S KIM 1005321 Chapter 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi industri dan pertumbuhan jumlah manusia yang
pesat mendorong peningkatan kebutuhan energi. Berdasarkan BP Statistical
Review of World Energy, konsumsi energi di dunia pada tahun 2012 mencapai
sekitar 86,94% bahan bakar fosil, 4,49% energi nuklir, 6,66% hydroelectricity,
dan 1,90% energi biomassa. Sumber energi fosil seperti minyak bumi dan batu
bara adalah sumber energi yang bersifat terbatas dan memerlukan waktu yang
sangat lama untuk memperbaruinya sehingga dianggap sebagai unrenewable
energy resources.
Maka diperlukan sumber energi pengganti fosil untuk memenuhi
kebutuhan energi terutama bahan bakar. Salah satu alternatifnya adalah biomassa,
yaitu sumber energi dari bahan organik seperti kayu, rumput, hasil pertanian dan
perkebunan serta limbahnya. Energi berbasis biomassa lebih ramah lingkungan
dibandingkan dengan sumber energi fosil karena hampir tidak menghasilkan emisi
karbon (Zhou, dkk. 2011).
Secara umum kandungan biomassa yang sejalur dengan bahan bakar
terbarukan dapat dikelompokkan menjadi tiga kelas, yaitu bahan baku
karbohidrat, bahan baku trigliserida, dan lignoselulosa (Alonso, dkk. 2010).
Biomassa lignoselulosa umumnya terdiri dari hemiselulosa (25-35%), selulosa
(40-50%), dan lignin (15-20%). Selulosa banyak tersedia dan memiliki potensi
besar untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan biofuel.
Indonesia sebagai negara agraris memiliki potensi yang besar dalam
pengembangan energi biomassa. Banyak bahan biomassa yang mengandung
selulosa tinggi seperti limbah pertanian (Chang, dkk. 2007). Salah satu hasil
limbah pertanian yang mengandung selulosa tinggi adalah kulit durian. Badan
pusat statistik menyatakan bahwa produksi durian Indonesia pada tahun 2012
mencapai 888.130 ton. Persentase bobot daging buah tergolong rendah yaitu
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
2
hanya 20,52%. Hal ini berarti ada sekitar 79,08% yang merupakan bagian tidak
termanfaatkan untuk dikonsumsi seperti kulit dan biji durian. Kulit durian
merupakan limbah rumah tangga yang dibuang sebagai sampah dan tidak
memiliki nilai ekonomi. Pada saat puncaknya limbah kulit durian mencapai 100
ton per hari. Kulit durian mengandung selulosa yang cukup tinggi yaitu 72,41 ±
0,16% dengan kandungan lignin sebesar 14,37 ± 0,23% serta kandungan
hemiselulosa 12,35 ± 0,47% (Kongkiattikajorn, dkk. 2011). Tingginya kandungan
selulosa yang terdapat pada biomassa kulit durian ini berpotensi untuk
menghasilkan prekursor biofuel, 5-hidroksimetilfurfural (HMF). Kulit durian
belum banyak dimanfaatkan terutama untuk prekursor bahan bakar yaitu HMF.
Untuk mengubah selulosa menjadi HMF diperlukan pelarut yang sesuai.
Pada beberapa penelitian, pelarut yang digunakan adalah cairan ionik seperti
[BMIM][BF4], [BMIM][Cl], dan [EMIM][Cl] (Rosatella, dkk. 2011). Pelarut ini
memiliki keunggulan diantaranya dapat melarutkan selulosa dengan baik dan
ramah lingkungan. Namun cairan ionik ini relatif mahal. Maka, beberapa peneliti
mencari alternatif pelarut lain yang dapat melarutkan selulosa dengan baik yang
harganya relatif lebih murah. Pada tahun 2012, Deng, dkk. telah mempelajari
degradasi biomassa lignoselulosa menggunakan larutan ZnCl2. Ketersediaan
pelarut tersebut melimpah dan harganya murah dibandingkan dengan cairan ionik.
