Post on 06-Jul-2018
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
1/12
“OPTIMALISASI PRODUKSI GAS HIDROGEN MELALUI PEREKAYASAAN
FOTOSINTESIS ALGA SCENEDESMUS SP. DENGAN VARIASI METODE
PENYINARAN”
Kiki Rezki Lestari, U!k Dar!sa"a# ST MT, Fitria Hi$a%a&ti Ssi Msi
Teknik Fisika, Teknik dan Sains, Universitas Nasional
Email : kikirezkilestari@gmail.com, ucuk.darusalam@gmail.com,
fitriahidayanti@gmail.com
Abstract
In this study, using algae Scenedesmus Sp. the reverse process of photosynthesis that
occurs. The study lasted for three months from November 2012 to anuary 201!, located in a
dar" room and roof tiles at the #aboratory of $ngineering %hysics, National &niversity. The
study used three different methods of e'posure and for each method performed t(o trials. )y
maintaining the density range of 1*.+ ' 10* to !.2 ' 1010 and ma"e the dar" a fi'ed variable
ie 2 hours to optimi-e the production of hydrogen to !2.010+!*+ m# (as obtained in the
amount of solar lighting method of the total volume of 200 m# algae.
/ey (ords hydrogen, algae Scenedesmus sp, photosynthesis
!ST"#
$ada %enelitian ini menggunakan alga Scenedesmus S%. dengan merekayasa %roses
fotosintesis yang ter&adi. $enelitian 'erlangsung selama tiga 'ulan dari 'ulan No%em'er ()*(
sam%ai +anuari ()* yang 'erlokasi di ruang gela% dan ata% genteng la'oratorium teknik
fisika, Universitas Nasional. $enelitian ini menggunakan tiga metode %enyinaran 'er'eda dan
untuk setia% metode dilakukan dua kali %erco'aan. -engan men&aga range densitas se'esar
*,/ 0 *) 1 ,( 0 *)*) dan men&adikan 2aktu gela% men&adi varia'el teta% yaitu (3 &am da%at
mengo%timalkan %roduksi hidrogen sam%ai (,)*)//4 m5 ¨ah ini dida%at %ada metode
%encahayaan matahari dari total volume alga se'esar 4()) m5.
#ata kunci : hidrogen, alga Scenedesmus S%, fotosintesis
' I( PENDAHULUAN
#risis energi yang sedang melanda
dunia saat ini, meru%akan masalah yang
harus segera ditanggulangi. Eks%loitasi
secara terus 1 menerus terhada% 'ahan
'akar fosil yang meru%akan energi yang
*
mailto:kikirezkilestari@gmail.commailto:ucuk.darusalam@gmail.commailto:ucuk.darusalam@gmail.commailto:fitriahidayanti@gmail.commailto:ucuk.darusalam@gmail.commailto:fitriahidayanti@gmail.commailto:kikirezkilestari@gmail.com
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
2/12
tidak da%at di%er'aharui 6unrene(able
energy7 dari dalam %erut 'umi untuk
konsumsi industri, trans%ortasi, dan rumah
tangga mengaki'atkan ke'eradaannya di
alam semakin meni%is.
Se'uah a%likasi masa de%an yang
%enting hidrogen 'isa se'agai alternatif
untuk 'ahan 'akar fosil, setelah de%osit
minyak ha'is. %likasi ini namun
tergantung %ada %engem'angan teknik
%enyim%anan untuk mengaktifkan
%enyim%anan yang te%at, distri'usi dan
%em'akaran hidrogen. +ika 'iaya %roduksi
hidrogen, distri'usi, dan %engguna akhir
teknologi 'erkurang, hidrogen se'agai
'ahan 'akar 'isa memasuki %asar %ada
tahun ()(). 8*9
ikroalga meru%akan sum'er 'ahan
'akar 'io yang men&an&ikan. -i sam%ing
mudah untuk dikulturkan, &uga mudah
untuk di%elihara. !ahkan 'e'era%a
varietas diduga kaya dengan minyak yang
miri% dengan minyak kedelai. ikroalga
tidak hanya menghasilkan minyak,
hidrogen %un 'isa di%roduksi olehnya.
