FERMENTASI LIMBAH NYPA FRUTICANS WURMB UNTUK ANALISA KANDUNGAN EtOH DALAM BIOETANOL DAN GASOHOL E-10 DENGAN GC

JURNAL MEDIA TEKNIK VOL. 8, NO.3: 2011

FERMENTASI LIMBAH NYPA FRUTICANS UNTUK ANALISA KANDUNGAN EtOH BIOETANOL DAN GASOHOL E-10 DENGAN GC

WURMB DALAM

Neny Rochyani, Santy Oktaviani, Reni Afni Anggraini Staf Pengajar Fakultas Teknik Universitas PGRI Palembang ABSTRACT

Keywords ABSTRAK

Bioethanol is EtOH that is made from nabaty material through fermentation process. This bioethanol is used as the substitution material on the gasoline, which is known as gasohol. It’s analysis purpose to know the EtOH content in bioethanol which is from Nypa fruticans wurmbwaste with 48, 72, 96 hours fermentation and gasohol E-10. The result that is got from the analysis is that the EtOH content (% volume) that has standard specification minimum 99,5 (before denaturation) got on bioethanol sample with 72 hours fermentation is 99,56, while the EtOH content for 48 hours is 97,41 and 96 hours is 99,03 so they have not fulfilled established standard specification. To gasohol E-10 sample has fulfilled the standard specification minimum 94 % volume and the result of value is 95,2 % volume. : Bioethanol, Nypa fruticans wurmb, Gasohol E-10. Bioetanol adalah EtOH yang terbuat dari bahan nabati melalui proses fermentasi. Bioetanol ini digunakan sebagai bahan bakar atau bahan pensubstitusi pada gasolin yang dikenal dengan nama gasohol. Analisa ini bertujuan untuk mengetahui kandungan EtOH dalam sampel bioetanol yang berasal dari limbah Nypa fruticans wurmb dengan waktu fermentasi 48 jam, 72 jam, 96 jam dan gasohol E-10. Hasil yang diperoleh dari analisa yaitu kandungan EtOH (% volume) yang memenuhi standar spesifikasi minimum 99,5 (sebelum denaturasi) diperoleh pada sampel bioetanol dengan waktu fermentasi 72 jam sebesar 99,56, sedangkan kandungan EtOH untuk sampel bioetanol 48 jam 97,41 dan 96 jam 99,03 sehingga belum memenuhi standar spesifikasi yang telah ditetapkan. Untuk sampel gasohol E-10 kandungan EtOH nya telah memenuhi spesifikasi minimum 94,0 % volume dan nilai yang didapat sebesar 95,2 % volume.

Kata kunci : Bioethanol, Nypa fruticans wurmb, Gasohol E-10.

PENDAHULUAN Latar Belakang Sumber daya energi minyak bumi merupakan salah satu permasalahan utama yang mengglobal saat ini. Dimana kebutuhan akan sumber daya ini semakin

meningkat, namun usaha pemenuhan kebutuhan tersebut tidak diimbangi dengan ketersediaannya di alam yang semakin berkurang. Salah satu contohnya yaitu di Indonesia yang merupakan salah satu negara penghasil minyak bumi di dunia, tetapi pada kenyataannya sampai saat ini masih 1

2

Neny Rochyani, Santy Oktaviani, Reni Afni Anggraini

mengalami krisis bahan bakar minyak (BBM) untuk mencukupi kebutuhan di sektor transportasi dan energi. Hal ini terjadi karena adanya penurunan produksi cadangan minyak di sumur-sumur yang berproduksi, di lain pihak kebutuhan masyarakat akan konsumsi bahan bakar minyak kian meningkat. Selain itu juga bahan bakar minyak dapat menimbulkan dampak negatif berupa polusi udara terhadap lingkungan, menyebabkan pemanasan global, dan mengganggu kesehatan akibat dari emisi gas buang yang dihasilkan. Untuk itu pemerintah berusaha mencari solusi yang tepat dalam hal menemukan sumber-sumber bahan bakar alternatif non fosil yang dapat diperbaharui sebagai pengganti bahan bakar dan bersifat ramah lingkungan, salah satunya yaitu bioetanol. Bioetanol merupakan bahan bakar alternatif yang berasal dari tumbuhtumbuhan, dapat diperbaharui dan menghasilkan gas emisi karbon lebih rendah (ramah lingkungan) dibandingkan dengan gasolin atau sejenisnya. Adapun bioetanol yang digunakan sebagai sampel dalam analisa ini berasal dari limbah Nypa fruticans wurmb yang mengandung glukosa sebagai bahan baku bioetanol. Selain itu juga kita menganalisa sampel gasohol E-10 yang merupakan campuran antara gasolin (bensin) 90 % dengan FGE (etanol) 10 %. Hal yang terpenting dalam suatu bioetanol yaitu berapa besar kadar EtOH yang terkandung didalamnya. Berdasarkan hal tersebut penulis tertarik untuk membahas bioetanol sebagai bahan bakar alternatif dan kandungan EtOH dalam bioetanol dari limbah Nypa fruticans wurmb dan gasohol E-10. Permasalahan Permasalahan yang akan dibahas adalah pada analisa % yield EtOH dari sampel bioetanol yang berasal dari limbah Nypa

