Produksi hidrogen dari sabut kelapa menggunakan kombinasi teknologi air subkritis, hidrolisis enzimatis dan fermentasi

Fajri, M. Maktum Muharja Al (2019) Produksi hidrogen dari sabut kelapa menggunakan kombinasi teknologi air subkritis, hidrolisis enzimatis dan fermentasi. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02211660010008-Doctoral.pdf Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Dalam beberapa tahun terakhir, program diversifikasi energi berbahan bakar minyak (BBM) menjadi bahan bakar gas (BBG) mendorong para peneliti untuk mengeksplor potensi sumber energi alternatif baru dan terbarukan yang ada di Indonesia. Gas hidrogen dari biomassa (Biohidrogen) dinilai sebagai energi masa depan karena sifatnya ramah lingkungan dan memiliki kandungan energi yang tinggi. Metode konversi paling mutakhir yang sedang gencar dipelajari adalah gabungan proses hijau yakni hidrolisis menggunakan proses Air Subkritis dan enzimatis kemudian dilanjutkan dengan proses fermentasi. Meski demikian, kecilnya konversi dan tingginya konsumsi energi serta pembentukan senyawa samping menjadi celah penelitian yang harus diselesaikan guna menjamin kelayakan proses ini pada skala industri.
Saat ini beberapa upaya untuk memodifikasi kondisi operasi proses Air Subkritis tengah gencar dikembangkan. Optimasi kondisi operasi dan penambahan zat aditif pada proses Air Subkritis merupakan beberapa langkah yang dapat dilakukan guna meningkatkan yield produk utama (gula reduksi) dan mencegah terbentuknya produk samping (furfural). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan proses hijau terintegrasi konversi limbah biomassa sabut kelapa menjadi biohidrogen dengan meningkatkan perolehan gula reduksi, meminimalkan produk degradasi dan konsumsi energi yang dilanjutkan dengan proses fermentasi.
Faktor tingkat keparahan (severity factor) dipakai untuk menunjukkan kondisi operasi proses air subkritis baik temperatur dan waktu reaksi. Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa gula maksimum diperoleh pada faktor tingkat keparahan sedang. Hal ini dikonfirmasi oleh degradasi hemiselulosa, selulosa dan lignin pada biomassa setelah diberi perlakuan. Ditemukan bahwa gas CO2 memberikan kecenderungan tingkat keparahan yang berbeda dibandingkan dengan N2 sebagai gas penekan. Hasil analisis SEM dan XRD mengkonfirmasi perubahan struktural selama proses Air Subkritis. Selain itu, penambahan aditif Tween 80 memberikan peningkatan signifikan hasil gula di bawah titik awan (cloud point) surfaktan (sekitar 130 °C). Pada penambahan SDS selama Air Subkritis, terjadi interaksi hidrofobik dan hidrofilik secara simultan antara lignin dan SDS, yang mendorong proses delignifikasi biomassa dan pelarutan gula. Sebaliknya, penambahan PEG menunjukkan efek buruk pada kondisi subkritis. Kombinasi Air Subkritis yang dibantu oleh SDS dan hidrolisis enzimatis menghasilkan yield gula tertinggi dan senyawa degradasi dan konsumsi energi terendah. Pada penelitian ini, hidrogen dengan yield tertinggi 0,279 mol/mol gula telah berhasil diproduksi dari sabut kelapa menggunakan perlakuan awal proses Air Subkritis pada 80 bar, 150 oC dan 60 menit.
Studi ini mengintegrasikan tiga langkah yang semuanya merupakan proses hijau yang memastikan proses ramah lingkungan untuk menghasilkan biohidrogen yang bersih. Dengan penelitian ini, aplikasi teknologi pada skala industri baik pada bahan baku sabut kelapa maupun bahan lignoselulosa yang lain seperti jerami padi, tandan kosong sawit dan bagas tebu yang jumlahnya melimpah di Indonesia menjadi semakin menjanjikan.
=================================================================================================================================
In the last decades, the diversification program of fuel-based energy into gas fuel has encouraged researchers to explore the potential of new and renewable alternative energy sources in Indonesia. Hydrogen from biomass (known as Biohydrogen) is considered as the future energy because of environmentally friendly and highly energy content characteristic. The sophisticated conversion technology intensively studied is the green hydrolysis processes of subcritical water, enzymatic and fermentation. However, the small conversion and high energy consumption and the formation of side compounds become gaps of research to solve, ensuring the feasibility of this process on industrial scale.
Recently, several studies to enhance the subcritical Water process performance are being intensively developed. Optimizing the operating conditions and the addition of catalyst-like additives in subcritical water are some methods that can be taken to increase the yield of the main product (reducing sugars) and prevent the formation of byproducts (furfural, 5-HMF etc.). The objective of this study is to develop an integrated green process for the conversion of coconut husk waste biomass to biohydrogen by increasing sugar yield, minimizing the degradation product and energy consumption, followed by optimizing the fermentation process.
Severity factor was used to efficiently represent the operating condition of subcritical water process whether temperature and time. The results show that the maximum sugar yield was obtained at mild severity factor. This was confirmed by the degradation of hemicellulose, cellulose and lignin. It was found that CO2 gave a different tendency of severity factor compared to N2 as the pressurizing gas. The result of SEM analysis confirmed the structural changes during SCW pretreatment. This study integrated three steps all of which are green processes which ensured an environmentally friendly process to produce a clean biohydrogen. Moreover, the addition of Tween gave a significant escalation of sugar yield below the cloud point (around 130 C). On the SDS addition in SCW process, the simultaneous hydrophobic and hydrophilic interaction between lignin and SDS drove the delignification of biomass and solubilization of monomeric sugar. On the contrary, adding PEG showed an adverse effect on the subcritical condition. The combination of SCW assisted by SDS and enzymatic hydrolysis generated the highest sugar yield and the lowest the degradation compound and energy consumption. In this study, the highest hydrogen yield of 0.279 mol/ mol sugar has been successfully produced from coconut husk using the Subcritical Water process at 80 bar, 150 oC and 60 min.
This study integrated three steps all of which are green processes which ensured an environmentally friendly process to produce a clean biohydrogen. Based on this study, the technology of biohydrogen production from coconut husk and other lignocellulosic materials such as rice straw, oil palm and sugarcane bagasse, which are abundant in Indonesia, is a considerable feasible for commercialization.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	biohydrogen, coconut husk, enzymatic hydrolysis, fermentation, subcritical water
Subjects:	T Technology > TP Chemical technology > TP248.3 Biochemical engineering. Bioprocess engineering T Technology > TP Chemical technology > TP339 Ethanol as fuel. Biomass energy. T Technology > TP Chemical technology > TP343 Liquid and gaseous fuel
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Chemical Engineering > 24001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	M. Maktum Muharja Al Fajri
Date Deposited:	21 Jul 2026 06:52
Last Modified:	21 Jul 2026 06:52
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/70366

Actions (login required)

View Item