NATRIUM HIDROKSIDA NaOH SEBAGAI HIDROLIS

NATRIUM HIDROKSIDA (NaOH) SEBAGAI HIDROLISA BASA
DALAM PRE-TREATMENT PRODUKSI BIOGAS DENGAN
BAHAN BAKU ECENG GONDOK (Eichornia crassipes)

Nama Kelompok :
Jaka Abdillah
Gawa Reza Mahadin

(2307100072)
(2307100121)

Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.Eng
Ir. Nuniek Hendrianie, MT

LATAR BELAKANG

Pertumbuhan
konsumsi energi
tiap tahun ratarata di atas 5%

Produksi energi
alternatif akan
dapat mengganti
40 % penggunaan
energi fosil

Eceng gondok
merupakan gulma
air yang banyak
mengandung
selulosa

Pemanfaatan
eceng gondok
sebagai biogas

1

RUMUSAN MASALAH

1. Melimpahnya tanaman eceng gondok dan belum
dimanfaatkan secara maksimal
2. Kandungan lignin mempersulit proses degradasi
kandungan karbon organik dalam eceng gondok

2

TUJUAN PENELITIAN

1. Memanfaatkan eceng gondok sebagai bahan
baku pembuatan biogas dengan proses
kontinyu
2. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH
pada pre-treatment eceng gondok sebagai
bahan baku biogas
3. Mengetahui pengaruh pre-treatment eceng
gondok yang menggunakan NaOH terhadap
produksi biogas pada proses kontinyu

3

MANFAAT PENELITIAN
1. Memberikan nilai lebih dalam pemanfaatan eceng gondok
sebagai bahan baku produksi biogas
2. Memberikan wawasan dalam pengolahan eceng gondok
menjadi biogas
3. Mengetahui pengaruh pre-treatment basa pada perubahan
kandungan lignoselulosa pada eceng gondok
4. Mengetahui pengaruh pre-treatment basa pada produksi
biogas

4

BATASAN MASALAH

1. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan biogas
adalah eceng gondok
2. Produksi biogas pada penelitian ini dilakukan pada proses
kontinyu

5

LIGNOSELULOSA

SELULOSA

Polimer polisakarida linear dari glukosa
yang terbuat dari unit cellobiose. Selulola
disatukan dengan ikatan hidrogen
sehingga menjadi kokoh
(Hamelinck dkk, 2003)

6

LIGNOSELULOSA

SELULOSA
HEMISELULOSA

Penyusun dinding lignoselulosa yang

terdiri dari heteropolisakarida, dan
dikelompokkan berdasarkan residu gula
utama sebagai penyusunnya seperti
xylan, mannan, galactan dan glucan
(A.T.W.M Hendriks, 2008)

6

LIGNOSELULOSA

SELULOSA
HEMISELULOSA
LIGNIN

Polimer aromatik berasosiasi dengan
poli-sakarida
pada
dinding
sel
sekunder tanaman yang berfungsi

untuk
membentuk
struktur
dan
melindungi tanaman dari bakteri
(A.T.W.M Hendriks, 2008)
6

ECENG GONDOK
Composition*

Kingdom
Filum
Kelas
Ordo
Famili
Genus
Spesies

Leaves Stems Roots

Cellulose

28,91

28,23 17,07

Hemicellulose

30,81

26,35 15,25

Lignin

4,59

17,44 14,63

Protein

20,97

6,80

2,60

Lipid

1,79

0,91

0,47

Ash

12,95

20,26 49,97

Caloric Value (KJ/g-DW)

14,93

13,52

*(% driedWeight)
: Plantae
: Magnoliophyta
: Liliopsida
: Liliales
: Pontederiaceae
: Eichornia
: E. Crassipes

8,46

(Jun Cheng, 2009)

7

PRE-TREATMENT
SEBELUM
PRE-TREATMENT

LIGNOSELULOSA

Adanya lignin yang membentuk struktur pada
dinding lignoselulosa. Struktur lignin ini menyebabkan
porositas
bahan
tersebut
kecil.
Sehingga
lignoselulosa yang diolah langsung menjadi bahan baku
biogas akan menghasilkan nilai yield yang kecil.
ECENG GONDOK

8

PRE-TREATMENT
SEBELUM
PRE-TREATMENT

SESUDAH
PRE-TREATMENT

LIGNOSELULOSA

Pre-treatment menyebabkan struktur lignoselulose
lebih terbuka dengan mendegradasi lignin. Porositas
yang besar akan memudahkan bakteri/bahan lain
melakukan degradasi selulose dan hemiselulose.

