1
Siti Robiah A ’dawiyah, 2014
Konversi Lignoselulosa Jerami Jagung Corn Stover Menjadi 5-Hidroksimetil-2-Furfural HMF Dalam Media ZNCL
2
dengan CO-Catalyst Zeolit, CRCL
3
, dan DMA-LICL
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini bahan bakar transportasi umumnya masih bergantung pada sumber daya fosil. Ketergantungan terhadap energi berbasis fosil dialami hampir di setiap
negara termasuk Indonesia. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia mencatat bahwa konsumsi energi nasional pada tahun 2011
masih didominasi oleh energi fosil, yaitu minyak bumi sebesar 594 juta SBM Setara Barel Minyak atau sebesar 39 dari total konsumsi energi nasional,
diikuti batu bara sebesar 334 juta SBM atau sebanyak 22, biomassa sebesar 280 juta SBM atau 18, gas alam sebesar 261 juta SBM atau 17, tenaga air sebesar
31 juta SBM atau 2, dan panas bumi sebesar 15 juta SBM atau 1. Namun ketergantungan ini tidak diimbangi dengan ketersediaan sumber bahan bakar fosil
yang memadai. Selain itu, harga yang fluktuatif dari minyak dunia sebagai salah satu jenis bahan bakar fosil dan tingginya emisi gas CO
2
dari pembakaran bahan bakar fosil membuat penggunaan bahan bakar fosil perlu dipertimbangkan
kembali Zhou dkk., 2011.
Dalam upaya menanggulangi hal ini, Indonesia yang dikenal memiliki sumber daya alam melimpah sangat berpotensi dalam bidang energi alternatif dari
biomassa. Hanya 18 dari total data konsumsi energi nasional yang menunjukkan penggunaan energi biomassa. Merujuk pada permasalahan ketergantungan
terhadap bahan bakar fosil maka energi biomassa dapat menjadi energi alternatif yang dapat menyokong kebutuhan energi Indonesia di masa depan. Keuntungan
penggunaan biomassa sebagai sumber energi diantaranya adalah sumber yang melimpah, murah, dan dapat diperbaharui.
Potensi energi dari limbah biomassa lignoselulosa di Indonesia sebagian besar muncul dari sektor pertanian dan kehutanan serta sampah perkotaan. Pada tahun
2012, peta potensi energi limbah biomassa terdiri dari 3 komoditas yang potensial yaitu padi, jagung, dan singkong ESDM, 2013. Badan pusat statistik mencatat,
produksi jagung Indonesia mencapai 17.643.250 ton pada tahun 2011. Akibat dari
Siti Robiah A ’dawiyah, 2014
Konversi Lignoselulosa Jerami Jagung Corn Stover Menjadi 5-Hidroksimetil-2-Furfural HMF Dalam Media ZNCL
2
dengan CO-Catalyst Zeolit, CRCL
3
, dan DMA-LICL
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
jumlah produksi yang cukup besar, dihasilkan pula limbah pertanian dari jagung termasuk corn stover dalam kuantitas tinggi.
Limbah jerami jagung corn stover merupakan sisa dari tanaman jagung berupa jerami setelah buahnya dipanen. Selulosa yang dimiliki jerami jagung
cukup tinggi. Namun, pemanfaatan jerami jagung ini sebagian besar digunakan sebagai pakan ternak dan sisanya dibiarkan begitu saja. Oleh karena itu, jerami
jagung ini memiliki potensi besar untuk diubah menjadi HMF sebagai komponen
dasar biofuel Kim, 2004.
U.S. Department of Energy telah mencatat setidaknya 30 senyawa kimia yang berasal dari biomassa telah mampu dihasilkan. Baik melalui proses fermentasi
maupun konversi. Diantara senyawa tersebut, terdapat 12 senyawa yang merupakan senyawa building block. Termasuk di dalamnya 5-hidroksimetil-2-
furfural HMF, asam glutamat, asam levulinat, gliserol, dan asam propionat. Saat ini banyak berkembang penelitian di bidang konversi selulosa dari
biomassa lignoselulosa menjadi 5-hidroksimetil-2-furfural HMF, senyawa furan yang berperan sebagai intermediet bagi senyawa kimia lain yang memiliki peran
penting, baik menggunakan katalis asam homogen maupun heterogen, pelarut aqueous, organik, maupun cairan ionik Nurjamilah, 2013; Wang dkk., 2013;
Binder dkk., 2009; Li dkk., 2010. DMF Dimethylfuran merupakan salah satu contoh derivat HMF yang
digunakan sebagai biofuel. Kandungan energi dalam DMF 31,5 MJL setara dengan bensin 35 MJL dan 40 lebih besar dibandingkan dengan etanol 23
MJL Roman-Leshkov dkk., 2007. Selain itu, HMF dapat diubah menjadi 5- ethoxymethyl-2-furfural EMF yang merupakan senyawa biodiesel yang
menjanjikan. EMF dapat dihasilkan melalui proses eterifikasi menggunakan etanol dan zeolit yang disisipi asam Nurjamilah, 2013.
