3. METODE PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental di lapang dengan menggunakan fotobioreaktor rancangan Badan Pengembangan dan Penerapan Teknologi (BPPT) (Lampiran 1). Terdapat dua rancangan fotobioreaktor, yaitu Single Tubular Airlift Photobioreactor (STAP) dan Multitubular Airlift Photobioreactor (MTAP) (Gambar 4). Penelitian ini menggunakan rancangan acak kelompok (RAK). Perlakuan yang diberikan adalah perbedaan volume udara yang diinjeksikan (flowrate) ke reaktor dan tipe reaktor. Cara kerja fotobioreaktor adalah gas CO2 dan emisi lain yang berasal dari cerobong asap pabrik dihisap kompresor dan sebelum masuk ke kompresor, udara yang panas dari cerobong dilewatkan pada heat exchanger (cooler) untuk mendinginkan suhu udara yang ada, sehingga udara di dalam kompresor temperaturnya sudah dingin. Kemudian dari kompresor, udara dialirkan langsung ke fotobioreaktor.
Pengaturan volume udara yang dimasukkan ke reaktor diatur
dengan flowmeter. Kecepatan rata–rata udara yang diinjeksikan (flowrate) sebesar 0,5–2 L/menit. Udara yang berasal dari cerobong tersebut akan dimanfaatkan oleh mikroalga atau fitoplankton untuk pertumbuhan melalui mekanisme fotosintesis pada fotobioreaktor tersebut dan udara yang keluar dapat diukur komposisi udaranya. 3.2. Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Agustus 2010 di pabrik susu Indomilk PT. Indolakto Pasar Rebo Jakarta. Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu penelitian pandahuluan dan penelitian utama.
Penelitian pendahuluan
dilasanakan pada bulan Mei 2010. Penelitian utama dilaksanakan dari bulan JuliAgustus 2010.
13
Gambar 4. Skema fotobioreaktor MTAP (atas) dan STAP (bawah) 3.3. Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tiga set fotobioreaktor MTAP dan 2 set STAP, gas analyzer Reiken Keiki RX-515 (alat pengukur kualitas udara, dalam hal ini CO2), mikroskop cahaya dan haemocytometer (untuk penentuan kelimpahan fitoplankton), LUX-meter (untuk mengukur intensitas cahaya), dan alat ekstraktor (untuk ekstraksi minyak alga). Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Chlorella sp., pupuk organik Dutatonik H-16, air media (air bersih dari hasil pengolahan limbah pabrik yang telah disaring), dan reagen untuk ekstraksi minyak alga (Lampiran 2).
14
3.4. Variabel atau Parameter yang Diamati serta Pengukurannya Variabel yang diamati adalah jumlah karbondioksida yang diserap oleh Chlorella sp., serta penentuan laju pertumbuhan kelimpahan Chlorella sp.. Jumlah karbon yang diserap tersebut dihitung dengan formulasi tertentu dari hasil pengukuran konsentasi gas input dan output yang masuk dan keluar fotobioreaktor. Di samping itu, juga dilakukan penentuan terhadap kandungan minyak alga dari biomassa Chlorella sp. Pengukuran kandungan minyak alga dilakukan dengan cara mengekstraksi biomassa Chlorella sp. menggunakan pelarut n-heksan. 3.5. Pelaksanaan Penelitian 3.5.1. Penelitian pendahuluan Penelitian pendahuluan bertujuan untuk mempelajari kinerja fotobioraektor, mempersiapkan alga yang akan digunakan pada penelitian utama, serta mencoba untuk mengekstraksi minyak alga.
