FIKSASI CO 2 MENGGUNAKAN MIKROALGAE Botryococcus braunii PADA BIOREAKTOR UP LIFT. Kelompok B Pembimbing

Transkripsi

1 TK-40Z2 PENELITIAN Semester I 2007/2008 FIKSASI CO 2 MENGGUNAKAN MIKROALGAE Botryococcus braunii PADA BIOREAKTOR UP LIFT Kelompok B Ujang Suryana ( ) Nurhadiati ( ) Pembimbing Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi, M.Env.Eng.Sc. PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 LEMBAR PENGESAHAN TK-40Z2 PENELITIAN Semester I 2007/2008 FIKSASI CO 2 MENGGUNAKAN MIKROALGAE Botryococcus braunii PADA BIOREAKTOR UP LIFT Kelompok B Ujang Suryana ( ) Nurhadiati ( ) Catatan Bandung, Juni 2008 Disetujui Pembimbing Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi, M.Env.Eng.Sc i

3 TK-40Z2 PENELITIAN Fiksasi CO 2 Menggunakan Mikroalgae Botryococcus braunii pada Bioreaktor Up Lift Kelompok B Ujang Suryana ( ) dan Nurhadiati ( ) Pembimbing Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi, M.Env.Eng.Sc. ABSTRAK Pada abad ke-21 ini, Peningkatan penggunaan sumber daya energi mendorong peningkatan kadar emisi CO 2 yang berdampak terhadap pemanasan global. Salah satu cara untuk mengurangi kadar emisi CO 2 diantaranya dengan fiksasi. Pada penelitian ini akan dikaji fiksasi CO 2 menggunakan mikroalgae Botryococcus braunii yang memiliki waktu generasi singkat dan dapat menghasilkan senyawa hidrokarbon yang berpotensi menjadi sumber energi alternatif. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan kondisi optimum bagi pertumbuhan dan kandungan hidrokarbon Botryococcus braunii dengan memanfaatkan gas CO 2. Faktor-faktor yang menentukan pertumbuhan Botryococcus braunii diantaranya komposisi medium, kadar CO 2, intensitas cahaya, kadar SOx, dan lain-lain. Pada penelitian ini akan dikaji pengaruh pencahayaan terhadap pertumbuhan dan kandungan hidrokarbon dari Botryococcus braunii pada kondisi optimum pertumbuhan dari hasil penelitian sebelumnya. Penelitian dilaksanakan dengan menggunakan air lift fermentor dengan volume medium Bristol 5 liter, laju alir udara 0,0178 L/s, konsentrasi gas CO 2 15%-v udara, temperatur 25 0 C, dan ph awal 7. Variasi percobaan yang dilakukan adalah variasi pengaruh pencahayaan terang maksimum (10 jam) dan pencahayaan terang minimum (5 jam). Hasil percobaan yang diamati adalah berat sel kering dan kandungan hidokarbon dari Botryococcus braunii. Berat kering sel ditentukan dengan menggunakan kurva baku berat kering sel terhadap absorbansi dan kandungan senyawa hidrokarbon diperoleh dari hasil uji dengan kromatografi gas. Dari dari penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa lamanya pencahayaan tidak berpengaruh terhadap pertumbuhan biomassa dan fiksasi CO 2 alga mikro Botryococcus braunii. Ditemukan fakta bahwa produksi hidrokarbon pada alga Botryococcus braunii paling besar terjadi pada percobaan dengan waktu pencahayaan minimum karena produksi lipid, yaitu asam oleat dan asam palmitat sebagai prekursor pembentukan hidrokarbon meningkat. Kata kunci : Botryococcus braunii, CO2, cahaya ii

