Estimasi Teoretis Perolehan Bioetanol dari Hidrolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKS) Menggunakan Asam Encer
ESTIMASI TEORETIS PEROLEHAN BIOETANOL
DARI HIDROLISIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKS)
MENGGUNAKAN ASAM ENCER1
Maya Sarah2, Erni Misran2, Siti Syamsiah3, Ria Millati4
Email: mayasharid@yahoo.com
Abstract
As one of the biggest producer of palm oil in the world, Indonesia should consider the impact of
Palm Oil Mill (POM) activity to the environment. Palm Oil’s Empty Fruit Bunch (PEFB) is solid waste that
is disposed by POM while producing CPO. PEFB’s compound consist of cellulose (45.95%), hemicellulose
(22.84%), lignins (16.49%), ash (1.23%), nitrogen (0.53%) and oil (2.41%). Those cellulose fraction shows
the potency of PEFB as non food raw material of bioethanol production. Bioethanol from PEFB was
produce through two stage hydrolysis process utilizing sulfuric acid with concentration of 0.5%, each
processes occurs at 160oC and 190oC. Those hydrolysis followed by fermentation of glucose using yeast
Saccharomyces cereviciae to produce bioethanol.From theoretical estimation, it is expected that 1 g glucose
will produce 0.51 g bioethanol. Meanwhile, laboratory experiment informed different performance.
Fermentation of hydrolysate from both proceess for 24 hour produced higher bioethanol yield compare with
theoretical estimation. Bioethanol produced from fermentation of each hydrolysate was quite the same of
concentration and ethanol yield. Bioethanol concentration of each fermentation was 25 g/l with ethanol yield
of 0.15 g/g PEFB or for over all process, 1 kg PEFB will yield of 300 g bioethanol respectively. It is very
promising in the future to overcome the problem of energy crisis in Indonesia since palm oil tree as
renewable natural resources are available from many plantation.
Keywords: Palm Oil Mill, Palm Oil’s Empty Fruit Bunch, cellulose, hemicellulose, lignins, glucose,
hydrolysis, fermentation
PENDAHULUAN 1
Krisis bahan bakar minyak pada tahun 70an, cukup memberikan kejutan bagi negara-negara
industri.2 Akibatnya, Negara-negara industri
berlomba untuk mengembangkan sumber energi
alternative seperti energi matahari, dan energi yang
bersumber dari biomassa. Etanol adalah salah satu di
antaranya yang dapat digunakan sebagai sumber
energi dari konversi biomassa seperti biji-bijian,
umbi akar, molase, maupun sari buah. Dalam
beberapa tahun ini kebutuhan akan etanol
meningkat.3Etanol banyak digunakan sebagai
pelarut,4 antiseptik, bahan- bahan untuk sterilisasi,
bahan bakar maupun untuk tujuan lainnya (Stewart,
et. Al., 1984).
Salah satu sumber lignosellulosa yang
terdapat dalam jumlah yang berlimpah dan murah
harganya di Indonesia adalah limbah padat dari
industri kelapa sawit dimana Indonesia merupakan
1
Penelitian ini didanai oleh DP2M DIKTI melalui Hibah Pekerti
Teknik Kimia USU
3
Teknik Kimia UGM
4
Teknologi Pengolahan Hasil Pertanian, UGM
2
produsen minyak sawit terbesar kedua dunia pada
tahun 2003 dengan total produksi sebesar 10,5 juta
ton (Ditjenbun, 2004). Limbah padat dari
perkebunan kelapa sawit terdiri dari tandan kosong
kelapa sawit (TKS), serat, cangkang, batang pohon
dan pelepah daun.
