A.
A. JUDULJUDUL
“PEMANFAATAN
“PEMANFAATAN KANDUNGAN KANDUNGAN KITOSAN KITOSAN PADA PADA LIMBAHLIMBAH CANGKANG KEPITING DI DESA PADELEGAN KABUPATEN CANGKANG KEPITING DI DESA PADELEGAN KABUPATEN
PAMEKASAN DENGAN METODE EKSTRAKSI UNTUK
PAMEKASAN DENGAN METODE EKSTRAKSI UNTUK
MENGHASILKAN ENERGY LISTRIK” MENGHASILKAN ENERGY LISTRIK”
B.
B. LATAR BELAKANG MASALAHLATAR BELAKANG MASALAH
Akhir-akhir ini, teknologi hibrida menarik perhatian banyak orang Akhir-akhir ini, teknologi hibrida menarik perhatian banyak orang utamanya
utamanya para para pemerhati pemerhati lingkungan. lingkungan. Hal Hal ini ini tidak tidak hanya hanya karenakarena penggunaan
penggunaan energi energi alter- alter- natif, natif, tetapi tetapi juga juga karena karena diyakini diyakini bahwabahwa teknologi
teknologi hi- hi- brida brida menjadi menjadi kunci kunci yang yang strategis strategis untuk untuk memenuhimemenuhi standard baku mutu emisi
standard baku mutu emisi gas buang yang ketat. gas buang yang ketat. Sistem penggerak hibridaSistem penggerak hibrida adalah setiap sistem penggerak yang menggunakan kombinasi perangkat adalah setiap sistem penggerak yang menggunakan kombinasi perangkat energi
energi antara antara lain lain mesin mesin pembakaran pembakaran internal, internal, baterai baterai dan dan motor motor listriklistrik untuk
untuk menggerakkan menggerakkan kendaraan kendaraan bermotor. bermotor. Energi listrik Energi listrik yang yang dapatdapat disimpan
disimpan dalam dalam sistem sistem baterai baterai mu mu dah dah dialihkan dialihkan menjadi menjadi bentuk bentuk energienergi lainnya serta ramah lingkungan, sehingga dapat mengurangi polusi akibat lainnya serta ramah lingkungan, sehingga dapat mengurangi polusi akibat lalu lintas jalan.
lalu lintas jalan. Sebagai
Sebagai sumber sumber daya, daya, baterai baterai memainkan memainkan peran peran pen- pen- ting ting dalamdalam sistem
sistem hibrida. hibrida. Sebuah Sebuah baterai baterai kendaraan kendaraan hibrida hibrida seperti seperti umumnyaumumnya baterai
baterai kecuali kecuali dalam hal dalam hal da- pat da- pat diisi diisi ulang ulang dan dan memiliki daya memiliki daya yangyang cukup
cukup untuk untuk menggerakkan menggerakkan kendaraan kendaraan besar besar dan dan berat. berat. Sistem Sistem bat- bat- eraierai yang
yang paling paling umum umum digunakan digunakan dalam dalam kendaraan kendaraan listrik listrik adalah adalah bateraibaterai timbal-asam. Namun,
timbal-asam. Namun, saat ini ada saat ini ada masalah yang masalah yang signifikan pada teknologisignifikan pada teknologi baterai
baterai terse- terse- but, but, diantarnya diantarnya adalah adalah berat, berat, besar, besar, kapasitaskapasitas terbataslambat
terbataslambat dalam dalam pengisian, pengisian, umur umur yang yang pendek pendek dan dan ma- ma- hal: hal: Maka,Maka, studi
studi secara secara intensif intensif sangat sangat penting penting untuk untuk mengembangkan mengembangkan sistemsistem baterai
baterai baru baru guna guna meningkat- meningkat- kan kan kinerja kinerja dan dan mengatasi mengatasi permasalahanpermasalahan tersebut. .
tersebut. .
