pkmp 2012 unej laila biodiesel refinery technology
Post on 21-Feb-2016
246 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
BIODIESEL REFINERY TECHNOLOGY: PENGGUNAANMIKROALGA ASAL SUNGAI BEDADUNG KABUPATEN JEMBER
SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL DENGAN METODE WHOLE-CELL BIOCATALYST
BIDANG KEGIATAN:PKM PENELITIAN (PKMP)
Disusun oleh :
Laila Karomah NIM. 101810401027 (Angkatan 2010)Dewi Eka Prawita Rani NIM. 081810401050 (Angkatan 2008)Larasati NIM. 101810401003 (Angkatan 2010)
Wardatus Sholeha NIM. 101810401023 (Angkatan 2010)
Amin Robi Setiawan NIM. 111810401008 (Angkatan 2011)
UNIVERSITAS JEMBERJEMBER
2012
i
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul penelitian : Biodiesel Refinery Technology: Penggunaan Mik-roalga Asal Sungai Bedadung Kabupaten Jember Sebagai Bahan Baku Biodiesel Dengan Metode Whole-cell Biocatalyst
2. Bidang kegiatan : PKM-P3. Bidang ilmu : MIPA4. Ketua pelaksana :
• Nama lengkap : Laila Karomah• NIM : 101810401027• Jurusan : Biologi• Universitas : Universitas Jember• Alamat : Jln. Kalimantan 8/3 Jember• Nomor Hp : 082334871107
5. Anggota pelaksana : 4 orang6. Dosen pembimbing :
• Nama Lengkap : Esti Utarti, SP, M.Si• NIP : 197003031999032001• Alamat rumah : Perum Muktisari JJ-23, Jember• No Telp/Hp : 081233661866
7. Biaya kegiatan total :• DP2M DIKTI : Rp. 8.750.000,-• Sumber lain : Rp.-
8. Jangka waktu pelaksanaan : 5 bulan
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PENGESAHAN ii
DAFTAR ISI iii
A. JUDUL PROGRAM 1
B. LATAR BELAKANG PERMASALAHAN 1
C. PERUMUSAN MASALAH 2
D. TUJUAN 2
E. LUARAN YANG DIHARAPKAN 2
F. KEGUNAAN 2
G. TINJAUAN PUSTAKA 3
H. METODOLOGI PENELITIAN 5
I. PELAKSANAAN PROGRAM 6
J. RINCIAN BIAYA 7
K. DAFTAR PUSTAKA 8
LAMPIRAN iv
iii
1
A. JUDUL PROGRAM
Biodiesel Refinery Technology: Penggunaan Mikroalga Asal Sungai
Bedadung Kabupaten Jember Sebagai Bahan Baku Biodiesel Dengan Metode
Whole-cell Biocatalyst
B. LATAR BELAKANG MASALAH
Minyak bumi sebagai bahan bakar lokomotif revolusi teknologi dunia
telah mengalami eksploitasi berlebihan hingga menyebabkan polusi dan
kelangkaan cadangan minyak bumi dunia (Demirbas, 2008). Produksi biofuel
terutama biodiesel telah menjadi alternatif dalam mengatasi kelangkaan bahan
bakar minyak. Permintaan biodiesel baik ekspor maupun konsumsi dalam negeri
mencapai 1,1 juta ton pada tahun 2011 (Redaksi BakrieGlobal, 2011). Namun
permintaan yang tinggi ini tidak didukung oleh perkembangan industri biodiesel
di Indonesia (Fukuda et al, 2009; Hala et al, 2009).
Hambatan utama industri biodiesel di Indonesia adalah harga bahan baku
berupa minyak nabati yang tinggi dan merupakan minyak konsumsi (edible oil)
(Hala et al, 2011). Indonesia memiliki keanekaragaman hayati yang sangat
berlimpah, termasuk di dalamnya adalah keanekaragaman hayati mikroalga
(Biotek LIPI, 2010). Mikroalga memiliki kandingan lipid lebih dari 50% dengan
pertumbuhan yang sangat cepat. Proses pembiakan mikroalga hanya
membutuhkan waktu 10 hari dengan produktivitas mencapai 58.700 L/ha (Chisti,
2007). Hal tersebut mendukung wacana komersialisasi mikroalga sebagai bahan
baku utama industri biodiesel seperti yang telah diterapkan negara maju seperti
Amerika Serikat (Oilgae Team, 2012).
