E-book LKTIN KMTM 2020

Sub Tema : Energi Terbarukan
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH 2020

BIODIESEL MIKROALGA TETRASELMIS SP DI JEPARA DENGAN
METODE SIMULTAN SEBAGAI UPAYA PENCEGAHAN KRISIS
ENERGI DI INDONESIA

Diusulkan Oleh:

Aqilla Darrin Maharami, 21030119130066; 2019
Istiqomah Muryaningsih, 21030119120015; 2019
Afriza Ni’matus Sa’adah, 21030118140123; 2018

UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2020

ii

iii

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya,
kami dapat menyelesaikan karya tulis ini dalam rangka Lomba Karya Tulis Ilmiah
2020. Kami menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu
dalam penyusunan karya tulis ini.

Semoga Allah SWT membalas kebaikan Bapak / Ibu / Saudara. Berbagai
upaya telah kami lakukan guna menyajikan karya tulis ini dengan baik. Tetapi kami
menyadari masih terdapat kekurangan di dalamnya. Untuk itu kami mengharap
kritik dan saran yang membangun guna perbaikan di masa mendatang. Akhir kata,
semoga karya tulis ini berguna bagi pembaca khususnya, bagi masyarakat pada
umumnya, dan sebagai sumbangsih untuk bangsa . Aamiin

Semarang, 8 Maret 2020

Penulis

v

DAFTAR ISI

Halaman Judul..................................................................................................i
Halaman Pengesahan.......................................................................................ii
Lembar Pernyataan Orisinalitas ....................................................................iii
Kata Pengantar ...............................................................................................iv
Daftar Isi ......................................................................................................... v
Daftar Gambar ...............................................................................................vi
Daftar Tabel ...................................................................................................vii
Abstrak..........................................................................................................viii
Bab 1 Pendahuluan ..........................................................................................1
Latar Belakang...................................................................................................1
Rumusan Masalah..............................................................................................3
Tujuan Penulisan ...............................................................................................3
Manfaat .............................................................................................................3
Bab 2 Tinjauan Pustaka ..................................................................................4
Potensi Mikroalga ..............................................................................................4
Biodiesel dari Mikroalga....................................................................................4
Produksi Biodiesel Konvensional.......................................................................6
Metode In Situ ...................................................................................................7
Produksi Bersih..................................................................................................8
Bab 3 Metode Penulisan ..................................................................................9
Tahapan Pelaksanaan .........................................................................................9
Sumber dan Jenis Data.......................................................................................9
Pengumpulan Data.............................................................................................9
Analisis Data ................................................................................................... 10
Penarikan Kesimpulan ..................................................................................... 10
Bab 4 Pembahasan......................................................................................... 11
Produksi Biodiesel dari Mikroalga Tetraselmis sp ............................................ 11
Pemisahan dan Pemurnian Biodiesel ................................................................ 12
Pemanfaatan Limbah Produksi......................................................................... 13
Keunggulan Rancangan Produksi Bersih Biodiesel dengan Metode InSitu ....... 13

vi

Bab 5 Penutup................................................................................................ 17
Simpulan ......................................................................................................... 17
Saran ............................................................................................................... 17
Daftar Pustaka ............................................................................................... 18
Daftar Riwayat Hidup .......................................................................................... 21

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Mekanisme Reaksi Esterifikasi .........................................................6
Gambar 2. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Trigliserida ..............................6
Gambar 3. Alur Proses Produksi Biodiesel dari Mikroalga Tetraselmis sp..........8
Gambar 4. Produksi Biodiesel............................................................................11
Gambar 5. Rancangan Proses Produksi menggunakan Program AspenTech
Hysys versi 7.3...................................................................................................13
Gambar 6. Mass Balance ...................................................................................14
Gambar 7. Energy Balance ................................................................................15

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Perbandingan Tanaman Penghasil Minyak ...........................................4
Tabel 2. Mikroalga Penghasil Lipid ...................................................................4
Tabel 3. Kandungan Gizi Beberapa Jenis Mikroalga ..........................................5
Tabel 4. Parameter Karakteristik Biodiesel dari Mikroalga.................................12

ii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Rancangan proses produksi menggunakan program AspenTech Hysys
versi 7.3 .............................................................................................................24
Lampiran 2. Kultivasi mikroalga........................................................................25
Lampiran 3. Proses pembuatan biodiesel............................................................26
Lampiran 4. Produk Biodiesel............................................................................27

ii

Energi Terbarukan

BIODIESEL MIKROALGA TETRASELMIS SP DI JEPARA DENGAN
METODE SIMULTAN SEBAGAI UPAYA PENCEGAHAN KRISIS
ENERGI DI INDONESIA

Aqilla Darrin Maharami1, Istiqomah Muryaningsih2, Afriza Ni’matus Sa’adah 3
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
[email protected]

Abstrak

Pemerintah telah mengeluarkan Blue Print Pengelolaan Energi Nasional Periode
2005-2025 yang merupakan penjabaran dari Kebijakan Energi Nasional. Dalam
cetak biru tersebut, peranan energi baru dan terbarukan ditargetkan meningkat
menjadi 4,4 % pada tahun 2025. Mikroalga merupakan salah satu keanekaragaman
hayati laut Indonesia yang mengandung minyak cukup tinggi yaitu mencapai 70%
dari massa tubuhnya dan dapat memproduksi energi 20-100 kali lipat dibanding
tumbuhan tingkat tinggi lainnya. Kultivasi mikroalga dapat menghasilkan 100.000
liter bio-bahan bakar per hektar lahan, dibandingkan dengan kelapa sawit yang
hanya menghasilkan 2700 liter dan jarak yang hanya menghasilkan 1400 liter
dengan luas lahan yang sama. Oleh karena itu, mikroalga berpotensi sebagai bahan
baku dalam pembuatan biodiesel terlebih didukung adanya Balai Besar
Pengembangan Budidaya Air Payau (BBPBAP) Jepara. Salah satu mikroalga di
Jepara yang potensial untuk dikembangkan adalah Tetraselmis sp karena alga ini
memiliki kandungan lipid 15-23% dari berat kering. Selain kandungan minyak yang
cukup tinggi, Tetraselmis Sp, memiliki kandungan protein yang memadai untuk
dijadikan pakan ternak. Proses produksi biodiesel akan menghasilkan limbah yang
mengandung 70% karbohidrat sehingga dapat dimanfaatkan sebagai zat tambahan
pakan ternak. Biodiesel diproduksi dari mikroalga Tetraselmis Sp melalui proses
esterifikasi dan transesterifikasi secara In Situ. Dalam metode In situ, proses
esterifikasi dan transesterifikasi dilangsungkan secara simultan sehingga dapat
menurunkan biaya produksi karena proses ekstraksi minyak secara konvensional
dihilangkan. Selanjutnya, dilakukan pemisahan dan pemurnian biodiesel
berdasarkan perbedaan densitas yang menghasilkan biodiesel, gliserol, dan
metanol. Tahap terakhir adalah pemanfaatan ampas ekstraksi mikroalga
Tetraselmis sp. sebagai zat tambahan pada pakan ternak karena mengandung
karbohidrat dan protein yang tinggi serta kadar racun yang rendah. Selain itu,
gliserol yang dihasilkan dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan sabun
dan lotion. Sedangkan sisa metanol digunakan kembali sebagai pereaksi dalam
proses esterifikasi. Yield yang dihasilkan pada penelitian ini mencapai 99%.
Biodiesel mikroalga juga memiliki karakteristik yang telah memenuhi standar SNI-
04-7182-2006. Berdasarkan rancangan proses produksi di atas diharapkan akan
tercipta proses produksi biodiesel yang bersih dan efisien dari mikroalga
Tetraselmis sp. sebagai salah satu upaya pencegahan krisis energi di Indonesia.

