PEMANFAATAN BAGAS SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOETANOL DENGAN METODE PRETREATMENT ALKALI
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Persyaratan Untuk Menyelesaikan Pendidikan Program Studi S1(Terapan) Teknik Energi Jurusan Teknik Kimia
Oleh : RIMA DANIAR 0610 4041 1397
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2014
LEMBAR PERSETUJUAN LAPORAN TUGAS AKHIR PEMANFAATAN BAGAS SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOETANOL DENGAN METODE PRETREATMENT ALKALI
Oleh : RIMA DANIAR 0610 4041 1397
Palembang, Juli 2014 Menyetujui, Pembimbing I
Pembimbing II
Ir. Arizal Aswan, M.T NIP. 197102251995021001
Zurohaina, S.T, M.T NIP.196602211994032001
Mengetahui, Ketua Prodi S1(Terapan) Teknik Energi
Ketua Jurusan Teknik Kimia
Ir. Arizal Aswan, M.T NIP. 195804241993031001
Ir. Robert Junaidi, M.T, NIP. 196607121993031003
ii
Motto :
Time is free , but it’s priceless. You can’t own it but you can use it. You can’t keep it but you can spend it. Once you’ve lost it you can never get it back (Unknown) WINNERS never quit and QUITTERS never win (Vince Lombardi) I knew, sometimes we can’t get what we want even we’ve tried hardest to reach it but no matter how often I fall I will rise, I will rise and stand even more tall, I will rise above them all, I will rise and rise, just like a skyscraper. I believe, God is the best planner (Me) Our greatest glory is not in never falling, but in rising every time we fall. (Confucius) There is only one way to avoid criticism : do nothing, say nothing and be nothing (Aristotle) About all you can do in life is be who you are. Some people will love you for you. Most will love you for what you can do for them and some won’t like you at all (Rita Mae Brown) You do not have to be great to start but you have to start to be great (scholarshipbank.com)
Kupersembahkan karyaku kepada : 1. 2. 3. 4. 5.
Bapak dan Ibuku tercinta Adik-adikku tersayang Teman-teman terbaikku Kawan seperjuangan, EGA’10 Almamaterku
iii
ABSTRAK PEMANFAATAN BAGAS SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOETANOL DENGAN METODE PRETREATMENT ALKALI
(Rima Daniar, 2014, 46 halaman, 18 tabel, 20 gambar, 4 lampiran)
Indonesia sebagai negara agraris menghasilkan biomassa yang melimpah seperti bagas. Hal ini dapat menyediakan bahan baku yang murah untuk pembuatan bioetanol dengan proses fermentasi menghasilkan bahan bakar dalam jumlah yang besar, ekonomis, dapat diperbarui dan ramah lingkungan. Dengan memanfaatkan sumber energi terbarukan krisis energi dapat diatasi. Bagas mengandung lignoselulosa yang dapat didegradasi menjadi glukosa dan menghasilkan etanol dengan proses fermentasi. Penelitian ini menjelaskan pretreatment bagas dengan metode alkali yang berbeda. Bagas dipretreatment dengan proses pemanasan (80oC) dan tanpa pemanasan (25oC) dan dengan konsentrasi alkali (NaOH) yang berbeda. Penelitian ini juga menjelaskan pengaruh waktu fermentasi terhadap indeks bias, volume dan kadar bioetanol yang dihasilkan. Pretreatment alkali secara efektif meningkatkan hidrolisis enzim terhadap selulosa bagas. Berdasarkan hasil analisa, kondisi pretreatment terbaik untuk menghasilkan selulosa tertinggi (50,71 %) adalah pretreatment dengan pemanasan dengan konsentrasi NaOH 3 N. Indeks bias tertinggi yaitu 1,3391 dihasilkan dari waktu fermentasi 5 hari. Volume tertinggi yaitu 16 ml dihasilkan dari waktu fermentasi 7 hari. % Etanol tertinggi adalah 56 berdasarkan metode analisa kurva baku dan 47,708 berdasarkan metode analisa GC. Kata kunci : Pretreatment Alkali, Pembuatan Bioetanol, Bagas
iv
ABSTRACT UTILIZATION OF SUGARCANE BAGASSE AS FEEDSTOCKS ON BIOETHANOL PRODUCTION WITH ALKALINE PRETREATMENT METHOD
(Rima Daniar, 2014, 46 pages, 18 tables, 20 pictures, 4 attachment) Indonesia being an agricultural country produces a large amount of cellulosic biomass such as sugarcane bagasse. This provides a low-cost feedstock for fermentative production of a wide range of fuels, economic, renewable and environmentally friendly. With utilization of renewable energy resource a crisis of energy could be solved. Sugarcane bagasse contains lignocellulose which can be broken down into glucose and produce ethanol by fermentation process. This study describes the pretreatment of sugarcane bagasse with different method of alkaline pretreatment. Sugarcane bagasse was pretreated with heating process (80oC) and without heating process (25oC) and different concentration of Alkaline (NaOH). This study also descibes the influence of fermentation time to refractive index, volume of bioethanol and % Ethanol. The alkaline pretreatment method was able to effectively increase enzymatic disgetibility of sugarcane bagasse cellulose. Based on the best result, the best condition for pretreatment to produce highest cellulose (50,71 %) was pretreatment with heating process and using NaOH 3 N. The highest refractive index was 1,3391 from 5 days fermentation. The highest volume of bioethanol was 16 ml from 7 days fermentation. The highest % etanol was 56 based on standard plot analysis method and 47,708 based on GC analysis method. Keyword : Alkaline Pretreatment, Bioethanol Production, Sugarcane Bagasse.