Di daerah Jember, tempat yang memiliki keragaman mikroalga yang tinggi
adalah sungai Bedadung. Dengan keragaman mikroalga dan makroalga bentik
seperti Spyrogyra sp. dan Chlorella sp. jenis mikroalga tersebut secara observatif
memiliki kandungan minyak yang tinggi hingga dapat digunakan sebagai bahan
baku biodiesel (Oilgae Team, 2012).
Biodiesel berbasis algal oil umumnya diproduksi dengan mereaksikan
algal oil dengan alkohol melalui proses transesterifikasi terkatalis asam atau basa.
2
Namun proses dengan katalis asam atau basa bersifat korosif dan tidak dapat
digunakan berulang (Li et al, 2008). Ban et al(2001) , menemukan suatu metode
immobilisasi sel Rhizopus oryzae yang biasa digunakan untuk mengkatalis
produksi biodiesel dengan metode Biomass Support Particles (BSPs) yang dapat
meningkatkan kinerja dan stabilitas R. oryzae sebagai biokatalisator produksi
biodiesel. Immobilisasi dalam BSPs memungkinkan reaksi terkatalis secara
ekstraselular dan intraselular sekaligus atau dikenal sebagai “whole-cell
biocatalyst” (Hashemizadeh et al, 2011). Kandungan air yang tinggi dalam algal
oil (10-30%) dapat mendukung kinerja enzim lipase R. oryzae yang membutuhkan
lingkungan kaya air (Ban et al, 2001).
Berdasarkan ulasan diatas, perlu dilaksanakan penelitian yang mengkaji
potensi algal oil asal mikroalga Sungai Bedadung sebagai bahan baku biodiesel
dengan menggunakan metode whole-cell biocatalyst.
C. PERUMUSAN MASALAH
Masalah yang harus dijawab dalam penelitian ini adalah bagaimana
kualitas biodiesel methanolisis algal oil asal mikroalga Sungai Bedadung dan
seberapa efektifkah metode immobilisasi BSPs R.oryzae sebagai biokatalisator
methanolisis algal oil tersebut?
D. TUJUAN
Tujuan penelitian ini adalah memproduksi biodiesel kualitas tinggi
berbahan dasar algal oil mikroalga Sungai Bedadung dengan metode whole-cell
biocatalyst.
E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapka dari penelitian ini adalah biodiesel algal oil
berkualitas tinggi berbahan dasar mikroalga asal Sungai Bedadung dengan metode
whole-cell biocatalyst
F. MANFAAT
Adapun manfaat penelitian ini adalah untuk mengkaji mikroalga asal
Sungai Bedadung sebagai bahan baku biodiesel kualitas tinggi dengan metode
whole-cell biocatalyst
3
G. TINJAUAN PUSTAKA
1. Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai campuran ester monoalkil yang dihasilkan
oleh reaksi transesterifikasi asam lemak dan alkohol. Biodiesel memiliki kelebi-
han dibanding bahan bakar minyak, antara lain dapat digunakan langsung tanpa
modifikasi mesin, kandungan oksigen terlarut yang dapat meningkatkan efisiensi
pembakaran mesin, emisi CO, sulfur dan NO yang sedikit hingga ramah lingkun-
gan. Bahan utama berupa minyak nabati yang terbaharui menjadikan biodiesel sa-
lah satu kandidat pengganti petroleum-based fuel yang makin menipis
Rachmaniah et al, 2004).
Biodiesel dapat disintesis melalui esterifikasi asam lemak bebas atau
transesterifikasi trigliserida dari minyak nabati dengan metanol sehingga
dihasilkan metil ester. Reaksi transesterifikasi dari minyak nabati dapat dilihat
pada Gambar 1. Proses ini umumnya digunakan untuk konversi minyak menjadi
biodiesel untuk skala industri (Elisabeth, dkk., 2001 dalam Suirta, 2009).