Secara alami, mikroalga mem%roduksi
hidrogen selama %roses fotosintesis.
) II( La&$asa& Te*ri
)(' Hi$r*+e&
;as hidrogen adalah gas yang mudah
ter'akar. ;as hidrogen 'ersifat eks%losif
&ika mem'entuk cam%uran dengan udara
dengan %er'andingan volume 3idrogen adalah unsur ketiga yang
%aling 'anyak terda%at di 'umi yaitu kadar
hidrogen di'umi adalah *3)) %%m 6),*3<
'erat7 atau (,=< mol. #eunggulan lain dari
hidrogen adalah ¨ahnya di alam ini
sangat melim%ah, =< dari seluruh atom
yang ada di &agat raya ini adalah hidrogen,
unsur yang %aling sederhana dari semua
unsur yang ada di alam ini.
>idrogen adalah energi turunan
6Sekunder7 se'agaimana halnya listrik
yang tidak 'isa dida%at langsung dari
alam, melainkan harus di%roduksi dengan
menggunakan sum'er energi lain se%erti
gas alam, minyak, 'atu 'ara, nuklir, energi
matahari dan 'er'agai sum'er energi
lainnya.
)() A"+a Me&+asi"ka& Hi$r*+e&
-i mata nastasios elis, seorang
%rofesor tum'uhan dan 'iologi mikro'a,
alga &ika direkayasa secara genetik akan
(
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
3/12
men&adi sum'er hidrogen yang le'ih
%roduktif.8/9
$ara %eneliti merekayasa gen yang
'erfungsi untuk mengendalikan ¨ah
klorofil di dalam kloro%las, organ sel yang
men&adi %usat fotosintesa. Setia% kloro%las
'iasanya mem%unyai )) molekul klorofil.
Se&auh ini, %ara %eneliti 'erhasil
mengurangi ¨ah klorofil terse'ut
men&adi setengahnya. ereka 'erencana
mengurangi ¨ah terse'ut le'ih 'anyak
lagi, men&adi sekitar *) molekul klorofil.
?$ada ¨ah terse'ut, algae yang
dikulturkan di dalam se'uah 'ioreaktor
'esar akan menghasilkan hidrogen tiga
kali le'ih 'anyak di'andingkan dari yang
di%roduksi sekarang. u&ar elis.8*(9
Sementara, %ara %eneliti di National
"ene2a'le Energy 5a'oratory 6N"E57
sedang mem'uat kema&uan dalam
meningkatkan efisiensi %roduksi hidrogen.
ereka 'erhasil memaksa algae terse'ut
untuk menghasilkan hidrogen selama
'ulan. Sei'ert 'erhara% algae yang
direkayasa terse'ut akan 'ermanfaat &ika
%roses dialihkan men&adi 'ioreaktor skala
'esar.8*(9
$enelitian yang dilakukan oleh >ans
;affron dan +ack "u'in %ada tahun *=3(
yang menemukan 'ah2a %ada alga
Scenedesmus bliuus %ada keadaan
anaero'ic da%at menghasilkan >( %ada
%roses fotosintesisnya8(9
n&a >emschemeler 'eserta
temannya &uga melakukan %enelitian
dalam &urnalnya 3 4ydrogen production
by 5hlamydomonas reinhardtii an
elaborate interplay of electron sources and
sin"s6. -ari %enelitiannya di%eroleh hasil
se'esar 3)( dengan 2aktu inku'asi
= &am dengan mengurangi sulfur dan
ke%adatan maksimum alga se'esar (/
μ g AhlBm589.
