PEMBUATAN BIOETANOL DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM DAN FERMENTASI

  

PEMBUATAN BIOETANOL DARI TANDAN KOSONG

KELAPA SAWIT (TKKS) DENGAN

METODE HIDROLISIS ASAM DAN FERMENTASI

• *

  Yuni Astuti Ningsih , Kartini Rahmi Lubis, Rosdiana Moeksin

  Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662

  

Abstrak

  Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah perkebunan yang belum banyak dimanfaatkan secara luas. Salah satu pemanfaatan TKKS yang belum mendapat perhatian khusus adalah pengolahannya menjadi bioetanol. TKKS memiliki kandungan lignoselulosa yang cukup tinggi. Metode untuk mendegradasi lignin dari TKKS yaitu menggunakan larutan NaOH (4%) dan dilanjutkan dengan hidrolisis asam menggunakan larutan H SO (2-5%) . Fermentasi dilakukan dengan menggunakan

  2

  4 saccharomyses cerevisiae . Kadar bioetanol tertinggi yang dihasilkan sebesar 9,698%.

  Kata kunci : Bioetanol, Hidrolisis Asam, Fermentasi, Tandan kosong kelapa sawit (TKKS)

Abstract

  Oil palm empty fruit bunches (TKKS) is waste oil that has not been widely utilized. One of TKKS utilization that has not received special attention is the processing to bioethanol. TKKS have a fairly high content of lignocelluloses. The method of degrade lignin from TKKS using NaOH solution (4%) followed by acid hydrolysis using a solution of H SO (2-5%). It was fermented with saccharomyses cerevisiae.

  2

4 Bioethanol produced the highest levels of 9.698%.

  Keywords: acid hydrolysis, bioethanol, fermentation, palm empty fruit bunches (TKKS)

  bioetanol dari bahan non-pangan agar 1.

   PENDAHULUAN

  Semakin menipisnya persediaan minyak kepentingannya tidak bertolak belakang dengan dunia menyebabkan kelangkaan bahan bakar kebutuhan pangan. Selain bahan berpati, bahan berupa bensin dan minyak tanah. Hal ini lain yang juga tepat untuk pembuatan bioetanol berimbas pada semakin melambungnya harga adalah bahan berselulosa. Contoh bahan kedua bahan bakar tersebut. Pemerintah pun berselulosa adalah jerami, tongkol jagung, telah melakukan berbagai macam upaya salah rumput

• – rumputan, ampas tebu dan tandan satunya dengan menggalakkan penggunaan kosong kelapa sawit. bahan bakar nabati berupa bioetanol dari Penelitian ini menggunakan biomassa singkong untuk mengatasi kelangkaan bensin.. lignoselulosa yaitu Tandan Kosong Kelapa Sawit Saat ini, banyak dikembangkan bahan bakar (TKKS) karena tidak berkompetensi dengan nabati berupa bioetanol yang berasal dari pangan maupun pakan, tersedia melimpah, singkong. Namun seiring berjalannya waktu murah dan terbarukan. TKKS tersedia cukup ternyata solusi tersebut menimbulkan masalah. melimpah dan selama ini kurang dimanfaatkan

  Bioetanol mengundang pro dan kontra secara optimal. Selain jumlah yang melimpah karena bioetanol tersebut berbahan baku bahan juga karena kandungan selulosa tandan kelapa pangan (singkong) dikhawatirkan akan terjadi sawit yang cukup tinggi yaitu sebesar 45 % persaingan antara kebutuhan bahan bakar dan (Aryafatta, 2008). TKKS cocok dikembangkan bahan pangan. Maka dari itu perlu sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. dikembangkan bahan bakar alternatif sumber Sehingga ketika diolah menjadi bioetanol dapat

  Faktor-faktor yang mempengaruhi fermentasi antara lain :  Jenis mikroorganisme  Lama fermentasi  Derajat keasaman  Kadar gula

  6 H

  ), asam perklorat dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam. Hidrolisis asam dapat dikelompokkan menjadi hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer (Isroi, 2008).

  Fermentasi Alkohol

  Fermentasi alkohol adalah proses penguraian karbohidrat menjadi etanol dan CO

  2

  yang dihasilkan oleh aktivitas suatu jenis mikroba yang disebut khamir dan keadaan anaerob (Proscott dan Dunn, 1959). Reaksinya adalah :

  C

  12 O

  2 SO

  6

  → 2C

  2 H

  5 OH + 2CO

  2 Secara ringkas seluruh rangkaian reaksi yang

  terjadi adalah hidrolisis pati atau polisakarida menjadi maltose (disakarida) kemudian hidrolisis menjadi glukosa dan selanjutnya diubah menjadi alkohol dan gas karbondioksida oleh

  Saccharomyyces cereviceae (Winarno & Fardiaz, 1992).