Gambar 1 Transesterifikasi trigiseraldehid menjadi biodiesel (Hossain et al, 2009)
2. Mikroalga Sebagai Bahan Baku Biodiesel
Mikroalga telah menjadi bahan baku biofuel skala industri di Negara
berkembang seperti Amerika Serikat, Kanada dan Inggris. Mikroalga memiliki
kandungan lemak lebih besar dibanding biji-bijian. Alga mengandung 2% lipid
dan 40% minyak dari 100g biomassanya (Pramanabhan et al, 2012). Proses
pembiakan mikroalga hanya membutuhkan waktu 10 hari hingga dipanen. Tabel 1
menunjukkan produktivitas mikroalga lebih besar dibandingkan penghasil minyak
4
nabati lain dengan kisaran total lemak yang dikandung sekitar 20-70% dari berat
kering mikroalga (Junaidi et al, 2012).
Tabel 1. Komparasi kandungan minyak antara mikroalga dan bahan baku biodiesel lain (Chisti, 2007)
Komposisi algal oil antara lain asam non-adenoid (20.1%), metil palmitat
(2.91%), metil linoleat (12.07%), asam palmitat (1.97%) (Mallick et al, 2011;
Pramanabhan et al, 2012).
Survei lapang yang dilakukan pada Sungai Bedadung Jember menemukan
jenis mikroalga yang dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel antara lain
Spyrogyra sp., Chlorella Sp dan Tetraselmis sp.
3. Whole-cell Biocatalyst
Metode whole-cell biocatalyst adalah metode dimana sel R. oryzae
sebagai biokatalis reaksi transesterifikasi di-immobil menggunakan BSPs
(Biomass support particles) polyurethane. Metode ini memiliki beberapa
keuntungan yaitu tidak perlu menggunakan pelarut organik, operasional yang
mudah dan dapat langsung dipakai setelah kultivasi (Ban et al, 2001;
Hashemizadeh et.al, 2011).
Metode whole-cell biocatalyst merupakan metode yang menjanjikan untuk
diimplementasikan sebagai metode produksi komersial biodiesel karena
kemudahan penggunaan, peremajaan biocatalyst yang praktis dan biaya
operasional yang lebih murah (Ban et al, 2001).
5
H.METODOLOGI PENELITIAN
1. Kultivasi Mikroalga
Sampel mikroalga asal sungai Bedadung Jember ditumbuhkan dalam
media F/2 selama 3 hari dan diidentifikasi untuk memastikan spesies mikroalga
yang didapat kemudian ditumbuhkan ulang dalam gallon air mineral dengan
penambahan NaCl dan glukosa untuk mendapatkan biomassa yang lebih banyak.
Pemanenan setelah 5 hari dilakukan dengan electrocoagulation (Biotek LIPI,
2009; Tumsri et al; 2011). Endapan mikroalga dikeringkan selama 24 jam dalam
oven bersuhu 400C. Mikroalga kering kemudian diekstraksi dengan metode Bligh
Dyer (1959) dengan sistem pelarut kloroform : metanol (1:2 v/v) (Setyarini et al,
2010; Bień et al. 2010; Padmanabhan et al, 2012).
2. Preparasi BSPs Whole-cell Biocatalyst R. oryzae
Busa polyurethane dipotong dengan ukuran 6x6x3mm (Hashemizade et.al,
2011). Potongan busa dimasukkan kedalam labu elenmeyer ukuran 500ml berisi
medium dasar (70g polipepton, 10g NaNO, 1g KH2PO4 dan 0,5 MgSO4.7H2O).
Kemudian diinokulasi satu ose biakan R. oryzae secara aseptis kedalam labu
elenmeyer, diinkubasi selama empat hari pada shaker dengan kecepatan 12.000
rpm dan suhu ruang. Kubus BSPs pasca kultivasi disaring dari medium dasar dan
dicuci dengan akuades. Kubus BSPs bersih direndam dalam methanol selama 24
jam setelah 24 jam kubus BSPs dikeringkan selama 2 hari dalam oven dengan
suhu 400C (Ban et.al, 2000; Hashemizadeh et.al, 2011).