Dalam penelitian tersebut dilaporkan bahwa larutan ZnCl2 dengan konsentrasi ≥
60% dapat melarutkan selulosa dengan membentuk kompleks Zn-selulosa. Pelarut
ini memiliki kelarutan yang baik terhadap selulosa dan menghasilkan HMF
sebanyak 11,5% tanpa penambahan katalis. Selain memiliki kelarutan dan
kemampuan mendegradasi selulosa dengan baik (Sen, dkk. 2013), larutan ZnCl2
juga memiliki selektivitas yang tinggi dalam konversi HMF dari selulosa. Wang,
dkk. (2013) telah mendapatkan konsentrasi larutan ZnCl2 yang optimal yaitu 67%.
Pada penelitian ini akan digunakan larutan ZnCl2 67% pada konversi selulosa dari
biomassa kulit durian menjadi HMF.
Untuk meningkatkan produk HMF pada hasil reaksi dapat dilakukan
dengan penambahan katalis. Katalis memiliki sifat spesifik sehingga diperlukan
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3
pemilihan katalis yang cocok agar dapat meningkatkan produk yang diinginkan.
Lee, dkk. (2011) dan Bali, dkk. (2012) telah melakukan penelitian tentang
pengaruh kromium halida, termasuk CrCl3 terhadap produksi HMF. Penambahan
CrCl3 mampu meningkatkan hasi HMF sekitar 20% (Lee, dkk. 2011). Keberadaan
CrCl3 mampu membuat glukosa berisomerasi menjadi fruktosa. Maka pada
penelitian ini digunakan katalis CrCl3.6H2O untuk meningkatkan HMF hasil
reaksi. Selain itu, untuk mendapatkan produk yang bebas dari pelarutnya
diperlukan metode pemisahan dari setiap hasil reaksi begitupun dengan hasil
reaksi HMF. Pemisahan HMF dari pelarutnya telah banyak diteliti menggunakan
beberapa metode dari mulai kromatografi kolom sampai dengan ekstraksi. Pada
penelitian ini, metode pemisahan HMF dari pelarutnya yaitu larutan ZnCl2
dilakukan dengan metode ekstraksi cair-cair menggunakan etil asetat karena
relatif mudah dan efisien (Rosatella, dkk. 2011).
1.2 Rumusan Masalah Penelitian
Berdasarkan uraian latar belakang, rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah:
1. Bagaimana kemampuan larutan ZnCl2 dalam konversi biomassa kulit durian
menjadi HMF?
2. Bagaimana pengaruh penambahan katalis CrCl3.6H2O terhadap produk HMF
pada konversi biomassa kulit durian yang telah melalui delignifikasi menjadi
HMF dalam larutan ZnCl2?
3. Bagaimana efektivitas metode pemisahan ekstraksi cair-cair menggunakan
etil asetat terhadap pemisahan HMF dari larutan ZnCl2?
1.3 Batasan Penelitian
Penelitian ini dibatasi pada hal-hal berikut:
1. Kulit durian yang digunakan pada penelitian ini merupakan kulit durian
palembang yang didapatkan dari pedagang di daerah Surapati, Bandung.
2. Katalis yang digunakan adalah CrCl3.6H2O.
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
4
3. Suhu yang digunakan pada saat konversi biomassa kulit durian menjadi
HMF adalah 120 oC dalam waktu 40 menit.
4. Metode pemisahan yang digunakan berfokus pada pemisahan HMF dari
pelarutnya yaitu larutan ZnCl2.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui kemampuan larutan ZnCl2 dalam konversi biomassa kulit
durian menjadi HMF.
2. Mengetahui pengaruh penambahan katalis CrCl3.6H2O terhadap produk
HMF pada konversi biomassa kulit durian menjadi HMF dalam larutan
ZnCl2.
3. Mengetahui efektivitas metode pemisahan ekstraksi cair-cair menggunakan etil asetat terhadap pemisahan HMF dari larutan ZnCl2.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Meningkatkan nilai guna kulit durian.
2. Mengetahui potensi kulit durian sebagai substrat dalam konversi biomassa
menjadi HMF.
