PENGUJIAN KADAR GLUKOSA DENGAN RECYCLE VINASSE 38 LATAR BELAKANG

9 2.6 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES PEMBUATAN BIOETANOL 17 2.6.1 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Hidrolisis 17 2.6.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi 18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 20 3.1 LOKASI PENELITIAN 20 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 20 3.2.1 Bahan-bahan 20 3.2.2 Peralatan 20 3.3 PROSEDUR 21 3.3.1 Prosedur Penelitian 21 3.3.1.1 Persiapan Bahan Baku Pretreatment 21 3.3.1.2 Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 21 3.3.2 Prosedur Analisa 22 3.3.2.1 Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 22 3.3.2.2 Analisa Kadar Glukosa dengan Metode Luff Schoorl 22 3.3.2.3 Analisa Densitas 25 3.3.2.4 Analisa Kadar Etanol dengan Metode Berat Jenis 25

3.4 FLOWCHART PENELITIAN

27 3.4.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku Pretreatment 27 3.4.2 Flowchart Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 28 3.4.3 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 30 3.4.4 Flowchart Analisa Kadar Gula dengan Metode Luff Schoorl 32 3.4.5 Flowchart Analisa Densitas Bioetanol 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 36 4.1 PENGARUH KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU TERHADAP YIELD GLUKOSA 36 4.2 PENGARUH SUHU HIDROLISIS TERHADAP YIELD GLUKOSA 37 4.3 PENGUJIAN KADAR GLUKOSA, LIGNIN DAN SELULOSA DENGAN VARIASI SUHU HIDROLISIS 37

4.4 PENGUJIAN KADAR GLUKOSA DENGAN RECYCLE VINASSE 38

4.5 PENGARUH SUHU HIDROLISIS TERHADAP KADAR BIOETANOL 39 10 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 40

5.1 KESIMPULAN 40

5.2 SARAN 40 DAFTAR PUSTAKA 41 11 DAFTAR GAMBAR halaman Gambar 2.1 Diagram Sumber Tanaman Bioetanol 6 Gambar 2.2 Ampas Tebu 9 Gambar 2.3 Skema Proses Produksi Bioetanol 14 Gambar 2.4 Produk Samping Hasil Degradasi Lanjut Monosakarida 15 Gambar 2.5 Reaksi Pembentukan Bioetanol 16 Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku 28 Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 30 Gambar 3.3 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 32 Gambar 3.4 Flowchart Analisa Kadar Gula dengan Metode Luff Schoorl 35 Gambar 3.5 Flowchart Analisa Densitas Larutan Bioetanol 36 Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu terhadap Yield Glukosa 37 Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu terhadap Yield Glukosa 38 Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Suhu Hidrolisis terhadap Kadar Bioetanol pada Waktu Hidrolisis 2 jam 40 Gambar L2.1 Ampas Tebu 50 Gambar L2.2 Hidrolisis Slurry Ampas Tebu 50 Gambar L2.3 Fermentasi 51 Gambar L2.4 Rangkaian Distilasi 51 Gambar L2.5 Vinasse 52 Gambar L2.6 Larutan Bioetanol 52 Gambar L2.7 Analisa Kadar Glukosa 53 Gambar L2.8 Analisa Kadar Lignin dan Selulosa 54 Gambar L2.9 Analisa pH 54 12 DAFTAR TABEL halaman Tabel 1.1 Penelitian Pendahulu tentang Produksi Bioetanol 3 Tabel 2.1 Sifat Fisik Etanol 8 Tabel 2.2 Komposisi Ampas Tebu 10 Tabel 2.3 Komposisi Vinasse 11 Tabel 3.1 Data Penetapan Gula Menurut Luff Schoorl 25 Tabel 3.2 Konversi Berat Jenis-Kadar Etanol 27 Tabel 4.1 Pengujian Kadar Glukosa, Lignin dan Selulosa dengan Variasi Suhu Hidrolisis Pada Konsentrasi Bahan Baku 2,94 dan Waktu Hidrolisis 1 Jam 38 Tabel 4.2 Pengujian Kadar Glukosa, Lignin dan Selulosa dari Bahan Baku Tanpa Hidrolisis dan Vinasse 38 Tabel 4.3 Pengujian Kadar Glukosa Hasil hidrolisis Bahan Baku dan Recycle Vinasse 38 Tabel L1.1 Pengujian Kadar Glukosa Hasil hidrolisis Bahan Baku dan Recycle Vinasse 48 Tabel L1.2 Data Percobaan Kadar Bioetanol 49 Tabel L3.1 Pengujian Kadar Lignin dan Selulosa 56 13 DAFTAR LAMPIRAN halaman Lampiran 1 Data Percobaan Kadar dan Yield Glukosa 48 1.1 Data Percobaan Kadar dan Yield Glukosa 48 1.2 Data Percobaan Kadar Bioetanol 49 Lampiran 2 Dokumentasi Penelitian 50 2.1 Dokumentasi Proses Pembuatan Bioetanol 50 2.1.1 Persiapan Bahan Baku 50 2.1.2 Hidrolisis Tepung Ampas Tebu 50 2.1.3 Fermentasi 51 2.1.4 Rangkaian Distilasi 51 2.1.5 Vinasse 52 2.1.6 Larutan Bioetanol 52 2.2 Dokumentasi Analisa 53