Federico "ossi 'eserta temannya
&uga melakukan %enelitian dalam &urnalnya
3 4idrogen %roduction 7rom )iogical
Systems &nder 8ifferent Illumination
5ondition %hotobioreactor %roposal6.
-engan menggunakan metode
%encahayaan 'uatan yang 'er'eda kondisi
dengan alga hi&au 5lamydomonas 9. -ari
%enelitiannya di%eroleh hasil maksimal
se'esar *// mmol selama () hari dengan
media T$1S menggunakan %encahayaan
yang 'ersum'er dari lam%u 0enon dengan
daya 4 Catt. -engan ke%adatan alga
se'esar *4 0 *) cell839.
+i >ye +o 'eserta temannya &uga
melakukan %enelitian dalam &urnalnya 3
:odeling and ptimi-ation of
%hotosynthetic 4ydrogen ;as %roduction
by ;reen Alga 5hlamydomonas
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
4/12
reinhardtii in Sulfur
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
5/12
%ada asam organik, mengkonsumsi =<
sam%ai ==< dari asam organik selama
%roduksi hidrogen.
. III( Met*$*"*+i
$enelitian ini dilaksanakan %ada
'ulan No%em'er ()*( H +anuari ()*.
5okasi %enelitian adalah di ruang gela%
dan ata% genteng, 5a'oratorium Teknik
Fisika, Universitas Nasional, "agunan.
$em'uatan media kultur dilakukan di
5a'oratorium #imia, Universitas
Nasional, "agunan. $enghitungan densitas
alga dilakukan di 5a'oratorium
ikro'iologi, Universitas Nasional,
"agunan. $engu&ian gas hasil dari
%erco'aan dilakukan di 5a'oratorium
Techno ;as, 5emigas, Ailedug.
.(' F"*/art Pe&e"itia&
$ada flo2chart di'a2ah ini
menyatakan 'ah2a alur dari %enelitian
mulai dari %em'uatan desain ruang
%engkondisian cahaya, %ersia%an kultur
alga, %emanenan alga, melakukan
%erco'aan, analisis kandungan gas, %engolahan data, dan kesim%ulan.
Ga#0ar .(' A"!r 1e&e"itia&
.() A"at $a& 2aa&
lat dalam %enelitian ini adalah ruang
%erco'aan 'eserta %eralatan la'oratorium
%enu&ang. !ahan yang digunakan adalahalga Scenedesmus Sp. edia kultur
menggunakan media $>. -alam
%enelitian ini media untuk %erco'aan
adalah edia $>1S di'uat dengan zat
yang sama dengan media $>, dengan
mengganti semua zat yang mengandung
sulfur dengan garam1 garamanBklorid6Al7.
.(. K*&3i+!rasi Per*0aa&
Untuk memudahkan mengetahui
%erlakuan yang di'erikan terhada% varia'el
H varia'el setia% %erco'aan, di 'a2ah ini
terda%at ta'el konfigurasi %erco'aan.
Ta0e" .(' K*&3i+!rasi 1er*0aa&
etode $erco'aan Gn%ut
4
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
6/12
o-ensitas
lga
6selBm57
#ondis
i
Aahaya
65u07
Caktu
;ela%
*5am%u %ertama
4/
*)) 1)
(3 &am
kedua
(/3
/
()) 1
(=))
(3
&am
(atahari %ertama
433)))))
)
) 1
4/))
(3
&am
kedua
(*)))))
)
) 1
4*)))
(3
&am
atahari
dan5am%u %ertama (/)))))) )) 1))) (3 &am
kedua
3
/
*))) 1
=))
(3
&am
- IV( A&a"isis Data $a& Pe#0aasa&
-(' A&a"isis Ka&$!&+a& Gas
-('('(' Ka&$!&+a& Gas 1a$a Met*$e
Pe&aa%aa& La#1!
