STUDI KEMAMPUAN ALGA DALAM MENYERAP KARBON (CARBONSINK) SEBAGAI UPAYA ALTERNATIF DALAM MENGURANGI EMISI KARBON (CO 2 )

SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX - 2012 Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate Food and Energy Crisis Surabaya, 10 July 2012

STUDI KEMAMPUAN ALGA DALAM MENYERAP KARBON (CARBONSINK) SEBAGAI UPAYA ALTERNATIF DALAM MENGURANGI EMISI KARBON (CO 2). Sadya Chandra Prapta a*, Agus Slamet b, Joni Hermana c Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sepuluh Nopemeber (ITS) Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 * Email: [email protected]

Abstrak Banyak upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi kandungan gas rumah kaca. Memanfaatkan alga untuk menyerap CO2 merupakan salah satu cara untuk mengurangi emisi karbon di udara maupun di perairan. Dengan menggunakan alga, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar CO2 yang dapat diserap oleh alga dan menentukan pengaruh pencahayaan dan variasi nutrisi terhadap pertumbuhan dan perkembangan alga. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium dengan menggunakan alga yang berasal dari Bozem Morokrembangan yang di kultur pada kolam buatan. Penelitian dilakukan dengan menggunakan variabel intensitas pencahayaan dan konsentrasi nutrisi pada media tumbuh. Variabel intensitas pencahayaan menggunakan dua macam perlakuan yaitu pencahyaan sinar matahari dan pencahayaan sinar matahari yang dilanjutkan dengan pencahayaan buatan pada malam hari. Variabel konsentrasi nutrisi yaitu 1:1, 1:3 dan 3:1. Jumlah CO2 yang terserap didapat dengan perbandingan konsentrasi biomassa alga yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi fotosintesis. Biomassa alga diperoleh dengan melakukan analisa klorofil a dengan metode spektrofotometri. Dari hasil penelitian, alga mampu menyerap 1,42 mg CO2 dengan kondisi pencahayaan alami dan 5,08 mg pada kondisi pencahayaan kombinasi. Alga dapat menyerap CO2 dengan baik pada kondisi pencahyaan kombinasi dan konsentrasi nutrisi 1:1, yaitu sebesar 2,69 mg. Hal ini dikarenakan kondisi pencahyaan yang cukup tinggi dan nutrisi yang optimal. Kata kunci: alga, penyerapan karbon, reaksi fotosintesis. Abstract There are several alternatives to reduce greenhouse gases emission, such as CO2, including the use of algae. The research was aimed to determine the concentration of CO2 absorption exhibited by algae and to determine the influence of light and nutrient variations on growth and development of algae.The research was conducted in the laboratory scale units, using algae from the water polder, known as Bozem Morokrembangan, that was cultured in mini ponds. Two variables were used in this research, namely: lightings and media growth concentration of nutrients. The lightings variable used two variations, the sole natural light and the natural light that was continued with the artificial lighting during the night time. While nutrient was taken from drainage channels that was mixed with the aquadest with composition ratio of 1:1, 1:3, and 3:1 (v/v). ). The absorbed CO2 was calculated by comparing the new formed algae biomass concentration from the photosynthesis reaction results. Algae biomass was obtained by analysing chlorophyll-a with the spectrophotometric method.The result of research showed that algae had absorbed 1,42 mgCO2/d in natural lighting condition and 5,08 mgCO2/d in combination lighting condition. For influence of nutrition, The nutrient comparison with 1:1 comparison between nutrient water and distilled was the best condition for algae to absorb CO2, the score was 3,19 mgCO2/d. The high lighting intensity and optimum nutrient was influenced it. Key words: algae, carbonsink, photosynthesis reaction. 1

ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY SCIENTIFIC CONFERENCE IX - 2012 Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate Food and Energy Crisis Surabaya, 10 July 2012

