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