Bioenergi dari Glacilaria.
i
Kode/Nama Rumpun Ilmu: 422/Teknik Lingkungan
LAPORAN TAHUN I
PENELITIAN HIBAH BERSAING
BIOENERGI DARI Glacilaria sp.
TIM PENELITI:
1. Ir.Yenni Ciawi, Ph.D., NIDN:0018116606
2. Ir.Made Pharmawati, MSc., Ph.D., NIDN:0007076809
3. Ir. Wahyu Dwijani Sulihingtyas, M.Kes., NIDN. 0019095904
Dibiayai oleh:
Direktorat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian
No.311-21/UN14.2/PNL.01.03.00/2015,
tanggal 3 Maret 2015
UNIVERSITAS UDAYANA
NOVEMBER 2015
iii
RINGKASAN
Indonesia sudah menjadi net-importir minyak bumi untuk memenuhi kebutuhan energi dalam
negeri. Sementara itu, kita mempunyai garis pantai yang sangat panjang yang potensinya baru
termanfaatkan sekitar 20 persennya. Bali, dengan panjang pantai 436,5 km, mempunyai potensi
sangat besar untuk mengembangkan bioenergi dari rumput laut, yaitu bioetanol generasi ke dua
(bioetanol bahan bakar). Banyak jenis rumput laut di Bali, baik yang liar maupun yang sudah
dibudidayakan, yang dapat difermentasi menjadi bietanol. Penelitian ini dilakukan secara
komprehensif dengan terlebih dulu menginventarisasi potensi rumput laut sebagai bahan baku
bioetanol di perairan sekitar Bali. Diperoleh 40 jenis rumput laut di pantai Mertasari dan pantai
Nusa Lembongan, dan beberapa di antaranya mempunyai kandungan pati, lemak, serat kasar, dan
protein yang cukup tinggi sebagai umpan fermentasi bioetanol. Glacilaria sp. dipilih dalam tahap
selanjutnya karena kandungan patinya cukup tinggi dan mudah ditemukan dalam jumlah yang
cukup di alam, serta sudah dibudidayakan. Bahan baku ini dihidrolisis dengan asam sulfat 7%
untuk menguraikan patinya menjadi glukosa yang siap diumpankan pada fermentasi. Penelitian
terdahulu, yang menggunakan Saccharomyces cereviceae sebagai produsen, menunjukkan bahwa
lama fermentasi optimum adalah sekitar 5-7 hari tanpa pengadukan. Konsentrasi ammonium
sulfat terbaik adalah 1% b/b sedangkan jumlah ragi terbaik adalah 5 gram per 25 gram tepung
rumput laut. Dalam percobaan dehidrasi etanol ditemukan bahwa temperatur optimum
pengaktifan batu kapur adalah 8000C dan jumlah batu kapur berpengaruh signifikan terhadap
kenaikan konsentrasi etanol yang dihasilkan. Karena konsentrasi etanol yang dicapai masih
sangat rendah pada penelitian sebelumnya, dalam penelitian tahun berjalan dilakukan perubahan
metode hidrolisis tepung rumput laut. Dalam hal ini diperbandingkan hasil hidrolisis dengan
menggunakan asam sulfat, asam klorida, dan enzim selulase. Diperoleh hasil sebagai berikut.