ECENG GONDOK

8

PRE-TREATMENT
SESUDAH
PRE-TREATMENT

SEBELUM
PRE-TREATMENT

LIGNOSELULOSA

Jenis-jenis pre-treatment :
physical pretreatment
physico-chemical pretreatment

chemical pretreatment
biological pretreatment
ECENG GONDOK

(Sun Cheng, 2002).

8

CHEMICAL PRE-TREATMENT
Asam encer
Asam encer yang biasa digunakan adalah asam sulfat,
asam klorida, atau asam nitrat. Banyak digunakan
asam sulfat 0,5 – 1,5%. Yield xylose bisa mencapai 75
– 90%
(Wooley dkk.,1999 ; Sun dan Cheng, 2002)

Alkaline
Alkali yang dapat digunakan antara lain NaOH dan
Ca(OH)2. Dapat meningkatkan yield glukosa sebesar 85%.
(Hamelinck, 2003)

9

ANAEROBIC DIGESTION
Proses Hidrolisis
(C6H10O5)n + n H2O

n (C6H12O6)
glukosa

Penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang menjadi
senyawa yang sederhana (monomer). Contoh dalam proses ini adalah
selulosa diubah menjadi gula, protein diubah menjadi asam amino dll.
Contoh Bakteri : Bacteroides ruminicola, Propioni propionicus,
Lactobacillus pentosus

Gambar Bacteroides sp

10

ANAEROBIC DIGESTION
Proses Asidogenesis dan Asitogenesis
Asidogenesis adalah perubahan glukosa menjadi asam organik sederhana
(asam butirat, asam propionat dll), karbon dioksida, hidrogen dan ethanol
dengan bantuan bakteri asidogenesis. Asitogenesis adalah perubahan asam
organik tersebut diuraikan oleh bakteri asetogenik menjadi asam asetat.
Contoh bakteri :Clostridium, Ruminococcus (Asidogenik)
Desulfovibrio, Aminobacterium ( Asitogenik)
C6H12O6
Glukosa

CH3CH2COOH + CO2(g) + 3 H2(g)
Asam Propionat

CH3COOH
Asam Asetat

C6H12O6
Glukosa

CH3CH2CH2COOH + 2CO2(g) + 2 H2(g)
Asam butirat

CH3COOH
Asam Asetat

C6H12O6
Glukosa

2CH3CHOHCOOH
Asam Laktat

CH3COOH
Asam Asetat
11

ANAEROBIC DIGESTION
Proses Metanogenesis
Pada tahap methanogenesis, senyawa yang dihasilkan dari proses
asetogenesis dan asidogenesis diubah menjadi gas metana dengan
bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus,
methanosarcina, methano bacterium
CH3(CH2)2COOH + 2 H2O + CO2(g)

4CH3COOH + CH4(g)

CH3CH2COOH + ½ H 20

5/4 CO2(g) + 7/2 CH4(g)

CH3COOH

CH4(g) + CO2

12

BIOGAS
Biogas adalah suatu campuran gas-gas yang dihasilkan dari suatu proses
fermentasi bahan organik oleh bakteri dalam keadaan anaerobik
(Sahidu,1983).

