NATRIUM HIDROKSIDA (NaOH) SEBAGAI HIDROLISA BASA DALAM PRE-TREATMENT PRODUKSI BIOGAS DENGAN BAHAN BAKU ECENG GONDOK (Eichornia crassipes)

(1)

NATRIUM HIDROKSIDA (NaOH) SEBAGAI HIDROLISA BASA DALAM PRE-TREATMENT PRODUKSI BIOGAS DENGAN BAHAN BAKU ECENG GONDOK (Eichornia crassipes)

Nama Kelompok :

Jaka Abdillah (2307100072) Gawa Reza Mahadin (2307100121) Dosen Pembimbing :

Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.Eng Ir. Nuniek Hendrianie, MT

(2)

LATAR BELAKANG

Pertumbuhan konsumsi energi

tiap tahun rata-rata di atas 5% Produksi energi alternatif akan dapat mengganti 40 % penggunaan energi fosil Eceng gondok merupakan gulma

air yang banyak mengandung selulosa Pemanfaatan eceng gondok sebagai biogas

1

(3)

RUMUSAN MASALAH

1. Melimpahnya tanaman eceng gondok dan belum

dimanfaatkan secara maksimal

2. Kandungan lignin mempersulit proses degradasi

kandungan karbon organik dalam eceng gondok

(4)

TUJUAN PENELITIAN

1. Memanfaatkan eceng gondok sebagai bahan

baku pembuatan biogas dengan proses

kontinyu

2. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH

pada pre-treatment eceng gondok sebagai

bahan baku biogas

3. Mengetahui pengaruh pre-treatment eceng

gondok yang menggunakan NaOH terhadap

produksi biogas pada proses kontinyu

(5)

MANFAAT PENELITIAN

1. Memberikan nilai lebih dalam pemanfaatan eceng gondok

sebagai bahan baku produksi biogas

2. Memberikan wawasan dalam pengolahan eceng gondok

menjadi biogas

3. Mengetahui pengaruh pre-treatment basa pada perubahan

kandungan lignoselulosa pada eceng gondok

4. Mengetahui pengaruh pre-treatment basa pada produksi

biogas

(6)

BATASAN MASALAH

1. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan biogas

adalah eceng gondok

2. Produksi biogas pada penelitian ini dilakukan pada proses

kontinyu

(7)

LIGNOSELULOSA

6

SELULOSA

Polimer

polisakarida linear dari glukosa

yang terbuat dari unit cellobiose. Selulola

disatukan

dengan

ikatan

hidrogen

sehingga menjadi kokoh

(8)

LIGNOSELULOSA

6

SELULOSA HEMISELULOSA

Penyusun

dinding

lignoselulosa

yang

terdiri

dari

heteropolisakarida,

dan

dikelompokkan berdasarkan residu gula

utama

sebagai

penyusunnya

seperti

xylan, mannan, galactan dan glucan

(9)

LIGNOSELULOSA

6

SELULOSA HEMISELULOSA

Polimer aromatik berasosiasi dengan

poli-sakarida

pada

dinding

sel

sekunder

tanaman

yang

berfungsi

untuk

membentuk

struktur

dan

melindungi tanaman dari bakteri

(A.T.W.M Hendriks, 2008)

(10)

ECENG GONDOK

Kingdom : Plantae Filum : Magnoliophyta Kelas : Liliopsida Ordo : Liliales Famili : Pontederiaceae Genus : Eichornia Spesies : E. Crassipes (Jun Cheng, 2009) *(% driedWeight)

7

Composition* Leaves Stems Roots

Cellulose 28,91 28,23 17,07 Hemicellulose 30,81 26,35 15,25 Lignin 4,59 17,44 14,63 Protein 20,97 6,80 2,60 Lipid 1,79 0,91 0,47 Ash 12,95 20,26 49,97 Caloric Value (KJ/g-DW) 14,93 13,52 8,46

(11)

PRE-TREATMENT

8

ECENG GONDOK LIGNOSELULOSA SEBELUM PRE-TREATMENT

Adanya lignin yang membentuk struktur pada dinding lignoselulosa. Struktur lignin ini menyebabkan

porositas bahan tersebut kecil. Sehingga lignoselulosa yang diolah langsung menjadi bahan baku biogas akan menghasilkan nilai yield yang kecil.

(12)

PRE-TREATMENT

8

ECENG GONDOK LIGNOSELULOSA SEBELUM PRE-TREATMENT SESUDAH PRE-TREATMENT

Pre-treatment menyebabkan struktur lignoselulose lebih terbuka dengan mendegradasi lignin. Porositas yang besar akan memudahkan bakteri/bahan lain

(13)

PRE-TREATMENT

8

ECENG GONDOK LIGNOSELULOSA SEBELUM PRE-TREATMENT SESUDAH PRE-TREATMENT

Jenis-jenis pre-treatment :

physical pretreatment

physico-chemical pretreatment

chemical pretreatment

biological pretreatment

(Sun Cheng, 2002).

