BAB III RANCANGAN PENELITIAN 3.1. Metodologi Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh lama pencahayaan terhadap laju pertumbuhan Botryococcus braunii dan pembentukan hidrokarbon. Untuk mencapai tujuan tersebut maka dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Menentukan kurva baku yang menghubungkan antara absorbansi dan berat kering Botryococcus braunii 2. Menentukan absorbansi dari kultur Botryococcus braunii pada waktu dan variasi tempuhan (run) tertentu 3. Menentukan berat kering Botryococcus braunii pada waktu dan variasi tempuhan (run) tertentu 4. Menentukan kurva pertumbuhan Botryococcus braunii pada waktu dan variasi tempuhan (run) tertentu 5. Menentukan kandungan hidrokarbon yang dihasilkan Botryococcus braunii pada waktu dan variasi tempuhan (run) tertentu 3.2. Percobaan Kondisi-kondisi yang digunakan dalam percobaan sebagai berikut. 1. Laju alir udara : 0,0178 L/s (optimum) 2. Konsentrasi CO 2 : 15% dari laju alir udara 3. Temperatur : 25 o C 4. Kondisi ph awal : 7 5. Pengadukan : Sirkulasi dengan aliran 21
3.2.1. Bahan Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu: 1. Biakan murni dari alga mikro Botryococcus braunii dalam medium sintetik yang tersedia 2. Medium berupa Bristol Bold 3. Gas CO 2 dan udara kompresi 4. Hexana sebagai solven untuk ekstraksi Larutan Bristol Bold yang digunakan dalam percobaan ini mengandung komponenkomponen berikut: a) NaNO 3 : 0,25 g b) CaCl 2.2H 2 O : 0,025 g c) MgSO4.7H 2 O : 0,075 g d) K 2 HPO4 : 0,075 g e) KH 2 PO4 : 0,175 g f) NaCl : 0,.025 g g) H 2 O : 1 L h) 1 tetes larutan FeCl 3 1% 3.2.2. Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 3.2.2.1. Kultivasi Botryococcus braunii a. Fermentor (Air-lift Fermentor) dan perlengkapannya b. Tabung gas CO2 c. Lampu flourescent 3.2.2.2. Pengolahan untuk memperoleh absorbansi a. Spektrofotometer 22
b. Kuvet 3.2.2.3. Pengolahan untuk memperoleh berat kering a. Sentrifuga b. Oven 3.2.2.4. Pengolahan untuk memperoleh hidrokarbon a. Ekstraktor b. Labu bundar c. Labu erlenmeyer d. Alat distilasi 3.2.2.5 Pengolahan untuk menganalisis kandungan hidrokarbon a. Gas kromatografi b. Ampul 3.3 Pelaksanaan Percobaan 3.3.1 Kultivasi Botryococcus braunii Kultivasi Botryococcus braunii diawali dengan mempersiapkan medium Bristol Bold dan biakan. Volume medium kultur dalam fermentor sebesar 5 liter. Biakan awal (starter) yang dibutuhkan sebesar 10% dari volume medium kultur atau sebesar 500 ml. Fermentor yang digunakan berjumlah dua buah dan dijalankan secara paralel. Kultivasi dilakukan selama lima hari dengan memvariasikan lama pencahayaan, 10 jam pada fermentor I dan 5 jam pada fermentor II. Fermentor dioperasikan pada laju alir udara konstan sebesar 17,8 ml/s, ph awal 7, temperatur ruang, dan penyinaran menggunakan lampu flourescent dengan daya total 60 watt. Rancangan Air-Lift Fermentor ditampilkan pada Ganbar 3.1 dan pada Gambar 3.2 ditampilkan Air-Lift Fermentor yang digunakan selama percobaan. Suplai udara diperoleh dari udara bebas menggunakan pompa peristaltik. Pompa peristaltik dipilih karena penggunaaan kompresor terbatas pada hari kerja. Untuk suplai CO2 juga digunakan pompa peristaltik namun sumber yang digunakan berasal 23
dari tabung gas CO2. Aliran gas CO2 dan udara mula-mula terpisah, kemudian di suatu titik disatukan. Laju alir udara diatur menggunakan orifice yang tealh dikalibarasi seblum kultivasi. Rangkaian alat pengaliran udara ditampilkan pada Gambar 3.3. Gambar 3.1 Rancangan Air Lift Fermentor (a) (b) Gambar 3.2 Air Lift Fermentor (a) Fermentor I Lama Pencahayaan 10 Jam (b) Lama Pencahayaan 5 Jam 24
Gambar 3.3 Rangkaian Alat Pengaliran Udara 3.3.2 Pemanenan Pada hari kelima dilakukan pemanenan biakan dalam Air Lift Fermentor. Waktu pemanenan ini berdasarkan hasil peneliti sebelumnya (Donny dan Vica, 2004). Perhitungan berat alga Botryococcus braunii dilakukan menggunakan metode gravimetri. Metode ini merupakan metode tak langsung yang digunakan dalam penghitungan populasi alga. Kultur alga yang telah diendapakan kemudian disentrifugasi pada laju 4000 rpm selama 1,5 jam. Alga yang mengendap di dasar tabung sentrifuga kemudian dipisahkan dari cairan supernatan dengan cara didekantasi. Endapan alga dipindahkan ke dalam cawan penguapan, lalu dipanaskan dalam oven selam 24 jam pada temperatur 80 0 C (Becker, 1994) untuk menghilangkan air. Gambar alga yang telah dikeringkan ditampilkan pada Gambar 3.4. Gambar 3.4. Alga Kering 25
