Back to Kompasiana
Artikel

Terapan

Luthfiana Azmi

chemistry engineering

Optimalisasi Limbah Serbuk Kayu Menjadi Biotanol Sebagai Energi Alternatif Terbaru Menggunakan Distilasi Gelombang Mikro (Part 1)

REP | 26 April 2013 | 22:20 Dibaca: 2791   Komentar: 0   0

OPTIMALISASI LIMBAH SERBUK KAYU MENJADI BIOETANOL SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN MENGGUNAKAN DISTILASI GELOMBANG MIKRO

Oleh:

Deddy Kurniawan Wikanta, Fahmi Arifan , Luthfiana Azmi, Oktisya Devi W, Remita Septriani, Pinandita Rekyan G, Anis Siti N

Jurusan Teknik Kimia PSD III, UNDIP Semarang

Jl. Prof Sudarto SH, Pedalangan Tembalang, Semarang 50239

E-mail : dwikanta@gmail.com, fahmiarifan@gmail.com, ananda_niezz95@yahoo.co.id, oktisyadevi@gmail.com, remittaa@yahoo.com, pinanditarekyan@gmail.com, anissiti_nurjannah@yahoo.com

Abstrak

Hasil dari proses industri penggergajian kayu kebanyakan menyisakan limbah padat berupa serbuk gergaji dan serpihan kayu yang terbuang menumpuk di suatu lokasi tertentu yang dapat mengganggu kondisi lingkungan sekitar, sehingga diperlukan penanganan terhadap limbah padat hasil penggergajian kayu tersebut. Berdasarkan komposisi kimia kayu kandungan yang paling banyak adalah karbohidrat, dalam hal ini adalah selulosa yang dapat diolah menjadi etanol. Mengingat akan hal tersebut dan prospek yang baik di masa yang akan datang, maka penyusun mencoba mencari peluang untuk memanfaatkan kayu sebagai bahan baku dalam pembuatan etanol yang akan di aplikasikan menjadi bahan bakar alternatif terbaharukan (bioetanol).

Distilasi bioetanol sendiri memanfaatkan pemanasan gelombang mikro. Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata karena bukan mentransfer panas dari luar tetapi membangkitkan panas dari dalam bahan tersebut. Pemanasannya juga dapat bersifat selektif artinya tergantung dari dielektrik properties bahan. Hal ini akan menghemat energi untuk pemanasan akan menghasilkan etanol dengan kadar kurang dari 95%. Setelah proses dehidrasi kadar etanol menjadi 99,5%. Penelitian ini menggunakan ”Molecular sieve”. Molecular sieve yaitu suatu bahan yang memiliki pori-pori kecil dengan ukuran yang tepat dan seragam. Bahan ini dapat menyerap air hingga 20% dari berat bahan itu sendiri.

Kata Kunci : bioetanol, serbuk gergaji, distilasi gelombang mikro, molecular sieve

A. JUDUL

Optimalisasi Limbah Serbuk Kayu Menjadi Bioetanol Sebagai Energi Alternatif Terbarukan Menggunakan Distilasi Gelombang Mikro

B. LATAR BELAKANG MASALAH

Pada masa sekarang dimana kecenderungan pemakaian bahan bakar sangat tinggi sedangkan sumber bahan bakar minyak bumi yang dipakai saat ini semakin menipis. Perluadanya alternatif lain bahan yang dapat digunakan sebagai pengganti minyak bumi. Penggunaanetanol sebagai pengganti minyak bumi. Penggunaan etanol sebagai bahan bakar merupakansalah satu jalan pemecahan masalah energi pada saat ini.

Saat ini sedang diusahakan secara intensif pemanfaatan bahan-bahan yang mengandung serat kasar dengan kandungan karbohidrat yang tinggi, di mana semua bahan yang mengandungkarbohidrat dapat diolah menjadi etanol. Misalnya kayu, umbi kayu, ubi jalar, pisang, kulit pisang dan lain-lain. Etanol dapat dihasilkan dari tanaman yang banyak mengandung senyawaselulosa dengan menggunakan bantuan dari aktivitas mikroba.

