TINGKAT PENYERAPAN KARBON DAN KANDUNGAN MINYAK DALAM BIOMASSA Chlorella sp. PADA FOTOBIOREAKTOR

(1)

GAFAR ABDUL KOHAR

SKRIPSI

DEPARTEMEN MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

(2)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI

DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul :

Tingkat Penyerapan Karbon dan Kandungan Minyak dalam Biomassa Chlorella sp. pada Fotobioreaktor

adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun ke perguruan tinggi manapun. Semua sumber data dan informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor, Oktober 2010

Gafar Abdul Kohar C24060543

(3)

Gafar Abdul Kohar. C24060543. Tingkat Penyerapan Karbon dan Kandungan Minyak dalam Biomassa Chlorella sp. pada Fotobioreaktor. Di bawah bimbingan Hefni Effendi dan Niken T.M. Pratiwi

Pada saat ini, karbondioksida merupakan masalah besar karena telah mengakibatkan peningkatan suhu bumi atau yang dikenal dengan istilah global

warming. Sumber utama peningkatan karbondioksida ini dapat berasal dari

kegiatan industri. Salah satu cara untuk menanggulangi masalah ini adalah dengan menyerap CO2 hasil buangan kegiatan industri menggunakan teknologi fotobioreaktor yaitu wadah untuk kultur fitoplankton. Salah satu fitoplankton yang potensial untuk penyerapan karbon dan menghasilkan biomassa adalah Chlorella sp.. Chlorella sp. berperan untuk menangkap CO2 apabila gas buang industri yang mengandung CO2 dialirkan ke dalam tabung fotobioreaktor. Dengan perlakuan tertentu, bahan organik yang terkandung pada biomassa alga tersebut terutama minyak alga, dapat diekstrak dan dapat digunakan untuk membentuk biodisel. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji tingkat penyerapan karbon oleh

Chlorella sp. dan kandungan minyak alga dari hasil fotosintesis yang dilakukan oleh Chlorella sp. pada fotobioreaktor.

Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental menggunakan fotobioreaktor rancangan Badan Pengembangan dan Penerapan Teknologi (BPPT). Terdapat dua rancangan fotobioreaktor, yaitu Single Tubular Airlift Photobioreactor (STAP) dan

Multitubular Airlift Photobioreactor (MTAP). Penelitian ini menggunakan rancangan

acak kelompok (RAK). Perlakuan yang diberikan adalah perbedaan volume udara yang diinjeksikan (flowrate) ke reaktor dan tipe reaktor. Penelitian ini dilaksanakan pada Mei-Agustus 2010 di pabrik susu Indomilk PT. Indolakto Pasar Rebo Jakarta. Alat yang digunakan adalah 3 set fotobioreaktor MTAP dan 2 set STAP, gas analyzer

Reiken Keiki RX-515, mikroskop cahaya dan haemocytometer, LUX-meter, dan alat

ekstraktor. Bahan yang digunakan adalah Chlorella sp., pupuk organik Dutatonik

H-16, air media, dan reagen ekstraksi minyak alga. Perhitungan konsentrasi CO2 yang diserap adalah selisih konsentrasi CO2 input dan output pada reaktor, kelimpahan fitoplankton dihitung dengan haemocytometer, dan ekstraksi minyak alga dengan metode Folch(1957)

Dari hasil penelitian, diperoleh tingkat penyerapan karbon oleh alga jenis

Chlorella sp. berkisar antara 0,2%-5,8% dari rata-rata 8-11% konsentrasi CO2 hasil buangan industri, menunjukkan bahwa lebih dari setengah kadar CO2 yang dibuang pabrik dapat direduksi. Tingkat penyerapan paling tinggi ditunjukkan oleh perlakuan 3 yang diinjeksikan volume udara 1 L/menit dan yang paling rendah yaitu perlakuan 4 yang diinjeksikan udara 1 L/menit namun berbeda rancangan reaktornya. Selain untuk asimilasi karbon, Chlorella sp. juga dapat dimanfaatkan untuk dijadikan biodiesel karena hampir setengah dari biomassa keringnya merupakan minyak alga. Kandungan minyak Chlorella sp. hasil penelitian ini adalah lebih kurang 48,17% dari berat keringnya.

(4)

TINGKAT PENYERAPAN KARBON DAN KANDUNGAN MINYAK

DALAM BIOMASSA Chlorella sp. PADA FOTOBIOREAKTOR

GAFAR ABDUL KOHAR C24060543

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

gelar Sarjana Perikanan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan

DEPARTEMEN MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

(5)

Judul : Tingkat Penyerapan Karbon dan Kandungan Minyak dalam Biomassa Chlorella sp. pada Fotobioreaktor

Nama Mahasiswa : Gafar Abdul Kohar Nomor Pokok : C24060543

Program Studi : Manajemen Sumberdaya Perairan

Menyetujui,

Pembimbing I, Pembimbing II,

Dr. Ir. Hefni Affendi, M.Phil Ir. Niken T M Pratiwi, M.Si. NIP 19640213 198903 1 014 NIP 19680111 199203 2 002

Mengetahui,

Ketua Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan,

Dr. Ir. Yusli Wardiatno, M.Sc. NIP 19660728 199103 1 002

(6)

(7)

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini berjudul “Tingkat Penyerapan Karbon dan Kandungan Minyak dalam Biomassa

Chlorella sp. pada Fotobioreaktor”, disusun berdasarkan hasil penelitian yang

dilaksanakan pada Mei-Agustus 2010, dan merupakan salah satu syarat utama untuk memperoleh gelar sarjana perikanan pada Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.

Pada kesempatan ini tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Ir. Hefni Effendi, M.Phil selaku dosen pembimbing pertama dan Dr. Ir. Niken T. M. Pratiwi, M.Si selaku pembimbing kedua yang telah banyak membantu dalam pemberian bimbingan, masukan, dan arahan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Namun demikian penulis mengharapkan bahwa hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi berbagai pihak.

Bogor, Oktober 2010

(8)

UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Dr. Ir. Hefni Effendi, M.Phil dan Dr. Ir. Niken T. M. Pratiwi, M.Si, masing-masing selaku ketua dan anggota komisi pembimbing skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan, masukan, arahan, dan nasehat, serta saran untuk penulis.

2. Ir. Sigid Hariyadi, M.Sc selaku dosen penguji dan Ir. Agustinus M. Samosir, M.Phil selaku komisi pendidikan program S1 atas masukan, saran, nasehat, dan perbaikan yang sangat berarti untuk penulis.

3. Dr. Ir. Unggul Aktani, M.Sc (alm) dan Prof. Dr. Ir. M.F. Rahardjo, DEA selaku pembimbing akademik yang telah memberikan nasehat yang sangat berarti hingga dapat menyelesaikan setiap bidang studi dan skripsi ini.

4. Badan Pengembangan dan Penerapan Teknologi (BPPT), bpk Agung Riyadi, bpk Arif Dwi Santoso, bpk Diyono, bpk Komara, bpk Yudhi, bpk Sabarudin, bpk Agus, bpk Yadi, ibu Rahmania, mba Itaq, dan mba Wati, atas ijin dan kesempatan yang telah diberikan sehingga penulis bisa ikut bergabung dalam penelitian Fotobioreaktor di pabrik susu Indomilk PT. Indolakto Pasar Rebo Jakarta, serta atas saran, motivasi, dan nasehat yang telah diberikan selama penelitian.

5. Ibu Majariana Krisanti, S.Pi, M.Si, Inna Puspa Ayu S.Pi, M.Si, Aliyati, S.Pi, atas masukan, saran, bantuan, dan dukungan yang telah diberikan kepada penulis. 6. Keluarga tercinta: ibu Fatimah, bapak Ohim Iskandar, Abang Iis, Kakak Maya

dan Titi, dan Ade Obuy atas kasih sayang, doa, pengorbanan, dan dukungan semangatnya.

7. Ria Trinopriana yang selalu memberikan semangat dan dukungan selama ini. 8. Teman seperjuangan penelitian Kemal ( ITK IPB), Fauziah (Biologi UIN), dan

Wulan (Biologi UIN) yang saling membantu dalam kegiatan pangambilan sampel dan data.

(9)

10. Sahabat ADC++ (Dinda emak, Dwi EW, Luly Uwy, Tetu Bocil, Cici Astri, Umam, Bibun Batak, Danang Idung, dan Bibir) yang selalu ada saat senang dan susah. 11. Keluarga besar MSP 43 SEPAKAT atas pengalaman, pengetahuan, canda gurau,

kebahagiaan dan kesedihan, dan kesetiaannya selama perkuliahan dan penelitian , serta kakak kelas dan ade kelas yang selalu memberikan semangat dan motivasi selama ini.

