natrium hidroksida (naoh) sebagai hidrolisa basa … · sebagai bahan baku produksi biogas 2....

NATRIUM HIDROKSIDA (NaOH) SEBAGAI HIDROLISA BASADALAM PRE-TREATMENT PRODUKSI BIOGAS DENGANBAHAN BAKU ECENG GONDOK (Eichornia crassipes)

Nama Kelompok :Jaka Abdillah (2307100072)Gawa Reza Mahadin (2307100121)

Dosen Pembimbing :Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.EngIr. Nuniek Hendrianie, MT

LATAR BELAKANG

Pertumbuhankonsumsi energitiap tahun rata-rata di atas 5%

Produksi energialternatif akan

dapat mengganti40 % penggunaan

energi fosil

Eceng gondokmerupakan gulma

air yang banyakmengandung

selulosa

Pemanfaataneceng gondoksebagai biogas

1

RUMUSAN MASALAH

1. Melimpahnya tanaman eceng gondok dan belum dimanfaatkan secara maksimal

2. Kandungan lignin mempersulit proses degradasi kandungan karbon organik dalam eceng gondok

2

TUJUAN PENELITIAN

1. Memanfaatkan eceng gondok sebagai bahanbaku pembuatan biogas dengan proseskontinyu

2. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOHpada pre-treatment eceng gondok sebagaibahan baku biogas

3. Mengetahui pengaruh pre-treatment ecenggondok yang menggunakan NaOH terhadapproduksi biogas pada proses kontinyu

3

MANFAAT PENELITIAN

1. Memberikan nilai lebih dalam pemanfaatan eceng gondoksebagai bahan baku produksi biogas

2. Memberikan wawasan dalam pengolahan eceng gondokmenjadi biogas

3. Mengetahui pengaruh pre-treatment basa pada perubahankandungan lignoselulosa pada eceng gondok

4. Mengetahui pengaruh pre-treatment basa pada produksibiogas

4

BATASAN MASALAH

1. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan biogas adalah eceng gondok

2. Produksi biogas pada penelitian ini dilakukan pada proseskontinyu

5

LIGNOSELULOSA

6

SELULOSA

Polimer polisakarida linear dari glukosayang terbuat dari unit cellobiose. Seluloladisatukan dengan ikatan hidrogensehingga menjadi kokoh

(Hamelinck dkk, 2003)

LIGNOSELULOSA

6

SELULOSA

HEMISELULOSA

Penyusun dinding lignoselulosa yangterdiri dari heteropolisakarida, dandikelompokkan berdasarkan residu gulautama sebagai penyusunnya sepertixylan, mannan, galactan dan glucan

(A.T.W.M Hendriks, 2008)

LIGNOSELULOSA

6

SELULOSA

HEMISELULOSA

Polimer aromatik berasosiasi denganpoli-sakarida pada dinding selsekunder tanaman yang berfungsiuntuk membentuk struktur danmelindungi tanaman dari bakteri

(A.T.W.M Hendriks, 2008)

LIGNIN

ECENG GONDOK

Kingdom : PlantaeFilum : MagnoliophytaKelas : LiliopsidaOrdo : LilialesFamili : PontederiaceaeGenus : EichorniaSpesies : E. Crassipes

(Jun Cheng, 2009)*(% driedWeight)

7

Composition* Leaves Stems Roots

Cellulose 28,91 28,23 17,07

Hemicellulose 30,81 26,35 15,25

Lignin 4,59 17,44 14,63

Protein 20,97 6,80 2,60

Lipid 1,79 0,91 0,47

Ash 12,95 20,26 49,97

Caloric Value (KJ/g-DW) 14,93 13,52 8,46

PRE-TREATMENT

8ECENG GONDOK

LIGNOSELULOSA

SEBELUMPRE-TREATMENT

Adanya lignin yang membentuk struktur padadinding lignoselulosa. Struktur lignin ini menyebabkanporositas bahan tersebut kecil. Sehinggalignoselulosa yang diolah langsung menjadi bahan bakubiogas akan menghasilkan nilai yield yang kecil.

PRE-TREATMENT

8ECENG GONDOK

LIGNOSELULOSA

SEBELUMPRE-TREATMENT

SESUDAHPRE-TREATMENT

Pre-treatment menyebabkan struktur lignoseluloselebih terbuka dengan mendegradasi lignin. Porositasyang besar akan memudahkan bakteri/bahan lainmelakukan degradasi selulose dan hemiselulose.

PRE-TREATMENT

8ECENG GONDOK

LIGNOSELULOSA

SEBELUMPRE-TREATMENT

SESUDAHPRE-TREATMENT

Jenis-jenis pre-treatment :physical pretreatmentphysico-chemical pretreatment

chemical pretreatmentbiological pretreatment

(Sun Cheng, 2002).

CHEMICAL PRE-TREATMENT

Asam encer

Alkaline

Asam encer yang biasa digunakan adalah asam sulfat,

asam klorida, atau asam nitrat. Banyak digunakan

asam sulfat 0,5 – 1,5%. Yield xylose bisa mencapai 75

– 90%

(Wooley dkk.,1999 ; Sun dan Cheng, 2002)

Alkali yang dapat digunakan antara lain NaOH dan

Ca(OH)2. Dapat meningkatkan yield glukosa sebesar 85%.