2.2.1 Analisa Kadar Glukosa 53

2.2.2 Analisa Kadar Lignin dan Selulosa 54

2.2.3 Analisa pH 54

Lampiran 3 Data Perhitungan 55 3.1 Perhitungan Uji Lignin Dan Selulosa Dengan Metode Chesson 55 3.1.1 Untuk Sampel Tanpa Perlakuan 55 3.1.2 Untuk Sampel Hasil Hidrolisis 2,94, 135 °C, 1,5 jam 55 14 DAFTAR SINGKATAN GRK Gas Rumah Kaca LHW Liquid Hot Water MSG Monosodium Glutamat Ph Power of Hydrogen SNI Standar Nasional Indonesia UMKM Usaha Mikro Kecil dan Menengah 15 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi ρ densitas grcm 3 a massa sampel gr A Faktor frekuensi tumbukan b massa sampel setelah pengeringan I gr c massa sampel setelah pengeringan II gr d massa sampel setelah pengeringan III gr e massa sampel setelah diabukan gr e Bilangan pokok logaritma natural E Energi aktivasi kJ mol -1 fp Faktor pengenceran k Konstanta kecepatan reaksi m Massa gr R Konstanta gas J mol -1 K -1 T Suhu absolut K v Volume ml w Bobot cuplikan mg 6 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis terhadap yield glukosa dan perolehan kadar glukosa dari proses recycle vinasse. Bahan utama yang digunakan adalah limbah padat ampas tebu dari toko minuman air tebu. Variabel-variabel yang diamati antara lain konsentrasi tepung ampas tebu dalam air, suhu dan waktu hidrolisis termal. Ampas tebu dihancurkan dengan blender sampai berbentuk powder lalu ditambahkan akuades dengan konsentrasi 2,94; 3,85 dan 4,76 lalu dihidrolisis dalam tangki hidrolisis. Proses hidrolisis berlangsung pada suhu 135, 150 dan 165 °C dengan waktu hidrolisis 1, 1,5 dan 2 jam. Kemudian hasil hidrolisis hidrolisat diuji yield glukosa serta kadar lignin dan selulosanya lalu dilanjutkan dengan proses fermentasi untuk menghasilkan bioetanol. Hasil fermentasi kemudian disaring untuk diperoleh vinasse-nya lalu vinasse tersebut di-recycle menjadi umpan hidrolisis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa yield glukosa meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis. Namun, yield glukosa meningkat pada waktu hidrolisis 1 hingga 1,5 jam kemudian menurun pada waktu hidrolisis 1,5 hingga 2 jam. yield glukosa tertinggi diperoleh pada konsentrasi tepung ampas tebu 2,94, suhu 165 °C dengan waktu hidrolisis 2 jam. Selain itu, kadar lignin dan selulosa berfluktuasi seiring meningkatnya suhu hidrolisis. Hal ini disebabkan oleh komposisi bahan baku yang tidak sama pada masing-masing perlakuan. Kata kunci: Bioetanol, ampas tebu, vinasse, hidrolisis termal, recycle vinasse 7 ABSTRACT The purpose of this research are to study the effect of sugarcane bagasse powder concentration, hydrolysis temperature and time on the yield of glucose produced and the level of glucose by recycle vinasse process. glucose by the level of glucose from recycling vinasse as the raw material. Raw sugarcane bagasse as primary material was obtained from sugarcane juice shop. Observed variabels were concentration of sugarcane bagasse in aquadest, hydrolysis time and temperature. Sugarcane bagasse is powdered by blender and then mixed with aquadest 2,94; 3,85; 4,76 and hydrolized in the hydrolysis tank. The hydrolysis process occurs at time 1, 1,5 and 2 hours and temperature 135, 150 and 165°C. And then, the hydrolysis product is tested for its glucose, lignin and cellulose composition. After that, the product is fermented in order to produce bioethanol. Result shows that yield of glucose increases as the escalation of sugarcane bagasse powder concentration, hydrolysis time and temperature. But, yield of glucose increases from 1 until 1,5 hour of hydrolysis time and then decreases from 1,5 to 2 hour of hydrolysis