Kata kunci: Biodiesel, Mikroalga, Tetraselmis sp

1

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang
Bahan bakar merupakan salah satu sumber energi yang memiliki peranan

penting dalam kehidupan manusia. Semakin menipisnya ketersediaan energi fosil
dan meningkatnya jumlah permintaan bahan bakar mengakibatkan meningkatnya
harga minyak dunia. Pada tahun 2006 harga minyak dunia US$ 65,52 per barel
(ESDM, 2005) dan meningkat pada tahun 2008 (Desember 2008) menjadi
US$92,06 per barel (ESDM, 2005). Harga minyak dunia kembali naik pada tahun
2011 (Februari 2011) menjadi US$103,37 per barel. Dalam beberapa tahun terakhir,
Indonesia merupakan negara importir minyak bukan lagi negara eksportir minyak
(netto). Kondisi ini dipengaruhi oleh laju peningkatan konsumsi serta terbatasnya
kilang minyak nasional.

Selama ini mikroalga sudah dikenal sebagai bahan baku biofuel karena
memiliki kandungan minyak yang cukup tinggi salah satunya adalah Botryococcus
brauni, mikroalga yang memiliki kandungan minyak alami sampai dengan 70%
dari massa tubuhnya. Bila dibandingkan, maka mikroalga mampu menghasilkan
minyak 30 kali lipat lebih banyak daripada sejumlah tanaman tingkat tinggi lainnya,
telah digunakan untuk memproduksi bio-bahan bakar (Dayananda, 2006). Jika
dalam satu hektar lahan kultivasi mikroalga dapat menghasilkan 100.000 liter bio-
bahan bakar, maka dengan area yang sama tanaman kelapa sawit hanya
memproduksi bio-bahan bakar sebanyak 2700 liter bahkan tanaman jarak pun hanya
menghasilkan 1.400 liter (Kawaroe, 2010). Dalam produksi skala besar, mikroalga
tidak bersaing dengan lahan pertanian karena dapat dikembangkan di daerah pesisir
dan di laut lepas. Terlebih, Indonesia memiliki potensi berupa laut seluas 5,8 juta
km2 dan pesisir sepanjang 95.181 km yang dapat digunakan untuk kultivasi massal
mikroalga dan didukung adanya Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Payau
(BBPBAP) Jepara.

Salah satu jenis mikroalga yang potensial untuk dikembangkan sebagai
bahan biofuel adalah Tetraselmis sp. yang memiliki kandungan lipid yang cukup
tinggi, yang dapat mencapai 15-23% dari berat kering (Chisti, 2007). Meskipun

2

demikian, produksi biofuel dari mikroalga saat ini belum optimal. Kendala
biomassa ini dikarenakan pertumbuhan mikroalga yang belum maksimal. Selain
biomassa, kandungan lipid yang dihasilkan mikroalga juga masih belum maksimal
untuk dapat memenuhi kebutuhan konsumsi biodiesel dunia. Oleh karena itu,
diperlukan suatu metode untuk meningkatkan kandungan lipid yang dihasilkan
mikroalga salah satunya adalah dengan metode malathion. Pestisida seperti
malathion dapat digunakan sebagai stress stimulant untuk menginduksi lipid dalam
alga tanpa menekan produktivitas biomassa (Das,2011).

Pada umumnya proses pembuatan biodiesel melalui tahapan ekstraksi
minyak, pemurnian minyak dan tahapan esterifikasi-transesterifikasi minyak
menjadi biodiesel. Tahapan-tahapan panjang yang harus dilalui menyebabkan
rendahnya efisiensi dan tingginya konsumsi energi, yang mengakibatkan tinginya
biaya produksi biodiesel. Sehingga, perlu dikembangkan proses pembuatan
biodiesel yang lebih efektif, efisien dan hemat energi serta dapat menghasilkan
biodiesel berkualitas tinggi melalui proses esterifikasi-transesterifikasi in situ.
Proses esterifikasi - transesterifikasi in situ merupakan langkah yang lebih
sederhana dalam memproduksi biodiesel dengan mengeliminasi proses ekstraksi
dan pemurnian sehingga dapat menurunkan biaya produksi (Haas et al., 2004).
Esterifikasi atau transesterifikasi in situ adalah proses ekstraksi minyak dan reaksi
esterifikasi atau transesterifikasi dilangsungkan secara simultan. Selain lebih efisien
proses ini juga akan mempersingkat waktu karena proses konversi bahan baku
menjadi biodiesel dilakukan secara simultan dengan proses ekstraksi minyak.
Esterifikasi atau transesterifikasi in situ adalah proses ekstraksi minyak dan reaksi
esterifikasi atau transesterifikasi dilangsungkan secara simultan. Selain lebih efisien
proses ini juga akan mempersingkat waktu karena proses konversi bahan baku
menjadi biodiesel dilakukan secara simultan dengan proses ekstraksi minyak.

Pada proses produksi biodiesel, dihasilkan limbah berupa ampas mikroalga
dan gliserol. Limbah ampas memiliki kandungan karbohidrat sebesar 70%
(Ginzberg et al, 2000), dan dapat dijadikan pakan ternak. Gliserol dapat digunakan
sebagai bahan baku pembuatan sabun. Oleh karena itu, rancangan produksi
biodiesel denganmetode In Situ berbahan mikroalga Tetraselmis sp. sangat cocok
dan ideal bila didirikan di Indonesia dalam memenuhi permintaan dalam negeri dan

2

3

permintaan dunia akan biodiesel.

1.2. Perumusan Masalah
Produksi biodiesel berbahan baku CPO (Crude Palm Oil) dalam negeri

diperkirakan tidak bisa berkembang karena harga bahan baku yaitu CPO di pasar
internasional meningkat drastis sehingga produksi biodiesel berbahan baku CPO
tidak ekonomis. Maka salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan
mengganti bahan baku biodiesel di Indonesia dengan bahan baku yang tidak
bertentangan dengan ketahanan pangan, salah satunya yaitu mikroalga Tetraselmis
sp.. Dalam pengembangan aplikasinya, perlu dikaji dengan rancangan produksi
menggunakan teknologi bersih biodiesel dari mikroalga dengan metode In Situ
yang efektif sehingga dapat menghasilkan nilai konversi biodiesel yang tinggi,
efisien dalam penggunaan energi, bahan pereaksi, dan pemanfaatan limbah yang
dihasilkan.

1.3. Tujuan Penelitian
Menciptakan rancangan produksi biodiesel dari Tetraselmis sp dengan

metode In Situ yang efektif sehingga dapat menghasilkan nilai konversi biodiesel
yang tinggi, efisien dalam penggunaan energi, bahan pereaksi, dan pemanfaatan
limbah yang dihasilkan.

1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat yang bisa didapatkan dari penelitian ini, yaitu:

1. Memberikan sumbangan pemikiran untuk menciptakan rancangan produksi
biodiesel dari mikroalga Tetraselmis sp. dengan metode In Situ yang efektif
dan efisien, yang sudah mampu menekan penggunaan bahan pereaksi dan
limbah produksinya.

2. Menambah khasanah pustaka Indonesia dalam pemilihan bahan baku biodiesel.
3. Sebagai salah satu solusi untuk mencegah terjadinya krisis energi.

3

4

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Potensi Mikroalga
Potensi sumber daya energi di laut Indonesia yang cukup besar seperti

tumbuhan laut Mikroalga yang dikonversi menjadi biodiesel perlu dimanfaatkan
secara efisien untuk dapat meningkatkan devisa dari sektor kelautan sebagai solusi
membangun ketahanan energi dalam memperkuat pertahanan maritim dari
permasalahan meningkatnya harga bahan bakar minyak (BBM) yang menjadikan
hasil tangkapan ikan dan pendapatan nelayan Indonesia menurun belakangan ini.

Potensi mikroalga di perairan laut Indonesia dapat diamati dari potensi lahan
budidaya mikroalga yang tersebar di 26 propinsi di Indonesia. Potensi mikroalga di
Indonesia mencakup areal seluas 26.700 ha dengan potensi produksi sebesar
462.400 ton/ tahun (Khotimah, 2018). Hal ini didukung juga dengan adanya Balai
Besar Pengembangan Budidaya Air Payau (BBPBAP) Jepara.

Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Payau (BBPBAP) Jepara Jawa
Tengah merupakan Unit Pelaksana Teknis (UPT) Direktorat Jendral Perikanan.
BBPBAP terletak di Desa Bulu Kecamatan Jepara Kabupaten Jepara Provinsi Jawa
Tengah. Secara geografis, BBPBAP Jepara terletak pada 110º39’11” BT dan 6º33”
LS. Kondisi topografi BBPBAP Jepara adalah pantai dengan perairan berkarang,
berbatu, dan pasir landau dimana datarannya cenderung tanah berjenis liat dengan
ketinggian tempat 0,5 – 3 meter diatas permukaan laut dan salinitas perairan sekitar
28 – 35 ppt serta suhu 26 – 30 ºC (Irfiansyah, 2015).

