PEMBUATAN BIOETANOL BERBAHAN BAKU KAYU KARET TIDAK PRODUKTIF DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM

  

PEMBUATAN BIOETANOL BERBAHAN BAKU

KAYU KARET TIDAK PRODUKTIF

DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM

• *

  Citra Permata Sari, Apri Mujiyanti, M. Faizal

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

  Em

  

Abstrak

  Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dan sterbarukan. Komponen utama pada limbah pertanian dan industri yang digunakan untuk produksi bioetanol adalah lignoselulosa yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin. Kayu karet yang tidak produktif (KKTP) dapat diolah menjadi bioetanol. Etanol dibuat dengan proses hidrolisis asam dan fermentasi dengan bantuan Saccharomyces Cereviciae. Penelitian ini bertujuan mempelajari pemanfaatan KKTP untuk dibuat menjadi etanol. Penelitian dilakukan dengan penyiapan KKTP, selanjutnya KKTP didelignifikasi dengan menggunakan larutan natrium hidroksida (NaOH) dan dihidrolisis menggunakan asam sulfat (H SO )encer dengan variasi konsentrasi (2%,3%,4%, dan 5%)

  2

  4

  kemudian difermentasi dengan variasi waktu (3 hari, 5 hari, 7 hari, 9 hari, dan 12 hari). Etanol akan dihasilkan setelah dipisahkan dengan menggunakan proses destilasi.Kemudian analisa kadar glukosa dan kadar etanol menggunakan alat kromatografi gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa etanol tertinggi terkandung pada sampel 8 sebesar 4,60%. Sampel 8 dihasilkan dari fermentasi 7 hari dan konsentrasi asam 3%.

  Kata kunci: alkohol, kayu karet yang tidak produktif (KKTP), lignoselulosa, kromatografi gas

Abstract

  Bioethanol is one of biofuel that is present as an alternative fuel that is environmentally friendly and renewable. The main component in those waste materials is lignocelluloses that contained cellulose, hemicelluloses and lignin. Unproductive rubber wood (URW) can made to be bioethanol. Ethanol obtained by fermentation with Saccharomyces Cereviciae. This research aims to study the utilization URW to be made into ethanol. the study was conducted with the preparation of URW, then URW delignificated by using solution of sodium hydroxide (NaOH) and hydrolyzed using sulfuric acid (H2SO4) diluted by varying the concentration (2%,3%,4%, and 5%) and fermented with a variety of time (3 days, 5 days, 7 days, 9 days, and 12 days). The analysis of glucose and ethanol levels using gas chromatography. The result is the highest ethanol contained 4.60 % in the sample 8. The 8th samples are produced from fermentation of 7 days with 3% acid concentration.

  Keywords: alcohol, unproductive rubber wood, lignocelluloses, gas chromatography

  ( Sun dan Cheng , 2002).

  Panas jenis pada 25

  C -114,1 Titik didih normal,

  o

  C 78,32 Densitas, g/ml 0,7983 Viskositas pada 20

  o

  C, mPa.s (Cp) 1,17

  Panas penguapan normal, J/gr 839,31

  Panas pembakaran pada 25

  o

  C, J/gr 29676,6

  o

  Berat molekul, gr/mol 46,1 Titik beku,

  C, J (gr.

  o

  C) 2,42

  Nilai oktan 106

  Cair Dicampur dengan Natrium

  Bereaksi Kelarutan dalam air Larut sempurna Dapat terbakar Ya

  Sumber : Kirk- Orthmer, Enncyclopedia of Chemical Technology, vol 9, 1967

  Kayu Karet, dan oleh dunia internasional disebut Rubber wood pada awalnya hanya tumbuh di daerah Amzon, Brazil. Kemudian pada akhir abad 18 mulai dilakukan penanaman di daerah India namun tidak berhasil. Lalu dibawa hingga ke Singapura dan negara-negara Asia Tenggara lainnya termasuk tanah Jawa. Pohon karet dibudidayakan dengan tujuan utamanya untuk diambil getahnya sebagai bahan utama karet, hingga sekarang.

  Pohon karet termasuk subdivisi angiospremae(tumbuhan biji tertutup). Oleh karena itu kayu dari pohon karet termasuk kedalam termasuk kayu keras yang memiliki sifat- sifat kimia dan fisika kayu keras.

  o

  Tabel 1. Sifat Fisika dan Kimia Etanol Properties Nilai

   PENDAHULUAN

  (Fessenden dan Fessenden, 1986).

