EMAIL: PASSWORD:
Front Office
UPT. PERPUSTAKAAN
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya


Kampus ITS Sukolilo - Surabaya 60111

Phone : 031-5921733 , 5923623
Fax : 031-5937774
E-mail : libits@its.ac.id
Website : http://library.its.ac.id

Support (Customer Service) :
timit_perpus@its.ac.id




Welcome..guys!

Have a problem with your access?
Please, contact our technical support below:
LIVE SUPPORT


Moh. Fandika Aqsa


Davi Wahyuni


Tondo Indra Nyata


Anis Wulandari


Ansi Aflacha




ITS » PhD Theses » Program Doktoral Teknik Kimia
Posted by aprill@is.its.ac.id at 28/08/2012 12:41:40  •  1828 Views


PRODUKSI HIDROGEN DARI JERAMI PADI SECARA FERMENTASI ANAEROBIK NONFOTOSINTESIS MELALUI HIDROLISIS ENZIMATIK

HYDROGEN PRODUCTION FROM RICE STRAW BY NONFOTOSINTHETIC ANAEROBIC FERMENTATION

Author :
ANWAR, NADIEM  ( 2307301002 )




ABSTRAK

Kebutuhan energi dunia yang semakin meningkat dan penurunan cadangan bahan bakar fosil telah meningkatkan harga bahan bakar fosil. Kondisi ini berpengaruh kepada semua sektor kehidupan. Efek negatif emisi CO2 akibat pembakaran bahan bakar fosil juga menjadi ancaman bagi kelestarian lingkungan oleh karena itu perlu dicari alternatif bahan bakar yang melimpah terbarukan dan ramah lingkungan. Hidrogen salah satu yang menarik untuk dijadikan bahan bakar karena kalor pembakarannya tinggi yaitu 1201 MJkg disamping pembakarannya hanya menghasilkan uap air. Biohidrogen telah dapat dibuat dari berbagai macam karbohidrat sederhana akan tetapi harga bahan baku tersebut mahal sehingga tidak fisibel secara ekonomi. Indonesia pada saat ini menghasilkan 180 juta ton jerami padi pertahun dengan kandungan selulosa 47 dan hemiselulosa 35 yang dapat dihidrolisis menghasilkan glukosa dan xilosa selanjutnya difermentasi menjadi hidrogen. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan hidrogen dari jerami padi. Tujuan tersebut dicapai dengan mempelajari proses pembuatan enzim yang dapat menghidrolisis jerami padi secara efektif mempelajari pengaruh beberapa kondisi operasi yang penting pada proses hidrolisis enzimatik jerami padi maupun pada fermentasi hidrogen kinetika dan hidrodinamika pada fermentasi hidrogen dalam bioreaktor tangki berpengaduk. Enzim dibuat dalam media padat dengan cara mengkombinasikan spora Aspergillus niger dengan Trichoderma reesei pada berbagai perbandingan. Jerami padi yang akan dihidrolisis didelignifikasi terlebih dahulu menggunakan NaOH 2 pada temperatur 80 C selama 6 jam. Hidrolisis dilakukan dalam beaker glass yang dilengkapi dengan pengaduk dan pemanas. Fermentasi hidrogen menggunakan Enterobacter aerogenes NBRC 13534 dilakukan dalam 4 buah botol 500 mL yang dioperasikan secara paralel dengan memvariasikan temperatur operasi dan konsentrasi substrat campuran glukosa-xilosa 15 1 awal. Pengaruh kecepatan pengadukan pada fermentasi hidrogen dipelajari dalam bioreaktor tangki berpengaduk dengan volume kerja 5 L dengan glukosa sebagai substrat. Fenomena yang terjadi dalam fermentasi hidrogen disimulasikan menggunakan Computational Fluid Dynamic ANSYS FLUENT 13.0. Kesimpulan dari eksperimen studi hidrolisis adalah 1 Jerami padi lebih baik dari batang jagung untuk dijadikan substrat pada produksi selulase. 