Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biohidrogen dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit dengan Fermentasi Anaerobik pada Kondisi Termofilik untuk Kapasitas Produksi 495,1694 Ton/Tahun

PRA RANCANGAN PABRIK
PEMBUATAN BIOHIDROGEN DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DENGAN FERMENTASI ANAEROBIK PADA KONDISI TERMOFILIK UNTUK
KAPASITAS PRODUKSI 495,1694 TON/HARI
SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
DISUSUN OLEH:
HARI TIARASTI
NIM: 080405047
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOHIDROGEN DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DENGAN FERMENTASI ANAEROBIK PADA
KONDISI TERMOFILIK UNTUK KAPASITAS PRODUKSI 495,1694 TON/TAHUN

TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia
Oleh:
HARI TIARASTI 08 0405 047
Telah Diperiksa / Disetujui,

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP : 19680820 199501 1 001

Dosen Penguji I

Dosen Penguji II

Ir. Bambang Trisakti, MT NIP : 19660925 199103 1 003
Dosen Penguji III

Ir. Bambang Trisakti, MT Dr. Ir. Taslim, M.Si

Dr.Eng.Rondang Tambun, ST,MT

NIP : 19660925 199103 1 003 NIP :19650115 199003 1 002 NIP: 19720612 200012 1 001

Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir

Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat yang telah diberikan berupa nikmat iman, kesehatan dan rizki, sehingga Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Biohidrogen dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit dengan Fermentasi Anaerobik pada Kondisi Termofilik untuk Kapasitas Produksi 495,1694 Ton/Tahun.”
Pra rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah satu syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
Terima kasih dan hormat penulis sampaikan kepada kedua orang tua penulis, Ayahanda Waras dan Ibunda Rusmiati yang senantiasa mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan amanah sebagai seorang anak, khususnya dalam melaksanakan studi dan proses pengerjaan tugas akhir ini.
Terima kasih banyak juga penulis sampaikan kepada dosen pembimbing penulis yaitu Bapak Dr.Eng.Ir.Irvan, M.Si dan Bapak Ir.Bambang Trisakti, MT yang dengan sabar dan tabahnya dalam membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Tugas Akhir Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Dr.Ir.Taslim, M.Si sebagai dosen penguji II dan Bapak Dr.Eng.Rondang
Tambun,ST,MT sebagai dosen penguji III atas kritik dan sarannya untuk perbaikan tugas akhir ini. 3. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan ilmu dan pengalaman yang sangat berharga kepada Penulis. 4. My beloved grandfa and grandma, Alm. Pardi dan Alm. Sukasmi, yang selalu menjadi inspirasi Penulis untuk menggapai mimpi, cita-cita, dan kasih sayang yang tulus serta Ngadio dan Wagira.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

5. Adikku tersayang, Hadi Tiawarman, dan Alm. Bule Salmiah, ibu angkat yang sangat Penulis sayangi, dan seluruh keluarga besar Penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas dukungannya selama ini.
6. Irma Suraya atas kerja sama, bantuan dan kesabarannya sebagai sahabat dan partner setia Penulis selama melaksanakan Kerja Praktek, Penelitian dan Tugas Akhir ini.
7. Dedy Anwar yang telah banyak membantu penulis selama ini, Dek Basril, dan Bro Nanta sesama teman perjuangan penelitian di LPPM. Aminah, Indri, Mbak Ifah, Ayu, Yuli, Lina, Febri, Ana, Wieke dan semua teman-teman stambuk 2008 Tekim USU atas segala bentuk dukungannya.

8. Teman- teman seperjuangan asisten Laboratorium Kimia Analisa, Mawan, Yuli, Syervy, dan David, terima kasih atas kebersamaannya dalam suka dan duka selama di laboratorium KA.
9. Anggota kos Kamboja 52, Icha, Dian, Fitri, Adek, Kiki, Maya, Emi, Ayu dan terutama Winni,teman sekamar penulis, yang setia dan sabar menemani Penulis selama 4 tahun ini, Alm. kak Sri, kak Dewi, serta Winda dan Nanda yang juga banyak memberikan dukungan dan doa bagi Penulis.
10. Sahabat-sahabat terbaikku, Risqi, Diatri, Putri, dan Vrian yang selalu bersedia menjadi sahabat sekaligus saudara Penulis, selalu mendukung dan meluangkan mendengarkan keluh kesah penulis selama ini.
11. Seluruh Guru dan Teman-teman Penulis di SD.013869 Indrapura, SMP N.1 Air Putih, dan SMA N.1 Air Putih atas dukungan dan doa bagi Penulis. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi setiap pembacanya. Penulis
menyadari masih terdapat kekurangan dalam Tugas Akhir ini, dan demi kesempurnaan tugas akhir ini, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat konstruktif untuk perbaikan selanjutnya. Terima kasih.
Medan, Oktober 2012 Penulis

.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

Hari Tiarasti

INTISARI

Pada saat ini, sumber energi yang yang masih banyak dikonsumsi konsumen

adalah yang berasal dari unrenewable, sedangkan permintaan semakin meningkat.

Sehingga di dunia terjadi krisis energi dan berusaha mencari sumber energi alternatif

ataupun terbarukan. Salah satu energi tersebut adalah Biohidrogen yang dapat diolah

dari biomassa yang kaya akan karbohidrat. Selain itu, biohidrogen merupakan bahan

bakar yang ramah lingkungan, karena pembakarannya hanya menghasilkan gas

tunggal yaitu H2O. Indonesia merupakan negara yang menghasilkan Limbah Cair Kelapa Sawit yang besar, oleh karena itu potensi untuk memanfaatkan limbah

tersebut menjadi biohidrogen sangat besar, sehingga hal ini mendorong untuk

dibuatnya suatu pra rancangan pabrik pembuatan biohidrogen dengan tujuan untuk

memenuhi permintaan konsumen terhadap energi dan turut berperan dalam

mengembangkan green technology.