  5 OH + 2CO 2 ……………..(1)

  2 H

  12 O 6 → 2 C

  6 H

  C

  Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum. Dengan reaksi :

  0,114 bar (11,5 kPa) ethanol dan air dapat membentuk larutan azeotrop (larutan yang mendidih seperti campuran murni, komposisi uap dan cairan sama). Salah satu pembuatan ethanol yang paling terkenal adalah fermentasi. Bahan mentahnya adalah karbohidrat yang langsung dapat difermentasi. Ragi yang sering digunakan dalam industri fermentasi ethanol adalah

  Bioetanol dapat dibuat dengan memanfaatkan kayu karet tua. kayu karet tua merupakan biomassa yang kandungan lignoselulosa tinggi dimana lignoselulosa mengandung komponen penyusun utama, yaitu holoselulosa 67,38% selulosa 43,98 % dan a- selulosa 37,71 % serta lignin 20,68% berat, dimana lebih rendah dibandingkan kayu yang umumnya digunakan untuk bahan baku pulp(kertas) yaitu 26,72% dan ekstraktifnya 4,58%.

  Selain itu juga, potensi kayu karet yang sudah tua cukup besar, dengan perkiraan umur ekonomis pohon karet sekitar 30 tahun,maka luas area peremajaan atau tanaman karet yang tua harus dibongkar sebanyak 120.000 ha(BPS,1996). Apabila jumlah pohon karet setiap hektar 500 pohon, bila perkiraan berat 1 batang kayu karet adalah 1 ton, maka ketersediaan kayu karet tua sebanyak 60.000.000 ton kayu karet pertahun. (Darmadji dan Suharsi, 1998).

  Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan. Bioetanol dapat dibuat dari biomassa yang mengandung gula, pati atau selulosa yang telah diproses menjadi glukosa. Etanol atau Etil Alcohol (lebih dikenal dengan alkohol, dengan rumus kimia C

• – 111 Wujud pada suhu kamar

  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 . (Darmadji dan suharsi, 1998).

  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.

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

  Bahan baku yang dapat dibuat bioetanol diantaranya:

  berwarna dengan karakteristik antara lain mudah menguap, mudah terbakar, larut dalam air, tidak karsinogenik dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan dampak lingkungan yang signifikan.

  5 OH) adalah cairan tak

  2 H

  2 H

  5 OH,

  merupakan cairan yang tidak berwarna, larut dalam air, eter, aseton, benzene, dan semua pelarut organik, serta memiliki bau khas alkohol. Sifat-sifat kimia dan fisis ethanol sangat

  Etanol atau etil alkohol C

• – 1,5 jam sampai etanol tidak menetes lagi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

2. METODOLOGI

2 SO

  terhadap volume etanol (ml) pada berbagai variasi konsentrasi asam

  Gambar 1. Pengaruh waktu fermentasi (hari)

  Dalam penelitian ini, konsentrasi asam divariasikan 2%, 3%, 4%, daan 5%.. Sedangkan, waktu fermentasi divariasikan 3 hari, 5 hari, 7 hari, 9 hari dan 12 hari. Dari grafik dapat dilihat pengaruhnya, semakin lama waktu fermentasi maka semakin banyak volume yang dihasilkan. Akan tetapi pada waktu fermentasi 9 dan 12 hari mengalami penurunan. Begitu juga yang terjadi pada persen yield-nya.

  3.1. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap volume etanol (ml) pada berbagai variasi konsentrasi asam.

  Penelitian kandungan bioetanol Pada Kayu Karet yang Tidak Produktif (KKTP) dengan variasi konsentrasi asam sulfat dan waktu fermentasi. Mendapatkan hasil etanol yang berbeda-beda setiap konsentrasi pelarut dan lama wktu fermentasi, berikut dibahas pengaruh waktu fermentasi terhadap volume etanol, persen yield etanol, densitas hasil destilasi, kadar glukosa setelah fermentasi pada berbagai konsentrasi asam.

  ) digunakan untuk memecahkan monomer- monomer gula yang terdapat dalam larutan.( Jenni Rismijana, dkk.2002) 3.