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Meningkatnya pemanasan global karena tercemarnya udara oleh polusi karbon berupa CO2 dan CH4 sudah cukup tinggi. Banyak upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi kandungan gas rumah kaca. Secara alami tumbuhan hijau sangat memerlukan CO 2 di udara untuk proses fotosintesis. Selain tumbuhan tingkat tinggi beberapa jenis ganggang yang hidup di laut dan di darat juga dapat melakukan fotosintesis. Potensinya yang besar sebagai bahan baku energi baru dan terbarukan, mikroalga juga dapat berperan dalam menurunkan emisi gas CO 2 di atmosfer (Setiawan et al, 2008). Kemampuan fotosintesis ini merupakan dasar dalam mengembangkan sebuah upaya rekayasa penggunaan alga dalam pengendalian emisi karbon. Alga dapat melakukan fotosintesis dengan menyerap karbondioksida (CO 2) di udara dan dapat dibudidayakan sebagai bahan dasar biofuel. Alga memiliki empat hal yang potensial untuk dikembangkan sebagai biodiesel. Pertama, biomass alga dapat diproduksi dalam jumlah yang sangat besar, biomass ini dapat tumbuh dalam prosentase yang jauh lebih tinggi dibandingkan sumber minya lain. Kedua, minyak alga masih terbatas di pasaran. Ketiga, Alga dapat dikembangkan di air tawar maupun air laut. Keempat, inovasi untuk memproduksi alga akan sangat produktif ketika pemakaian sumberdaya mineral kian tak terkendali dan maraknya pencarian sumber energi terbarukan (Demribas, 2010). Oleh karena itu penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana kemampuan penyerapan alga terhadap karbondioksida dari udara proses pencemaran dan juga prosesproses yang menghasilkan karbondioksida. Diharapkan upaya ini dapat mengatasi masalah dengan menimbulkan alternatif solusi baru. 1.2 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menentukan jumlah karbon yang dapat diserap oleh alga dan Menentukan pengaruh pencahayaan dan variasi nutrisi terhadap pertumbuhan dan perkembangan alga. Hasil penelitian ini diharapakan dapat memberikan masukan dalam pengembangan teknologi dan penelitian dengan menggunakan alga dalam mencari manfaat dibalik isu pamanasan global dan mencari sumber energi alternatif yang lebih ramah lingkungan. 1.3 Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Pengendalian Pencemaran Udara Gedung Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Untuk mendapatkan cahaya matahari yang maksimum penelitian juga dilakukan di atap gedung. 2. METODOLOGI 2.1 Persiapan Kultur Alga Karena penelitian kali ini menggunakan alga, maka dilakukan pengembangan kultur alga yang sudah ada sebelum melakukan analisa parameter penelitian. Alga yang dikembangkan berasal dari Bozem Morokrembangan yang ditumbuhkan pada kolam mini dengan memberikan nutrisi penunjang pertumbuhan alga. 2.2 Persiapan Reaktor Uji

2


Reaktor yang akan digunakan pada penelitian ini berupa Beaker Gelas ukuran 1 liter. Dengan jumlah: 1 buah untuk kontrol dan 3 buah untuk analisa dengan variabel. Sehingga dibutuhkan paling sedikit 4 buah beaker gelas untuk menjalankan penelitian ini. berikut ini akan diberikan gambaran secara umum tentang rekator yang akan digunakan.

Selang Sampling

Kondisi Tertutup

24 cm

7 cm

Gambar 1 Reaktor 2.3 Pelaksanaan Penelitian Pelaksanaan dapat dilakukan jika semua proses hingga adanya reaktor terpenuhi. Penelitian dilakukan secara 2 tahap. Tahap pertama menggunakan 4 tabung dengan pengondisian cahaya kombinasi, yaitu menggunakan pencahyaan alami (sinar matahari) pada siang hari dan pencahyaan buatan (lampu) pada malam hari dengan variasi perbandingan air bernutrisi untuk media dengan masing – masing perbandingan antara air bernutrisi dengan akuades adalah 1:1, 1:3, dan 3:1. Tahap kedua penelitian menggunakan perlengkapan yang sama perbedaan hanya terdapat pada penambahan cahaya buatan (lampu) saat malam hari. 2.4 Analisa Perhitungan Pertumbuhan Alga Analisa perhitungan pertumbuhan alga menggunakan persamaan stoikiometri dari persamaan reaksi dibawah ini. cahaya NH3 + 7,62CO2 + 2,53 H2O