Biohidrogen diproduksi 495,1694 ton/tahun dengan 365 hari kerja dalam 1

tahun. Lokasi pabrik direncanakan di daerah Tebing Tinggi, Sumatera Utara dengan luas areal 13.250 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan berjumlah 178 orang dengan

bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT) yang dipimpin oleh seorang direktur

dengan struktur organisasi sistem garis dan staf.

Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan Biohidrogen ini adalah sebagai

berikut :

- Total Modal Investasi

: Rp 507.238.340,632,-

- Total Biaya Produksi

: Rp 355.320.898.107,-

- Hasil Penjualan

: Rp 613.036.004.773,-

- Laba Bersih

: Rp 179.553.571.793,-

- Profit Margin (PM)

: 41,83 %

- Break Even Point (BEP) : 45,38 %

- Return on Investment (ROI) : 35,40 %

- Pay Out Time (POT)

: 2,82 tahun

- Return on Network (RON) : 59 %

- Internal Rate of Return (IRR) : 52,3 

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik

biohidrogen dengan kapasitas produksi 495,1694 ton/tahun ini layak untuk didirikan.

Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Hal

KATA PENGANTAR ........................................................................................

i

INTISARI .......................................................................................................... ii

DAFTAR ISI....................................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vii

DAFTAR TABEL............................................................................................... ix

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... I-1

1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1

1.2 Perumusan Masalah .................................................................... I-2

1.3 Tujuan Pra Rancangan ................................................................ I-3

1.4 Manfaat Pra Rancangan .............................................................. I-3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... II-1

2.1 Pengertian Biohidrogen............................................................... II-1

2.2 Sejarah Biohidrogen.................................................................... II-2

2.3 Faktor yang Mempengaruhi Proses Anaerobik........................... II-3

2.3.1 Temperatur ....................................................................... II-3

2.3.2 Derajat Keasaman............................................................. II-4

2.3.3 HRT .................................................................................. II-5

2.3.4 Tekanan Parsial Hidrogen dan Karbondioksida ............... II-5

2.3.5 Konsentrasi Asam Organik............................................... II-6

2.3.6 Senyawa Anorganik.......................................................... II-7

2.4 Tahapan – Tahapan Pembentukan Biohidrogen ......................... II-8

2.4.1 Pretreatment ..................................................................... II-8

2.4.2 Hidrolisis .......................................................................... II-8

2.4.3 Asidifikasi......................................................................... II-8

2.5 Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) .............................. II-8

2.6 Perusahaan yang Memproduksi Hidrogen .................................. II-10

2.7 Aplikasi Gas Hidrogen................................................................ II-13

2.8 Proses Integrasi Produksi Biohidrogen ...................................... II-14

Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

2.8.1 Biofotolisis Langsung....................................................... II-14

2.8.2 Biofotolisis Tak Langsung ............................................... II-15

2.8.3 Photo Fermentation (Fermentasi Cahaya) ....................... II-16

2.8.4 Dark Fermentation (Fermentasi Gelap) ........................... II-16

2.8.5 Proses HYVOLUTION .................................................... II-18

2.9 Deskripsi Proses dan Sifat – Sifat Bahan Baku dan Produk ....... II-19

2.9.1 Deskripsi Proses Pembuatan Biohidrogen dari

Fermentasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit ................. II-19

2.9.2 Sifat – Sifat Bahan Baku dan Produk ............................... II-22

2.9.2.1 Natrium Hidroksida (NaOH)................................ II-22

2.9.2.2 Ferro Klorida (FeCl2) ........................................... 2.9.2.3 Natrium Posfat Dihidrat (Na2HPO4.2H2O) ......... 2.9.2.4 Dikalium Posfat (K2HPO4).................................. 2.9.2.5 Natrium Nitrat (NaNO3) ...................................... 2.9.2.6 Natrium Klorida (NaCl) ......................................

II-23 II-23 II-23 II-24 II-24

2.9.2.7 Magnesium Diklorida Heksahidrat

(MgCl2.6H2O) ...................................................... II-25 2.9.2.8 Kalium Hidroksida (KOH) .................................. II-25

BAB III

2.9.2.9 Oksigen (O2)........................................................ 2.9.2.10 Kalium Karbonat (K2CO3) ................................. 2.9.2.11 Air (H2O) ............................................................ 2.9.2.12 Karbondioksida (CO2) ........................................ 2.9.2.13 Hidrogen (H2) ..................................................... NERACA MASSA ...........................................................................

II-25 II-26 II-26 II-27 II-27 III-1

BAB IV NERACA ENERGI........................................................................... IV-1

BAB V SPESIFIKASI PERALATAN........................................................... V-1

BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA .................... VI-1