Di sisi lain,
Di sisi lain, sebagaimana halnya masalah kepa- sebagaimana halnya masalah kepa- datandatan penyimpanan dan
penyimpanan dan umur umur (life (life time), time), dimensi dan keamanan dimensi dan keamanan lingkunganlingkungan juga
sistem bat- erai. Dari sudut pandang ini, teknologi baterai padat menawarkan potensi besar dalam aplikasi untuk sistem kendaraan listrik. Oleh karena itu dalam dekade ter- akhir, kami telah mempelajari sintesis dan karakterisasi elektrolit padat dari kaca.
Elektrolit polimer padat (Solid Polymer Electrolyte, SPE) tersusun atas penggabungan bahan anorganik seperti garam lithium dalam matriks polimer. Bahan- bahan ini menunjukkan konduktivitas ionik lebih
ren-dah dari cairan elektrolit, namun, kurang reaktif de- ngan lithium, sehingga meningkatkan keamanan bat- erai. Bahan-bahan tersebut dapat digunakan sebagai elektrolit, separator, dan atau keduanya. Selain itu, juga menunjukkan pemenuhan dan stabilitas mekanik baik hingga titik leleh, serta kemampuan proses yang sangat baik untuk dibuat lembaran (membran). Polimer yang banyak dipelajari adalah poli (etilena oksida) (PEO) sebagai matriks dengan garam-garam anorganik terlarut di dalamnya. Namun, tingginya tingkat kristal- initas PEO membatasi penggunaannya dalam baterai, dan hanya dapat digunakan pada suhu di atas titik leleh dari fase kristalin, yakni sekitar 60 ◦ C.[7] Dengan demi-kian, perlu dicari alternatif polimer lain sebagai peng- ganti PEO.
Di sisi lain, ramah lingkungan juga merupakan masalah penting dalam Industri baterai Dikatakan bahwa pada tahun 2004, produksi baterai lithium ion di seluruh dunia adalah 700-an juta unit. .
Akibatnya adalah peningkatan sampah teknologi
Kitosan merupakan polimer alami yang diproduksi secara komersial dari proses deasetilasi kitin, yang merupakan elemen struktural dalam exoskeleton krus- tasea (kepiting, udang, dll.) dan dinding sel jamur yang kelimpahan alaminya tidak terbatas. Peman-faatan polimer terbiodegradasi seperti kitosan sebagai elektrolit padat tidak hanya akan membuat ramah ling- kungan tetapi juga memberikan kemampuan pemros- esan yang sangat baik untuk membuat membran, se- hingga dapat dirancang bebas seperti untuk sistem sel baterai berlapis.
Polimer terbiodegradasi memberikan keuntungan yang tinggi dari penguraian secara alami, tetapi menjadi kelema- han besar dalam daya tahan umur (lifetime)-nya . Akan tetapi lifetime dari polimer terbiodegradasi sa- ngat tergantung pada lingkungan, dan sifat dari struk- tur kimia. Jadi dengan pengendalian kondisi ter- baik akan memberikan kinerja material yang optimal. Lebih lanjut masalah lifetime elektrolit polimer ter- biodegradasi juga menjadi salah satu hal menarik untuk dikaji.
Sistem baterai lithium berbasis polimer ter- biodegradasi adalah salah satu kandidat yang men- janjikan untuk generasi depan karena kinerjanya yang tinggi dan murah karena mengunakan sumber daya yang melimpah, dan ramah lingkungan.
Dengan memanfaatkan kandungan chitosan yang terkandung dalam cangkang kepiting tersebut maka secara tidak langsung sudah mengurangi limbah cangkang kepiting yang berserakan di sekitar pabrik yang terdapat di daerah pamekasan.
C. RUMUSAN MASALAH
1. bagaimanakah pengaruh bobot cangkang kepiting terhadap sumber tegangan yang akan di hasilkan dalam jumlah yang sangat besar.?
2. apakah kandungan chitosan dalam cangkang kepiting dapat menghasilkan sumber listrik yang besar?.
D. TUJUAN PROGRAM
1. Mengetahui pengaruh bobot cangkang kepiting terhadap sumber tegangan yang di hasilkan oleh produk cangkang kepiting kabupaten Pamekasan
2. Mengetahui apakah kandungan kitosan pada cangkang kepiting kabupaten Pamekasan dapat menghsilkan listrik yang besar?
E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dalam karya mahasiswa ini berupa laporan seberapa jauh pengaruh kandungan kitosan untuk menghasilkan
listrik yang sangat besar .Selain itu, diharapkan PKM-P ini dapat dilanjutkan sebagai PKM-K dengan mengembangkan proses ekstraksi ini sebagai industri untuk menghasilkan baterai yang berkualitas baik dan ramah lingkungan dari kota Pamekasan. Sehingga, dapat meningkatkan daya saing terhadap produk lain dari luar. Disamping itu juga dapat menjadi sumbangan informasi bagi masyarakat luas khususnya kota Pamekasan mengenai proses ektraksi pada cangkang kepiting.
F. KEGUNAAN PROGRAM
Diharapkan karya mahasiswa ini dapat memanfaatkan proses ekstraksi untuk menghasilkan baterai yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui sehingga didapatkan baterai dengan kualitas baik sifat dekoratif sehingga mempunyai nilai ekonomis yang cukup tinggi.
G. TINJAUAN PUSTAKA Kitosan
Kitosan dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang dapat diperoleh dari deasetilasi kitin. Kitosan juga dijumpai secara alamiah di beberapa organisme. Adapun struktur kitosan:
Proses deasetilasi kitin dapat dilakukan dengan cara kimiawi atau enzimatik. Ternyata penghilangan gugus asetil kitin meningkatkan kelarutannya, sehingga kitosan lebih banyak digunakan daripada kitin, antara lain di industri kertas, pangan, farmasi, fotografi, kosmetika. Selain itu kitosan juga bersifat nontoksik, biokompatibel, dan biodegradabel sehingga aman digunakan.
Perkembangan penggunaan kitosan meningkat pada tahun 1940-an terlebih deng1940-an makin diperluk1940-annya bah1940-an alami oleh berbagai industri sekitar tahun 1970- an. Penggunaan kitosan untuk aplikasi khusus seperti farmasi, kesehatan, bidang industri antara lain industri membran, biokimia, bioteknologi, pangan, pengolahan limbah, kosmetik, agroindustri, industri perkayuan, polimer, dan industri kertas (Sugita, P. 2009).
Sumber Kitosan
Kitosan merupakan senyawa kimia yang berasal dari bahan hayati kitin, suatu senyawa organik yang melimpah di alam ini setelah selulosa. Kitin ini umumnya diperoleh dari kerangka hewan invertebrata dari kelompok Arthopoda sp, Molusca sp, Coelenterata sp, Annelida sp, Nematoda sp, dan beberapa dari kelompok jamur. Selain dari kerangka hewan invertebrate, juga banyak ditemukan pada bagian insang ikan, trachea, dinding usus dan pada kulit cumi-cumi. Sebagai sumber utamanya ialah cangkang Crustaceae sp, yaitu udang, lobster, kepiting, dan hewan yang bercangkang lainnya, terutama asal laut. Sumber ini diutamakan karena bertujuan untuk memberdayakan limbah udang (http://forum.upi.edu/v3/index.php?topic=15647.0).
Dari tabel 2.1 dibawah ini bahwa sumber kitin dan kitosan yang banyak adalah terdapat pada udang-udangan (70%).
Tabel 2.1 Sumber-sumber Kitin dan Kitosan J Kadar Kitosan Jamur / Cendawan 5-20% Cumi-cumi 3-20% Kalajengking 30% Laba-laba 38% Kumbang 35% Ulat sutra 44% Kepiting 69% Udang 70% ( Manurung, M. 2005) Sifat-sifat Kitosan
Kitosan merupakan padatan amorf yang berwarna putih kekuningan. Kelarutan kitosan yang paling baik ialah dalam larutan asam asetat 2%. (Sugita, P. 2009). Kitosan mudah mengalami degradasi secara biologis dan tidak beracun, kationik kuat, flokulan dan koagulan yang baik, mudah membentuk membran atau film serta membentuk gel dengan anion bervalensi ganda. Kitosan tidak larut dalam air, pelarut- pelarut organik, alkali atau asam-asam mineral pada pH diatas 6,5. Kitosan larutdengan cepat dalam asam organik seperti asam formiat, asam sitrat dan asam asetat(Mat,B.Zakaria. 1995).
Kitosan juga sedikit larut dalam HCl dan HNO3 0,5%, H3PO4. Sedangkan dalam H2SO4 tidak larut. Kitosan juga tidak larut dalam beberapa pelarut organik seperti alkohol, aseton, dimetil formida dan dimetil sulfoksida tetapi kitosan larut dengan baik dengan asam formiat berkonsentrasi (0,2-100)% dalam air (Knorr,D.1987). Sifat-sifat kitosan dihubungkan dengan adanya gugus amino dan hidoksil yang terikat. Adanya reaktifitas kimia yang tinggi dan menyumbangkan sifat sifat polielektrolit kation, sehingga dapat berperan sebagai amino pengganti. Perbedaan kandungan amida adalah sebagai patokan untuk menentukan apakah polimer ini dalam bentuk kitin atau kitosan. Kitosan
mengandung gugus amida 60% sebaiknya lebih kecil dari 60% adalah kitin (Harahap,V.U. 1995).
Kitosan larut pada kebanyakan larutan asam organik (Tabel 2.2) pada pH sekitar 4,0, tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5, juga tidak larut dalam pelarut air, alkohol, dan aseton. Dalam asam mineral pekat seperti HCl dan HNO3, kitosan larut pada konsentrasi 0,15-1,1%, tetapi tidak larut pada konsentrasi 10%. Kitosan tidak larut dalam H2SO4 pada berbagai konsentrasi, sedangkan di dalam H3PO4 tidak larut pada konsentrasi 1% sementara pada konsentrasi 0,1% sedikit larut. Perlu untuk kita ketahui, bahwa kelarutan kitosan dipengaruhi oleh bobot molekul, derajat deasetilasi dan rotasi spesifiknya yang beragam bergantung pada sumber dan metode isolasi serta transformasinya
Table . kelarrutan Kitosan pada Berbagai Pelarut Asam Organik
Konsentrasi Asam Organik
Konsentrasi Asam Organik (%) 10 50 >50 Asam asetat + ± Asam adipat Asa + Asam format + + + Asam + Asam maleat + Asam malonat + Asam oksalat + Asam propionat + Asam piruvat + + Asam suksinat + Asam tartrat + Keterangan:
+ larut; - tidak larut; ± larut sebagian
(Sugita, P. 2009) Kitosan memiliki sifat unik yang dapat digunakan dalam berbagai cara serta memiliki kegunaan yang beragam, antara lain sebagai bahan perekat, aditif untuk kertas dan tekstil, penjernih air minum, serta
untuk mempercepat penyembuhan luka, dan memperbaiki sifat pengikatan warna. Kitosan merupakan pengkelat yang kuat untuk ion
logam transisi.
Menurut Robert, G. A. F. (1992), kitosan merupakan suatu biopolimer alam yang reaktif yang dapat melakukan perubahan-perubahan kimia. Karena ini banyak turunan kitosan dapat dibuat dengan mudah
H. METODE PELAKSANAAN A. Bahan
Bahan yang digunakan dalam pembuatan elektrolit adalah kitosan dari kulit kerang (di peroleh bahan mentah dari desa padelegan kabupaten pamekasan ) Asam Asetat 1% dan aquades sebagai pelarut, garam triflat lithium (LiCF3 SO3 ) (sigma-Aldrich) telah digunakan sebagai pengisi. Sel baterai dengan elektrolit kitosan telah dibuat dengan Lithium cobalt Oxide (LiCoO2) sebagai katoda dan Karbon sebagai anoda. Aluminium (Al) dan tembaga (Cu) foil digunakan sebagai pengumpul arus
B. Pembuatan elektrolit dengan metode blending
Kitosan dilaurutkan pada asam asetat 1% sehingga diperoleh larutan kitosan 4% berat, selama 72 jam sam- bil sesekali diaduk. Garam triflat lithium (LiSO CF ) di tambhkan ke dalam larutan kitosan sehingga diperoleh larutan campuran (blending) dengan berbagai konsen- trasi LiSO3 CF3 dengan kode sampel seperti ditunjuk- kan pada TA B E L 1.
TA B E L 1: Kode sampel membran kitosan dengan berbagai kan- dungan garam lithium
Kode Sampel Kandungan LiCF3SO3(% berat)
CT0 0 CT5 5 CT10 10 CT20 20 CT30 30 CT40 40
Setelah didapat larutan kitosan dengan dan tanpa garam lithium di casting di atas plat kaca pada suhu ka- mar sampai berbentuk
membran, kemudian dimasukan ke dalam desikator vakum untuk menghilangkan sisa pelarut.
C. Pembuatan elektrolit dengan metode implantasi ion
Membran kitosan dibuat dengan proses casting pada sushu kamar yang dilanjutkan dengan pengeringan
GA M B A R 1: Model Sekema sel baterai menggunakan elektrolit dari kitosan.
dalam desikator vakum. Membran kitosan dengan permukaan mulus digunakan sebagai sampel teknik implantasi ion yang
dilakukan di fasilitas implantasi ion pada Pusat Teknologi
Akselerator Dan Proses Ba- han (PTAPB) - BATAN Yogyakarta. Membran kitosan dipotong 2,5×2,5 cm dan ditempatkan pada
pemegang sampel sebagai target. Dalam pelaksanaannya, sistem vakum dan arus ionik fasilitas implantasi ion dijaga masing-masing konstan pada 2,7×10−5 Torr dan 5 µA. Energi implantasi divariasi pada 30, 50 dan 70 keV dan dosis implantasi divariasi dengan
implantasi waktu 15 dan 30 menit. Uraian lebih detail telah dipublikasikan pada media publikasi ilmiah.[18]
D. Rancangan sel baterai polimer
Prototipe sel baterai polimer menggunakan polimer elektrolit hasil sintesis dirancang sebagai berikut:
GA M B A R 1menunjukkan model skematis dari sel bat- erai polimer menggunakan membran kitosan sebagai elektrolit. Di sini,
Tembaga (Cu) dan aluminium (Al) di- gunakan sebagai pengumpul arus. Sementara Lithium cobalt (LiCoO2 ) digunakan sebagai katoda dan Karbon atau grafit sebagai anoda.
E. Karakterisasi
Karakterisasi yang dilakukan utamanya adalah konduktifitas membran menggunakan LCR (Hi-tester Hioki 3532-50), dan struktur mikro menggunakan per- alatan XRD (Shimadzu X-Ray
Diffractometter XD-610). Karakteristik baterai diuji dengan
peralatan Charge- Discharge merek ARBIN. Semua fasilitas tersebut ada di PTBIN-BATAN.
Rancangan penelitian
penelitian ini menggunakan metode eksperimental yang artinya mengambil data secara langsung. Dalam penelitian ini ada dua variabel yang digunakan yaitu :
Variabel terikat : arus keluaran yang di hasilkan oleh
polimer kitosan yang di peroleh dari hasil ekstraksi.
Variabel bebas : variasi bobot cangkang kepiting yang
digunakan. Analisis data
Untuk mengukur muatan listrik pada hasil ekstraksi kitosan maka menggunakan rumus dibawah ini.
Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke te rminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan
elektron.
Gambar 1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.
“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”
Formula arus listrik adalah:
Dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = waktu, detik
Kuat Arus Listrik
Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.
Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat
memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.
Rumus – rumus untuk menghitung banyakn ya muatan listrik, kuat arus dan waktu:
Q = I x t I = Q/t t = Q/I
Dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.
I. JADWAL KEGIATAN Waktu dan tempat pelaksanaan
Penelitian ini dilaksanakan selama lima bulan (5 bulan) yang akan dilaksanakan di Laboratorium Fisika Material Universitas Airlangga dan PTBIN-BATAN . Adapun tahapan jadwal dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
NO KEGIATAN BULAN I BULAN II BULAN III BULAN IV BULAN V 1. Persiapan experiment 2. Proses ektraksi bahan 3. Uji bahan 4 Analisis data dan penyusunan laporan
J. RANCANGAN DAN REALISASI BIAYA
Komponen Pemasukan Pengeluaran
Pemasukan DIKTI Rp 10.000.000
Perlengkapan alat Rp 2.000.000
Sampel uji (cangkang kepiting) Rp 500.000 Larutan elektrolit 33 dan02 Rp 4.00.000 Asam asetat,alumunium. Rp 500.000 Uji bahan Rp 1.000.000 Studi pustaka Rp 500.000 Transportasi Rp 2.000.000 TOTAL BIAYA Rp 10.000.000 Rp 10.000.000 K. DAFTAR PUSTAKA
E.Kartini, T.Sakuma, K.Basar and M.Ikhsan, Solid State Ionics 179 (2008) 706-711
E.Kartini, M.Arai, H.Iwase, T.Yokoo, K.Itoh, T.Kamiyama and S.Purnama, Journal of Neutron Research 13, (2005), 145-148
A. Manuel Stephan, European Polymer Journal 42 (2006) 21T. H. Smith, Proceedings - Electrochemical Society(1995) 155
J. David, Journal of Power Sources Vol. 57 (1995) .
Muzzareli, R.A.A., Muzzareli, C. Adv. Polym. Sci.2005, 186, 151
Sudaryanto, Irhamni, Siti Wardiyati, Jurnal SainsMateri Indonesia, 9,(2008)189-192
Sudaryanto, Mujamilah, Wahyudianingsih, Ari Handayani, Ridwan, Abdul Muthalib., Jurnal Sains Materi Indonesia, 8, (2007), 134-138 D. Berndt, Part 1 - Battery Technology Handbook, Expert Verlag, New
L. LAMPIRAN
Lampiran 1. Biodata peneliti 1. Ketua pelaksana
Nama :Ilham Teguh Setiawan
NIM : 081311333072
Fakultas : Sains dan Teknologi Program Studi : Fisika
Alamat Rumah/HP : Desa prekbun kec. Pademawu Pamekasan Email : ilhamteguhsetiawan@yahoo.co.id
Surabaya, 16 juni 2015
Ilham Teguh Setiawan NIM. 081311333072 2. Anggota Pelaksana Nama : NIM : Fakultas : Program Studi : Alamat Rumah/HP : Email : Surabaya, 16 juni 2015
3. Anggota Pelaksana Nama : NIM : Fakultas : Program Studi : Alamat Rumah/HP : Email : Surabaya, 16 juni 2015 4. Anggota Pelaksana Nama : NIM : Fakultas : Program Studi : Alamat Rumah/HP : Email : Surabaya, 16 juni 2015
5. Identitas Dosen Pembimbing
Nama : Djony Izak Rudyardjo, Drs., M.Si
NIP/NIK : 19680201 199303 1 004
Tempat dan Tanggal Lahir : Surabaya, 1 Pebruari 1968
Jenis Kelamin : Laki-Laki
Status Perkawinan : Kawin
Agama : Kristen Protestan
Golongan/ Pangkat : IIIc/ Penata Jabatan Akademik : Lektor
Perguruan Tinggi : Universitas Airlangga
Alamat : Kampus C Unair Jl. Mulyorejo
Surabaya
Telp./ Faks. : 5936502
Alamat Rumah : Perum. Gunung Anyar Emas Blok A3/ 6 Surabaya
Telp./ Faks. : 8715715
Alamat e-mail : djoni_unair@yahoo.com
Surabaya, 16 juni 2015
Drs. Djoni Izak Rudyardjo.,M.Si NIP. 19680201 199303 1 004