2.2. Biodiesel dari Mikroalga

Mikroalga dapat memproduksi energi 20 sampai 100 kali lipat dibanding

tumbuhan tingkat tinggi lain. Berdasarkan Tabel 1, mikroalga merupakan sumber

biodiesel yang paling berpotensi dibanding tumbuhan lain.

Tabel 1. Perbandingan Tanaman Penghasil Minyak (Chisti, 2007)

Jenis Tanaman Kandungan Minyak Area Lahan (ha)
Penghasil Minyak (% berat kering)

Jagung 172 1540

5

Kedelai 446 594

Kanola 1190 223

Jarak 1892 140

Kelapa 2689 99

Kelapa Sawit 5950 45

Mikroalga 136900 2

Mikroalga secara umum memproduksi biomassa dua kali lipat selama 24

jam. Sedangkan penggandaan biomassa fase eksponensial dapat dicapai dalam

waktu 3,5 jam. Kandungan minyak dalam biomassa kering mikroalga dapat

mencapai 80% berat. Beberapa mikroalga penghasil lipid sebagai berikut :

Tabel 2. Mikroalga Penghasil Lipid

Mikroalga Kandungan Minyak
(% berat kering)

Botrycoccus braunii 25-75

Chlorella sp 28-32

Cryphocodinium cohnii 20

Cylindrotheca sp 16-37

Dunaliellapromolecta 23

Tetraselmis sp 15-23

Adapun beberapa mikroalga dengan kandungan protein yang tinggi

dapat dilihat pada tabel 3, sebagai berikut:

Tabel 3. Kandungan Gizi Beberapa Jenis Mikroalga

Mikroalga Protein (%) Karbohidrat (%)

Chlamydomonas rheinhardii 48 17

Dunaliella salina 57 32

Euglena gracilis 39-61 14-18

Prymnesium parvum 28-45 23-33

Scenedesmus obliquus 50-56 10-17

Scenedesmus dimorphus 8-18 21-52

Spirogyra sp. 6-20 33-64

Tetraselmis maculate 52 15

6

Tetraselmis pyrenoidosa 57 26
Tetraselmis vulgaris 51-58 12-17

Berdasarkan data pada Tabel 2 dan Tabel 3, maka mikroalga yang
direkomendasikan sebagai penghasil biodiesel yang baik adalah Tetraselmis sp..
Karena mikroalga jenis ini memiliki kandungan minyak yang cukup besar dan
kandungan protein yang memadai untuk dijadikan sebagai pakan ternak. Selain itu
penggunaan mikroalga Tetrase?/’/lmis sp. juga dikarenakan agar tidak bertentangan
dengan ketahanan pangan. Tetraselmis sp. tidak dijadikan bahan untuk masakan
dan makanan sehingga tidak mengganggu kebutuhan pangan nasional.

2.3. Produksi Biodiesel Konvensional
Biodiesel dapat diproduksi dari minyak nabati maupun lemak hewani,

namun minyak nabati lebih umum digunakan sebagai bahan baku. Keuntungan
pemakaian biodiesel dibandingkan dengan petrodiesel (BBM) diantaranya adalah
bahan baku dapat diperbaharui (renewable), cetane number tinggi, biodegradable,
dapat digunakan pada semua mesin tanpa harus modifikasi, berfungsi sebagai
pelumas sekaligus membersihkan injector, serta dapat mengurangi emisi karbon
dioksida, partikulat berbahaya, dan sulfur oksida (Vicente et al., 2006).

Pada implementasi skala besar di pabrik, hingga kini biodiesel diproduksi
melalui proses transesterifikasi minyak atau lemak yang menghasilkan metil ester
atau monoalkil ester dan gliserol sebagai produk samping. Menurut Canakci dan
Gerpen (2001), konversi menjadi metil ester dapat dilakukan dengan esterifikasi
menggunakan katalis asam, dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi berkatalis 5
basa untuk mengkonversi trigliserida. Proses dua tahap ini dikenal dengan istilah
esterifikasi-transesterifikasi (estrans) (Sudradjat, 2006).
1. Esterifikasi

Esterifikasi adalah reaksi antara metanol dengan asam lemak bebas
membentuk metil ester menggunakan katalis asam. Mekanisme reaksi
esterifikasi adalah sebagai berikut:

Gambar 1. Mekanisme Reaksi Esterifikasi

7

2. Transesterifikasi
Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari

trigliserida (minyak nabati) menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol serta
bantuan katalis basa, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Mekanisme
reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah sebagai berikut :

Gambar 2. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Trigliserida
Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa
adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum, namun reaksi berjalan
dengan lambat (Mittlebatch, 2004). Produk yang diinginkan dari reaksi
transesterifikasi adalah metil ester, asam-asam lemak, dan gliserol. Beberapa
hal yang mempengaruhi hasil konversi biodiesel dengan reaksi transesterifikasi
antara lain, pengaruh air dan asam lemak bebas, perbandingan molar alkohol
dengan bahan mentah, jenis alkohol, jenis katalis dan temperatur
(Firmansyah,2012).

2.4. Metode IN SITU
Mekanisme proses In Situ dimulai dengan terjadinya kontak antara alkohol

dan katalis asam atau basa. Selanjutnya alkohol masuk ke dalam sel dan
menghancurkan bagian-bagian sel kemudian melarutkan minyak yang terkandung 6
dalam bahan baku. Minyak yang telah terekstrak bereaksi dengan alkohol
menghasilkan alkil ester dengan bantuan katalis asam atau basa (Haas et al. 2004).
Haas et al. (2004) melakukan proses transesterifikasi In Situ terhadap kacang
kedelai menunjukkan 84% terkonversi menjadi metil ester pada 60oC dengan
perbandingan mol methanol:minyak:NaOH 226:1:1,6 selama 8 jam. Metil ester
yang dihasilkan memiliki kadar asam lemak bebas 0,72%. Qian et al. (2008)
mempelajari pengaruh proses transestrifikasi in situ biji kapas terhadap yield metil
ester yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan 99% minyak larut dan 98%

8

terkonversi menjadi metal ester dengan kondisi operasi sebagai berikut: kadar air
bahan baku kurang dari 2%, ukuran partikel 0.3-0.335 mm, konsentrasi katalis 0.1
mol/L NaOH, rasio mol methanol:minyak 135:1 pada 40oC dan diproses selama 3
jam.

Seperti halnya reaksi transesterifikasi atau esterifikasi yang dilakukan
secara konvensional, proses berlangsungnya reaksi esterifikasi atau transesterifikasi
In Situ juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain kadar air dan asam lemak
bebas bahan baku, jenis pelarut, rasio pelarut terhadap bahan baku, jenis katalis,
konsentrasi katalis, waktu reaksi, suhu reaksi, ukuran bahan dan kecepatan
pengaduk.

2.5. Produksi Bersih
Produksi bersih merupakan peranan berkesinambungan strategi manajemen

lingkungan yang bersifat terintegrasi dan preventif untuk proses produksi guna
meningkatkan efisiensi dan menurunkan resiko terhadap manusia dan lingkungan.
Berbeda dengan pengendalian polusi secara reaktif dimana limbah ditangani setelah
terbentuk. Produksi bersih lebih bersifat proaktif, antisipatif, dan preventif yang
menekankan pada pencegahan, reduksi, dan daur ulang limbah. Teknologi bersih
juga merupakan tindakan proaktif, antisipatif, dan preventif guna mengurangi
penggunaan daya energi secara simultan. Pendekatan baru ini dinilai sebagai suatu
win-win solution bagi energi dan lingkungan karena dapat memberikan keuntungan
ekonomi berupa pengurangan kehilangan bahan dan energi (Firmansyah,2012).

