OPTIMALISASI PRODUKSI BIODIESEL ALGA DI DANAU UI SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF MASA KINI
BIDANG KEGIATAN:
PKM-GT
Diusulkan oleh:
Ramadhan Dipta Maula /0906638124/2009 Arma Adi Prasetya /1106053735/2011 Ilham Fatkhulhimam /0906638080/2009
UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK
LEMBAR PENGESAHAN
1. Judul Kegiatan : Optimalisasi Produksi Biodiesel Alga di Danau UI Sebagai Energi Alternatif Masa Kini
d. Universitas/Institut/Politeknik : Universitas Indonesia
e. Alamat Rumah dan No Tel./HP : Griya Serdang Indah B4 no. 8, Serang-Banten.
(085285365237)
f. Alamat email : ramadhan.dipta@ui.ac.id 4. Anggota Pelaksana Kegiatan : 3 orang
5. Dosen Pendamping
a. Nama Lengkap dan Gelar : Dr. Ir. A. Herry Cahyana
b. NIDN : 19590705199603.1.002
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur atas rahmat Allah sehingga kami dapat menyelesaikan karya tulis kami tepat waktu. Banyak rintangan yang telah kami lalui untuk menyelesaikan karya tulis ini, tetapi tetap tidak menyurutkan niat yang sudah bulat untuk menyelesaikannya.
Banyak ide yang tercuat mulai dari masalah energi sampai ke masalah lingkungan, dan akhirnya penulis kali ini memilih tema energi dan lingkungan. Tema tersebut dipilih karena di kehidupan sehari-sehari kita sangat bergantung dengan ketersediannya energi seperti bensin dan solar yang penting bagi angkutan umum dan industri. Oleh sebab itu karya tulis ini memberikan suatu metode untuk menghasilkan bahan bakar yang terbarukan juga ramah lingkungan.
Pada karya tulis ini yang kami kedepankan tidak hanya ide konsep sistem namun juga beberapa masalah teknis. Tak ada gading yang tak retak, penulis sadar kesempurnaan masih sangat jauh dari karya tulis ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan masukan berupa kritik dan saran untuk perbaikan karya tulis ini di kemudian hari.
Akhir kata, penulis berharap agar karya tulis ini bermanfaat bagi semua pihak.
Depok, 7 Maret 2013
Penulis
DAFTAR ISI
Lembar Judul --- i
Lembar Pengesahan --- ii
Kata Pengantar --- iii
Daftar Isi --- iv
Daftar Tabel dan Daftar Gambar --- v
Ringkasan --- vi
PENDAHULUAN Perumusan Masalah --- 1
Tujuan dan Manfaat Penulisan --- 2
GAGASAN Kondisi Energi di Indonesia Saat Ini --- 3
Solusi Terdahulu --- 4
Hal-hal yang Harus dioptimalkan untuk Produksi Biodiesel Alga --- 5
Pihak-Pihak yang Terkait --- 9
Langkah-Langkah Strategis untuk Mengaplikasikan Gagasan --- 10
KESIMPULAN Gagasan --- 10
Teknik Implementasi --- 10
Prediksi Hasil --- 10 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Produksi Minyak dari Sumber Tanaman, Luas Tanah, dan persen Lahan untuk dipanen untuk menggantikan Bahan Bakar Transportasi di Amerika Serikat
pada Biodiesel. --- 5
Tabel 2. Jenis kandungan Minyak dan kandungan Asam Lemak pada minyak dari Alga. --- 6
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Danau Kenanga --- 3
Gambar 2. Biodiesel jenis B5 --- 4
Gambar 3. Transesterifikasi dari trigliserida dengan alkohol --- 4
Gambar 4. Produksi biodiesel secara enzimatis --- 4
Gambar 5. Sistem Raceaway Pond --- 7
Gambar 6. Sistem bioreaktor alga digabungkan dengan pembangkit listrik berbahan baku fosil untuk menangkap karbon dioksida dan emisi lain untuk produksi biodiesel. --- 7 Gambar 7. Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan katalis basa hidrotalsit .9
RINGKASAN
Kebutuhan energi dunia kini semakin tinggi. Sumber energi dari fosil kini kian semakin sulit ditemukan. Penemuan sumur minyak pun semakin rendah. Hal ini juga dialami oleh Indonesia. Di sisi lain konsumsi energi yang semakin tinggi mengakibatkan pencemaran lingkungan semakin tinggi. Diperlukan upaya yang menjadi jalan tengah antara usaha pemenuhan konsumsi energi dengan usaha pelestarian lingkungan. Saat ini beberapa danau UI ditumbuhi alga hijau. Hal ini bisa diketahui dari warna permukaan danau yang hijau.