6.1 Instrumentasi............................................................................... VI-1

6.2 Elemen-Elemen Sistem Pengendalian Proses ............................. VI-3

6.2.1 Proses ................................................................................. VI-3

6.2.2 Pengukuran ........................................................................ VI-3

6.2.3 Evaluasi.............................................................................. VI-3

Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

6.2.4 Pengendalian ...................................................................... VI-4 6.2 Tujuan Pengendalian................................................................... VI-4 6.3 Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik
Pembuatan Biohidrogen .............................................................. VI-5 6.4 Keselamatan Kerja Pabrik ........................................................... VI-7 6.5 Keselamatan Kerja pada Pabrik Pembuatan Biohidrogen dari
LCPKS......................................................................................... VI-8 6.5.1 Pencegahan Terhadap Kebakaran dan Peledakan .............. VI-8 6.5.2 Peralatan Perlindungan Diri ............................................... VI-9 6.5.3 Keselamatan Kerja Terhadap Listrik.................................. VI-9 6.5.4 Pencegahan Terhadap Gangguan Kesehatan...................... VI-10 6.5.5 Pencegahan Terhadap Bahaya Mekanis ............................. VI-10 BAB VII UTILITAS......................................................................................... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap (Steam) .............................................................. VII-1 7.2 Kebutuhan Air............................................................................. VII-2 7.2.1 Screening............................................................................ VII-6 7.2.2 Sedimentasi ........................................................................ VII-6 7.2.3 Klarifikasi .......................................................................... VII-6 7.2.4 Filtrasi ................................................................................ VII-7 7.2.5 Demineralisasi.................................................................... VII-8
7.2.5.1 Penukar Kation (Cation Exchanger)...................... VII-9 7.2.5.2 Penukar Anion (Anion Exchanger) ........................ VII-9 7.2.5.3 Perhitungan Kesadahan Kation.............................. VII-10 7.2.5.4 Perhitungan Kesadahan Anion............................... VII-11 7.2.6 Deaerator............................................................................ VII-12 7.3 Kebutuhan Bahan Kimia............................................................. VII-12 7.4 Kebutuhan Listrik ....................................................................... VII-12 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar ............................................................. VII-13 7.6 Unit Pengolahan Limbah ............................................................ VII-14 7.6.1 Bak Penampungan (BP) ..................................................... VII-15 7.6.2 Bak Pengendapan Awal (BPA).......................................... VII-16 7.6.3 Bak Netralisasi (BN).......................................................... VII-16
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

7.6.4 Unit Pengolahan Limbah dengan Sistem Activated Sludge (Lumpur Aktif)....................................................... VII-17
7.6.5 Tangki Sedimentasi (TS) ................................................... VII-20 7.6.6 Pompa Limbah (PL-01) ..................................................... VII-20 7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas ...................................................... VII-25 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK ......................................... VIII-1 8.1 Lokasi Pabrik .............................................................................. VIII-1 8.1.1 Faktor Primer/Faktor Utama .............................................. VIII-2 8.1.2 Faktor Sekunder ................................................................. VIII-3 8.2 Tata Letak Pabrik ........................................................................ VIII-7 8.3 Perincian Luas Tanah.................................................................. VIII-8 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN................... IX-1 9.1 Bentuk Organisasi Perusahaan.................................................... IX-1 9.1.1 Bentuk Organisasi Garis .................................................... IX-2 9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsionil............................................ IX-2 9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf ...................................... IX-3 9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsionil dan Staf.............................. IX-3 9.2 Manajemen Perusahaan............................................................... IX-4 9.3 Bentuk Badan Hukum Usaha...................................................... IX-5 9.4 Uraian Tugas, Wewenang, dan Tanggung Jawab ....................... IX-6 9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ........................... IX-7 9.4.2 Dewan Komisaris............................................................... IX-7 9.4.3 Direktur .............................................................................. IX-7 9.4.4 Staf Ahli ............................................................................. IX-9 9.4.5 Sekretaris............................................................................ IX-9 9.5 Struktur Tenaga Kerja................................................................. IX-9 9.5.1 Pembagian Struktur Tenaga Kerja ...................................... IX-9 9.5.2 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan ........................ IX-11 9.5.3 Hak dan Kewajiban Karyawan ........................................... IX-12 9.5.4 Keselamatan Kerja .............................................................. IX-16 BAB X ANALISIS EKONOMI..................................................................... X-1 10.1 Modal Investasi ......................................................................... X-1
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

10.1.1 Modal Investasi Tetap/Fixed Capital Investment (MCI) . X-1 10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC) ............................. X-3 10.2 Biaya Produksi Total (BPT) / Total Cost (TC) ......................... X-4 10.2.1 Biaya Tetap / Fixed Cost (FC) ......................................... X-4 10.2.2 Biaya Variabel (BV) / Variable Cost (VC)...................... X-4 10.3 Total Penjualan / Total Sales .................................................... X-5 10.4 Bonus Perusahaan ..................................................................... X-5 10.5 Perkiraan Rugi / Laba Usaha .................................................... X-5 10.6 Analisa Aspek Ekonomi............................................................ X-5 10.6.1 Profit Margin (PM) ........................................................ X-5 10.6.2 Break Even Point (BEP) ................................................. X-6 10.6.3 Return on Investment (ROI) ........................................... X-6 10.6.4 Pay Out Time (POT)....................................................... X-7 10.6.5 Return on Network (RON)............................................. X-7 10.6.6 Internal Rate of Return (IRR)......................................... X-7 BAB XI KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... XI-1 11.1 Kesimpulan ............................................................................... XI-1 11.2 Saran.......................................................................................... XI-1 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... DP-1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA..................................... LA-1 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI.................................... LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN.................... LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS. LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ................................... LE-1 LAMPIRAN F MATERIAL SAFETY DATA SHEET........................................ LF-1
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Limbah Cair POME....................................... II-9

Tabel 2.2 Karakteristik Limbah POME dan Baku Mutu Limbah............... II-10

Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Pre-Treatment (M-103) .................. III-1

Tabel 3.2 Neraca Massa pada Tangki Pencampur (M-107)........................ III-1

Tabel 3.3 Neraca Massa pada Reaktor Biohidrogen (R-201) ..................... III-2

Tabel 3.4 Neraca Massa pada Reaktor Biogas (R-203) .............................. III-2

Tabel 3.5 Neraca Massa pada Absorber Desulfurisasi (T-301) .................. III-3

Tabel 3.6 Neraca Massa pada Bioreaktor Desulfurisasi (R-303)............... III-3

Tabel 3.7 Neraca Massa pada Clarifier (S-306) ......................................... III-3

Tabel 3.8 Tabel 3.9

Neraca Massa pada Kolom Absorber CO2 (T-308) .................... III-4 Neraca Massa pada Stripper (T-313) .......................................... III-4

Tabel 3.10 Neraca Massa pada PSA (T-316)................................................ III-4

Tabel 4.1 Neraca Energi pada Tangki Pre-Treatment (M-103).................. IV-1

Tabel 4.2 Neraca Panas pada Tangki Pencampur (M-107) ........................ IV-1

Tabel 4.3 Neraca Panas pada Reaktor Biohidrogen (R-201) ...................... IV-2

Tabel 4.4 Neraca Energi pada Reaktor Biogas (R-203).............................. IV-2

