Analisis Produksi Biohidrogen Melalui Fotofermentasi Palm Oil Mill Effluent (POME)

Abstract

Produksi kelapa sawit Indonesia tahun 2022 adalah 46,82 juta ton (BPS (Badan Pusat Statistik) 2023). 27-66% dari pengolahan kelapa sawit menghasilkan POME dan potensi tersebut belum dimanfaatkan secara optimal. Pemanfaatan POME sebagai substrat untuk memproduksi biohidrogen secara fotofermentasi dapat menjadi solusi. Produksi biohidrogen secara fermentasi membutuhkan peran bakteri, sehingga eksplorasi bakteri fotoheterotrofik alamiah/indigineous POME perlu dilakukan agar lebih efektif dan efisien. Penelitian ini bertujuan untuk mengeksplorasi dan identifikasi bakteri alamiah fotoheterotrofik yang dapat berperan pada produksi biohidrogen secara fotofermentasi, menganalisis pengaruh pH awal substrat dan intensitas cahaya yang diberikan pada lingkungan penelitian, serta menganalisis kinetika produksi biohidrogen menggunakan modifikasi persamaan Gompertz. Penelitian ini dibagi menjadi 4 tahap secara eksperimental, yaitu 1) identifikasi bakteri alamiah POME menggunakan metode Next Generation Sequencing (NGS) DNA, 2) analisis karakteristik POME (BOD, COD, C, N, P, dan asam asetat), 3) pre-treatment secara fermentasi gelap, dan 4) produksi biohidrogen secara fotofermentasi. Kinetika produksi biohidrogen menggunakan modifikasi persamaan Gompertz dilakukan secara simulasi dengan fitting data pengukuran pada masing-masing perlakuan. Bakteri fotoheterotrofik indigenous POME yaitu Rhodopseudomonas palustris ditemukan dengan kelimpahan 0,050 %. Selain itu, teridentifikasi bakteri yang dapat berperan pada fermentasi gelap, didominasi oleh Caldanaerobius polysaccharolyticus. Kombinasi perlakuan intensitas cahaya dan netralisasi pH diawal menunjukan perubahan karakteristik substrat yang lebih baik dibandingkan dengan perlakuan lain. Pre-treatment menggunakan fermentasi gelap, mendapatkan hasil yang signifikan pada perubahan nilai asam asetat. Perubahan paling tinggi terjadi pada perlakuan netralisasi pH dari 0,05 ke 0,84 %w w-1. Produksi biohidrogen dengan kombinasi perlakuan netralisasi pH dan intensitas cahaya 4500, 7000, dan 9500 lux menghasilkan 1642,43; 121,74; dan 469,32 mL L-Depome-1. Laju produksi sebesar 18,66; 1,91; 7,17 mL L-Depome-1.jam-1, dan LCE (light conversion efficiency) 11,75; 0,40; dan 2,14%. Sedangkan kombinasi tanpa perlakuan pH (pH alami) dan intensitas cahaya 4500; 7000, dan 9500 lux mendapatkan 873,23; 47,30; dan 117,21 mL L-Depome-1; laju produksi 9,92; 0,78; 2,44 mL L-Depome-1.jam-1; LCE 6,25; 0,78; dan 0,76%, secara berturut-turut. Kinetika produksi biohidrogen menggunakan modifikasi persamaan Gompertz mendapatkan hasil yang sangat baik pada semua perlakuan, dengan nilai koefisien determinasi (r2) >0,99.

Indonesia's palm oil production in 2022 was 46.82 million tons (BPS (Badan Pusat Statistik) 2023). 27-66% of palm oil processing results in POME, a potential that has yet to be optimally utilized. Utilizing POME as a substrate for biohydrogen production through photo-fermentation can be a solution. Biohydrogen production via fermentation requires the role of bacteria, thus exploring indigenous photoheterotrophic bacteria from POME is necessary to make the process more effective and efficient. This study aims to explore and identify indigenous photoheterotrophic bacteria that can contribute to biohydrogen production through photo-fermentation, analyze the effects of initial substrate pH and light intensity on the research environment, and analyze the kinetics of biohydrogen production using a modified Gompertz equation. This research is divided into four experimental stages: 1) identification of indigenous POME bacteria using the Next Generation Sequencing (NGS) DNA method, 2) analysis of POME characteristics (BOD, COD, C, N, P, and acetic acid), 3) pre-treatment through dark fermentation, and 4) biohydrogen production through photo-fermentation. The kinetics of biohydrogen production will be simulated using a modified Gompertz equation by fitting the measurement data for each treatment. The indigenous photoheterotrophic bacteria Rhodopseudomonas palustris were found in POME with an abundance of 0.050%. Additionally, bacteria that can play a role in dark fermentation, predominantly Caldanaerobius polysaccharolyticus, were identified. The combination of light intensity treatment and initial pH neutralization showed better substrate characteristic changes compared to other treatments. Pre-treatment using dark fermentation resulted in significant changes in acetic acid values. The highest change occurred in the pH neutralization treatment from 0.05 to 0.84 %w w-1. Biohydrogen production with the combination of pH neutralization and light intensities of 4500, 7000, and 9500 lux yielded 1642.43; 121.74; and 469.32 mL L-Depome-1, respectively. The production rates were 18.66; 1.91; 7.17 mL L-Depome-1 hr-1, and light conversion efficiencies (LCE) were 11.75; 0.40; and 2.14%, respectively. Meanwhile, the combination without pH treatment (natural pH) and light intensities of 4500, 7000, and 9500 lux resulted in 873.23; 47.30; and 117.21 mL L-Depome-1, with production rates of 9.92; 0.78; 2.44 mL L-Depome-1 hr-1, and LCE of 6.25; 0.78; and 0.76%, respectively. The kinetics of biohydrogen production using the modified Gompertz equation showed excellent results in all treatments, with coefficient of determination (r2) values >0.99.