fruticans wurmb dan penentuan kandungan EtOH dalam gasohol E-10. Tujuan Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai antara lain : 1. Untuk mengetahui seberapa besar kandungan EtOH yang ada dalam sampel bioetanol dari limbah Nypa fruticans wurmb dan gasohol E-10. 2. Untuk mengetahui apakah kandungan EtOH dalam sampel bioetanol dan gasohol E-10 tersebut telah memenuhi standar spesifikasi yang telah ditetapkan. 3. Untuk mengetahui kandungan EtOH yang optimum pada sampel bioetanol hasil fermentasi. TINJAUAN UMUM Bioetanol adalah EtOH yang terbuat dari bahan nabati (bahan bergula, berpati dan berselulosa). Bioetanol merupakan EtOH yang terdenaturasi untuk gasohol E-10, dengan kadar EtOH dalam bioetanol tersebut harus lebih tinggi dari 99,5 % volume (sebelum denaturasi) dan 94,0 % volume (setelah denaturasi) dan bersifat anhydrous (kering) agar tidak menyebabkan korosi (Khairani, 2007). Bioetanol memiliki kharakteristik lebih baik dibanding dengan gasolin, antara lain: 1. Bioetanol mengandung 35 % oksigen, sehingga dapat meningkatkan efisiensi pembakaran dengan mengurangi emisi gas rumah kaca. Karena oksigen yang ada dalam molekul EtOH tersebut membantu penyempurnaan pembakaran antara campuran udara bahan bakar dalam silinder. Semakin sempurna pembakaran maka emisi UHC-nya akan semakin rendah. 2. Bioetanol memiliki nilai oktan yang lebih tinggi, sehingga dapat menggantikan MTBE dan TEL. 3. Bioetanol memiliki nilai oktan ON 96

Fermentasi Limbah Nypa Fruticans Wurmb Untuk Analisa Kandungan EtOH Dalam Bioetanol Dan Gasohol E-10 Dengan GC

-113, sedangkan gasolin hanya 85-96. Angka oktan yang tinggi pada bioetanol ini menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya, sehingga tidak menimbulkan knocking (ketukan) yang berpotensi menurunkan daya mesin bahkan menimbulkan kerusakan pada komponen mesin. 4. Bioetanol bersifat ramah lingkungan karena gas buangnya rendah terhadap senyawa-senyawa yang berpotensi sebagai polutan, seperti CO, NO, dan gas rumah kaca. 5. Bioetanol dapat diperbaharui dan proses produksinya relatif lebih sederhana dibanding dengan proses produksi gasolin. 6. Bioetanol mempunyai sifat kemampuan volatiliti yang tinggi, sehingga lebih cepat menguap dan tercampur dengan udara pada saat terjadi pembakaran (Hambali dkk, 2007). Kelemahan bioetanol yaitu antara lain: 1. Pada temperatur rendah atau pada kondisi mesin yang dingin EtOH akan sulit terbakar, sehingga lebih sulit melakukan starter. 2. Bioetanol mudah bereaksi dengan logam seperti magnesium dan aluminium karena sifatnya yang korosif. Gasohol atau gasolin-alkohol merupakan campuran (blending) antara gasolin dengan alkohol berupa EtOH /FGE (Fuel Grade EtOH). Dalam gasohol, bioetanol sudah terdenaturasi karena sudah tercampur dengan denaturan berupa gasolin sehingga tidak layak untuk diminum dan masuk dalam kategori “EtOH yang dirusak”. Gasohol terdiri dari beberapa macam jenis, antara lain sebagai berikut: 1. Gasohol E-10, mempunyai pengertian campuran antara 90 % gasolin dengan 10 % FGE, yang mempunyai angka oktan (ON) 92 atau setara dengan pertamax. 2. Gasohol E-100, mempunyai pengertian

3

100% FGE (tidak dicampur dengan gasohol), yang mempunyai angka oktan (ON) 117 dan lain-lain (Hambali dkk, 2007). EtOH (C2H5OH) merupakan senyawa kimia berbentuk cair, mempunyai berat molekul 46.07, jernih tidak berwarna, beraroma khas, berfasa cair pada temperatur kamar, mudah terbakar dan mempunyai berat jenis pada 15°C adalah 0,7937. EtOH mempunyai kharakteristik yang menyerupai bensin karena tersusun atas molekul hidrokarbon rantai lurus. EtOH lebih unggul dari TEL/Pb(C2H5)4 dan MTBE (C5H11O) karena tidak mencemari udara dengan timbal. Selain itu, EtOH mudah diperoleh dari fermentasi tumbuh-tumbuhan sehingga bahan baku untuk pembuatannya cukup banyak tersedia (Sugoro, 2005). EtOH merupakan senyawa alkohol yang berfungsi sebagai Octan Booster yang mampu menaikkan nilai oktan, Fuel Extender dapat menghemat bahan bakar fosil, Oxygenating Agent yaitu dapat menyempurnakan pembakaran bahan bakar karena mengandung oksigen sehingga dapat meminimalkan pencemaran udara, dan aditif yang paling ramah lingkungan dibandingkan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE).

Gambar 1. Molekul EtOH Bahan Baku Bioetanol Adapun bahan baku yang digunakan untuk pembuatan EtOH sebagai berikut : 1. Bahan berpati (C6H10O5)n, yaitu bahanbahan yang mengandung pati atau karbohidrat, antara lain ubi kayu, ubi

4


jalar, tepung sagu, kentang, gandum dan lain-lain. 2. Bahan bergula (C6H12O6) , yaitu bahanbahan yang mengandung glukosa atau gula, seperti tetes tebu, nira Nypa fruticans wurmb, nira kelapa, nira aren dan lain-lain. 3. Bahan berselulosa (C6H10O5)n, yaitu bahan-bahan yang mengandung selulosa atau serat, seperti limbah logging, tongkol jagung, ampas tebu dan lain-lain. Pada analisa ini, peneliti menggunakan dua macam sampel yaitu pertama sampel bioetanol yang berasal dari limbah Nypa fruticans wurmb, dengan proses fermentasi menggunakan yeast Saccharomyces cerevisiae yang menghasilkan EtOH berupa FGE. Sampel yang kedua yaitu gasohol E-10 yang merupakan campuran antara gasolin 90 % dengan FGE 10 %.

