Biohidrogen

Oleh:

Verdiana Zahroh (2311100038)

Fritz Adhinata (2311100041)

Cintya Fitriani (2311100043)

Pendahuluan

Laju pertumbuhan penduduk, tingkat ekonomi, dan perkembangan teknologi

meningkat

Membutuhkan energi yg sangat besar

Bahan bakar fosil menipis

Energi alternatif (Renewable energy)

Krisis energi, kerusakan

lingkungan, perubahan iklim

global

Biohidrogen

Materi:

Pengertian Biohidrogen

Kelebihan Biohidrogen dibanding sumber energi lain

Biochemical pathway dari glukosa ke H2

Apa itu Hidrogen?

Hidrogen (dari bahasa Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1

Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar

Hidrogen adalah unsur yang paling melimpah dengan presentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta

Pengertian Biohidrogen

Biohidrogen adalah hidrogen yang diproduksi melalui proses biologis atau dari biomassa

Hidrogen bukanlah sumber energi (energy source) melainkan pembawa energi (energy carrier), artinya hidrogen tidak tersedia bebas di alam atau dapat ditambang layaknya sumber energi fosil.

Hidrogen harus diproduksi

Kelebihan Hidrogen

Hidrogen

Bersih : karena hasil dari proses

pembakarannya adalah air dan energi

Melimpah: banyak terdapat di air dan

hidrokarbon

Transportable dan storable : hidrogen dapat dialirkan ke rumah-rumah dan ke stasiun pengisian

dengan cepat

Heating value hidrogen sangat

tinggi: sekitar 119.93 kJ/g sampai 141,86

kJ/g

Kelebihan Menggunakan Biohidrogen

1. Biaya produksi relatif lebih rendah karena hanya menggunakan mikroba (yang menghasilkan enzim)

2. Ramah lingkungan karena tidak menghasilkan emisi gas buang (emisi yang dihasilkan hanya air)

3. Sumber dari biohidrogen adalah biomassa yang banyak terdapat di alam

Kelemahan Biohidrogen

1. Enzim hidrogenase yang berperan dalam produksi hidrogen tidak aktif dengan adanya oksigen.

2. Infrastruktur yang ada saat ini belum dibuat untuk mengakomodasi bahan bakar hidrogen.

Hasil Pembakaran Hidrogen

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572  kJ

Sehingga 1 mol gas hidrogen menghasilkan 286 kJ

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen

Penyimpanan Hidrogen High-pressure storage tanks: Gas hidrogen dapat

dikompresi dan disimpan di tangki penyimpanan pada tekanan tinggi, tetapi tangki ini harus sangat kuat (sekitar 5000 Psi)

Liquid hydrogen: Hidrogen dapat disimpan sebagai cairan. Dalam bentuk ini, hidrogen lebih dapat disimpan per volume, tetapi harus disimpan pada suhu sangat dingin (sekitar -253° C)

Metal hydrides: Hidrogen dapat direaksikan dengan beberapa logam, yang dapat menyimpan lebih efisien daripada High-pressure storage tanks (logam Iridium, Ir, nomor atom 77)

Tabel Heating Value Beberapa Jenis Bahan Bakar

Cara Pembuatan Biohidrogen

Hidrogen

Bahan bakar fosil

BiomassaAir

ElektrolisisBiolog

isKimia Steam

ReformingGasifikasi Batubara

Biohidrogen

Proses Biologis

Biologis

Direct Biophotolysis

Indirect Biophotolysis

Dark Fermentation

Photo Fermentatio

n

Direct Biophotolysis dan Indirect Biophotolysis

memanfaatkan air (bahan utamanya air)

Direct Biophotolysis

Produksi hidrogen biofotolisis langsung adalah proses biologis menggunakan sistem fotosintesis mikroalga (cyanobacteria) untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia dalam bentuk hidrogen :

2H2O 2H2 + O2Cahaya matahari

Direct Biophotolysis

H2O dioksidasi dan membentuk O2 oleh cyanobacteria. Energi cahaya diserap oleh PS II yang menghasilkan elektron yang ditransfer ke feredoksin. Elektron ditransfer ke feredoksin menggunakan energi cahaya yang diserap PS I. Enzim hidrogenase menangkap elektron langsung dari feredoksin untuk membentuk H2. Karena enzim hidrogenase sensitif terhadap O2, produk dari fotosintesis ini harus dipisahkan (H2 dan O2)

Indirect Biophotolysis

Menurut Gaudermark, konsep dari biofotolisis tak langsung meliputi dua tahap.a. Produksi biomassa oleh fotosintesisb. Fermentasi aerobik menghasilkan 12 mol hidrogen/mol glukosa pada sel alga

Pada biofotolisis tidak langsung, Cyanobacteria digunakan untuk menghasilkan hidrogen melalui reaksi berikut :

12H2O   +  6CO2 C6H12O6 + 6O2

C6H12O6 + 12H2O 12H2 + 6CO2

Cahaya matahari

Indirect Biophotolysis

Dark Fermentation dan Photo Fermentation

memanfaatkan glukosa (bahan utamanya glukosa)

Selulosa

Bisa didapatkan dari

Selulosa

Selulosa merupakan senyawa organik dengan rumus (C6H10O5)n, sebuah polisakarida yang terdiri dari rantai linier dari beberapa ratus hingga lebih dari sepuluh ribu ikatan β(1→4) unit D-glukosa.

Struktur selulosa

Glukosa

Glukosa, suatu gula monosakarida , adalah salah satu karbohidrat terpenting yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Glukosa merupakan salah satu hasil utama fotosintesis dan awal bagi respirasi. Bentuk alami (D-glukosa) disebut juga dekstrosa, terutama pada industri pangan.

3D

Struktur glukosa

Proses Pemecahan Selulosa menjadi Glukosa

SELULOSA

SELOBIOSA (DISAKARIDA)

GLUKOSA (MONOSAKARIDA)

Hidrolisis oleh enzim selulase

Proses Pemecahan Selulosa menjadi Glukosa

Hidrolisis meliputi proses pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula penyusunnya.

Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentosa (C5) dan heksosa (C6).

Dark Fermentation

Fermentasi gelap adalah jenis fermentasi yang tidak memerlukan cahaya matahari.

Pembuatan hidrogen dengan dark fermentation dari senyawa-senyawa organik dibantu oleh mikroorganisme anaerob  yang ditumbuhkan di dalam substrat yang kaya karbohidrat tanpa energi sinar matahari.

Bakteri yang digunakan adalah campuran bakteri yang didominasi oleh Clostridium.

Dark Fermentation

Reaksi:•Bila asetat sebagai produk akhir:

•Bila butirat sebagai produk akhir:

Dark Fermentation

Photo Fermentation

Menggunakan jasa bakteri non-sulfur (purple bacteria) dan sinar matahari, asam organik sederhana dengan kandungan N terbatas melalui pembentukan enzim nitrogenase.

Pada kondisi anaerobik bakteri sulfur dapat memanfaatkan asam organik atau hidrogen sulfid sebagai donor elektron. Elektron dipindahkan ke nitrogenase dengan bantuan ATP. Apabila tidak ada nitrogen maka enzim tersebut dapat mereduksi proton menjadi hidrogen dengan suplai energi dari ATP.

Reaksinya:C6H12O6 + 12H2O + sinar matahari → 12H2+6CO2

Photo Fermentation

Foto fermentasi, perubahan bahan organik melalui bakteri fotosintetik pengikat nitrogen, dapat menghasilkan biohidrogen yang lebih tinggi, akan tetapi sistem masih bergantung pada cahaya.