan, hasil pengamatan berupa parameter–parameter yang dipantau berupa sensor BMP180 yang berfungsi sebagai pembaca data tekanan gas yang dihasilkan, sensor DHT1 dan sensor DS18B20 berfungsi sebagai pengaturan aktivitas mikroorganisme dalam rentang suhu dan kelembaban yang optimal, sensor pH-4502C berfungsi sebagai keseimbangan senyawa kimia dalam fermentasi dengan rentang yang diperoleh berkisar antara 7-11, sensor MQ4 berfungsi sebagai hasil produksi yang efisiensi serta menjaga keseimbangan substrat input/output tidak melebihi kapasitas. Sistem kerja monitoring perlu dianalisis berupa akurasi data semua sensor. Penelitian tahap ketiga bertujuan menganalisis hasil produksi gas dari tiga jenis rumput laut (K alvarezii. Ulva sp. dan Sargassum sp.). Berdasarkan karakteristik biomassa dari tiga jenis rumput laut maka tujuan adalah untuk mengetahui efisiensi jenis rumput laut dari tiga jenis yang dapat menghasilkan biogas dalam proses fermentasi secara anaerob dilihat dari kandungan kadar lignin dan selulosa, kandungan bahan organik serta hasil biogas yang diperoleh (metana). Dalam proses memonitoring terhadap suhu, tekanan, kelembaban dan hasil produksi menggunakan sensor-sensor yang teah diintegrasikan pada reaktor biogas. Hasil analisis dari tahapan ketiga untuk menghasilkan biogas menggunakan sensor suhu, sensor tekanan, sensor kelembaban dan sensor MQ4. Fungsi dan penggunaan sensor-sensor yakni sensor DS18B20, adalah sebagai pengukuran suhu air dalam digester, hasil yang diperoleh dengan menggunakan sensor ini adalah mendekati nilai sebenarnya karena memiliki error relatif kecil yakni 0.20?C dan akurasi 99%. Penggunaan sensor BMP180 untuk mengukur tekanan atmosfer dan suhu, sensor ini memiliki kemampuan untuk pengukuran tekanan dan suhu yang tepat. Sensor DHT11 dalam pembacaan data memiliki keunggulan dalam merespon lebih cepat dan cocok dalam berbagai aplikasi. Sensor pH 4502C adalah sensor merupakan sensor yang digunakan mengukur derajat keasaman (pH), sensor ini digunakan untuk memonitoring kadar pH dalam suatu larutan Tiga jenis rumput laut K. alvarezii. Ulva sp. dan Sargassum sp. memiliki karakteristik sebagai berikut: untuk K. alvarezii ini merupakan rumput laut berwarna merah (Rhodophyta) memiliki potensi untuk dijadikan sebagai bahan baku karena mengandung protein, kadar lemak dan serat yang tinggi, sehingga rumput laut ini dapat memberikan kontribusinya dalam menghasilkan biogas dengan proses fermentasi secara bakteri anaerobik. jenis rumput laut Ulva sp. (Chlorophyta)) memiliki potensi besar dalam membuat biogas karena jenis ini memiliki pertumbuhan yang cepat serta komposisi kandungan seulosa, protein dan klorofil dan mudah difermentasi karena memiliki kandungan protein yang tinggi. Kemudian untuk rumput laut Sargassum sp. (Phaeophyta) memiliki kandungan karbohidrat, protein dan lipid. yang dapat diuraikan secara anaerobik dalam proses fermentasi sehingga dapat menghasilkan biogas. bakteri anaerobik selama proses pencernaan alginat, manitol dan memiliki potensi biogas yang tinggi. Hasil penelitian selama 30 hari menunjukkan bahwa dari tiga jenis rumput laut dapat menghasilkan biogas dengan suhu berbeda-beda yaitu untuk jenis K. alvarezii 26-30?C, suhu Ulva sp. berada pada kisaran 26-32?C sedangkan Sargassum sp. berada pada 24-31?C, penelitian ini dilakukan dengan perbandingan yang sama yaitu 1:1:2 dari perbandingan yang sama hasil yang didapatkan pada ketiga jenis ini berbeda-beda. Pada jenis K. alvarezii. kisaran konsentrasi biogas dilihat dari grafik produksi gas yang diperoleh berkisar 1000-3000 ppm. Ulva sp. kisaran konsentrasi biogas dilihat dari grafik produksi gas yang diperoleh selama 30 hari berkisar 2500-2900 ppm sedangkan Sargassum sp. konsentrasi biogas dilihat dari grafik produksi gas yang diperoleh selama 30 hari berkisar 3000-3400 ppm dari hasil dilihat bahwa untuk jenis Sargassum sp. memiliki produksi gas yang tinggi kemudian diikuti oleh K. alvarezii dan yang terakhir adalah Ulva sp.