Salah satu jenis limbah pabrik kelapa sawit
yang sangat potensial untuk dijadikan sebagai bahan
baku pembuatan bioetanol adalah TKS. TKS
merupakan limbah padat yang dihasilkan dari proses
pengolahan tandan buah segar (TBS) dengan jumlah
22-23% TBS (Darnoko, 1992). Pada tahun 1994
jumlah TKS yang dihasilkan sebanyak 12,4 juta ton
(Republic on-line, 2006) dengan asumsi bahwa 1 Ha
kebun menghasilkan 20 ton TBS. Menurut Darnoko
(Darnoko, 1993 dalam Haryati, dkk, 2003), TKS
mengandung
45,95%
selulosa,
22,84%
hemiselulosa, 16,49% lignin, 1,23% abu, 0,53%
nitrogen, dan 2,41% minyak. Sedangkan bila
ditinjau dari segi unsur penyusunnya, maka
komposisi TKS terdiri dari 42,8% C, 2,9% K2O,
0,8% N, 0,22% P2O5, 0,3% MgO, 10 ppm B, 23 ppm
Cu dan 51 ppm Zn (Singh, 1989).
47
Universitas Sumatera Utara
Maya Sarah, Erni Misran, Siti Syamsiah, dan Ria Millati
JURNAL PENELITIAN REKAYASA
Volume 1, Nomor 2 Desember 2008
BAHAN DAN METODE
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bahan:
1. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKS)
2. Mikroorganisme (biakan murni S. Cerevisiae)
3. Bahan kimia (H2SO4 0,5%, NaOH, Glukosa
monohidrat, K. Na tartrate, DNS, yeast ekstrak,
MgSO4.7H2O, fehling A, fehling B, etanol,
KCO3)
Secara teoretis, 1 g glukosa akan
menghasilkan 0,51 g etanol bila gula difermentasi
menjadi etanol (Ega, L 2008) sesuai dengan
persamaan reaksi berikut.
Metode:
Serbuk tandan kosong kelapa sawit (TKS)
dihdrolisis dengan menggunakan H2SO4 0,5%
dengan perbandingan 1: 6 (b/v). Hidrolisis dilakukan
2 tahap. Pada tahap I hidrolisis pada suhu 160oC
selama 10, sedangkan hidrolisis tahap II dilakukan
pada suhu 190oC selama 5 menit. Filtrat dari tiaptiap tahap hidrolisis dianalisa kadar gula reduksinya.
Filtrat yang diperoleh difermentasi dengan
menggunakan biakan murni S. cerevisiae. Media
fermentasi diformulasikan dengan komposisi media:
filtrat TKS, MgSO4 0,1%(b/v) dan yeast ekstrak
1%(b/v). Pengaturan pH 5 dilakukan menggunakan
NaOH 50%. Fermentasi berlangsung pada suhu
kamar selama 72 jam dan dilakukan pengamatan
terhadap etanol yang terproduksi, glukosa yang
tereduksi, biomassa, dan pH. Jumlah etanol yang
dapat diproduksi dari TKS akan diestimasi
sebelumnya menggunakan theoretical ethanol yield.
Hasil estimasi ini kemudian diverifikasi dengan hasil
penelitian yang dilakukan pada skala laboratorium.
C6H12O6 Æ 2C2H5OH + 2CO2 + Energi
Tetapi pada kenyataannya jumlah etanol
yang dihasilkan dari glukosa secara teoretis berbeda
dengan etanol yang diperoleh dari eksperimen
seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2. Dalam
fermentasi gula hasil hidrolisis tahap I dan tahap II
terlihat bahwa etanol yang dihasilkan secara
eksperimen jauh lebih banyak daripada etanol yang
diperkirakan terproduksi secara teoretis. Hal ini
kemungkinan disebabkan oleh keberadaan gula-gula
lain selain glukosa yang terkonversi secara simultan
menjadi etanol juga seperti yang diperlihatkan dalam
Gambar 3.
