Pembuatan Bioetanol Dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal Dan Fermentasi: Pengaruh Ph, Jenis Ragi Dan Waktu Fermentasi
PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU
MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN
FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU
FERMENTASI
SKRIPSI
Oleh
POPPHY PRAWATI
100405037
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
APRIL 2015
PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU
MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN
FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU
FERMENTASI
SKRIPSI
Oleh
POPPHY PRAWATI
100405037
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIKDEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
APRIL 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU MELALUI PROSES
HIDROLISIS TERMAL DAN FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN
WAKTU FERMENTASI
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, April 2015 Popphy Prawati
NIM 100405037
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat- Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pembuatan Bioetanol dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi: Pengaruh pH Fermentasi, Jenis Ragi dan Waktu Fermentasi”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini memiliki kelebihan dalam menangani limbah ampas tebu untuk diolah menjadi bioetanol dan pengembangan proses pembuatan bioetanol yang ekonomis dengan menggunakan proses hidrolisis termal yang hanya menggunakan air sebagai media hidrolisis. Dibandingkan dengan hidrolisis asam maupun enzim, hidrolisis ini dapat menekan biaya produksi etanol dan dapat mengurangi resiko korosi pada peralatan. Selain itu, proses yang sederhana sehingga dapat diterapkan langsung kepada masyarakat untuk menangani masalah krisis energi yang tengah dihadapi saat ini.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1.
Bapak Dr. Ir. Eng. Irvan, MSi, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU dan sebagai dosen pembimbing penelitian
2. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU.
3. Ibu Dr. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator penelitian Jurusan Teknik Kimia USU.
4. Para staf pengajar dan pegawai jurusan Teknik Kimia.
5. Orang tua dan keluarga yang selama ini telah memberikan bantuan baik moril maupun materil bagi penulis.
6. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Kimia khususnya angkatan 2010 yang telah memberikan bantuan sehingga selesainya penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan masukkan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, April 2015 Penulis Popphy Prawati
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1.
Orangtua tercinta Mulia Tarigan Sibero dan Darni br Sebayang atas cinta kasihnya yang luar biasa serta doa yang tak pernah henti kepada penulis
2. Adik tercinta DM Pahlawan Tarigan dan Elda Apriani Tarigan yang selalu mendoakan dan mendukung penulis dalam segala suka dan duka.
3. Darwinton Rumapea atas perhatian dan dukungannya 4.
Teman-teman terbaikku di Teknik Kimia, Deril, Lean, Ruben, Margaret, Jekky, Dewi, dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
5. Teman- temanku di kos HARLIM, Desi Padang, Ira, Debora, Ade, Winda, Nomi, Lena, Agnes, Ainy, Bella, Novita, May, Cindy, Martha, dan Monika yang selalu membawa kecerian dan kasih sayang
6. Dr. Ir. Eng. Irvan, Msi selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
7. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT dan Ir. Bambang Trisakti, MT yang telah banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
8. Ir. Renita Manurung, MT, selaku Koordinator Skripsi.
9. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU.
10. Dr. Ir. Taslim, MSi sebagai Dosen Pembimbing Akademik.
11. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Popphy Prawati NIM : 100405037 Tempat, tanggal lahir : Jakarta, 11 Maret 1992 Nama orang tua : Mulia Tarigan/ Darni Sebayang Alamat orang tua : Jalan Kramat Ganceng 55 RT 005/01 Pondok Ranggon Jakarta Timur
Asal Sekolah:
- SD Negeri 01 Pondok Ranggon tahun 1998-2004
- SMP Negeri 49 Jakarta tahun 2004 – 2007
- SMA Negeri 39 Jakarta tahun 2007 – 2010 Beasiswa yang diperoleh: 1.
Beasiswa PPA Tahun 2012/2014 Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1.
UKM KMK USU UP Teknik sebagai AKK (Anggota Kelompok Kecil) tahun 2010-2013
2. KOMPAS USU sebagai anggota tahun 2011 3.
USU Young Rural Envoy sebagai Anggota Luar Biasa tahun 2014 4. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2012/2013 sebagai Bendahara Jurnal yang telah dipubliksikan: 1.