4 TK-40Z2 RESEARCH PROJECT Fixation CO2 Using Microalgae Botryococcus braunii in Up Lift Bioreactor Group B Ujang Suryana ( ) dan Nurhadiati ( ) Advisor Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi, M.Env.Eng.Sc. ABSTRACT In 21 th century, energy consumption increase impact on increasing of CO 2 emission that leads into global warming. One way to reduce CO 2 emission is fixation. This research will be studying CO 2 fixation using microalgae Botryococcus braunii which have short doubling time and can produce hidrocarbon potential for being alternative energy resources. The objective of this research is determining optimum condition for growth and hidrocarbon composition of Botryococcus braunii using CO 2 gas. Factors that influence growth and hidrocarbon composition of Botryococcus braunii are medium composition, concentration of CO 2, ligt intensity, concentration of SOx, etc. Previous research have studied the effect of concentration CO 2 and SOx to the growth of Botryococcus braunii. In this research will be studied effect of light intensity to the growth and composition hidrocarbon in the optimum condition that has been determined from the previous research. The research will conducted in an air lift fermentor with medium Bristol volume 5 L, flow rate of air 0,0178L/s, concentration CO 2 15%-v air, temperature 25 0 C, and initial ph 7. Experimental variation is considering the effect of bright lighting. First, the microalgae will be given all day bright lighting, and second variation the microalgae will be given half-day brigt lighting. The result obtained are dry-cell weight and hidrocarbon composition from Botryococcus braunii. Dry-cell weight will be determined by using standard curve of dry-cell weight to the absorbance and composition hidrocarbon obtained from result of test using gas cromatography. This research obtain that light period does not make any significant difference ini biomass result as well as CO2 fixated by Botryococcus braunii. As a fact, the highest productivity of hydrocarbon production found in shorter light period because the production of lipid, that is oletic acid and palmitic acid, increase significantly. Key words : Botryococcus braunii, CO 2, light period. iii

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Allah SWT karena atas berkat dan rhmat- Nyalah kami dapat menyelesaikan penulisan laporan ini tepat pada waktunya. Laporan ini disusun untuk memenuhi syarat kelulusan mata kuliah TK-40Z2 Dalam penyusunan laporan ini penyusun mendapatkan bantuan dari berbagi pihak. Penyusun mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi, M.Env.Eng.Sc. selaku dosren pembimbing atas bimbingan yang diberikan selama proses penyusunan laporan 2. Dr. IDG Arsa Putrawan selaku dosen koordinator mata kuliah TK-40Z1, Penulisan Laporan dan Seminar, atas petunjuk dan arahan dalam proses penulisan laporan ini 3. Peneliti sebelumnya selaku praktikan dalam topik yang sama yang memberikan masukan untuk rancangan penelitian 4. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah memberikan dana melalui kegitan Progam, Kreativitas Mahasiswa. Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih terdapat kekurangan. Untuk itu penyusun mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penulisan laporan yang lebih baik. Demikian laporan ini dibuat. Semoga laporan ini dapat bermanfat bagi semua pihak. Bandung, Juni 2008 Penyusun iv

6 DAFTAR ISI I II Lembar Pengesahan Abstrak Abstract Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1.2 Rumusan Masalah 1.3 Tujuan 1.4 Ruang Lingkup Tinjauan Pustaka 2.1 Alga 2.2 Makroalga 2.3 Mikroalga 2.4 Komposisi Kimia Penyusun Mikroalga 2.5 Kegunaan Alga Mikro 2.6 Medium untuk Pertumbuhan Botryococcus braunii 2.7 Nutrisi untuk Pertumbuhan Alga Sumber karbon Sumber nitrogen Fosfor Sulfur Kalsium Natrium dan kalium Magnesium Halaman i ii iii iv v viii ix v

7 III IV V Besi Trace element 2.8 Botryococcus braunii sebagai Alga Mikro Penghasil Bahan Bakar Cair 2.9 Desain Bioreaktor Bioreaktor sistem tertutup Bioreaktor sistem terbuka 2.10 Metode-metode penghitungan populasi Botryococcus braunii 2.11 Ringkasan tinjauan Pustaka Rancangan Penelitian Metodologi Percobaan Bahan Alat Pelaksanaan Percobaan Kultivasi Botryococcus braunii Pemanenan Ektraksi Distilasi Variasi Percobaan Interpretasi Data Prosedur Percobaan Jadwal Kegiatan Penelitian 33 Hasil dan Pembahasan Pengaruh Lama Pencahayaan terhadap Pertumbuhan Botryococcus braunii Pengaruh Lama Pencahayaan terhadap Produksi Hidrokarbon yang dihasilkan oleh Botryococcus braunii 38 Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran 42 Daftar Pustaka 43 vi

