fermentasi hidrogen

download fermentasi hidrogen

of 22

  • date post

    18-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    82
  • download

    8

Embed Size (px)

description

jjjj

Transcript of fermentasi hidrogen

Hidrogen merupakan sumber energi yang bersih dan efisien. Gas tersebut memiliki kandungan energi tertinggi (143Gjton-1) per unitnya dan merupakan bahan bakar yang tidak terikat secara kimia dengan karbon (Purwanto, 2005). Dengan demikian, pembakaran hidrogen tidak akan menimbulkan efek rumah kaca, penipisan lapisan ozon, atau hujan asam. Hal tersebut karena proses pembakarannya di udara hanya akan menghasilkan uap air dan energi panas (Nath dan Das, 2004).Hidrogen merupakan sumber energi alternatif yang dapat diproduksi dari sumber energi terbarukan, seperti biomassa dan dikenal dengan istilah biohidrogen.Selain sumber penghasilnya melimpah, biohidrogen juga bersifat ramah lingkungan.Produksi biohidrogen dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu perubahan secara fotobiologis dan melalui teknik fermentasi (Sirait, 2007). Teknik fotobiologis hanya dapat dilakukan pada siang hari ketika ada cahaya matahari. Hal ini dikarenakan mikroba fotosintetik menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energinya. Sementara itu, teknik fermentasi dapat berlangsung siang maupun malam hari (dalam keadaan gelap). Hal ini tergantung pada tipe mikroba yang digunakan dalam fermentasi. Sebagian besar bakteri aerob dan anaerob memproduksi biohidrogen dengan pendekatan fotosintesis dan fermentasi (fotofermentasi) (Rahman et al., 1997).Beberapa keunggulan biohidrogen di antaranya adalah produksi dapat dilakukan pada suhu dan tekanan normal sehingga biaya produksi dapat lebih rendah dibandingkan secara fisik dan kimia (Nakashimada, 2004). Selain itu, hal tersebut sekaligus dapat memanfaatkan limbah dan sampah organik sebagai substrat fermentasi (Liu dan Shen, 2004).Proses Produksi Biohidrogen dengan Cara FotofermentasiGas hidrogen yang diproduksi oleh bakteri fotosintetik dihasilkan melalui proses fotofermentasi. Fotosistem pada bakteri fotosintetik hanya melibatkan satu fotosistem (PS1). Fotosistem terjadi di dalam membran intraseluler. Fotosistem pada bakteri ini tidak cukup kuat untuk memecah air. Pada kondisi anaerob, bakteri fotosintetik dapat dengan baik menggunakan asam organik sederhana seperti asam asetat sebagai donor elektron (Sirait, 2007).Elektron dari senyawa organik akan dipompakan oleh sejumlah besar pembawa elektron. Selama transport elektron, proton dipompakan melewati membran sehingga terjadi gradien proton. Gradien proton yang terjadi digunakan oleh enzim ATP sintase untuk menghasilkan ATP. Energi ATP yang terbentuk dapat digunakan untuk transport lebih jauh elektron ke elektron akseptor feridoksin.Jika molekul nitrogen tidak ada, maka enzim nitrogenase dapat mereduksi proton menjadi gas hidrogen dibantu energi dalam bentuk ATP dan elektron yang diperoleh dari feridoksin (Chen et al., 2005). Fotosistem bakteri tidak menghasilkan oksigen sehingga tidak menghambat kerja enzim nitrogenase, lagipula enzim nitrogenase sensitif terhadap oksigen (Akkerman, 2002).Mikroorganisme Penghasil BiohidrogenBakteri dan mikroalga sering digunakan untuk memproduksi biohidrogen. Mikroorganisme fotosintetik seperti bakteri fotosintetik dan sianobakteria dapat menguraikan air menjadi hidrogen oksigen dengan bantuan cahaya matahari (Sirait, 2007). Keuntungan organisme tersebut adalah tidak menggunakan senyawa organik sebagai substrat tetapi menggunakan sinar matahari. Sayangnya, produksi biohidrogen cenderung lambat, sistem reaksinya membutuhkan energi yang besar, dan pemisahan gas hidrogen dan oksigen membutuhkan penanganan yang khusus.Bakteri anaerob tidak menggunakan air sebagai senyawa penghasil biohidrogen namun menggunakan senyawa organik. Keuntungannya adalah reaksi pembentukan hidrogen yang cepat dan tidak memerlukan energi matahari. Kelemahannya, penguraian senyawa organik akan menghasilkan asam-asam organik. Asam organik itu menjadi permasalahan baru bila tujuan produksi ingin menanggulangi limbah.Bakteri fotosintetik membutuhkan senyawa organik untuk memproduksi hidrogen dan energi cahaya untuk membantu reaksi energi yang terlibat dalam produksi hidrogen. Keuntungan bakteri tersebut dibandingkan sianobakteria adalah energi yang dibutuhkan lebih kecil. Senyawa organik yang dapat digunakan sebagai substrat adalah asam lemak, gula, tepung, dan selulosa (Sirait, 2007). Bakteri fotosintetik selalu melibatkan senywa organik, fotosistem I, feridoksin, dan enzim nitrogenase dalam produksi biohidrogen.Terdapat berbagai macam mikroorganisme yang dapat menghasilkan biohidrogen (Miyake, 1998) baik yang fotosintetik maupun non fotosintetik. Bakteri yang termasuk fotosintetik adalah Rhodopseudomonas, Rhodobacter, Anabaena, Chlamydomonas, Chromatrium, dan Thiocapsa. Sedangkan bakteri yang termasuk non fotosintetik adalah Klebsiella, Clostridium, Enterobacter, Azotobacter, Metanobacteria, dan Eschercia coli.Referensi:Akkerman I. 2002. Photobiologycal Hydrogen Production Photochemical Efficiency and Bioreactor Design. J Hydrogen Energy 27:1195-1208.Nath K dan Das D. 2004. Improvement of Fermentative Hydrogen Production: Various Approuch. Appl Microbiol Biotechnool 65:520-529.Nakashimada Y. 2004. High Rate Production of Hydrogen from Various Substrat and Wastes. Adv Biochem. Engin. Biotechnol 90:63-67.RahmanMA, Furutani Y, Nakashimada Y, Kakizono T, Nishio N. 1997. Enhace Hydrogen Production in Altered Mixed Acid Fermentatuion of Glucose by Enterobacter aerogenes. Journal Ferm Bioeng 83:358-363.Sirait LR. 2007. Produksi Gas Hidrogen dari LImbah Cair Tahu dengan Bakteri Fotosintetik Rhodobium marinum. Tesis. UI. Depok.