1.6 Struktur Organisasi Skripsi
Skripsi ini terdiri dari lima bab utama yaitu bab I membahas tentang
pendahuluan, bab II tentang tinjauan pustaka, bab III tentang metode penelitian,
bab IV tentang hasil dan pembahasan, dan bab V yang membahas tentang
kesimpulan dan saran.
Secara umum, bab I membahas tentang pendahuluan yang terdiri dari latar
belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan
penelitian, dan struktur organisasi skripsi. Pada latar belakang dipaparkan alasan
yang mendasari penelitian. Dari latar belakang tersebut muncul beberapa
permasalahan dalam penelitian yang disajikan pada rumusan masalah. Tujuan
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
5
penelitian berisi tentang poin-poin yang akan dicapai dari penelitian ini,
sedangkan batasan penelitian membahas ruang lingkup atau batasan penelitian
agar penelitian yang dilakukan lebih terarah. Pada bagian akhir, dibahas manfaat
penelitian yang berisi manfaat dari penelitian secara keseluruhan dan struktur
organisasi skripsi yang menguraikan susunan skripsi. Bab II berjudul tinjauan
pustaka yang mengulas dasar-dasar ataupun teori penelitian yang mendasari
penelitian ini ke depannya. Bab III membahas metode penelitian secara
keseluruhan. Bab III ini terdiri dari waktu dan lokasi penelitian, yang berisi
tentang jangka waktu dan tempat dilakukannya penelitian ini, alat dan bahan,
yang menjabarkan alat dan bahan yang digunakan selama proses penelitian,
prosedur penelitian, yang memaparkan prosedur atau cara kerja dari penelitian
dari satu tahap ke tahap berikutnya, dan metode analisis yang berisi tentang
prosedur yang digunakan untuk analisis menggunakan instrumen. Bab IV berisi
hasil penelitian dan pembahasan dari hasil tersebut yang dihubungkan atau
didukung dengan berbagai literatur. Adapun bab V, membahas kesimpulan umum
dari hasil penelitian yang menjawab tujuan penelitian dan menyajikan saran untuk
penelitian selanjutnya.
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi industri dan pertumbuhan jumlah manusia yang
pesat mendorong peningkatan kebutuhan energi. Berdasarkan BP Statistical
Review of World Energy, konsumsi energi di dunia pada tahun 2012 mencapai
sekitar 86,94% bahan bakar fosil, 4,49% energi nuklir, 6,66% hydroelectricity,
dan 1,90% energi biomassa. Sumber energi fosil seperti minyak bumi dan batu
bara adalah sumber energi yang bersifat terbatas dan memerlukan waktu yang
sangat lama untuk memperbaruinya sehingga dianggap sebagai unrenewable
energy resources.
Maka diperlukan sumber energi pengganti fosil untuk memenuhi
kebutuhan energi terutama bahan bakar. Salah satu alternatifnya adalah biomassa,
yaitu sumber energi dari bahan organik seperti kayu, rumput, hasil pertanian dan
perkebunan serta limbahnya. Energi berbasis biomassa lebih ramah lingkungan
dibandingkan dengan sumber energi fosil karena hampir tidak menghasilkan emisi
karbon (Zhou, dkk. 2011).
Secara umum kandungan biomassa yang sejalur dengan bahan bakar
terbarukan dapat dikelompokkan menjadi tiga kelas, yaitu bahan baku
karbohidrat, bahan baku trigliserida, dan lignoselulosa (Alonso, dkk. 2010).
Biomassa lignoselulosa umumnya terdiri dari hemiselulosa (25-35%), selulosa
(40-50%), dan lignin (15-20%). Selulosa banyak tersedia dan memiliki potensi
besar untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan biofuel.