3.3.3 Ektraksi Alga yang telah kering mula-mula digerus menggunakan mortar (Gambar 3.5). Hal ini bertujuan untuk memecah membran sel alga, sehuingga hidrokarbon yang berada di dalamnya dapat keluar, Alga yang telah digerus kemudian dipindahkan ke dalam filter ekstraktor. Penggunaan filter ini ditujukan agar sel alga tertahan dan tidak terikut ke dalam pelarut yang telah membawa hidrokarbon. Proses ekstraksi dilakukan menggunakan pelarut n-hexana selama kurang lebih satu hari pada temperatur 75 o C. Proses ekstraksi ditampilkan pada Gambar 3.6. Gambar 3.5 Penggerusan Alga Kering n (a) (b) 26
(c) Gambar 3.6 Ekstraksi (a) Filter Ekstraktor (b) Ektraktor, dan (c) Ekstrak 3.3.4 Distilasi Distilasi dilakukan untuk memisahkan hidrokarbon dari n-hexane. Distilasi dilangsungkan pada temperatur 69 o C. Pada temperatur ini n-hexane menguap dan keluar sebagai distilat, sedangkan hidrokarbon tertahan sebagai produk bawah. Proses distilasi dihentikan hingga pelarut n-hexane tersisa sedikit. Distilasi tidak dihentikan hingga seluruh n-hexane menguap karena hidrokarbon yang dihasilkan dapat menempel dengan kuat pada labu bundar yang digunakan. Cairan hidrokarbon yang tertahan di dasar labu bundar kemudian dipindahkan ke dalam ampul, lalu diuapkan lagi pada temperatur ruang dengan bantuan kipas angin. Hidrokarbon hasil distilasi dan penguapan ini (Gambar 3.7) kemudian diuji kandungan hidrokarbonya menggunakan GC MS. (a) (b) Gambar 3.7 Hidrokarbon (a) Hasil Distilasi (b) Hasil Penguapan Pada Suhu Ruang 27
3.4 Variasi Percobaan Pada penelitian yang dilakukan, variasi ditentukan oleh variabel-variabel percobaan sebagai berikut : 1. Variabel tetap Variabel tetap dalam percobaan ini adalah laju alir udara masuk, konsentrasi CO 2 pada udara masuk, dan temperatur operasi. Laju alir udara ditetapkan sebesar 17,8 ml/s yang merupakan laju alir udara optimum bagi pertumbuhan Botryococcus braunii (Donny dan Vica, 2004). Konsentrasi CO 2 ditetapkan berdasarkan komposisi CO 2 dari gas buang power plant yaitu sebesar 15% dari laju alir udara masuk. Percobaan dilakukan pada kondisi ph awal 7, temperatur ruang, dan penyinaran menggunakan lampu flourescent dengan daya total 60 watt. 2. Variabel berubah Variasi percobaaan yang dilakukan berupa variasi pencahayaan yang terdiri atas dua kasus: a. Pencahayaan maksimum Pendekatan keadaan pencahayaan maksimum terjadi pada musim kering di Indonesia dengan porsi pencahayaan terang 10 jam dan gelap 14 jam. b. Pencahayaan minimum Pendekatan keadaan pencahayaan maksimum terjadi pada musim penghujan di Indonesia dengan porsi pencahayaan terang 5 jam dan gelap 19 jam 3.5 Interpretasi Data Terdapat tiga metode analisis yang digunakan dalam percobaan yaitu, analisis grafik, analisis deskriptif, dan analisis kandungan hidrokarbon. 1. Analisis grafik Analisis grafik dilakukan dengan membuat kurva baku spektrofotometri antara 28
absorbansi dengan berat sel kering alga mikro (gr/ml) dan pengaruh cahaya terhadap kandungan hidrokarbon 2. Analisis deskriptif Analisis deskriptif dilakukan dengan mengamati warna biakan kultur dalam fermentor. Setiap warna yang berbeda menunjukkan tingkat pertumbuhan. Kehadiran koloni yang berupa serabut menandakan adanya kontaminan yang dapat menyebabkan terjadinya kompetisi dalam pemanfaatan medium kultur 3. Analisis kandungan hidrokarbon Kandungan hidrokarbon yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan alat gas kromatografi. Sebelum diuji, sampel sel mikroalga terlebih dahulu dikeringkan kemudian diekstraksi dengan n-hexana. Ekstrak yang dihasilkan kemudian didistilasi, lalu produk bawah distilasi diuji dengan alat gas kromatografi. 3.6. Prosedur Percobaan Prosedur percobaan meliputi prosedur penentuan kurva baku pertumbuhan, kurva pertumbuhan Botryococcus braunii pada tiap variasi, dan penentuan kandungan hidrokarbon. Prosedur penentuan kurva baku pertumbuhan dan kurva pertumbuhan Botryococcus braunii tiap variasi masing-masing ditampilkan pada Gambar 3.8 dan Gambar 3.9 dan penentuan kandungan hidrokarbon ditampilkan pada Gambar 3.10. 29
Gambar 3.8 Prosedur Penentuan Kurva Baku 30
Gambar 3.8 Prosedur Penentuan Kurva Pertumbuhan 31
Gambar 3.9 Prosedur Penentuan Kandungan Hidrokarbon 32
3.6. Jadwal Kegiatan Penelitian Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian Kegiatan Desember Januari Februari Maret April Mei Juni 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Run Pendahuluan : Pembuatan larutan bristol Inokulasi Botryococcus braunii Kalibrasi orifice Run awal Run I Run 2 Run 3 Ekstraksi, distilasi, dan pengujian kandungan hidrokarbon Studi literatur Pembuatan laporan penelitian seminar penelitian 33