Potensi Produksi Berkelanjutan Biofuel dari Alga Menggunakan Limbah Cair

January 30, 2012 by Nimas Mayang Sabrina S.

Oleh:

(Jon K. Pittman, Andrew P. Dean, Olumayowa Osundeko), 2011

(Part 1)

 

Seiring dengan naiknya permintaan energi secara global, penggunaan bahan bakar fosil akan meningkat. Meskipun ketersediaan sumber bahan bakar fosil masih tersedia dalam jumlah yang banyak dan dengan harga murah, akan tetapi efek buruk pembakaran bahan bakar fosil berupa peningkatan gas rumah kaca, maka alternatif sumber bahan baku yang terbarukan mulai menjadi hal yang menarik  untuk dipelajari dewasa ini.

Bahan bakar nabati yang tersedia secara komersial sekarang ini mayoritas terdiri dari bioetanol yang dihasilkan dari molase atau pati jagung dan biodiesel yang dihasilkan dari tumbuhan penghasil minyak termasuk kedelai. Meskipun bahan bakar nabati mempunyai keuntungan yang besar dari sisi lingkungan, tapi penggunaan bahan bakar nabati dinilai masih kurang dapat bersaing secara ekonomi dengan bahan bakar fosil. Di samping itu, penggunaan tumbuhan-tumbuhan tersebut untuk menghasilkan bahan bakar dikhawatirkan akan menimbulkan masalah ketahanan pangan. Oleh karena itu, bahan bakar nabati yang berasal dari mikroalga diharapkan mampu menjadi pendekatan alternatif sumber bahan bakar nabati tanpa perlu mempengaruhi kestabilan pertanian dunia.

 

1.1.                Bahan bakar nabati dari Alga

Alga, khususnya mikroalga uniseluler berwarna hijau sebenarnya telah lama diketahui sebagai sumber bahan baku yang potensial bagi produksi bahan bakar nabati. Mikroalga berpotensi untuk menghasilkan biomasa dan minyak dalam  jumlah signifikan dan dapat dikonversi menjadi biodisel. Mikroalga telah diperkirakan mempunyai produkstivitas biomasa yang lebih tinggi daripada tanaman dalam hal penggunaan lahan yang diperlukan untuk budidaya, diprediksi memerlukan biaya yang lebih rendah dengan hasil yang sama, dan mempunyai potensi untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dengan menggantikan bahan bakar fosil. Seperti bahan baku yang berasal dari tanaman, mikroalga dapat digunakan secara langsung atau diproses menjadi bahan bakar cair dan gas dengan menggunakan proses konversi biokimia dan termokimia. Alga kering dapat menghasilkan energi melalui pembakaran langsung, akan tetapi cara ini dirasa kurang tepat untuk diterapkan pada biomasa alga. Metode yang dapat digunakan untuk melakukan konversi mikroalga menjadi bahan bakar minyak atau gas adalah konversi termokimia yang meliputi gasifikasi, pirolisis, hidrogenasi dan liquefaksi. Metode yang lain adalah metode biokimia termasuk fermentasi dan penguraian anaerobik biomassa untuk menghasilkan bioethanol atau biogas. Di samping itu, gas hidrogen juga dapat dihasilkan dari alga dengan menggunakan fotolisis. Dan hal yang paling utama adalah pemisahan dan isolasi lemak triasilgliserol dari mikroalga yang dipanen dapat diubah menjadi biodisel dengan metode transesterifikasi. Proses produksi biodisel dari mikroalga telah menarik banyak ilmuan untuk menelitinya. Penelitian yang merupakan bagian dari Program Spesies Akuatik oleh Departemen Energi Amerika Serikat menganalisa secara meluas tentang kemampuan mikroalga untuk menghasilkan minyak dan menyimpulkan bahwa potensi produktivitas minyak dari mikroalga mungkin lebih besar dari tumbuhan penghasil minyak seperti kedelai. Serangkaian  penelitian telah difokuskan pada strain mikroalga yang mempunyai kemampuan untuk menghasilan lemak dalam jumlah yang banyak dan mengidentifikasi kondisi budidaya yang akan dapat mendukung mikroalga untuk bisa berproduksi secara optimal. Banyak penelitian berfokus pada kondisi budidaya yang dapat menyebabkan tingginya akumulasi lemak netral pada sel mikroalga (terutama triasil gliserol), misalnya menggunakan pembatasan nutrien seperti pembatasan nitrogen (N) atau fosfor (F). Namun, kelemahan terbesar dari penelitian jenis ini adalah rendahnya produktivitas sel untuk menghasilkan biomasa sehingga secara total, produksi lemak menjadi rendah. Kondisi budidaya yang berfokus pada peningkatan produktivitas biomassa dirasa lebih efektif untuk meningkatkan produkstivitas lemak total. Lebih lanjut, dengan jumlah biomassa alga yang besar dirasa akan lebih layak secara ekonomis untuk memproduksi energi jika dibandingkan dengan jenis bahan bakar nabati yang lain.