Kayu merupakan jenis tumbuhan tropis yang sangat banyak dijumpai di Indonesia, tetapihasil dari proses industri penggergajian kayu kebanyakan menyisakan limbah padat berupaserbuk gergaji dan serpihan kayu yang terbuang menumpuk di suatu lokasi tertentu yang dapatmengganggu kondisi lingkungan sekitar, sehingga diperlukan penanganan terhadap limbah padat hasil penggergajian kayu tersebut.

Distilasi bioetanol memanfaatkan pemanasan gelombang mikro. Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata karena bukan mentransfer panas dari luar tetapi membangkitkan panas dari dalam bahan tersebut. Pemanasannya juga dapat bersifat selektif artinya tergantung dari dielektrik properties bahan. Hal ini akan menghemat energi untuk pemanasan.

C. PERUMUSAN MASALAH

Hasil dari proses industri penggergajian kayu kebanyakan menyisakan limbah padat berupaserbuk gergaji dan serpihan kayu yang terbuang menumpuk di suatu lokasi tertentu yang dapatmengganggu kondisi lingkungan sekitar, sehingga diperlukan penanganan terhadap limbah padat hasil penggergajian kayu tersebut. Berdasarkan komposisi kimia kayu kandungan yang paling banyak adalah karbohidrat, dalam hal ini adalah selulosa yang dapat diolah menjadietanol. Mengingat akan hal tersebut dan prospek yang baik di masa yang akan datang, maka penyusun mencoba mencari peluang untuk memanfaatkan kayu sebagai bahan baku dalam pembuatan etanol.

D. TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memanfaatkan limbah serbuk kayu untuk dijadikan bahan bakar alternatif bioetanol secara optimal

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Penelitian terhadap limbah serbuk kayu ini diharapkan dapat berkembang dan menambah solusi alternatifpengganti bahan bakar. Dengan adanya bioetanol dari serbuk kayu ini masyarakat tidak lagi tergantung dengan bahan bakar yang ada saat ini. Hasil penelitian ini dapat dituangkan sebagai:

1. artikel ilmiah

2. laporan penelitian

F. KEGUNAAN

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi yang bermanfaat kepada pembaca mengenai pemanfaatan serbuk kayu sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Selain itu juga berguna untuk pengembangan penelitian lebih lanjut mengenai serbuk kayu.

G. TINJAUAN PUSTAKA

G.1 Serbuk Kayu

Serbuk kayu yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kayu hasil peggergajian kayu, dimana pada industri penggergajian kayu 40% yang menjadi limbahterdiri dari serbuk gergaji (15%) dan serpihan kayu (25%).Menurut Sjostrom (1995), kayu memiliki komposisi sebagai berikut :

Komponen

Komposisi

Selulosa

40% - 50%

Hemiselulosa

20% - 30%

Lignin

25% - 30%

G.2 Zymomonas mobilis

Zymomonas mobilis adalah bakteri yang berbentuk batang, termasuk dalam bakteri gram negatif, tidak membentuk spora, dan merupakan bakteri yang dapat bergerak(Lee, et al, 1979). Bakteri ini banyak digunakan di perusahaan bioetanol karena mempunyai kemampuan yang dapat melampaui ragi dalam beberapa aspek. Zymomonas Mobilis memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan Sacharomyces Cerevisieae yaitu: dapat tumbuh secara anaerob fakultatif dan mempunyai toleransi suhu yang tinggi, mempunyai kemampuan untuk mencapai konversi yang lebih tinggi, tahan terhadap kadar etanol yang tinggi dan pH yang rendah (pH 4-7), mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai teoritisnya. Suhu optimum Zymomonas mobilis yakni 300C.

G.3 Nutrisi

Nutrisi dibutuhkan untuk menunjang pertumbuhan mikroba. Nutrisi dapat didapat dari Urea dan NPK.

