BAB I PENDAHULUAN - Pembuatan Bioetanol Dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal Dan Fermentasi Serta Recycle Vinasse (Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu, Suhu Dan Waktu Hidrolisis)
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kebutuhan energi nasional ditopang minyak bumi sekitar 51,66%, gas alam 28,57% dan batubara 15,34%. Persediaan bahan bakar tersebut kian waktu semakin berkurang. Cadangan minyak bumi akan habis sekitar 12 tahun lagi, gas 30 tahun dan batu bara masih bisa dimanfaatkan hingga 70 tahun ke depan. Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil ini menjadi masalah besar dan perlu solusi yang mendesak. Salah satu langkah solusinya adalah memanfatkan bioetanol lignoselulosa sebagai alternatif pengganti [1].
Produksi etanol dari biomassa adalah salah satu cara untuk mengurangi baik konsumsi minyak mentah dan pencemaran lingkungan. Bioetanol sesuai untuk campuran bahan bakar di mesin bensin karena angka oktan tinggi, dan bilangan setana rendah dan panas penguapan tinggi menghambat pengapian otomatis di mesin diesel [2].
Pengembangan bahan bakar nabati (bioetanol) akan memberi berbagai manfaat bagi pembangunan nasional, antara lain peningkatan ketahanan energi nasional, memberikan cadangan energi nasional, pengembangan investasi dalam negeri, penciptaan lapangan kerja, pemberdayaan Usaha Mikro Kecil dan Menengah (UMKM) serta pengembangan usaha untuk efek pengurangan emisi gas rumah kaca (GRK). Namun biaya etanol sebagai sumber energi relatif tinggi dibandingkan dengan bahan bakar fosil [3].
Setiap hektar lahan tebu dapat menghasilkan 10 – 15 ton tetes tebu per hektar atau 766 – 1150 liter etanol grade bahan bakar. Luas tanaman tebu Indonesia tahun 2013 adalah 470.000 Ha atau potensi maksimum mencapai 3,6 juta kl etanol [3]. Dalam proses produksi di pabrik gula, ampas tebu (bagasse) dihasilkan sebesar 35- 40% dari setiap tebu yang diproses, gula yang termanfaatkan hanya 5%, sisanya berupa tetes tebu (molase), blotong dan air. Selama ini, produk utama yang dihasilkan dari tebu adalah gula, sementara buangan atau hasil samping yang lain tidak begitu diperhatikan. Kecuali tetes tebu yang sudah lama dimanfaatkan untuk pembuatan etanol dan bahan pembuatan monosodium glutamat (MSG, salah satu bahan untuk membuat bumbu masak) atau ampas tebu yang dimanfaatkan untuk makanan ternak, bahan baku pembuatan pupuk, pulp, particle board dan untuk bahan bakar boiler di pabrik gula. Sedangkan beraneka limbah dalam proses produksi gula seperti blotong dan abu terbuang percuma. Bahkan untuk buangan limbahnya pun menimbulkan pencemaran lingkungan sehingga menambah pengeluaran pabrik gula [4].
Menurut rumus Pritzelwitz [5], tiap kilogram ampas dengan kandungan gula sekitar 2,5% akan memiliki kalor sebesar 1825 kkal. Nilai bakar tersebut akan meningkat dengan menurunnya kadar air dan gula dalam ampas. Dengan penerapan teknologi pengeringan ampas yang memanfaatkan energi panas dari gas buang cerobong ketel, dimana kadar air ampas turun menjadi 40% akan dapat meningkatkan nilai bakar per kg ampas hingga 2305 kkal.
Berdasarkan penelitian Sutjiadi, dkk. [6], jika sampel semakin pekat maka semakin besar perolehan gula (glukosa). Hal ini ditunjukkan dari hasil penelitiannya yang menggunakan bahan baku kertas bekas dengan variasi % berat 6,25%, 4,76% dan 3,85% pada temperatur 200 °C selama 3 jam diperoleh %yield gula terbesar yaitu sebesar 1,413% (berat) dengan berat kertas bekas 6,25%.
Menurut Febriyanti dan Khoir [7] dalam penelitiannya menggunakan ampas tebu sebagai bahan baku dengan rasio ampas tebu-air 0,05% w/w diperoleh hasil bahwa pada suhu 110 °C , tekanan operasi 3 bar dan waktu reaksi 30 menit menghasilkan kerusakan terbesar pada material ampas tebu dibandingkan pada suhu 50 °C sehingga dapat disimpulkan bahwa kenaikan suhu, tekanan dan waktu hidrolisis memperbesar kerusakan material ampas tebu dan memperbesar perolehan kadar monosakaridanya yaitu antara 7,7715 - 215,4825 g/L dan yield berkisar antara 0,3886 – 10,7741 gr monosakarida/gr ampas tebu.
Berdasarkan penelitian Sutjiadi, dkk. [6], semakin lama waktu hidrolisis maka semakin besar perolehan gula (glukosa). Hal ini ditunjukkan dari hasil penelitiannya yang menggunakan bahan baku kertas bekas dengan variasi % berat 6,25%pada temperatur 200 °C selama 1, 2 dan 3 jam diperoleh %yield gula terbesar pada waktu hidrolisis 3 jam yaitu sebesar 1,413% (berat).
