Syngas Fermentation

Laporan Kegiatan/Proyek /Penelitian 2018

Syngas Fermentation

 

  1. Nama Kegiatan/Proyek/Penelitian:
    • Project for Development of a Model System for Fluidized Bed Catalytic Gasification of Biomass Wastes and Following Liquid Fuel Production in Indonesia.
  2. Perioda Kegiatan/Proyek/Penelitian:
    • April 2014 – Maret 2019 (ITB mulai bergabung pada September 2016)
  3. Mitra Kerjasama:
    • Gunma University, Jepang
    • Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)
    • Yayasan Dian Desa, Yogyakarta
  4. Anggota Kegiatan/Proyek/Penelitian:
    • Tjandra Setiadi, PSLH dan Fakultas Teknologi Industri, ITB
    • Ronny Purwadi, Fakultas Teknologi Industri, ITB
    • Made Tri Ari Penia Kresnowati, Fakultas Teknologi Industri, ITB
    • Asisten/Mahasiswa yang terlibat:
      • Irika Devi Anggraini, S.Si., M.T.
      • Keryanti, S.T., M.T.
      • 23017051 Guntur Adisurya Ismail, Teknik Kimia, FTI, ITB
  1. Sumber Dana:
    • Japan International Cooperation Agency (JICA), Jepang
  2. Ringkasan Kegiatan/Proyek/Penelitian
    • Ringkasan

Proyek “Syngas Fermentation” adalah bagian dari “Project for Development of a Model System for Fluidized Bed Catalytic Gasification of Biomass Wastes and Following Liquid Fuel Production in Indonesia” yang merupakan salah satu program Science and Technology Research Partnership for Sustainable Development (SATREPS) oleh JICA, Jepang. Secara umum proyek tersebut bertujuan untuk mengembangkan sistem gasifikasi dari limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang ada di Indonesia untuk kemudian dikonversi menjadi bahan bakar cair. Kegiatan penelitian dibagi menjadi beberapa target keluaran (output) di antaranya yaitu pengembangan sistem pretreatment biomassa, pengembangan mesin gasifier, pengembangan katalis, sintesis metanol, dan syngas fermentation. Tim ITB mulai bergabung pada proyek ini mulai September 2016 dan bertugas melakukan penelitian pendahuluan syngas fermentation untuk mengetahui potensi proses fermentasi syngas hasil gasifikasi biomassa TKKS untuk produksi bahan bakar cair berupa bioetanol. Setelah pada tahun 2017 dilakukan persiapan dan penelitian pendahuluan berupa pemilihan strain mikroba terbaik serta uji coba fermentasi syngas dalam botol serum, pada tahun 2018 ini penelitian difokuskan untuk melakukan scale up fermentasi syngas pada reaktor.

Dalam rangka meningkatkan kinerja dari fermentasi syngas dengan meningkatkan transfer massa umpan syngas ke dalam media pertumbuhan, maka diusulkan konfigurasi reaktor dengan penambahan membran hollow fiber sebagai kontaktor gas-cair. Percobaan uji transfer massa gas-cair dilakukan pada kondisi abiotik (tanpa mikroba) untuk mengetahui nilai koefisien transfer massa (kLa) pada konfigurasi reaktor membran serta potensinya dalam menyuplai syngas untuk proses fermentasi. Secara keseluruhan, hasil studi transfer massa menujukkan bahwa sistem reaktor membran memiliki nilai kLa yang lebih tinggi dibandingkan reaktor STR (stirred tank reactor) tanpa membran. Nilai kLa gas CO optimum yang diperoleh yaitu 300,5 jam-1 yang mampu menyediakan transfer CO sebesar 0,068 mol L-1 jam-1. Kemudian sistem reaktor membran tersebut digunakan untuk produksi bioetanol oleh bakteri Clostridium ljungdahlii melalui fermentasi syngas menggunakan syngas artifisial (40% N2, 25% CO, 20% CO2, dan 15% H2). Fermentasi dilakukan selama 10 hari dalam reaktor sistem batch liquid dan gas kontinu dengan volume kerja 1,5 L. Konsentrasi etanol tertinggi yang dihasilkan adalah 2,7 g/L pada laju alir syngas 80 mL/menit dan resirkulasi media 240 mL/menit. Nilai tersebut lebih tinggi jika dibandingkan dengan konsentrasi etanol dari percobaan pada skala botol dan reaktor tanpa membran. Nilai perolehan terhadap CO sebagai sumber karbon adalah 0,08 mol/mol. Utilisasi dari gas CO hanya sebesar 14,5% dari total CO yang disuplai sehingga dapat disimpulkan bahwa pada kondisi tersebut kinerja fermentasi masih dibatasi oleh kinetika reaksi metabolisme mikroba bukan oleh transfer massa gas cair.