C7,62H8,06N + 7,62O2 alga (sel alga baru)

Analisa pertumbuhan alga dilakukan dengan pembandingan antara jumlah biomass yang tumbuh berdasarkan satuan waktu. Sel alga baru didapat dengan melakukan pengukuran klorofil a menggunakan metode Spectrophotometric Determination of Chlorofil (APHA, 2005). 2.5 Perhitungan Jumlah Karbondioksida (CO 2) yang Terserap 3


Perhitungan jumlah karbondiksida yang terserap didapat dari perbandingan stoikiometri pada reaksi fotosintesis. Analisa laboratorium yang dilakukan adalah mengukur nilai klorofil a yang mana nilai ini merupakan jumlah biomass yang terbentuk sebagai (C7,62H8,06N) pada reaksi stoikiometri di atas. Dengan menggunakan perbandingan stoikiometri pada reaksi 1 dapat diketahui bahwa 1 gram senyawa organik (sel alga yang terbentuk) sebanding dengan 2,95 gram CO2 yang diserap. Sebagai ilustrasi dapat dilihat pada Persamaan 1. ........................... (1)

= 2.95 g CO2 Sebagai contoh. Misalkan hasil analisa klorofil a menunjukkan bahwa konsentrasi klorofil a adalah 5 mg berarti jumlah CO 2 yang diserap adalah 14,75 mg. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Penelitian dilakukan dengan mengukur konsentrasi klorofil a sebagai jumlah biomass alga yang tumbuh pada reaktor B, C, dan D. Dari hasil pengukuran klorofil a didapat mg biomass alga dan mg CO2 yang dimanfaatkan dengan persamaan: Gram biomass = konsentrasi klorofil a x 0.00005 ....... .............(2) Gram CO2 = Gram biomass x 2,95 ............................. (3) Untuk jumlah CO2 yang diserap dapat dilihat pada Tabel 1a dan Tabel 1b Tabel 1 Jumlah Karbondioksida yang Dimanfaatkan Hari 1 2 3 4 8 9 10 11 15 16 17

CO2 yang Terserap (g) Tabung B Tabung C Tabung D 0,003938 0,025599 0,001969 0,007877 0,035444 0,001969 0,055136 0,005907 0,003938 0,061043 0,011815 0,015753 0,11224 0,15753 0,04529 0,106333 0,255986 0,039383 0,098456 0,196913 0,059074 0,02363 0,009846 0,015753 0,015753 0,009846 0,009846 0,005907 0,005907 0,001969 0,003938 0,005907 0,005907

Hari 1 2 3 4 8 9 10 11 15 16 17

a. Variasi pencahayaan alami

CO2 yang Dimanfaatkan Tabung B Tabung C Tabung D 0,098456 0,019691 0 0,177221 0,059074 0,019691 0,236295 0,137839 0,039383 0,492281 0,15753 0,118148 0,846724 0,31506 0,236295 0,63012 0,47259 0,15753 0,039383 0,15753 0,137839 0,039383 0,078765 0,059074 0,019691 0,078765 0,059074 0,059074 0,039383 0,039383 0,059074 0 -0,01969

b. Variasi pencahyaan kombinasi

Banyakanya CO2 yang diserap selama penelitian dengan pencahayaan alami sebagai variabel adalah: Jumlah CO2 yang diserap = ∑B + ∑C + ∑D……………………(4) Dengan Persamaan (4) didapat bahwa jumlah total karbondioksida yang dimanfaatkan adalah 1,42 mg pada variasi pencahayaan alami dan 5,08 mg pada variasi pencahayaan 4


kombinasi. Pada Gambar 2 dan Gambar 3 dapat diilustrasikan kemampuan penyerapan karbondioksida oleh alga pada masing – masing tabung reaktor.