Tabel 4.5 Neraca Panas pada Cooler (E-207)............................................. IV-3

Tabel 4.6 Neraca Panas pada Absorber Desulfurisasi (T-301) ................... IV-3

Tabel 4.7 Neraca Energi pada Bioreaktor Desulfurisasi (R-303) .............. IV-4

Tabel 4.8 Tabel 4.9

Neraca Energi pada Absorber CO2 (T-308)................................ IV-4 Neraca Energi Pada Heat Exchanger (E-310) ............................ IV-5

Tabel 4.10 Neraca Energi Stripper (T-313) .................................................. IV-5

Tabel 4.11 Neraca Energi pada Cooler (E-311)............................................ IV-5

Tabel 4.12 Neraca Energi pada Cooler (E-404)............................................ IV-6

Tabel 4.13 Neraca Energi pada Cooler (E-315)............................................ IV-6

Tabel 4.14 Neraca Energi pada Cooler (E-407)............................................ IV-6

Tabel 6.1 Jenis Variabel Pengukuran dan Controller yang Digunakan...... VI-2

Tabel 6.2 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik

Pembuatan Biohidrogen dari LCPKS dengan Fermentasi

Anaerobik pada Kondisi Termofilik ........................................... VI-5

Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

Tabel 6.3 Jumlah Peralatan Pencegah Kebakaran....................................... VI-9 Tabel 6.4 Jumlah Peralatan Perlindungan Diri ........................................... VI-12 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Sebagai Media Pemanas .................................. VII-1 Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat........................................... VII-2 Tabel 7.3 Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan................................ VII-4 Tabel 7.4 Kualitas Air Sungai Padang ........................................................ VII-5 Tabel 7.5 Syarat Air Umpan Ketel Uap ..................................................... VII-8 Tabel 7.6 Kebutuhan Daya pada Unit Proses ............................................. VII-12 Tabel 7.7 Kebutuhan Daya pada Unit Utilitas ............................................ VII-13 Tabel 7.8 Spesifikasi Pompa Limbah.......................................................... VII-24 Tabel 7.9 Spesifikasi Pompa Utilitas .......................................................... VII-27 Tabel 8.1 Perincian Luas Tanah.................................................................. VIII-8 Tabel 9.1 Pembagian Shift Karyawan ......................................................... IX-10 Tabel 9.2. Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ........................................ IX-11 Tabel 9.3 Proporsi Gaji Karyawan per 1 Shift ............................................ IX-13 Tabel LB.1 Nilai Kontribusi Unsur Atom...................................................... LB-1 Tabel LB-2 Kapasitas Panas Beberapa Senyawa pada 298 K (J/mol.K) ....... LB-2 Tabel LB-3 Data Kapasitas Panas (J/mol.K) untuk Fasa Gas ........................ LB-3 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/mol.K) untuk Fasa Cair ....................... LB-3 Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kkal/mol)....................................... LB-4 Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al ............... LB-4 Tabel LB.7 Perhitungan Energi yang Masuk ke dalam Tangki
Pre-Treatment (M-103) .............................................................. LB-5 Tabel LB.8 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki
Pre-Treatment (M-103) .............................................................. LB-6 Tabel LB.9 Perhitungan Energi yang Masuk ke dalam Tangki
Pencampur (M-107) .................................................................... LB-7 Tabel LB.10 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki
Pencampur (M-103) .................................................................... LB-8 Tabel LB.11 Perhitungan Energi yang Keluar dari Bioreaktor (R-201) .......... LB-9 Tabel LB.12 Perhitungan Energi yang Keluar dari Bioreaktor (R-201) .......... LB-10 Tabel LB.13 Perhitungan Energi yang Keluar dari Bioreaktor (R-203) .......... LB-12
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.14 Perhitungan Energi yang Keluar dari Bioreaktor (R-203) .......... LB-12 Tabel LB.15 Entalpi gas dan cairan keluar kompressor (JC-206) ................... LB-14 Tabel LB.16 Entalpi gas dan cairan keluar Cooler (E-207)............................. LB-14 Tabel LB.17 Neraca Energi pada Cooler (E-207)............................................ LB-16 Tabel LB.18 Perhitungan energi masuk ke dalam Absorber (T-301) .............. LB-17 Tabel LB.19 Perhitungan energi keluar dari Absorber (T-301)....................... LB-17 Tabel LB.20 Perhitungan energi keluar dari Absorber (T-301)...................... LB-18 Tabel LB.21 Neraca energi pada Absorber (T-301) ........................................ LB-18 Tabel LB.22 Perhitungan energi masuk Bioreaktor (R-303) ........................... LB-21 Tabel LB.23 Perhitungan energi keluar dari Bioreaktor (R-303) .................... LB-21 Tabel LB.24 Perhitungan energi keluar dari Absorber (T-308)....................... LB-24 Tabel LB.25 Neraca energi pada Absorber (T-301) ........................................ LB-24 Tabel LB.26 Neraca Energi pada Heat Exchanger (E-310)............................. LB-27 Tabel LB.27 Neraca energi pada Stripper (T-313) .......................................... LB-29 Tabel LB.28 Neraca energi pada Cooler (E-311) ............................................ LB-31 Tabel LB.29 Entalpi gas output kompressor (JC-403)..................................... LB-32 Tabel LB.30 Entalpi gas output Cooler (E-404) .............................................. LB-32 Tabel LB.31 Neraca energi pada Cooler (E-404) ............................................ LB-33 Tabel LB.32 Entalpi gas dan cairan output kompressor (JC-314) ................... LB-34 Tabel LB.33 Entalpi gas dan cairan output Cooler (E-315) ............................ LB-34 Tabel LB.34 Neraca energi pada Cooler (E-315) ............................................ LB-35 Tabel LB.35 Entalpi gas output kompressor (JC-406)..................................... LB-36 Tabel LB.36 Entalpi gas output Cooler (E-407) .............................................. LB-36 Tabel LB.37 Neraca energi pada Cooler (E-407) ............................................ LB-37 Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara
Pendingin .................................................................................... LD-32 Tabel LD.2 Spesifikasi Pompa Utilitas .......................................................... LD-47 Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya......................... LE-1 Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift................................................ LE-3 Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses................................................. LE-7 Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas ............................................... LE-8 Tabel LE.5 Biaya Sarana dan Transportasi.................................................... LE-11
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ............................................................... LE-17 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas .................................................................... LE-19 Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ................................................................ LE-20 Tabel LE.9 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No.17 Tahun 2000 LE-22 Tabel LE.10 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) ........................ LE-30
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4
Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 6.1 Gambar 8.1 Gambar 8.2 Gambar 9.1
Gambar LD.1 Gambar LD.2 Gambar LD.3 Gambar LD.1 Gambar LE.1
Gambar LE.2
Gambar LE.3