-('('('(' Per*0aa& Perta#a
$ada %erco'aan %ertama dengan
metode ini gas yang diam'il didalam skala
ukur memiliki tinggi *) m5 yaitu tanggal (
+anuari ()*( dan yang dimasukkan
kekantong gas hanya m5.
-ari kom%osisi kandungan gas
yang di%eroleh 'ah2a untuk kandungan
gas yang dihasilkan dengan metode
%encahayaan lam%u terdeteksi ada
se'anyak *,/()/ asil inilah yang akan men&adi acuan
untuk data yang lain %ada %erco'aan
kedua.
-('('() Ka&$!&+a& Gas 1a$a Met*$e
Pe&aa%aa& Mataari
-('('()(' Per*0aa& Perta#a
$ada %erco'aan %ertama dengan
metode ini gas yang diam'il didalam skala
ukur memiliki tinggi m5 yaitu tanggal /
+anuari ()*( dan yang dimasukkan
kekantong gas hanya ( m5.
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
7/12
-ari kom%osisi kandungan gas
yang di%eroleh 'ah2a untuk kandungan
gas yang dihasilkan dengan metode
%encahayaan lam%u terdeteksi ada
se'anyak ),44( asil
inilah yang akan men&adi acuan untuk data
yang lain %ada %erco'aan %ertama.
-('('(.() Per*0aa& Ke$!a
$ada %erco'aan kedua dengan
metode ini gas yang diam'il didalam skala
ukur memiliki tinggi m5 yaitu tanggal *
+anuari ()*(.
-ari kom%osisi kandungan gas
yang di%eroleh 'ah2a untuk kandungan
gas yang dihasilkan dengan metode
%encahayaan lam%u terdeteksi ada
se'anyak 4,(3=
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
8/12
se'anding dengan ),/3( m5 karena gas
yang ditam'ahkan se'esar m5. >asil
inilah yang akan men&adi acuan untuk data
yang lain %ada %erco'aan kedua.
-a%at dilihat dari hasil analisis
kom%osisi gas 'ah2a hasil ter'anyak
di%eroleh dengan metode %encahayaan
matahari dan lam%u dan ini &uga
mem'uktikan alga Scenedesmus S% da%at
mem%roduksi hidrogen.
-() A&a"isis Pe&+ar! Varia0e"
De&sitas A"+a, Pe&+k*&$isia&
5akt! $a& 6aa%a Tera$a1
Pr*$!ksi Hi$r*+e&(
-alam %enelitian ini, untuk
menganalisis data digunakan regresi linear
ganda yang terdiri dari dua varia'el 'e'asI* 6 densitas alga 7, I( 6 intensitas
cahaya 7, dan I 6 2aktu gela% 7 yang
men&adi varia'el konstan. $ersamaan
regresi linear ganda untuk dua varia'el
'e'as I* dan I( serta satu varia'el konstan
I terse'ut yaitu J K ') D '* I*D '( I( D
'I.
nalisis regresi linear ganda %ada
%enelitian ini menggunakan tools data
analisis icrosoft E0cel ())/. -ari hasil
analisis da%at dikemukakan se'agai
'erikut :
*. #oefisien #orelasi $earson
6ulti%le "7 se'esar ),= yaitu
'esarnya dera&at keeratan
hu'ungan antara dua varia'el 'e'as
I* 6 densitas alga 7, I( 6 intensitas
cahaya 7, dan I 6 2aktu %erlakuan
gela% 7 yang men&adi varia'el
konstan. -engan varia'el terikat J
6%roduksi hidrogen7. !esarnya
#oefisien -eterminasi 6" SLuare7
),=/ menun&ukkan 'esarnya
%engaruh varia'el 'e'as I*
6densitas alga7, I( 6intensitas
cahaya7, dan I 62aktu %erlakuan
gela%7 dengan varia'el terikat
J6%roduksi hidrogen7 se'esar =/,
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
9/12
I K 2aktu gela%
J K %roduksi hidrogen
$emodelan ini menggunakan varia'elin%ut yaitu densitas 6I*7, %engkondisian
2aktu %erlakuan gela% 6I(7 dan intensitas
cahaya 6I7. #eakuratan dan ke%resesian
%emodelan ini 'ergantung %ada rumus
em%iris yang digunakan untuk menentukan
nilai %endugaan, dalam hal ini sim%angan
'aku 6 standart error 7 dari rumus em%iris
terse'ut adalah se'esar )./ ml.
