BAB I BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB I BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Alga Spirulina sp Alga adalah organisme autotrof layaknya tumbuhan, yang hidup baik di perairan laut maupun air tawar. Alga tidak memiliki organ dengan perbedaan fungsi yang nyata. Alga sering disebut sebagai tumbuhan tingkat rendah karena tidak memiliki organ-organ tumbuhan umumnya seperti akar, batang, daun, bunga dan lain-lain. Alga dapat tumbuh di mana saja asalkan terdapat sinar matahari yang cukup, air dan karbon dioksida. Alga terdiri atas dua jenis yaitu Mikroalga dan Makroalga. Mikroalga lebih banyak digunakan sebagai biodiesel karena strukturnya yang lebih sederhana dan dapat menghasilkan minyak lebih banyak. Mikroalga juga merupakan tumbuhan yang paling efektif proses fotosintesisnya. Hal ini karena mikroalga mampu mengoptimalkan sinar matahari dalam proses fotosintesis, sekalipun sinar matahari terhalang oleh permukaan air (Bringgs, 2004). Spirulina adalah ganggang renik (mikroalga) berwarna hijau kebiruan yang hidupnya tersebar luas dalam semua ekosistem, mencakup ekosistem daratan dan ekosistem perairan baik itu air tawar, air payau, maupun air laut. Klasifikasi Spirulina menurut Bold & Wyne (1978) dalam Pamungkas (2005) adalah sebagai berikut : Kingdom Divisi Kelas Ordo Famili Genus Spesies : Protista : Cyanophyta : Cyanophyceae : Nostocales : Oscilatoriaceae : Spirulia : Spirulina sp. Jurusan Teknik Konversi Energi 7

2 sumber : Richmond, 1998 Gambar 2.1 Spirulia sp. Bentuk tubuh Spirulina sp yang menyerupai benang merupakan rangkaian sel yang berbentuk silindris dengan dinding sel yang tipis, berdiameter 1-12 mikrometer. Filamen Spirulina sphidup berdiri sendiri dan dapat bergerak bebas (Richmond, 1988 dalam Pamungkas, 2005). Secara umum Spirulina memiliki kandungan sebagai berikut : Tabel 2.1 Kandungan Kimia Alga Spirulina secara Umum No. Kandungan Nilai 1. Protein 60-70% 2. Karbohidrat 20-25% 3. Lemak 3-5% 4. Mineral dan Vitamin 5-8% 5. Air pigmen 2-5% sumber : (Raja, S. 2009) Sementara untuk Spirulina platensis memiliki komposisi kimia untuk lemak yaitu sebesar 4-9% dan Spirulina maxima sebesar 6-7% (Chumaidi, 2008). 2.2 Potensi Alga Alga mengandung fatty acids. Fatty acids inilah yang merupakan bahan untuk memuat biodiesel. Jadi, komponen fatty acids yang akan diekstraksi sehingga dapat Jurusan Teknik Konversi Energi 8

3 dihasilkan biodiesel. Berdasarkan perhitungan, pengolahan alga pada lahan seluas 10 juta acre (1 acre = ha) mampu menghasilkan biodiesel yang akan dapat mengganti seluruh kebutuhan solar di Amerika Serikat (Oilgae.com, 2006). Luas lahan ini hanya 1% dari total lahan yang sekarang digunakan untuk lahan pertanian dan padang rumput (sekitar 1 milliar acre). Diperkirakan alga mampu menghasilkan minyak 200 kali lebih banyak dibandingkan dengan tumbuhan penghasil minyak (kelapa sawit, jarak pagar, dll) pada kondisi terbaiknya seperti terlihat pada tabel 2.1 di bawah ini. Tabel 2.2 Produktivitas Minyak yang Dihasilkan Berbagai Tumbuhan sumber : Atmojo, 2010 Walaupun mikroalga berukuran renik, tetapi kandungan zat-zat yang dimilkinya melebihi kandungan yang dimiliki oleh tumbuhan tingkat tinggi. a. Kemampuan tumbuh alga sangat cepat, dalam kondisi yang optimum, mikroalga dapat membelah berkali-kali dalam waktu satu hari dan dapat memproduksi minyak paling sedikit 15 kali lebih banyak dibanding dengan tumbuhan penghasil minyak yang lain per hektarnya. Mikroalga dapat meghasilkan 5000 sampai galon per hektar per tahunnya. b. Potensi mikroalga pun lebih besar dibanding dengan minyak bumi. Pada 1 hektar minyak bumi, rata-rata hanya dapat diambil sekitar 0,83 barel minyak per hari, kemudian habis dan tidak akan berproduksi lagi (tidak dapat diperbaharui). Untuk luas lahan yang sama, budidaya mikroalga dapat menghasilkan 2 barel minyak per hari (Mujizat Kawaroe, 2008). Jurusan Teknik Konversi Energi 9