Flowsheet Proses HYDROFORM-C Mahler Gas ................ II-11 Flowsheet Proses HYDROFORM-M Mahler Gas ............... II-12 Flowsheet Proses HYDROSWING-GMahler Gas ............... II-12 Perbandingan Biaya Energi Sekarang dan Masa Depan Menggunakan Biohidrogen di Jerman .................................. II-13 Mobil Toyota Konsep Bahan Bakar Hidrogen ..................... II-14 Flowsheet Proses Pembentukan Hidrogen dengan PHF ....... II-16 Flowsheet Proses Pembentukan Hidrogen dengan THF....... II-18 Skema Proses HYVOLUTION............................................. II-18 Empat Elemen pada Sistem Pengendalian ............................ VI-3 Tata Letak Pabrik Biohidrogen ............................................. VIII-5 Tata Letak Pabrik Pembuatan Biohidrogen dari LCPKS...... VIII-9 Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pabrik Pembuatan Biohidrogen........................................................................... IX-17 Sketsa Sebagian Bar Screen (Tampak Atas)......................... LD-2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower LD-32 Kurva 1/(Hy*-Hy) terhadap Hy ............................................ LD-33 Sketsa Sebagian Bar Screen (Tampak Atas)......................... LD-2 Hasil Regresi Koefisien Korelasi Harga Indeks Marshall dan Swift ................................................................ LE-5 Harga Peralatan Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan ................................................................... LE-6 Kurva Break Event Point (BEP) Pabrik Biohidrogen........... LE-31

Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kelangkaan bahan bakar minyak, yang disebabkan oleh kenaikan harga
minyak dunia yang signifikan, telah mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi bersama-sama, salah satunya adalah dengan cara penghematan energi. Penghematan ini sebetulnya harus telah digerakkan sejak dahulu karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi adalah sumber energi fosil yang tidak dapat diperbarui (unrenewable), sedangkan permintaan naik terus, demikian pula harganya sehingga tidak ada stabilitas keseimbangan antara permintaan dan penawaran. Salah satu jalan untuk menghemat bahan bakar minyak (BBM) adalah dengan mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbarui (renewable) (Rahman, 2005). Untuk antisipasi dalam memenuhi pasokan akan kebutuhan energi, maka salah satu tantangan adalah mencari alternatif energi terbarukan yang ramah lingkungan misalnya : bioetanol, bio-diesel,bio-hidrogen (Bio-H2), bio-butandiol (Bio-BD) (Chang dkk., 2002).
Biohidrogen merupakan salah satu prioritas utama program riset unggulan RISTEK (Riset dan Teknologi). Biohidrogen merupakan energi baru dan terbarukan yang diharapkan dapat menjawab keterbatasan energi fosil. Biohidrogen sebagai produk utama dari proses fermentasi itu menjadi salah satu jawaban atas terbatasnya sumber energi fosil. Di masa yang akan datang biohidrogen, sebagaimana bioetanol dan biodiesel dimungkinkan menjadi bahan bakar yang banyak digunakan oleh industri. Keistimewaan yang ada pada biohidrogen adalah bahwa biohidrogen mudah dikonversi menjadi fuel atau listrik tanpa menyisakan polutan. Melimpahnya biomassa dari limbah dan non limbah di Indonesia merupakan penunjang ketersediaan substrat dalam jangka waktu yang panjang serta merupakan sumber energi baru dan dapat diperbaharui. Di masa mendatang akan kita temukan berbagai pemanfaatan bioenergi sebagai bahan bakar pengganti dari energi fosil yang tidak dapat diperbaharui (Agitya, 2008).
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

Gas hidrogen (H2) mempunyai gravimetrik densitas energi yang paling tertinggi diantara beberapa bahan bakar dan cocok terhadap elektrokimia dan proses pembakaran untuk konversi energi tanpa menghasilkan emisi karbon yang telah memberikan konstribusi pada polusi lingkungan dan perubahan iklim. Sekarang ini, sebagian besar H2 diproduksi dengan cara elektrolisa air atau perubahan dari metan. Teknologi produksi H2 secara bio (Bio-H2) memberikan pendekatan yang lebar terhadap produksi H2 termasuk biofotolisis langsung, biofotolisis tidak langsung, foto fermentasi dan fermentasi gelap. Fermentasi tanpa menggunakan cahaya ini merupakan salah satu energi bersih masa depan untuk menuju sasaran tanpa limbah dikarenakan dapat dipakainya limbah pertanian dan limbah industri sebagai substrat mikroorganisma (Mahyudin dan Koesnandar, 2006).
Biomassa dari limbah yang dapat dimanfaatkan untuk biohidrogen ini adalah Limbah Cair Kelapa Sawit. Pabrik pengolahan kelapa sawit menghasilkan limbah cair dalam jumlah yang besar, yaitu berkisar antara 600-700 liter/ton tandan buah segar (TBS) (Naibaho, 1996). Saat ini diperkirakan jumlah limbah pabrik kelapa sawit (PKS) di Indonesia mencapai 28,7 juta ton limbah cair/tahun dan 15,2 juta ton limbah padat (TKKS)/tahun (Mahajoeno, 2011). Jumlah LCPKS yang besar dan kandungan bahan organiknya yang tinggi (80%) (DITJEN PPHP,2006), menjadi peluang besar bagi industri ini dalam pemanfaatan limbah untuk menghasilkan produk lain, salah satunya adalah pemanfaatan LCPKS untuk menghasilkan biohidrogen.
Konsumsi hidrogen terbesar adalah untuk membuat ammonia (49%), untuk pemurnian minyak bumi (37%), untuk memproduksi metanol (8%) dan untuk lainnya (6%). Rencana di masa yang akan datang hidrogen digunakan sebagai bahan bakar mesin transportasi dan menggunakan Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) sebagai mesin yang mempunyai efisiensi tiga kali lebih besar (Mahreni dan Adi Ilcham, 2011). Dengan banyaknya manfaat positif kegunaan gas hidrogen bagi industri dan lingkungan maka pra rancangan pabrik pembuatan biohidrogen dari fermentasi limbah cair kelapa sawit ini perlu dikaji kelayakannya.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

