Peningkatan Rendemen dan Kualitas Bioetanol dari Beberapa Jenis Kayu Tropis melalui Perlakuan Pendahuluan dan Rekayasa Enzimatik

(1)

LAPORAN TAHUN I

HIBAH KOMPETITIF PENELITIAN

SESUAI PRIORITAS NASIONAL BATCH II

PENINGKATAN RENDEMEN DAN KUALITAS

BIOETANOL DARI BEBERAPA JENIS KAYU TROPIS

MELALUI PERLAKUAN PENDAHULUAN DAN

REKAYASA ENZIMATIK

OLEH

Wasrin Syafii

Khaswar Syamsu

Muhammad Daud

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DESEMBER 2009

(2)

LATAR BELAKANG

Cadangan energi akan habis :

Kondisi energi fosil di dunia :

- Kebutuhan energi meningkat

- Konsumsi > produksi

Ketergantungan BBM tinggi

Cadangan energi akan habis :

- Gas alam (2047)

- Minyak bumi (2080)

- Batu bara (2180)

Lewis (1983), Biological Fuels

- Ketergantungan BBM tinggi

- Energi Matahari

Lewis (1983), Biological Fuels

Pengembangan Energi Alternatif

Energi Matahari

- Energi Angin

- Energi Panas Bumi

- OTEC

- Energi Biomass

Energi Biomassa Sangat g g Mungkin Untuk

(3)

Konversi Energi Biomassa

Pembakaran Langsung

Pembangkit Listrik

Biomassa

KONVERSI

Proses Densifikasi

Proses Karbonisasi

Proses Gasifikasi

(4)

BAHAN BAKU BIOETANOL

Bahan Bergula

Molase (Tetes Tebu), Nira Tebu, Nira Kelapa, Nira Aren, Nira Nipah, Nira Lontar

Ubi K Ubi J l T S Biji Bahan Berpati Ubi Kayu, Ubi Jalar, Tepung Sagu, Biji _{Jagung, Biji Sorgum, Kentang}

Bahan

B li l l

Jerami, Bagase, Bambu, Kayu, Limbah Pergergajian Limbah Kehutanan

Berlignoselulosa Pergergajian, Limbah Kehutanan, Limbah Pertanian

(5)

Bioetanol dari Bahan Pangan ???

Bioetanol dari Bahan

Pangan Vs Pemenuhan

=

g

Kebutuhan Pangan

Masyarakat

Perlunya Pengembangan

Bioetanol dari Bahan Non

Pangan

Bahan

Berlignoselulosa :

(6)

Bioetanol Dari Kayu

Kelebihan:

-

Non-Edible

B h

B k L bih M

h

-

Bahan Baku Lebih Murah

-

Mudah Diperoleh

-

Memanfaatkan Semua

Komponen Kayu

(7)

Permasalahan

Resistensi selulosa :

• Struktur dinding sel komplek

• Adanya struktur kristalin.

Adanya sisa lignin

• Adanya sisa lignin.

• Adanya LCC (lignin carbohydrate

complex).

Mencari Kondisi yang

Perlu Perlakuan

Pendahuluan Untuk

Mencari Kondisi yang

Optimal untuk

Meningkatkan

R

d

Pendahuluan Untuk

(8)

Tujuan Penelitian

1. Tujuan Penelitian Tahun I :

Memperoleh kondisi yang optimal dalam

produksi selulosa (pulp) melalui proses

p

(p p)

p

delignifikasi dengan proses kraft.

2. Tujuan Penelitian Tahun II :

Memperoleh metoda yang optimal dalam

e pe o e

etoda ya g opt

a da a

konversi selulosa menjadi etanol dengan

berbagai perlakuan enzimatik.

(9)

Tujuan Khusus Tahun I

1. Menganalisis sifat kimia bahan baku

(extractive, selulosa, hemiselulosa, lignin)

dalam hubungannya dengan proses

delignifikasi.

2. Memperoleh kondisi delignifikasi yang

optimal dengan berbagai perlakuan kondisi

pemasakan untuk memperoleh rendemen

selulosa yang tinggi dengan kandungan

sisa lignin yang rendah.

