Download - Optimalisasi Produksi Gas Hidrogen Melalui Perekayasaan Fotosintesis Alga Scenedesmus Sp. Dengan Variasi Metode Penyinaran

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 : [email protected], [email protected],

[email protected]

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 &umlah 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:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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 &umlahnya 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

(


3/12

men&adi sum'er hidrogen yang le'ih

%roduktif.8/9

$ara %eneliti merekayasa gen yang

'erfungsi untuk mengendalikan &umlah

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 &umlah klorofil terse'ut

men&adi setengahnya. ereka 'erencana

mengurangi &umlah terse'ut le'ih 'anyak

lagi, men&adi sekitar *) molekul klorofil.

?$ada &umlah 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


4/12

reinhardtii in Sulfur


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


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


ukur memiliki tinggi m5 yaitu tanggal /

+anuari ()*( dan yang dimasukkan

kekantong gas hanya ( m5.


7/12





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


ukur memiliki tinggi m5 yaitu tanggal *

+anuari ()*(.





se'anyak 4,(3=


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 =/,


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.

=


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

*)


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 &umlah 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.>.

**


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.

*(