Feed

Temperture
Operasi ( oC )

Kandungan metana
(% mol)

Sumber

Kotoran sapi

35

67, 27%

Dery V, 2007

Eceng Gondok

35

65,8 %

Biogas Utilization, 1986

14

PENELITIAN SEBELUMNYA

No
1

Nama Peneliti
Jun Chenga, Binfei
Xiea, Junhu Zhoua,
Wenlu Songa, Kefa
Cena

Jurnal/Tahun/Judul Penelitian
HydrogenEnergy/2009/Cogeneration of H2 and
CH4 from water hyacinth by two-step
anaerobic fermentation

Hasil
Pengaruh penambahan
NaOH pada eceng gondok (akar,
daun, dan batang) sebagai pretreatment, untuk meningkatkan
yield biogas

2

Jiying Zhu, Caixia
Wan

Bioresource Technology/2010/Enhanced solidstate anaerobic digestion of corn stover by
alkaline pretreatment

Solid-state anaerobic digestion of
5.0% NaOH-pre-treated corn stover
produced 37% more biogas when
compared to that of the untreated

3

V. Penaud, J.P.
Enzyme and microbial tech/1999/ Thermo- Penambahan alkali agent 4 – 10 g
Delgene`s, R. Moletta chemical pretreatment of a microbial biomass:
NaOH/L meningkatkan
influence of sodium hydroxide addition on biodegradability rates sebesar 50 %
solubilization and anaerobic biodegradability
dan COD solubilization 60.4 %

15

METODOLOGI PENELITIAN
KONDISI OPERASI
PRE-TREATMENT

 Massa Eceng gondok

 Rasio Eceng gondok : NaOH : air
 Lama pre-treatment
 pH pre-treatment

 Suhu pre-treatment

: 160 gram
: 1 gr : 0.01 gr : 1 ml
: 2 hari
: 11-12
: 50 OC

16

METODOLOGI PENELITIAN
KONDISI OPERASI
ANAEROBIC DIGESTION
 pH 6,8 – 7,2
 Temperatur 30oC – 35oC
 Feed awal 14 liter
 Pembuatan feed awal dengan adonan eceng gondok : starter adalah 2 L : 3 L
 Pembuatan starter dengan adonan eceng gondok (air : eceng gondok hasil pretreatment = 1 L : 30 g) dengan kotoran sapi encer (kotoran sapi : air = 1 kg : 2 L)
adalah 4 L : 3 L
 Pembuatan adonan eceng gondok untuk feed awal dengan air : adonan eceng
gondok 1 L : 30 g
 Pengadukan 1 kali sehari
 Recycle ratio 0,5
 Pembuatan feed proses kontinyu dengan air : adonan eceng gondok 1 L : 30 gr
 Rate umpan pada proses kontinyu 500 ml feed/hari
16

METODOLOGI PENELITIAN

VARIABEL PENELITIAN
• Pretreatment
Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 1 gram
Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 3 gram
• Anaerobic Digestion
Blanko (eceng gondok tanpa pre-treatment)
Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 1 gram
Eceng gondok : NaOH = 100 gram : 3 gram
* Hasil Pre-treatment digunakan untuk bahan baku proses anaerobic digestion

17

METODOLOGI PENELITIAN
PROSEDUR KERJA PROSES PRE-TREATMENT

160 gr eceng
gondok kering

A

Mengatur pH
menambahkan HCl

Analisa lignin, selulosa, dan
hemiselulosa

Eceng gondok : NaOH :
air = 1 gr : 0.01 gr : 1ml

Menganalisa lignin,
selulosa, dan
hemiselulosa,
Pre-treatment suhu 50oC

19

3
4

8
7
1

2
6

5

Keterangan alat
1. Tanki Feed
2. Air pendingin 3. Feed Masuk
5. Pompa
6. Gas Holder
7. Manometer