Subdivisi Kelas Ordo Famili Genus Spesies

: : : : : :

Liliopsida Arecales Aracaceae (Palmae) Nipoideae Nipa Nypa fruticans Wurmb

(Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Nipah)

Nypa fruticans wurmb mempunyai banyak manfaat dalam kehidupan antara lain pelepahnya dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp, niranya dapat diproses menjadi gula selanjutnya dioksidasi lagi menjadi cuka dan dapat juga digunakan sebagai bahan baku bioetanol. Sebagai tumbuhan, Nypa fruticans wurmb mengandung berbagai zat atau komponenkomponen yang dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Kandungan Gizi dalam Nypa fruticans wurmb Komponen

Nypa fruticans wurmb Nypa fruticans wurmb (nipah) atau sering disebut juga dengan nypa palm adalah sejenis palma yang tumbuh dilingkungan hutan bakau atau daerah rawa yang berair payau. Nypa fruticans wurmb tergolong tanaman dataran rendah yang menyukai iklim pantai dan tumbuh liar pada ketinggian 0-100 meter dipermukaan laut. Selain itu juga tumbuhan ini dapat tumbuh dengan baik pada daerah yang tingkat keasamannya (pH) 6-6,5 dengan suhu lingkungannya berkisar 20 °C – 35 °C. Dalam taksonomi tumbuhan, Nypa fruticans wurmb diklasifikasikan : Kingdom : Plantae Divisi : Magnoliophyta

Total gula (g/100 cc) Gula reduksi (g/100 cc) Protein (g/100 cc) Nitrogen (g/100 cc) pH (g/100 cc) Kadar abu (g/100 cc) Kalsium (g/100 cc) Fosfor (g/100 cc) Besi (g/100 cc) Vitamin C (mg/100 cc) Vitamin B1 (IU)

Jumlah 10,93 0,20 0,21 0,056 6,7-6,9 0,31 Sedikit 0,14 0,4 13,25 3,9

(Sumber: Davis and Johnson (1987))

Sedangkan untuk mutu atau kualitas kandungan berbagai jenis nira dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Komposisi Berbagai Jenis Nira Jenis Tanaman Aren Lontar Nypa fruticans wurmb Kelapa (Sumber: Anonim (1981))

Kadar Air Kadar gula Kadar Protein Kadar Lemak Kadar Abu 88,26 11,03 0,23 0,02 0,12 87,78 10,96 0,28 0,02 0,10 86,30 12,23 0,21 0,02 0,43 88,09 10,88 0,31 0,17 0,38


Dari kedua tabel diatas dapat disimpulkan bahwa kandungan gula dalam nira Nypa fruticans wurmb lebih tinggi dari pada kandungan komponen yang ada maupun dari berbagai jenis nira lainnya, sehingga nira Nypa fruticans wurmb dapat digunakan sebagai bahan baku bioetanol. Yeast Saccharomyces cerevisiae Yeast merupakan organisme bersel tunggal berjenis eukariotik, bereproduksi dengan membelah diri, tidak mempunyai klorofil dan flagella, berukuran lebih besar dari bakteri serta mempunyai inti sel dan DNA terlokalisasi di dalam kromosom dalam inti sel. Dalam taksonomi hewan, yeast Saccharomyces cerevisiae diklasifikasikan : Kingdom : Animalia Kelas : Hemiascomycetes Ordo : Endomycetales Famili : Saccharomycetaceae Subfamili : Saccharoycoideae Genus : Saccharomyces (Sumber

: http://en.wikipedia.org/wiki/Saccharo myces_cerevisiae)

Saccharomyces cerevisiae merupakan organisme uniseluler yang bersifat makhluk mikroskopis dan disebut sebagai jasad sakarolitik yang menggunakan gula sebagai sumber karbon untuk metabolisme (Frazier dan Westhoff, 1978). Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang paling banyak digunakan pada fermentasi alkohol karena dapat berproduksi tinggi, tahan terhadap kadar alkohol, kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan aktifitasnya pada suhu 4-32 °C (Kartika et.al.,1992). Proses Pembuatan Bioetanol Bioetanol dibuat melalui beberapa tahapan proses sesuai dengan bahan baku yang digunakan, yaitu : 1. Bahan berpati dan berselulosa Untuk bahan baku ini harus melalui tahap proses pengolahan awal dan hidrolisis

5

terlebih dahulu, contohnya untuk bahan berpati terlebih dahulu harus dilakukan proses liquifikasi dengan menggunakan enzim amilase yang bertujuan untuk memecah karbohidrat yang terkandung didalam bahan tersebut dan setelah itu dilakukan proses sakarifikasi untuk mengubah bahan tersebut menjadi glukosa dan baru dilanjutkan dengan proses fermentasi menggunakan ragi, distilasi dan dehidrasi. Begitupun halnya dengan bahan berselulosa, namun terdapat perbedaan dimana tidak melakukan proses liquifikasi melainkan pretreatment menggunakan enzim alkali untuk memecah struktur kristalin selulosa dan memisahkan lignin sehingga selulosa dapat terpisah dan untuk proses selanjutnya sama proses pada bahan berpati. 2. Bahan bergula Dalam proses pembutan EtOH dari bahan bergula ini tidak memerlukan proses pengolahan awal karena bahan ini sudah mengandung gula, sehingga dapat langsung melakukan proses fermentasi menggunakan yeast untuk menghasilkan EtOH dan dilanjutkan dengan proses distilasi yang bertujuan untuk memisahkan EtOH dari air. Namun proses distilasi ini hanya dapat memisahkan air dalam kuantitas yang kecil sehingga EtOH yang dihasilkan hanya dibawah 95 % atau tidak memenuhi spesifikasi, sehingga perlu dilakukannya proses dehidrasi dengan menambahkan zeolit atau melakukan distilasi vacum, agar dihasilkannya EtOH yang anhydrous dan memenuhi spesifikasi EtOH sebesar 99,5 %. Proses pembuatan EtOH ini, dapat dilihat pada gambar 2 dan 3. Analisa Sampel Dalam menganalisa sampel ini peneliti menggunakan peralatan Kromatografi Gas.