(a)
(b)
Gambar 1. Autoclave untuk Proses Hidrolisis
Gambar 2. Perbandingan Perolehan Etanol Secara
Teoretis dan Eksperimen: (a) Hidrolisis I,
(b) Hidrolisis II
48
Universitas Sumatera Utara
Maya Sarah, Erni Misran, Siti Syamsiah, dan Ria Millati
JURNAL PENELITIAN REKAYASA
Volume 1, Nomor 2 Desember 2008
(a)
(a)
(b)
Gambar 3. Glukosa Tereduksi dan Etanol Terproduksi
yang Diperoleh: (a) Hidrolisis I, (b)
Hidrolisis II
Bila ditinjau dari tingkat pertumbuhan
biomassa yang ada, terlihat bahwa pertumbuhan
biomassa cukup tinggi. Berdasarkan eksperimen,
profil pertumbuhan biomassa dan etanol yang
terproduksi dari fermentasi hidrolisat I mendukung
hipotesa adanya aktivitas fermentasi jenis gula lain
selain glukosa oleh khamir S. Cerevisiae seperti
yang disajikan pada Gambar 4. Meskipun demikian
dari grafik tersebut, untuk fermentasi hidrolisat II,
terjadi penurunan biomassa setelah 20 jam
fermentasi.
Berdasarkan hasil eksperimen, secara
keseluruhan yield dari kedua proses fermentasi
menunjukkan profil yang sama, dimana nilai yield
tertinggi tercapai setelah fermentasi 24 jam yaitu
sebesar 15% seperti yang diperlihatkan pada gambar
berikut. Oleh karena itu TKS memiliki potensi yang
cukup menjanjikan untuk dijadikan sebagai bahan
baku pembuatan bioetanol.
(b)
Gambar 4. Profil Pertumbuhan Biomassa dan Etanol
Terproduksi: (a) Hidrolisis I, (b)
Hidrolisis II
Gambar 5. Perbandingan
Yield
Etanol
Hasil
Eksperimen: (a) Hidrolisis I, (b) Hidrolisis
II
49
Universitas Sumatera Utara
Maya Sarah, Erni Misran, Siti Syamsiah, dan Ria Millati
JURNAL PENELITIAN REKAYASA
Volume 1, Nomor 2 Desember 2008
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
Jumlah etanol yang diperoleh dari
fermentasi hidrolisat tahap I dan II lebih tinggi dari
estimasi teoretis. Fermentasi hidrolisat tahap I
menghasilkan etanol sebanyak 25 g/l dengan yield
etanol 0,15 g/g TKS, sementara fermentasi dengan
hidrolisat tahap II menghasilkan etanol sebesar 25,2
g/l dengan yield etanol 0,151 g/g TKS, masingmasing untuk fermentasi selama 24 jam.
Berdasarkan
penelitian
diketahui
bahwa
pemanfaatan 1 kg TKS akan menghasilkan 150 g
bioetanol. Jumlah ini cukup menjanjikan mengingat
jumlah TKS sangat berlimpah di Indonesia.
Darnoko, 1992, Potensi Pemanfaatan Limbah
Lignoselulosa
Kelapa
Sawit
Melalui
Biokonversi, Berita Pen. Perkeb. 2. Hal: 85-97
Darnoko, Z. Poeloengan dan I. Anas, 1993,
Pembuatan Pupuk Organik Dari Tandan
Kosong Kelapa Sawit, Buletin PPKS 1 (1)
Ditjen Perkebunan, 2004, Prospek Perkebunan dan
Industri Minyak Kelapa Sawit di Indonesia,
PT. Bisinfocus Data Pratama
Stewart, G.G., C.J. Panchal, I. Russel, dan A.M.
Sills, 1984, Biology Of Ethanol Production
Microorganisme. CRC Critical Review In
Biotechnology, I, 161-187
Paturau, J.M., 1969, By Product of The Cane Sugar
Industri. Elsevier Publ., Co., New York.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penghargaan dan ucapan terima kasih
sebesar-besarnya kami sampaikan kepada DIKTI
yang telah mendanai penelitian ini.