Gambar 3 Grafik Pemanfaatan Karbondioksida oleh Alga pada Masing – Masing Konsentrasi Nutrisi dengan Variasi Pencahayaan Alami

Gambar 3 Grafik Pemanfaatan Karbondioksida oleh Alga pada Masing – Masing Konsentrasi Nutrisi dengan Variasi Pencahayaan kombinasi 3.1 Pembahasan Fotosintesis yang dilakukan oleh alga sangat memerlukan cahaya sebagai faktor yan paling penting. Dari penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa analisa dengan variabel pencahayaan kombinasi terjadi kecepatan tumbuh biomass yang sangat tinggi meskipun secara rata – rata lebih rendah dibandingkan dengan variabel pencahayaan alami namun peningkatan cenderung konsisten dan stabil sehingga jumlah karbon yang diserap lebih banyak yaitu sebesar 5,08 mg sedangkan pada variabel pencahayaan alami adalah 1,42 mg. Selain menggunakan variabel pencahayaan, penelitian ini juga menggunakan variabel lain yaitu variasi konsentrasi air bernutrisi sebagai media pertumbuhan alga. Jika hasil penelitian pada pencahyaan alami diketahui bahwa pada kondisi konsentrasi nutrisi paling kecil justru tumbuh alga sangat baik maka hal ini tentu ada kaitannya dengan intensitas cahaya yang diterima oleh tabung – tabung tempat penelitian berlangsung. Penelitian selanjutnya dengan persiapan air nutrisi yang sama dengan peneltian saat menggunakan cahaya alami, pada pencahayaan kombinasi keadaan menunjukkan bahwa pada Tabung B (konsentrasi 1:1) adalah kondisi paling baik daripada tabung – tabung lain sedangkan yang paling rendah adalah pada Tabung D. Percepatan siklus yang terjadi pada daur hidup alga yang tidak 5


biasa ini memaksa alga bekerja siang malam sehingga dibutuhkan sumber energi tambahan yang dapat menjaga kelangsungan hidup alga untuk menjalankan reaksi fotosintesis. Tentunya keberadaan nutrisi menjadi penting pada saat seperti ini. Alga pada Tabung B diuntungkan dengan tersedianya nutrisi yang cukup banyak daripada Tabung C meskipun tidak sebanyak pada Tabung D. Kondisi ini yang menyebabkan banyaknya nutrisi pada Tabung D tidak dapat berperan secara optimal karena intensitas cahaya yang diterima pada Tabung B dan Tabung C lebih tinggi yang mana keduanya tidak sepekat Tabung D. 4. KESIMPULAN Jumlah karbondioksida (CO 2) yang diserap adalah sebesar 1,42 mg/hari pada kondisi pencahayaan alami dan 5,08 mg/hari pada kondisi pencahayaan kombinasi. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa intensitas pencahayaan sangat berpengaruh pada pertumbuhan dan total karbondioksida yang diserap. Pencahayaan kombinasi memberikan dampak yang jauh lebih tinggi ditandai dengan lebih banyaknya karbondioksida yang dapat diserap selama penelitian berlangsung. Pada media dengan konsentrasi nutrien dengan akuades 1:1 pada kondisi pencahayaan kombinas i mampu menyerap total 3,19 mg/hari karbondioksida selama penelitian berlangsung. Kondisi ini merupakan kondisi terbaik dari hasil penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA American Public Health Association (APHA), American Water Work Association, Water Environment Federation. 2005. Standard Method For Examination Of Water And Wastewater. Ardhanarewari, S.A. 2011. Pengaruh Durasi Pencahyaan dan Kedalaman pada High Rate Algal Reactor (HRAR) Terhadap Penurunan Nitrogen dan Pospat Limbah Perkotaan. Surabaya: Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Demribas, A., and Demribas, F.M. 2010. Green Energy and Technology. Algae Energy. Algae as a New Source of Biodiesel. London: Springer-Verlag. Gerard, D., and Wilson, Elizabeth, J.W. Environmental bonds and the challenge of long-term carbon sequestration. Journal of Environmental Management 90 (2009) 1097–1105. Graham, Linda E dan Wilcox, Lee W.2000.Algae.USA:Prentice-Hall Inc. Grönkvist, S., Bryngelsson, M., and Westmark, M. 2006. Oxygen efficiency with regard to carbon capture. Energy 31 (2006) 3220–3226. Iswara, A.P. 2011. Pengaruh Aerasi dan Pencahyaan Alami pada Kemampuan High Rate Algal Reactor (HRAR) dalam Penurunan Bahan Organik Limbah Domestik Perkotaan. Surabaya: Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Madigan, M.Y., J.M. Martinko dan J. Parker.2000.Brock Biology of Microorganisms 9th Edition.Upper Saddle River, N.J.:Prentice-Hall. Mara, D. 2003. Domestic Wastewater Treatment In Developing Countries. UK : Cromwell Press, Trowbridge. Metcalf and Eddy. 1991. Waste Water Engineering : Treatment, Disposal And Reuse. New York : McGraw-Hill.