  4

  Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat (H

  menghasilkan rendemen yang cukup besar sehingga harga jual bioetanol yang dihasilkan dapat lebih murah.

  3. Bahan yang mengandung selulosa Selulosa terdapat dalam serat seperti serat kayu, serat tandan kosong kelapa sawit, serat pisang, serat nanas, ampas tebu dan lain-lain (UKM, 2009).

  Bioetanol

  Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan. Bioetanol (C

  2 H

  5 OH) adalah cairan

  biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol bersifat multi-guna karena dicampur dengan bensin pada komposisi berapapun memberikan dampak yang positif. Bahan baku yang dapat dibuat bioetanol diantaranya:

  1. Bahan yang mengandung glukosa Bahan ini ada pada tetes tebu / molasse, nira aren, nira kelapa, nira tebu, sari buah-buahan dan lain-lain.

  2. Bahan yang mengandung pati / karbohidrat Bahan ini terdapat pada umbi-umbian seperti sagu, singkong, ketela, gaplek, ubi jalar, talas, ganyong, jagung dan lain-lain.

  Tandan Kosong Kelapa Sawit

  Hidrolisis selulosa menjadi glukosa dapat dilakukan menggunakan cara kimiawi dan hayati. Hidrolisis dengan cara kimiawi menggunakan asam kuat, sedangkan dengan cara hayati menggunakan enzim murni atau mikro organisme penghasil enzim selulase. Kendala yang dihadapi yaitu rendahnya laju hidrolisis karena adanya kandungan lignin dalam bahan lignoselulosa. Oleh karena itu dilakukan proses delignifikasi sebelum dihidrolisis.

  Tandan kosong kelapa sawit merupakan limbah utama dari industri pengolahan kelapa sawit. Tandan kelapa sawit merupakan bagian dari pohon kelapa sawit yang berfungsi sebagai tempat untuk buah kelapa sawit. Setiap tandan mengandung 62

  Padahal tandan kosong kelapa sawit berpotensi untuk dikembangkan menjadi barang yang lebih berguna, salah satunya menjadi bahan baku bioetanol. Hal ini karena tandan kosong kelapa sawit banyak mengandung selulosa yang dapat dihirolisis menjadi glukosa kemudidifermentasi menjadi bioetanol. Kandungan selulosa yang cukup tinggi yaitu sebesar 45% menjadikan kelapa sawit sebagai prioritas untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol (Aryafatta, 2008).

  Pretreatment Lignoselulosa

  Tujuan dari pretreatment adalah untuk membuka struktur lignoselulosa agar selulosa menjadi lebih mudah diakses oleh enzim yang memecah polymer polisakarida menjadi monomer gula.

  Jika tidak dipretreatment terlebih dahulu, lignoselulosa sulit untuk dihidrolisis karena lignin sangat kuat melindungi selulosa sehingga sangat sulit melakukan hidrolisis sebelum memecah pelindung lignin. Gula yang diperoleh tanpa pretreatment kurang dari 20%, sedangkan dengan pretreatment dapat meningkat menjadi 90% dari hasil teoritis (Isroi, 2008).

  Hidrolisis

  Hidrolisis merupakan proses pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula penyusunnya.

• – 70% buah dan sisanya adalah tandan kosong yang belum termanfaatkan secara optimal (Naibaho, 1998).

   Suhu  Konsentrasi ragi 2.

  2 SO

   Proses destilasi dilakukan selama 1,5 jam-2 jam sampai etanol tidak menetes lagi.  Destilat (etanol) yang dihasilkan lalu ditimbang dan disimpan di dalam botol yang tertutup rapat.

  o C.

   Siapkan 1 set peralatan destilasi. Lalu rangkai dan nyalakan peralatan destilasi dengan benar.  Masukkan campuran alkohol-air ke dalam labu, kemudian pasang labu tersebut pada alat destilasi yang telah disediakan.  Atur temperaturnya 78-80

  d. Proses Destilasi

   Selanjutnya larutan difermentasikan selama 1 hari, 3 hari, 5 hari, dan 7 hari (sesuai dengan perlakuan).  Selanjutnya memisahkan larutan dengan bubur TKKS sehingga diperoleh cairan alkohol + air.

   Ukur pH larutan ( pH 4-5)  Setelah itu menghubungkan erlemeyer 500 ml yang berisi bubur TKKS tersebut dengan selang karet dan ujung selang dimasukkan kedalam air agar tidak terjadi kontak langsung dengan udara.