50
Universitas Sumatera Utara
DARI HIDROLISIS TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKS)
MENGGUNAKAN ASAM ENCER1
Maya Sarah2, Erni Misran2, Siti Syamsiah3, Ria Millati4
Email: mayasharid@yahoo.com
Abstract
As one of the biggest producer of palm oil in the world, Indonesia should consider the impact of
Palm Oil Mill (POM) activity to the environment. Palm Oil’s Empty Fruit Bunch (PEFB) is solid waste that
is disposed by POM while producing CPO. PEFB’s compound consist of cellulose (45.95%), hemicellulose
(22.84%), lignins (16.49%), ash (1.23%), nitrogen (0.53%) and oil (2.41%). Those cellulose fraction shows
the potency of PEFB as non food raw material of bioethanol production. Bioethanol from PEFB was
produce through two stage hydrolysis process utilizing sulfuric acid with concentration of 0.5%, each
processes occurs at 160oC and 190oC. Those hydrolysis followed by fermentation of glucose using yeast
Saccharomyces cereviciae to produce bioethanol.From theoretical estimation, it is expected that 1 g glucose
will produce 0.51 g bioethanol. Meanwhile, laboratory experiment informed different performance.
Fermentation of hydrolysate from both proceess for 24 hour produced higher bioethanol yield compare with
theoretical estimation. Bioethanol produced from fermentation of each hydrolysate was quite the same of
concentration and ethanol yield. Bioethanol concentration of each fermentation was 25 g/l with ethanol yield
of 0.15 g/g PEFB or for over all process, 1 kg PEFB will yield of 300 g bioethanol respectively. It is very
promising in the future to overcome the problem of energy crisis in Indonesia since palm oil tree as
renewable natural resources are available from many plantation.
Keywords: Palm Oil Mill, Palm Oil’s Empty Fruit Bunch, cellulose, hemicellulose, lignins, glucose,
hydrolysis, fermentation
PENDAHULUAN 1
Krisis bahan bakar minyak pada tahun 70an, cukup memberikan kejutan bagi negara-negara
industri.2 Akibatnya, Negara-negara industri
berlomba untuk mengembangkan sumber energi
alternative seperti energi matahari, dan energi yang
bersumber dari biomassa. Etanol adalah salah satu di
antaranya yang dapat digunakan sebagai sumber
energi dari konversi biomassa seperti biji-bijian,
umbi akar, molase, maupun sari buah. Dalam
beberapa tahun ini kebutuhan akan etanol
meningkat.3Etanol banyak digunakan sebagai
pelarut,4 antiseptik, bahan- bahan untuk sterilisasi,
bahan bakar maupun untuk tujuan lainnya (Stewart,
et. Al., 1984).
Salah satu sumber lignosellulosa yang
terdapat dalam jumlah yang berlimpah dan murah
harganya di Indonesia adalah limbah padat dari
industri kelapa sawit dimana Indonesia merupakan
1
Penelitian ini didanai oleh DP2M DIKTI melalui Hibah Pekerti
Teknik Kimia USU
3
Teknik Kimia UGM
4
Teknologi Pengolahan Hasil Pertanian, UGM
2
produsen minyak sawit terbesar kedua dunia pada
tahun 2003 dengan total produksi sebesar 10,5 juta
ton (Ditjenbun, 2004). Limbah padat dari
perkebunan kelapa sawit terdiri dari tandan kosong
kelapa sawit (TKS), serat, cangkang, batang pohon
dan pelepah daun.