1.2 Perumusan Masalah Adapun yang menjadi rumusan masalah dalam pra rancangan pabrik
pembuatan biohidrogen dari limbah cair kelapa sawit dengan fermentasi anaerobik pada kondisi termofilik yaitu : 1. Bagaimana memanfaatkan limbah cair kelapa sawit (LCPKS) yang jumlahnya
semakin melimpah untuk dimanfaaatkan menjadi produk yang memiliki nilai ekonomi lebih tinggi dan ramah lingkungan berupa gas hidrogen. 2. Bagaimana memenuhi kebutuhan gas hidrogen dalam dunia Industri di Indonesia.
1.3 Tujuan Pra Rancangan Pabrik Ada beberapa tujuan pembuatan pra rancangan pabrik pembuatan
biohidrogen dari limbah cair kelapa sawit dengan fermentasi anaerobik pada kondisi termofilik yaitu : 1. Untuk memberikan informasi awal tentang kelayakan pendirian pabrik
pembuatan biohidrogen dari limbah cair kelapa sawit dengan fermentasi anaerobik pada kondisi termofilik. 2. Untuk memberikan informasi tentang perkiraan tata rancang pabrik dan biaya yang diperlukan dalam pembuatan biohidrogen dari limbah cair kelapa sawit dengan fermentasi anaerobik pada kondisi termofilik.
1.4 Manfaat Pra Rancangan Pabrik Manfaat dari pra rancangan pabrik pembuatan biohidrogen dari limbah cair
kelapa sawit dengan fermentasi anaerobik pada kondisi termofilik adalah agar dapat menerapkan ilmu teknik kimia yang telah didapatkan selama kuliah seperti neraca massa, neraca energi, utilitas, proses perancangan pabrik kimia. Dengan dibuatnya pra rancangan pabrik pembuatan biohidrogen dari limbah cair kelapa sawit dengan fermentasi anaerobik pada kondisi termofilik ini, maka mahasiswa dapat memahami kegunaan dari ilmu yang selama ini dipelajari dan diperoleh selama masa kuliah.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Biohidrogen Biohidrogen adalah gas hidrogen yang dihasilkan oleh aktivitas
mikroorganisme seperti ganggang hijau, cyanobacteria, atau mikroorganisme fermentasi. Ganggang hijau dan cyanobacteria menggunakan energi sinar matahari untuk menghasilkan H2 dari air, sementara bakteri fermentasi bersifat heterotrof (Das dan Veziroglu, 2001). Produksi hidrogen dari sumber daya terbarukan dengan fermentasi adalah metode yang lebih menjanjikan di antara alternatif proses produksi hidrogen yang lain. Sesuai dengan pembangunan berkelanjutan dan masalah minimisasi limbah, produksi hidrogen biologis, yang dikenal sebagai "teknologi hijau" telah menerima banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir dikarenakan membutuhkan energi yang sedikit dan dapat dikombinasikan dengan proses pengolahan limbah cair. Hidrogen tidak berbau, tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak beracun ketika digunakan sebagai bahan bakar karena tidak menghasilkan polutan tetapi menghasilkan air sebagai produk tunggal. Dibandingkan dengan bahan bakar fosil, hidrogen menghasilkan energi sebesar 122 kJ/g, 2,75 kali lebih besar dibandingkan dengan bahan bakar hidrokarbon (Mei Ling Chong dkk.,2009).
Adapun beberapa keuntungan dari penggunaan hidrogen ialah pembakaran hidrogen pada automobile 50% lebih efisien dari pada bensin (Reith dkk., 2003). Kemudian hidrogen mempunyai efisiensi konversi sebesar 55-60% (Nilai pembakaran gas H2) dibandingkan dengan gas metana yang hanya 33% (Van Groenestijn dkk., 2002) . Hidrogen dapat dijual sebagai metal hydride (Dong dkk., 2007) serta transmisi hidrogen melalui perpipaan gas akan lebih efisien daripada transmisi electricity down power line (Kloeppel dan Rogerson, 1991). Selain itu gas H2 mempunyai aplikasi industri yang lebih luas dibandingkan gas metana (Li dan Fang, 2007). Di antara metode produksi hidrogen, metode yang paling menjanjikan dan ramah lingkungan adalah fermentasi gelap dari limbah organik karena menggabungkan proses produksi hidrogen dengan pengolahan limbah (Benemann 1996).
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