(10)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta, pada tanggal 5 Maret 1987 dari orangtua Bapak Ohim Iskandar dan Ibu Fatimah. Penulis merupakan putra keempat dari lima bersaudara. Pendidikan formal ditempuh di SDN 05 Pagi Malaka Sari (1999), SLTPN 27 Duren Sawit (2002), SMAN 12 Pertanian Klender (2005) Jakarta. Pada tahun 2006 penulis diterima di IPB melalui jalur SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru). Setelah setahun melewati tahap Tingkat Persiapan Bersama, penulis diterima di Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.

Selama mengikuti perkuliahan penulis pernah menjadi Asisten Pratikum Mata Kuliah Biologi Perikanan (2009/2010) dan Ekologi Perairan (2009/20010). Penulis juga menjadi pengurus staf Divisi Human Resource Department (HRD) Himpunan Mahasiswa Manajemen Sumberdaya Perairan (HIMASPER) periode 2008/2009.

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor, penulis menyusun skripsi dengan judul “Tingkat Penyerapan Karbon dan Kandungan Minyak dalam

(11)

Halaman

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Perumusan Masalah ... 3 1.3. Tujuan Penelitian ... 3 1.4. Manfaat ... 4 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pemanasan Global ... 5 2.2. Fotobioreaktor ... 5 2.3. Fitoplankton ... 6 2.4. Fotosintesis ... 6 2.5. Cahaya ... 8 2.6. Nutrien ... 9 2.7. Suhu ... 10 2.8. Chlorella sp. ... 10 3. METODE PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian ... 12

3.2. Waktu dan Lokasi Penelitian ... 12

3.3. Alat dan Bahan ... 13

3.4. Variabel atau Parameter yang Diamati serta Pengukurannya ... 14

3.5. Pelaksanaan Penelitian ... 14 3.5.1. Penelitian pendahuluan ... 14 3.5.2. Penelitian utama ... 14 3.6. Pengumpulan Data ... 15 3.6.1. Konsentrasi gas CO2 ... 15 3.6.2. Kelimpahan fitoplankton ... 15

3.6.3. Ekstraksi minyak alga ... 16

3.7. Analisis Data ... 16

3.7.1. Konsentrasi gas CO2 ... 16

3.7.2. Kelimpahan fitoplankton ... 17

3.7.3. Ekstraksi minyak alga ... 18

3.7.4. Analisis statistik ... 18

4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil ... 20

(12)

xi

4.1.2. Kelimpahan fitoplankton ... 23

4.1.3. Grafik kelimpahan Chlorella sp. dengan penyerapan CO2 .... 26

4.1.4. Kandungan bahan organik dalam biomassa Chlorella sp. ... 28

4.2. Pembahasan ... 28

5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 36

5.2. Saran ... 36

DAFTAR PUSTAKA ... 37

(13)

xii

Halaman

1. Konsentrasi Gas CO2 Input ... 45

2. Perhitungan CO2 dan Massa yang diserap pada pagi hari Perlakuan 1 ... 46

5. Perhitungan CO2 dan Massa yang diserap pada pagi hari Perlakuan 4&5 ... 47

6. Perhitungan CO2 dan Massa yang diserap pada siang hari Perlakuan 1 ... 48

9. Perhitungan CO2 dan Massa yang diserap pada siang hari Perlakuan 4&5... 49

10. Perhitungan CO2 dan Massa yang diserap pada sore hari Perlakuan 1.... 50

13. Perhitungan CO2 dan Massa yang diserap pada sore hari Perlakuan 4&5 ... 51

14. Kelimpahan Fitoplankton Perlakuan 1 ... 53

17 Kelimpahan Fitoplankton Reaktor 4&5 ... 54

18. Rancangan Acak Kelompok Rata-rata Penyerapan Karbon ... 55

19. Analisis Sidik Ragam Rata-rata Penyerapan Karbon ... 55

20. Uji Beda Nyata Terkecil Rata-rata Penyerapan Karbon Terhadap Perlakuan ... 55

21. Uji Beda Nyata Terkecil Rata-rata Penyerapan Karbon Terhadap Kelompok ... 55

22. Rancangan Acak Kelompok Rata-rata Massa Karbon yang diserap ... 55

23. Analisis Sidik Ragam Rata-rata Massa Karbon yang diserap ... 56 24. Uji Beda Nyata Terkecil Rata-rata Massa Karbon yang diserap Terhadap

(14)

xiii

Perlakuan ... 56 25. Uji Beda Nyata Terkecil Rata-rata Massa Karbon yang diserap Terhadap

(15)

xiv

Halaman

1. Fotosintesis pada tumbuhan ... 7

2. Siklus Calvin ... 7

3. Chlorella sp. ... 11

4. Skema fotobioreaktor MTAP (atas) dan STAP (bawah) ... 13

5. Hemocytometer Improved Neubauer ... 16

6. Perhitungan Kelimpahan Fitoplankton pada Haemocytometer untuk kepadatan rendah ... 18

7. Perhitungan Kelimpahan Fitoplankton pada Haemocytometer untuk kepadatan tinggi ... 18

8. Persentase konsentrasi gas CO2 buangan pabrik yang masuk ke fotobioreaktor ... 20

9. Penyerapan gas CO2 perlakuan 1 ... 21

13. Massa CO2 yang diserap ... 23

14. Kelimpahan Chlorella sp. pada perlakuan 1 ... 24

18. Grafik Kelimpahan Fitoplankton dan Penyerapan CO2 Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada pagi hari ... 26

19. Grafik Kelimpahan Fitoplankton dan Penyerapan CO2 Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada siang hari ... 27

20. Grafik Kelimpahan Fitoplankton dan Penyerapan CO2 Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada sore hari ... 27

21. Kandungan Bahan Organik dalam Biomassa Chlorella sp. ... 28

22. Nilai koefisies regresi antara penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada pagi hari ... 32

(16)

xv

23. Nilai koefisies regresi antara penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d)

pada siang hari ... 32 24. Nilai koefisies regresi antara penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton

Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d)

(17)

1. Fotobioreaktor ... 40

2. Alat dan Bahan ... 41

3. Ekstraksi Minyak Alga ... 43

4. Komposisi Rata-rata Gas Buang Pabrik ... 44

5. Konsentrasi Gas CO2 Input ... 41

6. Perhitungan Penyerapan dan Massa CO2 pada tiap Reaktor... 42

7. Contoh Perhitungan ... 48

8. Kelimpahan Fitoplankton ... 50

(18)

1

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Karbon merupakan salah satu unsur yang dapat berbentuk padat, cair, maupun gas, yang terdapat di dalam perut bumi, di dalam batang pohon, ataupun di udara (atmosfer). Sumber karbon yang berada di udara dapat berasal dari pembakaran minyak dan gas dari kendaraan industri, pembakaran hutan, asap yang keluar dari letusan gunung berapi, kayu yang dibakar, ataupun proses pelapukan tumbuh-tumbuhan (wikipedia.com).

Karbondioksida (CO2) dihasilkan oleh makhluk hidup pada proses respirasi, dan digunakan oleh tumbuhan pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, CO2 merupakan komponen penting dalam siklus karbon. Namun, konsentrasi karbon yang berlebihan di udara bukanlah merupakan suatu hal yang baik bagi kondisi lingkungan kita, karena peningkatan CO2 yang terlepas ke udara secara berlebihan dapat mengakibatkan peningkatan suhu bumi atau yang dikenal dengan istilah

global warming dan dapat menyebabkan perubahan iklim (Kanjupur 2010).

Banyak aktivitas manusia yang dapat menyebabkan peningkatan suhu bumi, salah satunya adalah kegiatan industri yang banyak menggunakan bahan bakar fosil. Jeong et al. (2003) menyebutkan bahwa kegiatan industri umumnya menghasilkan 10-12% komposisi karbondioksida (CO2) dari penggunaan bahan bakar gas. Penggunaan bahan bakar fossil atau batu bara akan dapat menghasilkan pembuangan karbondioksida (CO2) sampai 20% atau lebih.

Tumbuhan mampu mengurangi kadar karbondioksida di atmosfer dengan melakukan fotosintesis, disebut juga sebagai asimilasi karbon. Proses tersebut menggunakan energi cahaya untuk memproduksi materi organik melalui kombinasi karbondioksida dengan air. Fotosintesis juga menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari udara diikat (difiksasi) menjadi glukosa (gula) sebagai molekul penyimpan energi (Puspaningrum 2009).