4 2.3 Budidaya Alga Budi daya alga dapat dilakukan secara intensif maupun ekstensif. Hal yang harus diperhatikan adalah alga tumbuh hanya pada permukaan air hingga kedalaman tertentu, karena mereka membutuhkan sinar matahari untuk proses fotosintesis. Beberapa teknik budi daya yang digunakan antara lain: 1. Kolam Terbuka (Open Pond) Kolam tempat pembudidayaan alga biasa disebut kolam Sirkuit. Dalam kolamini, alga, air, dan nutrisi disebarkan dalam kloam yang berbentuk sirkuit. Aliran air dalam kolam sirkuit dibuat dengan pompa air. Kolam biasanya dibuat dangkal supaya alga tetap dapat memperoleh sinar matahari (sinar matahari hanya dapat masuk pada kedalaman tertentu). Keuntungan kolam terbuka adalah biayanya murah dan proses pembuatannya mudah. Namun, kelemahannya adalah mudah terkontaminasi spesies lain dan sulit untuk mengontrol temperatur air. 2. Bio-reaktor (Closed-Tank Bio-reactor) Alga dapat ditanam pada struktur tertutup yang disebut photobioreactor. Photobioreactor adalah bioreactor dengan beberapa tipe sumber cahaya. Beberapa contoh sumber cahaya adalah sinar matahari, lampu fluorescent, LED, quasi-closed system (sebuah kolam yg ditutupi dgn bahan transparan) seperti terlihat pada gambar bagan 2.2 di bawah ini. sumber: Atmojo, 2010 Gambar Bagan 2.2 Teknik Budidaya Alga Jurusan Teknik Konversi Energi 10

5 Kondisi lingkungan photobioreactor lebih mudah terkontrol. Konsentrasi karbondioksida di dalam sistem dapat ditingkatkan. Keuntungannya adalah efisiensi dan kemampuan menghasilkan minyak akan lebih tinggi. Sedangkan kelemahannya adalah biaya investasi awal dan biaya operasional lebih mahal jika dibanding dengan sistem kolam terbuka. 2.4 Proses Pengekstraksian Minyak Alga Proses pengekstraksian minyak alga secara umum (general) dapat dilihat pada bagan 2.4 di bawah ini. sumber: Atmojo, 2010 Gambar Bagan 2.3 Proses Pembuatan Minyak Alga Habitat hidup alga yaitu berada di perairan sehingga diperlukan adanya proses untuk memisahkan alga dari air. Proses yang dapat dilakukan antara lain: 1. Microscreen (penyaringan mikro) 2. Centrifugation (pemisahan menggunakan alat putar dengan kecepatan tinggi) 3. Flocculation (pemisahan alga dan air dengan bantuan zat kimia) 4. Froth Flotation (media pemisahan menggunakan gelembung udara/buih) Jurusan Teknik Konversi Energi 11

6 Setelah alga terpisah dari air, maka dibutuhkan proses lanjutan berupa pengeringan (drying) untuk menurunkan kadar air dari alga. Setelah diperoleh alga kering maka proses selanjutnya adalah ekstraksi minyak. Metode Ekstraksi Minyak dari alga (Atmojo, 2010): 1. Pemerasan (Expeller/Berulir) Alga yg siap panen dipanaskan terlebih dahulu untuk menghilangkan air yg masih terkandung didalam alga. Kemudian alga dipress dengan alat pengepress untuk mengekstrasi minyak yang terkandung dalam alga. Metode ini mampu mengekstraksi sekitar 70-75% minyak yang terkandung dalam alga. 2. Hexane solvent Oil Extraction Minyak dari alga diambil dengan mengguknakan larutan kimia, misalnya dengan menggunakan benzena dan eter. Penggunaan larutan N-heksana lebih banyak digunakan karena harganya yang tidak terlalu mahal. Larutan N-heksana dapat langsung digunakan atau dikombinasikan dengan alat pengepress. Cara kerja : 1. Minyak dikeluarkan dari alga dengan menggunakan alat pengepress. 2. Ampas alga dicampur dengan larutan cyclo-hexane untuk mengambil sisa minyak yang mungkin masih terkandung dalam alga. 3. Ampas alga disaring dari larutan yang berisi minyak dan cyclo-hexane. Pemisahan minyak dan larutan cyclo-n-heksane dapat dilakukan dengan cara destilasi. Kombinasi metode larutan dan pengepresan dapat mengekstraksi lebih dari 95% minyak yang terkandung dlm alga. Kelemahan pengggunaan larutan kimia : dapat menyebabkan penyakit kanker dan beberapa larutan kimia mudah meledak. 3. Supercritical Fluid Extraction C0 2 dicairkan dibawah tekanan normal kemudian dipanaskan smpai mencapai titik kesetimbangan antara fase cair dan gas. Pencairan fluida yang bertindak sebagai larutan yang akan mengekstraksi minyak dari alga. Metode ini dapat mengekstraksi hampir 100%. Jurusan Teknik Konversi Energi 12