6


Mulyanto, A. Juli 2010. Mikroalga (Cholrella, sp) Sebagai Agnesia Penambat Gas Karbon Dioksida. Jurnal Hidrosfir Indonesia Vol. 5, No.2. Mustahib, 2010. Fotosintesis. http://biologi.blogsome.com/2010/07/18/fotosintesis/>.

Pelczar, Michael J., Chan, E.C.S. 1986. Dasar – Dasar Mikrobiologi. Diterjemahkan oleh Ratna Siri Hadioetomo, Teja Imas, Sutarmi Tjirosomo, dan Sri Lestari Angka. Jakarta: UI-Press. Polprasert, C.2007.Organic Waste Edition.London:IWA Publishing.

Recycling

Technology

and

Management

3rd

Rosenberg , Julian N., Mathias ,A., Korth, K., Betenbaugh , M, J., dan Oyler , G.A., July 2011. Microalgal biomass production and carbon dioxide sequestration from an integrated ethanol biorefinery in Iowa: A technical appraisal and economic feasibility evaluation. b i o m a s s and b i o e n e r gy 3 5 ( 2 0 1 1 ) 386 –3876. Santoso, A.D., Darmawan, R. A., Susanto, J. P. Desember 2011. Mikro Alga Untuk Penyerapan Emisi CO2 dan Pengolahan Limbah Cair di Lokasi Industri. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kelautan Tropis, Vol. 3, No. 2, Hal. 62-70. Sawyer, Clair N., McCarty, Perry L., dan Parkin, Gene F. 2003. Chemistry for Environmental Engineering and Science Fifth Edition. Singapore: McGraw-Hill. Setiawan, A. Kardono, Darmawan, R.A., Santoso, Stami, A.H., Prasetyadi, Panggabean, L., Radini, D., Sapulete, S. November 2008. Teknologi Penyerapan Karbondioksida dengan Kultur Fitoplankton pada Fotobioreaktor. Pusat Teknologi Lingkungan – BPPT BPPT Gedung Lt. 19 Jl. M.H. Thamrin 8 Jakarta. Pusat Penelitian Oseanologi – LIPI Jl. Pasir Putih 1 Ancol, Jakarta Siregar, Ameilia. 2010. Anabolisme (Fotosintesis & Kemosintesis) . Soedomo, Moestikahadi. 2001.Kumpulan Karya Ilmiah Pencemaran Udara. Bandung: ITB Press.

Supriharyono. 2000. Pelestarian dan Pengelolaan Sumber Daya Alam di Wilayah Pesisir Tropis. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Utami, B. 2011. Karbon Dioksida (CO2), try.org/materi_kimia/kimia-sma-ma/karbon-dioksida-co2/>.

Xin Wang., Yujie Feng., Jia Liu., He Lee., Chao Li., Nan Li., dan Nanqi Ren. May 2010. Sequestration of CO2 discharged from anode by algal cathode in microbial carbon capture cells (MCCs). Biosensors and Bioelectronics 25 (2010) 2639–2643. Yang, H., Xu, Z., Fan, M., Gupta, R., Slimane, R.B., Bland, A.E., and Wright, I. 2008. Progress in carbon dioxide separation and capture: A review. Journal of Environmental Sciences 20(2008) 14–27. Zaif. 2011. Fotosintesis. . 7

STUDI KEMAMPUAN ALGA DALAM MENYERAP KARBON (CARBONSINK) SEBAGAI UPAYA ALTERNATIF DALAM MENGURANGI EMISI KARBON (CO 2 )

Recommend Documents