(19)

adalah ganggang atau alga. Alga merupakan tumbuhan yang tidak memiiki akar, batang, dan daun yang sebenarnya, namun sudah memiliki klorofil sehingga dapat melakukan forosintesis. Dalam prosesnya, alga akan menambat CO2 dan menghasilkan oksigen. Alga merupakan produsen primer bahan organik sekaligus dasar dari rantai makanan akuatik karena aktivitas fotosintesisnya tersebut (Pelczar dan Chan 2007). Sebagai produsen primer, alga dalam pertumbuhannya memerlukan cahaya sebagai sumber energinya dan bahan anorganik yaitu karbondioksida dan mineral (nitrat, fosfat, sulfat, dsb) (Pruvost 2009). Alga merupakan mikroorganisme yang dapat tumbuh cepat. Produktivitas alga dalam menghasilkan bahan organik dapat lebih tinggi dari tumbuhan darat (Grognard 2010). Alga efektif dalam mengubah nutrisi dan CO2 dari air dengan bantuan sinar matahari hingga menjadi energi. Penyerapan nutrisi CO2 dan sinar matahari pada alga berlangsung lebih mudah dan cepat daripada proses serupa yang terjadi pada tanaman tingkat tinggi.

Mikroalga dapat diaplikasikan dalam penyerapan CO2 karena alga memerlukan karbondioksida untuk pertumbuhan. Di Indonesia, teknologi kultur mikroalga dengan fotobioreaktor sudah dikembangkan sejak 2008 untuk mengurangi konsentrasi karbondioksida (CO2) yang dilakukan oleh Badan Pengkajian dan Penelitian Teknologi (BPPT) (Mardiani 2010). Dengan teknologi fotobioreaktor ini, tingkat produktifitas alga dapat ditingkatkan menjadi 2 hingga 5 kali lebih tinggi dari kondisi normalnya (Setiawan et al. 2008). Mikroalga berperan untuk menangkap CO2 apabila gas yang mengandung CO2 dialirkan ke dalam tabung fotobioreaktor. CO2 yang dimasukkan ke dalam tabung fotobioreaktor akan diserap dan selanjutnya digunakan untuk pertumbuhan mikroalga tersebut. Apabila biomassa fitoplankton dapat ditingkatkan (scale up), maka dapat diasumsikan bahwa jumlah CO2 yang dapat diserap juga akan meningkat dan hasil biomassa alga juga akan meningkat. Dengan demikian alga dapat digunakan dalam upaya untuk menyerap karbondioksida dan dapat dijadikan sebagai salah satu sumber bahan bakar nabati yang sangat potensial untuk dikembangkan sebagai upaya diversifikasi bahan penghasil biodiesel.

(20)

3

1.2. Perumusan Masalah

Karbondioksida (CO2) merupakan komponen yang penting dalam kehidupan karena karbondioksida merupakan bahan dasar untuk pembentukan bahan makanan. Pada saat ini, karbondioksida merupakan masalah besar karena telah mengakibatkan peningkatan suhu bumi atau yang dikenal dengan istilah global

warming. Sumber utama peningkatan kadar karbondioksida ini dapat berasal dari

kegiatan industri. Salah satu cara untuk menanggulangi masalah ini yaitu dengan mengurangi pengeluaran CO2 dan menyerap CO2 hasil buangan kegiatan industri dengan menggunakan teknologi fotobioreaktor yaitu wadah untuk kultur fitoplankton. Salah satu fitoplankton yang potensial untuk penyerapan karbon dan menghasilkan biomassa adalah Chlorella sp. Chlorella sp. yang merupakan produsen primer memerlukan karbondioksida dan mampu mengurangi kadar karbondioksida dengan melakukan fotosintesis, disebut juga sebagai asimilasi karbon, yang menggunakan energi cahaya untuk memproduksi bahan organik.

Chlorella sp. berperan untuk menangkap CO2 apabila gas buang industri yang mengandung CO2 dialirkan ke dalam tabung fotobioreaktor. CO2 yang dimasukkan ke dalam tabung fotobioreaktor akan diserap dan selanjutnya digunakan untuk pertumbuhan Chlorella sp. tersebut. Dengan perlakuan tertentu, bahan organik yang terkandung pada biomassa alga tersebut terutama minyak alga, dapat diekstrak dan dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai biodisel. Oleh sebab itu perlu diketahui tingkat penyerapan karbon dan kandungan minyak alga dari hasil fotosintesis yang dilakukan oleh Chlorella sp.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji tingkat penyerapan karbon oleh Chlorella sp. dan kandungan minyak alga dari hasil fotosintesis yang dilakukan oleh Chlorella sp. pada fotobioreaktor.

(21)

1.4. Manfaat

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat mengenai potensi

Chlorella sp. dalam menyerap karbon dalam upaya asimilasi karbon dan

menghasilkan minyak alga serta dapat menjadi informasi dan rujukan bagi penelitian selanjutnya.

(22)

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pemanasan Global

Pemanasan global akibat meningkatnya emisi gas karbon dioksida (CO2) dan gas rumah kaca lainnya merupakan isu penting yang menggelisahkan masyarakat dunia dewasa ini. Efek rumah kaca disebabkan karena naiknya konsentrasi gas karbondioksida (CO2) dan gas-gas lainnya di atmosfer. Kenaikan konsentrasi gas CO2 ini disebabkan oleh peningkatan pembakaran bahan bakar minyak (BBM), batu bara dan bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan-tumbuhan dan laut untuk mengabsorbsinya (Ubaidillah 2010).

Dampak pemanasan global sangat besar bagi kehidupan makhluk hidup di bumi, khususnya perairan. Meningkatnya suhu udara di bumi, akan meningkatkan suhu perairan yang berdampak pada kehidupan biota perairan. Dengan meningkatnya suhu, maka kelarutan gas-gas di perairan akan lepas ke udara. Jika udara (terutama oksigen) lepas, maka kebutuhan oksigen bagi biota perairan akan berkurang dan dapat menyebabkan kematian. Pemanasan global juga dapat menyebabkan peningkatan permukaan air laut karena suhu di daerah kutub mencair. Naiknya temperatur laut juga bisa menyebabkan terumbu karang mengalami pemutihan, lalu mati. Pemutihan karang ditandai dengan hilangnya alga yang bersimbiosis dengan karang sehingga ikan-ikan yang hidupnya bergantung pada ekosistem terumbu karang akan bermigrasi. Selain itu pengaruh berbahaya lainya berupa penurunan kualitas air, peningkatan penyakit pest dan penyakit-penyakit lainnya (Ubaidillah 2010).

2.2. Fotobioreaktor

Fotobioreaktor adalah reaktor yang beroperasi dengan bantuan cahaya, baik cahaya matahari maupun cahaya lampu. Cahaya dibutuhkan untuk membantu jalannya proses fotosintesis, karena objek kultur adalah biota yang membutuhkan cahaya dalam siklus hidupnya (misalnya tumbuhan, khususnya mikroalga atau fitoplankton) (Loubiere, 2009). Ada beberapa faktor utama dalam kultur alga pada fotobioreaktor. Faktor utama tersebut adalah suplai cahaya sebagai sumber energi,

(23)

input dan output gas pada reaktor, dan komposisi media untuk pertumbuhan alga (Lee 1994). Banyak rancangan fotobioreaktor yang telah dikembangkan, salah satunya ada pada gambar fotobioreaktor Lampiran 1.

2.3. Fitoplankton

Fitoplankton merupakan tumbuhan yang tidak mempunyai akar, batang dan daun, namun memiliki klorofil-a sebagai pigmen fotosintesis utama di samping klorofil-b, klorofil-c, karotenoid, dan plikobilin sehingga mampu mensintesis makanan sendiri yang berupa bahan organik dari bahan anorganik dengan bantuan energi dari cahaya matahari ataupun bahan kimia. Bentuk tubuh fitoplankton sangat beragam, mulai dari sel soliter yang berukuran kecil, memiliki flagel,

amoeboid, berkoloni dalam lapisan mucilase, membentuk filament, hingga struktur

sel multiseluler yang kompleks dan berukuran besar. Beberapa jenis fitoplankton dapat tumbuh dan berkembang dalam waktu singkat (Adnan 1998).

