Pembuatan Bioetanol Dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal Dan Fermentasi Serta Recycle Vinasse (Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu, Suhu Dan Waktu Hidrolisis)
PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS
TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN
FERMENTASI SERTA RECYCLE VINASSE (PENGARUH
KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU, SUHU DAN
WAKTU HIDROLISIS)
SKRIPSI
Oleh
YUSTINA BR SILITONGA
100405059
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
APRIL 2015
PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS
TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN
FERMENTASI SERTA RECYCLE VINASSE (PENGARUH
KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU, SUHU DAN
WAKTU HIDROLISIS)
SKRIPSI
Oleh
YUSTINA BR SILITONGA
100405059
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN 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 SERTA RECYCLE
VINASSE (PENGARUH KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU, SUHU
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, 27 April 2015 Yustina br Silitonga
NIM 100405059
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul berjudul “Pembuatan Bioetanol dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi serta Recycle
Vinasse (Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu, Suhu dan Waktu Hidrolisis)”,
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: Penelitian ini membantu dalam pembuatan bioetanol dari tepung ampas tebu sehingga dapat menjadi dasar rancangan produksi secara komersial.
Penelitian ini membantu pengolahan limbah padat ampas tebu yang dapat mencemari lingkungan.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, April 2015 Penulis, Yustina br Silitonga
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Kedua orang tua penulis tercinta, P. Silitonga, SH., MH. dan J. Sihombing serta saudara penulis, Andre Yakob Silitonga, SH. dan Christminarti Silitonga, Spd.
Yang telah banyak mendukung penulis.
2. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si, selaku dosen pembimbing serta Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia USU yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Ir. Bambang Trisakti, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik dan Dosen Penguji yang telah memberi saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
4. Dr. Eng. Rondang Tambun ST., MT, selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
5. Ir. Renita Manurung, MT, selaku Koordinator Penelitian dan Skripsi.
6. Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Kimia USU.
7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.
8. Staf Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia USU yang telah membantu penulis dalam hal administrasi penyelesaian skripsi ini.
9. Ardi, sebagai sahabat baik yang begitu banyak memberikan dukungan, doa dan semangat secara spesial untuk penulis.
10. Seluruh pihak yang telah memberi bantuan kepada penulis dalam penyelesaian Skripsi ini yang tidak dapat ditulis satu per satu.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Yustina br Silitonga NIM : 100405059 Tempat/tgl lahir : Kuala Tungkal, 10 November 1992 Nama orang tua : P. Silitonga, S.H, M.H Alamat orang tua : Jl. Tripjamaksari Cinanggung, Serang
Asal Sekolah :
SD N 5 Kuala Tungkal tahun 1998-1999
SD N 200101 Padangsidimpuan tahun 1998-2004
SMP N 2 Padangsidimpuan tahun 2004-2005
SMP Swasta “Diakui” Katolik St. Yoseph tahun 2005-2007
SMA Swasta Cahaya Medan tahun 2007-2010 Beasiswa yang diperoleh :
Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2011/2012 Pengalaman Organisasi :
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bidang Penelitian dan Pengembangan (Litbang)
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
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
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 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
DAFTAR ISI
2.5 PROSES PEMBUATAN BIOETANOL
2.1 BIOETANOL
6
2.2 AMPAS TEBU
8
2.3 VINASSE
10
2.4 SACCHAROMYCES CEREVISIAE
11
13
5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5.1 Tahap Persiapan Bahan Baku (Pre-Treatment)
13
2.5.2 Tahap Hidrolisis Termal
14
2.5.3 Tahap Fermentasi
15
2.5.4 Tahap Pemurnian (Distilasi)
16
6
halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DAFTAR SIMBOL xv
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS v
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR LAMPIRAN xiii
DAFTAR SINGKATAN xiv
BAB I PENDAHULUAN
5
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
4
1.3 TUJUAN PENELITIAN
4
1.4 MANFAAT PENELITIAN
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
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
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
40
5.1 KESIMPULAN
40
5.2 SARAN
40 DAFTAR PUSTAKA
41
DAFTAR GAMBAR
38 Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Suhu Hidrolisis terhadap Kadar Bioetanol pada Waktu Hidrolisis 2 jam
54 Gambar L2.9 Analisa pH
53 Gambar L2.8 Analisa Kadar Lignin dan Selulosa
52 Gambar L2.7 Analisa Kadar Glukosa
52 Gambar L2.6 Larutan Bioetanol
51 Gambar L2.5 Vinasse
51 Gambar L2.4 Rangkaian Distilasi
50 Gambar L2.3 Fermentasi
50 Gambar L2.2 Hidrolisis Slurry Ampas Tebu
40 Gambar L2.1 Ampas Tebu
37 Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu terhadap % Yield Glukosa
halaman
35 Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu terhadap % Yield Glukosa
Gambar 3.4 Flowchart Analisa Kadar Gula dengan Metode Luff SchoorlGambar 3.3 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 3228 Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 30
16 Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku
15 Gambar 2.5 Reaksi Pembentukan Bioetanol
14 Gambar 2.4 Produk Samping Hasil Degradasi Lanjut Monosakarida
9 Gambar 2.3 Skema Proses Produksi Bioetanol
6 Gambar 2.2 Ampas Tebu
Gambar 2.1 Diagram Sumber Tanaman Bioetanol54
DAFTAR TABEL
38 Hidrolisis dan Vinasse
49 Tabel L3.1 Pengujian Kadar Lignin dan Selulosa
48 Tabel L1.2 Data Percobaan Kadar Bioetanol
Vinasse
38 Tabel L1.1 Pengujian Kadar Glukosa Hasil hidrolisis Bahan Baku dan Recycle
Vinasse
38 Tabel 4.3 Pengujian Kadar Glukosa Hasil hidrolisis Bahan Baku dan Recycle
1 Jam)
halaman
27 Tabel 4.1 Pengujian Kadar Glukosa, Lignin dan Selulosa dengan Variasi Suhu Hidrolisis (Pada Konsentrasi Bahan Baku 2,94% dan Waktu Hidrolisis
25 Tabel 3.2 Konversi Berat Jenis-Kadar Etanol
11 Tabel 3.1 Data Penetapan Gula Menurut Luff Schoorl
10 Tabel 2.3 Komposisi Vinasse
8 Tabel 2.2 Komposisi Ampas Tebu
3 Tabel 2.1 Sifat Fisik Etanol
Tabel 1.1 Penelitian Pendahulu tentang Produksi Bioetanol56