Salah satu jenis limbah pabrik kelapa sawit
yang sangat potensial untuk dijadikan sebagai bahan
baku pembuatan bioetanol adalah TKS. TKS
merupakan limbah padat yang dihasilkan dari proses
pengolahan tandan buah segar (TBS) dengan jumlah
22-23% TBS (Darnoko, 1992). Pada tahun 1994
jumlah TKS yang dihasilkan sebanyak 12,4 juta ton
(Republic on-line, 2006) dengan asumsi bahwa 1 Ha
kebun menghasilkan 20 ton TBS. Menurut Darnoko
(Darnoko, 1993 dalam Haryati, dkk, 2003), TKS
mengandung
45,95%
selulosa,
22,84%
hemiselulosa, 16,49% lignin, 1,23% abu, 0,53%
nitrogen, dan 2,41% minyak. Sedangkan bila
ditinjau dari segi unsur penyusunnya, maka
komposisi TKS terdiri dari 42,8% C, 2,9% K2O,
0,8% N, 0,22% P2O5, 0,3% MgO, 10 ppm B, 23 ppm
Cu dan 51 ppm Zn (Singh, 1989).
47
Universitas Sumatera Utara
Maya Sarah, Erni Misran, Siti Syamsiah, dan Ria Millati
JURNAL PENELITIAN REKAYASA
Volume 1, Nomor 2 Desember 2008
BAHAN DAN METODE
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bahan:
1. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKS)
2. Mikroorganisme (biakan murni S. Cerevisiae)
3. Bahan kimia (H2SO4 0,5%, NaOH, Glukosa
monohidrat, K. Na tartrate, DNS, yeast ekstrak,
MgSO4.7H2O, fehling A, fehling B, etanol,
KCO3)
Secara teoretis, 1 g glukosa akan
menghasilkan 0,51 g etanol bila gula difermentasi
menjadi etanol (Ega, L 2008) sesuai dengan
persamaan reaksi berikut.
Metode:
Serbuk tandan kosong kelapa sawit (TKS)
dihdrolisis dengan menggunakan H2SO4 0,5%
dengan perbandingan 1: 6 (b/v). Hidrolisis dilakukan
2 tahap. Pada tahap I hidrolisis pada suhu 160oC
selama 10, sedangkan hidrolisis tahap II dilakukan
pada suhu 190oC selama 5 menit. Filtrat dari tiaptiap tahap hidrolisis dianalisa kadar gula reduksinya.
Filtrat yang diperoleh difermentasi dengan
menggunakan biakan murni S. cerevisiae. Media
fermentasi diformulasikan dengan komposisi media:
filtrat TKS, MgSO4 0,1%(b/v) dan yeast ekstrak
1%(b/v). Pengaturan pH 5 dilakukan menggunakan
NaOH 50%. Fermentasi berlangsung pada suhu
kamar selama 72 jam dan dilakukan pengamatan
terhadap etanol yang terproduksi, glukosa yang
tereduksi, biomassa, dan pH. Jumlah etanol yang
dapat diproduksi dari TKS akan diestimasi
sebelumnya menggunakan theoretical ethanol yield.
Hasil estimasi ini kemudian diverifikasi dengan hasil
penelitian yang dilakukan pada skala laboratorium.
C6H12O6 Æ 2C2H5OH + 2CO2 + Energi
Tetapi pada kenyataannya jumlah etanol
yang dihasilkan dari glukosa secara teoretis berbeda
dengan etanol yang diperoleh dari eksperimen
seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2. Dalam
fermentasi gula hasil hidrolisis tahap I dan tahap II
terlihat bahwa etanol yang dihasilkan secara
eksperimen jauh lebih banyak daripada etanol yang
diperkirakan terproduksi secara teoretis. Hal ini
kemungkinan disebabkan oleh keberadaan gula-gula
lain selain glukosa yang terkonversi secara simultan
menjadi etanol juga seperti yang diperlihatkan dalam
Gambar 3.