6


yeast S . cerevisiae C6 H12O6     2C2 H 5OH  2CO2

Monosakarida

EtOH

Karbondioksida

Gambar 2. Persamaan Reaksi Proses Kimia Pembuatan Bioetanol. Enzim β qlukosidase Enzim asam (selulosa)

Uap Enzim amilase Bahan Berpati

Bahan Berselulosa Uap Enzim alkali

Enzim S.cerevisiae

Bahan Bergula Bioetanol 7-10%

Bioetanol 95%

Fuel Grade EtOH (99,5%) Gambar 3. Skema Umum Proses Produksi Bioetanol. Dimana Kromatografi Gas adalah metode analisis kimia yang bertujuan untuk menganalisis komposisi sampel berdasarkan prinsip pemisahan komponen yang dibawa oleh fasa gerak melalui suatu fasa diam yang terjadi didalam kolom. Peralatan Kromatografi Gas Adapun hal-hal yang berhubungan dengan GC sebagai berikut : 1. Proses Pemisahan Untuk memisahkan sampel menjadi komponen-komponennya, sampel diuap kan untuk dijadikan gas dengan cara dipanaskan. Kemudian dibawa oleh aliran gas pembawa (sebagai fasa gerak) dengan

kecepatan aliran yang tetap (konstant) dan selanjutnya masuk kedalam kolom yang berisi padatan sebagai fasa diam. 2. Dasar Kerja (Prinsip Kerja) Sampel diinjeksikan kedalam injektor dengan micro syring atau gas sampler. Aliran gas pembawa akan membawa sampel yang karena suhu injektor maka sampel diubah menjadi gas, kemudian masuk ke dalam kolom. Suhu kolom dibuat dibawah suhu injektor agar menghasilkan pemisahan komponen yang sempurna. Didalam kolom terjadi interaksi antara komponen sampel yang telah berubah menjadi gas dan isi kolom. Gas sampel diserap oleh isi kolom


7

Gambar 4. Kromatografi Gas (GC) berdasarkan urutan afinitas terhadap isi kolom, dimana komponen yang bertitik didih rendah (mempunyai afinitas rendah) akan terlebih dahulu keluar dari kolom dan kemudian di ikuti oleh komponenkomponen yang titik didihnya lebih tinggi(mempunyai afinitas yang lebih tinggi) selanjutnya komponen tersebut dibawa oleh kolom masuk kedalam detektor. Suhu detektor dibuat diatas suhu kolom untuk menghindari kondensasi komponen cuplikan yang keluar dari kolom, selanjutnya komponen yang keluar dari detektor dicatat sebagai kromatogram.

3. Sampel Sampel yang dapat dianalisis dengan Kromatografi Gas berupa gas dan cairan atau padatan yang dapat diubah menjadi gas. Sampel yang berupa cairan atau padatan harus dengan mudah diuapkan dengan panas, hasil perengkahan panas dari sampel tersebut akan berupa gas-gas yang dapat dialirkan kedalam kolom. 4. Kromatogram Kromatogram merupakan hasil dari pemisahan komponen-komponen dalam sampel yang keluar dalam bentuk pig yang dapat dilihat pada gambar 5.

Gambar 5. Kromatogram

8


Adapun istilah-istilah yang biasa dipakai pada pengamatan suatu kromatogram diatas yaitu : 1. Garis Dasar (Base Line) Adalah bagian dari kromatogram yang diperoleh dari penunjukan detektor jika yang keluar dari kolom hanya gas pembawa. 2. Puncak (Peak) Adalah bagian dari kromatogram yang dihasilkan pada waktu gas yang keluar dari kolom mengandung komponen dari sampel. 3. Dasar Puncak (Peak Base) Adalah jarak antara kedua titik yang

paling luar pada suatu puncak diukur pada garis datar. 4. Lebar Puncak (Peak Width) Adalah jarak dari dua titik potong kedua garis singgung puncak dengan garis dasar. 5. Luas Puncak (Peak Area) Adalah luas bagian dari suatu kromatogram yang dibatasi oleh puncak dan dasarnya. 6. Waktu Retensi (Retention Time) Adalah waktu yang diperlukan oleh komponen, terhitung dari saat injeksi sampel sampai keluarnya puncak kromatogram.

TERMOSTAT

KRO MATOG RAM

KOLOM

GERBANG SUNTIK

PEREKAM

PEMANAS DETEKTOR

H E L I U M

Gambar 6. Bagian -bagian Peralatan Kromatografi Gas

Analisa kualitatif dan kuantitatif 1. Analisa Kualitatif Analisis kualitatif adalah analisis kimia yang bertujuan untuk menentukan jenis komponen dalam sampel. Penentuan analisa kualitatif ini dengan cara membandingkan waktu retensi antara senyawa-senyawa yang hendak ditetapkan dengan senyawa-senyawa standar. Dengan membandingkan waktu retensi, maka akan ada dua kemungkinan, yaitu bila waktu retensi sama maka disimpulkan bahwa senyawa itu sama dan bila waktu retensi tidak sama maka

disimpulkan bahwa senyawa itu tidak sama. 2. Analisa Kuantitatif Analisis kuantitatif adalah analisis kimia yang bertujuan untuk menentukan besarnya komponen dalam sampel dimana besarnya setiap puncak komponen didalam kromatogram merupakan dasar analisis kuantitatif dalam Kromatografi Gas. Penentuan Analisa Kuantitatif ini dengan berbagai cara antara lain : 1. Pengukuran Luas Puncak