2.2 Sejarah Biohidrogen Hidrogen pertama kali diisolasi pada pertengahan tahun 1600 oleh Robert
Boyle, yang menjatuhkan paku besi ke dalam asam sulfat, disebut gas H2 dikenal sebagai “udara buatan” (Busby,2005). Kurang lebih 100 tahun kemudian, pada tahun 1766, Henry Cavendish mengidentifikasi hidrogen sebagai elemen kimia ( disebut sebagai udara yang mudah terbakar) dan menjelaskan sifat-sifat dari gas tersebut, seperti densitas dan berat molar. Cavendish juga menunjukkan bahwa pembakaran H2 di udara menghasilkan air mengoreksi kesalahan dari ide yang menyatakan air sebagai elemen dasar. Pada tahun 1783, Antoine-Laurent Lavoisier mengenal oksigen sebagai komponen dari air, dan memberikan hidrogen nama modernnya (penghasil air). Pada akhir tahun 1700 dan awal tahun 1800, hidrogen digunakan pada udara panas balon penerbangan, dan sebagai bahan bakar pada salah satu mesin pembakaran internal yang pertama. Hidrogen juga merupakan komponen yang kaya pada “kota gas” digunakan untuk tujuan pemanasan dan penerangan (Busby, 2005). Pada tahun 1920 dan 1930, penelitian hidrogen sangat aktif dan beberapa aplikasi utilitas pemindahan H2 dikembangkan, dari zeppelin dirigibles hingga kereta api , bus dan kapal laut (Hoffmann, 2002). Kemajuan teknologi H2 dihentikan setelah perang dunia kedua disebabkan rendahnya harga minyak dan bensin. Perhatian pada energi H2 kembali meningkat pada tahun 1970 selama krisis energi, tetapi berkurang setelah harga minyak merosot tajam (Hoffmann, 2002). Pada tahun 1990, perhatian H2 kembali meningkat dengan pertumbuhan kecemasan publik pada dampak negatif bahan bakar fosil terhadap lingkungan dunia (Benemann, 1996).
Produksi hidrogen oleh mikroorganisme terungkap pada akhir tahun 1800. Penelitian dasar bakteri penghasil H2 ditemukan pada akhir tahun 1920 (Benemann,2002) dan ganggang mikro pada awal tahun 1940 (Homann, 2003). Meskipun produksi H2 secara mikrobiologi tidak dipertimbangkan sebagai kemungkinan yang mudah dilaksanakan hingga tahun 1970 (Benemann,1996). Pada tahun 1970 dan 1980 penelitian biohidrogen kebanyakan berkonsentrasi pada produksi H2 secara biologis menggunakan cahaya (Asada and Miyake,1999). Penelitian mengenai produksi H2 dengan fermentasi gelap memperoleh perhatian lebih pada akhir tahun 1990 dengan meningkatnya jumlah studi hingga sekarang (Perttu Koskinen, 2008).
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

2.3 Faktor yang Mempengaruhi Proses Anaerobik Aktivitas metabolisme mikroorganisme penghasil hidrogen tergantung pada
faktor: 2.3.1 Temperatur
Temperatur mempengaruhi aktivitas bakteri penghasil hidrogen dan laju produksi (Nath et al, 2006). Reaksi fermentasi gelap hidrogen dapat dioperasikan pada temperatur yang berbeda : mesofilik (25-40oC), termofilik (40-65 oC), ekstrim termofilik (65-80 oC), atau hipertermofilik (>80 oC) (Levin et al,2004). Kebanyakan percobaan fermentasi gelap menggunakan temperatur sebesar 35-55 oC. Proses ekstrim termofilik memberikan sejumlah keuntungan dibandingkan dengan termofilik dan mesofilik. Pertama, produksi hidrogen lebih tinggi pada kondisi ekstrim termofilik daripada kondisi mesofilik dan termofilik. Telah dilaporkan bahwa fermentasi anaerobik hidrogen secara ekstrim termofilik dapat menghasilkan produksi hidrogen yang lebih banyak dan laju produksi hidrogen yang lebih tinggi daripada fermentasi hidrogen secara mesofilik (Van Groenestijin dkk., 2002). Telah dilaporkan juga bahwa pada kondisi ekstrim termofilik (70 oC), hasil hidrogen mencapai maksimum secara teoritis yaitu 4 mol hidrogen per mol glukosa, sedangkan pada kondisi mesofilik dan termofilik normalnya adalah kurang dari 2 mol hidrogen per mol glukosa (Van Niel dkk., 2002). Kedua, ekstrim termofilik memiliki kemampuan memusnahkan patogen yang lebih baik pada digested residu yang ditunjukkan pada temperatur tinggi (Sah Istrom, 2003). Ketiga, meminimalisasi kontaminasi oleh pengkonsumsi hidrogen, seperti metanogen. Hellenbeck (2005), melaporkan bahwa pada fermentasi dengan temperatur tinggi lebih disukai secara termodinamik bagi reaksi penghasil hidrogen karena temperatur yang tinggi menghasilkan peningkatan entropi, dan menjadikan fermentasi gelap hidrogen lebih berenergi sementara utilitas proses hidrogen berdampak negatif dengan kenaikan temperatur (Amend dan Shock, 2001). Bakteri ekstrim termofilik menunjukkan toleransi yang lebih baik pada tekanan parsial hidrogen yang tinggi yang akan menyebabkan pergantian metabolik pada cara penghasil nonhidrogen, seperti produksi pelarut (Niel dkk., 2003).
Pada kondisi mesofilik, Lay dkk. (2003) melaporkan produksi hidrogen sebesar 50 ml/gVSyang ditambahkan pada HSW batch fermentation. Okamoto dkk. (2000)
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