(a)
(b)
Gambar 1. Autoclave untuk Proses Hidrolisis
Gambar 2. Perbandingan Perolehan Etanol Secara
Teoretis dan Eksperimen: (a) Hidrolisis I,
(b) Hidrolisis II
48
Universitas Sumatera Utara
Maya Sarah, Erni Misran, Siti Syamsiah, dan Ria Millati
JURNAL PENELITIAN REKAYASA
Volume 1, Nomor 2 Desember 2008
(a)
(a)
(b)
Gambar 3. Glukosa Tereduksi dan Etanol Terproduksi
yang Diperoleh: (a) Hidrolisis I, (b)
Hidrolisis II
Bila ditinjau dari tingkat pertumbuhan
biomassa yang ada, terlihat bahwa pertumbuhan
biomassa cukup tinggi. Berdasarkan eksperimen,
profil pertumbuhan biomassa dan etanol yang
terproduksi dari fermentasi hidrolisat I mendukung
hipotesa adanya aktivitas fermentasi jenis gula lain
selain glukosa oleh khamir S. Cerevisiae seperti
yang disajikan pada Gambar 4. Meskipun demikian
dari grafik tersebut, untuk fermentasi hidrolisat II,
terjadi penurunan biomassa setelah 20 jam
fermentasi.
Berdasarkan hasil eksperimen, secara
keseluruhan yield dari kedua proses fermentasi
menunjukkan profil yang sama, dimana nilai yield
tertinggi tercapai setelah fermentasi 24 jam yaitu
sebesar 15% seperti yang diperlihatkan pada gambar
berikut. Oleh karena itu TKS memiliki potensi yang
cukup menjanjikan untuk dijadikan sebagai bahan
baku pembuatan bioetanol.
(b)
Gambar 4. Profil Pertumbuhan Biomassa dan Etanol
Terproduksi: (a) Hidrolisis I, (b)
Hidrolisis II
Gambar 5. Perbandingan
Yield
Etanol
Hasil
Eksperimen: (a) Hidrolisis I, (b) Hidrolisis
II
49
Universitas Sumatera Utara
Maya Sarah, Erni Misran, Siti Syamsiah, dan Ria Millati
JURNAL PENELITIAN REKAYASA
Volume 1, Nomor 2 Desember 2008
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
Jumlah etanol yang diperoleh dari
fermentasi hidrolisat tahap I dan II lebih tinggi dari
estimasi teoretis. Fermentasi hidrolisat tahap I
menghasilkan etanol sebanyak 25 g/l dengan yield
etanol 0,15 g/g TKS, sementara fermentasi dengan
hidrolisat tahap II menghasilkan etanol sebesar 25,2
g/l dengan yield etanol 0,151 g/g TKS, masingmasing untuk fermentasi selama 24 jam.
Berdasarkan
penelitian
diketahui
bahwa
pemanfaatan 1 kg TKS akan menghasilkan 150 g
bioetanol. Jumlah ini cukup menjanjikan mengingat
jumlah TKS sangat berlimpah di Indonesia.
Darnoko, 1992, Potensi Pemanfaatan Limbah
Lignoselulosa
Kelapa
Sawit
Melalui
Biokonversi, Berita Pen. Perkeb. 2. Hal: 85-97
Darnoko, Z. Poeloengan dan I. Anas, 1993,
Pembuatan Pupuk Organik Dari Tandan
Kosong Kelapa Sawit, Buletin PPKS 1 (1)
Ditjen Perkebunan, 2004, Prospek Perkebunan dan
Industri Minyak Kelapa Sawit di Indonesia,
PT. Bisinfocus Data Pratama
Stewart, G.G., C.J. Panchal, I. Russel, dan A.M.
Sills, 1984, Biology Of Ethanol Production
Microorganisme. CRC Critical Review In
Biotechnology, I, 161-187
Paturau, J.M., 1969, By Product of The Cane Sugar
Industri. Elsevier Publ., Co., New York.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penghargaan dan ucapan terima kasih
sebesar-besarnya kami sampaikan kepada DIKTI
yang telah mendanai penelitian ini.
50
Universitas Sumatera Utara