Pada hakekatnya luas puncak kromatogram setiap komponen akan sebanding dengan kuantitas komponen didalam sampel. Oleh sebab itu, analisa kuantitatif dalam Kromatografi Gas didasarkan pada pengukuran luas. Luas puncak setiap komponen didalam kromatogram diukur dengan mengukur luas segitiga seperti rumus dibawah ini : Luas Puncak = h x w

.......(1)

Dimana : h = Tinggi Puncak W = Lebar pada ½ h 2. Ketinggian Puncak Ketinggian puncak merupakan cara yang paling mudah dan cepat untuk menentukan besarnya komponen dalam sampel. Ketinggian diukur dari atas puncak sampai ke garis dasar, dimana untuk memperoleh garis dasar dapat ditarik garis yang paling baik antara permulaan dan akhir dari puncak yang dinyatakan dalam satuan millimeter. 3. Integrator Alat Kromatografi Gas sekarang dilengkapi dengan integrator yang dapat menghitung secara otomatis luas dari puncak. Alat ini disamping dapat menghitung, juga dapat mencatat waktu retensi. Ada dua cara pendeteksian integrator yang digunakan yaitu: a. Integrator piringan, yang bekerja secara mekanik. b. Integrator digital, yang bekerja secara elektronik. METODOLOGI PENELITIAN Peralatan dan Bahan yang digunakan 1. Alat a. Kromatografi Gas (GC) 7890 A yang dilengkapi dengan detektor FID (Flame ionisation Detektor). b. Vial bervolume 1,5 ml dan 10 ml. c. Kolom kapiler Durabond (DB) I, dengan spesifikasi sebagai berikut :

9

- Tinggi = 150 meter. - Diameter dalam = 0,250 mm. - Isi kolom = Dimetil Polysiloxane. - Temperatur = - 60°C sampai 350°C 2. Bahan a. Sampel Bioetanol dengan waktu fermentasi 48, 72 dan 94 jam. b. Sampel Gasohol E-10. c. EtOH, Metanol dan n – Heptan. d. Gas Helium, Nitrogen dan Hidrogen. Kondisi Operasi Adapun pengaturan kondisi operasi yang diatur pada alat GC 7890 A yaitu : Tabel 3. Kondisi Operasi GC 7890 A Parameter Panjang Kolom Suhu Awal Waktu awal penahanan Program kecepatan Suhu Akhir Waktu akhir penahanan Temperatur injector Split Ratio Ukuran contoh Jenis detector Temperatur detector Gas pembakar Gas pengoksidasi Gas make up / Penambah Jenis gas pembawa Velocity linear rata-rata

Keterangan 150 m 50 °C 15 menit 30 °C / menit 250 °C 45 menit 300 0C 100 0.2 µL Ionisasi Nyala (FID) 350 0C Hidrogen (≈ 30 mL/min) Udara (≈ 350 mL/min) Nitrogen (≈ 15 mL/min) Helium 15 L/min

Prosedur Kerja 1. Verifikasi dan Validasi Berikut ini tahapan-tahapan yang dilakukan, yaitu : a. Buka Alirkan gas pembawa dengan memutar klep pada tangki gas dan hidupkan alat Kromatografi Gas, selanjutnya lakukan pemeriksa untuk memastikan ada tidaknya kebocoran. b. Atur laju alir gas pembawa dan kondisi operasinya seperti dalam tabel 3 dan

10


biarkan beberapa lama agar sistem mencapai kesetimbangan. c. Siapkan larutan standar yang mengandung campuran EtOH, metanol dan n-heptan dengan perbandingan komposisi 80:10:10. d. Tentukan waktu retensi EtOH, metanol dan n-heptan dengan menginjeksikan larutan standar tersebut ke Kromatografi Gas. 2. Preparasi Sampel a. Preparasi Sampel Bioetanol Sebelum dilakukannya penginjeksian sampel bioetanol, perlu dilakukan langkah-langkah persiapan sampel, yaitu sebagai berikut : - Masukkan sampel bioetanol yang ada didalam vial 10 ml kedalam lemari es dengan tujuan agar sampel tidak menguap. - Pada saat akan melakukan penginjeksian, pindahkan sampel bioetanol yang berada dalam vial 10 ml kedalam vial berseptum yang berukuran 1,5 ml, pemindahan sampel ini dilakukan didalam lemari es agar tidak terjadi penguapan. - Sampel bioetanol ini berupa cairan yang tidak kental sehingga tidak perlu dilarutkan dengan menambahkan pelarut. b. Preparasi Sampel Gasohol E-10 Sebelum dilakukannya penginjeksian sampel gasohol E-10, perlu dilakukan langkah-langkah persiapan sampel, yaitu sebagai berikut : - Pipet 10 ml bioetanol (FGE) dan 90 ml gasohol, selanjutnya masukkan dalam erlenmeyer. Sesudah itu pipet kembali campuran larutan tadi dan masukkan kedalam vial berseptum yang berukuran 1,5 ml, pemindahan sampel ini dilakukan didalam lemari es agar tidak terjadi penguapan.

- Sampel bioetanol ini berupa cairan yang tidak kental sehingga tidak perlu dilarutkan dengan menambahkan pelarut. Pemeriksaan dan Penginjeksian Sampel Adapun urutan kerja dalam melakukan pemeriksaan dan penginjeksian sampel bioetanol dan gasohol E-10 sama, yaitu sebagai berikut: 1. Buka Alirkan gas pembawa dengan memutar klep pada tanki gas dan hidupkan alat Kromatografi Gas, selanjutnya lakukan pemeriksaan untuk memastikan ada tidaknya kebocoran. 2. Atur laju alir gas pembawa dan kondisi operasinya seperti dalam tabel III.1 dan biarkan beberapa lama agar sistem mencapai kesetimbangan. 3. Setelah itu lakukan penginjeksian sampel dengan meletakkan sampel bioetanol yang sudah dipindahkan kedalam vial berseptum 1,5 ml ke GC injektor. Penginjeksian dilakukan secara otomatis dan sampel yang diinjeksikan sebanyak 0.2 µL. Setelah analisis selesai diperoleh kromatogram yang akan digunakan untuk perhitungan konsentrasi komponen. ANALISA DATA Analisis data ini dilakukan secara kualitatif dan kuantitatif. Dimana penentuan secara kualititatif dengan membandingkan waktu retensi dan pola pik (kromatogram) sampel dengan standar, sedangkan secara kuantitatif dinyatakan dalam satuan % berat hidrokarbon yang terkandung di dalam sampel dengan melalui beberapa tahapan rumusan sebagai berikut : Pengolahan Data untuk Verifikasi dan Validasi GC 7890 A 1. Perhitungan rata-rata (Mean) x  x n

