21

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1. Metodologi

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh lama pencahayaan terhadap laju

pertumbuhan Botryococcus braunii dan pembentukan hidrokarbon. Untuk mencapai

tujuan tersebut maka dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Menentukan kurva baku yang menghubungkan antara absorbansi dan berat

kering Botryococcus braunii

2. Menentukan absorbansi dari kultur Botryococcus braunii pada waktu dan variasi

tempuhan (run) tertentu

3. Menentukan berat kering Botryococcus braunii pada waktu dan variasi

tempuhan (run) tertentu

4. Menentukan kurva pertumbuhan Botryococcus braunii pada waktu dan variasi

tempuhan (run) tertentu

5. Menentukan kandungan hidrokarbon yang dihasilkan Botryococcus braunii pada

waktu dan variasi tempuhan (run) tertentu

3.2. Percobaan

Kondisi-kondisi yang digunakan dalam percobaan sebagai berikut.

1. Laju alir udara : 0,0178 L/s (optimum)

2. Konsentrasi CO2 : 15% dari laju alir udara

3. Temperatur : 25 oC

4. Kondisi pH awal : 7

5. Pengadukan : Sirkulasi dengan aliran

22

3.2.1. Bahan

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:

1. Biakan murni dari alga mikro Botryococcus braunii dalam medium sintetik

yang tersedia

2. Medium berupa Bristol Bold

3. Gas CO2 dan udara kompresi

4. Hexana sebagai solven untuk ekstraksi

Larutan Bristol Bold yang digunakan dalam percobaan ini mengandung komponen-

komponen berikut:

a) NaNO3 : 0,25 g

b) CaCl2.2H2O : 0,025 g

c) MgSO4.7H2O : 0,075 g

d) K2HPO4 : 0,075 g

e) KH2PO4 : 0,175 g

f) NaCl : 0,.025 g

g) H2O : 1 L

h) 1 tetes larutan FeCl3 1%

3.2.2. Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

3.2.2.1. Kultivasi Botryococcus braunii

a. Fermentor (Air-lift Fermentor) dan perlengkapannya

b. Tabung gas CO2

c. Lampu flourescent

3.2.2.2. Pengolahan untuk memperoleh absorbansi

a. Spektrofotometer

23

b. Kuvet

3.2.2.3. Pengolahan untuk memperoleh berat kering

a. Sentrifuga

b. Oven

3.2.2.4. Pengolahan untuk memperoleh hidrokarbon

a. Ekstraktor

b. Labu bundar

c. Labu erlenmeyer

d. Alat distilasi

3.2.2.5 Pengolahan untuk menganalisis kandungan hidrokarbon

a. Gas kromatografi

b. Ampul

3.3 Pelaksanaan Percobaan

3.3.1 Kultivasi Botryococcus braunii

Kultivasi Botryococcus braunii diawali dengan mempersiapkan medium Bristol

Bold dan biakan. Volume medium kultur dalam fermentor sebesar 5 liter. Biakan awal

(starter) yang dibutuhkan sebesar 10% dari volume medium kultur atau sebesar 500 ml.

Fermentor yang digunakan berjumlah dua buah dan dijalankan secara paralel. Kultivasi

dilakukan selama lima hari dengan memvariasikan lama pencahayaan, 10 jam pada

fermentor I dan 5 jam pada fermentor II. Fermentor dioperasikan pada laju alir udara

konstan sebesar 17,8 ml/s, pH awal 7, temperatur ruang, dan penyinaran menggunakan

lampu flourescent dengan daya total 60 watt. Rancangan Air-Lift Fermentor

ditampilkan pada Ganbar 3.1 dan pada Gambar 3.2 ditampilkan Air-Lift Fermentor yang

digunakan selama percobaan.

Suplai udara diperoleh dari udara bebas menggunakan pompa peristaltik.

Pompa peristaltik dipilih karena penggunaaan kompresor terbatas pada hari kerja. Untuk

suplai CO2 juga digunakan pompa peristaltik namun sumber yang digunakan berasal

24

dari tabung gas CO2. Aliran gas CO2 dan udara mula-mula terpisah, kemudian di suatu

titik disatukan. Laju alir udara diatur menggunakan orifice yang tealh dikalibarasi

seblum kultivasi. Rangkaian alat pengaliran udara ditampilkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.1 Rancangan Air Lift Fermentor

(a) (b)

Gambar 3.2 Air Lift Fermentor (a) Fermentor I Lama Pencahayaan 10 Jam

(b) Lama Pencahayaan 5 Jam

25

Gambar 3.3 Rangkaian Alat Pengaliran Udara

3.3.2 Pemanenan

Pada hari kelima dilakukan pemanenan biakan dalam Air Lift Fermentor. Waktu

pemanenan ini berdasarkan hasil peneliti sebelumnya (Donny dan Vica, 2004).

Perhitungan berat alga Botryococcus braunii dilakukan menggunakan metode

gravimetri. Metode ini merupakan metode tak langsung yang digunakan dalam

penghitungan populasi alga. Kultur alga yang telah diendapakan kemudian

disentrifugasi pada laju 4000 rpm selama 1,5 jam. Alga yang mengendap di dasar

tabung sentrifuga kemudian dipisahkan dari cairan supernatan dengan cara didekantasi.