$eneliti sudah mengo%timalkan
hidrogen teta%i 'elum 'isa mem%roduksi
hidrogen dengan kandungan tinggi, karena
'anyaknya nilai in%ut yang tidak teta%.
-engan mem'erikan nilai in%utan I*K*./
0 *)** selBml dan IK)) lu0 dihasilkan
nilai %endugaan %roduksi hidrogen se'esar
44*,3 ml dengan sim%angan 'aku se'esar
)./ ml.
-(. A&a"isis 2esar V*"!#e Gas Hi$r*+e&
pL.1 pL.2 pM.1 pM.2 pML.1 pML.20
2
4
6
8
1012
14
16
18
20
0
1
2
3
4
5
6
Gra3ik V*"!#e $a& T*ta" V*"!#e Hi$r*+e&
Total Volume hidrogen(ml)
Volume hidrogen(ml)
percobaan
Total Volume
Ga#0ar -() Gra3ik V*"!#e $a& T*ta" V*"!#e Gas Hi$r*+e&
-ari grafik di atas di%eroleh
volume gas hidrogen ter'esar %ada
%erco'aan kedua dengan metode
%enyinaran matahari dan lam%u se'esar
4,(3= m5 dan total volume hydrogen %ada %erco'aan %ertama */,44 m5. >al
ini dise'a'kan oleh %erlakuan varia'el
%ada %erco'aan %ertama dengan metode
%enyinaran matahari dan lam%u se%erti
'erikut :
*. -ensitas alga se'anyak (,/ 0 *) sel
Bm5 dan 3,= 0 *) selBm5.
=
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
10/12
(. $engkondisian 2aktu %erlakuan gela%
selama (3 &am..
. $engkondisian cahaya menggunakan
matahari dan lam%u.
-ilihat dari grafik %roduksi da%at
ditarik kesim%ulan 'ah2a %ada setia%
interval %roduksi hidrogen selalu dia2ali
dengan masa alga tidak menghasilkan
hidrogen. Secara teoritis da%at di&elaskan
'ah2a untuk setia% %roduksi hidrogen dari
alga harus didahului dengan reaksi
en-imatic dalam alga yang tidak
menghasilkan hidrogen dalam rentang
2aktu tertentu, kemudian %ada interval
selan&utnya alga 'aru menghasilkan
hidrogen.
Ae%at lam'atnya alga
menghasilkan hidrogen sangat di%engaruhi
oleh intensitas cahaya dan &uga densitas
alga terse'ut, semakin tinggi intensitas dan
semakin 'anyak densitas akan
meme%erce%at %roses ter&adinya hidrogen
dan meningkatkan la&u aliran gas teta%i
akan mem'uat lifetime dari alga semakin
%endek. -engan didasarkan %ada hasil
terse'ut da%at ditarik kesim%ulan 'ah2a
ketika alga di'eri intensitas cahaya yang
tinggi maka chlorofil yang terkandung di
dalam alga akan mengalami %engecilan
ukuran secara ce%at dan mem%roduksi
hidrogen semakin sering sehingga %ada
saat terse'ut alga le'ih ce%at mengalami
%emutihan.
V( Kesi#1!"a&
-ari hasil %enelitian yang dilakukan
di%eroleh kesim%ulan se'agai 'erikut :
*. S%esies alga Scenedesmus Sp.
ter'ukti da%at mem%roduksihidrogen dari %erekayasaan %roses
fotosintesisnya dengan tiga metode
%engkondisian cahaya dan
intensitas cahaya yang 'er'eda.