time. The highest yield of glucose obtained at concentration 2,94, 165 °C and 2 hours of hydrolysis time. Beside that, lignin and cellulose level fluctuated as the increasing of hydrolysis temperature. This could be caused of the non-uniform composition of the raw materials. Key words: Bioethanol, sugarcane bagasse, vinasse, thermal hydrolysis, recycle vinasse 16 BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Kebutuhan energi nasional ditopang minyak bumi sekitar 51,66, gas alam 28,57 dan batubara 15,34. Persediaan bahan bakar tersebut kian waktu semakin berkurang. Cadangan minyak bumi akan habis sekitar 12 tahun lagi, gas 30 tahun dan batu bara masih bisa dimanfaatkan hingga 70 tahun ke depan. Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil ini menjadi masalah besar dan perlu solusi yang mendesak. Salah satu langkah solusinya adalah memanfatkan bioetanol lignoselulosa sebagai alternatif pengganti [1]. Produksi etanol dari biomassa adalah salah satu cara untuk mengurangi baik konsumsi minyak mentah dan pencemaran lingkungan. Bioetanol sesuai untuk campuran bahan bakar di mesin bensin karena angka oktan tinggi, dan bilangan setana rendah dan panas penguapan tinggi menghambat pengapian otomatis di mesin diesel [2]. Pengembangan bahan bakar nabati bioetanol akan memberi berbagai manfaat bagi pembangunan nasional, antara lain peningkatan ketahanan energi nasional, memberikan cadangan energi nasional, pengembangan investasi dalam negeri, penciptaan lapangan kerja, pemberdayaan Usaha Mikro Kecil dan Menengah UMKM serta pengembangan usaha untuk efek pengurangan emisi gas rumah kaca GRK. Namun biaya etanol sebagai sumber energi relatif tinggi dibandingkan dengan bahan bakar fosil [3]. Setiap hektar lahan tebu dapat menghasilkan 10 – 15 ton tetes tebu per hektar atau 766 – 1150 liter etanol grade bahan bakar. Luas tanaman tebu Indonesia tahun 2013 adalah 470.000 Ha atau potensi maksimum mencapai 3,6 juta kl etanol [3]. Dalam proses produksi di pabrik gula, ampas tebu bagasse dihasilkan sebesar 35- 40 dari setiap tebu yang diproses, gula yang termanfaatkan hanya 5, sisanya berupa tetes tebu molase, blotong dan air. Selama ini, produk utama yang dihasilkan dari tebu adalah gula, sementara buangan atau hasil samping yang lain tidak begitu diperhatikan. Kecuali tetes tebu yang sudah lama dimanfaatkan untuk pembuatan etanol dan bahan pembuatan monosodium glutamat MSG, salah satu 17 bahan untuk membuat bumbu masak atau ampas tebu yang dimanfaatkan untuk makanan ternak, bahan baku pembuatan pupuk, pulp, particle board dan untuk bahan bakar boiler di pabrik gula. Sedangkan beraneka limbah dalam proses produksi gula seperti blotong dan abu terbuang percuma. Bahkan untuk buangan limbahnya pun menimbulkan pencemaran lingkungan sehingga menambah pengeluaran pabrik gula [4]. Menurut rumus Pritzelwitz [5], tiap kilogram ampas dengan kandungan gula sekitar 2,5 akan memiliki kalor sebesar 1825 kkal. Nilai bakar tersebut akan meningkat dengan menurunnya kadar air dan gula dalam ampas. Dengan penerapan teknologi pengeringan ampas yang memanfaatkan energi panas dari gas buang cerobong ketel, dimana kadar air ampas turun menjadi 40 akan dapat meningkatkan nilai bakar per kg ampas hingga 2305 kkal. Berdasarkan penelitian Sutjiadi, dkk. [6], jika sampel semakin pekat maka semakin besar perolehan gula glukosa. Hal ini ditunjukkan dari hasil penelitiannya yang menggunakan bahan baku kertas bekas dengan variasi berat 6,25, 4,76 dan 3,85 pada temperatur 200 °C selama 3 jam diperoleh yield gula terbesar yaitu sebesar 1,413 berat dengan berat kertas bekas 6,25. Menurut