]BIOFIKSASI CO 2 OLEH MIKROALGA Chlamydomonas sp UNTUK PEMURNIAN BIOGAS

Transkripsi

1 ]BIOFIKSASI CO 2 OLEH MIKROALGA Chlamydomonas sp UNTUK PEMURNIAN BIOGAS TESIS Untuk memenuhi persyaratan mencapai derajat Sarjana S-2 Magister Teknik Kimia Rufaida Nur Rostika L4C PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG September, 2011 i

2 TESIS BIOFIKSASI CO 2 OLEH MIKROALGA Chlamydomonas sp UNTUK PEMURNIAN BIOGAS Disusun oleh Rufaida Nur Rostika L4C telah dipertahankan di depan Tim Penguji pada tanggal September 2011 dan dinyatakan telah memenuhi syarat untuk diterima Ketua Penguji Menyetujui, Pembimbing Pertama Anggota Penguji (1) Anggota Penguji (2) Mengetahui Pembantu Dekan I Fakultas Teknik Pembimbing Kedua ii

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ini adalah hasil pekerjaan saya sendiri dan di dalamnya tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan lembaga pendidikan lainnya. Pengetahuan yang diperoleh dari hasil penerbitan maupun yang belum/tidak diterbitkan, sumbernya dijelaskan di dalam tulisan dan daftar pustaka. Semarang, 19 September 2011 iii

4 ABSTRAK. Mikroalga Chlamydomonas sp memiliki potensi dalam membiofiksasi CO 2 dan dapat dimanfaatkan sebagai bahan makanan tambahan sehingga diharapkan dapat digunakan sebagai media purifikasi biogas dan pengurang emisi bahan bakar fosil. Perlakuan penelitian terhadap Chlamydomonas sp dilakukan pada reaktor buble coloumn dan tubular coloumn dengan 6 liter medium kultur pada suhu 28 o C, tekanan atmosferik dan lampu TL 20 W sebanyak 4 buah. Perlakuan variasi laju alir dan konsentrasi gas CO 2 pada kultur Chlamydomonas sp menunjukkan hasil akhir produksi biomassa dan laju biofiksasi CO 2 yang berbeda. Produksi biomassa pada konsentrasi gas CO 2 40% volume menghasilkan 5,685 (g/dm 3 ) / hari sedangkan pada konsentrasi gas CO 2 10% volume menghasilkan 4,892 (g/dm 3 ) / hari. Penyerapan gas CO 2 oleh mikroalga paling besar terjadi pada konsentrasi 40% volume yaitu sebesar 26,35%. Laju pertumbuhan dan produktivitas mikroalga cenderung naik pada konsentrasi CO 2 10% volume dan 20% volume namun mulai konstan pada konsentrasi CO 2 30% volume dan 40% volume. Pengaruh pencahayaan terhadap produksi biomassa cenderung meningkat pada kondisi light sedangkan pada kondisi dark menjadi konstan. Pemberian nutrient dan pengaturan ph pada kondisi basa (8-9) meningkatkan pertumbuhan mikroalga. Kultivasi mikroalga memerlukan suhu yang optimal, pemberian nutrient yang cukup, ph yang tepat dan cahaya yang dapat membantu pertumbuhan mikroalga sehingga produksi biomassa menjadi tinggi. Kata kunci : Mikroalga, Chlamydomonas sp, biofiksasi CO 2, biogas ABSTRACT Microalgae Chlamydomonas sp have a potential to biofix CO 2 and can be used as an additional food ingredient thus expected to be used as a medium for purification of biogas and reducing fossil fuel emissions. Treatment studies of Chlamydomonas sp performed in buble coloumn and tubular coloumn reactor with 6 liters of culture medium at a temperature of 28 o C, atmospheric pressure and 4 pieces 20 W TL lamps. Treatment variations of flow rate and gas concentration of CO 2 in Chlamydomonas sp culture show different results in biomass production and CO 2 biofixation rates. Biomass production on the concentration of CO 2 in 10% vol and 40% vol is g/dm 3 / day and g/dm 3 / day, respectively. The greatest absorption of CO 2 occurs at a concentration of 40% vol amounting to 26,35 %. The rate of growth and productivity of microalgae tend to rise in CO 2 concentration of 10% vol and 20% vol, but remain a constant at CO 2 concentration of 30% vol and 40% vol. The effect of lighting on biomass production tends to increase in light conditions while a constant in dark conditions. The provision of nutrient and ph regulation under alkaline conditions (8-9) improve the growth of microalgae. Cultivation of microalgae requires optimal temperature, providing sufficient nutrients, phcorrect and light that can help the growth of microalgae biomass production becomes so high. Keywords : Microalga, Chlamydomonas sp, CO 2 biofixation, biogass iv

