pkmp 2012 unej laila biodiesel refinery technology

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

http://www.biotek.lipi.go.id/index.php/laboratorium/

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 : [email protected]

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


Jember, 30 Oktober 2012

iv

mailto:[email protected]


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



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



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


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)


Esti Utarti, S.P, M.SiNIP.197003031999032001

vii

pkmp 2012 unej laila biodiesel refinery technology

Documents