(10)

Bahan dan Alat

1. Jenis kayu :

y

• Kayu sengon (

Paraserianthes falcataria

Nielsen)

• Kayu gmelina (

Gmelina moluccana

Backer)

• Kayu pinus (

Pinus merkusii

Jungh et de Vries)

• Kayu sawit (

Elaeis guineensis

Jacq

)

1. Jenis mikroba :

• Saccharomyces cereviceae

• Tricoderma reesei

(11)

Metode Penelitian ( Tahun 1)

Persiapan Bahan Baku Chipping Serbuk Kayu 40-60 mesh Serpih (Chips) Chipping Persiapan Larutan

Pemasak Penentuan Kelarutan_{Z t Ek t ktif}

Delignifikasi Alkalinitas: 16, 18

dan 20%

Pemasak _{Zat Ekstraktif}

Sampel Kayu Bebas

Penentuan Kadar Delignifikasi

(Proses Kraft) Sulfiditas: 20 dan

25%

p y Ekstraktif

Lignin, Selulosa, Hol oselulosa, dan Hemiselulosa Rendemen Bilangan Kappa Selulosa (Pulp)

(12)

Metode Penelitian (Tahun 2)

(

)

Peremajaan Selulosa (Pulp) Peremajaan_Mikroba Ca(OH)₂

20 %

Asam SO₂ 2,5 dan 5% (Suhu 175 o_{C; 7,5 Menit}

Trichoderma reesei

(104 _{dan 10}5 _CFU/cc)

Selulase: 2 dan 4%

Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)

Saccharomyces cereviciae

(104 _{, 10}5_{, 10}6

Separate Hidrolysis and Fermentation

(SHF)

Etanol

Rendemen dan Uji CFU/cc) (S )

Rendemen dan Uji Kualitas

(13)

(14)

Kelarutan dalam Air Dingin

12 00

14.00 a

)

6.00 8.00 10.00 12.00

lam Air

Dingin (

0.00 2.00 4.00

Pinus Sengon Gmelina Kelapa

S it

c c

Kelarutan da

Sawit

Kelarutan Air Dingin 2.45 2.53 7.22 12.38

(15)

Kelarutan dalam Air Panas

14.00 16.00

(%)

6.00 8.00 10.00

12.00 _b

b b

lam Air Panas

(

0.00 2.00 4.00

Pinus Sengon Gmelin a

Kelapa Sawit Kelarutan Air Panas (%) 9 53 8 10 8 48 15 30

Kelarutan d

Kelarutan Air Panas (%) 9.53 8.10 8.48 15.30

(16)

Kelarutan dalam NaOH 1%

a ) 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 a

m NaOH 1%

(% ) 0 00 5.00 10.00 15.00 20.00 d c b Kelarutan dal a 0.00

Pinus Sengon Gmelin a

Kelapa Sawit Kelarutan NaOH 1% 10.33 13.10 16.03 43.43

(17)

Kelarutan dalam Etanol-Benzena

Kelarutan dalam Etanol Benzena

12.00

)

6.00 8.00 10.00

tanol-Benze

0 00 2.00 4.00

Kelarutan

0.00

Pinus Sengon Gmelin a

Kelapa Sawit Kelarut Etanol-Benzena 2.54 3.28 7.36 11.63

(18)

Kadar Lignin

g

b a

20.00 25.00

30.00 b b

nin (%

)

5.00 10.00

15.00 c

Kadar Li

0.00

Pinus Sengon Gmelina Kelapa Sawit Kadar Lignin (%) 27.50 26.90 30.00 12.50

(19)

Kadar Selulosa

35.00 40.00 45.00

50.00 _b

(%)

10.00 15.00 20.00 25.00

30.00 c

Kadar Selulosa

(

0.00 5.00

Pinus Sengon Gmelina Kelapa Sawit Kadar Selulosa (%) 42.40 41.30 47.56 25.88

(20)

Kadar Hemiselulosa

15 00 20.00 25.00

lulo

)

5.00 10.00 15.00

Kadar Hemis

0.00

Pinus Sengon Gmelina Kelapa Sawit Hemiselulosa 23.25 15.525 16.84 16.39

(21)

Rendemen Hasil Delignifikasi

50.0000 60.0000 70.0000

20.0000 30.0000 40.0000

ndemen

)

0.0000 10.0000

Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Alkalinitas 20% Alkalinitas 18% Alkalinitas 16%