(Hamelinck, 2003)

9

ANAEROBIC DIGESTION

(C6H10O5)n + n H2O n (C6H12O6)glukosa

Penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang menjadisenyawa yang sederhana (monomer). Contoh dalam proses ini adalahselulosa diubah menjadi gula, protein diubah menjadi asam amino dll.Contoh Bakteri : Bacteroides ruminicola, Propioni propionicus,Lactobacillus pentosus

Gambar Bacteroides sp

Proses Hidrolisis

10

ANAEROBIC DIGESTION

C6H12O6 2CH3CHOHCOOH CH3COOHGlukosa Asam Laktat Asam Asetat

C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2(g) + 2 H2(g) CH3COOHGlukosa Asam butirat Asam Asetat

C6H12O6 CH3CH2COOH + CO2(g) + 3 H2(g) CH3COOH Glukosa Asam Propionat Asam Asetat

Asidogenesis adalah perubahan glukosa menjadi asam organik sederhana (asam butirat, asam propionat dll), karbon dioksida, hidrogen dan ethanoldengan bantuan bakteri asidogenesis. Asitogenesis adalah perubahan asam organik tersebut diuraikan oleh bakteri asetogenik menjadi asam asetat.Contoh bakteri :Clostridium, Ruminococcus (Asidogenik)

Desulfovibrio, Aminobacterium ( Asitogenik)

Proses Asidogenesis dan Asitogenesis

11

ANAEROBIC DIGESTION

CH3(CH2)2COOH + 2 H2O + CO2(g) 4CH3COOH + CH4(g)

CH3CH2COOH + ½ H20 5/4 CO2(g) + 7/2 CH4(g)

CH3COOH CH4(g) + CO2

Proses Metanogenesis

Pada tahap methanogenesis, senyawa yang dihasilkan dari prosesasetogenesis dan asidogenesis diubah menjadi gas metana denganbantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus,methanosarcina, methano bacterium

12

BIOGAS

Biogas adalah suatu campuran gas-gas yang dihasilkan dari suatu proses fermentasi bahan organik oleh bakteri dalam keadaan anaerobik (Sahidu,1983).

Feed Temperture Operasi ( oC )

Kandungan metana(% mol) Sumber

Kotoran sapi 35 67, 27% Dery V, 2007

Eceng Gondok 35 65,8 % Biogas Utilization, 1986

14

PENELITIAN SEBELUMNYA

No Nama Peneliti Jurnal/Tahun/Judul Penelitian Hasil1 Jun Chenga, Binfei

Xiea, Junhu Zhoua, Wenlu Songa, Kefa

Cena

HydrogenEnergy/2009/Cogeneration of H2 and CH4 from water hyacinth by two-step

anaerobic fermentation

Pengaruh penambahanNaOH pada eceng gondok (akar,daun, dan batang) sebagai pre-treatment, untuk meningkatkan

yield biogas

2 Jiying Zhu, Caixia Wan

Bioresource Technology/2010/Enhanced solid-state anaerobic digestion of corn stover by

alkaline pretreatment

Solid-state anaerobic digestion of5.0% NaOH-pre-treated corn stoverproduced 37% more biogas whencompared to that of the untreated

3 V. Penaud, J.P. Delgene`s, R. Moletta

Enzyme and microbial tech/1999/ Thermo-chemical pretreatment of a microbial biomass:influence of sodium hydroxide addition onsolubilization and anaerobic biodegradability

Penambahan alkali agent 4 – 10 g NaOH/L meningkatkan

biodegradability rates sebesar 50 % dan COD solubilization 60.4 %

15

METODOLOGI PENELITIAN

PRE-TREATMENT

Massa Eceng gondok : 160 gram

Rasio Eceng gondok : NaOH : air : 1 gr : 0.01 gr : 1 ml

Lama pre-treatment : 2 hari

pH pre-treatment : 11-12

Suhu pre-treatment : 50 OC

16

KONDISI OPERASI

METODOLOGI PENELITIAN

ANAEROBIC DIGESTION pH 6,8 – 7,2 Temperatur 30oC – 35oC Feed awal 14 liter Pembuatan feed awal dengan adonan eceng gondok : starter adalah 2 L : 3 L Pembuatan starter dengan adonan eceng gondok (air : eceng gondok hasil pre-

treatment = 1 L : 30 g) dengan kotoran sapi encer (kotoran sapi : air = 1 kg : 2 L) adalah 4 L : 3 L

Pembuatan adonan eceng gondok untuk feed awal dengan air : adonan ecenggondok 1 L : 30 g

Pengadukan 1 kali sehari Recycle ratio 0,5 Pembuatan feed proses kontinyu dengan air : adonan eceng gondok 1 L : 30 gr Rate umpan pada proses kontinyu 500 ml feed/hari

16

KONDISI OPERASI

METODOLOGI PENELITIAN

• PretreatmentEceng gondok : NaOH = 100 gram : 1 gramEceng gondok : NaOH = 100 gram : 3 gram