Penulisan ini bertujuan untuk mendapatkan biodiesel dengan harga murah, ramah lingkungan dan efektif sehingga didapatkan harga biodiesel yang kompetitif. Produksi Biodiesel dari alga memiliki potensi sebagai solusi permasalahan ini. Produktifitas alga dalam menghasilkan biodisel bisa sampai 19 kali lipat sawit, karena beberapa faktor. Perlu diketahui alga sangat efektif dalam mengubah nutrisi dan karbon dioksida (CO2) dari air, dengan bantuan sinar matahari hingga menjadi energi. Sebab proses penyerapan nutrisi, CO2 dan sinar matahari pada alga, berlangsung sangat sederhana dan cepat. Dari alga tersebut kita dapat memperoleh lipid yang ditransesterifikasi menjadi biodiesel. Biodiesel berguna sebagai campuran solar. Sehingga konsumsi solar pun dapat berkurang dengan penambahan biodiesel dari alga.
Metode penulisan bersumber data-data sekunder. Studi literatur dari berbagai skripsi, jurnal, artikel di internet, dan buku teks yang berkaitan. Penulis merekomendasikan pemerintah, UI, dan Pertamina mendukung penilitian tentang biodiesel alga, sehingga dapat diterapkan oleh industri nasional. Pada akhirnya, dapat kita simpulkan biodiesel alga dapat menjawab tantangan kebutuhan energi nasional yang kian meningkat setiap tahunnya.
JUDUL PROGRAM
OPTIMALISASI PRODUKSI BIODIESEL ALGA DI DANAU UI SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF MASA KINI
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah
Konsumsi energi Indonesia meningkat dengan pertumbuhan rata-rata 3,09% per tahun dari 2000 sampai 2010. Pemerintah telah menetapkan program pembangunan ekonomi secara tidak biasa (non BAU) yang dijabarkan melalui Program Masterplan Percepatan dan Perluasan Pembangunan Ekonomi Indonesia (MP3EI) yang ditetapkan dalam Perpres 32 tahun 2011.
Motivasi terbesar dari pengembangan energi alternatif, khususnya biodiesel diantaranya, (1) tingginya ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, (2) efek perubahan iklim yang semakin nyata, (3) meningkatnya harga minyak dunia, (4) isu ketahanan dan keamanan energi, (5) Proyeksi pemanfaatan biodiesel (B10) yang menjanjikan pada tahun 2030. (BPPT Outlook Energy 2012).
Grafik 1. Proyeksi Proyeksi total energi final menurut jenis bahan bakar
Grafik 2. Proyeksi pemanfaatan biodiesel (B10) dan bioetanol (E10) skenario dasar dan MP3EI
Tujuan dan Manfaat
Penulisan ini memiliki tujuan untuk:
Optimalisasi produksi biodiesel
Mengetahui potensi biodiesel yang bersumber dari alga
Tercapainya ketahanan energi nasional
Mengurangi pencemaran lingkungan akibat penggunaan bahan bakar fosil Adapun manfaat yang didapat
Dihasilkannya biodiesel sebagai bahan bakar yang lebih ramah lingkungan
Penggunaan alga sebagai bahan dasar dapat mengurangi laju deforestasi hutan akibat dari penggunaan CPO sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel
Penggunaan katalis padatan hidrotalsit dapat menggantikan peran katalis asam dan basa yang tidak ramah lingkungan.
GAGASAN
Kondisi Energi Indonesia Saat Ini
Indonesia sebagai negara kepulauan dengan 2/3 wilayahnya adalah lautan dengan garis pantai terpanjang di dunia, 80.791,42 km (www.energi.lipi.go.id). Indonesia kaya akan sumber daya hayati perairan yang melimpah baik dari jenis maupun jumlah, salah satunya adalah alga. Di UI sendiri juga memiliki potensi alga yang bersumber dari 8 danau alami yang ada. Salah satu indikator yang terlihat bahwa adanya alga di danau UI adalah warna hijau yang tampak dari permukaan danau di UI. Danau-danau di UI merupakan danau yang berfungsi untuk daerah resapan air . Terdapat 6 danau di Kampus UI Depok, antara lain: Danau Kenanga yang berlokasi diantara Gedung Rektorat Balairung dan Masjid UI, dibangun tahun 1992 dengan luas 28.000 m2. Danau Aghatis yang berlokasi diantara FMIPA dan Politeknik Negeri Jakarta dibangun tahun 1995 dengan luas 20.000 m2. Danau Mahoni yang terletak disebelah Utarda dan Selatan Kampus dibatasi oleh jalan utama lingkar selatan (Sebelah timur FIB & PSI, sebelah Barat FE) dan dibangun pada tahun 1996 dengan luas 45.000 m2. Danau Puspa yang berlokasi diantara Danau Ulin dan Danau Mahoni, dibangun pada tahun 1995 dengan luas 20.000 m2. Danau Ulin yang berlokasi diantara Danau Puspa dan Danau Salam, dibangun pada tahun 1998 dengan luas 72.000 m2. Danau Salam, lokasi bersejajar sesuai aliran dari selatan ke utara sebagai bagian rangkaian Danau Ulin dan Danau Puspa, dibangun pada tahun 1998 dengan luas 42.000 m2.