Pinus 58 905 43 38 61 04 47 635 39 45 43 125

Pinus 58.905 43.38 61.04 47.635 39.45 43.125

Sengon 39.05 40.445 51.645 49.665 39.62 38.52

Gmelina 60.84 42.76 42.17 44.415 34.645 38.815

Kelapa sawit 34.9 35.735 32.755 37.07 37.635 39.165

(22)

Kondisi Pemasakan Optimal

p

(Berdasarkan Rendemen)

No Jenis

Kayu

Alkalinitas

(%)

Sulfiditas

(%)

Rendemen

(%)

Kayu

_(%)

1

2 Pinus

S

18

25 61,06

51 65

2

3 Sengon

Gmelina

S

18

20

25 51,65

60,84

(23)

Rata-Rata Bilangan Kappa

Rata Rata Bilangan Kappa

No

Jenis Kayu

Bilangan

Kandungan

No

Jenis Kayu

Bilangan

Kappa

Kandungan

Lignin

1 Pinus

21,05

3,15

2

3 us

Sengon

Gmelina

,05

14,97

12,22

3, 5

2,25

1,83

3

4 Gmelina

Sawit

12,22

8,87

1,83

1,33

(24)

Kesimpulan

1. Kondisi optimal untuk produksi selulosa

p

(pulp) dengan proses Kraft adalah :

• untuk kayu pinus dan sengon pada

alkalinitas 18% dan sulfiditas 25%

alkalinitas 18% dan sulfiditas 25%.

• untuk kayu gmelina pada alkalinitas 20%

dan sulfiditas 25%.

• untuk kayu sawit pada alkalinitas 16% dan

sulfiditas 20%.

2 Perlakuan delignifikasi bahan baku

2. Perlakuan delignifikasi bahan baku

mengakibatkan terjadinya penurunan

kandungan lignin yang signifikan.

(25)

(1)

Kadar Hemiselulosa

15 00 20.00 25.00

lulo

)

5.00 10.00 15.00

Kadar Hemis

0.00

Pinus Sengon Gmelina Kelapa

Sawit

Hemiselulosa 23.25 15.525 16.84 16.39

(2)

Rendemen Hasil Delignifikasi

50.0000 60.0000 70.0000

20.0000 30.0000 40.0000

ndemen

)

0.0000 10.0000

Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Sulfiditas 25% Sulfiditas 20%

Alkalinitas 20% Alkalinitas 18% Alkalinitas 16%

Pinus 58 905 43 38 61 04 47 635 39 45 43 125

Pinus 58.905 43.38 61.04 47.635 39.45 43.125

Sengon 39.05 40.445 51.645 49.665 39.62 38.52

Gmelina 60.84 42.76 42.17 44.415 34.645 38.815

Kelapa sawit 34.9 35.735 32.755 37.07 37.635 39.165

(3)

Kondisi Pemasakan Optimal

p

(Berdasarkan Rendemen)

No Jenis Kayu Alkalinitas (%) Sulfiditas (%) Rendemen (%)

Kayu _(%) _(%) _(%)

1 2 Pinus S 18 18 25 25 61,06 51 65 2 3 Sengon Gmelina S 18 20 25 25 51,65 60,84

(4)

Rata-Rata Bilangan Kappa

Rata Rata Bilangan Kappa

No Jenis Kayu Bilangan Kandungan

No Jenis Kayu Bilangan

Kappa

Kandungan Lignin

1 Pinus 21,05 3,15

2 3

us Sengon Gmelina

,05 14,97 12,22

3, 5 2,25 1,83 3

Gmelina Sawit

12,22 8,87

1,83 1,33

(5)

Kesimpulan

1. Kondisi optimal untuk produksi selulosa p p

(pulp) dengan proses Kraft adalah :

• untuk kayu pinus dan sengon pada

alkalinitas 18% dan sulfiditas 25% alkalinitas 18% dan sulfiditas 25%.

• untuk kayu gmelina pada alkalinitas 20%

dan sulfiditas 25%.

• untuk kayu sawit pada alkalinitas 16% dan

sulfiditas 20%.

2 Perlakuan delignifikasi bahan baku

2. Perlakuan delignifikasi bahan baku mengakibatkan terjadinya penurunan kandungan lignin yang signifikan.

(6)