7 Kelemahan : memerlukan peralatan khusus. 4. Osmotic Shock Dengan menggunakan osmotic shock, maka tekanan osmotik dalam sel akan berkurang sehingga akan membuat sel pecah dan komponen di dalam sel akan keluar. Metode osmotic shock memang banyak digunakan untuk mengeluarkan komponen-komponen dalam sel, seperti minyak alga ini. 5. Ultrasonic Extraction Pada reaktor ultrasonik, gelombang ultrasonik digunakan untuk membuat gelembung kavitasi (cavitation bubbles) pada material larutan. Ketika gelembung pecah dekat dengan dinding sel maka akan terbentuk gelombang kejut dan pancaran cairan (liquid jets) yang akan membuat dinding sel pecah. Pecahnya dinding sel akan membuat komponen di dalam sel keluar bercampur dengan larutan (Chumaidi, 2008). 2.5 Biodiesel Alga Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif ramah lingkungan, tidak mempunyai efek terhadap kesehatan dan dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor serta dapt lebih menurunkan emisi bila dibandingkan dengan minyak diesel. Biodiesel mempunyaisifat pembakran yang serupa dengan minyak solar, sehingga dapat dipergunakan langsung pada msin tanpa mengubah mesin. Kelebihan biodiesel dibandingkan solar biasa adalah dapat dengan mudah terdegradasi (biodegradable), memiliki angka setana yang lebih tingi, asap buangan biodiesel lebih baik, tidak mengandung sulfur dan senyawa aromatik sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan lebih ramah lingkungan. Tabel perbandingan properties biodiesel dengan solar ditunjukkan pada tabel di bawah ini. Tabel 2.3 Perbandingan Properties Biodiesel dengan Solar Properties Biodiesel Solar Cetane Number Flash Point (K) Ash content (%) Jurusan Teknik Konversi Energi 13

8 Sulfur content (%) Carbon residue (%) Water content (%) Higher heating value (MJ/kg) sumber : digilib.its.ac.id Biodiesel adalah bahan bakar alternatif untuk mesin diesel yang berupa ester mono alkil asam-asam lemak rantai panjang, yang diturunkan dari minyak tumbuhan atau lemak hewan. Salah satu yang berpotensi sebagai bahn baku pembuatan biodiesel ini adalah minyak dari alga yang sudah dijelaskan sebelumnya. Proses pembentukan biodiesel(mono alkil ester) dari minyak lemak (trigleserida) dilakukan melalui proses esterifikasi seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. sumber : energy biotechnology Gambar 2.4 Proses Pembuaatan Biodiesel Pembuatan biodiesel dari mikroalga yang dilakukan, mulai dari budidaya mikroalgae (kultur), ekstraksi minyak mikroalgae, dan esterifikasi. biodiesel dari alga hampir mirip dengan biodiesel yang diproduksi dari tumbuhan penghasil minyak (jarak pagar, sawit, dll) sebab semua biodiesel diproduksi menggunakan triglycerides (biasa disebut lemak) dari minyak nabati. Jurusan Teknik Konversi Energi 14

9 Berdasarkan artikel dalam bioenergi yang ditulis oleh Thomas tahun 2008, semua jenis alga memiliki komposisi kimia sel yang terdiri dari protein, karbohidrat, lemak (fatty acids) dan nucleic acids. Persentase keempat komponen tersebut bervariasi tergantung jenis alga. Ada jenis alga yang memiliki komponen asam lebih dari 40%. Dari komponen asam lemak inilah yang akan diekstraksi menghasilkan minyak alga dan diubah menjadi biodiesel. Mikroalga memberikan banyak keuntungan jika dijadikan biofuel (dalam hal ini biodiesel), diantaranya : a. Mikroalga mampu menyerap karbon dioksida dan polutan lainnya. Mikroalga dapat menyerap gas N 2 O Dengan begitu, produksi atau budidaya mikroalga secara tidak langsung membantu mengurangi kandungan gas-gas rumah kaca di atmosfer. b. Pembiakkan mikroalga tidak memerlukan tanah untuk tumbuh sehingga tidak diperlukan proses pembukaan lahan hutan untuk budidaya mikroalga. Pembudidayaan mikroalga juga tidak akan merusak lingkungan karena pembudidayaannya tidak memerlukan herbisida dan pestisida. c. Mikroalga yang telah diambil minyaknya (ampas mikroalga) dapat dimanfaatkan menjadi biofuel jenis lain yaitu bioethanol, kandungan protein dan nutrien lainnya dapat diolah menjadi produk makanan, suplemen, obat, bahan tambahan industri dan lain sebagainya. c. Alga memproduksi banyak Polyunsaturates yang memiliki titik didih rendah sehinggga biodiesel alga baik digunakan pada cuaca dingin. Dengan begitu, biodiesel alga menjadi solusi kelamahan biodiesel saat ini, yaitu buruknya kinerja biodiesel pada temperatur yang rendah (Iqbal, 2011). Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, banyak solusi alternatif yang telah ditemukan untuk mengatasi permasalahan krisis energy salah satunya adalah biodiesel alga. Proses pembuatan biodiesel alga dimulai dari pembuatan tempat pertumbuhannya, kemudian proses ekstraksi alga agar dapat memisahkan ampas, minyak dan air yang terkandung dalam alga. Minyak yang dihasilkan melalui proses ekstraksi ini selanjutnya dapat diproses menjadi biodiesel alga. Jurusan Teknik Konversi Energi 15