8

4. Thermometer
8. Heater

20

METODOLOGI PENELITIAN
PROSEDUR KERJA STARTER

3,6 liter air
1,8 kg kotoran sapi

8,4 liter
starter

4,8 liter air
144 gram eceng gondok
hasil pre-treatment

20

METODOLOGI PENELITIAN
PROSEDUR KERJA FEED AWAL

8,4 liter
starter
14 liter
feed awal

5,6 liter air
168 gram eceng gondok
hasil pre-treatment

20

METODOLOGI PENELITIAN
PROSEDUR KERJA DIGESTER ANAEROBIC

4
3

V-1

V-2

1
6

7

M

2

8

V-3
V-4
V- 6
V-5

5

20

PEMBAHASAN
Hasil analisa komposisi awal dari Eceng Gondok
(Eichornia Crassipes )

Komponen
Lignin

% berat
11,69

Selulosa

37

Hemiselulosa

35,5
21

PEMBAHASAN
40%

37,00%

35%

33,6%

33,54%

NaOH 1 %

NaOH 3 %

% Selulosa

30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Eceng gondok awal

Kadar NaOH

Kandungan SELULOSA setelah pretreatment pada berbagai variabel
kadar NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

23

PEMBAHASAN
40%
35,50%
35%

32,1%
30,24%

% Hemiselulosa

30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Eceng gondok awal

NaOH 1 %

NaOH 3 %

Kadar NaOH

Kandungan HEMISELULOSA setelah pretreatment pada berbagai
variabel kadar NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

24

PEMBAHASAN
14%
12%

11,69%
10,03%

10%

% lignin

8,09%
8%
6%
4%
2%
0%
Eceng gondok awal

NaOH 1 %

NaOH 3 %

Kadar NaOH

Kandungan LIGNIN setelah pretreatment pada berbagai variabel kadar
NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

25

PEMBAHASAN
35%
30,77%
30%

% Degradasi

25%

20%
14,82%

14,16%

15%

% selulose
% hemiselulosa
% lignin

10%

9,22%

9,72%

9,35%

5%

0%
NaOH 1 %

NaOH 3 %
% NaOH

% DEGRADASI Cellulotic Material hasil pretreatment pada berbagai
variabel kadar NaOH selama 2 hari pada suhu 50oC

26

PEMBAHASAN

Hubungan MLSS terhadap waktu fermentasi

Hubungan MLVSS terhadap waktu fermentasi

pada berbagai variabel kadar NaOH

pada berbagai variabel kadar NaOH

Perbandingan eceng gondok dengan NaOH
Blanko
1% NaOH (w/w) 3% NaOH (w/w)

16 gram/L
17

17 gram/L
18

19 gram/L
21
27

PEMBAHASAN

% degradasi COD
pada NaOH 3 %

90,61%

Hubungan COD terhadap waktu fermentasi
pada berbagai variabel kadar NaOH

28

PEMBAHASAN

Proses Batch

Proses Kontinyu
Volume Biogas terbesar dari
Reaktor 3 (NaOH 3%)
pada hari ke- 6

1,416 liter
. Hubungan rate produksi biogas terhadap waktu fermentasi
pada tiap kadar NaOH

29

PEMBAHASAN
12,127 liter
10,403 liter
8,156 liter

Hubungan volume akumulasi biogas terhadap waktu fermentasi
pada berbagai variabel kadar NaOH

30

PEMBAHASAN
Komposisi Biogas yang dihasilkan dalam tiap reaktor
Komponen

Kadar NaOH dalam Pretreatment
Blanko

1%

3%

CH4

75,59%

76,50%

78,47

CO2

24,40%

23,49%

21,52

Lower Heating
Value (Kcal/kg)

5678,291

5746,65 5895,387

31

KESIMPULAN

1. Eceng gondok dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku
pembuatan biogas
2. Kadar NaOH dalam pre-treatment berbanding lurus dengan
degradasi lignin dengan degradasi paling tinggi sebesar 30,77 %
untuk NaOH 3%
3. Semakin besar kadar NaOH dalam pre-treatment dapat
menghasilkan rate produksi biogas, % gas metana, dan
heating value yang semakin meningkat. Hasil terbaik pada
variabel NaOH 3 % didapatkan produksi biogas sebesar 12,127
liter dengan kadar gas metana 78,47 % dan heating value
5895.387 kcal/kg
32