Hidrolisis dengan menggunakan enzim 800 unit/ml dapat menguraikan tepung rumput laut
menjadi glukosa dengan kadar yang cukup tinggi (48,25%b/b) hampir sama dengan saat
menggunakan asam sulfat 7%b/v (hasil glukosa 45%b/b) dan lebih tinggi dari jika menggunakan
HCl 7%b/v (hasil glukosa 16,5% b/v). Dalam hal ini, yang harus diperhitungkan adalah efek
samping asam terhadap kinerja yeast dalam fermentasi dan terhadap produk etanol yang
dihasilkan. Etanol akan tercampur dengan asam dan pada saat dimanfaatkan sebagai bahan bakar,
akan terbentuk uap asam yang dapat mencemari lingkungan. Jika menggunakan enzim, yang
perlu diperhitungkan adalah harga enzim yang tinggi yang akan mempengaruhi harga produk
akhir. Jadi, penelitian selanjutnya akan difokuskan pada optimasi proses fermentasi (kondisi dan
teknik fermentasi). Selain itu, akan dilakukan upaya pencarian produsen etanol yang diharapkan
dapat menghasilkan rendemen etanol yang lebih tinggi. Pada akhir penelitian diharapkan akan
diperoleh paket teknologi tepat guna yaitu sistem fermentasi yang mudah ditangani dan dapat
diaplikasikan dalam industri rumahan di daerah terpencil maupun dikembangkan lagi untuk
industri bioenergi. Dalam jangka panjang, penelitian ini bertujuan untuk diversifikasi bahan baku
energi terbarukan dan ramah lingkungan sehingga kita bisa melepaskan diri dari ketergantungan
mutlak pada bahan bakar fosil.
iv
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas karunianya sehingga kami
dapat menyelesaikan laporan ini. Laporan ini merupakan laporan kemajuan penelitian tahun
pertama dari tiga tahun yang diusulkan dan ditulis sebagai salah satu persyaratan penyelesaian
kontrak penelitian Hibah Bersaing tahun 2015.
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Rektor Universitas Udayana, Ketua LPPM
Universitas Udayana, Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana untuk dukungan dan ijin
melakukan penelitian. Terima kasih kami sampaikan kepada Kepala UPT Laboratorium Biosains
dan Bioteknologi Universitas Udayana, Kepala UPT Laboratorium Analitik Universitas Udayana
untuk ijin melakukan penelitian di laboratorium tersebut. Selain itu kami ucapkan terima kasih
kepada para mahasiswa yang terlibat dalam penelitian: Yohanes Armawan Sandy dan
Widyawati. Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Dr.Ir.Yan Ramona, MSc. dan
Ir.NiGAMDA Suastuti, MSi., Dr.Wiwik Susanah Rita, Ir. Nyoman Nusada, MSc. untuk bantuan
tenaga, waktu, pikiran, diskusi, dan masukan/saran-saran dalam melakukan percobaan dan
analisis kimia dan untuk mengatasi kesulitan-kesulitan yang timbul selama penelitian
berlangsung.
Akhir kata, laporan ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran dari pihakpihak yang terkait sangat diperlukan. Semoga laporan ini bermanfaat bagi pihak-pihak yang
membutuhkannya.
Denpasar, November 2015
Tim Peneliti
v
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................................
RINGKASAN ...............................................................................................................
PRAKATA ...................................................................................................................
DAFTAR ISI ................................................................................................................
DAFTAR TABEL ........................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................
1.1 LATAR BELAKANG .............................................................................................
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................
2.1 STATE OF THE ART PENELITIAN BIOENERGI ...............................................
2.2 HASIL PENELITIAN YANG SUDAH DILAKSANAKAN .................................
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ...................................................
3.1 TUJUAN KHUSUS ...............................................................................................
3.2 MANFAAT PENELITIAN......................................................................................
4.1 BAHAN YANG DIGUNAKAN .............................................................................
4.2 RANCANGAN PENELITIAN DAN METODE KERJA.....................................
4.3 ROADMAP PENELITIAN ....................................................................................
BAB V HASIL YANG DICAPAI..................................................................................
5.1 KOMPOSISI SAMPEL GLACILARIA SP.............................................................
5.2 KURVA STANDAR KONSENTRASI GULA REDUKSI.....................................
5.3 HASIL HIDROLISIS TEPUNG GLACILARIA DENGAN H2SO4........................
5.4 HASIL HIDROLISIS TEPUNG GLACILARIA DENGAN HCl ...........................
5.5 HASIL HIDROLISIS TEPUNG GLACILARIA DENGAN ENZIM .....................
5.6 FERMENTASI .......................................................................................................
5.7 pH AKHIR FERMENTASI.....................................................................................
