PENGELOLAAN BIOMASSA

BAHAN BAKAR NABATI GENERASI KETIGA DARI MIKROALGA

Disusun oleh :

Lisnawati(2312132008)

UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANIFAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK KIMIACIMAHI2015Bahan Bakar Nabati (BBN) Generasi Ketiga dari Mikroalga

Mikroalga merupakan salah satu bahan baku generasi ketiga yang digunakan untuk membuat bahan bakar nabati. Mikroalga menjadi ideal untuk dijadikan bahan baku pembuatan bahan bakar nabati karena laju pertumbuhannya cepat, memiliiki kemampuan fiksasi CO2 dan kapasitas produksi lemak yang cukup tinggi. Keberadaan mikroalga juga tidak bersaing dengan bahan makanan dan dapat diproduksi pada lahan yang tandus.

1. PendahuluanBahan bakar nabati merupakan kunci untuk mengurangi emisi gas rumah kaca, karbon dioksida dan metana. Bahan bakar nabati (BBN) mengacu pada bentuk padat, gas ataupun cairan yang dihasilkan dari bahan organic. Bahan bakar nabati secara umum dibagi menjadi dua, yaitu bahan bakar nabati primer dan sekunder. a. Bahan Bakar Nabati (BBN) primerBahan bakar nabati primer, seperti bahan bakar kayu, kotoran hewan, sisa hutan, dihasilkan tanpa adanya pembentukan proses secara primer. BBN primer digunakan untuk memanaskan, memasak atau menghasilkan listrik. b. Bahan Bakar Nabati (BBN) sekunderBahan bakar nabati sekunder seperti bioetanol dan biodiesel, dihasilkan dari proses biomassa dan dapat digunakan pada kendaraan dan berbagai proses industri. Bahan bakar nabati sekunder dapat dibagi menjadi tiga generasi, yaitu : Bahan bakar nabati generasi pertama, Contoh : bioetanol yang diperoleh dari bahan bergula (tebu, sorgum manis, dll) dan berpati (jagung, singkong, dll) Bahan bakar nabati generasi kedua, Contoh : bioetanol yang diperoleh dari bahan berselulosa (rumput gajah, dll) Bahan bakar nabati genersi ketiga. Contoh : bioetanol dari mikroalga dan rumput lautMikroalga dapat menghasilkan sebanyak 15-300 kali lebih banyak minyak untuk proses produksi biodiesel jika dibandingkan dengan tanaman lainnya. Pembagian generasi tersebut didasarkan pada jenis teknologi prosesnya, jenis bahan bakunya ataupun tingkat pengembangannya.

2. Karakteristik MikroalgaSalah satu mikroalga yang memiliki masa hidup yang paling lama yaitu thallopita (tanaman dengan sedikit akar, ranting, dan daun), yang memiliki klorofil a sebagai pigmen fotosintesis utamanya dan sedikit pelindung sel steril yang mengelilingi reproduktif sel. Thallopita secara umum merupakan converter dari energi matahari yang efektif karena struktur selnya sangat sederhana., selnya dapat tumbuh di dalam larutan suspensi, dapat diakses menuju air, karbon dioksida, dan nutrien lainnya.Klasifikasi mikroalga didasarkan pada kriteria utama, yaitu : jenis pigmen, penyimpan produk bahan kimia alami, dan konstituen dinding sel. Kriteria tambahannya meliputi karakter sitologi dan morfologi yang terdiri dari : keberadaan sel flagellate, struktur flagella, skema dan bagian dari nuclear dan divisi sel, keberadaan pelindung retikulum endoplasma dan membran nuclear. Ada dua jenis dasar sel di dalam alga, yaitu prokariotik dan eukariotik. Sel prokariotik mengandung sedikit membran organel (plastid, mitokondria, nuclei, badan golgi, dan flagella) dan terdapat di dalam cyanobacteria. Mikroalga bersifat autotrof dan heterotrof. Untuk mikroalga autotrof, digunakan bahan anorganik sebagai sumber karbon. Mikroalga autotrof dapat menjadi fotoautotrof dengan menggunakan cahaya sebagai sumber energi dan dapat menjadi kemoautotrof dengan oksidasi bahan anorganik untuk energi. Sebagian fotosintesis mikroalga berupa mixotrof, gabungan antara heterotrof dan autotrof. Untuk alga autotrof, fotosintesis merupakan komponen kunci dalam daya tahannya, dimana alga mengubah radiasi matahari dan karbon dioksida diserap oleh kloroplas ke dalam adenosine trifosfat (ATP) dan oksigen, penggunaan energi pada level seluler, yang kemudian digunakan dalam respirasi untuk menghasilkan energi untuk mendukung pertumbuhan.Media pertumbuhan harus menyediakan elemen anorganik yang menyusun sel alga. Elemen esensial meliputi nitrogen (N) dan fosfor (P). kebutuhan nutrisi minimum dapat diperkirakan dengan menggunakan formula molekuler perkiraan dari biomassa alga, yaitu CO0,48H1,83N0,11P0,01. Nitrogen biasanya dipasok dalam bentuk nitrat (NO3-), tapi lebih sering amoniak (NH4+) dan urea. Urea merupakan sumber nitrogen yang paling sering digunakan karena memberikan perolehab yang besar dan menyebabkan fluktuasi pH yang lebih kecil di dalam medium selama pertumbuhan alga. Terkadang nutrient lain seperti fosfor (P) harus dipasok karena fosfat akan menambah kompleks dengan ion logam, oleh karena itu, tidak semua penambahan P tersedia. Selain itu, pertumbuhan alga juga dipengaruhi oleh penambahan logam mikronutrien seperti besi, mangan, seng, kobalt, tembaga dan molIbdenum.