Endapan alga dipindahkan ke dalam cawan penguapan, lalu dipanaskan dalam oven

selam 24 jam pada temperatur 800C (Becker, 1994) untuk menghilangkan air. Gambar

alga yang telah dikeringkan ditampilkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Alga Kering

26

3.3.3 Ektraksi

Alga yang telah kering mula-mula digerus menggunakan mortar (Gambar 3.5). Hal ini

bertujuan untuk memecah membran sel alga, sehuingga hidrokarbon yang berada di

dalamnya dapat keluar, Alga yang telah digerus kemudian dipindahkan ke dalam filter

ekstraktor. Penggunaan filter ini ditujukan agar sel alga tertahan dan tidak terikut ke

dalam pelarut yang telah membawa hidrokarbon. Proses ekstraksi dilakukan

menggunakan pelarut n-hexana selama kurang lebih satu hari pada temperatur 75oC.

Proses ekstraksi ditampilkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.5 Penggerusan Alga Kering

n (a) (b)

27

(c)

Gambar 3.6 Ekstraksi (a) Filter Ekstraktor (b) Ektraktor, dan (c) Ekstrak

3.3.4 Distilasi

Distilasi dilakukan untuk memisahkan hidrokarbon dari n-hexane. Distilasi

dilangsungkan pada temperatur 69oC. Pada temperatur ini n-hexane menguap dan keluar

sebagai distilat, sedangkan hidrokarbon tertahan sebagai produk bawah. Proses distilasi

dihentikan hingga pelarut n-hexane tersisa sedikit. Distilasi tidak dihentikan hingga

seluruh n-hexane menguap karena hidrokarbon yang dihasilkan dapat menempel dengan

kuat pada labu bundar yang digunakan. Cairan hidrokarbon yang tertahan di dasar labu

bundar kemudian dipindahkan ke dalam ampul, lalu diuapkan lagi pada temperatur

ruang dengan bantuan kipas angin. Hidrokarbon hasil distilasi dan penguapan ini

(Gambar 3.7) kemudian diuji kandungan hidrokarbonya menggunakan GC MS.

(a) (b)

Gambar 3.7 Hidrokarbon (a) Hasil Distilasi (b) Hasil Penguapan Pada Suhu Ruang

28

3.4 Variasi Percobaan

Pada penelitian yang dilakukan, variasi ditentukan oleh variabel-variabel percobaan

sebagai berikut :

1. Variabel tetap

Variabel tetap dalam percobaan ini adalah laju alir udara masuk, konsentrasi

CO2 pada udara masuk, dan temperatur operasi. Laju alir udara ditetapkan

sebesar 17,8 ml/s yang merupakan laju alir udara optimum bagi pertumbuhan

Botryococcus braunii (Donny dan Vica, 2004). Konsentrasi CO2 ditetapkan

berdasarkan komposisi CO2 dari gas buang power plant yaitu sebesar 15% dari

laju alir udara masuk. Percobaan dilakukan pada kondisi pH awal 7, temperatur

ruang, dan penyinaran menggunakan lampu flourescent dengan daya total 60

watt.

2. Variabel berubah

Variasi percobaaan yang dilakukan berupa variasi pencahayaan yang terdiri atas

dua kasus:

a. Pencahayaan maksimum

Pendekatan keadaan pencahayaan maksimum terjadi pada musim kering di

Indonesia dengan porsi pencahayaan terang 10 jam dan gelap 14 jam.

b. Pencahayaan minimum

Pendekatan keadaan pencahayaan maksimum terjadi pada musim penghujan

di Indonesia dengan porsi pencahayaan terang 5 jam dan gelap 19 jam

3.5 Interpretasi Data

Terdapat tiga metode analisis yang digunakan dalam percobaan yaitu, analisis grafik,

analisis deskriptif, dan analisis kandungan hidrokarbon.

1. Analisis grafik

Analisis grafik dilakukan dengan membuat kurva baku spektrofotometri antara

29

absorbansi dengan berat sel kering alga mikro (gr/ml) dan pengaruh cahaya terhadap

kandungan hidrokarbon

2. Analisis deskriptif

Analisis deskriptif dilakukan dengan mengamati warna biakan kultur dalam fermentor.

Setiap warna yang berbeda menunjukkan tingkat pertumbuhan. Kehadiran koloni yang

berupa serabut menandakan adanya kontaminan yang dapat menyebabkan terjadinya

kompetisi dalam pemanfaatan medium kultur

3. Analisis kandungan hidrokarbon

Kandungan hidrokarbon yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan alat gas

kromatografi. Sebelum diuji, sampel sel mikroalga terlebih dahulu dikeringkan

kemudian diekstraksi dengan n-hexana. Ekstrak yang dihasilkan kemudian didistilasi,

lalu produk bawah distilasi diuji dengan alat gas kromatografi.

3.6. Prosedur Percobaan

Prosedur percobaan meliputi prosedur penentuan kurva baku pertumbuhan, kurva

pertumbuhan Botryococcus braunii pada tiap variasi, dan penentuan kandungan

hidrokarbon. Prosedur penentuan kurva baku pertumbuhan dan kurva pertumbuhan

Botryococcus braunii tiap variasi masing-masing ditampilkan pada Gambar 3.8 dan

Gambar 3.9 dan penentuan kandungan hidrokarbon ditampilkan pada Gambar 3.10.

30

Gambar 3.8 Prosedur Penentuan Kurva Baku

31

Gambar 3.8 Prosedur Penentuan Kurva Pertumbuhan

32

Gambar 3.9 Prosedur Penentuan Kandungan Hidrokarbon

33

3.6. Jadwal Kegiatan Penelitian

Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian

Kegiatan Desember Januari Februari Maret April Mei Juni 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Run Pendahuluan : Pembuatan larutan bristol Inokulasi Botryococcus braunii Kalibrasi orifice Run awal Run I Run 2 Run 3

Ekstraksi, distilasi, dan pengujian kandungan hidrokarbon

Studi literatur Pembuatan laporan penelitian seminar penelitian