PRODUKSI BIOHIDROGEN MELALUI FERMENTASI BAKTERI FOTOSINTETIK Rhodobium marinum DAN ISOLAT SANUR
MUHAMMAD SIDIQ HABIBI
PROGRAM STUDI BIOKIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK MUHAMMAD SIDIQ HABIBI. Produksi Biohidrogen melalui Fermentasi Bakteri Fotosintetik Rhodobium marinum dan Isolat Sanur. Dibimbing oleh DJAROT SASONGKO HAMI SENO dan DWI SUSILANINGSIH. Bioenergi merupakan energi terbarukan dan prospektif untuk dikembangkan. Pengembangan bioenergi ini tidak hanya dapat mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak, tetapi juga dapat meningkatkan keamanan pasokan energi nasional. Biohidrogen merupakan salah satu bentuk bioenergi yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar, kaperluan industri, dan nuklir. Penelitian ini bertujuan memproduksi gas hidrogen melalui fotofermentasi bakteri Rhodobium marinum dan konsorsium bakteri isolat Sanur dengan memanfaatkan glukosa 1% sebagai substrat. Fotofermentasi ini dilakukan dengan cara kultur bakteri R. marinum dan isolat Sanur (OD = 1) disentrifugasi pada 6000 rpm selama 20 menit. Kemudian masing-masing peletnya diresuspensi dengan 75 ml media produksi yang mengandung glukosa 1% dalam botol serum 100 ml dan dipasang pada bioreaktor (120 rpm, 30ºC, cahaya lampu TL 60 watt). Hasil penelitian menunjukkan bahwa bakteri R. marinum mampu memanfaatkan glukosa 1% untuk memproduksi gas hidrogen sebanyak 127.311 ml dari 205.25 ml total gas yang dihasilkan (62%) dengan kecepatan produksi 3.81 mmolH2jam-1L-1medium. Konsorsium bakteri isolat Sanur juga mampu memproduksi 103.61 ml gas hidrogen dari 165.25 ml total gas yang dihasilkan (63%) dengan kecepatan produksi 2.8 mmol H2jam-1L-1medium.
ABSTRACT MUHAMMAD SIDIQ HABIBI. Biohydrogen Production by Fermentation of Photosynthetic Bacteria Rhodobium marinum and Sanur Isolate. Under the direction of DJAROT SASONGKO HAMI SENO and DWI SUSILANINGSIH. Bioenergy is renewable energy and prospective to be developed. It is not only can reduce our dependence of fueloil, but also can increase safety of national stock energy. Biohydroen is a type of bioenergy which used as fuel cell, industry necessity, and nuclear. This research have focus on production of hydrogen gas by photofermentation of Rhodobium marinum and bacteria consortium of Sanur isolate using glucose 1% as a substrate. This photofermentation was done with R. marinum and Sanur isolate were centrifuged (6000 rpm, 20 minutes). Then each pellet was resuspented in 75 ml production medium which containing glucose 1% on 100 ml serum bottles and be seted on bioreactor (120 rpm, 30ºC , TL light 60 watts). The result shown that R. marinum ability to used glucose 1% to produce 127.311 ml hydrogen gas of 205.25 gas completly that produced (62%) with production rate is 3.81 mmolH2h-1L-1medium. Bacteria consortium of Sanur isolate also can produce 103.61 ml hydrogen gas of 165.25 ml gas completly that produced (63%) with production rate is 2.8 mmolH2h-1L-1medium.
PRODUKSI BIOHIDROGEN MELALUI FERMENTASI BAKTERI FOTOSINTETIK Rhodobium marinum DAN ISOLAT SANUR
MUHAMMAD SIDIQ HABIBI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Biokimia
PROGRAM STUDI BIOKIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
5
Judul Skripsi Nama NIM
: Produksi Biohidrogen melalui Fermentasi Bakteri Fotosintetik Rhodobium marinum dan Isolat Sanur : Muhammad Sidiq Habibi : G44104003
Disetujui Komisi Pembimbing
Drs. Djarot Sasongko Hami Seno, M.S Ketua
Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm Anggota
Diketahui
Dr. drh. Hasim, DEA Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Tanggal Lulus:
6
PRAKATA Alhamdulillah penulis panjatkan atas karunia yang diberikan oleh Allah SWT sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini yang berjudul Produksi Biohidrogen melalui Fermentasi Bakteri Fotosintetik Rhodobium marinum dan Isolat Sanur. Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2008 sampai September 2008 di Laboratorium Bioproses, Pusat Penelitian Bioteknologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), Cibinong; Jalan Raya Bogor Km 46 Cibinong, Bogor. Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Drs. Djarot Sasongko Hami Seno, MS dan Dr. Dwi Susilaningsih, M. Pharm selaku pembimbing atas segala arahan, bimbingan, dan fasilitas selama penelitian, serta kepada Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) yang telah mendanai penelitian ini. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bu Mega, Mas Anam, Mas Swastika, Mas Asep, Mas Diki, Mbak Umi, Mbak Dian, Mbak Lina, Mbak Lia, Mbak Riesa, Yestyani Ana Anggraeny, dan seluruh staf di Laboratorium Bioproses, Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI, serta teman-teman PS Biokimia khususnya angkatan 41 atas segala bantuan dan kerjasamanya. Ucapan terma kasih yang tak terhingga kepada Ayah, Ibu, serta seluruh keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Bogor, Maret 2009
Muhammad Sidiq Habibi