3. Mikroalga Sebagai Sumber Bahan Bakar Nabati yang PotensialKeuntungan utilisasi mikroalga untuk produksi Bahan Bakar Nabati (BBN) yaitu: Sintesis mikroalga dan akumulasi kuantitas besar dari lemak netral (20-50% berat biomassa kering) dan pertumbuhan pada laju yang tinggi Mikroalga dapat diproduksi sepanjang tahun, oleh karena itu perolehan minyak per area kultur mikroalga dapat menghasilkan perolehan yang lebih baik dari benih tanaman minyak Mikroalga membutuhkan lebih sedikit air disbanding tanaman terrestrial sehingga dapat mengurangi beban dari sumber air segar Kultivasi mikroalga tidak membutuhkan pestisida Dapat mengurangi emisi rumah kaca Limbah bioremediasi dengan menghilangkan NH4+, NO3-, PO43- dari berbagai macam sumber limbah Dikombinasikan dengan kemampuannya untuk tumbuh di bawah kondisi yang buruk dan mengurangi kebutuhan nutrisi, mikroalga dapat dikultivasi di dalam air laut di atas lahan Tergantung pada kandungan jenis mikroalga lainnya yang mungkin diekstrak,

Cara untuk mengubah biomassa mikroalga menjadi sumber energy terdiri dari :a. Konversi BiokimiaMeliputi : Produksi hidrogen fotobiological menghasilkan hidrogen Fermentasi menghasilkan bioetanol, aseton, butanol Anaerobic digestion menghasilkan metana, hidrogen

b. Konversi TermokimiaMeliputi : Gasifikasi menghasilkan syngas Pirolisis menghasilkan bio-oil, charcoal, syngas Likuifikasi menghasilkan bio-oilc. Reaksi KimiaBerupa transesterifikasi menghasilkan biodieseld. Pembakaran Langsung Berupa pembangkit energi menghasilkan listrik

4. Produksi Biodiesel dan Bioetanol dari Mikroalga

Gambar Proses Produksi Biodiesel dan Bioetanol dari Mikroalga

4.1 Sistem KultivasiSetelah memilih strain mikroalga, desain dari bioreaktor untuk kultivasi mikroorganisme merupakan langkah utama dalam menghasilkan produk. Sistem kultur mikroalga harus memiliki karakteristik : Area produktivitas tinggi Produktivitas volumetrik yang tinggi Biaya rendah (termasuk biaya investasi dan perawatan) Kemudahan dalam mengendalikan parameter kultur (suhu, pH, O2, turbulensi) Dapat dipercaya4.1.1 Sistem Udara TerbukaSistem udara terbuka ini lebih mudah dan murah dalam pembangunannya, dapat beroperasi dalam jangka waktu yang cukup lama, memiliki kapasitas produksi yang lebih besar dibanding sistem tertutup, dapat menyediakan sinar matahari dan nutrien dari area lahan atau dengan mengalirkan air dari plan pengolahan air.4.1.2 Fotobioreaktor Fotobioreaktor (PBRs) dibedakan menjadi regulasi dan kontrol yang secara bioteknologi merupakan parameter penting selama dapat mengurangi resiko kontaminasi, tidak ada kehilangan karbon dioksida, memperbanyak kondisi kultivasi, kontrol hidrodinamik dan temperatur, dan desain teknis yang fleksibel. Yang termasuk ke dalam kategori fotobioreaktor adalah : tubular, flat, dan kolum. 4.1.2.1 Fotobioreaktor TubularKeuntungan : Reaktor jenis ini relatif murah, Area permukaan iluminasi yang besar, Dapat membiakkan mikroalga di area terbuka, dan Menghasilkan produktivitas biomassa yang baikKerugian : Adanya gradient pH Adanya dissolved oxygen dan CO2 Adanya endapan Butuh area luas Fotoinhibisi 4.1.2.2 Fotobioreaktor DatarKeuntungan : Murah Mudah dibersihkan Area permukaan iluminasi yang besar Dapat membiakkan mikroalga di luar ruangan Konsumsi energi rendah Produktifitas biomassa yang baik Bagian pencahayaan baik Kuat Pembangunan oksigen rendah Bagian oksigen rendahKerugian : Sulit dalam scale-up Sulit dalam mengendalikan suhu Pertumbuhan dinding beberapa derajat Efisiensi fotosintesis rendah4.1.2.3 Fotobioreaktor KolomKeuntungan : Konsumsi energy rendah Kuat Perpindahan massa tinggi Pencampuran yang baik Paparan siklus gelap-terang baik Tegangan rendah Mudah untuk sterilisasi Mengurangi fotoinhibisi Mengurangi fotooksidasi Efisiensi fotosintesis tinggiKerugian : Area permukaan iluminasi kecil Meningkatkan iluminasi area permukaan pada saat scale up Butuh biaya penyangga

4.2 Metode BerpanenPemanenan dari kultur mikroalga merupakan kemacetan utama menuju industri untuk proses produksi bahan bakar nabati. Biayanya dapat mencapai 20-30% dari biaya total pada proses produksi biomassa. Cara untuk memanen biomassa dapat dilakukan dengan cara fisika, kimia maupun biologi, seperti : flokulasi, sentrifugasi, filtrasi, ultrafiltrasi air-flotation, autoflotation, dll. Secara umum, pemanenan mikroalga dibagi menjadi dua tahap, yaitu : 1. Bulk harvesting2. Thickening4.2.1 FlokulasiPada proses flokulasi ini, ukuran partikel ditingkatkan. Sejumlah bahan kimia ditambahkan tanpa merubah komposisi dan meracuni produk. Multivalent metal salt seperti FeCl3, Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3 merupakan bahan kimia yang digunakan.4.2.2 FlotasiStrain secara alami mengapung di permukaan air sebagai peningkatan kandungan lemak mikroalga. 4.2.3 SentrifugasiSentrifugasi dapat memisahkan biomassa alga dari media pertumbuhan. Sekali terpisah, mikroalga dapat dihilangkan dari kultur dengan pengeringan medium berlebih.4.2.4 FiltrasiFiltrasi merupakan metode pemanenan yang ditambahkan yang paling kompetitif dibandingkan dengan metode lainnya. Jenis filtrasi yang ada biasanya berupa dead end filtration, mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, filtrasi dengan tekanan, filtrasi vakum, dan tangential flow filtration (TFF).

4.3 Ekstraksi Lemak Mikroalga4.3.1 Proses PengeringanProses pengeringan dengan energi matahari merupakan pengeringan yang paling murah namun butuh waktu yang lama, butuh area pengeringan yang luas, dan beresiko kehilangan produk bioreaktif. Jenis pengeringan yang lebih efisien yaitu dengan pengering drum, spray dryer, fluidized bed dryer, dll.4.3.2 Gangguan SelMetode gangguan sel terhadap mikroalga ini telah diguanakan pada bioproduk intraseluler nonfotosintesis. Metode ini telah sukses diterapkan pada homogenizer tekanan tinggi, autoclaving, dan penambahan asam klorida, natrium hidroksida atau alkalin.

4.3.3 Metode untuk Ekstraksi LemakExpeller atau oil pressing merupakan metode secara mekanik untuk mengekstrak minyak dari bahan baku seperti kacang dan benih. Tekanan yang digunakan tinggi untuk membekukan dan mematahkan sel. Alga harus dikeringkan terlebih dahulu. Metode ini dapat merecover minyak hingga 75%.

4.4 Biodiesel Setelah proses ekstraksi, dilakukan proses transesterifikasi, yaitu pengubahan minyak menjadi biodiesel. Proses transesterifikasi ini terdiri dari perubahan trigliserida menjadi asam lemak alkil ester, keberadaan alcohol, seperti metanol atau etanol, dan katalis seperti alkali atau asam, dengan gliserol sebagai produk.Minyak mikroalga mengandung derajat polyunsaturated fatty acid yang tinggi jika dibandingkan dengan minyak sayur. Biodiesel mikroalga ini memiliki sifat fisik dan kimia yang hampir sama dengan minyak diesel. Biodiesel generasi pertama dari tanaman yang mengandung minyak.

4.5 Produksi BioetanolMikroalga membutuhkan karbohidrat dan protein yang digunakan sebagai sumber karbon untuk fermentasi oleh bakteri, ragi ataupun jamur. Proses fermentasi mikroalga ini memberikan banyak keuntungan, diantaranya : membutuhkan konsumsi energy sedikit, prosesnya lebih sederhana jika dibandingkan dengan sistem produksi biodiesel, CO2 yang dihasilkan dapat direcycle sebagai sumber karbon untuk mikroalga dalam proses kultivasi sehingga dapat mengurangi emisi gas.