2 Aktivitas selulase enzim yang dibuat dari substrat jerami padi menggunakan T. reesei dan A. niger masing-masing adalah 166 dan 169 UmL sedangkan dari substrat pohon jagung menggunakan T. reesei dan A. niger masing-masing adalah 135 dan 115 UmL. 3 Enzim yang dihasilkan oleh T. reesei maupun A. niger terdiri dari beberapa jenis enzim crude enyme. Enzim-enzim tersebut dibutuhkan untuk menghasilkan gula reduksi. Sampel enzim dari T. reesei memiliki aktivitas selulase 129 UmL dan aktivitas xilanase 445 UmL sedangkan dari A. niger memiliki aktivitas selulase 073 UmL dan aktivitas xilanase 237 UmL. 4 Enzim yang dihasilkan memiliki aktivitas tertinggi pada temperatur 5060 oC dan pH 30 akan tetapi enzim tersebut paling stabil pada pH 55 dan temperatur 40 oC. 5 Campuran enzim menunjukkan kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan enzim tunggal dari T. reesei maupun A. niger termasuk enzim murni terutama pada rasio enzim kasar dari T. reesei dengan enzim kasar dari A. niger TA 21. Pada peningkatan konsentrasi enzim dari 047 UmL menjadi 093 UmL untuk waktu hidrolisis 7 jam menghasilkan peningkatan konsentrasi gula reduksi sebesar 35 yaitu dari 64 gL menjadi 87 gL. Kesimpulan dari eksperimen studi fermentasi adalah 1 Fermentasi hidrogen dari campuran glukosa dengan xilosa dipengaruhi oleh konsentrasi awal substrat dan temperatur dan optimum pada konsentrasi awal substrat 167 gL dan temperatur 30 oC dengan yield hidrogen tertinggi 0356 mol H2mol gula reduksi. 2 Fermentasi hidrogen dari hidrolisat alami secara keseluruhan mendekati performa menggunakan hidrolisat sintetis. 3 Fermentasi hidrogen dari campuran glukosa xilosa menggunakan E. aerogenes menunjukkan adanya inhibisi oleh substrat dan produk. 4 Model kinetika yang lebih sesuai dengan fermentasi hidrogen dari campuran glukosa-xilosa adalah model kinetika Andrew. Untuk fermentasi pada temperatur 30 C Persamaan pertumbuhan sel 956 4 S_o375S_oS_o210 jam-1 Persamaan produksi hidrogen r_pmaks 167 S_o17 S_oS_o252 mmol H2L.jam 5 Fermentasi hidrogen dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan. Peningkatan kecepatan pengadukan dari 46 sampai 165 rpm meningkatkan perolehan hidrogen daari 0025 menjadi 0085 mol H2mol glukosa. Simulasi telah memperlihatkan bahwa 1 intensitas turbulensi terbesar terdapat di daerah impeler dimana dengan meningkatnya kecepatan putar pengadukan maka intensitas turbulensi di seluruh bagian reaktor akan semakin merata yang dapat meningkatkan difusi substrat ke permukaan sel dan meningkatkan laju biogas keluar dari larutan. 2 Dengan meningkatnya pengadukan fraksi volume biogas yang ada di dasar reaktor semakin kecil yang mengindikasikan lebih banyak gas yang telah naik ke permukakan dan keluar dari reaktor.