.......(2)

11


Tabel 4. Perhitungan Data Hasil Verifikasi dan Validasi (Data % Area Metanol) No

Nilai % Area Benar

Respon Faktor Nilai Standar (nilai benar / Pembacaan Deviasi rata-rata area) (area x RF) 79.956

1

66.63

2

66.78

80.136

3

66.67

80.004

4

80

66.64

1.2

79.968

5

66.69

80.028

6

66.68

80.016

7

66.72

80.064

∑

66.69

80.025

2. Perhitungan Simpangan Deviasi

SD 

 | x  x |2 n 1

3. Perhitungan Uji ”t” n t  x SD





.......(3)

.......(4)

Dimana : x = % Area. x = Rata-rata. n = Jumlah data. SD = Standar Deviasi. ”t” = Tingkat Kesalahan µ = Nilai Kebenaran Perhitungan data dan data hasil analisa untuk verifikasi dan validasi dapat dilihat pada tabel 4. Untuk perhitungan data verifikasi dan validasi % area etanol dan nheptan sama seperti pada tabel 4 dengan menggunakan rumus statistika yang ada. Pengolahan Data Hasil Analisa Sampel Gasohol E-10 Untuk Pengolahan data penentuan % yield EtOH dalam sampel dapat dihitung dengan menggunakan rumus SNI 7390: 2008, yaitu :

0.06

Nilai t

t tabel db n1 LC 95 %

1.064

2.447

1. % Massa Relatif EtOH ditentukan dengan persamaan : A EtOH x 100 .......(5) % Mr EtOH = A tot 2. % Massa EtOH dihitung dengan persamaan : % M EtOH = % Mr EtOH x (100  % ..(6) m air contoh ) 3. % Volume persamaan :

% V EtOH  Dimana : % Mr EtOH A EtOH A tot % M EtOH % V EtOH ρ EtOH ρ rel

EtOH

dihitung

dengan

% M EtOH x D EtOH ....(7) Dr

= % Massa relatif EtOH. = Area puncak EtOH. = Area total puncak komponen = % Massa EtOH. = % Volume EtOH = Densiti EtOH yang ditentukan dengan ASTM D-1298 = Densiti relatif pada 15,56 °C (60 °F), untuk EtOH nilai ketetapan densiti relatifnya 0,7936 (SNI 7390:2008, hal3)

Berdasarkan rumus diatas dapat dilakukan perhitungan penentuan kandungan

12


EtOH dalam sampel gasohol E-10, dan data hasil analisa sampel gasohol E-10 yang dapat dilihat pada tabel 5 berikut. Tabel 5. Data Hasil Analisa Sampel Gasohol E-10 Sampel

Penginjeksian ke-

Gasohol E-10

I II III

Kandungan EtOH (% Volume) 95,71963 95,72115 95,72124

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengolahan Data Verifikasi dan Validasi Dari pengolahan data didapatkan hasil pada tabel 6.

yang

ada

Tabel 6. Hasil Perhitungan Verifikasi dan Validasi Data

x

SD

Nilai t-hit

% Area Metanol 80.025 0,06 1,064 yang terkoreksi

t tabel db n-1, tingkat kepercayaan 95% 2,447

Perhitungan verifikasi dan validasi dilakukan untuk mengetahui unjuk kinerja suatu peralatan, yang ditentukan dengan menghitung nilai “t’-hitung dan membandingkannya dengan nilai “t”-tabel. Nilai “t”-hitung merupakan faktor kesalahan yang berfungsi untuk menentukan tingkat presisi dan keakuratan hasil analisa. Berdasarkan hasil perhitungan diatas, didapatkan nilai “t”-hitungnya lebih kecil dari nilai “t”-tabel. Hal ini mengindikasikan bahwa peralatan ini dinyatakan dalam keadaan baik dan dapat digunakan untuk analisa sampel karena data hasil analisa yang dihasilkan tidak adanya perbedaan yang

signifikan (akurat). Namun apabila hasil “t”-hitung lebih besar dari nilai “t”-tabelnya, maka dapat disimpulkan bahwa peralatan tersebut tidak dapat digunakan untuk analisa sampel. Hal ini dapat mengakibatkan data hasil analisa yang dihasilkan tidak valid dan tidak akurat atau bukan hasil yang sebenarnya, sehingga data tersebut tidak dapat dipergunakan untuk keperluan lebih lanjut. Untuk itu perlu dilakukannya langkahlangkah sebagai berikut : 1. Melakukan pengecekan atau pengaturan kondisi operasi kembali. 2. Melakukan penginjeksian campuran larutan standar seperti yang dilakukan sebelumnya. 3. Melihat bahan kimia yang digunakan apa masih baik dan tidak terkontaminasi dengan bahan lain. 4. Melakukan pengecekan terhadap tanki gas pembawa bila terdapat kebocoran. 5. Lakukan pemeriksaan terhadap pemasangan kolom dalam oven dan periksa juga isi kolom yang digunakan. Setelah dilakukannya langkah-langkah diatas, selanjutnya dilakukan penginjeksian kembali dan data hasil analisa tersebut dihitung seperti pada perhitungan sebelumnya. Bila nilai ”t”-hitungnya telah memenuhi spesifikasi (< dari ”t”-tabel), maka peralatan ini dapat digunakan namun apabila belum juga memenuhi spesifikasi maka dinyatakan peralatan ini tidak dapat digunakan untuk keperluan analisa dan perlu dikalibrasi. Hasil Analisa Sampel Bioetanol Berdasarkan hasil analisa sampel yang telah dilakukan, dimana didapatkannya suatu hasil kromatogram pada tabel 7. Dari data diatas dapat dibuat sebuah perbandingan kandungan EtOH terhadap waktu fermentasi seperti pada gambar 7 sampai dengan gambar 10.