7
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bumiayu pada tanggal 21 September 1984 sebagai anak keenam dari pasangan Bapak Mahmuri dan Ibu Tarsem. Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Bumiayu dan pada tahun yang sama penulis diterima masuk di Program Studi Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menjadi mahasiswa aktif di IPB, penulis menjadi staf Departemen Biokimia Tumbuhan Community of Research and Education in Biochemistry (CREB’s) pada periode 2005-2006, dan Koordinator Dewan Pengawas CREB’s bidang keilmuan pada periode 2006-2007. Penulis juga pernah menjadi wakil ketua Tim Ekonomi DKM Al-Ghifari IPB pada periode 2006-2007. Penulis aktif berpartisipasi dalam perlombaan Program Kreatifitas Mahasiswa (PKM) yang didanai DIKTI, diantaranya PKM-Teknologi dengan judul Pemanfaatan Zeolit dan Khitosan dalam Pengolahan Bahan Baku Air Minum (2007), PKM-Penelitian degan judul Khitosan sebagai Bahan Antibakteri (2008), PKM-Teknologi dengan judul Kertas Antibakteri Berbasis Khitosan (2008), dan PKM-Teknologi dengan judul Teknologi Desalinisasi Air Laut Menggunakan Campuran Khitosan, Zeolit, dan Arang Aktif (2008). Penulis juga menjadi finalis Pemilihan Peneliti Remaja Indonesia VII yang diselenggarakan oleh Lembaga Ilmu pengetahuan Indonesia (LIPI) pada tahun 2008 dan pada tahun yang sama penulis berhasil menjadi peserta program Iptek Remaja yang diselenggarakan oleh Kementrian Negara Riset dan Teknologi, Republik Indonesia. Penulis juga pernah melaksanakan Praktik Lapangan (PL) di Laboratorium Bioproses, Pusat Penelitian BioteknologiLIPI Cibinong selama periode Juli sampai Agustus 2007, dan menulis karya ilmiah yang berjudul Produksi Biohidrogen melalui Fermentasi Bakteri Fotosintetik Rhodobium marinum dan Isolat Sanur.
8
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................
ix
PENDAHULUAN ................................................................................................ 1 TINJAUAN PUSTAKA Biohidrogen................................................................................................. Mikroorganisme Penghasl Gas hidrogen .................................................... Proses Produksi Biohidrogen ...................................................................... Fermentasi ................................................................................................... Kromatografi Gas ........................................................................................
1 2 3 3 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ............................................................................................ 5 Metode Percobaan ....................................................................................... 5 HASIL DAN PEMBAHASAN Pertumbuhan Bakteri Fotosintetik R. marinum dan Isolat Sanur ................ 6 Kandungan Gula Total ................................................................................... 7 Gas Hasil Fermentasi................................................................................... 8 Analisis Gas Hasil Fermentasi dengan Kromatografi Gas .......................... 8 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ........................................................................................................ 8 Saran .............................................................................................................. 8 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................. 9 LAMPIRAN ......................................................................................................... 11
9
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Fotofermentasi bakteri fotosintetik ................................................................ 3 2 Pertumbuhan bakteri R. marinum dan isolat Sanur ........................................ 7 3 Kadar gula media produksi selama proses fermentasi................... ................ 7 4 Hubungan kadar gula medium dan OD bakteri R. marinum dan isolat Sanur 7 5 Gas total yang dihasikan selama fotofermentasi ............................................... 8 6 Jumlah gas hasil fermentasi ............................................................................ 8
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Alur penelitian ................................................................................................ 12 2 Kuantifikasi media lenglap dengan fungsinya ............................................... 13 3 Fotobioreaktor sederhana produksi hidrogen ................................................. 13 4 Hubungan OD bakteri dan pH medium terhadap waktu ................................ 14 5 Kurva standar gula total ................................................................................. 14 6 Data hasil pengukuran gula total sampel ........................................................ 14 7 Data hasil pengamatan gas produk fotofermentasi......................................... 15 8 Data hasil pengukuran gas H2 produk fotofermentasi dengan GC ................. 16 9 Gas hidrogen yang dihasilkan selama fotofermentasi ..................................... 17 10 Korelasi kadar gula total dan jumlah gas H2 terhadap waktu fermentasi ....... 19 11 Kromatogram hasil analisis gas hidrogen sampel produk fermentasi dengan menggunakan GC ........................................................................................... 20