(. -engan men&aga range densitas
se'esar *,/ 0 *) 1 ,( 0 *)*) dan
men&adikan 2aktu gela% men&adi
varia'el teta% yaitu (3 &am da%at
mengo%timalkan %roduksi hidrogen
sam%ai (,)*)//4 m5.
. -i%eroleh %ersamaan regresi yaitu :
J K *,(* D 6,) 0 *)1=7 I* D
I( D6 (,/ 0 *)14
7I
#eterangan :
I* K densitas alga
I( K intensitas cahaya
I K 2aktu gela%
J K %roduksi hidrogen
*)
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
11/12
-engan nilai #oefisien #orelasi
$earson 6ulti%le "7 se'esar
),=, dan #oefisien -eterminasi
6" SLuare7 se'esar ),=/.
3. !erdasarkan keenam %erco'aan
yang telah dilakukan dengan tiga
metode %encahayaan 'er'eda %ada
%enelitian ini da%at disim%ulkan
'ah2a %roduksi hidrogen ter'esar
di%eroleh %ada %erco'aan %ertama
dengan metode %encahayaanmatahari dan lam%u se'esar
4,(3= m5, hal ini dikarenakan
range intensitas cahaya yang le'ar
dan %enurunan intensitas yang
tidak &auh. Untuk total volume
hidrogen ter'esar dida%at dari
metode %encahayaan dengan
matahari se'esar (,)*)//4 ml,
hal ini dise'a'kan ¨ah densitas
ter'anyak dan intensitas yang
tinggi.
7 Re3ere&si
*. The GE .%ril ())/.energy
technology essentials are regularly
u%dated 'riefs that dra2 together
the 'est1availa'le, consolidated
information on energy technologies
from the iea net2ork .
(. >. ;affron, +. "u'in, 7ermentative
And %hotochemical %roduction f
4idrogen In Algae, +. ;en. $hysiol.
( 6*=3(7 (*=H(3).
. >emscememeier, n&a. >ydrogen
%roduction 'y Ahlamydomonas
reinhardtii : an ela'orate inter%lay
of electron sources and sinks.
3. "ossi, Federico. 4idrogen
%roduction 7rom )iological
Systems &nder 8ifferent
Illumination 5onditions
%hotobioreactor %roposal ,(/1*.
4. >ye +o, +i. :odeling and
optimi-ation of %hotosynthetic
4ydrogen ;as %roduction by
;reen Alga 5hlamydomonas
reinhardtii in Sulfuro%kins C;, >ner N$. ())3.
Introduction to %lant %hysiology.
>o'oken: +ohn Ciley O Sons. >al.
*/1(=.
/. Taiz. 5, Peige. E. ())(. %lant
%hysiology Third $dition.Sunderland: Sinauer ssociates.
>al. */13.
. l'erts et al. ())(. :olecular
)iology of The 5ell . 3th Edition.
Ne2 Jork: ;arland $u'lishing.
>al. /=1.
=. "aven, $eter >, "ay F. Evert,
Susan EE. ())4. )iology of %lants,
/th Edition. Ne2 Jork: C.>.
**
8/18/2019 Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Meto…
12/12
Freeman and Aom%any $u'lishers.
>al. **=1*(/.
*). SiddiLui, ;hufron. ( %ril ())=.
)iohidrogen.
**. ;uan, Jingfu., -eng, aicun., Ju,
Iing&u., Phang, Cei., ())3.T(o<
Stage %hotoa%%e,
Thomas., ())*. 4idrogen
%roduction. ;reen Algae as a
Source of $nergy. $hysiology *(/
/3)1/3.
1!. "uhle, Thilo.,dkk.()). A novel
screening protocol for the isolation
of hydrogen producing
5hlamydomonas reinherdtil stains.
*(