Pembuatan Bioetanol Dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi: Pengaruh pH, Jenis Ragi, dan Waktu Fermentasi (Jurnal Teknik Kimia, 2015)
ABSTRAK
Bioetanol merupakan etanol yang terbuat dari tanaman yang mengandung pati, gula dan tanaman berselulosa lainnya. Dimana pada penelitian ini menggunakan ampas tebu yang mengandung selulosa yang cukup tinggi sebagai bahan baku. Penelitian ini bertujuan untuk membuat bioetanol dari ampas tebu dengan variasi pH fermentasi, jenis ragi dan waktu fermentasi. Proses utamanya adalah hidrolisis termal dengan metode Liquid Hot Water (LHW); fermentasi dengan menggunakan Saccharomyces cerevisiae; dan pemurnian dengan distilasi vakum. Variabel yang digunakan adalah pH 4; 4,5; dan 5; jenis ragi roti dan tape; dan lama fermentasi 2, 4, 6, 8 dan 10 hari. Dari analisis yang dilakukan terhadap hasil penelitian didapat perolehan bioetanol yang terbaik sebesar 23 mL, dengan densitas sebesar 0,95 g/ml dan nilai kalor sebesar 161,59 kkal/kg, yaitu pada variasi pH 5 dengan waktu fermentasi 4 hari menggunakan ragi roti.
Kata kunci : Ampas tebu, bioetanol, fermentasi, liquid hot water
ABSTRACT
Bioethanol is ethanol, which made from starch, glucose, or cellulose of plants. In this research, it has been made from cellulose of sugarcane baggase. This research was conducted to understand about the effect of pH, yeast type and the duration of fermentation to yield’s ethanol. The main process in this research were thermal hydrolysis by Liquid Hot Water (LHW) method; fermentation by using Saccharomyces cerevisiae; and purification by vacuum distillation. The variables in this research were pH 4; 4,5; and 5; baker’s yeast and fermented glutinous cassava; and the duration of fermentation were 2, 4, 6, 8 and 10 days. Based on the analysis of the yield conclude that the volume of bioethanol is 23 mL with 0,95 g/ml density and 161,59 kkal/kg heat value, as the best yield. That was the combination between pH 5 and 4 days of the duration of fermentation using baker’s yeast
Key Words : Bioethanol, fermentation, liquid hot water, sugarcane baggase
DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii
PENGESAHAN iii
PRAKATA iv
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xii
DAFTAR LAMPIRAN xiii
DAFTAR SINGKATAN xiv
DAFTAR ISTILAH/ SIMBOL xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1
1 Latar Belakang
1.2
4 Perumusan Masalah
1.3
4 Tujuan Penelitian
1.4
4 Manfaat Penelitian
1.5
5 Ruang Lingkup Penelitian
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Bioetanol (C
2 H
5 OH)
7
2.2 Potensi Bioetanol dari Ampas Tebu di Indonesia
9
2.3 Kegunaan Bioetanol
11
2.4 Proses Pembuatan Etanol dari Lignoselulosa
12
2.4.1 Proses Pendahuluan (Pretreatment)
12
2.4.2 Proses Hidrolisis
14
2.4.3 Fermentasi
15
2.4.4 Distilasi
17
2.5 Hal - Hal yang Mempengaruhi Fermentasi
17 2.5.1 pH
17
2.5.2 Nutrien
18
2.5.3 Temperatur
18
2.5.4 Oksigen
18
2.5.5 Lama Fermentasi
19
2.6 Ragi
19
2.6 Analisis Ekonomi
19 BAB III METODE PENELITIAN
21
3.1 Bahan dan Peralatan
21
3.1.1 Bahan Penelitian
21
3.1.2 Peralatan Penelitian dan Analisa
21
3.2 Rancangan Penelitian
21
3.3 Prosedur Penelitian
22
3.3.1 Tahap Preparasi Ampas Tebu
22
3.3.2 Analisa Bahan Baku
22
3.3.2.1 Analisa Lignin dan Selulosa
22
3.3.3 Proses Hidrolisis dan Fermentasi
23
3.4 Analisa Kadar Etanol
23
3.4.1 Analisis Kuantitatif
23