3. Methanolisis Algal oil
Metanolisis dilakukan dengan mereaksikan 90gr algal oil dengan 30ml
methanol, 20 kubus BSPs dan 15ml buffer fosfat 0.1M (pH 6.8) dalam labu
elenmeyer selama 3 hari (dengan shaker: 12.000 rpm dan 400C). Setelah 3 hari.
BSPs dipisahkan dari substrat metanolisis dengan penyaringan (Ban et al, 2000;
Hashemizade et.al, 2011).
6
4. Analisis
Sebanyak 200μl sampel biodiesel algal oil disentrifugasi selama 5 menit
pada kecepatan 12.000 rpm. Supernatan yang dihasilkan dianalisis Gas
chromatography untuk mengetahui FAME (fatty acid methyl ester) yang
terbentuk (Ban et.al 2002; Pazouki et.al, 2010). Selanjutnya dilakukan analisis
mutu biodiesel algal oil yang dihasilkan meliputi Analisis viskositas, analisis
densitas, analisis titik nyala, analisis titik tuang dan analisis nilai kalor Data yang
didapat dikomparasikan dengan standart mutu biodiesel ASTM D6751 (Hala et.al,
2009).
I. PELAKSANAAN PROGRAM
1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian akan dilaksanakan mulai bulan Februari-Mei 2013 di
Laboratorium Mikrobiologi, Laboratorium Kimia Organik FMIPA UNEJ dan
Laboratorium Biosciences POLITEKNIK Negeri Jember
2. TahapanPelaksanaan
3. Instrumentasi Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : Isolat R. oryzae,
Chlorella, Tetracelmis, Spirogyra, busa polyurethane, polypepton, NaNO3,
KH2PO4 dan MgSO4.7H2O, medium F/2, methanol, kloroform, alkohol 70%,
kapas, allumunium foil. Dan peralatan yang digunakan antara lain : Petridish
steril, tabung reaksi, rak tabung reaksi, bunsen, ose, keranjang bahan, gelas ukur,
Beaker glass, Erlenmeyer, pipet mikro, tip besar dan kecil, vortex, tabung
7
eppendolf, centrifuge Sorvall RC–5B Plus, Gas chromatography, kapas dan
aluminium foil.
J. RANCANGAN BIAYA
No. Nama Jumlah Barang
Satuan Harga Satuan (Rp)
Jumlah harga (Rp)
A. Bahan Habis Pakai1 Starter R. oryzae 1 Liter 150.000 150.0002 Polyurethane 1 Meter 50.000 50.0003 Polypeptone 250 Gram 487.000 487.0004 NaNO3 250 Gram 500.000 500.0005 KH2PO4 200 Gram 600.000 600.0006 MgSO4.7H2O 200 Gram 850.000 850.0007 Aquades 10 Liter 15.000 150.0008 Methanol 4 Liter 60.000 240.0009 Kloroform 1 liter 550.000 550.00011 Aluminium Foil 1 gulung 50.000 50.00012 Arang Aktif 2 Kg 57.000 114.00013 Na2PO4.H2O 200 gram 800.000 800.00014 Na2SiO3.9H2O 200 gram 750.000 750.00015 TE Solution 100 gram 700.000 700.00016 Vitamin B12 20 gram 930.000/100gr 186.00017 Biotin 20 gram 1.250.000/250g
r200.000
18 Thiamine 20 gram 1.030.000/100gr
206.000
19 PDA 300 gram 1.150.000/500gr
690.000
Total 5.930.000B. Alat Penunjang Penelitian
