II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gas Hidrogen
Gas Hidrogen H
2
merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau, mudah terbakar dan tidak beracun pada suhu dan tekanan atmosfer. Di alam,
hidrogen merupakan elemen yang berlimpah tapi hampir tidak ada di atmosfer sebagai molekul tunggal. Gas H
2
sangat ringan, jika tidak terkombinasi dengan unsur lain akan saling berbenturan dan terkeluarkan dari lapisan atmosfer. Di
bumi H
2
banyak ditemukan sebagai senyawa air yang atom-atomnya berikatan dengan atom oksigen.
Secara gravimetri, H
2
memiliki densitas energi tertinggi dari semua jenis bahan bakar yang pernah dikenal. Gas ini memiliki kandungan energi tertinggi
143 Gjton
-1
per unit H
2
Boyles 1984, kompatibel dengan proses elektrokimia dan satu-satunya bahan bakar yang tidak memiliki ikatan secara kimia dengan
karbon sehingga, pembakaran H
2
tidak akan menimbulkan efek rumah kaca, penipisan lapisan ozon atau hujan asam karena pembakarannya hanya menyisakan
uap air dan energi panas di udara Bolton 1996.
2.2 Produksi H
2
Gas H
2
dapat diproduksi dalam berbagai proses, termasuk elektrolisis air, reformasi termokatalitik dari komponen organik yang kaya kandungan H
2
dan proses-proses
biologis. Produksi
H
2
secara biologis
menggunakan mikroorganisme merupakan teknologi yang banyak dikembangkan. Sistem biologi
menyediakan berbagai pendekatan untuk menghasilkan H
2
, misalnya: biofotolisis langsung, fotofermentasi dan fermentasi gelap Das Verizoglu 2001.
Tabel 1 Sekilas produksi Bio-H
2
dengan proses mikroba
Proses Mikroba Reaksi Umum
Mikroba
Direct Biophotolysyis 2 H
2
O + cahaya H
2
+ O
2
Mikroalga Photofermentation
CH
3
COOH+2H
2
O+ cahaya 4H
2
+ CO
2
Purple bacteria Indirect Biophotolysis
12 H
2
O + cahaya 12H
2
+ 6O
2
Alga, Cyanobakteri Water gas shift Reaction
CO + H
2
O CO
2
+ H
2
Fermentatif bakteri Photosintetik bakteri
Two phase Fermentation C
6
H
12
O
6
+ 2H
2
O 4H
2
+ 2CO
2
+2CH
3
COOH CH
3
COOH CH
4
+ CO
2
Fermentative Methanogenik
High-yield dark C
6
H
12
O
6
+ 6 H
2
O 12 H
2
+ 6 CO
2
Fermentatif Fermentation
Mahyudin dan Koesnandar 2006
Keuntungan produksi H
2
secara fermentasi adalah produksinya yang cepat dan operasinya sederhana. Substrat yang digunakan dapat berupa limbah organik,
sehingga jika dibandingkan dengan produksi hidrogen melalui proses fotosintesis maka cara fermentasi lebih mudah dikerjakan dan digunakan secara luas.
Beberapa faktor yang mempengaruhi keberhasilan fermentasi produksi hidrogen adalah konsentrasi substrat, inhibitor, suhu, pH dan kecepatan dilusi Wang
Wan 2009. Bakteri fermentasi memerlukan substrat seperti glukosa dan atau sukrosa
untuk memperoleh energi untuk pertumbuhan dan pemeliharaan dan produksi beberapa intermediet hasil samping berupa asam organik, alkohol dan hidrogen
selama proses metabolisme Ren et al. 2006. Karbohidrat, terutama glukosa adalah substrat untuk fermentasi H
2
. Selain itu, pati, selulosa, limbah organik juga dapat digunakan. Beberapa
mikroorganisme seperti Enterobacter, Clostridium dan E. coli dapat menghasilkan H
2
. Produk akhir dan jumlah H
2
yang dihasilkan sangat variatif tergantung jalur yang digunakan mikroorganisme Levin et al. 2004, Nath Das 2004.
Rute fermentasi dalam produksi H
2
diawali dari konversi glukosa menjadi piruvat dan NADH melalui glikolisis oleh bakteri anaerob maupun fakultatif
anaerob Hellenbeck 2005. Menurut Tanisho et al. 1998 terdapat jalur produksi
H
2
melalui jalur NADH, dimana H
2
dihasilkan oleh reoksidasi NADH sebagaimana reaksi di bawah:
NADH + H
+
H
2
+ NAD
+
Selama proses glikolisis, saat glukosa dikonversi menjadi piruvat dihasilkan NADH dengan reaksi sebagai berikut:
C
6
H
12
O
6
+2NAD
+
2CH
3
COCOOH + 2NADH +2H
+
Wang dan Wan 2009 berpendapat bahwa produksi H
2
melalui fermentasi merupakan proses yang sangat kompleks dan banyak faktor yang mempengaruhi
diantaranya inokulum, substrat, tipe reaktor, nitrogen, fosfat, ion logam, suhu dan pH. Zhang et al. 2009 mengemukakan bahwa produk fermentasi anaerob pada
jalur pembentukan hidrogen oleh E. aerogenes adalah piruvat, suksinat, laktat, 2 3 butanediol BD, asetat, etanol, CO
2
dan H
2
Gambar 1. Menurut Rahman et al. 1997 etanol, BD dan laktat terbentuk melalui kopling oksidasi NADH sehingga
untuk meningkatkan produksi H
2
dimungkinkan dengan memblokir jalur piruvat ke etanol, BD dan laktat.
Gambar 1 Pola metabolisme anaerob E. aerogenes Zhang et al. 2009 Gas H
2
diproduksi melalui pembentukan asam piruvat secara anaerobik selama katabolisme. Karbohidrat dapat berupa monosakarida tapi juga bisa berupa
polimer seperti pati, selulosa atau xilan. Berbagai substrat organik telah diakui potensial dalam fermentasi H
2
. Noike dan Mizuno 2000 serta Yu et al. 2002 menyebutkan bahwa beberapa bentuk limbah organik seperti limbah padat seperti
jerami padi hingga limbah cair seperti limbah pabrik gula dan anggur telah digunakan untuk produksi H
2
. Nira sorgum manis, Miscanthus hidrolisat, lumpur kertas bahkan limbah organik domestik telah diuji berpotensi diaplikasikan untuk
produksi H
2
Claassen et al. 2002.
2.3 Enterobacter aerogenes
Kategori