 

  • Tanggal tanggal penting:
    • 8 Mei 2018 : Kunjungan Proyek SATREPS “Innovative Bio-Production Indonesia (iBioI)” di LIPI, Cibinong
    • 11 Juli 2018 : Joint Cooperation Committee Meeting (JCC) 2018
    • 30-31 Agustus 2018 : 12th International Symposium on Green Energy (ISGE) dan Kunjungan Power plant gasifikasi biomassa “NKC Nagai Green Power” di Nagai, Yamagata prefecture, Jepang
    • 4-6 Oktober 2018 : 1st International Symposium of Indonesian Chemical Engineering (ISIChem), Padang
    • 7-8 November 2018 : 11th Regional Conference on Chemical Engineering (RCChe), Yogyakarta

 

  • Publikasi Ilmiah dan Conference yang telah dilakukan
    1. Judul: Bioethanol Production via Syngas Fermentation by Clostridium ljungdahlii in a Hollow Fiber Membrane supported Bioreactor.
      Authors: Irika Devi Anggraini, Keryanti, Made Tri Ari Penia Kresnowati, Ronny Purwadi, Tjandra Setiadi
      Conference: 1st International Symposium of Indonesian Chemical Engineering (ISIChem) 2018, 5-6 Oktober 2018, Padang.
      Jurnal: Chemical Engineering Transaction Vol. 72, 2019 (Terindex Scopus)
    2. Judul: Evaluation of Gas Mass Transfer in Reactor for Syngas Fermentation
      Authors: Keryanti, Made Tri Ari Penia Kresnowati, Tjandra Setiadi
      Conference: The 11th Regional Conference on Chemical Engineering (RCChe) 2018, 7-8 November 2018, Yogyakarta.
      Prosiding: AIP Conference Proceeding (Terindex Scopus)
  • Rencana ke depan:
    • Penelitian syngas fermentation akan dilanjutkan tetap menggunakan konfigurasi reaktor membran namun dioperasikan pada media cair kontinu.
    • Media fermentasi ditambahkan sumber karbon lain misalnya fruktosa untuk mendapatkan sel dengan densitas lebih tinggi sehingga diharapkan etanol yang dihasilkan juga dapat lebih tinggi.

 

  1. Foto-foto yang berkaitan dengan Kegiatan/Proyek/Penelitian

 

Gambar 1 dan 2. Konfigurasi reaktor membran untuk penelitian fermentasi syngas

Gambar 3,4, dan 5 Kunjungan kegiatan SATREPS di LIPI Cibinong, 8 Mei 2018

Gambar 6. Peserta kegiatan ISGE, 30 Agustus 2018
(Tim ITB diwakili oleh Dr. Ronny Purwadi)

Gambar 7 dan 8. Kunjungan ke NKC Nagai Green Power, Jepang, 31 Agustus 2018
(Tim ITB diwakili oleh Dr. Ronny Purwadi)

Gambar 9 dan 10. Kegiatan 1st ISIChem, Padang, 4-6 Oktober 2018
(Oral presentation dilakukan oleh Keryanti, M.T)

Gambar 11 dan 12. Kegiatan 11th RCChe, Yogyakarta, 7-8 November 2018
(Oral presentation dilakukan oleh Keryanti, M.T)