  C selama 15 menit agar tidak ada mikroba lain karena kesterilan akan mempengaruhi fermentasi.  Setelah keluar dari autoklaf, alat – alat tersebut didinginkan.  Timbang sebanyak 2,4 gram ragi roti (Yaest Saccaromyces Cerevisiae ).  Masukkan ragi roti ke dalam bubur TKKS yang sudah dihidrolisis tadi. Lalu diaduk lebih kurang 5 menit sampai homogen.

  o

   Alat – alat yang digunakan pada proses fermentasi disterilisasi dalam autoklaf pada suhu 121

  c. Proses Fermentasi

  C selama 30 menit sampai berbentuk bubur. Setelah itu campuran didinginkan pada suhu kamar.

  o

  encer yang telah disiapkan sebelumnya.  Solvent dicampurkan ke dalam setiap sampel sambil diaduk rata dengan pengaduk selama 1 menit. Beri label pada setiap sampelnya  Kemudian campuran tersebut dimasukkan ke dalam autoclave pada suhu 121

  4

   Hasil pretreatment tadi dimasukkan ke dalam Erlenmeyer lalu ditambahkan dengan larutan H

   METODOLOGI Bahan-bahan yang digunakan

2 SO

  Prosedur Penelitian a. Pretreatment Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

   Tandan Kosong Kelapa Sawit  Saccharomyces Cerevisiae (ragi roti)  Aquadest  Larutan NaOH (4%)  Larutan H

  4

  (Variasi konsentrasi 2%, 3%, 4%, dan 5%)

  Alat-alat yang Digunakan

   Neraca analitis  Gelas Ukur  Erlenmeyer  Pengaduk  Indicator universal  Autoklaf  Seperangkat Alat Destilasi  Piknometer  Oven  Selang  Alumunium foil

   Memotong TKKS lalu dikeringkan di panas matahari dan oven.  Menggiling / menghaluskan TKKS sampai ukuran tertentu.  Menimbang 20 gram TKKS, memasukkan kedalam erlemeyer 500 ml.  Menambahkan 100 ml NaOH 4% dan menutup rapat erlenmeyer dengan gabus kemudian dipanaskan dalam autoclave pada suhu 121

  dengan variasi konsentrasi 2%, 3%, 4%, dan 5%.

  o

  C selama 60 menit. Lalu campuran didinginkan pada suhu kamar  Memisahkan fase airnya sehingga tersisa fase seluligninnya.

b. Proses Hidrolisis

   Menyiapkan larutan untuk menghidrolisis TKKS yaitu solvent sebanyak 120 ml per sampelnya. Solvent berupa H

  2 O yang

  ditambahkan dengan larutan H

  2 SO

  4

  3.

  etanol yang paling tinggi adalah sebesar 9,698%

HASIL DAN PEMBAHASAN

  yaitu pada hari kelima dengan volume penambahan asam sulfat sebesar 2% dengan densitas etanol sesuai gambar 1 yaitu 16,4144 gr/ml.

  Pada dosis asam sulfat yang semakin pekat, maka akan semakin memicu terbetuknya inhibitor yang bersifat racun. Glukosa akan terdegdradasi membentuk hydroxymethylfurfural dan bereaksi lebih lanjut membentuk asam fosmiat. Sedangkan akibat dari degdradasi lignin akan terbentuk senyawa-senyawa fenol (Palmqvit and Hahn-Hagerdal., 2000). Sehingga kaadar etanol yang paling tinggi terbentuk pada saat konsentrasi asam sulfat yang paling encer karena sedikit mengandung senyawa-senyawa inhibitor seperi asam formiat dan phenol monomer.

  Dari gambar 2 terlihat semakin lama Gambar 1 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap waktu fermentasi, maka kadar etanol juga akan Densitas Pada Berbagai Variasi Konsentrasi mengalami kenaikan. Akan tetapi setelah hari Asam kelima, kadar etanol pada masing-masing sampel akan mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena proses fermentasi telah mencapai optimum pada waktu 5 hari., kadar etanol akan mengalami penurunan setelah melewati waktu optimumnya.