Gambar 1. Danau Kenanga
Saat ini Biodiesel sudah dijual di SPBU Pertamina dengan merek dagang bio solar. Bio Solar adalah bahan bakar campuran untuk mesin diesel yang terdiri dari minyak hayati non fosil ( bio fuel ) – sebesar 5 (lima) persen minyak kelapa sawit atau CPO ( Crude Palm Oil ) yang telah dibentuk menjadi Fatty Acid
Methyl Ester (FAME) dan 95 persen solar murni bersubsidi. Selanjutnya bisa kita sebut B5. Bahan bakar ini secara bertahap akan mengurangi peran solar.
Gambar 2. Biodiesel jenis B5
Solusi Terdahulu
Di Amerika Serikat, sudah dikembangkan biodiesel B10 dan B20. Bahkan ada mesin yang didisain untuk bahan bakar B100. Pada umumnya katalis yang digunakan adalah katalis basa
Gambar 3. Transesterifikasi dari trigliserida dengan alkohol
Untuk hasil yang lebih spesifik dapat digunakan biokatalis seperti lipase, meski harganya masih mahal.
Gambar 4. Produksi biodiesel secara enzimatis
Tanpa teknik imobilisasi enzim, lipase tidak dapat digunakan berulang kali dan aktivitas enzim akan menurun drastis. Merujuk pada Ramachandran Sivaramakrishnan dan Karuppan Muthukumar (2012). “Diperlukan teknik imobilisasi dengan suara ultra sebesar 30 kHz pada lipase agar penggunaan enzim bisa berulang kali. Dan hasilnya aktivitas enzim lipase sedikit menurun setelah lima kali penggunaan.”
Hal-hal yang Harus Dioptimalkan untuk Produksi Biodiesel Alga
Bahan Baku
Sebagai gambaran dari Foragri, dari tiap hektar lahan per tahun, biji lobak akan menghasilkan biodisel 1.000 liter. Dari biji kubis (mustard) 1.300 liter. Biji jarak 1.500 liter. Kelapa 2.200 liter. Dari sawit (CPO = Crude Palm Oil) 5.800 liter, dan dari algae antara 40.000 sd. 120.000 liter.
Tabel 1. Produksi Minyak dari Sumber Tanaman, Luas Tanah, dan persen Lahan untuk dipanen untuk menggantikan Bahan Bakar Transportasi di Amerika Serikat pada Biodiesel.
Tabel 2. Jenis kandungan Minyak dan kandungan Asam Lemak pada minyak dari Alga.
.
Berdasarkan tabel di atas, alga dengan potensi minyak terbesar adalah Schizochytrium spp. Dengan kandungan minyak sebesar 77 % berat.
Metode Produksi Alga
Kolam Alir (Raceaway Pond)
Gambar 5. Sistem Raceaway Pond (diadaptasi dari Drapcho dan Bruna, 2006)
Dari segi pembiayaan, raceaway pond lebih murah dibandingkan dengan fotobioreaktor. Namun. Dari segi produktifitas alga yang
dihasilkan masih kalah dengan fotobioreaktor. Fotobioreaktor
Gambar 6. Sistem bioreaktor alga digabungkan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil untuk menangkap karbon dioksida dan emisi lain untuk produksi biodiesel.
Fotobioreaktor ini mampu mengontrol setiap proses yang terjadi sehingga diperoleh biodiesel dalam skala besar. Namun, pembangunan sistem ini akan lebih mahal dibandingkan raceaway pond system. Biarpun begitu, kualitas dari biodiesel yang berkelanjutan harus menjadi pertimbangan. Fotobioreaktor dengan kontrol yang ketat terhadap
lingkungan ternyata lebih baik dibandingkan sistem raceaway pond Bahkan fotobioreaktor cocok dengan exhaust system dari pembangkit listrik tenaga batu bara. Bioreaktor yang lain telah sukses memproduksi lipid alga dengan persen yield lebih dari 50% persen berat.