 

1.2.               Potensi Produksi Bahan Bakar Nabati secara Berkelanjutan

Salah satu kelebihan dari mikroalga sebagai bahan baku bahan bakar nabati adalah bahwa mikroalga dapat ditumbuhkan secara efektif dengan input air bersih yang sedikit dan tidak memerlukan banyak lahan seperti tanaman penghasil bahan bakar nabati yang lain, sehingga dapat menghemat penggunaan air bersih. Sebagai contoh, mikroalga dapat dibudidaya dekat dengan laut untuk dapat memanfaatkan garam dan air payau. Oleh karena itu muncul ketertarikan terhadap budidaya mikroalga di perairan asin. Namun, medium potensial lain yang dapat digunakan adalah limbah cair. Telah diakui bahwa dalam beberapa tahun terakhir ini mikroalga dapat digunakan sebagai sarana pengolahan limbah cair yang murah dan ramah lingkungan jika dibandingkan dengan metode pengolahan limbah yang biasa digunakan. Masalah utama yang dihadapi dalam pemanfaatan limbah cair adalah konsentrasi nutrien yang sangat tinggi, khususnya konsentrasi total N dan total P, serta logam beracun, yang memerlukan pengolahan menggunakan bahan kimia dengan harga yang mahal untuk menghilangkannya selama pengolahan berlangsung. Konsentrasi total P dan N berkisar antara 10-100 mg/l dalam limbah cair perkotaan dan lebih dari 1000 mg/l pada limbah pertanian. Kemampuan mikroalga untuk tumbuh dan mengakumulasi kandungan nutrisi dan logam yang tinggi pada lingkungan secara efektif, menjadikan mikroalga sebagai sarana yang efektif untuk digunakan pada pengolahan limbah cair secara efisien dan berkelanjutan. Namun, telah lama juga diketahui bahwa mikroalga yang ditumbuhkan pada limbah cair dapat digunakan sebagai penghasil energi. Banyak penelitian yang menyatakan bahwa produsi bahan bakar nabati dari mikroalga , khususnya biodisel sangat layak secara ekonomi dan lingkungan.

Gambar 1. Diagram alir yang menunjukkan bagaimana sumber limbah cair dapat digunakan untuk produksi bahan bakar nabati berkelanjutan berbasis mikroalga

(Bersambung)

Hydrogen Sulfide

January 26, 2012 by Nimas Mayang Sabrina S.

Hydrogen sulfide (H2S) is generated in the process of anaerobic treatment of organic matter containing sulfur and anaerobic reduction of sulfate by sulfate reducing bacteria. Hydrogen sulfide is evolved as a gaseous pollutant from geothermal waters, natural spring, volcanoes, petroleum production, chemical plants, paper mills, textile mills and tannery (Manahan, 2000; Ledgard, 2006). Besides, it also produced in the decomposition of sulfur containing organic matter in manure (National Study Council, 2003).

 

Hydrogen sulfide which also known as sulfurated hydrogen or hydro sulfuric acid is characterized by sweetish taste, colorless, rotten egg odor, pale blue color flame, toxic  and generally recognized as hazardous gas (Manahan, 1999). The presence of H2S in the environment can evoke some negative effects to living organism such as microorganism, plant, animal and human health system. In the concentration of 15-50 ppm, H2S will generally cause irritation to mucous membranes and also cause headache, dizziness and nausea. In addition, higher concentration of H2S (200-300 ppm) may lead to coma and unconsciousness. Exposure at greater concentration than 700 ppm of H2S more than 30 minutes will provoke fatal effect (Syed et al., 2006). The physical and chemical properties of hydrogen sulfide are discussed in the Table 2.1.

Table 2.1 Physical and chemical properties of hydrogen sulfide (Potivichayanon, 2006)

Properties

Information

Chemical name Hydrogen sulfide
Synonyms Hydrosulfuric acid, stink damp, sulfur hydride, sulfurated hydrogen, dihydrogen monosulfide, dihydrogen sulfide, sewer gas
Chemical formula H2S
Chemical structure H-S-H
Molecular weight 34.08
Color Colorless
Physical state Gas
Freezing point -85.49°C
Boiling point -60.33°C
Density at 0°C, 760 mmHg 1.5392 g.l-1
Odor Characteristic of rotten eggs
Henry’s law constant
At 20 °C 468 atm/mole fraction
At 30 °C 600 atm/mole fraction
At 40 °C 729 atm/mole fraction
Conversion factors 1 ppm = 1.40 mg.m-3

5th Young Scientist Seminar, Yamaguchi, Japan

December 9, 2011 by Nimas Mayang Sabrina S.