5.8 JUMLAH TOTAL INOKULUM ............................................................................
5.9 KADAR ETANOL ..................................................................................................
BAB VI RENCANA TAHAP SELANJUTNYA .........................................................
BAB VII SIMPULAN DAN SARAN ...........................................................................
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................
LAMPIRAN DRAFT ARTIKEL ILMIAH ...................................................................
ii
iii
iv
v
vi
vii
1
1
2
2
8
10
10
10
13
13
15
17
17
17
17
18
19
19
20
20
21
23
24
25
28
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1 Absorbansi larutan standar glukosa untuk penentuan kadar gula reduksi
Tabel 5.2 pH akhir hasil fermentasi rumput laut Gracilaria sp. ……………………..
17
20
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Grafik konsumsi bahan bakar fosil dunia 1950-1998 ............................
Gambar 2.2 Pertumbuhan tahunan rata-rata produksi energi terbarukan dunia 20022006 ……………………………………………………………………
Gambar 2.3 Produksi biodiesel Amerika Serikat 1999-2005 ......................................
Gambar 4.1 Roadmap penelitian jangka panjang (10 tahun) ......................................
Gambar 4.2 Roadmap penelitian diajukan (3 tahun) ...................................................
Gambar 5.1 Diagram hidrolisis rumput laut Gracilaria sp. dengan H2SO4 …..……..
Gambar 5.2 Diagram hidrolisis rumput laut Gracilaria sp. dengan HCl ………….
Gambar 5.3 Diagram hidrolisis rumput laut Gracilaria sp. dengan enzim selulase
Gambar 5.6 Saccharomyces cerevisiae S-14 untuk Fermentasi Gracilaria sp. …......
Gambar 5.7 Hasil gas kromatografi kadar etanol hasil fermentasi rumput laut
Gracilaria sp. ........................................................................................
1
2
3
16
16
18
18
19
21
22
Kode/Nama Rumpun Ilmu: 422/Teknik Lingkungan
LAPORAN TAHUN I
PENELITIAN HIBAH BERSAING
BIOENERGI DARI Glacilaria sp.
TIM PENELITI:
1. Ir.Yenni Ciawi, Ph.D., NIDN:0018116606
2. Ir.Made Pharmawati, MSc., Ph.D., NIDN:0007076809
3. Ir. Wahyu Dwijani Sulihingtyas, M.Kes., NIDN. 0019095904
Dibiayai oleh:
Direktorat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan
sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian
No.311-21/UN14.2/PNL.01.03.00/2015,
tanggal 3 Maret 2015
UNIVERSITAS UDAYANA
NOVEMBER 2015
iii
RINGKASAN
Indonesia sudah menjadi net-importir minyak bumi untuk memenuhi kebutuhan energi dalam
negeri. Sementara itu, kita mempunyai garis pantai yang sangat panjang yang potensinya baru
termanfaatkan sekitar 20 persennya. Bali, dengan panjang pantai 436,5 km, mempunyai potensi
sangat besar untuk mengembangkan bioenergi dari rumput laut, yaitu bioetanol generasi ke dua
(bioetanol bahan bakar). Banyak jenis rumput laut di Bali, baik yang liar maupun yang sudah
dibudidayakan, yang dapat difermentasi menjadi bietanol. Penelitian ini dilakukan secara
komprehensif dengan terlebih dulu menginventarisasi potensi rumput laut sebagai bahan baku
bioetanol di perairan sekitar Bali. Diperoleh 40 jenis rumput laut di pantai Mertasari dan pantai
Nusa Lembongan, dan beberapa di antaranya mempunyai kandungan pati, lemak, serat kasar, dan
protein yang cukup tinggi sebagai umpan fermentasi bioetanol. Glacilaria sp. dipilih dalam tahap
selanjutnya karena kandungan patinya cukup tinggi dan mudah ditemukan dalam jumlah yang
cukup di alam, serta sudah dibudidayakan. Bahan baku ini dihidrolisis dengan asam sulfat 7%
untuk menguraikan patinya menjadi glukosa yang siap diumpankan pada fermentasi. Penelitian
terdahulu, yang menggunakan Saccharomyces cereviceae sebagai produsen, menunjukkan bahwa
lama fermentasi optimum adalah sekitar 5-7 hari tanpa pengadukan. Konsentrasi ammonium
sulfat terbaik adalah 1% b/b sedangkan jumlah ragi terbaik adalah 5 gram per 25 gram tepung
rumput laut. Dalam percobaan dehidrasi etanol ditemukan bahwa temperatur optimum
pengaktifan batu kapur adalah 8000C dan jumlah batu kapur berpengaruh signifikan terhadap
kenaikan konsentrasi etanol yang dihasilkan. Karena konsentrasi etanol yang dicapai masih
sangat rendah pada penelitian sebelumnya, dalam penelitian tahun berjalan dilakukan perubahan
metode hidrolisis tepung rumput laut. Dalam hal ini diperbandingkan hasil hidrolisis dengan
menggunakan asam sulfat, asam klorida, dan enzim selulase. Diperoleh hasil sebagai berikut.
Hidrolisis dengan menggunakan enzim 800 unit/ml dapat menguraikan tepung rumput laut
menjadi glukosa dengan kadar yang cukup tinggi (48,25%b/b) hampir sama dengan saat
menggunakan asam sulfat 7%b/v (hasil glukosa 45%b/b) dan lebih tinggi dari jika menggunakan
HCl 7%b/v (hasil glukosa 16,5% b/v). Dalam hal ini, yang harus diperhitungkan adalah efek
samping asam terhadap kinerja yeast dalam fermentasi dan terhadap produk etanol yang
dihasilkan. Etanol akan tercampur dengan asam dan pada saat dimanfaatkan sebagai bahan bakar,
akan terbentuk uap asam yang dapat mencemari lingkungan. Jika menggunakan enzim, yang
perlu diperhitungkan adalah harga enzim yang tinggi yang akan mempengaruhi harga produk
akhir. Jadi, penelitian selanjutnya akan difokuskan pada optimasi proses fermentasi (kondisi dan
teknik fermentasi). Selain itu, akan dilakukan upaya pencarian produsen etanol yang diharapkan
dapat menghasilkan rendemen etanol yang lebih tinggi. Pada akhir penelitian diharapkan akan
diperoleh paket teknologi tepat guna yaitu sistem fermentasi yang mudah ditangani dan dapat
diaplikasikan dalam industri rumahan di daerah terpencil maupun dikembangkan lagi untuk
industri bioenergi. Dalam jangka panjang, penelitian ini bertujuan untuk diversifikasi bahan baku
energi terbarukan dan ramah lingkungan sehingga kita bisa melepaskan diri dari ketergantungan
mutlak pada bahan bakar fosil.
iv
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas karunianya sehingga kami
dapat menyelesaikan laporan ini. Laporan ini merupakan laporan kemajuan penelitian tahun
pertama dari tiga tahun yang diusulkan dan ditulis sebagai salah satu persyaratan penyelesaian
kontrak penelitian Hibah Bersaing tahun 2015.
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Rektor Universitas Udayana, Ketua LPPM
Universitas Udayana, Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana untuk dukungan dan ijin
melakukan penelitian. Terima kasih kami sampaikan kepada Kepala UPT Laboratorium Biosains
dan Bioteknologi Universitas Udayana, Kepala UPT Laboratorium Analitik Universitas Udayana
untuk ijin melakukan penelitian di laboratorium tersebut. Selain itu kami ucapkan terima kasih
kepada para mahasiswa yang terlibat dalam penelitian: Yohanes Armawan Sandy dan
Widyawati. Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Dr.Ir.Yan Ramona, MSc. dan
Ir.NiGAMDA Suastuti, MSi., Dr.Wiwik Susanah Rita, Ir. Nyoman Nusada, MSc. untuk bantuan
tenaga, waktu, pikiran, diskusi, dan masukan/saran-saran dalam melakukan percobaan dan
analisis kimia dan untuk mengatasi kesulitan-kesulitan yang timbul selama penelitian
berlangsung.