3.4.1.1 Analisis Kadar Etanol
23
3.5 Flowchart Penelitian
23
3.5.1 Tahap Preparasi Ampas Tebu Sebagai Bahan Baku Utama
23
3.5.2 Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson
24
3.5.3 Fermentasi
25
3.5.4 Penentuan Jumlah Bioetanol
26
3.5.5 Densitas
26
3.5.6 Specific gravity dan API gravity
26
3.5.7 Nilai Kalor
26
3.5.7 Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Berat Jenis
27 BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN
28
4.1 Hasil Analisis Bahan Baku
28
4.1.1 Hasil Analisa Kadar Selulosa dan Lignin Pada Ampas Tebu
28
4.1.2 Hasil Analisa Moisture Content Pada Ampas Tebu
28
4.2 Hasil Analisa Kadar Glukosa Setelah Hidrolisis Termal
29
4.3 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Kadar Bioetanol Dengan Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi
30
4.3.1 Pengaruh pH Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol
30
4.3.2 Pengaruh Jenis Ragi Terhadap Kadar Bioetanol
31
4.3.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol
32
4.3.4 Daur ulang vinnasse
34
4.4 Analisa Sifat Bioetanol
35
4.4.1 Densitas
35
4.4.2 Viskositas
36
4.4.3 Nilai Kalor
37 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
38
5.1 Kesimpulan
38
5.2 Saran
38 DAFTAR PUSTAKA
39 LAMPIRAN
47
DAFTAR GAMBAR
32 Gambar 4.5 Variabel Pembanding Waktu Fermentasi
52 Gambar L3.6 Proses Distilasi
52 Gambar L3.5 Proses Fermentasi
51 Gambar L3.4 Proses Hidrolisis Termal
50 Gambar L3.3 Hasil Analisa Kadar Glukosa Dengan Spektofotometer Uv-visible
50 Gambar L3.2 Hasil Analisa Selulosa dan Lignin Dengan Menggunakan Metode Chesson
37 Gambar L3.1 Ampas Tebu
36 Gambar 4.9 Grafik Pengaruh Nilai Kalor Terhadap Waktu pada pH 4,5
35 Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Jenis Ragi dan Waktu Terhadap Viskositas Bioetanol pada pH 4,5
34 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Jenis Ragi dan Waktu Terhadap Densitas Bioetanol pada pH 4,5
33 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Daur Ulang Proses Fermentasi Dengan Kadar Etanol yang Dihasilkan
31 Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol
Gambar 1.1 Pertumbuhan Konsumsi Energi30 Gambar 4.3 Pengaruh Jenis Ragi Terhadap Kadar Etanol
28 Gambar 4.2 Pengaruh pH Terhadap Kadar Etanol
25 Gambar 4.1 Alat Pengukur Moisture Content
24 Gambar 3.3 Flowchart Tahap Proses Fermentasi
23 Gambar 3.2 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson
13 Gambar 3.1 Flowchart Tahap Preparasi Ampas Tebu
10 Gambar 2.4 Efek Pretreatment Bahan Lignoselulosa
9 Gambar 2.3 Potensi Biomassa di Indonesia
7 Gambar 2.2 Struktur dasar lignoselulosa a.Selulosa, b.Hemiselulosa, c.Lignin
1 Gambar 2.1 Biomassa Lignoselulosa
53
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Pembuatan Bioetanol3 Tabel 2.1 Syarat Mutu Etanol Nabati
9 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Ampas Tebu
11 Tabel 2.3 Komposisi Kimia Limbah Agrikultural
11 Tabel 2.4 Market Bioetanol
11 Tabel 2.5 Perbandingan Antara Dua Teknik Fermentasi Utama
16 Tabel 2.6 Efisiensi Penggunaan Ragi Tape Dengan S.Cereviceae Untuk 500 mL Fermentasi Hasil Hidrolisis Ampas Tebu Menjadi Bioetanol
19 Tabel 2.7 Rincian Biaya Pembuatan Bioetanol dari Ampas Tebu
20 Tabel 3.1 Rancangan Penelitian
22 Tabel 3.2 Konversi Berat Jenis- Kadar Etanol
27 Tabel 4.1 Hasil Analisa Glukosa Dari Ampas Tebu Dengan Spektrofotometer Uv-vis
29 Tabel L1.1 Hasil Analisis Kadar Etanol
47