Thank God for giving us chance to join 5th Young Scientist Seminar, November 22-23th 2011 at Yamaguchi Park, Yamaguchi, Japan.

At the Seminar, Me, Dr Retno Dyah Puspitarini (Faculty of Agriculture), Dr. Anton Muhbbudin (Faculty of Agriculture) and Jaya Mahar, Yusron Sugiarto, Muh. Nus Cholis and Irma Sarita presented our study finding on our each field. Here is the abstract of mine. :)

Sulfide Oxidizing Bacteria (SOB) Role in Biofilter to  Remove High Strength Hydrogen Sulfide From Biogas

Nimas M. S. Sunyoto1, 2, Warin Rukruem3, Benjaphon Suraraksa4, and Pawinee Chaiprasert1*

1 Division of Biotechnology, School of Bioresources and Technology, King Mongkut’s University of Technology Thonburi, Bangkok (Thailand)

2         Department of Agroindustrial Technology, Faculty of Agriculture Technology, University of Brawijaya, Malang (Indonesia)

3 Excellent Center of Waste Utilization Management (ECoWaste), Pilot Plant Development and Training Institute, King Mongkut’s University of Technology Thonburi, Bangkok (Thailand)

4         Excellent Center of Waste Utilization Management (ECoWaste), National Center for Genetic Engineering and Biotechnology, National Science and Technology Development Agency at King Mongkut’s University of Technology, Bangkok (Thailand)

 

The removal of hydrogen sulfide in biogas is imperatively required as it lead the corrosion to the engines and pipe lines when it is used as biofuel (1). Biofilter was broadly used as an alternative on hydrogen sulfide removal. The common bacteria used in the H2S removal including Thiobacillus sp., Beggiota sp., and  Pseudomonas sp (2). However, the utilization of mix culture seemed to be more favourable in the field application. This study investigated the role of Sulfide oxidizing bacteria (SOB) to be used as converting agent in high strength H2S removal. The study used three different particle sizes of packing material namely RHAB of  0.5-1.0 cm (RHAB type 1), 1.5-2.0 cm (RHAB type 2) and 2.0-3.5 cm (RHAB type 3). The operation was carried out in 5 litres working volume biofilter under controlled dissolved oxygen (DO) 0.5 mg.l-1 and pH 7 and employed mix culture seed sludge taken from open pond of swine manure wastewater treatment. The synthetic hydrogen sulfide gas in high strength of H2S (3,000 ppm) was fed in upflow direction at various flow rate.  H2S loading rate (SLR) at 0.17 and 0.25 l.min-1 was used at the 30 and 20 minutes of GRT resulting in H2S loading rate of 8.18 and 12.27 g H2S.m-3.h-1, respectively. The role of SOB in term of H2S removal efficiency, bacterial activity and metabolic products produced under high strength of inlet H2S was investigated. The average of removal efficiency of RHAB type 1, 2 and 3 was  in the  range of 97,8-99,6% at GRT 30 minutes and 91,3-94,8% at GRT 20 minutes. In addition, the study of bacterial activity showed that the avarage bacterial activity was 8.6-12.63 g Na2S2O3.g VSS-1.day-1. Moreover it was found that the activity of SOB had converted the H2S into S0 form up to 81,1%.

 

Keywords: H2S removal, biogas, biofilter

 

References:

  1. Fischer, M. E., et al., Biogas purification : H2S removal using biofiltration. Waterloo University, Ontario, Canada, 1-138   (2010)
  2. Pipatmanomai, S., et al., Economic assessment of biogas-to-electricity generation system with H2S removal by activated carbon in small pig farm. Applied Energy, 86, 669–674 (2008)

 

*)This abstract was originally presented at 5th Young Scientist Seminar at Yamaguchi Seminar Park, Yamaguchi, Japan, November 22-23th 2011

Blog Training

November 10, 2011 by Nimas Mayang Sabrina S.

On one fine day, at FTP go-blog  training.

This is my very first post on my new home.\ (^_^)/ I hope it will be my second home after my former ‘biofilter’. Let’s say it is my ‘brain biofilter, after I had the first home as my ‘heart biofilter’.

Anyway, keep bloging.