Urea adalah senyawa yang larut dalam air, CO(NH3)2, dengan sebagian besar adalah kandungan nitrogen yang merupakan komponen utama dari urinemamalia . Urea sebanyak 0.5% dari kadar gula dalam larutan fermentasi.

NPK ini memiliki keunggulan seperti meningkatkan hasil lebih dari 40%, serta aman untuk lingkungan sehingga dapat digunakan sebagai nutrisi pada fermentasi tetes. NPK sebanyak 0.1% dari kadar gula dalam larutan fermentasi.

G.4 Bioetanol

Bioetanol merupakan etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen pati atau selulosa seperti singkong dan tetes tebu. Etanol umumnya digunakan dalam industri sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran minuman keras seperti sake atau gin, dan bahan baku farmasi dan kosmetika. Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga tingkatan yaitu

a.Grade industri (teknikal) dengan kadar alkohol 90-94%;

b.Νetral dengan kadar alkohol 96-99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi:

c.Grade bahan bakar dengan kadar alkohol 99,5 – 100%. grade bahan bakar dengan kadar alkohol 99,5 – 100%.

G.5 Proses Hidrolisa

Hidrolisis adalah reaksi kimia antara air dengan suatu zat lain yang menghasilkan satu zat baru atau lebih dan juga dekomposisi suatu larutan dengan menggunakan air. Proses ini melibatkan pengionan molekul air ataupun penguraian senyawa lain.

(Pudjaatmaka dan Qodratillah, 2002)

Hidolisis dalam penelitian ini menggunakan hidrolisa asam dikarenakan reaktif, sehingga tidak membentuk penghambat (inhibitor)

Persamaan reaksi hidrolisis :

HCl

C6H10O5 + H2O C6H12O6

(selulosa) (air) T=1000C, t=3jam (glukosa)

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah :

a.Waktu hidrolisis

b.Suhu

c.Kecepatan pengadukan

d.Katalis yang digunakan

G.6 Proses Fermentasi

Fermentasi adalah suatu proses baik secara aerob maupun anaerob yang menghasilkan produk yang melibatkan mikroba atau ekstraknya dengan aktivitas mikroba terkontroldalam hal ini terjadi reaksi oksidasi dan reduksi menggunakan sumber energi dan sumber karbon, nitrogen dan lain-lainnya untuk membentuk senyawa yang lebih tinggi.

Persamaan reaksi proses fermentasi :

Zymomonas mobilis

C6H12O6 2    C2H5OH + 2 CO2

(glukosa) T=300C, pH=4 (etanol) (karbondioksida)

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses fermentasi adalah :

a.Konsentrasi gula

b.pH larutan

c.Nutrisi

d.Suhu

e.Waktu Fermentasi

f.Perbandingan berat serbuk kayu dengan yeast


G.7 Proses Destilasi Menggunakan Gelombang Mikro

Untuk memisahkan alkohol dari hasil fermentasi dapat dilakukan dengan destilasi.Destilasi adalah metode pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih. Proses ini dilakukan untuk mengambil alkohol dari hasil fermentasi.

Destilasi dapat dilakukan pada suhu 80°C, karena titik alkohol 78°C. sedangkan titik didih air 1000C. Pada suhu 80°C, etanol sudah menguap, sedangkan air tidak menguap. Uap etanol dialirkan ke distilator. Bioetanol akan keluar dari pipa pengeluaran distilator. Distilasi pertama biasanya kadar etanol masih di bawah 95 %.

Gelombang mikro atau mikrogelombang (microwave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu diatas 3GHz (3×109 Hz). Sebenarnya gelombang ini merupakan gelombang radio, tetapi panjang gelombangnya lebih kecil dari gelombang radio biasa. Panjang gelombangnya termasuk ultra-short (sangat pendek) sehingga disebut juga mikro.