13

Tabel 7. Kandungan EtOH Dalam Sampel Bioetanol Pada Masing-masing Waktu Fermentasi Waktu Penginjeksian Kandungan EtOH Fermentasi ke(% Volume)

48 jam

72 jam

Kandungan EtOH (% Volume)

96 jam

97,38 97,42 97,42 97,41 99,55 99,56 99,56 99,56 99,00 99,05 99,03 99,03

99.50

99.00 98.50 98.00

97.50 97.00 0

20

40

60

80

100

120

Gambar 9. Perbandingan Kandungan EtOH (% volume) Pada Penginjeksian III Terhadap Waktu Fermentasi

100,00 99,50 99,00 98,50 98,00

100.00 99.50

99.00 98.50 98.00

97.50 97.00 0

20

40

60

80

100

120

Waktu Fermentasi dalam jam

97,50 97,00 96,50 0

20

40

60

80

100

120


Gambar 7. Perbandingan Kandungan EtOH (% volume) Pada Penginjeksian I Terhadap Waktu Fermentasi Kandungan EtOH (% Volume)

100.00



I II III Rata-rata I II III Rata-rata I II III Rata-rata



100,00 99,50 99,00 98,50 98,00 97,50 97,00 96,50 0

20

40

60

80

100

120


Gambar 8. Perbandingan Kandungan EtOH (% volume) Pada Penginjeksian II Terhadap Waktu Fermentasi

Gambar 10. Perbandingan Rata-rata Kandungan EtOH (% volume) Terhadap Waktu Fermentasi. Dari tabel 7 dan gambar 7 sampai dengan gambar 10 didapatkan kecenderungan nilai % volume kandungan EtOH pada masingmasing penginjeksian tidak terlalu jauh berbeda atau relatif sama, hal ini mengidentifikasikan bahwa peralatan yang digunakan masih dalam keadaan baik. Selain itu dari tabel dan gambar ini kita dapat mengetahui bahwa kandungan EtOH pada masing-masing sampel bioetanol berbedabeda, dimana kandungan EtOH yang paling tinggi terdapat pada sampel bioetanol 72 jam yaitu sebesar 99,56 % volume. Nilai kandungan EtOH pada sampel ini telah memenuhi spesifikasi standar SNI 7390:2008 (table 5) yang telah ditetapkan yaitu minimal 99,5 % volume.

14


Hal ini berarti bahwa sampel bioetanol ini sudah dapat digunakan untuk bahan bakar atau juga bahan pensubsitusi gasolin (gasohol), karena kandungan EtOH nya yang sudah memenuhi spesifikasi. EtOH ini dapat disebut juga dengan fuel grade EtOH (FGE) yaitu EtOH dengan kadar minimal 99,5 % volume, meskipun masih mengandung sedikit air atau sering disebut “EtOH anhidrat” atau EtOH kering. Bioetanol sebagai bahan pensubtitusi bensin itu sendiri yang dikenal dengan nama gasohol yaitu merupakan campuran antara gasolin dan alkohol berupa EtOH (FGE), yang mana gasohol ini sendiri terdiri dari berbagai macam jenis seperti gasohol E-10 yaitu merupakan campuran antara FGE 10 % volume dan gasolin 90 % volume serta gasohol E-100 yang merupakan bahan bakar FGE murni tanpa dicampur dengan gasolin. Adapun untuk sampel bioetanol yang 48 jam dan 96 jam kandungan EtOH nya belum memenuhi spesifikasi yang telah ditetapkan, sehingga bioetanol dengan konsentrasi dibawah 99,5 % volume belum dapat dijadikan sebagai bahan bakar atau juga sebagai bahan pensubstitusi gasolin. Hal ini dikarenakan kandungan airnya yang masih cukup tinggi, untuk itu perlu diambil langkah-langkah antara lain: 1. Menambahkan suatu bahan yang dapat menyerap kandungan air yang masih terdapat dalam bioetanol, biasanya bahan yang sering digunakan berupa CaCO3 dan zeolit. 2. Dengan melakukan distilasi vakum. Dengan langkah-langkah seperti diatas diharapkan dapat menghasilkan bioetanol

yang lebih murni dan anhydrous, untuk digunakan sebagai bahan bakar atau pensubstitusi gasolin supaya tidak terjadi korosif. Tabel 8. Spesifikasi Standar Bioetanol Terdenaturasi Untuk Gasohol SNI 7390:2008 No

Sifat

1 Kadar EtOH

Unit Min / Max

Spesifikasi

% v, min

99,5 (sebelum denaturasi) 94,0 (setelah denaturasi) 2 Kadar metanol mg/L, max 300 3 Kadar Air % v, max 1 4 Kadar % v, min 2 denaturan % v, max 5 5 Kadar tembaga mg/kg, max 0,1 (Cu) 6 Keasaman mg/L, max 30 sebagai CH3COOH 7 Tampakan Jernih dan terang, tidak ada endapan dan kotoran 8 Kadar ion mg/L, max 40 klorida (Cl‾) 9 Kandungan mg/L, max 50 belerang (S) 10 Kadar getah mg/100 ml, 5,0 (gum) max 11 pHe mg/L, max 6,5-9,0 (Sumber: SNI 7390:2008)

Hasil Pengolahan Data Analisa Sampel Gasohol E-10 Setelah dilakukannya perhitungan, selanjutnya diperoleh hasil yang tertera pada tabel 9.