8 LAMPIRAN A KURVA BAKU PERTUMBUHAN LAMPIRAN B DATA HASIL PENELITIAN LAMPIRAN C UJI MEAN C.1 Uji Mean Run I C.2 Uji Mean Run II C.3 Uji Mean Run III LAMPIRAN D ALAT ANALISIS KANDUNGAN HIDROKARBON KROMATOGRAFI GAS D.1. Penerapan Kromatografi Gas dalam Analisis D.1.1. Analisis kuantitatif D.1.2. Analisis Kualitatif D.2. Karakteristik Kromatografi Gas LAMPIRAN E HASIL ANALISA GC-MS E.1 Hasil GC-MS Hidrokarbon Pada Lama Pencahayaan 10 jam E.2 Hasil GC-MS Hidrokarbon Pada Lama Pencahayaan 5 jam vii

9 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Jenis pigmen yang terkandung dalam beberapa kelas alga 4 Tabel 2.2 Pemanfaatan alga mikro secara komersial 9 Tabel 2.3 Kelarutan CO 2 pada tekanan parsial CO 2 1 bar abs 11 Tabel 2.4 Hidrokarbon dominan pada Botryococcus braunii 17 Tabel 3.1 Rancangan jadwal kegiatan penelitian 33 Tabel 4.1 Laju pertumbuhan pada fase logaritmik tiap run 34 Tabel 4.2 Jumlah Biomassa Total 37 Tabel 4.3 Komposisi senyawa hidrokarbon pada lama pencahayaan 10 jam 38 Tabel 4.4 Komposisi senyawa hidrokarbon pada lama pencahayaan 5 jam 39 Tabel 4.5 Perbandingan Komposisi Komponen pada Kedua Variasi 39 Tabel B.1 Pertumbuhan Sel pada Lama Pencahayaan 10 jam 46 Tabel B.2 Pertumbuhan Sel pada Lama Pencahayaan 5 jam 46 Tabel C.1 Uji Mean Run I 47 Tabel C.2 Uji Mean Run II 49 Tabel C.3 Uji Mean Run III 50 Tabel D.1 Spesifikasi Alat Kromatografi Gas 55 Tabel E.1 Komposisi Hidrokarbon pada Lama pencahayaan 10 jam 58 Tabel E.2 Komposisi Hidrokarbon pada Lama pencahayaan 5 jam 58 viii

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pengaruh ph terhadap kelarutan CO2 11 Gambar 2.2 Botryococcus braunii 15 Gambar 3.1 Rancangan Air Lift Fermentor 24 Gambar 3.2 Air Lift Fermentor (a) Fermentor I Lama Pencahayaan 10 Jam 24 (b) Lama Pencahayaan 5 Jam Gambar 3.3 Rangkaian Alat Pengaliran Udara 25 Gambar 3.4. Alga Kering 25 Gambar 3.5 Penggerusan Alga Kering 26 Gambar 3.6 Ekstraksi (a) Filter Ekstraktor (b) Ektraktor, dan (c) Ekstrak 27 Gambar 3.7 Hidrokarbon (a) Hasil Distilasi (b) Hasil Penguapan Pada Suhu Ruang 27 Gambar 3.8 Prosedur Penentuan Kurva Baku 30 Gambar 3.8 Prosedur Penentuan Kurva Pertumbuhan 31 Gambar 3.9 Prosedur Penentuan Kandungan Hidrokarbon 32 Gambar 4.1 Peranan energi cahaya pada proses fotosintesis 35 Gambar 4.2 Kurva pertumbuhan Botryococcus braunii pada tempuhan (run) 1 36 Gambar 4.3 Kurva pertumbuhan Botryococcus braunii pada tempuhan (run) 2 37 Gambar 4.4 Kurva pertumbuhan Botryococcus braunii pada tempuhan (run) 3 37 Gambar 4.5 Hasil pemotretan alga dengan perbesaran 400 kali lama pencahayaan 10 jam (b) lama pencahayaan 5 jam 38 Gambar 4.6 Lintasan Pembentukan Hidrokarbon 40 Gambar A1 Kurva Baku Pertumbuhan Botryococcus braunii 45 Gambar D.1 Kromatografi gas 53 Gambar E.1 Hasil Kromatogram Hidrokarbon Pada lama pencahayaan 10 jam 56 Gambar E.2 Hasil Kromatogram Hidrokarbon Pada lama pencahayaan 10 jam 57 ix