Febriyanti dan Khoir [7] dalam penelitiannya menggunakan ampas tebu sebagai bahan baku dengan rasio ampas tebu-air 0,05 ww diperoleh hasil bahwa pada suhu 110 °C , tekanan operasi 3 bar dan waktu reaksi 30 menit menghasilkan kerusakan terbesar pada material ampas tebu dibandingkan pada suhu 50 °C sehingga dapat disimpulkan bahwa kenaikan suhu, tekanan dan waktu hidrolisis memperbesar kerusakan material ampas tebu dan memperbesar perolehan kadar monosakaridanya yaitu antara 7,7715 - 215,4825 gL dan yield berkisar antara 0,3886 – 10,7741 gr monosakaridagr ampas tebu. Berdasarkan penelitian Sutjiadi, dkk. [6], semakin lama waktu hidrolisis maka semakin besar perolehan gula glukosa. Hal ini ditunjukkan dari hasil penelitiannya yang menggunakan bahan baku kertas bekas dengan variasi berat 6,25pada temperatur 200 °C selama 1, 2 dan 3 jam diperoleh yield gula terbesar pada waktu hidrolisis 3 jam yaitu sebesar 1,413 berat. Berdasarkan penelitian Rusdianto [8] diperoleh vinasse dengan kadar gula sebesar 15,62 dari kandungan gula awal. Kemudian dilakukan daur ulang vinasse 18 sebagai umpan fermentasi yang menghasilkan kadar etanol sebesar 2,58 vv pada daur ulang tingkat pertama dan 2,08 vv pada daur ulang tingkat ketiga. Hal ini menunjukkan bahwa vinasse cukup mempunyai potensi untuk didaur ulang. Penelitian-penelitian sebelumnya terkait pembuatan bioetanol diperlihatkan pada Tabel 1.1 berikut. Tabel 1.1 Penelitian Pendahulu tentang Produksi Bioetanol No. Nama Peneliti Judul Penelitian Bahan Baku dan Proses 1. Reza Mandagi, Yoke Anugerah dan Buana Girisuta, 2010 Optimasi Proses Perlakukan Awal dalam Menyingkap Fraksi Hemiselulosa Eceng Gondok Menggunakan Metode Hidrolisis Termal Bahan bakunya adalah eceng gondok dengan menggunakan variasi berat 6,4, 4,9 dan 3,9. Metode yang digunakan adalah proses hidrolisis termal dengan variasi waktu dan temperatur hidrolisis masing- masing sebesar 1,2, 3 jam dan 143,7; 173,3 serta 197,2 °C. Dari masing-masing proses diperoleh kondisi optimum untuk menghasilkan yield gula paling besar sebesar 10,225 yaitu pada temperatur 173,3 °C selama 3 jam [9]. 2. Ahmad Gunardi Rahman, H. Dede Zainal Arief dan Dan Bonita Anjasari, 2013 Kajian Efisiensi Bahan Baku Dalam Produksi Bioetanol Dari Ampas Tapioka Melalui Proses Daur Ulang Recycling Vinasse Bahan baku yang digunakan adalah ampas tapioka. Dari hasil distilasi diperoleh vinasse dengan kadar gula total 5,54 sehingga dilakukan proses recycling dan diperoleh kadar etanol 1,74 pada daur ulang pertama dan 0,87 pada daur ulang kedua [10]. 19 3. Orchidea R., dkk., 2010 Pengaruh Metode Pretreatment pada Bahan Lignoselulosa terhadap Kualitas Hidrolisat yang Dihasilkan Bahan baku adalah bagasse, dengan pretreatment LHW Liquid Hot Water pada suhu 50 dan 110 °C, tekanan 1 dan 3 bar dan waktu hidrolisis 10, 15, 20 dan 30 menit. Diperoleh kandungan glukosa tertinggi pada suhu 110 °C, tekanan 3 bar dan waktu 30 menit yaitu sebesar 215,4825 gL [11]. Dengan memperhatikan beberapa hal diatas, yakni kebutuhan bioetanol Indonesia yang cukup tinggi, besarnya kandungan gula dalam ampas tebu yang dapat dikonversi menjadi etanol, tingginya yield gula yang dihasilkan melalui proses hidrolisis termal, besarnya kadar gula vinasse yang dapat direcycle dan pengaruh variasi konsentrasi tepung ampas tebu, waktu serta temperatur hidrolisis termal yang sangat berpengaruh dalam pembuatan bioetanol maka dilakukan penelitian pembuatan bioetanol dari tepung ampas tebu menggunakan hidrolisis termal dan recycling dengan variasi konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis.

1.2 PERUMUSAN MASALAH