ABSTRACT

The ever increasing need of the worldwide energy and the decreasing of reserves of fossil fuels lead to the increase of price of fossil fuel which suffers almost all sectors of human life. Furthermore a negative effect to the environment as a result of combustion of fossil fuels that emits CO2 threats the future of world life. For these reasons it is necessary to find new sustainable and environmental friendly energy sources that could substitute fossil fuel. Hydrogen becomes one of attractive attention because its combustion releases a high energy of about 120.1 MJkg and produces water vapor only. Biohydrogen has been produced by using variety of simple carbohydrates however these kind of raw materials are expensive not economically feasible. At the same time Indonesia produces 180 million ton of rice straw per year as solid waste.Rice straw contains 47 cellulose and 35 hemicellulose that can be hydrolyzed to glucose and xylose respectivelyand then can be fermented to biohydrogen. The objective of this work is to produce hydrogen from rice straw. Production of cellulase enzyme that can effectively hydrolyze the rice straw various operating condition on the enzymatic hydrolysis of rice straw and fermentation of rice straw hydrolysate were investigated. This work also investigated the kinetic and hydrodynamic of hydrogen fermentation in stirred tank reactor. Cellulase enzyme was prepared in solid fermentation by single and combined culture of Trichoderma reesei and Aspergillus nigerunder various ratio. Before hydrolyzed rice straw was delignified by 2 NaOH at 80oC for six hours. Hydrolysis was conducted in a beaker glass equipped with heater and stirrer. The kinetic of hydrogen fermentation from hydrolysate was investegated in four parallel of 500 mL batch reactor under various temperatures and initial substrates. The mixture of glucose and xylose with a ratio of 1.5 1 was used as hydrolysate model. The effect of stirring speed on hydrogen fermentation was investigated in 5 L stirred tank reactor by using Enterobacter aerogenes NBRC 13534 with glucose as substrate. Simulation of hydrodynamic factor was conducted using Computational Fluid Dynamic ANSYS FLUENT 13.0. From study of hydrolysis it was found that 1 Rice straw was a better substrate for cellulase production than corn stem by which cellulase activity produced by this substrate was 23 47 higher. 2 The highest enzyme activity produced by T. reesei and A. niger were 1.66 UmL and 1.69 UmL respectively attained during 6 day and 8 day incubation using rice straw as the substrate. 3 The enzymes produced by T. reesei and A. niger consisted of several types of enzyme crude enzyme. These enzymes are needed to produce reducing sugar. Enzyme samples from T. reesei have cellulase and xylanase activity of 1.29 UmLand 4.45 UmL respectively whereas enzyme from A. niger have cellulase activity of 0.73 UmL and xylanases activity of 2.37 UmL. The enzymes have the highest activity at pH 3.0 and temperature of 50 60 C. However the enzymes most stable at pH 5.5 and temperature 40 C. 5 The mixture of enzymes showed better performance compared to the enzyme from T. reesei and A. niger including pure enzyme especially at the ratio TA 21. Increasing the enzyme concentration from 0.47 to 0.93 gL increased reducing sugar concentration from 6.4 to 8.7 gL for 7 hours hydrolysis. From study of fermetation it can be concluded that 1 the hydrogen fermentation from a mixture of glucose and xylose is affected by the initial substrate concentration and temperature and was optimum at initial substrate concentration of 16.7 gL and 30 oC under which the highest yield of 0.356 mol H2mol reducing sugar was obtained. 2 Hydrogen fermentation from glucose and xylose mixture using E. aerogenes showed the occurance of the the substrate inhibition. 3 The performance of hydrogen fermentation from natural hydrolysate was similar to that using synthetic hydrolysate. 4 The Andrew model was found to be suitable for hydrogen fermentation from glucose and xylose mixture. At temperature of 30 C it was found that Equation of cell growth 956 4 S_o375S_oS_o210hour-1 Equation of H2 production r_p 167 S_o17 S_oS_o252mmol H2L.h 5 Hydrogen fermentation is affected by the speed of stirring. Increasing the stirring speed from 46 to 165 rpm increased the hydrogen yield from 0.025 to 0.085 mol H2mol glucose. Simulation showed that 1 the highest turbulence intensity occured at the impeller region by which by increasing the stirring speed the turbulence intensity in all part of the reactor will be more uniformly distributed. This will result in the diffusion of substrate to the cell surface and increasing the rate of biogas flowing out from liquid bulk. 2 Simulation also showed the volume fraction of biogas in the botton of the tank decrease by increasing the stirring speed. This shows that more gas go to surface and leave the reactor.



KeywordsJerami padi; T. reesei; A. niger; selulase; xilanase; enzim campuran; hidrogen
 
Subject:  Fermentasi; Hidrolisis
Contributor
  1. Prof. Dr. Ir. Sugeng Winardi, M.Eng
  2. Prof. Dr. Ir. Arief Widjaja, M.Eng
Date Create: 02/03/2012
Type: Text
Format: pdf
Language: Indonesian
Identifier: ITS-PhD-3100012047365
Collection ID: 3100012047365
Call Number: RDK 660.284 49 Anw p


Source
Disertasi, Chemical Engineering, RDK 660.284 49 Anw p, 2012

Coverage
ITS Community

Rights
Copyright @2012 by ITS Library. This publication is protected by copyright and per obtained from the ITS Library prior to any prohibited reproduction, storage in a re transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, reco For information regarding permission(s), write to ITS Library




[ Download - Open Access ]

  1.  ITS-PhD-20785-2307301002-Abstract_id.pdf - 199 KB
  2.  ITS-PhD-20785-2307301002-Abstract_en.pdf - 199 KB
  3.  ITS-PhD-20785-2307301002-Conclusion.pdf - 197 KB




 Similar Document...




! ATTENTION !

To facilitate the activation process, please fill out the member application form correctly and completely

Registration activation of our members will process up to max 24 hours (confirm by email). Please wait patiently

POLLING

Bagaimana pendapat Anda tentang layanan repository kami ?

Bagus Sekali
Baik
Biasa
Jelek
Mengecewakan





You are connected from 54.198.54.142
using CCBot/2.0 (http://commoncrawl.org/faq/)



Copyright © ITS Library 2006 - 2017 - All rights reserved.
Dublin Core Metadata Initiative and OpenArchives Compatible
Developed by Hassan