2.4. Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (bahan organik) dengan memanfaatkan energi cahaya. Bahan organik yang dihasilkan pada proses fotosintesis tersebut merupakan bahan makanan dan serat bagi organisme lain. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi (Zhu 2008). Fotosintesis juga menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Selama fotosintesis, energi cahaya ditangkap dan digunakan untuk mengubah air, karbondioksida, dan mineral menjadi oksigen dan bahan organik yang kaya akan anergi (Stepan 2002). Reaksi fotosintesis secara umum yang

(24)

7

menghasilkan bahan organik adalah sebagai berikut :

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 + 6O2

Fotosintesis dalam tumbuhan terjadi dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap (Siklus Calvin). Berikut adalah proses fotosintesis dalam tumbuhan dan gambar siklus Calvin (Gambar 1 dan 2)

Gambar 1. Fotosintesis pada tumbuhan (Tingginehe 2009)

Gambar 2. Siklus Calvin (Tingginehe 2009)

Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Reaksi gelap

(Siklus Calvin) Reaksi terang

Gluksa dan molekul organik lain

C-C-C-C-C-C Gluksa dan molekul organik lain

(25)

Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. Rumus empiris klorofil adalah C55 H72 O5 N4 Mg (klorofil a) dan C55H70O6N4 Mg (klorofil b) (Haryono 2009).

Alga juga termasuk tumbuhan karena memiliki klorofil untuk berfotosintesis. Alga terdiri dari alga uniseluler dan multiseluler. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada alga dan tanaman tingkat tinggi terjadi dengan cara yang sama. Namun karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi. Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis (Tubalawoni 2001):

1. Intensitas cahaya

Laju fotosintesis meningkat seiring meningkatnya cahaya hingga batas toleransi cahaya.

2. Nutrien

Semakin banyak nutrien, semakin banyak bahan anorganik yang dapat dimanfaatkan oleh fitoplankton untuk menghasilkan bahan organik.

3. Konsentrasi karbondioksida

Semakin banyak karbondioksida di udara, semakin banyak pula karbondioaksida yang dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

4. Suhu

Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.

2.5. Cahaya

Cahaya adalah sumber energi dasar bagi pertumbuhan organisme autotrop terutama fitoplankton. Cahaya merupakan komponen utama dalam proses fotosintesis dan secara langsung bertanggung jawab terhadap nilai produktivitas primer perairan (Sudjadji 2005). Spektrum cahaya yang dapat diserap dalam proses

(26)

9

fotosintesis adalah cahaya tampak (visible light) dengan panjang gelombang 400-700 nm atau dikenal dengan PAR (Photosynthetically Active Radiation) (Zhu 2008).

Fitoplankton memiliki pigmen-pigmen untuk menangkap cahaya sehingga dapat berfotosintesis. Pigmen-pigmen ini memiliki kemampuan yang berbeda dalam melakukan penyerapan energi cahaya matahari. Proses fotosintesis hanya dapat berlangsung bila pigmen fotosintesis menerima intensitas cahaya tertentu yang memenuhi syarat untuk terjadinya proses tersebut. Umumnya fotosintesis bertambah sejalan dengan peningkatan intensitas cahaya sampai pada suatu nilai optimum tertentu (cahaya saturasi). Di atas nilai tersebut, cahaya merupakan penghambat bagi fotosintesis (cahaya inhibisi), sedangkan di bawah nilai optimum, fotosintesis berlangsung lambat (Hamdani 2004).

2.6. Nutrien

Nutrien adalah semua unsur dan senyawa yang dibutuhkan oleh tumbuhan. Nutrien dibagi menjadi makronutrien dan mikronutrien. Makronutrien adalah nutrien yang dibutuhkan dalam jumlah banyak, yaitu karbon, nitrogen, fosfor, oksigen, silikon, magnesium, potassium, dan kalsium. Mikronutrien adalah nutrient yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit, yaitu besi, copper, dan vanadium (Levinton 1982 in Tubalawoni 2001). Menurut Parsons et al. (1984) in Tubalawoni (2001), alga membutuhkan nutrien untuk pertumbuhan. Beberapa unsur seperti C, H, O, N, Si, P, Mg, K, dan Ca dibutuhkan dalam jumlah besar dan disebut makronutrien. Nitrat dan fosfat tergolong makronutrien yang merupakan pupuk dasar yang mempengaruhi pertumbuhan fitoplankton. Nitrat adalah sumber nitrogen yang penting bagi fitoplankton baik di air laut maupun air tawar. Bentuk kombinasi lain dari nitrogen seperti ammonia, nitrit dan senyawa organik dapat digunakan apabila kekurangan nitrat (Cotteau 1990 in Tubalawoni 2001). Unsur lain yang dibutuhkan dalam jumlah sangat sedikit disebut mikronutrien atau trace element (Tubalawoni 2001).

Karbondioksida merupakan salah satu nutrien yang sangat dibutuhkan oleh tumbuhan maupun fitoplankton. Keberadaan karbon dioksida di perairan bisa

(27)

dalam bentuk gas karbondioksida bebas (CO2), ion bikarbonat (HCO3−), dan asam karbonat (H2CO3). Karbondioksida bebas menggambarkan keberadaan gas CO2 di perairan yang membentuk kesetimbangan dengan CO2 di atmosfer. Nilai CO2 yang terukur biasanya berupa CO2 bebas. Proses fotosintesis di perairan memanfaatkan karbondioksida bebas sebagai sumber karbon, akan tetapi dapat juga memanfaatkan ion bikarbonat (Effendi 2000)

2.7. Suhu

Suhu perairan mempunyai peranan yang penting dalam ekosistem perairan selain berpengaruh terhadap berat jenis, viskositas, dan densitas air, juga berpengaruh terhadap kelarutan gas–gas dalam air seperti O2, CO2, N2, CH4, serta mempengaruhi pertumbuhan maupun aktivitas organisme air. Proses fotosintesis berjalan melalui mekanisme enzimatis, sehingga berlangsung pada rentang suhu tertentu. Kenaikan suhu akan memacu enzim mengkatalis proses fotosintesis, tetapi suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan degradasi enzim dan penghambatan fotosintesis. Kisaran suhu optimum bagi pertumbuhan fitoplankton di perairan adalah 20 0C–30 0C (Effendi 200).

2.8. Chlorella sp.

Chlorela merupakan mikroorganisme yang termasuk dalam divisi Chlorophyta

atau yang sering kita kenal sebagai alga hijau. Alga hijau memiliki struktur yang hampir sama dengan tumbuhan, salah satunya ialah dinding selnya. Chlorella juga mempunyai dinding sel yang tersusun atas selulosa. Menurut Vashista (1979) in Rostini (2007), Cholrella memiliki klasifikasi sebagai berikut.

Divisi : Chlorophyta Kelas : Chlorophyceae Ordo : Chlorococcales Famili : Chlorellaceae Genus : Chlorella Spesies : Chlorella sp.

(28)

11

Gambar 3. Chlorella sp. ( sumber : www.bae.uky.edu)

Sel Chlorella berbentuk bulat, hidup soliter, berukuran 2-8 μm. Sel Chlorella mengandung 50% protein, lemak ,serta vitamin A, B, D, E, dan K, di samping banyak terdapat pigmen hijau (klorofil) (Sachlan 1982 in Rostini 2007). Di dalam tubuhnya terdapat kloroplas berbentuk mangkuk.

Kelebihan Chlorella dibandingkan dengan spesies lain yaitu mengandung berbagai nutrien seperti protein, karbohidrat, asam lemak tak jenuh, vitamin, klorofil, enzim, dan serat yang tinggi. Chlorella mempunyai kandungan protein 42,2 %, serat 0,4 % dan minyak berkisar 40-85% (sementara untuk kelapa hanya mengandung minyak sekitar 40-55%, jarak mempunyai kandungan minyak 43 - 58% , dan untuk sawit berkisar 45-70% (Borowitzka dan Pootet 2006 in Rahardjo 2010).

Selain itu, Chlorella merupakan mikroalga kosmopolit yang sebagian besar hidup di lingkungan akuatik baik perairan tawar, laut maupun payau, juga ditemukan di tanah dan di tempat lembab. Perkembangbiakannya terjadi secara vegetatif dengan membelah diri. Setiap selnya mampu membelah diri dan menghasilkan empat sel baru. Sel Chlorella memiliki tingkat reproduksi yang tinggi. Setiap sel Chlorella mampu berkembang menjadi 10.000 sel dalam waktu 24 jam (Sachlan 1982 in Prihantini 2005).

(29)

3. METODE PENELITIAN

3.1. Rancangan Penelitian

Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental di lapang dengan menggunakan fotobioreaktor rancangan Badan Pengembangan dan Penerapan Teknologi (BPPT) (Lampiran 1). Terdapat dua rancangan fotobioreaktor, yaitu Single

Tubular Airlift Photobioreactor (STAP) dan Multitubular Airlift Photobioreactor

(MTAP) (Gambar 4). Penelitian ini menggunakan rancangan acak kelompok (RAK). Perlakuan yang diberikan adalah perbedaan volume udara yang diinjeksikan (flowrate) ke reaktor dan tipe reaktor.

Cara kerja fotobioreaktor adalah gas CO2 dan emisi lain yang berasal dari cerobong asap pabrik dihisap kompresor dan sebelum masuk ke kompresor, udara yang panas dari cerobong dilewatkan pada heat exchanger (cooler) untuk mendinginkan suhu udara yang ada, sehingga udara di dalam kompresor temperaturnya sudah dingin. Kemudian dari kompresor, udara dialirkan langsung ke fotobioreaktor. Pengaturan volume udara yang dimasukkan ke reaktor diatur dengan flowmeter. Kecepatan rata–rata udara yang diinjeksikan (flowrate) sebesar 0,5–2 L/menit. Udara yang berasal dari cerobong tersebut akan dimanfaatkan oleh mikroalga atau fitoplankton untuk pertumbuhan melalui mekanisme fotosintesis pada fotobioreaktor tersebut dan udara yang keluar dapat diukur komposisi udaranya.

3.2. Waktu dan Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Agustus 2010 di pabrik susu Indomilk PT. Indolakto Pasar Rebo Jakarta. Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu penelitian pandahuluan dan penelitian utama. Penelitian pendahuluan dilasanakan pada bulan Mei 2010. Penelitian utama dilaksanakan dari bulan Juli-Agustus 2010.

(30)

13

Gambar 4. Skema fotobioreaktor MTAP (atas) dan STAP (bawah)

3.3. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tiga set fotobioreaktor MTAP dan 2 set STAP, gas analyzer Reiken Keiki RX-515 (alat pengukur kualitas udara, dalam hal ini CO2), mikroskop cahaya dan haemocytometer (untuk penentuan kelimpahan fitoplankton), LUX-meter (untuk mengukur intensitas cahaya), dan alat ekstraktor (untuk ekstraksi minyak alga). Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Chlorella sp., pupuk organik Dutatonik H-16, air media (air bersih dari hasil pengolahan limbah pabrik yang telah disaring), dan reagen untuk ekstraksi minyak alga (Lampiran 2).

(31)

3.4. Variabel atau Parameter yang Diamati serta Pengukurannya

Variabel yang diamati adalah jumlah karbondioksida yang diserap oleh

Chlorella sp., serta penentuan laju pertumbuhan kelimpahan Chlorella sp.. Jumlah

karbon yang diserap tersebut dihitung dengan formulasi tertentu dari hasil pengukuran konsentasi gas input dan output yang masuk dan keluar fotobioreaktor. Di samping itu, juga dilakukan penentuan terhadap kandungan minyak alga dari biomassa Chlorella sp. Pengukuran kandungan minyak alga dilakukan dengan cara mengekstraksi biomassa Chlorella sp. menggunakan pelarut n-heksan.

3.5. Pelaksanaan Penelitian 3.5.1. Penelitian pendahuluan

Penelitian pendahuluan bertujuan untuk mempelajari kinerja fotobioraektor, mempersiapkan alga yang akan digunakan pada penelitian utama, serta mencoba untuk mengekstraksi minyak alga. Penelitian pendahuluan dimulai dengan menyiapkan peralatan dan sterilisasi alat fotobioreaktor serta menyiapkan inokulan alga. Kegiatan berikutnya adalah melakukan pemasangan alat fotobioreaktor di lapangan yang terkena cahaya matahari secara langsung. Selanjutnya dilakukan pengujian kebocoran alat. Setelah pemasangan dan pengujian kebocoran selesai, inokulan alga yang telah disiapkan dimasukkan ke fotobioreaktor, kemudian dilakukan pengukuran konsentrasi gas CO2, penghitungan kelimpahan sel Chlorella sp., dan kandungan minyak alga (pada akhir sampling). Pada tahap ini dicobakan beberapa metode penentuan kandungan minyak alga, yaitu metode soxhlet dan metode Folch (1957).

3.5.2. Penelitian Utama

Penelitian utama menggunakan Rancangan Acak Kelompok. Perlakuan yang digunakan adalah perbedaan volume udara yang diinjeksikan (flowrate) ke reaktor dan rancangan reaktor. Perlakuan tersebut adalah pemberian flowrate 2 L/menit pada MTAP (perlakuan 1), pemberian flowrate 1,5 L/menit pada MTAP (perlakuan 2), pemberian flowrate 1 L/menit pada MTAP (perlakuan 3), dan pemberian

(32)

15

adalah perbedaan waktu pengukuran, yaitu pagi (a), siang (b), dan sore (c) hari. Selanjutnya, terhadap masing-masing perlakuan dilakukan pengukuran konsentasi gas input dan output yang masuk dan keluar fotobioreaktor, serta penghitungan kelimpahan fitoplankton tersebut. Pengukuran konsentrasi gas dan penghitungan kelimpahan fitoplankton dilakukan setiap hari selama 11 hari. Pengukuran kandungan minyak alga dilakukan pada hari terakhir sampling dengan cara mengekstraksi biomassa Chlorella sp. dilakukan menggunakan metode Folch (1957) (Furuichi 2010). Metode ini dipilih dengan pertimbangan bahwa pada metode Folch, penguapan minyak alga dari pelarutnya dilakukan pada suhu lebih rendah dibandingkan metode soxhlet. Dengan demikian, diharapkan bahwa komposisi kandungan senyawa minyak dalam sel Chlorella sp. tidak mengalami kerusakan. Di samping itu, kondisi hasil ekstraksi menjadi lebih baik untuk dapat dianalisis komposisi spesifik dari minyak alga tersebut. Pertimbangan yang lain adalah bahwa metode Folch lebih cepat dan lebih hemat listrik dalam penggunaan alat elektronik.

3.6. Pengumpulan data 3.6.1. Konsentrasi gas CO2

Konsentrasi gas CO2 diukur dengan menggunakan gas analyzer Reiken Keiki

RX-515 (dengan rentang pengukuran konsentrasi CO2 antara 0-20%). Konsentrasi gas yang diukur adalah gas input yang dipompa dengan menggunakan pompa udara dari cerobong asap pabrik ke fotobioreaktor serta gas output yang keluar dari fotobioreaktor pada pagi (09.00), siang (12.00), dan sore (15.00) selama 11 hari.

3.6.2. Kelimpahan fitoplankton

Kelimpahan fitoplankton dihitung dengan menggunakan haemocytometer. Berikut adalah gambar haemocytometer di bawah mikroskop (Gambar 5).

(33)

Gambar 5. Hemocytometer Improved Neubauer (Sumber : Vineeth 2008)

3.6.3. Ekstraksi Mnyak Alga

Ekstraksi dilakukan dengan metode Folch (1957) mengunakan larutan khloroform, metanol, dan akuades dengan prinsip bahwa minyak dalam biomassa alga akan larut dalam kloroform. Tahap ekstraksi dapat dilihat pada Lampiran 3.

3.7. Analisis data

3.7.1. Konsentrasi gas CO2

Analisis jumlah CO2 yang diserap dihitung dari selisih konsentrasi gas CO2 yang diinjeksi ke reaktor dan yang keluar reaktor. Perhitungan konsentrasi CO2 yang diserap adalah:

Cs = Cin - Cout Keterangan :

Cs = CO2 yang terserap sistem Cin =CO2 yang masuk ke sistem Cout =CO2 yang keluar dari sistem

Massa CO2 (contoh perhitungan pada lampiran 7) dihitung dengan hukum gas ideal yang berasal dari tiga hukum gas ( Boyle, Charles, dan Avogadro) (Takeuchi 2008). Rumus persamaan gas ideal yaitu :

P. V = n. R. T 2 CO C Mr M n _P T R Mr M V CO C 2

(34)

17 T R Mr V P MC CO CO 2 2 Waktu V Q V = Q x t VCO2 = %CO2 x V Keterangan : P = Tekanan (atm)

V = Volume gas yang diinjeksi (L) VCO2 = Volume CO2

MC = Massa Karbon

MrCO2 = Molekul relatif CO2 = 44 R = 0,082 atm/LK

T = suhu (0K), x0C = (x + 273)0K

3.7.2. Kelimpahan Chlorella sp.

Kelimpahan Chlorella dihitung secara manual dengan menggunakan

haemocytometer. Rumus yang digunakan untuk perhitungan kelimpahan sel

fitoplankton adalah sebagai berikut (Setiawan 2009) : a. Untuk kepadatan rendah

Fitoplankton yang dihitung adalah fitoplankton yang berada di dalam kotak besar (A, B, C, D, dan E) dan yang menyentuh garis batas kotak besar tersebut. Kepadatan fitoplakton per mL kemudian dihitung menggunakan rumus berikut (Gambar 6).