Penelitian pendahuluan dimulai dengan
menyiapkan peralatan dan sterilisasi alat fotobioreaktor serta menyiapkan inokulan alga. Kegiatan berikutnya adalah melakukan pemasangan alat fotobioreaktor di lapangan yang terkena cahaya matahari secara langsung. Selanjutnya dilakukan pengujian kebocoran alat. Setelah pemasangan dan pengujian kebocoran selesai, inokulan alga yang telah disiapkan dimasukkan ke fotobioreaktor, kemudian dilakukan pengukuran konsentrasi gas CO2, penghitungan kelimpahan sel Chlorella sp., dan kandungan minyak alga (pada akhir sampling). Pada tahap ini dicobakan beberapa metode penentuan kandungan minyak alga, yaitu metode soxhlet dan metode Folch (1957).
3.5.2. Penelitian Utama Penelitian utama menggunakan Rancangan Acak Kelompok. Perlakuan yang digunakan adalah perbedaan volume udara yang diinjeksikan (flowrate) ke reaktor dan rancangan reaktor. Perlakuan tersebut adalah pemberian flowrate 2 L/menit pada MTAP (perlakuan 1), pemberian flowrate 1,5 L/menit pada MTAP (perlakuan 2), pemberian flowrate 1 L/menit pada MTAP (perlakuan 3), dan pemberian flowrate 1 L/menit pada STAP (perlakuan 4). Kelompok rancangan yang digunakan
15
adalah perbedaan waktu pengukuran, yaitu pagi (a), siang (b), dan sore (c) hari. Selanjutnya, terhadap masing-masing perlakuan dilakukan pengukuran konsentasi gas input dan output yang masuk dan keluar fotobioreaktor, serta penghitungan kelimpahan fitoplankton tersebut. Pengukuran konsentrasi gas dan penghitungan kelimpahan fitoplankton dilakukan setiap hari selama 11 hari. Pengukuran kandungan minyak alga dilakukan pada hari terakhir sampling dengan cara mengekstraksi biomassa Chlorella sp. dilakukan menggunakan metode Folch (1957) (Furuichi 2010).
Metode ini dipilih dengan pertimbangan bahwa pada
metode Folch, penguapan minyak alga dari pelarutnya dilakukan pada suhu lebih rendah dibandingkan metode soxhlet.
Dengan demikian, diharapkan bahwa
komposisi kandungan senyawa minyak dalam sel Chlorella sp. tidak mengalami kerusakan. Di samping itu, kondisi hasil ekstraksi menjadi lebih baik untuk dapat dianalisis komposisi spesifik dari minyak alga tersebut. Pertimbangan yang lain adalah bahwa metode Folch lebih cepat dan lebih hemat listrik dalam penggunaan alat elektronik. 3.6. Pengumpulan data 3.6.1. Konsentrasi gas CO2 Konsentrasi gas CO2 diukur dengan menggunakan gas analyzer Reiken Keiki RX-515 (dengan rentang pengukuran konsentrasi CO2 antara 0-20%). Konsentrasi gas yang diukur adalah gas input yang dipompa dengan menggunakan pompa udara dari cerobong asap pabrik ke fotobioreaktor serta gas output yang keluar dari fotobioreaktor pada pagi (09.00), siang (12.00), dan sore (15.00) selama 11 hari. 3.6.2. Kelimpahan fitoplankton Kelimpahan fitoplankton dihitung dengan menggunakan haemocytometer. Berikut adalah gambar haemocytometer di bawah mikroskop (Gambar 5).
16
Gambar 5. Hemocytometer Improved Neubauer (Sumber : Vineeth 2008) 3.6.3. Ekstraksi Mnyak Alga Ekstraksi dilakukan dengan metode Folch (1957) mengunakan larutan khloroform, metanol, dan akuades dengan prinsip bahwa minyak dalam biomassa alga akan larut dalam kloroform. Tahap ekstraksi dapat dilihat pada Lampiran 3.