Katalis
Katalis pada hakikatnya adalah zat yang ditambahkan untuk mempercepat terbentuknya produk. Hal tersebut diakibatkan menurunnya energi aktivasi akibat dari penambahan katalis. Energi aktivasi merupakan jumlah energi yang dibutuhkan bagi reaktan untuk bereaksi. Semakin kecil energi aktivasi, semakin cepat laju reaksi dalam pembentukan produk. Untuk menentukan komposisi asam lemak dari alga, dilakukan proses hidrolisis intuk membebaskan asam lemaknya dari trigliserida yang selanjutnya kita sebut TGA, dan selanjutnya dilakukan proses transesterifikasi. Reaksi transesterifikasi adalah suatu reaksi antara trigliserida dengan alkohol dan dengan katalis, untuk menghasilkan gliserol dan metil ester asam lemak. Faktor yang mempengaruhinya dalah waktu reaksi, suhu, jenis katalis, kecepatan pengadukan dan perbandingan mol reaktan dan katalis. Katalis yang kita gunakan di sini adalah katalis padatan alumina hidrotalsit .
Berdasarkan hasil penelitian Serlie, mahasiswi S1 kimia FMIPA UI dengan judul “Aplikasi Katalis Heterogen Hidrotalsit dalam Pembuatan Metil Ester sebagai alternatif Bahan Bakar Diesel”, didapatkan data bahwa persentase metil ester tertinggi diperoleh pada katalis hidrotalsit dengan berat 2% berat yaitu sebesar 46,40%. Katalis ini digunakan sebagai alternatif katalis yang ramah lingkungan dalam pembuatan metil ester. Pada umumnya pembuatan metil ester membutuhkan katalis asam dan basa. Biasanya menggunakan H2SO4 dan NaOH. Namun, katalis ini tidak ramah lingkungan meski memang harganya yang murah di pasaran. Kelebihan dari katalis heterogen seperti hidrotalsit adalah ramah lingkungan, mudah dipisahkan, tidak korosif di dalam reaktor. Katalis ini tidak perlu dinetralisasi seperti katalis homogen dan dapat digunakan lagi (Di Serio et al., 2008; Kaita et al., 2002; Kawashima et al., 2009; Kovacheva et al.,2001; MacLeod et al., 2008; Madje et al., 2004; Park et al., 2010; Suppes et al., 2004; Waghoo et al., 1999; Xie & Li, 2006; Yan et al., 2008) di dalam Romero et al., 2010).
Katalis hidrotalsit adalah mineral lempung (clay) anionik yang memiliki formula Mg6Al2(OH)16CO3•4H2O. Sebagai material basa katalis ini sering
digunakan sebagai prekursor katalis (Ziegler-Natta), katalis hidrogenasi atau penukar ion, tidak beracun (Boach L., 1996). Keunggulan hidrotalsit lain adalah memiliki oksida-oksida logam esensial dan atom logamnya terdispersi homogen (Pirola B., et al., 2012); (Zhang-Bao Yong, et al., 2008); (Wang Q et al., 2012).
Berikut adalah mekanisme reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa hidrotalsit.
Gambar 7. Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan katalis basa hidrotalsit.
Pihak-Pihak yang Terkait
Guna mempercepat tercapainya ketahanan energi nasional, diperlukan peran serta berbagai pihak. Diantaranya:
1. Pemerintah, Kementrian ESDM, dan Kemenristek 2. Pertamina
3. DRPM Universitas Indonesia
Langkah-Langkah Strategis untuk Mengimplementasikan Gagasan
Beberapa hal yang harus dilakukan adalah:
1. Melakukan riset yang mendalam antara peneliti dengan DRPM UI, Fakultas MIPA, Fakultas Teknik, dan Fakultas Ekonomi. Guna tercapainya penelitian yang matang dan menyeluruh dari berbagai aspek selama 2-3 tahun.
2. Sumber alga dapat diperoleh di danau UI untuk didientifikasi jenisnya. 3. Dari hasil penelitian dibuatlah perencanaan pabrik biodiesel skala kecil
sehingga dapat diteliti dan dicermati efektifitasnya dalam menghasilkan biodiesel.