• Anaerobic DigestionBlanko (eceng gondok tanpa pre-treatment)Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 1 gramEceng gondok : NaOH = 100 gram : 3 gram

17

* Hasil Pre-treatment digunakan untuk bahan baku proses anaerobic digestion

VARIABEL PENELITIAN

METODOLOGI PENELITIANPROSEDUR KERJA PROSES PRE-TREATMENT

160 gr ecenggondok kering

Eceng gondok : NaOH : air = 1 gr : 0.01 gr : 1ml

Analisa lignin, selulosa, danhemiselulosa

Menganalisa lignin, selulosa, danhemiselulosa,

Mengatur pH menambahkan HCl

Pre-treatment suhu 50oC

A

19

20

Keterangan alat1. Tanki Feed 2. Air pendingin 3. Feed Masuk 4. Thermometer5. Pompa 6. Gas Holder 7. Manometer 8. Heater

1

2

3

4

5

6

78

8

20

METODOLOGI PENELITIANPROSEDUR KERJA STARTER

3,6 liter air1,8 kg kotoran sapi

8,4 liter starter

144 gram eceng gondokhasil pre-treatment

4,8 liter air

20

METODOLOGI PENELITIANPROSEDUR KERJA FEED AWAL

8,4 liter starter

168 gram eceng gondokhasil pre-treatment

5,6 liter air

14 liter feed awal

5

V-1 V-2

V- 6

23

1

4

V-3

6

V-5

V-4

7

8

20

METODOLOGI PENELITIANPROSEDUR KERJA DIGESTER ANAEROBIC

M

PEMBAHASAN

21

Hasil analisa komposisi awal dari Eceng Gondok (Eichornia Crassipes )

Komponen % beratLignin 11,69

Selulosa 37

Hemiselulosa 35,5

37,00%

33,6% 33,54%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

Eceng gondok awal NaOH 1 % NaOH 3 %

% Se

lulo

sa

Kadar NaOH

PEMBAHASAN

23

Kandungan SELULOSA setelah pretreatment pada berbagai variabel kadar NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

35,50%

32,1%30,24%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

Eceng gondok awal NaOH 1 % NaOH 3 %

% H

emise

lulo

sa

Kadar NaOH

PEMBAHASAN

24

Kandungan HEMISELULOSA setelah pretreatment pada berbagai variabel kadar NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

11,69%

10,03%

8,09%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

Eceng gondok awal NaOH 1 % NaOH 3 %

% lig

nin

Kadar NaOH

PEMBAHASAN

25

Kandungan LIGNIN setelah pretreatment pada berbagai variabel kadar NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

9,22% 9,35%9,72%

14,82%14,16%

30,77%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

NaOH 1 % NaOH 3 %

%De

grad

asi

% NaOH

% selulose

% hemiselulosa

% lignin

PEMBAHASAN

26

% DEGRADASI Cellulotic Material hasil pretreatment pada berbagai variabel kadar NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

PEMBAHASAN

27

Hubungan MLSS terhadap waktu fermentasi

pada berbagai variabel kadar NaOH

Hubungan MLVSS terhadap waktu fermentasi

pada berbagai variabel kadar NaOH

Perbandingan eceng gondok dengan NaOHBlanko 1% NaOH (w/w) 3% NaOH (w/w)

17 gram/L 18 gram/L 21 gram/L

Perbandingan eceng gondok dengan NaOHBlanko 1% NaOH (w/w) 3% NaOH (w/w)

16 gram/L 17 gram/L 19 gram/L

PEMBAHASAN

28

Hubungan COD terhadap waktu fermentasi pada berbagai variabel kadar NaOH

% degradasi COD pada NaOH 3 %

90,61%

PEMBAHASAN

29

. Hubungan rate produksi biogas terhadap waktu fermentasi pada tiap kadar NaOH

Proses Batch Proses Kontinyu

Volume Biogas terbesar dariReaktor 3 (NaOH 3%)

pada hari ke- 6

1,416 liter

PEMBAHASAN

30

Hubungan volume akumulasi biogas terhadap waktu fermentasi pada berbagai variabel kadar NaOH

12,127 liter

10,403 liter8,156 liter

PEMBAHASAN

31

KomponenKadar NaOH dalam Pretreatment

Blanko 1% 3%

CH4 75,59% 76,50% 78,47

CO2 24,40% 23,49% 21,52

Lower Heating Value (Kcal/kg)

5678,291 5746,65 5895,387

Komposisi Biogas yang dihasilkan dalam tiap reaktor

KESIMPULAN

32

1. Eceng gondok dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biogas

2. Kadar NaOH dalam pre-treatment berbanding lurus dengan degradasi lignin dengan degradasi paling tinggi sebesar 30,77 %untuk NaOH 3%

3. Semakin besar kadar NaOH dalam pre-treatment dapatmenghasilkan rate produksi biogas, % gas metana, dan heating value yang semakin meningkat. Hasil terbaik pada variabel NaOH 3 % didapatkan produksi biogas sebesar 12,127liter dengan kadar gas metana 78,47 % dan heating value 5895.387 kcal/kg