  4

  2 SO

  Larutan natrium hidroksida (NaOH) 4 % digunakan untuk menghilangkan lignin yang terkandung di dalam kayu karet dan larutan asam sulfat(H

  Data percobaan yang diukur adalah kadar etanol yang dihasilkan, kadar glukosa setelah fermentasi, dan persen yield etanol. Kadar etanol diukur dengan menggunakan alat gas cromatrografi. Dengan menggunakan parameter lama waktu fermentasi dan konsentrasi pelarut pada saat proses hidrolis.

  C. Proses destilasi dilakukan

  Saccaromyces Cerevisiae ) per sampel. pH

  larutan dijaga antara 4-5. Setelah itu menghubungkan erlemeyer 500 ml yang berisi bubur kayu karet tersebut dengan selang karet dan ujung selang dimasukkan kedalam air agar tidak terjadi kontak langsung dengan udara. Selanjutnya larutan campuran alcohol

  C selama 30 menit sampai berbentuk bubur. Setelah itu campuran didinginkan pada suhu kamar. Proses yang berukutnya yaitu proses fermentasi yang menggunakan 2,5 gram ragi roti (Yaest

  o

  Kemudian campuran tersebut dimasukkan ke dalam autoclave pada suhu 121

  4 per sampelnya.

  C selama 60 menit. Lalu campuran didinginkan pada suhu kamar dan memisahkan fase airnya sehingga tersisa fase seluligninnya. Selanjutnya dilakukan proses hidrolisis dengan menambahkan solven sebanyak 120 ml H

  o

  Penelitian dilakukan dengan memotong limbah kayu karet lalu dikeringkan di panas matahari dan oven. Menggiling / menghaluskan limbah kayu karet sampai ukuran tertentu. Lalu menimbang 30 gram kayu karet tua, memasukkan kedalam erlemeyer 500 ml bersama dengan 125 ml NaOH 4% dan menutup rapat erlenmeyer dengan gabus kemudian dipanaskan dalam autoclave pada suhu 121

  Proses yang dilakukan pada penelitian pembuatan bietanol ini yaitu pretreatment lignolesulosa, hidrolisis asam, fermentasi alcohol dan destilasi.

  Komposisi kimia yang penting pada kayu karet adalah holoselulosa, lignin, dan ekstraktif. Hasil penelitian Boerhendhy et al menunjukkan bahwa kadar holoselulosa 67.38%, kadar lignin 20.68%, rendah dibandingkan dengan kayu yang umum digunakan untuk bahan baku pulp (bubur kertas), yaitu sebesar 26.72%, dan kadar ekstraktif 4,58%. aret.)

  Genus Hevea Spesies Hevea brasiliensis

  Kelas Dicotyledonae Keluarga Euphorbiaceae

  Divisi Spermatophyta Sub divisi Angiospermae

  Tingkat takson Nama latin

• – air dimasukkan ke dalam labu destilasi kemudian pasang labu tersebut pada alat destilasi dengan temperature 78-80

   Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap yield etanol (%) pada berbagai variasi konsentrasi asam Gambar 3. Pengaruh waktu fermentasi (hari)

  terhadap densitas etanol hasil destilasi (gr/m) pada berbagai variasi konsentrasi asam

  Gambar 2. Pengaruh waktu fermentasi (hari)

  terhadap Yield etanol (%) pada berbagai variasi konsentrasi asam

  3.4. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap kadar glukosa (%v/v) pada

  Dari gambar 1 dan 2 tersebut dapat dilihat

  berbagai variasi konsentrasi asam

  bahwa volume dan yield terbesar adalah pada saat konsentrasi asam 3% dengan waktu fermentasi 7 hari. Sedangkan volume dan yield terkecil adalah pada saat konsentrasi asam 5 % dengan waktu fermentasi 12 hari. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi asam yang digunakan maka akan semakin besar volume dan yield etanol tersebut. Dari 4 variasi konsentrasi asam, ternyata pada konsentrasi asam 3%, volume dan yield etanolnya lebih tinggi daripada konsentrasi 2%. Hal ini disebabkan karena tidak homogennya reaksi sintesa etanol, baik ketika proses delignifikasi, hidrolisis maupun fermentasi. Penyebab lain bisa juga dikarenakan kesalahan prosedur penelitian dan tidak sterilnya alat yang digunakan.

  Gambar 4. Pengaruh waktu fermentasi (hari)

  terhadap kadar glukosa (%v/v) pada berbagai variasi konsentrasi asam.