Tabel 9. Hasil Perhitungan Penentuan Kandungan Etanol Sampel Gasohol E-10 Waktu Penginjeksian ke72 jam

Kandungan EtOH % Massa Relatif % Massa % Volume

I

95,71963

95,71963

95,67177

95,2

II III

95,72115 95,72124

95,72115 95,72124

95,67329 95,67338

95,2 95,2

Rata-rata

95,72067

95,72124

95,67281

95,2


Dari hasil perhitungan pada tabel diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa gasohol E10 ini dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermotor. Hal ini dikarenakan kandungan EtOH dari hasil perhitungan tersebut mempunyai nilai 95,2 % volume, yang mana nilai ini sudah memenuhi spesifikasi bioetanol terdenaturasi untuk gasohol sesuai dengan SNI 7390:2008 dengan kandungan EtOH minimal 94,0 % volume. Kandungan EtOH dalam sampel bioetanol dan gasohol E-10 memberikan pengaruh yang sangat berarti, karena bila kandungan EtOH nya rendah maka bioetanol ini tidak dapat digunakan untuk bahan bakar. Hal ini dikarenakan EtOH memiliki sifatsifat yang sangat penting yaitu antara lain bersifat sebagai: 1. Octan Booster yaitu mampu menaikkan angka oktan dengan dampak positif terhadap efisiensi bahan bakar dan menyelamatkan mesin. Angka oktan yang tinggi pada bioetanol ini menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya, sehingga tidak menimbulkan knocking yang berpotensi menurunkan daya mesin bahkan menimbulkan kerusakan pada komponen mesin. 2. Oxygenating Agent yaitu dapat menyempurnakan pembakaran bahan bakar dengan efek positif meminimalkan pencemaran udara. Hal ini dikarenakan etanol mengandung 35 % oksigen yang berfungsi untuk membantu penyempurnaan pembakaran antara campuran udara dan bahan bakar, sehungga menghasilkan emisi gas buang (UHC) yang semakin rendah. 3. Fuel Extender yaitu dapat menghemat bahan bakar, karena dalam penggunaannya gasolin yang digunakan sebagai bahan bakar dicampur dengan bioetanol. Selain memiliki ketiga sifat diatas, EtOH

15

juga dapat menggantikan TEL (Tetra Ethyl Lead) dan MTBE (Methyl tertiary butyl ether) yang dicampurkan kedalam bahan bakar untuk menaikkan angka oktan. Penggunaan bahan ini sangat berbahaya karena dapat menimbulkan dampak negatif, yang mana dampak dari penggunaan TEL ialah akan terbentuknya lapisan tipis timbal di atmosfer sedangkan MTBE sendiri bersifat karsinogenik dan mudah bercampur dengan air. Penggunaan bioetanol baik sebagai bahan bakar kendaraan bermotor maupun bahan pensubstitusi yang dikenal dengan gasohol lebih baik dari pada penggunaan gasolin sebagai bahan bakar, karena selain mempunyai angka oktan yang tinggi juga bersifat ramah terhadap lingkungan.

Gambar 11. Kromatogram Standar Metanol, EtOH dan n-Heptan (80:10:10)

Gambar 12. Hasil Sampel

16


KESIMPULAN 1. Kandungan EtOH yang memenuhi standar spesifikasi dengan nilai minimum 99,5 % volume (sebelum denaturasi) diperoleh pada sampel bioetanol dengan waktu fermentasi 72 jam sebesar 99,56 % volume, sedangkan untuk sampel bioetanol 48 jam dan 96 jam belum memenuhi standar spesifikasi yang ditetapkan. 2. Sampel Gasohol E-10 mempunyai kandungan EtOH yang memenuhi spesifikasi sebesar 95,2 % volume dengan standar spesifikasi minimal 94,0 % volume (setelah denaturasi), sehingga gasohol E-10 ini dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan bermotor. 3. Kandungan EtOH dalam sampel bioetanol dan gasohol E-10 mempunyai pengaruh yang sangat penting, karena EtOH bersifat sebagai Octan Booster, Oxigenating Agent dan Fuel Extender. SARAN 1. Sebaiknya bioetanol yang digunakan untuk campuran bahan bakar harus benarbenar anhydrous, sehingga tidak menimbulkan korosi. 2. Hendaknya terus dilakukan penelitian berbagai alternatif biofuel dari biomassa sebagai pengganti bahan bakar minyak (BBM) dan membudidayakan tanamantanaman yang bermanfaat untuk bahan baku dalam pembuatan bioetanol seperti ubi kayu, singkong, tebu, nira Nypa fruticans wurmb dan lain sebagainya. DAFTAR PUSTAKA American Society For Testing Materials (ASTM) D-5501, 2010 Mudjirahardjo. 2005, “Kromatografi Gas”, Cepu: PPT MIGAS

Mulyono, M., 1995, “Dasar-dasar Kramatografi Gas”, Jakarta : PPPTMGB ”Lemigas” Prihandana, R.,et al. 2007, “Bioetanol Bahan Bakar Masa Depan”, Jakarta: AgroMedia Standar Nasional Indonesia (SNI) 7390:2008 ------------, “Bioetanol” www.bioetanol.com ------------, “Nypa fruticans wurmb” www.Nypa fruticans wurmb.com ------------, “Saccharomyces www.Saccharomyces com

cerevisiae” cerevisiae.

FERMENTASI LIMBAH NYPA FRUTICANS WURMB UNTUK ANALISA KANDUNGAN EtOH DALAM BIOETANOL DAN GASOHOL E-10 DENGAN GC

Recommend Documents