Indonesia sebagai negara agraris memiliki potensi yang besar dalam
pengembangan energi biomassa. Banyak bahan biomassa yang mengandung
selulosa tinggi seperti limbah pertanian (Chang, dkk. 2007). Salah satu hasil
limbah pertanian yang mengandung selulosa tinggi adalah kulit durian. Badan
pusat statistik menyatakan bahwa produksi durian Indonesia pada tahun 2012
mencapai 888.130 ton. Persentase bobot daging buah tergolong rendah yaitu
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
2
hanya 20,52%. Hal ini berarti ada sekitar 79,08% yang merupakan bagian tidak
termanfaatkan untuk dikonsumsi seperti kulit dan biji durian. Kulit durian
merupakan limbah rumah tangga yang dibuang sebagai sampah dan tidak
memiliki nilai ekonomi. Pada saat puncaknya limbah kulit durian mencapai 100
ton per hari. Kulit durian mengandung selulosa yang cukup tinggi yaitu 72,41 ±
0,16% dengan kandungan lignin sebesar 14,37 ± 0,23% serta kandungan
hemiselulosa 12,35 ± 0,47% (Kongkiattikajorn, dkk. 2011). Tingginya kandungan
selulosa yang terdapat pada biomassa kulit durian ini berpotensi untuk
menghasilkan prekursor biofuel, 5-hidroksimetilfurfural (HMF). Kulit durian
belum banyak dimanfaatkan terutama untuk prekursor bahan bakar yaitu HMF.
Untuk mengubah selulosa menjadi HMF diperlukan pelarut yang sesuai.
Pada beberapa penelitian, pelarut yang digunakan adalah cairan ionik seperti
[BMIM][BF4], [BMIM][Cl], dan [EMIM][Cl] (Rosatella, dkk. 2011). Pelarut ini
memiliki keunggulan diantaranya dapat melarutkan selulosa dengan baik dan
ramah lingkungan. Namun cairan ionik ini relatif mahal. Maka, beberapa peneliti
mencari alternatif pelarut lain yang dapat melarutkan selulosa dengan baik yang
harganya relatif lebih murah. Pada tahun 2012, Deng, dkk. telah mempelajari
degradasi biomassa lignoselulosa menggunakan larutan ZnCl2. Ketersediaan
pelarut tersebut melimpah dan harganya murah dibandingkan dengan cairan ionik.
Dalam penelitian tersebut dilaporkan bahwa larutan ZnCl2 dengan konsentrasi ≥
60% dapat melarutkan selulosa dengan membentuk kompleks Zn-selulosa. Pelarut
ini memiliki kelarutan yang baik terhadap selulosa dan menghasilkan HMF
sebanyak 11,5% tanpa penambahan katalis. Selain memiliki kelarutan dan
kemampuan mendegradasi selulosa dengan baik (Sen, dkk. 2013), larutan ZnCl2
juga memiliki selektivitas yang tinggi dalam konversi HMF dari selulosa. Wang,
dkk. (2013) telah mendapatkan konsentrasi larutan ZnCl2 yang optimal yaitu 67%.
Pada penelitian ini akan digunakan larutan ZnCl2 67% pada konversi selulosa dari
biomassa kulit durian menjadi HMF.
Untuk meningkatkan produk HMF pada hasil reaksi dapat dilakukan
dengan penambahan katalis. Katalis memiliki sifat spesifik sehingga diperlukan
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3
pemilihan katalis yang cocok agar dapat meningkatkan produk yang diinginkan.
Lee, dkk. (2011) dan Bali, dkk. (2012) telah melakukan penelitian tentang
pengaruh kromium halida, termasuk CrCl3 terhadap produksi HMF. Penambahan
CrCl3 mampu meningkatkan hasi HMF sekitar 20% (Lee, dkk. 2011). Keberadaan
CrCl3 mampu membuat glukosa berisomerasi menjadi fruktosa. Maka pada
penelitian ini digunakan katalis CrCl3.6H2O untuk meningkatkan HMF hasil
reaksi. Selain itu, untuk mendapatkan produk yang bebas dari pelarutnya
diperlukan metode pemisahan dari setiap hasil reaksi begitupun dengan hasil
reaksi HMF. Pemisahan HMF dari pelarutnya telah banyak diteliti menggunakan
beberapa metode dari mulai kromatografi kolom sampai dengan ekstraksi. Pada
penelitian ini, metode pemisahan HMF dari pelarutnya yaitu larutan ZnCl2
dilakukan dengan metode ekstraksi cair-cair menggunakan etil asetat karena
relatif mudah dan efisien (Rosatella, dkk. 2011).