3.3. Pengaruh waktu fermentasi (hari) terhadap densitas etanol hasil destilasi

  Pada dosis asam sulfat yang semakin

  (gr/m) pada berbagai variasi konsentrasi

  pekat, maka akan semakin memicu terbetuknya

  asam

  inhibitor yang bersifat racun. Glukosa akan Pada gambar 3 di bawah ini dapat diketahui terdegdradasi membentuk hydroxymethylfurfural bahwa semakin lama waktu fermentasi maka dan bereaksi lebih lanjut membentuk asam densitas etanol yang dihasilkan semakin fosmiat. Sedangkan akibat dari degdradasi lignin menurun, tetapi pada waktu fermentasi ke tujuh akan terbentuk senyawa-senyawa fenol hari densitas etanol kembali meningkat hal ini

  (Palmqvit and Hahn-Hagerdal., 2000). Sehingga disebabkan karena sudah mencapai waktu kadar etanol yang paling tinggi terbentuk pada optimum. saat konsentrasi asam sulfat yang paling encer karena sedikit mengandung senyawa-senyawa inhibitor seperi asam formiat dan phenol monomer. fermentasi sampai hari ketujuh fermentasi kadar glukosa yang dihasilkan semakin menurun dan mulai dari hari kesembilan sampai dengan hari keduabelas kadar glukosa yang dihasilkan semakin meningkat. Berdasarkan penelitian sebelumnya kadar alkohol atau etanol yang terbentuk dipengaruhi oleh kadar glukosa yang terbentuk setelah fermentasi. Jika kadar glukosa yang terbentuk setelah fermentasi sedikit maka dapat dikatakan kadar etanol semakin besar. alkohol atau etanol yang dihasilkan semakin besar. Begitu juga sebaliknya, semakin besar kadar glukosa yang terbentuk setelah fermentasi maka akan semakin kecil kadar alkohol atau etanol yang akan dihasilkan. Akan tetapi setelah hari kesembilan, kadar glukosa setelah fermentasi pada masing-masing sampel akan mengalami kenaikan, yang berarti penurunan kadar alkohol atau etanol yang terbentuk. Hal ini disebabkan karena proses fermentasi telah mencapai optimum pada waktu 7 hari., kadar etanol akan mengalami penurunan setelah melewati waktu optimumnya.

  Untuk data kualitatif produk yaitu uji kadar etanol, dilakukan uji analisa kadar etanol menggunakan alat kromatografi gas. Dengan alasan keterbatasan biaya analisa maka hanya 5 sampel saja yang dianalisa kadar etanol. Yaitu sampel 3, sampel 8, sampel 13 sampel 18 dan sampel 20. Empat sampel dipilih berdasarkan pada jumlah volume produk akhir yang tertinggi dan satu sampel lainnya merupakan sampel dengan volume yang terendah.

  Tabel 3 Kadar Etanol Hasil Analisa Kromatografi Gas

  alat kromatografi gas jenis kolom carbowix 1500. Pada uji analisa pada 5 sampel tersebut, etanol tertinggi terkandung pada sampel 8 sebesar 4,5911%. Sampel 8 dihasilkan dari hasil fermentasi 7 hari dan konsentrasi asam 3%.

  4. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan dapat

  disimpulkan bahwa Konsentrasi pelarut mempengaruhi volume dan kadar etanol yang dihasilkan dan lama waktu fermentasi juga mempengaruhi volume dan kadar etanol yang dihasilkan serta kondisi optimum untuk menghasilkan etanol berbahan baku kayu karet yang tidak produktif yaitu pada konsentrasi pelarut 3% dan lama waktu fermentasi 7 hari yaitu sebesar 4,60 %.

DAFTAR PUSTAKA

  Hambali, Erliza. dkk., 2008. Teknologi Bioenergi . Jakarta : Agromedia Pustaka. Kumar, P., Barrett, D.M., Delwiche, M.J., and

  Stroeve, P. 2009. Methods for Pretreatment

  of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production , Ind.

  Eng. Chem. Res., 48(8), 3713-3729. Anonym. 2009. Bioetanol Sebagai Energi

  Alternatif Yang Kompetitif . Online di http://skadrongautama.blogspot.com.

  Diakses 20 November 2011 Anonym. 2009. Kayu karet(Hevea brasiliensis). Online di Diakses pada tanggal 23 November 2011. Isroi. 2008. Produksi Bioetanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Hidrolisis Asam.

  Diakses pada 9 November 2011 dari http://www. isroi.wordpress.com

  Daftar rendemen kayu olahan . Online di

  Diakses pada 21 februari 2012