menemukan produksi hidrogen sebesar 19,3-96,0 mL/ gVSyang ditambahkan dari fraksi individu HSW seperti nasi dan wortel oleh pengolahan batch secara mesofilik. Valdez- Vazquez dkk. (2005) melaporkan bahwa 95 ml H2/ gVSyang ditambahkan diperoleh secara berturut-turut dengan menggunakan CSTR semi kontinyu. Dawei Liu (2008) menemukan produksi hidrogen sebesar 43 ml H2/ gVSyang ditambahkan dari fermentasi HSW secara mesofilik, dan juga menemukan bahwa produksi hidrogen sebesar 100-250 ml H2/ gVSyang ditambahkan dapat dipenuhi pada kondisi ekstrim termofilik.
2.3.2 Derajat Keasaman (pH) Derajat keasaman memiliki efek terhadap aktivasi enzim mikroorganisme,
karena setiap enzim aktif hanya pada kisaran pH yang bersifat spesifik dan mempunyai aktivitas maksimum pada pH optimalnya (Lay dkk., 1997). Penelitian hidrogen telah mengakui bahwa pH adalah salah satu kunci faktor yang mempengaruhi produksi hidrogen. Fermentasi hidrogen bersifat sensitif terhadap pH dan pokok dari produk akhir (Craven, 1998). Telah banyak penelitian untuk memproduksi hidrogen dari limbah padat. Hasilnya mengindikasi bahwa kontrol pH merupakan hal yang sangat penting untuk memproduksi hidrogen. Telah dilaporkan juga bahwa dibawah pH yang tidak optimal proses fermentasi hidrogen digantikan oleh produksi pelarut (Temudo dkk., 2007), atau memperlama fasa lag (Liang, 2003). Produksi laktat selalu diobservasi bersamaan dengan perubahan parameter lingkungan yang terjadi secara tiba-tiba, seperti pH, HRT, dan temperatur, yang mengindikasikan biakan bakteri tidak beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang baru (Temudo dkk., 2007). Liu dkk. (2006) menemukan bahwa pada fermentasi gelap hidrogen secara mesofilik memiliki pH optimal sekitar 5-5,5.
Sementara itu, fermentasi hidrogen pada temperatur ekstrim termofilik pada semua publikasi menggunakan pH 6,5-7,5. Van Niel dkk. (2002) menggunakan biakan murni dari Caldicellulosiruptor saccharolyticus dan Thermatoga elfii untuk fermentasi gelap hidrogen menggunakan bahan baku sukrosa dan glukosa pada temperatur 70oC. pH yang utama adalah 7 dan 7,4 melalui eksperimen tersebut. Schroder et al (1994) menggunakan biakan murni dari Thermatoga maritime dengan menggunakan substrat glukosa pada temperatur 80oC dan kontrol pH 6,5. Kadar et al.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

(2004) melaporkan produksi hidrogen dari sludge hidrolisat kertas dengan biakan murni Caldicellulosiruptor saccharolyticus pada pH 7,2. Dari keseluruhan penelitian ini mengindikasi bahwa kebanyakan bakteri ekstrim termofilik penghasil hidrogen lebih menyukai pH netral sebagai pH optimum. Penelitian biakan campuran bakteri ekstrim termofilik yang diadaptasi dari pupuk juga melaporkan bahwa pH optimum adalah 7 (Yokoyama dkk., 2007). Dawei Liu (2008) juga menemukan bahwa biakan campuran bakteri ekstrim termofilik penghasil hidrogen yang diadaptasi dari pupuk dan pengolahan substrat HSW mempunyai pH optimum 7.
2.3.3 HRT HRT juga merupakan parameter yang penting bagi proses fermentasi gelap.
Pada sistem CSTR, HRT yang singkat digunakan untuk membersihkan metanogen yang tumbuh lambat dan memilih bakteri penghasil asam (Chen dkk., 2001), sementara laju cairan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan hidrolisis limbah organik yang buruk (Han dan Shin, 2004). Pada sistem CSTR, Kim dkk. (2004) melaporkan bahwa HRT yang singkat (< 3 hari) akan menghasilkan produksi hidrogen karena metanogen membutuhkan lebih dari HRT 3 hari. Normalnya pada proses anaerobik, pH dan HRT adalah pasangan parameter : HRT yang singkat menghasilkan pH yang rendah. Antara pH dan HRT telah didemonstrasikan sebagai cara yang efektif untuk memisahkan bakteri penghasil hidrogen dan archaea pengkonsumsi hidrogen pada kondisi mesofilik dan termofilik (Oh dkk., 2004). Meskipun efek pH dan HRT saling berhubungan tidak ada penelitian resmi yang telah mengisolasi efek dari kedua parameter ini secara terpisah (Dawei Liu, 2008).
Bagi fermentasi HSW pada temperatur ekstrim termofilik, HRT harus tidak boleh kurang dari 2 hari, jika tidak akan dihasilkan hidrolisis dan pembersihan bakteri metanogen yang buruk. Diindikasi juga bahwa metanogen masih dapat tumbuh dan mengkonsumsi hidrogen (Dawei Liu, 2008).
2.3.4 Tekanan Parsial Hidrogen dan Karbondioksida Akumulasi hidrogen dan karbondioksida dapat menyebabkan penekanan
produksi dan formasi dari produk yang berkurang secara berturut-turut.
Hari Tiarasti 08 0405 047 Universitas Sumatera Utara

a. Tekanan Parsial Hidrogen Konsentrasi hidrogen pada fasa cair berhubungan dengan tekanan parsial
hidrogen yang merupakan salah satu kunci faktor yang mempengaruhi produksi hidrogen (Hawkes dkk., 2002). Tekanan parsial H2 (pH2) adalah faktor yang sangat penting terutama bagi sintesis H2 secara kontinyu (Hawkws dkk., 2007). Alur sintesis hidrogen bersifat sensitif bagi konsentrasi H2 dan merupakan penghambat produk akhir karena meningkatnya konsentrasi H2 menyebabkan sintesis H2 berkurang dan alur metabolik berganti menjadi produksi substrat seperti laktat, etanol, aseton, butanol, atau alanin (Tamagnini et al., 2002). Sintesis H2 secara kontinyu membutuhkan pH2 sebesar 50 kPa pada temperatur 60oC (Lee dan Zinder, 1998). 20 kPa pada temperatur 70oC (Van Niel dkk., 2002), dan 2 kPa pada temperatur 98 oC dibawah kondisi standart (Levin dkk., 2004).
b. Tekanan Parsial Karbondioksida Pada kasus karbondioksida, konsentrasi H2 yang tinggi dapat menyebabkan
produksi fumarat atau suksinat, yang berkontribusi mengkonsumsi elektron, sehingga produksi hidrogen berkurang (Tanisho dkk., 1998). Tanisho et al. Juga melaporkan bahwa penghilangan CO2 dapat meningkatkan produksi hidrogen pada fermen