3.7. Analisis data 3.7.1. Konsentrasi gas CO2 Analisis jumlah CO2 yang diserap dihitung dari selisih konsentrasi gas CO2 yang diinjeksi ke reaktor dan yang keluar reaktor. Perhitungan konsentrasi CO 2 yang diserap adalah: Cs = Cin - Cout Keterangan : Cs = CO2 yang terserap sistem Cin =CO2 yang masuk ke sistem Cout =CO2 yang keluar dari sistem Massa CO2 (contoh perhitungan pada lampiran 7) dihitung dengan hukum gas ideal yang berasal dari tiga hukum gas ( Boyle, Charles, dan Avogadro) (Takeuchi 2008). Rumus persamaan gas ideal yaitu : P. V n
MC MrCO2
= n. R. T M RT C V Mr P CO 2
17
MC
P VCO2
MrCO2
R T
V Waktu V =Qxt VCO2 = %CO2 x V Q
Keterangan : P = Tekanan (atm) V = Volume gas yang diinjeksi (L) VCO2 = Volume CO2 MC = Massa Karbon MrCO2 = Molekul relatif CO2 = 44 R = 0,082 atm/LK T = suhu (0K), x0C = (x + 273)0K 3.7.2. Kelimpahan Chlorella sp. Kelimpahan Chlorella dihitung secara manual dengan menggunakan haemocytometer.
Rumus yang digunakan untuk perhitungan kelimpahan sel
fitoplankton adalah sebagai berikut (Setiawan 2009) : a. Untuk kepadatan rendah Fitoplankton yang dihitung adalah fitoplankton yang berada di dalam kotak besar (A, B, C, D, dan E) dan yang menyentuh garis batas kotak besar tersebut. Kepadatan fitoplakton per mL kemudian dihitung menggunakan rumus berikut (Gambar 6). N (ind/ml) = ((kepadatan kotak A+B+C+D+E)/5) x 104 b. Untuk kepadatan tinggi Fitoplankton yang dihitung adalah fitoplankton yang berada di dalam kotak kecil (a, b, c, d, dan e) dan yang menyentuh garis batas kotak kecil tersebut. Kepadatan fitoplakton per mL kemudian dihitung menggunakan rumus berikut (Gambar 7) N (ind/ml) = (kepadatan kotak a, b, c, d, dan e) x 5 x 104
18
B A E C D Gambar 6. Perhitungan Kelimpahan Fitoplankton pada Haemocytometer untuk kepadatan rendah (Sumber : Vineeth 2008)
a
b e
d
c
Gambar 7. Perhitungan Kelimpahan Fitoplankton pada Haemocytometer untuk kepadatan tinggi (Sumber : Vineeth 2008) 3.7.3. Ekstraksi minyak alga Penghitungan kandungan minyak alga menggunakan rumus : Kandungan Minyak % =
BM
X 100 %
BK Keterangan : BK = Berat kering alga BM = Berat minyak alga 3.7.4. Analisis statistik Data dianalisis menggunakan analisis ragam dari rancangan acak kelompok untuk mengetahui perbedaan tingkat penyerapan karbon oleh Chlrella sp. pada tiap perlakuan dan waktu pengukuran. Kemudian dilakukan uji lanjut dengan uji beda nyata terkecil (Uji BNT) untuk mengetahui perbedaan antarperlakuan dan
19
antarwaktu pengamatan. Hipotesis perlakuan rancangan yang digunakan adalah H0 : τ1 = τ2 = τ3 = τ4 = 0 atau perbedaan perlakuan tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh Chlorella sp. H1 : minimal ada perlakuan ke-i yang ≠ 0, i = 1, 2, 3, dan 4. atau minimal ada satu perlakuan ke-i yang memberikan pengaruh berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh Chlorella sp. Hipotesis kelompok rancangan yang digunakan adalah H0 : τa = τb = τc = 0 atau perbedaan kelompok tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh fitoplankton H1 : minimal ada perlakuan ke-i yang ≠ 0 i = a, b, dan c. atau minimal ada satu kelompok ke-i yang memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap tingkat penyerapan karbon oleh fitoplankton