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir sebagai salah satu prioritas utama dalam meningkatkan kualitas pendidikan di Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya. Penulis sangat menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati penulis mohon maaf sebesar-besarnya kepada para pembaca khususnya serta semua pihak yang berperan atas terselesaikannya Tugas Akhir ini. Penulis mengharapkan semua masukan dan kritik yang penulis dapat dari semua pihak yang menilai Tugas Akhir sehingga dapat dijadikan perbaikan bagi penulis untuk menjadikan penulis sebagai pribadi yang tidak pernah berhenti belajar dan menjadi pribadi yang lebih baik lagi di masa mendatang. Selain itu, tidak lupa rasa syukur dan banyak terimakasih atas dukungan moril dan materil yang penulis persembahkan kepada: 1.
Allah SWT. Dzat yang tidak pernah putus menganugerahkan kasih sayangNya kepada penulis. Dia yang senantiasa memberikan keberkahan, ujian, keajaiban, kemudahan, dan nikmat yang takkan pernah bisa dihitung besarnya. Terima kasih ya Allah telah menjadikan penulis sebagai pribadi yang tidak cepat puas, pribadi yang akan terus berusaha untuk mencapai impiannya. I believe that Allah is the best planner
2.
Orang tua dan keluarga, terima kasih kepada bapak dan ibuku yang tak pernah lelah memberikan dukungan kepada penulis seta adik-adikku, Masri, Lesti dan Sri yang telah sabar menjadi tempat berkeluh kesah.
3.
Seluruh dosen Politeknik Negeri Sriwijaya, khususnya Ir. Robert Junaidi, MT., selaku Kajur jurusan Teknik Kimia, Ir. Arizal Aswan, MT., selaku Ketua Program Studi Teknik Energi dan selaku dosen pembimbing pertama, dan Zurohaina, ST., MT., selaku dosen pembimbing kedua selama penulis menyusun tugas akhir ini, terima kasih telah memberikan masukan yang luar biasa bermanfaat bagi penulis hingga tugas akhir dapat terselesaikan dengan vi
baik dan tidak lupa penulis ucapkan terimakasih kepada bapak dan ibu dosen Teknik Energi lainnya yang telah mengajarkan berbagai teori, paradigma, dan konsep yang berkaitan dengan disiplin ilmu teknik energi. 4.
Seluruh sahabat di dalam hidup penulis: Didi, Deasy, Ndok yiz, Madam, Ninna, Toed, Uci, Nuph, Moey, Nyit, Shinte, Fitri, Yuk dep, Wawak, Cece, Tante dan Nyek. Terima kasih telah menjadi sahabat yang luar biasa, sahabat yang berbagi suka dan duka, sahabat yang mengajarkan banyak hal pada penulis, You guys are irreplaceable
5.
Terima kasih juga tidak kalah penting penulis ucapkan kepada grup bioetanol Nurul, Devi, Anjar dan Gustri. Terima kasih telah bersama-sama menanggung kegalauan, memberikan semangat ketika tak ada satupun yang dapat mengerti, bersabar ketika penulis terkadang bad mood karena stress masalah tugas akhir.
Tak lupa juga terima kasih
seluruh teman-teman
Teknik Energi angkatan 2010, dan semua pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung terlibat dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Sekian kata pengantar dari penulis, semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Semoga Tuhan memberikan balasan kebaikan kepada semua pihak yang telah membantu penulis. Akhir kata penulis mengharapkan semoga laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua.
vii
DAFTAR ISI
Halaman MOTTO ......................................................................................................... ABSTRAK ..................................................................................................... ABSTRACK .................................................................................................. KATA PENGANTAR ................................................................................... DAFTAR ISI .................................................................................................. DAFTAR GAMBAR .................................................................................... DAFTAR TABEL .......................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1.2 Tujuan .............................................................................................. 1.3 Manfaat ............................................................................................ 1.4 Rumusan Masalah ............................................................................
iii iv v vi viii x xi xii 1 2 3 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Baku Pembuatan Bioetanol (Bagas) ..................................... 2.2 Etanol ............................................................................................... 2.3 Parameter Mutu Bioetanol ............................................................... 2.4 Komponen Lignoselulosa ................................................................ 2.5 Pretreatment Alkali .......................................................................... 2.6 Proses Pembuatan Bioetanol ............................................................ 2.7 Hidrolisis Enzimatik ........................................................................ 2.8 Fermentasi Glukosa Menjadi Bioetanol ........................................... 2.9 Pemurnian Bioetanol dengan Destilasi ............................................ 2.10Potensi Produksi Bioetanol dari Bahan Berlignoselulosa ................
4 5 7 8 11 12 13 15 16 17
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .......................................................... 3.2 Bahan dan Alat ................................................................................. 3.3 Perlakuan dan Perancangan Percobaan ............................................ 3.4 Prosedur Percobaan ..........................................................................
20 20 21 22
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Kandungan Lignoselulosa . 4.2 Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Indeks Bias Bioetanol ......... 4.3 Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Volume Bioetanol ............... 4.4 Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Kadar Bioetanol .................. 4.5. Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Konsentrasi .........................
25 29 30 31 35
viii
BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 42 5.2 Saran ................................................................................................. 42
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 44
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Ampas Tebu ....................................................................................... 2. Etanol ................................................................................................. 3. Struktur Monomer Selulosa ............................................................... 4. Struktur Xilosa .................................................................................. 5. Struktur Lignin ................................................................................... 6. Pretreatment bahan berlignoselulosa.................................................. 7. Hidrolisis Selulosa dengan Enzim Selulase ....................................... 8. Struktur Kimia dan Degradasi dari Hemiselulosa .............................. 9. Roadmap Sektor Energi Bioetanol ..................................................... 10. Diagram Alir Pembuatan Bioetanol dari Bagas ................................. 11. Kadar lignin, selulosa dan hemiselulosa pada metode pretreatment 1 ........................................................................ 12. Kadar lignin, selulosa dan hemiselulosa pada metode pretreatment 2 ........................................................................ 13. Perbandingan kedua metode pretreatment ......................................... 14. Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap indeks bias bioetanol ... 15. Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap volume bioetanol ......... 16. Kurva Baku Etanol ............................................................................. 17. Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap % etanol berdasarkan kurva baku...................................................................... 18. Kurva pertumbuhan mikroba ............................................................. 19. Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap % etanol analisa GC .... 20. Perbandingan hasil analisa kadar etanol ............................................
x
4 6 8 10 11 12 14 15 19 25 28 29 31 32 34 45 36 37 39 41
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Komponen Penyusun Sabut Bagas..................................................... Senyawa Kimia dalam Bagas ............................................................. Sifat Fisik dan Kimia Etanol .............................................................. Parameter Uji Bioetanol sesuai SNI 7390:2008................................. Pengamatan Penelitian Pretreatment Alkali ....................................... Pengamatan Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Konsentrasi Etanol, Indeks Bias, Volume Etanol dan Kadar Etanol ..................... 7. Kandungan Lignoselulosa Bagas Sebelum Pretreatment................... 8. Kandungan Lignoselulosa Setelah Pretreatment Alkali 25oC, 3 hari ............................................................................. 9. Kandungan Lignoselulosa Setelah Pretreatment Alkali 80oC, 6 jam .............................................................................. 10. Persentase Penurunan Kadar Lignin, Peningkatan Kadar Selulosa dan Peningkatan Kadar Hemiselulosa Setelah Pretreatment ............. 11. Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Indeks Bias Bioetanol .......... 12. Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Volume Bioetanol yang Dihasilkan .................................................................................. 13. Indeks Bias Bioetanol yang Dihasilkan ............................................. 14. Hasil Analisa Kadar Etanol Dengan Alat GC .................................... 15. Data Pengamatan Analisa Kadar Lignoselulosa ................................ 16. Data Indeks Bias Kurva Baku Etanol................................................. 17. Data Analisa Indeks Bias Bioetanol Hasil Fermentasi ...................... 18. Data Volume Bioetanol yang Dihasilkan ...........................................
xi
5 5 6 8 21 22 25 26 27 29 32 33 35 38 47 47 47 47
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran
Halaman
I. Data ...................................................................................................... II. Perhitungan .......................................................................................... III. Gambar ................................................................................................ IV. Prosedur Analisa ................................................................................. IV. Surat-Surat ..........................................................................................
xii
47 48 52 55 57