Biomassa lignoselulosa terdiri dari tiga komponen utama, yaitu hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Struktur yang cukup kompleks ini menyebabkan
lignoselulosa sukar terlarut dalam beberapa pelarut. Akibatnya konversi biomassa secara umum menjadi kurang efisien. Cairan ionik diketahui mampu melarutkan
ligoselulosa dengan baik. Konversi biomassa menggunakan cairan ionik
Siti Robiah A ’dawiyah, 2014
Konversi Lignoselulosa Jerami Jagung Corn Stover Menjadi 5-Hidroksimetil-2-Furfural HMF Dalam Media ZNCL
2
dengan CO-Catalyst Zeolit, CRCL
3
, dan DMA-LICL
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
[OMIM]Cl dan katalis krom-halida telah mampu menghasilkan 58,7 HMF Lee dkk., 2010. Namun, cairan ionik sebagai pelarut dikenal memiliki harga yang
cukup mahal. Oleh karena itu, sebaiknya digunakan pelarut yang low-cost namun tetap memiliki fungsi sama dengan cairan ionik.
Larutan ZnCl
2
memiliki kelarutan yang baik dalam lignoselulosa Wang dkk., 2013. Selain itu, larutan ZnCl
2
mampu mendehidrasi glukosa, fruktosa, maltosa, sukrosa, selulosa maupun pati atau serat. Larutan ZnCl
2
juga mampu berperan sebagai media pelarut dan katalis dalam konversi biomassa Deng dkk., 2012.
Namun, penggunaan ZnCl
2
dalam konversi biomassa lignoselulosa masih jarang digunakan. Keberadaannya yang cukup melimpah serta memiliki harga yang
murah membuat ZnCl
2
dapat menjadi pelarut pilihan pengganti cairan ionik pada konversi biomassa.
HMF disintesis melalui dehidrasi tiga molekul air. Proses ini membutuhkan katalis untuk meningkatkan hasilnya Rosatella dkk., 2010. Salah satu jenis
katalis yang menarik digunakan saat ini adalah zeolit. Zeolit merupakan kristal
silika-alumina berongga yang memiliki sisi aktif sebagai katalis Dini, 2010.
HMF dihasilkan dengan mereaksikan fruktosa dengan zeolit yang telah dimodifikasi Nurjamilah, 2013. Keberadaan zeolit di Indonesia melimpah.
Terdapat di beberapa tempat seperti Banten, Tasikmalaya, dan Sumatera. Namun, pemanfaatan zeolit umumnya hanya digunakan sebagai penjernih air, sedangkan
di bidang katalis masih belum dimanfaatkan secara maksimal. Katalis lainnya yang menunjukkan hasil positif pada proses konversi HMF adalah CrCl
3.
Sebanyak 48 HMF dihasilkan pada proses konversi lignoselulosa jerami jagung menggunakan katalis CrCl
3
dan penambahan DMA-LiCl Binder dkk., 2009. HMF hasil konversi biomassa umumnya masih melarut dalam zat-zat sisa
reaksi maupun hasil produk sampingan. Tahap pemisahan dan pemurnian HMF merupakan tantangan terbesar setelah tahap konversi. HMF memiliki sifat yang
sulit terekstrak dari fasa aqueous pelarut akibat dari koefisisen distribusi antara HMF sebagai zat organik dan pelarut sangat berbeda. Beberapa penelitian
menggunakan teknik kromatografi penukar ion sebagai metode pemisahan HMF dari hasil reaksi. Binder dkk. 2009, menggunakan resin jenis dowex sebagai fasa
Siti Robiah A ’dawiyah, 2014
Konversi Lignoselulosa Jerami Jagung Corn Stover Menjadi 5-Hidroksimetil-2-Furfural HMF Dalam Media ZNCL
2
dengan CO-Catalyst Zeolit, CRCL
3
, dan DMA-LICL
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu |
perpustakaan.upi.edu
diam dan DI water sebagai fasa gerak pada kromatografi ini. Sebagai hasilnya, 75 HMF terekstrak dari hasil konversi. Resin XAD-2000 juga digunakan pada
proses pemisahan HMF dari konversi sakarida pada reaksi milieu Hattori, dkk., 2005. Namun, metode ini cukup rumit karena membutuhkan waktu dan kondisi
pemisahan yang khusus. Salah satu alternatif pemisahan lainnya adalah penggunaan pelarut organik sebagai ekstraktor dengan metode ektraksi cair-cair.
Wang dkk. 2013, menggunakan etil asetat sebagai ekstraktor pada pemisahan HMF dari hasil konversi biomassa menggunakan ZnCl
2
sebagai pelarut. Selain itu, penambahan garam pada proses ektraksi cair dengan pelarut organik diketahui
dapat meningkatkan efisiensi ektraksi Roman-Leshkov dkk., 2007. Penelitian ini berfokus pada konversi biomassa lignoselulosa jerami jagung
menjadi HMF dalam media ZnCl
2
dengan penambahan co-catalyst zeolit, CrCl
3,
dan DMA-LiCl.
1.2 Rumusan Masalah