Pemanfaatan Biomassa untuk Produksi Biohidrogen Pendahuluan

Pemanasan global memiliki korelasi dengan emisi CO2. Emisi dan kenaikan harga energi menyebabkan kekhawatiran manusia. Mengingat hal tersebut merupakan masalah penting, perlu dilakukan langkah-langkah untuk mengurangi risiko terhadap manusia dan lingkungan. Salah satu upaya untuk mencapai teknologi bersih adalah menggantikan energi fosil dengan sistem energi terbarukan dan mengembangkan energi non-karbon. Salah satu jenis energi non-karbon adalah sel bahan bakar hidrogen.

Hidrogen adalah bahan bakar terbarukan paling elektroaktif dan ramah lingkungan untuk semua jenis mesin dan fuel cell. Hidrogen dan oksigen di dalam fuel cell bereaksi secara elektrokimia menghasilkan energi listrik dan air. Hasil reaksi hanya air, oleh karena itu fuel cell adalah alat pengubah tenaga yang tidak menghasilkan polutan (zero emission machine).

Hidrogen dapat diproduksi dari air, biomasa dan bahan bakar fosil. Metode produksi hidrogen dari air meliputi proses elektrolisis disosiasi termal dengan bantuan katalis, auto elektrolisis, alkalin dan biofotolisis dengan bantuan mikroalga. Metode produksi hidrogen dari biomasa meliputi metode biologi dan secara kimia. Proses produksi hidrogen dari bahan bakar fosil meliputi proses oksidasi parsial minyak berat dibantu katalis, oksidasi parsial naphta, metana, metanol, steam reforming metanol dan gasifikasi batu bara.

Hidrogen dari bahan bakar fosil sampai saat ini mensuplai sebagian besar kebutuhan hidrogen. Setengah dari seluruh produksi hidrogen pada saat ini menggunakan bahan baku fosil melalui proses termokatalis dan gasifikasi dan hanya 4% saja yang menggunakan bahan baku air secara elektrolisis. Dengan semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil mendorong penggunaan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan.

Energi biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan, yaitu dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui (renewable resources), relatif tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian.

Pembahasan

Biomasa merupakan bahan yang menyimpan energi sinar matahari dalam bentuk energi kimia di dalam tubuh tanaman dan binatang. Ada dua metode untuk memproduksi hidrogen dari biomasa yaitu metode termokimia dan biologi. Biomasa dengan metode termokimia dapat diubah menjadi hidrogen melalui proses pirolisis, gasifikasi dan water gas shift. Water gas shift adalah proses untuk mengkonversi gas hasil reaksi dari reaksi pirolisis dan gasifikasi menjadi hidrogen. Sedangkan dengan metode biologi, biomassa diubah menjadi hidrogen melalui proses biophotolysis langsung dan tak langsung, photo-fermentation, dan dark fermentation. A. Metode Termokimia untuk memproduksi hidrogen

1. Pirolisis

Pirolisis adalah pemanasan bahan organik biomassa tanpa oksigen pada suhu tinggi 650-800 K dan tekanan 0,1-0,5 MPa untuk mengkonversi biomassa menjadi cairan minyak, arang padat dan senyawa gas. Produk dari proses pirolisis berupa gas, cair dan padat. Produk gas berupa H2, CH4, CO, CO2 dan gas-gas lainnya tergantung pada bahan organik biomassa yang digunakan untuk pirolisis. Produk cair berupa tar dan minyak yang tetap berbentuk cair pada suhu kamar seperti aseton, asam asetat, dll. Produk padat utama terdiri dari arang dan karbon hampir murni dan bahan inert lainnya. Reaksi :Biomassa + panas H2 + CO + CH4 + produk lainUap metana dan hidrokarbon lainnya yang dihasilkan dapat dilakukan proses steam reforming untuk produksi hidrogen lebih lanjut:CH4 + H2O CO + 3H2

Untuk meningkatkan produksi hidrogen, dilakukan reaksi water-gas shift sebagai berikut:CO + H2O CO2 + H2

Selain produk gas, produk berminyak juga dapat diolah untuk produksi hidrogen. Minyak pirolisis dapat dipisahkan menjadi dua fraksi berdasarkan kelarutan dalam air. Fraksi yang larut dalam air dapat digunakan untuk produksi hidrogen sementara fraksi yang tidak larut dalam air sebagai bahan perekat.

Pembuatan Hidrogen dari Pirolisis Biomassa

Penelitian menunjukkan bahwa ketika katalis Ni digunakan, maksimum hasil hidrogen bisa mencapai 90%. Dengan proses tambahan steam reforming dan reaksi water-gas shift, yield hidrogen dapat meningkat secara signifikan.

2. Gasifikasi Biomas