4. Setelah dinilai bagus dan menguntungkan, pihak UI dapat bekerja sama dengan Pertamina untuk membuat pilot plan dari pabrik biodiesel alga.
KESIMPULAN
Gagasan yang Diajukan
Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa biodiesel dari alga merupakan jawaban dari krisis energi Indonesia. Alga memiliki potensi minyak yang begitu besar. Selain itu, lahan yang digunakan untuk budidaya alga tidak akan bersaing dengan tanaman pangan ataupun hutan. Dan alga dapat mengurangi emisi karbon dari pabrik-pabrik dan kendaraan bermotor. Dengan semakin besarnya penggunaan biodiesel, maka ketergantungan terhadap bahan bakar fosil akan semakin rendah.
Teknik Implementasi yang Akan Dilakukan
Dalam proses implementasi biodiesel alga yang optimal memerlukan teknik yang tepat. Untuk bahan baku biodiesel, kita menggunakan alga. Lebih tepatnya jenis alga Schizochytrium spp .yang memiliki kandungan minyak paling tinggi diantara alga-alga yang lain. Untuk tahap awal, selain mengandalkan alga yang bersumber dari danau UI, peneliti dapat menggunakan metode raceaway pond untuk memperoleh alga. Kemudian dilakukan transesterifikasi terhadap minyak yang telah diekstrak dari alga dengan menggunakan metanol beserta katalis basa hidrotalsit.
Prediksi Hasil yang Akan Diperoleh
Produk yang dihasilkan dengan penggunaan katalis hidrotalsit yang ramah lingkungan adalah biodiesel dengan jumlah 46,40% dari persen berat (Serlie, 2002). Sedangkan dengan penerapan teknologi fotobioreaktor diperoleh lebih dari 50% berat. Biodiesel yang dihasilkan perlu dimurnikan sehingga didapat biodiesel B100. B100 yang dihasilkan sangat berguna untuk campuran dari solar. Seperti
pada biosolar yang termasuk jenis B5. Dengan semakin besarnya produksi B100 ini, akan menstimulus para peneliti untuk meningkatkan jumlah biodiesel dalam campuran solar. Seperti di Amerika yang sudah mampu membuat B20. Bila riset berhasil dan dapat diaplikasikan oleh industri Indonesia, maka peluang tercapainya ketahanan energi akan semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. (2012). Outlook Energy Indonesia 2012. Jakarta: BPPT Press.
Demirbas, Ayhan. (2008). Biodiesel A Realistic Fuel Alternative for Diesel Engines. London: Springer.
Drapco, C.M., Nhuan, N.P., & Walker, T.H. (2008). Biofuels Enginerring Process Technology. United States of America: McGraw-Hill.
Serlie. (2002). Aplikasi Katalis Heterogen Hidrotalsit dalam Pembuatan Metil Ester sebagai Alternatif Bahan Bakar Diesel. Depok.
Sivaramakrishnan, Ramachandran, & Muthukumar,Karuppan. (2012). Production of Methyl Ester from Oedogonium sp. Oil Using Immobilized Isolated Novel Bacillus sp. Lipase. Washington, DC: American Chemical Society
U.S. Departement of Energy. (2011). Biodiesel Basic. Washington DC: Author. http://foragri.wordpress.com/2011/01/12/agroindustri-biodisel-dari-algae, diakses pada tanggal 7 Maret 2013 pukul 05.54
http://www.ui.ac.id/id/campus/page/green-campus, diakses pada tanggal 27 Februari 2013 pukul 20.08 WIB.
gambar
http://makaramas.com/our-activities/profile-universitas-indonesia/, diakses pada tanggal 27 Februari 2013 pukul 13.56 WIB.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
• Nama lengkap : Ramadhan Dipta Maula
• Tempat dan tanggal lahir : Lampung, 28 Maret 1991
• Karya-karya ilmiah yang pernah dibuat : Biogas yang bersumber dari limbah septic tank sebagai sumber energi masyarakat
• Penghargaan-penghargaan ilmiah yang pernah diraih.
• Nama lengkap : Arma Adi Prasetya
• Tempat dan tanggal lahir : Gombong, 29 Juli 1993
• Karya-karya ilmiah yang pernah dibuat : Optimalisasi Cangkang Telur sebagai Bahan Membuat Semen.
• Penghargaan-penghargaan ilmiah yang pernah diraih.
• Nama lengkap : Ilham Fatkhulhimam
• Tempat dan tanggal lahir : Jakarta, 6 Oktober 1991
• Karya-karya ilmiah yang pernah dibuat :