7

9

BAB III
METODE PENULISAN

3.1. Tahapan Pelaksanaan

Gambar 3. Alur Proses Produksi Biodiesel dari Mikroalga Tetraselmis sp

3.2. Sumber dan Jenis Data
Data-data yang dipergunakan dalam karya tulis ini bersumber dari hasil

penelitian serta berbagai referensi atau jurnal nasional maupun internasional yang
relevan dengan permasalahan yang dibahas. Validitas dan relevansi referensi yang
digunakan dapat dipertanggungjawabkan. Jenis data yang diperoleh berupa data
primer dan sekunder yang bersifat kualitatif maupun kuantitatif.

3.3. Pengumpulan Data
Penulisan karya ilmiah ini digunakan metode penelitian dan studi pustaka

yang didasarkan atas hasil studi terhadap berbagai referensi yang telah teruji
validitasnya, berhubungan satu sama lain, relevan dengan kajian tulisan serta
mendukung uraian atau analisis pembahasan.

10
3.4. Analisis Data

Setelah data yang diperlukan terkumpul, dilakukan pengolahan data dengan
menyusun secara sistematis dan logis. Teknik analisa data yang dipilih adalah
analisis deskriptif adaptive, dengan tulisan yang bersifat deskriptif,
menggambarkan tentang rancangan optimalisasi produksi biodiesel dari mikroalga
menggunakan metode In Situ dengan teknik pengelolaan teknologi bersih menuju
Indonesia mandiri energi.
3.5. Penarikan Simpulan

Setelah proses analisis data, dilakukan proses sintesis dengan menghimpun
dan menghubungkan rumusan masalah, tujuan penulisan, landasan teori yang
relevan serta pembahasan. Selanjutnya ditarik kesimpulan yang bersifat umum
kemudian direkomendasikan beberapa hal sebagai upaya transfer gagasan.

9

11

BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Produksi Biodiesel dari Mikroalga Tetraselmis sp.
Untuk mendapatkan biodiesel, diperlukan biomasa mikroalga yang

mempunyai sel density yang tinggi (Chisti, 2007). Untuk mengkonversi biodiesel
dari Mikroalga Tetraselmis sp. terlebih dahulu dianalisa kadar asam lemak bebas
atau harus ditentukan terlebih dahulu harga bilangan asamnya (acid value/mg
KOH/g minyak). Proses transesterfikasi mensyaratkan bilangan asam minyak
sebagai bahan pembuatan biodiesel berada pada kisaran 1 atau ekivalen dengan
kadar asam lemak bebas 0,5% (Prawitasari, 2006). Jika harga bilangan asam diatas
4 mg KOH/g minyak (ekivalen kadar asam lemak bebas 2%) maka pembuatan
biodiesel melalui proses esterifikasi terlebih dahulu.
1. Esterifikasi In Situ

Proses In Situ dua tahap yaitu In Situ esterifikasi dilanjutkan In Situ
transesterifikasi yang mana ektraksi dan reaksi esterifikasi maupun
transesterifikasi terjadi secara simultan. Esterifikasi In Situ adalah metode yang
dikembangkan untuk menghasilkan monoester dari minyak berkandungan
asam lemak bebas tinggi. Pada esterifikasi In Situ, proses ekstraksi minyak dan
reaksi esterifikasi dilaksanakan secara simultan sehingga tidak menggunakan
tahap ekstraksi. Alkohol pada metode ini berfungsi sebagai solven pengekstrak
komponen-komponen minyak dan sebagai pereaksi pada reaksi esterifikasi.
Penggunaan metode ini pada produksi biodiesel dapat mengurangi biaya
karena tahap ekstraksi minyak konvensional dihilangkan (Özgul dkk., 2003).
Proses ini mempunyai beberapa keunggulan, antara lain:
- Dengan memasukkan seluruh mikroalga ke dalam proses esterifikasi,

kandungan asam lemak akan turut berperan dalam pembentukan ester.
- Lemak yang teresterifikasi memiliki viskositas dan kelarutan yang berbeda

dari komponen trygliceridenya, sehingga dapat dengan mudah dipisahkan
dari residu padat.
- Alkohol bertindak sebagai solven pengekstrak komponen minyak, sekaligus
reagen untuk mengesterifikasi komponen. Dengan tidak diperlukannya

12

tahap ekstraksi, ongkos produksi dapat ditekan seminimal mungkin dan
didapatkan produk dengan kelayakan ekonomi lebih baik.
- Dengan esterifikasi, kandungan asam lemak bebas dapat dihilangkan dan
diperoleh tambahan ester. Reaksi ini dilakukan dengan menggunakan katalis
padat atau katalis cair.
2. Reaksi Transesterifikasi In Situ

Setelah memenuhi untuk syarat transesterifikasi kemudian proses
dilanjutkan dengan transesterifikasi In Situ. Transesterifikasi In Situ digunakan
untuk mereaksikan komponen selain FFA yaitu acylgliserin (TG, DG, dan MG)
dan dapat dilakukan jika kandungan FFA dalam bahan baku kurang dari 5%.

Alkohol direaksikan dengan trigliserida untuk menghasilkan ester,
sehingga terjadi pemecahan senyawa trigliserida untuk mengadakan migrasi
gugus alkil antar ester. Ester yang dihasilkan disebut dengan biodiesel.

4.2. Pemisahan dan Pemurnian Biodiesel

Tabel 4. Parameter Karakteristik Biodiesel dari Mikroalga 12

Parameter Standar SNI Biodiesel Diesel
ASTM
Mikroalga Petroleum

Densitas (g/ml) 0.86-0.90 0.85-0.89 0.864 0.838

Viskositas 3.5-5.0 2.3-6.0 5.2 1.9
(mm2/s, cSt pada 40oC) Min 100 - 115 11

Titik Didih (oC) 75

Titik Beku (oC) - - -12 -50 sampai 10

NilaiAsam Max 0.5 Max 0.8 0.374 Max 0.5
(mgKOH/g)

Biodiesel yang dihasilkan dari proses transesterifikasi masih bercampur

dengan gliserol dan metanol, campuran dipisahkan dengan perbedaan densitas

menggunakan dekanter. Lapisan atas merupakan metil ester bercampur metanol dan

lapisan bawah berupa gliserol bercampur metanol. Biodiesel di lapisan atas dan

gliserol di lapisan bawah dimurnikan melalui proses distilasi, menghasilkan

biodiesel, gliserol, dan metanol. Metanol yang diperoleh digunakan kembali

13

sebagai bahan pereaksi pada proses transesterifikasi (recycle) .
Metil ester yang diproduksi sebagai pengganti petrodiesel harus memenuhi

standar kualitas biodiesel. (Legowo et al., 2001). Pemurnian biodiesel mikroalga
bertujuan untuk memperoleh kualitas biodiesel yang tinggi sehingga 13
karakteristiknya memenuhi standar SNI-04-7182-2006 seperti yang tercantum
dalam tabel 4. 1 liter biodiesel dapat digunakan untuk menjalankan genset dan
menghasilkan energi sebesar 38.29 MJ/L. Energi yang dihasilkan biodiesel jauh
lebih besar bila dibandingkan solar yang hanya sebesar 35,2 MJ/L (US Department
of Energy, 2018).

4.3. Pemanfaatan Limbah Produksi
Pada proses pembuatan biodiesel dari mikroalga dihasilkan limbah berupa

sisa ampas pengepressan dan gliserol. Sisa limbah berupa ampas pengepresan
mengandung karbohidrat yang tinggi sebesar 70% (Ginzberg et al, 2000),
berpotensi dijadikan sebagai pakan ternak ruminansia.

Keuntungan penggunaan limbah ampas mikroalga sebagai bahan pakan
ternak ruminansia dibandingkan dengan bahan baku biodiesel lain seperti jarak,
ialah kandungan racunnya yang jauh lebih kecil. Selain itu gliserol dari sisa
pemisahan biodiesel dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan sabun dan
lotion. Hal tersebut merupakan upaya peningkatan nilai tambah gliserol, mengingat
gliserol banyak dibutuhkan sebagai bahan baku industry surfaktan, dan kosmetik.