1 Alat elektrokoagulasi
1 Set 200.000 200.000
2 Peralatan Laboratorium
300.000 300.000
Total 500.000
C. Lain-lain1 Transportasi 500.0002 Dokumentasi 200.0003 Pelaporan 5 eks 20.000/eks 100.000Total 800.000Grand total
8.750.00
8
K.DAFTAR PUSTAKA
Ban, Kazuhuro, K.Nishizuka, M.Kaieda, T.Matsumoto, A.Kondo, H.Noda and H. Fukuda, 2002. Repeated use of whole-cell biocatalysts immobilized within biomass support particles for biodiesel fuel production. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 17: 157-165
Bień, Zabochnicka-Świątek., Ligienza, A. 2010. Biodiesel Fuel Production by Transesteryfication of Algae Oil. Archivum Combustionis Vol. 30 (2010) no.3
Biotek LIPI, 2009. Potensi Mikroalgal Laut Khlorofita Indonesia Sebagai Penghasil Energi Baru Biofuel Cair Biodiesel DIPA 2009. http://www.biotek.lipi.go.id/index.php/laboratorium/ [Diakses: 1 September 2012]
Chisti, Yusuf, 2007. Biodiesel from Microalgae. Elsevier Research Review Paper Biotechnology Advances 25 (2007) 294-306
Demirbas. Ayhan, 2008. Progress and Recent Trends in Biodiesel Fuels. Energy Conversion and Management 50 (2009) 14-34
Fukuda, H., Kondo, A., Noda, H., 2001. Biodiesel Fuel Production by Transesrerification of Oils. Journal J.Biosci.Bioeng. 92, 405-416
Hala, Yusafir, Jufri, Muh. Zulkifli, Tambung, Astina. 2009. Proses Transesterifikasi Biji Minyak Jarak Dengan Bantuan Enzim Lipase Sebagai Penghasil Biodiesel. Jurnal Indonesia Chimica Acta Vol. 2, No. 1. ISSN 2085-014X
Hashemizadeh, S.N., Tavakoli, O., F. Tabandeh, A.A. Karkhane, Z. Forghanipour. 2011. A Comparative Study of Immobilized-Whole Cell and Commercial Lipase as a Biocatalyst for Biodiesel Production from Soybean Oil. Journal of Bioenergy Technology: World Renewable Energy Congres 2011
9
Junaidi, Ahmad Budi., Abdullah, Gunawan, S. 2012. Kajian Produksi Biodiesel dan Bioetanol Berbasis Mikroalga Secara Simultan.. Banjarbaru: Proposal Penelitian FMIPA Unlam
Li, Yanqun, Horsman, Mark, Wu, Nan, 2008. Biodiesel from Microalgae. Biotechnol. Prog 2008, 24, 815-820
Padmanabhan, Ananadhi. MR, Stanley, Shaleesha A. 2012. Microalgae as an Oil Producer for Biofuel Applications. Research Journal of Recent Sciences Vol. 1(3), 57-62, March (2012) ISSN: 2277-2502 Res.J.Recent Sci.
Pazouki, Mohammad., Zamani, Farzane, Zamzamian, A.H., Fahar, Maryam, Najafpour, Ghaseem. 2010. Esterification of Free Fatty Acids by Rhizopus oryzae as Cell-Catalyzed from Used Cooking 4Oil for Biodiesel Production. World Applied Sciences Journal 8 (6): 719-724, 2010 ISSN 1818-4952.
