Model 3 Model 4 Hidrolisis pada variasi konsentrasi katalisator

21 4 2 0252 , 209 , 11 ln deg SO H C E − = Tabel 5. Nilai-nilai parameter pada model 4 dengan variasi konsentrasi katalisator A hyd = 10 5 Lmol.menit, A deg = 10 7 1menit, A De = 5.10 -5 cm 2 menit, E De = 37,08 kJmol, dan kesalahan rerata = 2,02 Konsentrasi katalisator molL E hyd kJmol E deg kJmol SSE 0,3677 53,21 73,16 1,43.10 -4 0,4045 53,21 73,08 1,25.10 -4 0,4412 53,21 73,00 2,46.10 -4 0,4786 53,21 72,91 4,46.10 -4 0,5149 53,21 72,87 7,59.10 -4 0,5516 53,21 72,83 1,10.10 -3 Korelasi antara nilai tenaga pengaktif degradasi gula dan konsentrasi katalisator dituliskan seperti pada persamaan 14 serta dapat dilihat pada Gambar 12. . 14 11,192 11,196 11,200 11,204 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 C H2SO4 molL ln E d e g Data Hitung Gambar 12. Pengaruh konsentrasi katalis C H2SO4 terhadap tenaga pengaktif E deg pada model 4 Pada Tabel 4 dan 5 menunjukkan bahwa nilai energi aktivasi difusivitas, E DE , sekitar 37,08 kJmol, lebih besar sedikit dari yang normal menurut Johnstone dan Thring 1957, yaitu 37 kJmol untuk larutan sangat encer. Nilai ini lebih tinggi dari nilai yang diberikan oleh Johnstone dan Thring karena konsentrasi asamnya cukup tinggi 0,5516 molL. Selain itu, asam sulfat merupakan jenis larutan yang memiliki titik kritis cukup tinggi dibandingkan larutan yang lain, 22 sehingga suhu operasi relatif rendah untuk asam sulfat. Oleh karena itu efek suhu terasa kuat. Sejarah Singkat Monte Carlo Nama Monte Carlo diambil dari nama sebuah kota di Monaco yang terkenal sebagai pusat kasino. Di sana pada umumnya judi menggunakan bilangan yang dibangkitkan secara acak melalui berbagai alat judi. Lalu apa yang sama antara tehnik simulasi komputer dengan casino Monte Carlo. Unsur peluang berperan pada keduanya dan dalam waktu yang panjang hasil yang diharapkan akan muncul. Pemilik kasino ingin agar dalam jangka panjang, dia memperoleh keuntungan, sementara dalam setiap permainan para penjudi memperoleh kesempatan yang masuk akal untuk menang. Metode Monte Carlo menggunakan pembangkit bilangan random untuk membangkitkan kejadian. Secara sistematik metode Monte Carlo mulai berkembang tahun 1944, walaupun sebelumnya yaitu pada paruh ke dua abad 19 banyak orang melakukan percobaan menjatuhkan jarum diantara dua garis sejajar untuk menghitung pendekatan π . Percobaan tersebut asal mulanya dimulai oleh George Buffon. Tahun 1931 Kolmogorov menunjukkan hubungan antara proses stokastik Markov dengan persamaan differensial. Tahun 1908 seorang mahasiswa bernama W.S. Gosset menggunakan percobaan untuk membantunya menemukan distribusi koefisien korelasi. Pada tahun yang bersamaan mahasiswa menggunakan metode sampling untuk memantapkan keyakinannya pada distribusi yang disebutnya distribusi t. Penggunaaan riil dari metode Monte Carlo berasal dari penelitian pada bom atom selama perang dunia kedua. Pekerjaan ini menyangkut simulasi langsung dari persoalan probabilistik berkaitan dengan difusi acak neutron pada material fissile. Tetapi perkembangan sistematik ide ini harus menunggu hasil karya Harris and Herman Kahn tahun 1948. Sekitar tahun 1948 Fermi, Metropolis, and Ulam menemukan estimasi Monte Carlo untuk nilai eigen dari persamaan Schrodinger. Sekitar tahun 1970, perkembangan teori baru dalam kompleksitas kompuasi menyebabkan adanya alasan yang lebih tepat dan menjanjikan penerapan metode 23 Monte Carlo. Teori ini mengidentifikasi sekumpulan masalah dimana saat itu orang masih berkonsentrasi mendapatkan solusi eksak. State of The Art Metode Simulasi Mekanisme Reaksi dengan Monte Carlo Menurut Banks, Monte Carlo merupakan salah satu jenis metode simulasi yang dapat digunakan untuk melakukan optimasi mikroskopis dalam memprediksi proses dunia nyata atau sistem. Simulasi menyangkut pembangkitan proses serta pengamatan dari proses untuk menarik kesimpulan dari sistem yang diwakili Banks, 1998. Metode Monte Carlo memberikan solusi pendekatan untuk berbagai masalah dengan melakukan ’eksperimen’ sampling statistik pada komputer. Walaupun pendekatannya stokastik, metode Monte Carlo dapat dipergunakan untuk mencari solusi pendekatan dari persoalan-persoalan yang bersifat deterministik. Pemakaian Monte Carlo pada reaksi kimia sudah sering dilakukan, namun secara spesifik untuk reaksi hidrolisis lignoselulosa dengan asam Silva dan Freitas, 2007; Edgecombe dan Linse, 2008; Balabanyan dkk., 2005; Meimaroglu dkk., 2011; Meimaroglu dkk., 2007; Krallis, 2008. Secara umum, simulasi sebagai suatu cara menyelesaikan masalah, mempunyai tahapan-tahapan atau langkah-langkah penting yang harus dilalui diantaranya: 1. Formulasi masalah-mekanisme reaksi hidrolisis 2. Menyusun tujuan-panjang rantai yang berikatan dengan H 2 O 3. Pembuatan model-menggunakan metode Monte Carlo 4. Pengumpulan data-percobaan hidrolisis dengan variasi jenis bahan baku dan kondisi proses 5. Verifikasi program komputer 7. Validasi model Langkah yang paling sulit dan menentukan dalam simulasi dengan Monte Carlo adalah membangkitakn bilangan random, yang dapat terdistribusi seragam. Saat ini dapat dipastikan bahwa semua paket pemrograman sudah dilengkapi built in perintah cara membangkitkan bilangan random dengan distribusi 24 seragam. Salah satu cara yang dapat dipergunakan membangkitkan bilangan random adalah dengan menggunakan prinsip bilangan kongruensi modulo. Tehnik ini dikenal dengan sebutan Linier Congruential Generator LCG. Bentuk umumnya adalah X −i + 1 = aX −i + cmod m dengan X sebagai seed dan a, m ∈ Z + , c adalah nol atau bilangan postif. Jika c ≠ 0 disebut mixed congruential generator sedangkan jika c=0 disebut Multiplicative Linear Congruential Generator MLCG. Maka X ∈{0, 1, 2, · · · , m−1}. X disebut menyerupai bilangan random pseudo random numbers. Disebut “menyerupai” karena sesungguhnya barisan bilangan yang terjadi bersifat deterministik dengan pola yang berulang dengan panjang tertentu. Algoritma untuk menghasilkan bilangan bulat random pada interval 0, m akan dinyatakan pada metode percobaan. 25

BAB 3 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

Tujuan Penelitian Tujuan umum penelitian ini adalah melakukan optimasi mikroskopis dan makroskopis hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer sebagai katalis pada kondisi non-isotermal. Tujuan khusus penelitian pada tahun pertama untuk optimasi mikroskopis hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer sebagai katalis pada kondisi non- isotermal. Tujuan khusus tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: 1. Menyusun algoritma perhitungan konsentrasi gula hasil hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer sebagai katalis pada kondisi non-isotermal dengan model kinetika yang diselesaikan menggunakan Runge-Kutta. 2. Menyusun algoritma perhitungan konsentrasi gula hasil hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer sebagai katalis pada kondisi non-isotermal dengan menggunakan metode Monte Carlo. 3. Mencari parameter-parameter reaksi hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer pada kondisi non-isotermal menggunakan metode Monte Carlo. Tujuan khusus penelitian pada tahun kedua untuk optimasi makroskopis hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer sebagai katalis pada kondisi non- isotermal. Tujuan khusus tahun kedua dapat dituliskan sebagai berikut: 1. Mencari persaman hubungan antara variabel proses dengan konsentrasi gula hasil hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer pada kondisi non-isotermal menggunakan Response Surface Methodology. 2. Mencari kondisi optimum pada hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer pada kondisi non-isotermal menggunakan Response Surface Methodology. 3. Mendapatkan batasan jenis bahan baku yang prospek untuk dikonversi menjadi etanol pada kondisi proses yang ekonomis. 26 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini terlihat pada latar belakang yang diuraikan dan tujuan yang akan dicapai, yaitu untuk kepentingan negara akan sumber energi terbarukan, khususnya pemanfaatan limbah organik berbasis lignoselulosa untuk dikonversi menjadi etanol. Didasari bahwa Indonesia sebagai negara tropis, maka konversi sumber bahan baku berbasis lignoselulosa menjadi etanol sangat penting untuk dipelajari. Kondisi masyarakat Indonesia menunjukkan bahwa jenis bahan baku yang dalam waktu dekat yang cukup menjanjikan untuk diimplementasikan adalah limbah organik perkotaan, berupa sekam padi, tongkol jagung, ranting, daun, dan serbuk gergaji kayu, dengan cara hidrolisis dengan asam dan fermentasi dengan yeast. Penelitian ini akan memodelkan mekanisme hidrolisis lignoselulosa dengan asam encer menggunakan metode Monte Carlo. Hasil simulasi juga dibandingkan dengan hasil perhitungan menggunakan metode kinetika dan selanjutkan akan dioptimasi berdasar data percobaan dalam rangka mendapatkan parameter-parameter reaksinya. Oleh karena ini, kontribusi dan manfaat yang akan diberikan oleh hasil-hasil penelitian ini terhadap ilmu pengetahuan atau pembangunan antara lain: 1. Hasil kegiatan penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan, terutama dalam perhitungan konsentrasi gula hasil hidrolisis lignoselulosa menggunakan asam encer sebagai katalis pada kondisi non-isotermal menggunakan metode simulasi dengan Monte Carlo. Selain itu, hasil penelitian ini akan memberikan kajian fundamental yang sangat bermanfaat terhadap pemecahan masalah kinetika yang sulit dipecahkan karena membutuhkan penyelesaian persamaan diferensial derajad tinggi. 2. Penelitian ini menghasilkan program simulasi dengan Monte Carlo untuk menghitung konsentrasi gula hasil hidrolisis yang dapat diterapkan untuk semua jenis bahan baku dengan panjang rantai pada ikatan selulosanya yang besar.