N (ind/ml) = ((kepadatan kotak A+B+C+D+E)/5) x 104 b. Untuk kepadatan tinggi

Fitoplankton yang dihitung adalah fitoplankton yang berada di dalam kotak kecil (a, b, c, d, dan e) dan yang menyentuh garis batas kotak kecil tersebut. Kepadatan fitoplakton per mL kemudian dihitung menggunakan rumus berikut (Gambar 7)

(35)

Gambar 6. Perhitungan Kelimpahan Fitoplankton pada Haemocytometer untuk kepadatan rendah (Sumber : Vineeth 2008)

Gambar 7. Perhitungan Kelimpahan Fitoplankton pada Haemocytometer untuk kepadatan tinggi (Sumber : Vineeth 2008)

3.7.3. Ekstraksi minyak alga

Penghitungan kandungan minyak alga menggunakan rumus :

Keterangan :

BK = Berat kering alga BM = Berat minyak alga

3.7.4. Analisis statistik

Data dianalisis menggunakan analisis ragam dari rancangan acak kelompok untuk mengetahui perbedaan tingkat penyerapan karbon oleh Chlrella sp. pada tiap perlakuan dan waktu pengukuran. Kemudian dilakukan uji lanjut dengan uji beda nyata terkecil (Uji BNT) untuk mengetahui perbedaan antarperlakuan dan

Kandungan Minyak % = BM BK X 100 %

C

A

B

D

E

a b e d c

(36)

19

antarwaktu pengamatan.

Hipotesis perlakuan rancangan yang digunakan adalah

H0 : τ1 = τ2 = τ3 = τ4 = 0 atau perbedaan perlakuan tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh Chlorella sp. H1 : minimal ada perlakuan ke-i yang ≠ 0, i = 1, 2, 3, dan 4. atau minimal ada satu

perlakuan ke-i yang memberikan pengaruh berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh Chlorella sp.

Hipotesis kelompok rancangan yang digunakan adalah

H0 : τa = τb = τc = 0 atau perbedaan kelompok tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh fitoplankton

H1 : minimal ada perlakuan ke-i yang ≠ 0 i = a, b, dan c. atau minimal ada satu kelompok ke-i yang memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh fitoplankton

(37)

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil

4.1.1. Konsentrasi gas CO2

a. Persentase input CO2

Selain CO2, gas buang pabrik juga mengandung CH4, uap air, SO3, SO2, dan lain-lain (Lampiran 4). Gas buang karbondoksida (CO2) yang dihasilkan oleh kegiatan pabrik berbeda-beda setiap hari. Hal ini dikarenakan jumlah aktivitas yang berbeda-beda setiap hari. Berikut adalah persentase gas CO2 buangan pabrik yang dimasukkan ke fotobioreaktor (Gambar 8).

0 2 4 6 8 10 12 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 H ari peng amatan ke

-% C O2

P ag i S iang S ore

Gambar 8. Persentase konsentrasi gas CO2 buangan pabrik yang masuk ke fotobioreaktor

Berdasarkan Gambar 8, kisaran nilai persentase gas CO2 buangan pabrik yang dimasukkan ke reaktor berkisar antara 8,2–11,4% CO2 (Lampiran 5). Nilai presentase pada hari ke-4 tidak ada karena pada hari ke-4, mesin pompa udara tidak berfungsi, sehingga tidak dapat menghisap gas dari cerobong pabrik dan memasukkannya ke reaktor.

(38)

21

b. Penyerapan gas CO2

Tingkat penyerapan gas CO2 oleh alga dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu cahaya, nutrien, dan CO2. Gambar 9-12 menunjukkan penyerapan gas CO2 setiap reaktor pada pagi, siang, dan sore hari. Penyerapan tersebut merupakan selisih dari konsentrasi gas input dengan output pada sistem (Lampiran 6).

0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 H ari P eng amatan

ke-% C O2

Gambar 9. Penyerapan gas CO2 perlakuan 1

Berdasarkan Gambar 9, didapatkan tingkat penyerapan karbon pada pagi hari yang terendah adalah 0,2% CO2 dan tertinggi 2,8% CO2. Pada siang hari yang terendah adalah 0,4% CO2 dan tertinggi 4,9% CO2. Pada sore hari yang terendah adalah 1,1% CO2 dan tertinggi 3,1% CO2.

0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11

H ari P eng amatan ke-% C O2

Berdasarkan Gambar 10, didapatkan tingkat penyerapan karbon pada pagi hari yang terendah adalah 0,2% CO2 dan tertinggi 4,3% CO2. Pada siang hari yang

% CO2

(39)

terendah adalah 0,6% CO2 dan tertinggi 5,8% CO2. Pada sore hari yang terendah adalah 1,2% CO2 dan tertinggi 4,3% CO2.

0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11

H ari P eng amatan ke-% C O2

0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11

Hari Pengamatan ke- % CO 2 Pagi Siang Sore % CO2 % CO2

(40)

23

c. Massa CO2 yang diserap alga

Massa CO2 yang diserap dapat dihitung dengan rumus persamaan gas ideal. Dari hasil perhitungan diperoleh hasil sebagai berikut (Gambar 13).

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1 2 3 4 P erlakuan g r /L /hari P ag i S iang S ore

Gambar 13. Massa CO2 yang diserap

Berdasarkan Gambar 13 didapatkan rata-rata massa CO2 yang diserap (Lampiran 6) untuk perlakuan 1 adalah 0,789-1,054 gr/L/hari. Massa yang diserap oleh perlakuan 2 adalah 0,865-1,126 gr/L/hari. Massa yang diserap oleh perlakuan 3 adalah 0,805-1,035 gr/L/hari. Dan massa yang diserap oleh perlakuan 4 adalah 0,291-0,353 gr/L/hari.

4.1.2. Kelimpahan fitoplankton

Pada dasarnya, pertumbuhan alga pada perairan alami dapat berbentuk kurva sigmoid, yaitu terjadi pertumbuhan yang cepat pada awal pertumbuhan dan akhirnya konstan setelah stabil. Gambar 14 sampai Gambar 17 menunjukkan kurva kelimpahan Chlorella sp. (Lampiran 8) pada fotobioreaktor yang berbentuk parabola. Hal ini disebabkan pemberian nutrient hanya dilakukan pada awal pemasukkan Chlorella ke reaktor. `

(41)

Gambar 14. Kelimpahan Chlorella sp. pada perlakuan 1

Berdasarkan Gambar 14, didapat bahwa kelimpahan plankton mecapai lebih dari 5 juta individu per liter. Puncak pertumbuhan terjadi pada hari ke-5 sampai hari ke-7. Kemudian kelimpahan alga berkurang lagi sampai hari ke-11.

Berdasarkan Gambar 15, didapat bahwa kelimpahan plankton mecapai lebih dari 7 juta individu per liter. Puncak pertumbuhan dilihat dari puncak kurva terjadi pada hari ke-7. Kemudian kelimpahan alga berkurang lagi sampai hari ke-11

(42)

25

Waktu penggandaan dari alga tersebut berbeda-beda tiap perlakuan. Pada perlakuan 1 nilai doubling timenya sebesar 1,401; perlakuan 2 sebesar 0,786; perlakuan 3 sebesar 0,858; dan perlakuan 4 sebesar 0,690. Waktu kematian pada tiap perlakuan hampir sama yaitu pada hari ke 7.

(43)

4.1.3. Grafik kelimpahan Chlorella sp. dengan penyerapan CO2

Chlorella sp. menyerap CO2 dalam proses fotosintesis untuk pertumbuhannya. Berdasarkan gambar penyerapan CO2 (Gambar 9-12) dan gambar kelimpahan fitoplankton (Gambar 14-17), dapat digabungkan untuk melihat hubungan keduanya. Berikut adalah gambar kurva penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton (Gambar 18-20).

a. b.

c. d.

Gambar 18. Grafik Kelimpahan Fitoplankton dan Penyerapan CO2 Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada pagi hari

(44)

27

a. b.

c. d.

Gambar 19. Grafik Kelimpahan Fitoplankton dan Penyerapan CO2 Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada siang hari

a. b.

c. d.

Gambar 20. Grafik Kelimpahan Fitoplankton dan Penyerapan CO2 Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada sore hari

(45)

4.1.4. Kandungan bahan organik dalam biomassa Chlorella sp.

Biomassa alga mengandung tiga komponen utama, yaitu karbohidarat, protein, dan minyak alami. Dari hasil analisis laboratorium, Chlorella sp. memiliki kandungan nutrisi sebagai berikut (Gambar 21).

Gambar 21. Kandungan Bahan Organik dalam Biomassa Chlorella sp.

Berdasakan hasil analisis laboratorium, Chlorella sp. memiliki kandungan kadar abu lebih kurang 0,41%, protein lebih kurang 49,39%, minyak alga lebih kurang 48,17%, dan karbohidrat lebih kurang 2,03% dari berat keringnya.

4.2. Pembahasan

Berdasarkan Gambar 8, persentase gas CO2 yang masuk ke reaktor berbeda-beda tiap harinya. Hal ini dikarenakan jumlah aktivitas pabrik tiap hari berberbeda-beda. Pada hari ke-5 terjadi peningkatan CO2 dari hari sebelumnya. Peningkatan tersebut dikarenakan adanya peningkatan aktivitas parbik. Semakin banyak aktivitas produksi yang memerlukan energi dari pembakaran bahan bakar, semakin banyak pula CO2 yang dikeluarkan oleh pabrik. Pada hari ke-4, mesin pompa udara tidak berfungsi karena listrik padam. Suplai CO2 ke reaktor tidak berjalan, sehingga data hasil pengamatan tidak memadai dan tidak dapat digunakan.

Dari hasil percobaan, terdapat perbedan tingkat penyerapan karbon antarperlakuan oleh Chlorela. Berdasarkan Gambar 9 sampai Gambar 12 yang telah disajikan, tingkat peyerapan karbon yang paling tinggi adalah pada perlakuan

(46)

29

3, dan paling rendah pada perlakuan 4. Hal ini dikarenakan Chlorella sp. pada perlakuan 3 (yang dialiri volume 1 L/menit) lebih efisien dan lebih banyak mendapat kesempatan untuk menyerap karbon. Pada perlakuan 1 dan 2 yang dialiri volume udara 2 L/menit dan 1,5 L/menit, Chlorella sp. kurang efisien dalam melakukan proses tersebut. Pada kedua perlakuan tersebut lebih banyak gas karbon yang masuk dan memiliki aliran yang terlalu cepat untuk dapat diserap

Chlorella sp., sehingga pada gas output masih banyak karbon yang tidak digunakan

secara efektif.

Pada perlakuan 4 yang dialiri volume udara 1 L/menit, memiliki serapan yang rendah. Hal ini dikarenakan ukuran diameter reaktor yang lebih besar daripada perlakuan 1, 2, dan 3. Ukuran reaktor mempengaruhi proses fotosintes. Pada saat

Chlorella di reaktor sudah padat , intensitas cahaya pada bagian dalam reaktor

semakin berkurang karena terhalang oleh biomassa Chlorella. Hal ini dapat dilihat dari gelembung udara pada reaktor tidak terlihat. Dengan semakin berkurangnya intensitas cahaya pada bagian tengah tersebut, terjadi proses respirasi sehingga dihasilkan output karbon yang lebih besar dibandingkan dengan perlakuan 3 yang dialirkan volume udara yang sama. Output karbon tersebut berasal dari input karbon yang tidak terpakai dan karbon hasil respirasi.

Selain adanya perbedaan tingkat penyerapan karbon oleh tiap perlakuan, terdapat pula perbedaan tingkat penyerapan karbon berdasarkan waktu. Hal ini dikarenakan intensitas cahaya yang berbeda antara pagi, siang dan sore. Intensitas cahaya pada siang hari lebih tinggi dibandingkan dengan pagi dan sore hari. Selain itu, penyerapan pada sore hari lebih tinggi karena kebutuhan untuk fotosintesis masih tinggi dari siang menuju sore hari. Sedangkan pada pagi hari, jumlah output karbon lebih tinggi karena pada malam hari Chlorella tidak berfotosintesis melainkan berespirasi sehingga pada pagi hari banyak karbon hasil respirasi.

Dari hasil uji beda nyata terkecil (Uji BNT) (Lampiran 9), terbukti bahwa setiap perlakuan memberikan hasil yang berbeda nyata terhadap penyerapan CO2. Rata-rata serapan yang paling tinggi terjadi pada perlakuan 3 dengan volume udara input sebesar 1 L/menit. Uji BNT pada kelompok menunjukkan bahwa pada pagi hari

(47)

tidak berbeda nyata dengan sore hari dan pada siang hari tidak berbeda nyata dengan sore hari. Namun, pada pagi hari berbeda nyata dengan siang hari. Nilai serapan CO2 paling tinggi ditunjukkan pada siang hari dan sore hari. Uji lanjut juga dilakukan untuk mengetahui perbedaan massa CO2 yang diserap. Uji BNT menunjukkan bahwa perlakuan 1, 2, dan 3, tidak memiliki perbedaan yang nyata, sedangkan perlakuan 4 berbeda nyata terhadap ketiga perlakuan tersebut (lampiran 9)

Dari Gambar 9 sampai Gambar 12, penyerapan paling tinggi terjadi pada hari-hari awal pertumbuhan fitoplankton. Pada awalnya, penyerapan CO2 meningkat. Kemudian penyerapan CO2 mulai menurun setelah pengamatan pertengahan, dan menurun lagi sampai akhir pengamatan. Hal ini berkaitan dengan konsumsi CO2 oleh fitoplankton yang besar di masa awal pertumbuhan sehingga lebih banyak CO2 yang diserap untuk fotosintesis dan untuk pertumbuhannya. Penyerapan karbon meningkat pada awal sampai hari ke 3 sampai ke 6. Begitu pula dengan pertumbuhan alga yang meningkat pada awal dan mencapai puncaknya pada hari ke 5-8 (Gambar 14-17). Pada masa awal pertumbuhan, Chlorella membutuhkan lebih banyak karbon untuk pertumbuhan. Kelimpahan Chlorella pada awal cenderung meningkat sampai puncaknya pada pengamatan ke 5-8. Setelah kepadatan tinggi, penyerapan karbon menurun karena intensitas cahaya matahari yang tembus berkurang ke semua bagian reaktor terutama pada bagian tengah reaktor, sehingga terjadi proses respirasi. Penurunan penyerapan karbon sampai akhir juga dikarenakan penurunan kelimpahan Chlorella. Penurunan kelimpahan ini dikarenakan nutrien pada media juga semakin berkurang dan habis setelah digunakan untuk fotosintesis sehingga Chlorella tidak dapat berkembangbiak dan tidak dapat menyerap karbon.

Berdasarkan Gambar 14 sampai Gambar 17, dapat dilihat bahwa terdapat perbedaan kelimpahan Chlorella pada tiap perlakuan. Kelimpahan pada perlakuan 3 menunjukkan nilai paling tinggi dan yang terendah adalah perlakuan 1. Nilai waktu penggandaan dari alga tersebut juga berbeda-beda. Nilai waktu pengandaan tiap perlakuan mulai dari yang terkecil adalah perlakuan 4, perlakuan 2, perlakuan

(48)

31

3, dan perlakuan 1. Meskipun waktu penggandaan perlakuan 4 lebih kecil, hasil biomassanya tidak jauh berbeda dengan perlakuan 3. Hal ini berkaitan dengan perlakuan yang diberikan seperti yang telah dijelaskan di atas. Waktu kematian berkisar pada hari ke-7. Hal ini dapat dilihat dari grafik yang mulai menurun pada hari ke-7 setelah puncak pertumbuhan pada hari ke-6.

Pada gambar kurva penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton (Gambar 18-20) dapat dilihat menunjukkan pola yang hampir sama yaitu parabola. Hubungan antara kelimpahan dengan penyerapan CO2 berdasarkan hasil regresi nilai R2 pada semua perlakuan dan waktu menunjukkan hubungan yang kurang erat (Gambar 22-24). Menurut Walpole (1990), bila koefisien korelasi mendekati nilai 1, maka hubungan antar kedua peubah tersebut kuat. Bila koefisien korelasi menekati nilai 0, maka hubungan antar kedua peubah tersebut kurang erat atau bahkan tidak memiliki hubungan. Nilai hubungan antar konsentrasi penyerapan CO2 dengan kelimpahan dapat dilihat pada Gambar 22-24. Nilai koefisien korelasi antara kelimpahan fitoplankton dengan penyerapan CO2 pada pagi hari (Gambar 22) berkisar antara 0,198-0,542, artinya hubungan kelimpahan fitoplankton memberikan pengaruh sebesar 19,8-54,2 % terhadap penyerapan CO2. Nilai koefisien korelasi antara kelimpahan fitoplankton dengan penyerapan CO2 pada siang hari (Gambar 23) berkisar antara 0,101-0,54, artinya hubungan kelimpahan fitoplankton memberikan pengaruh sebesar 10,1-54,0 % terhadap penyerapan CO2. Nilai koefisien korelasi antara kelimpahan fitoplankton dengan penyerapan CO2 pada sore hari (Gambar 24) berkisar antara 0,104-0,697, artinya hubungan kelimpahan fitoplankton memberikan pengaruh sebesar 19,8-54,2 % terhadap penyerapan CO2.

(49)

a. b.

c. d.

Gambar 22. Nilai koefisies regresi antara penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada pagi hari

Gambar 23. Nilai koefisies regresi antara penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (d) pada siang hari

(50)

33

Gambar 24. Nilai koefisies regresi antara penyerapan CO2 dan kelimpahan fitoplankton Perlakuan 1 (a), Perlakuan 2 (b), Perlakuan 3 (c), dan Perlakuan 4 (c) pada sore hari

Meskipun hubungan yang ditunjukkan oleh Gambar 22-24 kurang erat, namun, hubungan antara kelimpahan dengan penyerapan CO2 menunjukkan pola yang positif, yaitu semakin banyak kelimpahan, maka semakin banyak pula karbon yang diserap oleh Chlorella sp.

Berdasakan hasil analisis laboratorium, Chlorella sp. memiliki kandungan protein lebih kurang 49,39% dan minyak lebih kurang 48,17% dari berat keringnya. Hal ini menunjukkan bahwa Chlorella memiliki potensi yang cukup tinggi untuk dimanfaatkan minyak alganya karena hampir setengah berat keringnya merupakan minyak nabati. Potensi Chlorella untuk menghasilkan minyak ini didukung oleh produksi biomassanya yang sangat tinggi yaitu dapat berkembangbiak dari satu sel menjadi 4 sel baru dan dalam 24 jam 1 sel dapat tumbuh menjadi 10 ribu individu. Dengan pertumbuhan yang cepat tersebut, maka produksi minyak dari Chlorella juga cepat.

Fotobioreaktor, selain sebagai wadah kultur fitoplankton, dapat diaplikasikan sebagai penyerap karbon dalam upaya untuk mengurangi

(51)

pembuangan CO2 ke udara dari hasil kegiatan industri seperti yang telah dilakukan dalam penelitian ini. Tingkat penyerapan karbon oleh alga jenis Chlorella sp. berkisar antara 0,2%-5,8% dari rata-rata 8-11% konsentrasi CO2 hasil buangan industri dengan flowrate ke reaktor 1–2 L/menit. Tingkat penyerapan paling tinggi ditunjukkan oleh perlakuan 3 yang diinjeksikan volume udara 1 L/menit dan yang paling rendah yaitu perlakuan 4 yang diinjeksikan udara 1 L/menit namun berbeda rancangan reaktornya. Perbedaan waktu memberikan pengaruh yang berbeda terhadap penyerapan karbon. Pada siang hari penyerapan lebih tinggi dibandingkan pada sore dan pagi hari. Hal in berkaitan dengan aktivitas fotosintesis yang dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari.

Efisiensi penyerapan karbon ini perlu ditingkatkan lagi agar kandungan karbon dari hasil buangan industri semakin kecil. Dari hasil yang telah diperoleh, menunjukkan bahwa reaktor tipe MTAP lebih banyak menyerap karbon. Untuk meningkatkan efisiensi penyerapan karbon dapat dilakukan dengan memperbesar skala ukuran fotobioreaktor tipe MTAP dengan memperbanyak tabung dan memperpanjang tabung reaktor. Dengan penambahan tersebut, maka lebih banyak ruang untuk meningkatkan biomassa alga yang digunakan sehingga kebutuhan karbon akan lebih banyak dan gas karbon hasil buangan industri semakin berkurang. Selain itu efisiensi juga dapat dilakukan dengan pemanenan alga sehingga alga yang digunakan akan berada pada fase pertumbuhan yang optimal dimana pada pertumbuhan tersebut banyak membutuhkan karbondioksida untuk fotosintesis dan pertumbuhannya.

Banyak alga yang berpotensi juga untuk diambil minyaknya. Berikut adalah persentase kadungan minyak berdasarkan berat kering dari beberapa jenis alga:

Botryococcus braunii memiliki kandungan minyak 25–75%, Crypthecodinium cohnii

20%, Cylindrotheca sp. 16–37%, Dunaliella primolecta 23%, Isochrysis sp. 25–33%,

Monallanthus salina 20%, Nannochloris sp. 20–35%, Nannochloropsis sp. 31–68 %, Neochloris oleoabundans 35–54 %, Nitzschia sp. 45–47 %, Phaeodactylum tricornutum 20–30 %, Schizochytrium sp. 50–77 %, dan Tetraselmis sueica 15–23 %

(52)

35

lebih kurang 48,17% dari berat keringnya termasuk cukup tinggi bila dibandingkan dengan alga lain walaupun ada alga yang memiliki kandungan minyak yang lebih besar.

Chlorella sp. dapat diaplikasikan untuk mengurangi kadar CO2 di udara yang pada saat sekarang ini merupakan masalah global. Tingkat penyerapan CO2 oleh

Chlorella sp. mencapai 5,8% CO2 dari 8-11% CO2 buangan pabrik, menunjukkan bahwa lebih dari setengah kadar CO2 yang dibuang pabrik dapat direduksi. Dengan demikian, laju peningkatan kadar CO2 dapat dikurangi. Selain untuk asimilasi karbon, Chlorella sp. juga dapat dimanfaatkan untuk dijadikan biodiesel. Dimana hampir setengah dari biomassa keringnya merupakan minyak alga. Dari proses kultur Chlorella sp. dengan fotobioreaktor, didapatkan hasil biomassa sampai 8 juta ind/ml dengan dengan rentang kultur 5-7 hari. Dengan demikian waktu yang baik untuk pemanenanyaitu pada hari ke 5-7 karena setelah hari ke-7 biomassa akan berkurang. Selain untuk biodiesel, biomassa Chlorella sp juga dapat dimanfaatkan untuk pakan alami ikan, untuk keperluan kosmetik, dan bahkan untuk suplemen bagi manusia karena memiliki kandungan nutrisi yang tinggi.

(53)

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Fotobioreaktor, selain sebagai wadah kultur fitoplankton, dapat diaplikasikan sebagai penyerap karbon dalam upaya untuk mengurangi pembuangan CO2 ke udara dari hasil kegiatan industri. Tingkat penyerapan karbon oleh alga jenis Chlorella sp. berkisar antara 0,2%-5,8% dari rata-rata 8-11% konsentrasi CO2 hasil buangan industri,menunjukkan bahwa lebih dari setengah kadar CO2 yang dibuang pabrik dapat direduksi. Tingkat penyerapan paling tinggi ditunjukkan oleh perlakuan 3 yang diinjeksikan volume udara 1 L/menit dan yang paling rendah yaitu perlakuan 4 yang diinjeksikan udara 1 L/menit namun berbeda rancangan reaktornya. Selain untuk asimilasi karbon, Chlorella sp. juga dapat dimanfaatkan untuk dijadikan biodiesel karena hampir setengah dari biomassa keringnya merupakan minyak alga. Kandungan minyak Chlorella sp. hasil penelitian ini adalah lebih kurang 48,17% dari berat keringnya. Selain kandungan minyak,

Chlorella sp. juga memiliki kandungan protein yang tinggi yaitu lebih kurang 49,39

% dari berat keringnya.

5.2. Saran

Pada penelitian dibidang yang sama disarankan menggunakan raektor MTAP dengan volume udara yang diinjeksikan ke reaktor sebesar 1L/menit. Selain itu, disarankan pula menggunakan spesies lain untuk mengkaji nilai serapan karbon oleh berbagai spesies.