4.4. Keunggulan Rancangan Produksi Bersih Biodiesel dengan Metode InSitu
1. Produksi Bersih

Produksi Bersih (Clean Production) merupakan penerapan
berkesinambungan strategi manajemen lingkungan yang bersifat terintegrasi
dan preventif untuk proses produksi guna meningkatkan efisiensi dan
menurunkan resiko terhadap manusia dan lingkungan (Firmansyah, 2012).
Dalam rancangan ini pengendalian limbah tidak dilakukan setelah limbah
terbentuk, akan tetapi lebih pada tindakan preventif dan proaktif pada proses.
Pengendalian limbah tersebut dapat dilakukan dengan proses reduce, reuse,
dan recycle.

14

14

Pada pembuatan biodiesel dari mikroalga ini berusaha untuk
memanfaatkan semua produk samping yang dihasilkan, ampas mikroalga yang
dihasilkan dari proses pengepressan dimanfaatkan sebagai pakan ternak
ruminansia, gliserol dari sisa pemisahan biodiesel dapat dimanfaatkan sebagai
bahan pembuatan sabun dan lotion, sedangkan sisa metanol dari proses
pemurnian dapat dimanfaatkan kembali sebagai pereaksi dalam proses
transesterifikasi. Dengan begitu, rancangan produksi bersih ini terintegrasi
dengan sektor non pangan lain serta manajemen lingkungan.
2. Konversi Tinggi

Konversi yang dihasilkan sangat tinggi, hal ini dapat dilihat dari unit
operation balance menggunakan perhitungan AspenTech Hysys versi 7.3:

Gambar 8. Mass Balance

Dari data di atas dapat terlihat bahwa yield yang dihasilkan mencapai 99%

dengan relative imbalance sebesar 0,10 %. Bila dibandingkan penelitian 16
dengan metode esterifikasi-transesterifikasi terdahulu, yieldnya lebih rendah

yang hanya mencapai 97,22% (Frederic, 2013). 15
3. Efficiency Energy

Metode In Situ merupakan salah satu metode yang diterapkan dalam proses

pembuatan biodiesel dengan melakukan ekstraksi langsung pada sumber bahan

baku yang mengandung minyak atau lemak. Pada proses In Situ bahan baku

yang digunakan adalah bahan padatan yang mengandung minyak atau lemak.

Proses ini dikenal dengan nama esterifikasi atau transesterifikasi In Situ.

15

Esterifikasi atau transesterifikasi In Situ adalah proses ekstraksi minyak
dan reaksi esterifikasi atau transesterifikasi dilangsungkan secara simultan
dalam satu reaktor (Shiu et al. 2010). Pada proses pembuatan biodiesel secara
konvensional, proses transesterifikasi dilakukan setelah proses ekstraksi dan
pemurnian minyak. Tahapan-tahapan proses yang harus dilalui dalam
pembuatan biodiesel ini menyebabkan rendahnya efisiensi dan tingginya
konsumsi energi, yang mengakibatkan tingginya biaya produksi biodiesel.
Oleh karena itu, perlu dikembangkan proses pembuatan biodiesel yang bersifat
sederhana, efisien, hemat energy, dan menghasilkan biodiesel yang berkualitas
tinggi melalui proses transesterifikasi In Situ. Hal ini dapat dilihat dari unit
operation balance menggunakan perhitungan AspenTech Hysys versi 7.3:

Gambar 9. Energy Balance
Reaksi esterifikasi atau transesterifikasi dilangsungkan secara simultan
dalam satu reaktor, sehingga tingkat konsumsi energi yang digunakan rendah

17
yaitu 2,695e+006 kJ/h. Bila dibandingkan penelitian dengan metode yang
menggunakan reaktor terpisah, energi yang diperlukan sebesar 7,44e+006 kJ/h
(Perdana, 2010).
4. Ekonomi Skala Industri

Dengan produksi sebesar 1,4 juta liter biodiesel dan harga jual sebesar Rp.
5.000,00 maka sebuah industri biodiesel dapat meraih keuntungan sebesar:

16

Berdasarkan perhitungan tersebut dapat dilihat bahwa produksinya apabila
didirikan dalam skala pabrik bisa mendapatkan keuntungan dan harga jualnya ke
masyarakat bisa lebih murah dari solar pada umumnya

Berdasarkan rancangan proses produksi diatas diharapkan akan tercipta
proses produksi bersih (clean production) biodiesel dari mikroalga. Proses produksi
yang dapat memanfaatkan kembali limbah, menekan jumlah limbah yang
dihasilkan, dan efisiensi pemakaian bahan pereaksi dengan digunakan kembali
berulang-ulang. Indonesia diharapkan dapat mengaplikasikan rancangan produksi
Teknologi Bersih biodiesel mikroalga dengan metode In Situ tersebut.

17

BAB V
PENUTUP

5.1. Simpulan
1. Mikroalga memiliki kandungan rendemen minyak yang cukup tinggi,

ketersediaannya sangat melimpah di Indonesia sehingga mikroalga dapat
dijadikan sebagai bahan baku alternatif pembuatan biodiesel yang sesuai
dengan SNI-04-7182-2006.
2. Biodiesel yang dihasilkan dari rancangan produksi teknologi bersih dengan
metode In Situ lebih unggul dibandingkan dengan rancangan produksi lainnya,
yaitu lebih banyak kandungan lipid yang dihasilkan, lebih hemat biaya, waktu
lebih cepat, ramah lingkungan dan efisienenergi.
3. Ampas sisa mikroalga yang merupakan limbah produksi biodiesel memiliki
kandungan karbohidrat dan protein yang cukup tinggi sehingga dapat diolah
menjadi sebagai pakan ternak dan gliserol dapat digunakan sebagai bahan baku
pembuatan sabun dan lotion.

5.2. Saran
1. Budidaya mikroalga sebaiknya diterapkan pada lahan marjinal yang belum

termanfaat secara penuh di Indonesia sehingga ketersediaan bahan baku
biodiesel dari mikroalga dapat terpenuhi.
2. Perlu adanya sosialisasi kepada masyarakat tentang potensi mikroalga sebagai
alternatif bahan baku pembuatan biodiesel.

19

18

DAFTAR PUSTAKA

Achten WMJ, Verchit L, Mathijs Franken YJ, Singh E, Aerts VP, Muys RB., 2008.
Jathropa Biodiesel production and use. Biomass Bioenergy, 32[12], 1063-
84.

Chisti, Yusuf., 2007. “Biodiesel from Microalgae”. Biotechnology Andances. 25,
294-306.

Dayananda, C.; Sarada, R.; Srinivas, P.; Shamala, T.R. and Ravishankar G.A.,
2006. Presence of Methyl branched fatty acids and saturated hydrocarbon in
botryococcene producing strain of Botryococcus braunii. Acta Physiologiae
Plantaru,. 28[3], 251-256

Das, P., W. Lei, S.A. Aziz, dan J.P. Obbard., 2011. Enhanced algae growth in both
phototrophic and mixotrophic culture under blue light. Bioresource
Technology, 102, 3883–3887

Firmansyah, D., 2012. Rancangan produksi bersih (clean production) biodiesel
dari biji buah Malapari (pongamia pinnata) melalui proses esterifikasi dan
Transesterifikasi, sebagai upaya menuju indonesia mandiri energi. Program
Studi S-1 Teknik Kimia, Universitas Diponegoro,Semarang.

Gouveia, Luisa., 2011. Microalgaee as a Feedstock for Biofuels. Springer brief in
microbiology.

Haas, M. J., M.S. Karen, N. M. William dan A. F. Thomas., 2004. In situ Alkaline
Transesterification : An Effective Method for the Production of Fatty Acid
Esters from Vegetable Oils. J.Am. Oil Chem. Soc., 81:83-89.

Handayani N.A dan Arriyanti D., 2012. Potensi Mikroalga Sebagai Sumber
Biomasa dan Pengembangan Produk Turunannya. TEKNIK – Vol. 33 No.2
Tahun 2012, ISSN0852-1697

Huang G, Chen F, Wei D, Zhang X, Chen G., 2010. Biodiesel production by
microalgal biotechnology. Appl Energy, 87, 38-46.

Irfiansyah, M. Rizkillah., 2015. Teknik Kultur Chlorella sp. Skala Massal untuk
Pakan Rotifera sp. Dan Starter Tambak di BBPBAP Jepara, Jawa Tengah.
Level 1. Universitas Airlangga.