G.8 Proses Dehidrasi

Untuk aplikasi bahan bakar, etanol hasil destilasi harus dimurnikan yaitu dengan cara dikeringkan hingga 95%. Pengeringan etanol dapat dilakukan dengan beberapa cara. Cara-cara pengeringan etanol yang ada adalah antara lain pengeringan menggunakan kapur (CaO), garam, benzene dan penggunaan ”molecular sieve”.

”Molecular sieve” adalah suatu bahan yang memiliki pori-pori kecil dengan ukuran yang tepat dan seragam yang digunakan sebagai absorben cairan dan gas. Bahan ini dapat menyerap air hingga 20% dari berat bahan itu sendiri. Bahan-bahan yang termasuk ”molecular sieve” antara lain silika gel.

H. METODE PELAKSANAAN

H.1 Bahan

Bahan baku dalam penelitian ini terdiri dari :

a.Serbuk gergaji kayu diambil dari toko kayu gelondongan dan penggergajian kayu pada usaha mebel, dianalisis kadar selulosanya, lignin, pentosan, air dan abu. Untuk kadar selulosa 48,89%, kadar lignin 28,90%, kadar abu 2,09%, kadar air 6,02%, dan kadar pentosan 14,10%.

b. Zymomonas Mobilis teknis

H.2 Alat

- Digester

- Alat Hidrolisa


- Alat fermentasi

- Alat Distilasi Gelombang Mikro

H.3 Metode Pelaksanaan

H.3.1 Penyiapan Pati Serbuk Kayu

a) Pulping. Serbuk kayu dimasukkan dalam digerter dengan penambahan NaOH sebanyak 15% dari berat umpan dengan penambahan air sampai serbuk kayu terendam semua selama ± 4 jam agar tidak ada lagi kadar lignin pada serbuk kayu yang akan dihidrolisa.

b) Pengeringan. Serbuk kayu dikeringkan dengan cara dimasukkan dalam inkubator pada temperatur 100oC sampai kering. Serbuk kayu dibuat kering bertujuan agar lebih awet dan menghilangkan kandungan airnya. Setelah itu didinginkan.

c) Penggilingan. Serbuk kayu kering digiling dengan mesin penggiling (Grinder) sehingga menjadi serbuk halus. Kemudian ditimbang sebanyak 200 g.

H.3.2 Proses Pembuatan Glukosa (Hidrolisis)

Memasukkan limbah kayu (serbuk kayu) dengan berat 200g dan asam klorida 5% sebanyak 400 ml ke dalam labu leher tiga pada suhu 100° C dengan tekanan atmosferik selama 3 jam. Lalu didinginkan, selanjutnya ditiris dan dianalisis kadar glukosanya, kemudian glukosa (cairannya) digunakan untuk proses selanjutnya.

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah waktu, suhu,kecepatan pengadukan dan katalis yang digunakan.

Persamaan reaksi hidrolisis :

HCl

C6H10O5 + H2O C6H12O6

(selulosa) (air) T=1000C, t=3jam (glukosa)

H.3.3 Proses Fermentasi

Larutan glukosa dari labu leher tiga diambil dimasukkan ke dalam Beaker Glass. Glukosa sebanyak 300 ml dari glukosa hasil hidrolisis tersebut ditambahkan Ca(OH)2 sebanyak 2 %, diberi Zymomonas mobilis sebanyak 5% dan ditambahkan 0,5% Urea, 1% NPK dan pengkayaan sukrosa 15%, 20% dan 30%. Kemudian masukkan kedalam fermentor dengan variabel 25oC, 30oC dan 35oC. Fermentasi dilakukan selama 7 hari. Perlakuan yang sama dilakukan dengan perbandingan berat serbuk kayu dan Zymomonas mobilis.

Zymomonas mobilis

C6H12O6 2    C2H5OH + 2 CO2

(glukosa) T=300C, pH=4 (etanol) (karbondioksida)

H.3.4 Proses Destilasi Menggunakan Gelombang Mikro

Untuk memisahkan alkohol dari hasil fermentasi dapat dilakukan dengan destilasi. Destilasi adalah metode pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih. Proses ini dilakukan untuk mengambil alkohol dari hasil fermentasi.