5 KATA PENGANTAR Peningkatan penggunaan energi karena pertumbuhan populasi penduduk, bertambahnya jumlah industri dan menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi bahan bakar fosil mendorong setiap negara untuk memproduksi dan menggunakan energi terbarukan (renewable energy) salah satunya biogas. Persoalan tentang produksi biogas adalah kandungan CO 2 dan H 2 S yang tinggi sehingga menurunkan nilai kalor biogas sebagai bahan bakar alternatif dan hanya digunakan sebagai bahan bakar skala rumah tangga. Pemurnian menggunakan mikroalga merupakan teknologi yang inovatif dan ekonomis karena mikroalga tersedia di alam dengan berbagai jenis spesiesnya. Dengan kemampuan mengkonsumsi karbon yang tinggi mikroorganisme ini sangat potensial untuk penyerap gas CO 2 di biogas sehingga dapat digunakan sebagai metode alternatif pada penyerapan gas CO 2 dan dapat diaplikasikan untuk memperoleh bahan bakar biogas dengan nilai kalor tinggi. Pada kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penyusunan laporan tesis sebagai berikut : 1. Bapak Dr. Hadiyanto, ST, M.Sc selaku Pembimbing I yang telah memberikan arahan dan masukan dalam penyusunan laporan tesis. 2. Bapak Ir. Sumarno, M.Si selaku Pembimbing II yang telah memberikan arahan dan masukan dalam penyusunan laporan tesis. 3. Bapak Untung selaku laboran di Laboratorium Penelitian Teknik Kimia yang telah membantu menyediakan sarana dan prasarana pelaksanaan penelitian. 4. Bapak Sukhari dan Bapak Sajari yang telah membantu pembuatan alat penelitian. 5. Orang tuaku, suamiku Andi Widiasmoro dan anakku Raihandra Bastian Atthoriq yang telah mendukung secara moral dalam penyusunan laporan tesis. Saya mengharapkan laporan tesis ini bermanfaat bagi pembaca dan mohon kritik serta saran yang membangun untuk laporan tesis saya. Penulis v

6 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i HALAMAN PENGESAHAN ii HALAMAN PERNYATAAN iii ABSTRAK iv KATA PENGANTAR v DAFTAR ISI vi DAFTAR TABEL viii DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR LAMPIRAN x I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 5 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Biogas Komposisi Biogas Reaktor Biogas Mikroalga Klasifikasi Mikroalga Sifat Mikroalga Calvin Cycle CCM (CO 2 Concentrating Mechanism) Biofiksasi CO Kultivasi Mikroalga dalam Photobioreactor Mekanisme Absorbsi CO 2 24 III. METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Percobaan Alat dan Bahan yang Digunakan 26 vi

7 3.3 Prosedur Penelitian Time Table Penelitian 35 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Efek Laju Pembebanan Gas CO 2 terhadap Growth Rate Efek Konsentrasi Gas CO 2 terhadap Produksi Biomassa Efek Laju Pembebanan terhadap Growth Rate dan Produktivitas Pengaruh Penambahan Nutrient terhadap Pertumbuhan Mikroalga Pengaruh Pencahayaan terhadap Pembentukan Biomassa Kemampuan Biofiksasi CO 2 oleh Mikroalga 42 V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran 45 VI. RINGKASAN 47 DAFTAR PUSTAKA 51 LAMPIRAN 54 vii

8 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Kandungan Gas CH 4 untuk Beberapa Jenis Sumber Biogas 7 Tabel 2.2 Komposisi Biogas 8 Tabel 2.3 Rasio C/N untuk Berbagai Bahan Organik 10 Tabel 2.4 Kandungan Minyak dari Beberapa jenis Mikroalga 14 Tabel 3.1 Time Table Penelitian 35 Tabel 4.1 Pengaruh penambahan nutrient pada pertumbuhan mikroalga 40 Tabel 4.2 CO 2 yang terserap oleh mikroalga pada laju alir gas CO 2 0,07 l/lmin 42 Tabel 4.3 Nilai ph pada berbagai konsentrasi CO 2 selama masa kultivasi 43 viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses Konversi Biogas 8 Gambar 2.2 Hubungan Kandungan CH 4 dengan Nilai Kalor 9 Gambar 2.3 Jenis-jenis Biodigester 11 Gambar 2.4 Sel Mikroalga 13 Gambar 2.5 Calvin Cycle Process Gambar 2.6 Kurva Evenwicht CO 2 - HCO 3 - CO 3 19 Gambar 2.7 Open Pond untuk Kultivasi Mikroalga 21 Gambar 2.8 Flate Plate Photobiorectors 22 Gambar 2.9 Tubular Photobioreactors 23 Gambar 3.1 Set up photobioreactor jenis buble coloumn 27 Gambar 3.2 Set up photobioreactor jenis tubular coloumn 28 Gambar 3.3 Nomograph untuk evaluasi nilai CO 2 bebas 34 Gambar 4.1 Kurva pertumbuhan mikroalga berbagai konsentrasi gas CO 2 36 Gambar 4.2 Foto alat penelitian yang telah didesain ulang 37 Gambar 4.3 Kurva produksi biomassa berbagai konsentrasi CO 2 38 Gambar 4.4 Kurva perbandingan growth rate dengan produktivitas mikroalga 39 Gambar 4.5 Kurva produksi biomassa pada dark and light cycle 41 ix

10 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Kultivasi mikroalga 54 Lampiran 2. Analisa hasil gas 55 Lampiran 3. Analisa biomassa 57 Lampiran 4. Analisa produksi biomassa pada dark and light cycle 59 Lampiran 5. Analisa laju pertumbuhan mikroalga 59 Lampiran 6. Analisa bicarbonate alkalinity 60 Lampiran 7. Analisa free CO 2 62 Lampiran 8. Analisa jumlah sel mikroalga 63 x