Khotimah, Khusnul., 2018. Membangun Ketahanan Energi Pendukung Pertahanan

19

Maritim Melalui Pemanfaatan Mikroalga Sebagai Biodiesel Bagi
Masyarakat Pesisir. Pertahanan & Bela Negara, 8[1], 74.
Li Y, Horsman M, Wu N, Lan CQ, Dubois-Calero N., 2008. Biofuels from
microalgae. Biotechnol Progr, 24, 815-20.
Meteos A., 2007. Biodiesel: production process and main feedstock. Energia J,
Spring, 1[1].
Mittelbach M, Pokits B and Silberholz A., 1992. Production and fuel properties of
fatty acid methyl esters from used frying oil. In: Liquid fuels from renewable
sources: Proc. of an Alternative EnergyConf., St. Joseph. Mich. ASAE. pp: 20
74– 78.
Pimentel D, Marklein A, Toth MA, Karpoff M, Paul GS, McCormack R, et al.,
2008. Biofuel impact on world food supply: use of fossil fuel, land and water
resources. Energies, 1, 41-78.
Qian J, Wang F, Liu S, Yun Z., 2008. In situ alkaline transesterification of
cottonseed oil for production of biodiesel and nontoxic cottonseed meal.
Bioresour Technol. 99:9009-9012.
Riadi, Indra. Biodiesel dari Mikroalga., 2014. Universitas Diponegoro: Semarang.
Shiu PJ, Gunawan S, Hsieh WH, Kasim NS, Ju YH. 2010. Biodiesel production
from rice bran by a two-step in situ process. Bioresour Technol. 101:984-
989.
Sudradjat., 2006. Memproduksi Biodiesel Jarak Pagar , Penebar Swadaya : Jakarta.
Syaifudin Muhammad. 2014. Peningkatan Kandungan Lipid Pada Mikroalga
Tetraselmis Sp. Sebagai Bahan Baku Biodiesel Dengan Metode Starvasi
Dan Penambahan Malathion: Solusi Penyediaan Sumber Energi Terbarukan
Dan Ramah Lingkungan. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.
Tariq M, Ali S, Khalid N., 2012. Activity of homogeneous and heterogeneous
catalysts, spectroscopic and chromatographic characterization of
biodiesel: Areview. Elsevier Ltd. Renewable and Suistainable Energy
Review 16.pp: 6303-6316.
Van Gerpen J., 2005. Biodiesel processing and production. Fuel Process Technol.
86:1097-1107.
Vijayaraghavan K, Hemanathan K., 2009. Biodiesel production from freshwater

20

algae. Energy Fuels, 23, 5448-53.
Wei, Z., Xu, C., Li, B., 2009. Application of waste eggshell as low-cost solid

catalyst for biodiesel production. Key Laboratory of Applied Surface and
Colloid Chemistry (Shaanxi Normal University), Ministry of Education.
Xi’an 710062, PR China. School of Chemistry and Materials Science,
Shaanxi Normal University, Chang’an South Road 199, Xi’an 710062, PR
China. Key Laboratory of Analytical Chemistry for Life Science of Shaanxi
Province, School of Chemistry and Materials Science, Shaanxi Normal
University, Xi’an, 710062, PR China. Bioresource Technology vol 2883- 21
2885.
Wen Z, Johnson MB., 2009. Microalgae as a feedstock for biofuel production.
Communication and Marketing, College of Agriculture and Life Science,
Virginia Polytechnic Institute and State University, Publication 442-886,
Blacksburg, VA.
Widayat dan Duma Agam., 2013. Teknologi Proses Produksi Biodiesel. EF press :
Semarang.
Winarti, S. dan Y. Purnomo., 2006. Olahan Biji Buah. Trubus Agrisana, Surabaya.
XuH,MiaoX,WuQ. 2006.High quality biodiesel production from a
microalga Tetraselmis protothecoides by heterotrophic growthin
fermenters. J Biotechnol ;126:499-507.
Yang, Z., Xie, W., 2007. Soybean oil transesterification over zinc oxide modified
with alkali earth metals. Fuel Process. Technol. 88, 631–638.

21

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

A. Ketua

Nama Lengkap : Aqilla Darrin Maharami

Tempat, Tanggal Lahir : Kendal, 10 April 2001

Pengalaman Organisasi :

No. Nama Organisasi Posisi Tahun
2020-sekarang
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Staff Bidang 2020-sekarang
Kimia Undip Staff Bidang 2020-sekarang
Staff Bidang
2. Rohis Teknik Kimia Undip: Al-
Fikri

3. Forum Studi Teknik Undip

Karya Ilmiah yang Pernah dibuat :- Tahun
2015
Penghargaan :
2015
No. Jenis Penghargaan Penyelenggara 2020

1. Juara 1 Penyuluhan Kader Dinas Kesehatan Kota
Kesehatan Remaja Semarang

2. Juara 1 Pioneering Kwarda Jawa Tengah

3. Finalis Paper Competition Fakultas Teknologi
Pangan UGM

B. Anggota 1

Nama Lengkap : Istiqomah Muryaningsih

Tempat, Tanggal Lahir : Klaten, 17 Agustus 2002

Pengalaman Organisasi :

No. Nama Organisasi Posisi Tahun
2020-sekarang
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Staff Bidang
Kimia Undip Staff Bidang 2020-sekarang

2. Rohis Teknik Kimia Undip: Al-
Fikri

Karya Ilmiah yang Pernah dibuat : -

22

Penghargaan :

No. Jenis Penghargaan Penyelenggara Tahun
Gerakan Pramuka 2012
1. Juara 3 Jambore Cabang Tingkat Kabupaten Klaten 2015
Kabupaten Klaten Gerakan Pramuka 2016
Kabupaten Klaten 2019
2. Peserta Jambore Cabang Tingkat SMP N 3 Karangdowo 2019
Kabupaten Klaten 2019
SMA N 1 Karangdowo
3. Juara 2 Ujian Nasional
seangkatan pada waktu SMP SMA N 1 Karangdowo

4. Juara 1 umum semeter 1-6 SMA N 1 Karangdowo
di SMA N 1 Karangdowo

5. Juara 1 UN IPA di SMA N 1
Karangdowo

6. Juara 5 Ujian Sekolah
di SMA N 1 Karangdowo

C. Anggota 2 : Afriza Ni’matus Sa’adah
Nama Lengkap

Tempat, Tanggal Lahir : Jepara, 31 Januari 2000

Pengalaman Organisasi :

No. Nama Organsasi Posisi Tahun
2019
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Sekretaris 2
Kimia Undip

Karya Ilmiah yang Pernah dibuat : -

Penghargaan :

No Jenis Penghargaan Penyelanggara Tahun
ODOJ Indonesia 2016
1 Juara 1 Lomba Cipta Puisi
1. Nasional Universitas PGRI 2016
Semarang
Juara 2 Lomba Mendongeng
2. Berbahasa Jawa se-Jawa Tengah

J.uara 3 Lomba Pidato se-Jawa MAPSI MGMP PAI 2016
3. Tengah SMA dan SMK 2015

Juara 2 Lomba Khitobah se- Universitas PGRI
4. Jawa Tengah Semarang

5. Juara 3 Baca Puisi Kreatif se- Gaperto Art Community 2015

Eks Karesidenan Pati Jepara

23

Juara 1 Lomba Baca Puisi Kodim 0722/KUDUS 2016
6. Tingkat Kabupaten

7. Juara 3 Lomba Pidato Tingkat Kementerian Agama 2015

Kabupaten Kantor Kabupaten Kudus

8. Juara 1 Baca Puisi Tingkat Kepala Dinas 2016
Kabupaten FLS2N Pendidikan, Pemuda ,

dan Olahraga

Lampiran 1. Rancangan proses produksi menggunakan pro

Rancangan produksi pembuatan biodiesel diatas dibuat dengan
dilakukan, hal ini ditandai dengan indikator tidak adanya garis proses y
proses transfer energi yang terjadi pada proses tersebut.