Destilasi dapat dilakukan pada suhu 80°C, karena titik alkohol 78°C. sedangkan titik didih air 1000C. Pada suhu 80°C, etanol sudah menguap, sedangkan air tidak menguap. Uap etanol dialirkan ke distilator. Bioetanol akan keluar dari pipa pengeluaran distilator. Distilasi pertama biasanya kadar etanol masih di bawah 95 %.

Gelombang mikro atau mikrogelombang (microwave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu diatas 3GHz (3×109 Hz). Sebenarnya gelombang ini merupakan gelombang radio, tetapi panjang gelombangnya lebih kecil dari gelombang radio biasa. Panjang gelombangnya termasuk ultra-short (sangat pendek) sehingga disebut juga mikro.

H.3.5 Proses Dehidrasi

Proses dehidrasi merupakan proses untuk menghilangkan kadar air sampai kadar etanol menjadi 99,5%. Proses dehidrasi ini ada tiga macam yaitu proses azeotropic distillation, molecular sieve dan membran pervoration. Konsentrasi maksimum etanol yang dapat diperoleh dengan cara destilasi biasa adalah 96%. Etanol anhidrat (99,5%-100%) dapat diperoleh dengan menggunakan metode destilasi azeotrop menggunakan benzene dan membran pervoration (Waller, J.C., dkk. 1981).

Pengeringan etanol dapat dilakukan dengan beberapa cara. Cara-cara pengeringan etanol yang ada adalah antara lain pengeringan menggunakan kapur (CaO), garam, benzene dan penggunaan ”molecular sieve”.

”Molecular sieve” adalah suatu bahan yang memiliki pori-pori kecil dengan ukuran yang tepat dan seragam yang digunakan sebagai absorben cairan dan gas. Bahan ini dapat menyerap air hingga 20% dari berat bahan itu sendiri. Bahan-bahan yang termasuk ”molecular sieve” antara lain silika gel.

bersambung….

tunggu kelanjutan berikutnya…. ^^


Add caption

Tags:

 
Kompasiana adalah Media Warga. Setiap berita/opini di Kompasiana menjadi tanggung jawab Penulis.
Siapa yang menilai tulisan ini?
    -
Processing data ..
Tulis Tanggapan Anda
Guest User


HEADLINE ARTICLES

Selamat Tinggal Banjir, Proyek Revitalisasi …

Agung Han | | 30 October 2014 | 21:02

Elia Massa Manik Si Manager 1 Triliun …

Analgin Ginting | | 30 October 2014 | 13:56

[YOGYAKARTA] Daftar Online Nangkring bersama …

Kompasiana | | 02 October 2014 | 11:06

Bau Busuk Dibelakang Borneo FC …

Hery | | 30 October 2014 | 19:59

“Nangkring” bareng Tanoto …

Kompasiana | | 27 October 2014 | 10:31


TRENDING ARTICLES

Mantan Pembantu Mendadak PD, Berkat Sudah …

Seneng | 3 jam lalu

70 Juta Rakyat Siap Masuk Bui …

Pecel Tempe | 5 jam lalu

Pramono Anung Menjadi Satu-satunya Anggota …

Sang Pujangga | 9 jam lalu

Mba, Pengungsi Sinabung Tak Butuh …

Rizal Amri | 12 jam lalu

Pemerintahan Para Saudagar …

Isk_harun | 15 jam lalu


HIGHLIGHT

Toleransi terhadap “Orang Kecil” …

Fantasi | 8 jam lalu

Batu Bacan dari SBY ke Obama Membantu …

Sitti Fatimah | 8 jam lalu

Kenapa Orang Jepang Tak Sadar Akan Kehebatan …

Weedy Koshino | 9 jam lalu

Surga Kecil di Sukabumi Utara …

Hari Akbar Muharam ... | 9 jam lalu

Pengampunan Berisiko (Kasus Gambar Porno …

Julianto Simanjunta... | 9 jam lalu

Subscribe and Follow Kompasiana: