i
]BIOFIKSASI CO
2OLEH MIKROALGA Chlamydomonas sp
UNTUK PEMURNIAN BIOGAS
TESIS
Untuk memenuhi persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-2
Magister Teknik Kimia
Rufaida Nur Rostika
L4C009012
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
ii TESIS
BIOFIKSASI CO2 OLEH MIKROALGA Chlamydomonas sp UNTUK
PEMURNIAN BIOGAS
Disusun oleh
Rufaida Nur Rostika L4C009012
telah dipertahankan di depan Tim Penguji pada tanggal September 2011 dan dinyatakan telah memenuhi syarat untuk diterima
Menyetujui,
Ketua Penguji Pembimbing Pertama
__________________ __________________ NIP. NIP. Anggota Penguji (1) __________________ Pembimbing Kedua NIP. Anggota Penguji (2) __________________ NIP. __________________ NIP. Mengetahui
Pembantu Dekan I Fakultas Teknik
________________________ NIP.
iii 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
iv ABSTRAK
. Mikroalga Chlamydomonas sp memiliki potensi dalam membiofiksasi
CO2 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 28oC, tekanan atmosferik dan lampu TL 20 W sebanyak 4 buah.
Perlakuan variasi laju alir dan konsentrasi gas CO2 pada kultur Chlamydomonas sp menunjukkan hasil akhir produksi biomassa dan laju biofiksasi CO2 yang
berbeda. Produksi biomassa pada konsentrasi gas CO2 40% volume menghasilkan
5,685 (g/dm3) / hari sedangkan pada konsentrasi gas CO2 10% volume
menghasilkan 4,892 (g/dm3) / hari. Penyerapan gas CO2 oleh mikroalga paling
besar terjadi pada konsentrasi 40% volume yaitu sebesar 26,35%. Laju
pertumbuhan dan produktivitas mikroalga cenderung naik pada konsentrasi CO2
10% volume dan 20% volume namun mulai konstan pada konsentrasi CO2 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 CO2, biogas
ABSTRACT
Microalgae Chlamydomonas sp have a potential to biofix CO2 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 28oC, atmospheric pressure and 4 pieces 20 W TL lamps. Treatment variations of flow rate and gas
concentration of CO2 in Chlamydomonas sp culture show different results in
biomass production and CO2 biofixation rates. Biomass production on the
concentration of CO2 in 10% vol and 40% vol is 4.892 g/dm3 / day and 5.685
g/dm3 / day, respectively. The greatest absorption of CO2 occurs at a
concentration of 40% vol amounting to 26,35 %. The rate of growth and
productivity of microalgae tend to rise in CO2 concentration of 10% vol and 20%
vol, but remain a constant at CO2 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, pH-correct and light that can help the growth of microalgae biomass production becomes so high.
v 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 CO2 dan
H2S 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 CO2 di biogas sehingga dapat digunakan
sebagai metode alternatif pada penyerapan gas CO2 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.
vi 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 1 1.2 Perumusan Masalah 4 1.3 Tujuan Penelitian 5 1.4 Manfaat Penelitian 5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biogas 7 2.2 Komposisi Biogas 8 2.3 Reaktor Biogas 10 2.4 Mikroalga 12 2.5 Klasifikasi Mikroalga 14 2.6 Sifat Mikroalga 16 2.7 Calvin Cycle 17
2.8 CCM (CO2 Concentrating Mechanism) 18
2.9 Biofiksasi CO2 19
2.10 Kultivasi Mikroalga dalam Photobioreactor 20
2.11 Mekanisme Absorbsi CO2 24
III. METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Percobaan 26
vii
3.3 Prosedur Penelitian 29
3.4 Time Table Penelitian 35
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Efek Laju Pembebanan Gas CO2 terhadap Growth Rate 36
4.2 Efek Konsentrasi Gas CO2 terhadap Produksi Biomassa 37
4.3 Efek Laju Pembebanan terhadap Growth Rate dan Produktivitas 39
4.4 Pengaruh Penambahan Nutrient terhadap Pertumbuhan Mikroalga 40
4.5 Pengaruh Pencahayaan terhadap Pembentukan Biomassa 41
4.6 Kemampuan Biofiksasi CO2 oleh Mikroalga 42
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 45
5.2 Saran 45
VI. RINGKASAN 47
DAFTAR PUSTAKA 51
viii DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kandungan Gas CH4 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 CO2 yang terserap oleh mikroalga pada laju alir gas CO2 0,07 l/lmin 42
ix DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Konversi Biogas 8
Gambar 2.2 Hubungan Kandungan CH4 dengan Nilai Kalor 9
Gambar 2.3 Jenis-jenis Biodigester 11
Gambar 2.4 Sel Mikroalga 13
Gambar 2.5 Calvin Cycle Process 17
Gambar 2.6 Kurva Evenwicht CO2 - HCO3- - CO32+ 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 CO2 bebas 34
Gambar 4.1 Kurva pertumbuhan mikroalga berbagai konsentrasi gas CO2 36
Gambar 4.2 Foto alat penelitian yang telah didesain ulang 37
Gambar 4.3 Kurva produksi biomassa berbagai konsentrasi CO2 38
Gambar 4.4 Kurva perbandingan growth rate dengan produktivitas mikroalga 39
x 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 CO2 62