24

ogram AspenTech Hysys versi 7.3

alkali proses. Terlihat bahwa rancangan proses produksi tersebut dapat
yang berwarna merah. Panah merah pada gambar menunjukkan adanya

Lampiran 2. Kultivasi mikroalga
25

Lampiran 3. Proses pembuatan biodiesel
26

Lampiran 4. Produk Biodiesel
27

i

Lingkungan
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH 2020

SIMPATI (SISTEM PERTANIAN TERINTEGRASI) INOVASI
REKAYASA TEKNOLOGI DENGAN AUTOMATIC SOLAR ENERGY DAN
MICROBIAL FUEL CELLS (MFCS) SEBAGAI PENGOLAHAN LIMBAH

MAKANAN RAMAH LINGKUNGAN DAN PENGONTROL
EFEKTIVITAS KESUBURAN TANAH MENUJU INDONESIA EMAS 2045

Diusulkan oleh: 0819040041; 2019)
(Widian Rienanda Ali, 0817040048; 2017)
(Muhammad Fattichurrohman, 0517040068; 2017)
(Arnys An Nida Isnany

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2020

ii

LEMBAR PENGESAHAN

1. Judul Karya Tulis : SIMPATI (Sistem Pertanian Terintegrasi) Inovasi

Rekayasa Teknologi Dengan Automatic Solar

Energy Dan Microbial Fuel Cells (Mfcs) sebagai

Pengolahan Limbah Makanan Ramah Lingkungan

dan Pengontrol Efektivitas Kesuburan Tanah

Menuju Indonesia Emas 2045

2. Subtema : Lingkungan

3. Ketua Kelompok

a) Nama Lengkap : Widian Rienanda Ali

b) NIM : 0819040041

c) Program Studi : Teknik Perpipaan

d) Perguruan Tinggi : Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

e) Alamat : Kediri

f) No HP : 085843197952

g) Alamat email : [email protected]

4. Nama Anggota/Jurusan/Angkatan

a. Muhammad Fattichurrohman/Teknik Perpipaan/2017

b. Arnys an nida isnany/Teknik K3/2017

5. Dosen Pembimbing

a) Nama Lengkap dan Gelar : Adianto ST.,MT.

b) NIP : 199707022010121001

c) Alamat rumah : Tambak Medokan Ayu Gg X No. 15

Rungkut, Surabaya

d) No HP : 081334231498

Surabaya, 23 Maret 2020

Mengetahui,

iii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH NASIONAL 2020

Judul Karya : Simpati (Sistem Pertanian Terintegrasi) Inovasi Rekayasa
Nama Ketua Teknologi Dengan Automatic Solar Energy Dan Microbial Fuel
Cells (Mfcs) Sebagai Pengolahan Limbah Makanan Ramah
Lingkungan Dan Pengontrol Efektivitas Kesuburan Tanah
Menuju Indonesia Emas 2045
: Widian Reinanda Ali

Nama Anggota : 1) Muhammad Fattichurrohman

2) Arnys An nida Isnany

Kami yang bertanda tangan di bawah ini menyatakan bahwa karya tulis
dengan judul yang tersebut diatas memang benar merupakan karya orisinal yang
dibuat oleh penulis dan belum pernah dipublikasikan dan atau dilombakan di luar
kegiatan ”Lomba Karya Tulis Ilmiah Nasional 2020” yang diselenggarakan oleh
Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya, dan apabila terbukti
terdapat pelanggaran di dalamnya, maka kami siap untuk didiskualifikasi dari
kompetisi ini sebagai bentuk pertanggungjawaban kami.

Surabaya, 23 Maret 2020

Menyetujui

Dosen Pembimbing Ketua Tim

Materai

Rp.

6000

(Adianto ST.,MT.) (Widian Rienanda Ali)
NIM.0819040041

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-
Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Karya Tulis Ilmiah yang
berjudul ”Simpati (Sistem Pertanian Terintegrasi) Inovasi Rekayasa Teknologi
Dengan Automatic Solar Energy Dan Microbial Fuel Cells (Mfcs) Sebagai
Pengolahan Limbah Makanan Ramah Lingkungan Dan Pengontrol Efektivitas
Kesuburan Tanah Menuju Indonesia Emas 2045”

Pada penulisan Karya Tulis Ilmiah ini, penulis merasa banyak sekali
kekurangan baik teknis maupun materi. Mengingat akan kemampuan penulis yang
belum mencapai kesempurnaan. Untuk itu, kritik dan saran dari semua pihak
sangat diharapkan bagi penulis demi kesempurnaan Karya Tulis Ilmiah ini.

Dalam penulisan Karya Tulis Ilmiah ini, penulis menyampaikan ucapan
terimakasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu dalam
menyelesaikan Karya Tulis Ilmiah ini, khususnya kepada :
1. Adianto, ST.,MT. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan

bimbingan dan pengarahan dalam proses penyusunan Karya Tulis Ilmiah ini.
2. Teman-teman yang telah memberi motivasi dan semangat.

Kami berharap agar nantinya Karya Tulis Ilmiah ini bisa bermanfaat bagi para
pembaca nya. Disamping itu, kami juga menyadari bahwa masih banyak
kekurangan, untuk itu kami berharap kritik dan saran yang membangun sebagai
masukan positif agar dapat diperoleh hasil yang maksimal.

Surabaya, 23 Maret 2020
Penulis

v

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN.................................................................................................... ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ........................................................iii
KATA PENGANTAR .......................................................................................................... iv
DAFTAR ISI ......................................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ............................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................................... ix
ABSTRAK ............................................................................................................................ x
BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................................ 3
1.3 Tujuan Penelitian.......................................................................................................... 3
1.4 Manfaat Penelitian........................................................................................................ 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA............................................................................................. 5
2.1 Limbah Makanan.......................................................................................................... 5
2.2 Microbial Fuel Cells (MFCs) ........................................................................................ 6

2.2.1 Jenis Microbial Fuel Cells (MFCs) ......................................................................... 7
2.2.2 Prinsip Kerja MFC ................................................................................................. 7
2.3 Hybrid Solar Energy dengan Ring Irrigation System..................................................... 8
BAB 3 METODE PENELITIAN ......................................................................................... 10
3.1 Studi literatur.............................................................................................................. 10
3.2 Rancangan Percobaan SIMPATI................................................................................. 10
3.3 Waktu dan Lokasi Penelitian ...................................................................................... 11
3.4 Alat dan Bahan Penelitian........................................................................................... 12

vi

3.5 Pengukuran Tegangan (V) sistem MFC ...................................................................... 12
3.6 Flowchart ................................................................................................................... 12
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................ 13
4.1 Perancangan SIMPATI ............................................................................................... 13
4.2 Mekanisme Teknologi SIMPATI................................................................................ 14
4.3 Pengujian Prototype SIMPATI ................................................................................... 14

4.3.1 Pupuk Cair yang Dihasilkan ................................................................................. 15
4.3.2 Pengukuran Tegangan Pada Kompartemen Microbial Fuel Cell’s ........................ 15
4.3.3 Hasil Pengujian Prototype Pengontrol Efektivitas Kesuburan Tanah .................... 17
4.3.4 Pengujian Solarsell .............................................................................................. 17
4.3.5 Efektivitas Kesuburan Tanaman ........................................................................... 17
BAB 5 PENUTUP ............................................................................................................... 19
5.1 KESIMPULAN .......................................................................................................... 19
5.2 Saran .......................................................................................................................... 19
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 20
LAMPIRAN ........................................................................................................................ 22

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Alat dan Bahan…………..…………………………………….. 11
Tabel 4.1 Data Pengujian Kelembapan Tanah……………….…………... 16
Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Pertumbuhan Tanaman…………………... 17

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Food Sustainable Index………………………………………. 4
Gambar 2.2 Komposisi Timbunan Sampah Berdasarkan Jenisnya……….. 5
Gambar 2.3 Single Chamber MFC (Kiri), Dual Chamber MFC (Kanan)… 6
Gambar 2.4 Desain Prototype Solar energy dan ring Irrigation system…... 8
Gambar 2.5
Gambar 4.1 Cara Kerja prototype Solar energy dan ring irrigation system. 8
Gambar 4.2 Desain Teknologi Simpati……………………………………. 12
Gambar 4.3 Pupuk Cair Hasil MFC……………………………………….. 14
Gambar 4.4 Desain prototype system MFC……………………………….. 14
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Tegangan Terhadap Waktu……………. 15
Gambar 4.6 Prototype Pengontrol Efektivitas Kesuburan Tanah…………. 16