Berdasarkan penelitian Rusdianto [8] diperoleh vinasse dengan kadar gula sebesar 15,62% dari kandungan gula awal. Kemudian dilakukan daur ulang vinasse sebagai umpan fermentasi yang menghasilkan kadar etanol sebesar 2,58% (v/v) pada daur ulang tingkat pertama dan 2,08% (v/v) pada daur ulang tingkat ketiga. Hal ini menunjukkan bahwa vinasse cukup mempunyai potensi untuk didaur ulang.
Penelitian-penelitian sebelumnya terkait pembuatan bioetanol diperlihatkan pada Tabel 1.1 berikut.
Tabel 1.1 Penelitian Pendahulu tentang Produksi BioetanolNo. Nama Peneliti Judul Penelitian Bahan Baku dan Proses
1. Reza Mandagi, Optimasi Proses Bahan bakunya adalah eceng Yoke Anugerah Perlakukan Awal gondok dengan menggunakan dan Buana dalam Menyingkap variasi % berat 6,4%, 4,9% dan Girisuta, 2010 Fraksi Hemiselulosa 3,9%. Metode yang digunakan
Eceng Gondok adalah proses hidrolisis termal Menggunakan dengan variasi waktu dan Metode Hidrolisis temperatur hidrolisis masing- Termal masing sebesar 1,2, 3 jam dan 143,7; 173,3 serta 197,2 °C.
Dari masing-masing proses diperoleh kondisi optimum untuk menghasilkan %yield gula paling besar sebesar 10,225% yaitu pada temperatur 173,3 °C selama 3 jam [9].
2. Ahmad Gunardi Kajian Efisiensi Bahan baku yang digunakan Rahman, H. Dede Bahan Baku Dalam adalah ampas tapioka. Dari hasil Zainal Arief dan Produksi Bioetanol distilasi diperoleh vinasse Dan Bonita Dari Ampas Tapioka dengan kadar gula total 5,54% Anjasari, 2013 Melalui Proses Daur sehingga dilakukan proses
Ulang (Recycling) recycling dan diperoleh kadar
Vinasse etanol 1,74% pada daur ulang
pertama dan 0,87% pada daur ulang kedua [10].
3. Orchidea R., dkk., Pengaruh Metode Bahan baku adalah bagasse, 2010 Pretreatment pada dengan pretreatment LHW Bahan Lignoselulosa (Liquid Hot Water) pada suhu terhadap Kualitas 50 dan 110 °C, tekanan 1 dan 3 Hidrolisat yang bar dan waktu hidrolisis 10, 15, Dihasilkan 20 dan 30 menit. Diperoleh kandungan glukosa tertinggi pada suhu 110 °C, tekanan 3 bar dan waktu 30 menit yaitu sebesar 215,4825 g/L [11]. Dengan memperhatikan beberapa hal diatas, yakni kebutuhan bioetanol
Indonesia yang cukup tinggi, besarnya kandungan gula dalam ampas tebu yang dapat dikonversi menjadi etanol, tingginya %yield gula yang dihasilkan melalui proses hidrolisis termal, besarnya kadar gula vinasse yang dapat direcycle dan pengaruh variasi konsentrasi tepung ampas tebu, waktu serta temperatur hidrolisis termal yang sangat berpengaruh dalam pembuatan bioetanol maka dilakukan penelitian pembuatan bioetanol dari tepung ampas tebu menggunakan hidrolisis termal dan
recycling dengan variasi konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi rumusan masalah adalah berapa % yield glukosa yang diperoleh pada proses hidrolisis termal, bagaimana pengaruh konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis terhadap % yield glukosa dalam pembuatan bioetanol,berapa besar kadar bioetanol yang dapat diperoleh dari % yield glukosa hasil hidrolisis termal, berapa besar kadar glukosa hasil hidrolisis termal recycle vinasse dan tepung ampas tebu sebagai bahan baku.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dilakukan penelitian ini yaitu sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis terhadap % yield glukosa yang diperoleh.
2. Mengetahui besar kadar glukosa dari hasil hidrolisis recycle vinasse dan ampas tebu sebagai bahan baku.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Sebagai informasi tentang produksi bioetanol dengan bahan baku ampas tebu sehingga dapat diterapkan di masyarakat.
2. Dapat menjadi dasar rancangan atau desain pabrik dengan skala produksi yang lebih besar.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian di lakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik dan Laboratorium Farmakologi, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan bioetanol adalah ampas tebu dari toko minuman air tebu. Tahapan proses dalam pembuatan bioetanol berbahan baku ampas tebu yaitu pre-treatment bahan baku, hidrolisis termal, fermentasi dalam keadaan anaerob dengan bantuan mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae yang diperoleh dari ragi roti dan pemurnian bioetanol yang dilakukan dengan proses distilasi vakum. Adapun variabel penelitian yang digunakan di dalam penelitian ini adalah:
1. Proses Hidrolisis Termal Konsentrasi Tepung Ampas Tebu :2,94; 3,85 dan 4,76% dalam 4000 gram air
⁰
Suhu hidrolisis : 135, 150 dan 165 C Waktu hidrolisis : 1, 1,5 dan 2 jam
2. Proses Fermentasi Waktu Fermentasi : 12 jam pH : 4
⁰
Temperatur : 30 C Ragi : Ragi Roti
Serta dipakai parameter pengujian, yaitu: kadar lignin dan selulosa, %yield glukosa, densitas dan kadar bioetanol yang diperoleh.