  Gambar 2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Alkohol Pada Berbagai Variasi Konsentrasi Asam

  Gambar 3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Gambar 1 merupakan grafik yang

  Kadar Glukosa Pada Berbagai Variasi menunjukkan hubungan antara densitas etanol Konsentrasi Asam dengan waktu fermentasi. Sedangkan gambar 2

  Dalam penelitian ini, kadar gula reduksi menunjukkan hubungan antara kadar etanol yang atau gula sisa juga diukur. Dari gambar 3. dihasilkan dengan variasi waktu fermentasi. menunjukkan bahwa kadar glukosa semakin Gambar 1 berbanding terbalik dengan gambar 2. menurun seiring dengan bertambahnya waktu

  Semakin rendah atau kecil densitas etanol yang fermentasi. Hal ini menunjukkan bahwa glukosa dihasilkan, maka semakin besar kadar etanol hasil hidrolisis telah difermentasi secara yang dihasilkan. sempurna menjadi etanol. Kadar gula cenderung

  Jumlah asam sulfat yang ditambahkan menurun disebabkan gula yang terdapat dalam pada hidrolisis asam bervariasi, yaitu : 2%, 3%, media digunakan sebagai sumber karbon bagi sel 4%, dan 5%. Gambar 4.2 menunjukkan pengaruh khamir untuk mensintesis energi melalui proses waktu fermentasi terhadap kadar etanol pada fermentasi etanol. berbagai variasi konsentasi asam sulfat. Kadar

  Sel khamir optimum menghasilkan Balai Pemeriksaan Obat dan Makanan. 1979. etanol pada hari kelima dengan penambahan Farmakop Indonesia. Edisi ketiga. Kopri asam sulfat sebesar 2% yaitu 9,698% kadar Sub Unit Direktorat Jenderal Departemen etanol. Besarnya kadar etanol yang dihasilkan Kesehatan RI. berbanding terbalik dengan sisa gula reduksi. Semakin tinggi kadar etanol maka semakin Fauzi, Yan. Iman Satyawibawa. 2004. Kelapa sedikit gula reduksi yang tersisa. Karena, selama Sawit edisi revisi . Penebar Swadaya: proses fermentasi gula diubah menjadi etanol Jakarta. dengan bantuan ragi.

  Akan tetapi, setelah hari kelima Isroi. 2008. Potensi Biomassa Lignoselulosa di penurunan kadar gula tidak diikuti dengan Indonesia Sebagai Bahan Baku Bioetanol: peningkatan kadar etanol karena gula digunakan Tandan Kosong Kelapa Sawit . Online di sel khamir untuk mempertahankan hidup. Diakses

  16 Konsentrasi etanol yang tinggi akan beracun bagi Februari 2011. ragi.

  Isroi. 2008. Hidrolisi Asam Tandan Kosong

  Kelapa Sawit . Online di 4.

   Diakses

  16 KESIMPULAN Februari 2011. Dari penelitian yang dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan : Isroi. 2008. Produksi Bioetanol Berbahan Baku

  1. Biomassa Berligniselulosa. Online di Untuk rentang waktu fermentasi sampai 5 hari, semakin sedikit konsentrasi asam yang Diakses

  16 digunakan, maka kadar bioetanol yang Februari 2011. dihasikan semakin tinggi.

  2. Kumar, P., Barrett, D.M., Delwiche, M.J., and Kadar bioetanol yang dihasilkan semakin tinggi sampai 5 hari waktu fermentasi, setelah Stroeve, P. 2009. Methods for melewati waktu 5 hari kadar bioetanol yang Pretreatment of Lignocellulosic Biomass dihasilkan semakin menurun. for Efficient Hydrolysis and Biofuel

  3. Production , Ind. Eng. Chem. Res., 48(8), Kondisi penelitian terbaik adalah pada saat penambahan konsentrasi asam sebesar 2% 3713-3729. dan waktu fermentasi 5 hari, dengan kadar bioetanol yang dihasilkan 9,698 %. Muljono, Judoamidjojo, Darwis, Aziz, A., dan

  Gumbira,

  E. 2002. Teknologi Fermentasi . Rajawali pers: Jakarta.

  

DAFTAR PUSTAKA Prawita, Dewi. 2008. Mengolah Limbah Sawit

Menjadi Bioetanol dan Kompos . Online di

  ........,2009. Bioetanol Sebagai Energi Alternatif Diakses

  13 Yang Kompetitif . Online di Februari 2011. http://skadrongautama.blogspot.com. Diakses 10 Februari 2011. Sudarmadji, S., Haryono, B., dan Suhardi. 1984.

  Prosedur analisa untuk bahan makanan dan ......., 2008. Reaksi fermentasi. Online di pertanian . Edisi ketiga. Liberty: Yogyakarta.

  www.risvank.com/reaksi bioatanol. Diakses 22 Februari 2011. Sun, Y., dan Cheng, J., 2002. Hydrolysis of

  lignocellulosic materials for ethanol

  ........, 2005. Metode Destilasi Bioetanol. production : a review. Bioresource Online di http: //community.um.ac. id Technology 83, 1 – 11. /showthread.php. Diakses 22 Februari 2010. UKM, B. 2009. Bahan Bakar Nabati (Bioetanol).

  Khalifah Niaga Lantabura: Yogyakarta.