Scarsella, M., Belotti, G., De Filippis, P., Bravi, M,. 2012. Study On The Optimal Growing Conditions Of Chlorella vulgaris In Bubble Column Photobioreactors. Roma: Sapienza University of Roma via Eudossiana 18, I-00184
Suirta, I.W. 2009. Preparasi Biodiesel Dari Minyak Jelantah Kelapa Sawit. Jurnal KIMIA 3 (1) Januari 2009 (1-6) Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana
Tumsri, Kan., Chavalparit, Orathai. 2011. Optimizing Electrocoagulation-Electroflotation Process for Algae Removal. Environmental Science and Technology Journal IPCBEE vol.6
K. LAMPIRAN
A. DAFTAR RIWAYAT HIDUP ANGGOTA KELOMPOK
1. .Biodata Ketua Kelompok
Nama Lengkap : Laila Karomah
Tempat dan Tanggal Lahir : Bondowoso, 17 Juli 1991
Kedudukan dalam tim : Ketua kelompok
Alamat : Jl. Kalimantan VIII 3 Jember
Telepon/No. Hp : 082334871107
e-mail : root@gobloginside.com
2. Biodata Anggota I
Nama Lengkap : Dewi Eka Prawita Rani
Tempat dan Tanggal Lahir : Jember,19 Juni 1990
Kedudukan dalam tim : Anggota pelaksana
Alamat : Jl. Letjen Sutoyo 1 Griya Kenca Asri J 8, Jember
Telepon/No. Hp : 087859685619
e-mail : Dew_chan19@yahoo.co.id
Jember, 30 Oktober 2012
iv
Dewi Eka Prawita Rani NIM. 081810401050
3. Biodata Anggota II
Nama Lengkap : Laras Damayanti
Tempat dan Tanggal Lahir : Banyuwangi, 2 Mei 1992
Kedudukan dalam Tim : Anggota Pelaksana
Alamat : Jl. Jawa VII 41B Jember
Telepon/No. Hp : 085346453229
e-mail : laras_dns@yahoo.com
Jember, 30 Oktober 2012
Laras Damayanti NIM.101810401003
4. Biodata Anggota III
Nama Lengkap : Wardatus Sholeha
Tempat dan Tanggal Lahir : Jember, 16 Agustus 1991
Kedudukan dalam Tim : Anggota pelaksana
Alamat : Jl. Argopuro 11 RT 01 RW 01 Ajung Jember
Telepon/No. Hp : 08523672432
e-mail : wardatus_sholeha91@yahoo.com
Jember, 30 Oktober 2012
Wardatus Sholeha
v
NIM.101810401023
5. Biodata Anggota IV
Nama Lengkap : Amin Robi Setiawan
Tempat dan Tanggal Lahir : Blitar, 7 Oktober 1992
Kedudukan dalam Tim : Anggota pelaksana
Alamat : Jalan Jawa No 145 Jember
Telepon/No. Hp : 085746507244
e-mail : aminrobisetiawan@yahoo.com
J ember, 30 Oktober 2012
Amin Robi SetiawanNIM.111810401008
B. DAFTAR RIWAYAT HIDUP DOSEN PEMBIMBING PKM
Nama Lengkap : Esti Utarti, S.P, M.Si
Tempat dan Tanggal Lahir : Nganjuk, 3 Maret 1970
Jenis Kelamin : Perempuan
Fakultas/Jurusan : MIPA/Biologi
Bidang ilmu : Mikrobiologi
Pangkat/Golongan/NIP : Lektor/IIIc/197003031999032001
Riset terakhir :
- Produksi dan Karakterisasi Xilanase : Peluang Penggunaannya dalam
vi
Biodegradasi pada Proses Pemutihan Kertas, dengan Memanfaatkan
Limbah Pertanian sebagai Media produksi
- Skrining Yeast Amilolitik dan Alkoholik dari Berbagai Macam Buah
- Produksi dan Karakterisasi Xilanase : Peluang Penggunaannya dalam
Biodegradasi pada Proses Pemutihan Kertas, dengan Memanfaatkan
Limbah Pertanian sebagai Media produksi
- Penapisan dan Identifikasi Kapang Selulotik Alkalin Asal Jerami
Pasca Tanam Padi Sawah Pantai Watu Ulo
- Pemanfaatan Jerami Padi Sebagai Media Produksi Oleh Aspergillus
tereus WU-19
Pengalaman membimbing PKM (dibiayai dua tahun terakhir)
- PKMP 2010: Isolasi Bakteri Xilanolitik Asal Rumen Sapi : Potensi Pemanfaatannya Dalam Proses Pembuatan Pupuk Kompos Padat (Bokashi) Sebagai Upaya Peningkatan Kualitas Limbah Pertanian (Dibiayai tahun 2011)
- PKMM 2011: Cangkruk Tani: Metode Sosialisasi Pemanfaatan Jerami Padi sebagai Pupuk Kompos BOKASHI dan Pestisida Nabati Daun Mindi Di Desa Klompangan Kabupaten Jember. (Dibiayai tahun 2012)
Jember, 30 Oktober 2012
Esti Utarti, S.P, M.SiNIP.197003031999032001
vii
viii
ix
x
top related