Akhir kata, laporan ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran dari pihakpihak yang terkait sangat diperlukan. Semoga laporan ini bermanfaat bagi pihak-pihak yang
membutuhkannya.
Denpasar, November 2015
Tim Peneliti
v
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................................
RINGKASAN ...............................................................................................................
PRAKATA ...................................................................................................................
DAFTAR ISI ................................................................................................................
DAFTAR TABEL ........................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................
1.1 LATAR BELAKANG .............................................................................................
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................
2.1 STATE OF THE ART PENELITIAN BIOENERGI ...............................................
2.2 HASIL PENELITIAN YANG SUDAH DILAKSANAKAN .................................
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ...................................................
3.1 TUJUAN KHUSUS ...............................................................................................
3.2 MANFAAT PENELITIAN......................................................................................
4.1 BAHAN YANG DIGUNAKAN .............................................................................
4.2 RANCANGAN PENELITIAN DAN METODE KERJA.....................................
4.3 ROADMAP PENELITIAN ....................................................................................
BAB V HASIL YANG DICAPAI..................................................................................
5.1 KOMPOSISI SAMPEL GLACILARIA SP.............................................................
5.2 KURVA STANDAR KONSENTRASI GULA REDUKSI.....................................
5.3 HASIL HIDROLISIS TEPUNG GLACILARIA DENGAN H2SO4........................
5.4 HASIL HIDROLISIS TEPUNG GLACILARIA DENGAN HCl ...........................
5.5 HASIL HIDROLISIS TEPUNG GLACILARIA DENGAN ENZIM .....................
5.6 FERMENTASI .......................................................................................................
5.7 pH AKHIR FERMENTASI.....................................................................................
5.8 JUMLAH TOTAL INOKULUM ............................................................................
5.9 KADAR ETANOL ..................................................................................................
BAB VI RENCANA TAHAP SELANJUTNYA .........................................................
BAB VII SIMPULAN DAN SARAN ...........................................................................
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................
LAMPIRAN DRAFT ARTIKEL ILMIAH ...................................................................
ii
iii
iv
v
vi
vii
1
1
2
2
8
10
10
10
13
13
15
17
17
17
17
18
19
19
20
20
21
23
24
25
28
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1 Absorbansi larutan standar glukosa untuk penentuan kadar gula reduksi
Tabel 5.2 pH akhir hasil fermentasi rumput laut Gracilaria sp. ……………………..
17
20
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Grafik konsumsi bahan bakar fosil dunia 1950-1998 ............................
Gambar 2.2 Pertumbuhan tahunan rata-rata produksi energi terbarukan dunia 20022006 ……………………………………………………………………
Gambar 2.3 Produksi biodiesel Amerika Serikat 1999-2005 ......................................
Gambar 4.1 Roadmap penelitian jangka panjang (10 tahun) ......................................
Gambar 4.2 Roadmap penelitian diajukan (3 tahun) ...................................................
Gambar 5.1 Diagram hidrolisis rumput laut Gracilaria sp. dengan H2SO4 …..……..
Gambar 5.2 Diagram hidrolisis rumput laut Gracilaria sp. dengan HCl ………….
Gambar 5.3 Diagram hidrolisis rumput laut Gracilaria sp. dengan enzim selulase
Gambar 5.6 Saccharomyces cerevisiae S-14 untuk Fermentasi Gracilaria sp. …......
Gambar 5.7 Hasil gas kromatografi kadar etanol hasil fermentasi rumput laut
Gracilaria sp. ........................................................................................
1
2
3
16
16
18
18
19
21
22