1
PENDAHULUAN Laju pertumbuhan penduduk dan tingkat ekonomi yang semakin meningkat, serta perkembangan teknologi yang semakin pesat dari waktu ke waktu mengakibatkan dunia (termasuk Indonesia) membutuhkan energi yang sangat besar. Bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batu bara merupakan sumber energi utama. Permintaan akan bahan bakar tersebut yang semakin meningkat menyebabkan terjadinya eksplorasi dan eksploitasi sumber energi berbahan bakar fosil secara besar-besaran. Eksploitasi energi yang berlebihan dari sumber daya alam terutama minyak bumi selama ini menyebabkan menipisnya kandungan minyak bumi tersebut, menimbulkan kerusakan lingkungan, perubahan iklim global, dan krisis energi di seluruh dunia (Bockris 2002). Krisis energi dan kerusakan lingkungan ini memerlukan penanganan serius. Usaha mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan dan pengembangan sumber energi alternatif termasuk bioenergi terus diupayakan dan dilakukan. Bioenergi merupakan energi terbarukan yang berasal dari biomassa (Liu & Shen 2004). Bioenergi ini adalah salah satu bentuk energi alternatif yang prospektif untuk dikembangkan. Pengembangan bioenergi ini tidak hanya dapat mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak yang harganya terus melambung, tetapi juga dapat meningkatkan keamanan pasokan energi nasional. Perhatian masyarakat dunia yang semakin meningkat pada penggunaan bahan bakar yang ramah lingkungan menjadikan pengembangan bioenergi sangat strategis dan perlu direalisasikan (Sirait 2007). Oleh karena itu, energi alternatif yang dapat diperbaharui (renewable energy) dan aman lingkungan (green energy) sangat dibutuhkan dan sangat penting untuk diupayakan serta dioptimalkan pengolahan dan penggunaannya. Hidrogen merupakan salah satu pilihan energi alternatif karena mudah dikonversi dan tidak merusak lingkungan baik dalam proses pembuatan maupun penggunaannya. Hidrogen adalah unsur paling ringan, sangat mudah terbakar, dan paling banyak terdapat di alam semesta. Unsur ini dikandung oleh air dan semua senyawa organik serta makhluk hidup (Mohsin 2007). Biohidrogen adalah hidrogen yang diproduksi melalui proses biologis atau dari biomassa. Biohidrogen dapat dikembangkan di Indonesia karena bahan bakunya cukup tersedia. Biohidrogen diproduksi dengan memanfaatkan organisme bakteri melalui
proses fermentasi atau fotoproduksi untuk merombak substrat organik (limbah atau nonlimbah) menjadi energi hidrogen (Sirait 2007). Salah satu mikroorganisme yang mampu memproduksi hidrogen adalah bakteri fotosintetik, seperti Rhodobium marinum dan Rhodobacter sphaeroides (Kawaguchi 2005). Bakteri fotosintetik mampu mengubah senyawa organik menjadi gas hidrogen dengan adanya energi cahaya. Banyak tantangan teknis yang dihadapkan pada masa transisi dari bahan bakar berbasis fosil ke bahan bakar berbasis biohidrogen ini, mulai dari produksi dengan kuantitas memadai, penyimpanan, transmisi, dan distribusinya (Dunn 2002). Oleh karena itu, penelitian ini menjadi salah satu bagian dari transisi menuju penggunaan bahan bakar berbasis biohidrogen. Penelitian ini bertujuan memproduksi biohidrogen dengan menggunakan glukosa 1% sebagai bahan baku substrat fermentasi oleh bakteri fotosintetik Rhodobium marinum dan isolat Sanur (koleksi Biotechnology culture collection (BTCC)). Hipotesisnya adalah fermentasi bakteri fotosintetik Rhodobium marinum dan isolat Sanur (koleksi BTCC) dengan substrat glukosa 1% dapat menghasilkan biohidrogen.
TINJAUAN PUSTAKA Biohidrogen Hidrogen dikenal luas sebagai sumber energi yang bersih dan efisien. Gas ini memiliki kandungan energi tertinggi (143 Gjton-1) per unitnya dan merupakan bahan bakar yang tidak terikat secara kimia dengan karbon (Purwanto 2005). Dengan demikian, pembakaran hidrogen tidak akan menimbulkan efek rumah kaca, penipisan lapisan ozon, atau hujan asam. Hal tersebut dikarenakan proses pembakarannya di udara hanya menghasilkan uap air dan energi panas (Nath & Das 2004). Hidrogen merupakan sumber energi alternatif yang bisa diproduksi dari sumber yang terbarukan, seperti biomassa. Biohidrogen adalah hidrogen yang diproduksi melalui proses biologis atau dari biomassa (Zaborsky et al. 1998). Selain sumber penghasilnya melimpah, biohidrogen juga ramah lingkungan. Hidrogen dapat diproduksi oleh mikroba melalui dua cara, yaitu perubahan secara fotobiologis dan melalui teknik fermentasi (Sirait 2007). Teknik yang