(14)

CHEMICAL PRE-TREATMENT

Asam encer

Alkaline

Asam encer yang biasa digunakan adalah asam sulfat, asam klorida, atau asam nitrat. Banyak digunakan asam sulfat 0,5 – 1,5%. Yield xylose bisa mencapai 75 – 90%

(Wooley dkk.,1999 ; Sun dan Cheng, 2002)

Alkali yang dapat digunakan antara lain NaOH dan Ca(OH)₂. Dapat meningkatkan yield glukosa sebesar 85%.

(Hamelinck, 2003)

(15)

ANAEROBIC DIGESTION

(C₆H₁₀O₅)_n + n H₂O n (C₆H₁₂O₆) glukosa

Penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang menjadi senyawa yang sederhana (monomer). Contoh dalam proses ini adalah selulosa diubah menjadi gula, protein diubah menjadi asam amino dll.

Contoh Bakteri : Bacteroides ruminicola, Propioni propionicus,

Lactobacillus pentosus

Gambar Bacteroides sp

Proses Hidrolisis

(16)

ANAEROBIC DIGESTION

C₆H₁₂O₆ 2CH₃CHOHCOOH CH₃COOH

Glukosa Asam Laktat Asam Asetat

C₆H₁₂O₆ CH₃CH₂CH₂COOH + 2CO_2(g) + 2 H_2(g) CH₃COOH

Glukosa Asam butirat Asam Asetat

C₆H₁₂O₆ CH₃CH₂COOH + CO_2(g) + 3 H_2(g) CH₃COOH

Glukosa Asam Propionat Asam Asetat

Asidogenesis adalah perubahan glukosa menjadi asam organik sederhana (asam butirat, asam propionat dll), karbon dioksida, hidrogen dan ethanol

dengan bantuan bakteri asidogenesis. Asitogenesis adalah perubahan asam organik tersebut diuraikan oleh bakteri asetogenik menjadi asam asetat.

Contoh bakteri :Clostridium, Ruminococcus (Asidogenik)

Desulfovibrio, Aminobacterium ( Asitogenik)

Proses Asidogenesis dan Asitogenesis

(17)

ANAEROBIC DIGESTION

CH₃(CH₂)₂COOH + 2 H₂O + CO_2(g) 4CH₃COOH + CH_4(g)

CH₃CH₂COOH + ½ H₂0 5/4 CO_2(g) + 7/2 CH_4(g)

CH₃COOH CH_4(g) + CO₂

Proses Metanogenesis

Pada tahap methanogenesis, senyawa yang dihasilkan dari proses asetogenesis dan asidogenesis diubah menjadi gas metana dengan

bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus,

methanosarcina, methano bacterium

(18)

BIOGAS

Biogas adalah suatu campuran gas-gas yang dihasilkan dari suatu proses fermentasi bahan organik oleh bakteri dalam keadaan anaerobik

(Sahidu,1983).

Feed Temperture Operasi ( o_{C )}

Kandungan metana

(% mol) Sumber

Kotoran sapi 35 67, 27% Dery V, 2007

Eceng Gondok 35 65,8 % Biogas Utilization, 1986

(19)

PENELITIAN SEBELUMNYA

No Nama Peneliti Jurnal/Tahun/Judul Penelitian Hasil

1 Jun Chenga, Binfei Xiea, Junhu Zhoua,

Wenlu Songa, Kefa Cena

HydrogenEnergy/2009/Cogeneration of H₂and CH₄from water hyacinth by two-step

anaerobic fermentation

Pengaruh penambahan NaOH pada eceng gondok (akar,

daun, dan batang) sebagai pre-treatment, untuk meningkatkan

yield biogas 2 Jiying Zhu, Caixia

Wan

Bioresource Technology/2010/Enhanced solid-state anaerobic digestion of corn stover by

alkaline pretreatment

Solid-state anaerobic digestion of 5.0% NaOH-pre-treated corn stover produced 37% more biogas when compared to that of the untreated 3 V. Penaud, J.P.

Delgene`s, R. Moletta

Enzyme and microbial tech/1999/ Thermo-chemical pretreatment of a microbial biomass: inﬂuence of sodium hydroxide addition on solubilization and anaerobic biodegradability

Penambahan alkali agent 4 – 10 g NaOH/L meningkatkan

biodegradability rates sebesar 50 % dan COD solubilization 60.4 %

(20)

METODOLOGI PENELITIAN

PRE-TREATMENT



Massa Eceng gondok

: 160 gram



_{Rasio Eceng gondok : NaOH : air}

_{: 1 gr : 0.01 gr : 1 ml}



_{Lama pre-treatment}

_{: 2 hari}



_{pH pre-treatment}

_{: 11-12}



Suhu pre-treatment

: 50

O

_C

16

(21)

METODOLOGI PENELITIAN

ANAEROBIC DIGESTION

 _{pH 6,8 – 7,2}

 _{Temperatur 30}o_{C – 35}o_C

 _{Feed awal 14 liter}

 _{Pembuatan feed awal dengan adonan eceng gondok : starter adalah 2 L : 3 L}  _{Pembuatan starter dengan adonan eceng gondok (air : eceng gondok hasil}

pre-treatment = 1 L : 30 g) dengan kotoran sapi encer (kotoran sapi : air = 1 kg : 2 L) adalah 4 L : 3 L