Pengukuran Ketinggian Tanaman 17

ix

Lampiran 1 DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 2 State of The Art………………………………………………. 21
Lampiran 3 Persiapan Reaktor…………………………………………….. 22
Lampiran 4 Persiapan Jembeatan Garam……………………………….… 22
Lampiran 5 Persiapan Eksperimen………………………………………... 23
Lampiran 6 Tahap Eksperimen……………………………………………. 23
Lampiran 7 Flow Chart………………..……………………………………. 24
Lampiran 8 Program Arduino SIMPATI………………………………….. 25
Desain Teknologi…………………………………………….. 26

x

SIMPATI (SISTEM PERTANIAN TERINTEGRASI) INOVASI
REKAYASA TEKNOLOGI DENGAN AUTOMATIC SOLAR
ENERGY DAN MICROBIAL FUEL CELLS (MFCS) SEBAGAI

PENGOLAHAN LIMBAH MAKANAN RAMAH LINGKUNGAN
DAN PENGONTROL EFEKTIVITAS KESUBURAN TANAH
MENUJU INDONESIA EMAS 2045

Widian Rienanda Ali, Muhammad Fattichurrohman, Arnys An
Nida Isnany Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
[email protected]

ABSTRAK

Menurut FAO (Food and Agriculture Organization) Indonesia
merupakan negara penghasil limbah makanan yang banyak. Disisi lain
menurut Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan pada tahun
2018 limbah makanan menempati posisi teratas dari total limbah yang
dihasilkan sepanjang tahun yakni sebesar 44% dibandingkan dengan
limbah plastik yang hanya 15%. Menurut profesor Dave Reay dari
Universitas Edinburgh apabila limbah makanan tersebut dibiarkan
secara terus menerus akan menyebabkan pencemaran lingkungan, sebab
emisi metana dari limbah makanan merupakan salah satu penyumbang
gas rumah kaca terbesar. Berdasarkan permasalahan diatas peneliti
memberikan sebuah inovasi yaitu sistem pertanian terintegrasi dengan
(Microbial Fuel Cells (MFCs) dan Solar cell). Dimana pengelolaan
limbah makanan menggunakan sistem MFC dual chamber dengan
pemanfaatan EM4 sebagai zat yang digunakan untuk penghasil
mikroorganisme dan pupuk cair. Pupuk cair yang dihasilkan, akan di
campur dengan air dan di alirkan ke tanaman dengan bantuan pipa
dengan teknologi Automatic Ring And Solar Energy yang dilengkapi
oleh sprinkle yang bekerja berdasarkan sensor kelembapan yang ada
pada tanah. Sedangkan energi listrik yang dihasilkan digunakan untuk
menyalakan lampu LED yang berfungsi sebagai penerangan tanaman di
malam hari. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini
adalah menggunakan metode studi research dan eksperimen dengan
melakukan percobaan menggunakan prototype. Hasil dari penelitian ini
adalah terciptanya 5 solusi yaitu pupuk cair yang ramah lingkungan,
daya listrik, kompos, pengolahan limbah makanan yang efektif dan
efisien dan system otomatis penyiraman air pada tanaman. Dengan
adanya inovasi tersebut diharapkan dapat menyelesaikan permasalahan
sampah makanan sebagai inovasi rekayasa teknologi untuk kemajuan
IPTEK menuju Indonesia Emas 2045.

Kata Kunci: Automatic, Microbial Fuel Cells (MFCs), Solar Cell.

1

BAB 1
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara dengan populasi terbesar Ke-empat di dunia.
Hal tersebut menyebabkan kebutuhan pangan yang sangat besar dan terus
meningkat setiap tahunya. Menurut Kepala Perwakilan FAO (Food and
Agriculture Organization) untuk Indonesia dan Timor Leste, Mark Smulders
menyatakan bahwa indonesia membutuhkan sekitar 190 juta ton makanan tiap
tahun. Namun sebanyak 13 juta metrik ton makanan malah terbuang dengan
percuma. Jumlah tersebut seharusnya bisa memenuhi hampir 28 juta penduduk
miskin setiap tahunnya. Tercatat menurut Kementerian Lingkungan Hidup dan
Kehutanan pada tahun 2016 hingga 2018 limbah makanan menempati posisi
teratas dari total limbah yang dihasilkan sepanjang tahun yakni sebesar 44%
dibandingkan dengan limbah plastik yang hanya 15%. Menurut Aretha Aprilia,
ahli Energi terbarukan dari perusahaan CDM SMITH. Limbah makanan dapat
menguraikan zat metana yang dapat meningkatkan efek rumah kaca dan
perubahan iklim. Hal tersebut tentu berbahaya bagi negara-negara didunia
khususnya di Indonesia. Menurut penelitian yang telah dilakukan The Economist
Intelligence Unit tahun 2018 Indonesia masih belum menemukan solusi
pengolahan limbah makanan yang baik. Hal tersebut menyebabkan Indonesia
menempati peringkat tiga terbawah dalam aspek Food Loss and Waste yang
mengukur tentang kecakapan suatu negara untuk mengatasi sampah dan
pemborosan makanan.

Di sisi lain terdapat permasalahan di bidang pertanian. Menurut
Kementrian Pertanian pada tahun 2014 sampai tahun 2018 produktivitas Pertanian
di Indonesia tidak mengalami peningkatan signifikan bahkan cenderung fluktuatif.
Hal tersebut berbanding terbalik dengan kebutuhan pangan di Indonesia yang
setiap tahun meningkat mengikuti pertumbuhan penduduk. Menurut Kepala
Himpunan Kerukunan Tani Indonesia (HKTI) terdapat beberapa faktor yang
dialami petani di Indonesia antara lain permodalan,lahan makin sulit, teknologi
pertanian modern, persoalan pupuk, dan pemasaran. Ketergantungan para petani

2

di Indonesia terhadap pupuk kimia juga sangat memprihatinkan. Karena pupuk
kimia selain berdampak buruk bagi hasil produksi pertanian juga pada tingkat
kesuburan lahan pertanian. Tentu hal ini harus mulai dapat diredam mengingat
penggunaan pupuk kimia dalam jangka panjang, justru akan menimbulkan
dampak yang sangat negatif kepada tanah dan tanaman (Ashwin Pulungan, 2017).
Hasil pertanian seperti buah dan sayuran tentu menjadi perhatian lebih sebab
banyak masyarakat yang terlena dengan banyaknya buah dan sayuran yang dijual
di pasaran dengan tampilan mulus dan bersih, padahal jika diteliti secara detail
kandungan zat kimia pun menyimpan efek jangka panjang yang buruk seperti
pestisida isocrab dan carbaryl.

Menurut FAO (Food and Agriculture Organization), pada umumnya
tanaman tidak bisa sepenuhnya menyerap 100% pupuk kimia anorganik. Namun
selalu ada residu atau sisanya yang tidak terserap. Bagian sisa-sisa pupuk kimia
yang tertinggal di dalam tanah ini, apabila telah terkena air secara terus menerus,
akan terjadi proses pengikatan tanah antara satu dengan yang lain seperti layaknya
lem/semen dan Terjadinya kekeringan pada tanah tersebut, akan menyebabkan
tanah menjadi mengeras.

Selain permasalahan pada penggunaan pupuk pada system pertanian
Infrastruktur irigasi merupakan salah satu faktor penting dalam proses usaha tani
yang berdampak langsung terhadap kualitas dan kuantitas tanaman. Air
merupakan komponen penentu dalam proses produksi pertanian. Kebutuhan air
irigasi secara keseluruhan harus diberikan dalam jumlah, waktu, dan mutu yang
tepat, jika tidak maka tanaman akan terganggu pertumbuhannya yang pada
gilirannya akan mempengaruhi produksi pertanian (Direktorat Pengelolaan Air,
2010). Berdasarkan kedua permasalahan tersebut peneliti menyusun sebuah
inovasi yaitu SIMPATI (sistem pertanian terintegrasi) dengan Automatic Solar
Energy dan Microbial Fuel Cells (MFCs) yang diharapkan mampu mengatasi
permasalahan limbah makanan dan pertanian di Indonesia meliputi sistem irigasi
dan pupuk.