1.2 Rumusan Masalah Penelitian
Berdasarkan uraian latar belakang, rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah:
1. Bagaimana kemampuan larutan ZnCl2 dalam konversi biomassa kulit durian
menjadi HMF?
2. Bagaimana pengaruh penambahan katalis CrCl3.6H2O terhadap produk HMF
pada konversi biomassa kulit durian yang telah melalui delignifikasi menjadi
HMF dalam larutan ZnCl2?
3. Bagaimana efektivitas metode pemisahan ekstraksi cair-cair menggunakan
etil asetat terhadap pemisahan HMF dari larutan ZnCl2?
1.3 Batasan Penelitian
Penelitian ini dibatasi pada hal-hal berikut:
1. Kulit durian yang digunakan pada penelitian ini merupakan kulit durian
palembang yang didapatkan dari pedagang di daerah Surapati, Bandung.
2. Katalis yang digunakan adalah CrCl3.6H2O.
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
4
3. Suhu yang digunakan pada saat konversi biomassa kulit durian menjadi
HMF adalah 120 oC dalam waktu 40 menit.
4. Metode pemisahan yang digunakan berfokus pada pemisahan HMF dari
pelarutnya yaitu larutan ZnCl2.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui kemampuan larutan ZnCl2 dalam konversi biomassa kulit
durian menjadi HMF.
2. Mengetahui pengaruh penambahan katalis CrCl3.6H2O terhadap produk
HMF pada konversi biomassa kulit durian menjadi HMF dalam larutan
ZnCl2.
3. Mengetahui efektivitas metode pemisahan ekstraksi cair-cair menggunakan etil asetat terhadap pemisahan HMF dari larutan ZnCl2.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Meningkatkan nilai guna kulit durian.
2. Mengetahui potensi kulit durian sebagai substrat dalam konversi biomassa
menjadi HMF.
1.6 Struktur Organisasi Skripsi
Skripsi ini terdiri dari lima bab utama yaitu bab I membahas tentang
pendahuluan, bab II tentang tinjauan pustaka, bab III tentang metode penelitian,
bab IV tentang hasil dan pembahasan, dan bab V yang membahas tentang
kesimpulan dan saran.
Secara umum, bab I membahas tentang pendahuluan yang terdiri dari latar
belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan
penelitian, dan struktur organisasi skripsi. Pada latar belakang dipaparkan alasan
yang mendasari penelitian. Dari latar belakang tersebut muncul beberapa
permasalahan dalam penelitian yang disajikan pada rumusan masalah. Tujuan
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
5
penelitian berisi tentang poin-poin yang akan dicapai dari penelitian ini,
sedangkan batasan penelitian membahas ruang lingkup atau batasan penelitian
agar penelitian yang dilakukan lebih terarah. Pada bagian akhir, dibahas manfaat
penelitian yang berisi manfaat dari penelitian secara keseluruhan dan struktur
organisasi skripsi yang menguraikan susunan skripsi. Bab II berjudul tinjauan
pustaka yang mengulas dasar-dasar ataupun teori penelitian yang mendasari
penelitian ini ke depannya. Bab III membahas metode penelitian secara
keseluruhan. Bab III ini terdiri dari waktu dan lokasi penelitian, yang berisi
tentang jangka waktu dan tempat dilakukannya penelitian ini, alat dan bahan,
yang menjabarkan alat dan bahan yang digunakan selama proses penelitian,
prosedur penelitian, yang memaparkan prosedur atau cara kerja dari penelitian
dari satu tahap ke tahap berikutnya, dan metode analisis yang berisi tentang
prosedur yang digunakan untuk analisis menggunakan instrumen. Bab IV berisi
hasil penelitian dan pembahasan dari hasil tersebut yang dihubungkan atau
didukung dengan berbagai literatur. Adapun bab V, membahas kesimpulan umum
dari hasil penelitian yang menjawab tujuan penelitian dan menyajikan saran untuk
penelitian selanjutnya.
E. Herlina, 2014
Konversi Biomassa Limbah Kulit Durian (Durio Zibhetinus Murray) Menjadi 5Hidroksimetilfurfural Dalam Larutan Zncl2 Menggunakan Katalis Crcl3
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu