PEMBUATAN BIOETANOL BERBAHAN BAKU KAYU KARET TIDAK PRODUKTIF DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM

PEMBUATAN BIOETANOL BERBAHAN BAKU KAYU KARET TIDAK PRODUKTIF DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM Citra Permata Sari, Apri Mujiyanti, M. Faizal* Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662 Email: [email protected]

Abstrak Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dan sterbarukan. Komponen utama pada limbah pertanian dan industri yang digunakan untuk produksi bioetanol adalah lignoselulosa yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin. Kayu karet yang tidak produktif (KKTP) dapat diolah menjadi bioetanol. Etanol dibuat dengan proses hidrolisis asam dan fermentasi dengan bantuan Saccharomyces Cereviciae. Penelitian ini bertujuan mempelajari pemanfaatan KKTP untuk dibuat menjadi etanol. Penelitian dilakukan dengan penyiapan KKTP, selanjutnya KKTP didelignifikasi dengan menggunakan larutan natrium hidroksida (NaOH) dan dihidrolisis menggunakan asam sulfat (H2SO4)encer dengan variasi konsentrasi (2%,3%,4%, dan 5%) kemudian difermentasi dengan variasi waktu (3 hari, 5 hari, 7 hari, 9 hari, dan 12 hari). Etanol akan dihasilkan setelah dipisahkan dengan menggunakan proses destilasi.Kemudian analisa kadar glukosa dan kadar etanol menggunakan alat kromatografi gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa etanol tertinggi terkandung pada sampel 8 sebesar 4,60%. Sampel 8 dihasilkan dari fermentasi 7 hari dan konsentrasi asam 3%. Kata kunci: alkohol, kayu karet yang tidak produktif (KKTP), lignoselulosa, kromatografi gas

Abstract Bioethanol is one of biofuel that is present as an alternative fuel that is environmentally friendly and renewable. The main component in those waste materials is lignocelluloses that contained cellulose, hemicelluloses and lignin. Unproductive rubber wood (URW) can made to be bioethanol. Ethanol obtained by fermentation with Saccharomyces Cereviciae. This research aims to study the utilization URW to be made into ethanol. the study was conducted with the preparation of URW, then URW delignificated by using solution of sodium hydroxide (NaOH) and hydrolyzed using sulfuric acid (H2SO4) diluted by varying the concentration (2%,3%,4%, and 5%) and fermented with a variety of time (3 days, 5 days, 7 days, 9 days, and 12 days). The analysis of glucose and ethanol levels using gas chromatography. The result is the highest ethanol contained 4.60 % in the sample 8. The 8th samples are produced from fermentation of 7 days with 3% acid concentration. Keywords: alcohol, unproductive rubber wood, lignocelluloses, gas chromatography

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

Page 9

1.

PENDAHULUAN

Bioetanol dapat dibuat dengan memanfaatkan kayu karet tua. kayu karet tua merupakan biomassa yang kandungan lignoselulosa tinggi dimana lignoselulosa mengandung komponen penyusun utama, yaitu holoselulosa 67,38% selulosa 43,98 % dan aselulosa 37,71 % serta lignin 20,68% berat, dimana lebih rendah dibandingkan kayu yang umumnya digunakan untuk bahan baku pulp(kertas) yaitu 26,72% dan ekstraktifnya 4,58%. Selain itu juga, potensi kayu karet yang sudah tua cukup besar, dengan perkiraan umur ekonomis pohon karet sekitar 30 tahun,maka luas area peremajaan atau tanaman karet yang tua harus dibongkar sebanyak 120.000 ha(BPS,1996). Apabila jumlah pohon karet setiap hektar 500 pohon, bila perkiraan berat 1 batang kayu karet adalah 1 ton, maka ketersediaan kayu karet tua sebanyak 60.000.000 ton kayu karet pertahun. (Darmadji dan Suharsi, 1998). Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan. Bioetanol dapat dibuat dari biomassa yang mengandung gula, pati atau selulosa yang telah diproses menjadi glukosa. Etanol atau Etil Alcohol (lebih dikenal dengan alkohol, dengan rumus kimia C2H5OH) adalah cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah menguap, mudah terbakar, larut dalam air, tidak karsinogenik dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan dampak lingkungan yang signifikan. Bahan baku yang dapat dibuat bioetanol diantaranya: 1. Bahan yang mengandung glukosa Bahan ini ada pada tetes tebu / molasse, nira aren, nira kelapa, nira tebu, sari buah-buahan dan lain-lain. 2. Bahan yang mengandung pati / karbohidrat Bahan ini terdapat pada umbi-umbian seperti sagu, singkong, ketela, gaplek, ubi jalar, talas, ganyong, jagung dan lain-lain. 3. Bahan yang mengandung selulosa Selulosa terdapat dalam serat seperti serat kayu, serat tandan kosong kelapa sawit, serat pisang, serat nanas, ampas tebu dan lain-lain . (Darmadji dan suharsi, 1998). Etanol atau etil alkohol C2H5OH, merupakan cairan yang tidak berwarna, larut dalam air, eter, aseton, benzene, dan semua pelarut organik, serta memiliki bau khas alkohol. Sifat-sifat kimia dan fisis ethanol sangat

Page 10

tergantung pada gugus hidroksil. Pada tekanan > 0,114 bar (11,5 kPa) ethanol dan air dapat membentuk larutan azeotrop (larutan yang mendidih seperti campuran murni, komposisi uap dan cairan sama). Salah satu pembuatan ethanol yang paling terkenal adalah fermentasi. Bahan mentahnya adalah karbohidrat yang langsung dapat difermentasi. Ragi yang sering digunakan dalam industri fermentasi ethanol adalah Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum. Dengan reaksi : C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2CO2 ……………..(1) (Fessenden dan Fessenden, 1986). Tabel 1. Sifat Fisika dan Kimia Etanol Properties Nilai Berat molekul, gr/mol 46,1 Titik beku, oC -114,1 Titik didih normal, oC 78,32 Densitas, g/ml 0,7983 Viskositas pada 20oC, 1,17 mPa.s (Cp) Panas penguapan 839,31 normal, J/gr Panas pembakaran 29676,6 pada 25oC, J/gr Panas jenis pada 25oC, 2,42 J (gr. oC) Nilai oktan 106 – 111 Wujud pada suhu Cair kamar Dicampur dengan Bereaksi Natrium Kelarutan dalam air Larut sempurna Dapat terbakar Ya Sumber : Kirk- Orthmer, Enncyclopedia of Chemical Technology, vol 9, 1967 Kayu Karet, dan oleh dunia internasional disebut Rubber wood pada awalnya hanya tumbuh di daerah Amzon, Brazil. Kemudian pada akhir abad 18 mulai dilakukan penanaman di daerah India namun tidak berhasil. Lalu dibawa hingga ke Singapura dan negara-negara Asia Tenggara lainnya termasuk tanah Jawa. Pohon karet dibudidayakan dengan tujuan utamanya untuk diambil getahnya sebagai bahan utama karet, hingga sekarang. Pohon karet termasuk subdivisi angiospremae(tumbuhan biji tertutup). Oleh karena itu kayu dari pohon karet termasuk kedalam termasuk kayu keras yang memiliki sifat- sifat kimia dan fisika kayu keras. (Sun dan Cheng, 2002).

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

Tabel 2. Taksonomi botani kayu karet Tingkat takson Nama latin Divisi Spermatophyta Sub divisi Angiospermae Kelas Dicotyledonae Keluarga Euphorbiaceae Genus Hevea Spesies Hevea brasiliensis Komposisi kimia yang penting pada kayu karet adalah holoselulosa, lignin, dan ekstraktif. Hasil penelitian Boerhendhy et al menunjukkan bahwa kadar holoselulosa 67.38%, kadar lignin 20.68%, rendah dibandingkan dengan kayu yang umum digunakan untuk bahan baku pulp (bubur kertas), yaitu sebesar 26.72%, dan kadar ekstraktif 4,58%. (www.tentangkayu.com/kayu karet.) Proses yang dilakukan pada penelitian pembuatan bietanol ini yaitu pretreatment lignolesulosa, hidrolisis asam, fermentasi alcohol dan destilasi.

2.

METODOLOGI

Penelitian dilakukan dengan memotong limbah kayu karet lalu dikeringkan di panas matahari dan oven. Menggiling / menghaluskan limbah kayu karet sampai ukuran tertentu. Lalu menimbang 30 gram kayu karet tua, memasukkan kedalam erlemeyer 500 ml bersama dengan 125 ml NaOH 4% dan menutup rapat erlenmeyer dengan gabus kemudian dipanaskan dalam autoclave pada suhu 121 oC selama 60 menit. Lalu campuran didinginkan pada suhu kamar dan memisahkan fase airnya sehingga tersisa fase seluligninnya. Selanjutnya dilakukan proses hidrolisis dengan menambahkan solven sebanyak 120 ml H2SO4 per sampelnya. Kemudian campuran tersebut dimasukkan ke dalam autoclave pada suhu 121oC selama 30 menit sampai berbentuk bubur. Setelah itu campuran didinginkan pada suhu kamar. Proses yang berukutnya yaitu proses fermentasi yang menggunakan 2,5 gram ragi roti (Yaest Saccaromyces Cerevisiae) per sampel. pH larutan dijaga antara 4-5. Setelah itu menghubungkan erlemeyer 500 ml yang berisi bubur kayu karet tersebut dengan selang karet dan ujung selang dimasukkan kedalam air agar tidak terjadi kontak langsung dengan udara. Selanjutnya larutan campuran alcohol – air dimasukkan ke dalam labu destilasi kemudian pasang labu tersebut pada alat destilasi dengan temperature 78-800C. Proses destilasi dilakukan

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

selama 1 – 1,5 jam sampai etanol tidak menetes lagi. Data percobaan yang diukur adalah kadar etanol yang dihasilkan, kadar glukosa setelah fermentasi, dan persen yield etanol. Kadar etanol diukur dengan menggunakan alat gas cromatrografi. Dengan menggunakan parameter lama waktu fermentasi dan konsentrasi pelarut pada saat proses hidrolis. Larutan natrium hidroksida (NaOH) 4 % digunakan untuk menghilangkan lignin yang terkandung di dalam kayu karet dan larutan asam sulfat(H2SO4) digunakan untuk memecahkan monomer- monomer gula yang terdapat dalam larutan.( Jenni Rismijana, dkk.2002)

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian kandungan bioetanol Pada Kayu Karet yang Tidak Produktif (KKTP) dengan variasi konsentrasi asam sulfat dan waktu fermentasi. Mendapatkan hasil etanol yang berbeda-beda setiap konsentrasi pelarut dan lama wktu fermentasi, berikut dibahas pengaruh waktu fermentasi terhadap volume etanol, persen yield etanol, densitas hasil destilasi, kadar glukosa setelah fermentasi pada berbagai konsentrasi asam. 3.1. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap volume etanol (ml) pada berbagai variasi konsentrasi asam. Dalam penelitian ini, konsentrasi asam divariasikan 2%, 3%, 4%, daan 5%.. Sedangkan, waktu fermentasi divariasikan 3 hari, 5 hari, 7 hari, 9 hari dan 12 hari. Dari grafik dapat dilihat pengaruhnya, semakin lama waktu fermentasi maka semakin banyak volume yang dihasilkan. Akan tetapi pada waktu fermentasi 9 dan 12 hari mengalami penurunan. Begitu juga yang terjadi pada persen yield-nya.

Gambar 1. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap volume etanol (ml) pada berbagai variasi konsentrasi asam

Page 11

3.2. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap yield etanol (%) pada berbagai variasi konsentrasi asam

Gambar 2. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap Yield etanol (%) pada berbagai variasi konsentrasi asam Dari gambar 1 dan 2 tersebut dapat dilihat bahwa volume dan yield terbesar adalah pada saat konsentrasi asam 3% dengan waktu fermentasi 7 hari. Sedangkan volume dan yield terkecil adalah pada saat konsentrasi asam 5 % dengan waktu fermentasi 12 hari. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi asam yang digunakan maka akan semakin besar volume dan yield etanol tersebut. Dari 4 variasi konsentrasi asam, ternyata pada konsentrasi asam 3%, volume dan yield etanolnya lebih tinggi daripada konsentrasi 2%. Hal ini disebabkan karena tidak homogennya reaksi sintesa etanol, baik ketika proses delignifikasi, hidrolisis maupun fermentasi. Penyebab lain bisa juga dikarenakan kesalahan prosedur penelitian dan tidak sterilnya alat yang digunakan.

3.3. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap densitas etanol hasil destilasi (gr/m) pada berbagai variasi konsentrasi asam Pada gambar 3 di bawah ini dapat diketahui bahwa semakin lama waktu fermentasi maka densitas etanol yang dihasilkan semakin menurun, tetapi pada waktu fermentasi ke tujuh hari densitas etanol kembali meningkat hal ini disebabkan karena sudah mencapai waktu optimum.

Page 12

Gambar 3. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap densitas etanol hasil destilasi (gr/m) pada berbagai variasi konsentrasi asam

3.4. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap kadar glukosa (%v/v) pada berbagai variasi konsentrasi asam

Gambar 4. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap kadar glukosa (%v/v) pada berbagai variasi konsentrasi asam. Pada dosis asam sulfat yang semakin pekat, maka akan semakin memicu terbetuknya inhibitor yang bersifat racun. Glukosa akan terdegdradasi membentuk hydroxymethylfurfural dan bereaksi lebih lanjut membentuk asam fosmiat. Sedangkan akibat dari degdradasi lignin akan terbentuk senyawa-senyawa fenol (Palmqvit and Hahn-Hagerdal., 2000). Sehingga kadar etanol yang paling tinggi terbentuk pada saat konsentrasi asam sulfat yang paling encer karena sedikit mengandung senyawa-senyawa inhibitor seperi asam formiat dan phenol monomer.

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

Dari gambar 4. terlihat dari hari ketiga fermentasi sampai hari ketujuh fermentasi kadar glukosa yang dihasilkan semakin menurun dan mulai dari hari kesembilan sampai dengan hari keduabelas kadar glukosa yang dihasilkan semakin meningkat. Berdasarkan penelitian sebelumnya kadar alkohol atau etanol yang terbentuk dipengaruhi oleh kadar glukosa yang terbentuk setelah fermentasi. Jika kadar glukosa yang terbentuk setelah fermentasi sedikit maka dapat dikatakan kadar etanol semakin besar. alkohol atau etanol yang dihasilkan semakin besar. Begitu juga sebaliknya, semakin besar kadar glukosa yang terbentuk setelah fermentasi maka akan semakin kecil kadar alkohol atau etanol yang akan dihasilkan. Akan tetapi setelah hari kesembilan, kadar glukosa setelah fermentasi pada masing-masing sampel akan mengalami kenaikan, yang berarti penurunan kadar alkohol atau etanol yang terbentuk. Hal ini disebabkan karena proses fermentasi telah mencapai optimum pada waktu 7 hari., kadar etanol akan mengalami penurunan setelah melewati waktu optimumnya. Untuk data kualitatif produk yaitu uji kadar etanol, dilakukan uji analisa kadar etanol menggunakan alat kromatografi gas. Dengan alasan keterbatasan biaya analisa maka hanya 5 sampel saja yang dianalisa kadar etanol. Yaitu sampel 3, sampel 8, sampel 13 sampel 18 dan sampel 20. Empat sampel dipilih berdasarkan pada jumlah volume produk akhir yang tertinggi dan satu sampel lainnya merupakan sampel dengan volume yang terendah.

Tabel 3 Kadar Etanol Hasil Analisa Kromatografi Gas

Analisa kadar etanol diuji menggunakan alat kromatografi gas jenis kolom carbowix 1500. Pada uji analisa pada 5 sampel tersebut, etanol tertinggi terkandung pada sampel 8 sebesar 4,5911%. Sampel 8 dihasilkan dari hasil fermentasi 7 hari dan konsentrasi asam 3%.

4.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa Konsentrasi pelarut mempengaruhi volume dan kadar etanol yang dihasilkan dan lama waktu fermentasi juga mempengaruhi volume dan kadar etanol yang dihasilkan serta kondisi optimum untuk menghasilkan etanol berbahan baku kayu karet yang tidak produktif yaitu pada konsentrasi pelarut 3% dan lama waktu fermentasi 7 hari yaitu sebesar 4,60 %.

DAFTAR PUSTAKA Hambali, Erliza. dkk., 2008. Teknologi Bioenergi. Jakarta : Agromedia Pustaka. Kumar, P., Barrett, D.M., Delwiche, M.J., and Stroeve, P. 2009. Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production, Ind. Eng. Chem. Res., 48(8), 3713-3729. Anonym. 2009. Bioetanol Sebagai Energi Alternatif Yang Kompetitif. Online di http://skadrongautama.blogspot.com. Diakses 20 November 2011 Anonym. 2009. Kayu karet(Hevea brasiliensis). Online di http://www.tentangkayu.com. Diakses pada tanggal 23 November 2011. Isroi. 2008. Produksi Bioetanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Hidrolisis Asam. Diakses pada 9 November 2011 dari http://www. isroi.wordpress.com Daftar rendemen kayu olahan. Online di http://www.departemenkehutanan.go.id. Diakses pada 21 februari 2012

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 18, Desember 2012

Page 13