 _{Pembuatan adonan eceng gondok untuk feed awal dengan air : adonan eceng} gondok 1 L : 30 g

 _{Pengadukan 1 kali sehari}  Recycle ratio 0,5

 _{Pembuatan feed proses kontinyu dengan air : adonan eceng gondok 1 L : 30 gr}  Rate umpan pada proses kontinyu 500 ml feed/hari

16

(22)

METODOLOGI PENELITIAN

• Pretreatment

Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 1 gram

Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 3 gram

• Anaerobic Digestion

Blanko (eceng gondok tanpa pre-treatment)

Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 1 gram

Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 3 gram

17 * Hasil Pre-treatment digunakan untuk bahan baku proses anaerobic digestion

(23)

METODOLOGI PENELITIAN

PROSEDUR KERJA PROSES PRE-TREATMENT

160 gr eceng gondok kering

Eceng gondok : NaOH : air = 1 gr : 0.01 gr : 1ml Analisa lignin, selulosa, dan

hemiselulosa Menganalisa lignin, selulosa, dan hemiselulosa, Mengatur pH menambahkan HCl Pre-treatment suhu 50o_C

A

19

(24)

20

Keterangan alat

1. Tanki Feed 2. Air pendingin 3. Feed Masuk 4. Thermometer

5. Pompa 6. Gas Holder 7. Manometer 8. Heater

1 2 3 4 5 6 7 8 8

(25)

20

METODOLOGI PENELITIAN

PROSEDUR KERJA STARTER

3,6 liter air

1,8 kg kotoran sapi

8,4 liter

starter

144 gram eceng gondok hasil pre-treatment 4,8 liter air

(26)

20

METODOLOGI PENELITIAN

PROSEDUR KERJA FEED AWAL

8,4 liter

starter

168 gram eceng gondok hasil pre-treatment 5,6 liter air

14 liter

feed awal

(27)

5 V-1 V-2 V- 6 2 3 1 4 V-3 6 V-5 V-4 7 8 20

METODOLOGI PENELITIAN

PROSEDUR KERJA DIGESTER ANAEROBIC

(28)

PEMBAHASAN

21

Hasil analisa komposisi awal dari Eceng Gondok

(Eichornia Crassipes )

Komponen

% berat

Lignin

11,69

Selulosa

37

(29)

37,00% 33,6% 33,54% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%

Eceng gondok awal NaOH 1 % NaOH 3 %

% Se lu lo sa Kadar NaOH

PEMBAHASAN

23 Kandungan SELULOSA setelah pretreatment pada berbagai variabel

(30)

35,50% 32,1% 30,24% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%

% He m ise lu lo sa Kadar NaOH

PEMBAHASAN

24 Kandungan HEMISELULOSA setelah pretreatment pada berbagai

(31)

11,69% 10,03% 8,09% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14%

% lig nin Kadar NaOH

PEMBAHASAN

25 Kandungan LIGNIN setelah pretreatment pada berbagai variabel kadar

(32)

9,22% 9,72% 9,35% 14,82% 14,16% 30,77% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% NaOH 1 % NaOH 3 % % De gr ad as i % NaOH % selulose % hemiselulosa % lignin

PEMBAHASAN

26 % DEGRADASI Cellulotic Material hasil pretreatment pada berbagai

(33)

PEMBAHASAN

27

Hubungan MLSS terhadap waktu fermentasi pada berbagai variabel kadar NaOH

Hubungan MLVSS terhadap waktu fermentasi pada berbagai variabel kadar NaOH

Perbandingan eceng gondok dengan NaOH

Blanko 1% NaOH (w/w) 3% NaOH (w/w)

17 gram/L

18 gram/L

21 gram/L

Perbandingan eceng gondok dengan NaOH

Blanko 1% NaOH (w/w) 3% NaOH (w/w)

(34)

PEMBAHASAN

28

Hubungan COD terhadap waktu fermentasi pada berbagai variabel kadar NaOH

% degradasi COD pada NaOH 3 %

(35)

PEMBAHASAN

29

. Hubungan rate produksi biogas terhadap waktu fermentasi pada tiap kadar NaOH

Proses Batch Proses Kontinyu

Volume Biogas terbesar dari Reaktor 3 (NaOH 3%)

pada hari ke- 6

(36)

PEMBAHASAN

30 Hubungan volume akumulasi biogas terhadap waktu fermentasi

pada berbagai variabel kadar NaOH

12,127 liter

10,403 liter

(37)

PEMBAHASAN

31 Komponen Kadar NaOH dalam Pretreatment

Blanko 1% 3%

CH₄ 75,59% 76,50% 78,47

CO₂ 24,40% 23,49% 21,52

Lower Heating

Value (Kcal/kg) 5678,291 5746,65 5895,387 Komposisi Biogas yang dihasilkan dalam tiap reaktor