Produksi Bioetanol …, Ahmad Hamidi, FT UI, 2017 PRODUKSI BIOETANOL DARI TANDAN KOSONG SAWIT MELALUI SIMULTANEOUS SACCHARIFICATION AND FERMENTATION Ahmad Hamidi 1 dan Dewi Tristantini 1 1 Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Indonesia, Depok 16424, Indonesia Email: [email protected]Abstrak Penghematan energi dan upaya mencari bahan bakar alternatif yang terbarukan seperti bioetanol perlu dilakukan saat ini. Produksi bioetanol dapat ditingkatkan diantaranya dengan mengoptimasi temperatur fermentasi dan waktu retensiya. Waktu retensi dipengaruhi oleh laju reaksi pembentukan, yang dalam penelitian ini akan diteliti lebih lanjut mengenai konstanta laju reaksi pembentukan bioetanol. Pada penelitian ini akan diproduksi bioetanol berbasis tandan kosong sawit (TKS). TKS terlebih dahulu didelignifikasi untuk menghilangkan kandungan ligninnya, kemudian TKS tersebut dikonversi menjadi bioetanol dengan menggunakan metode Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF). Pada proses ini, suhu reaksi divariasikan yaitu 30, 33, dan 35℃ agar diperoleh suhu terbaik, dengan pengambilan sampel setiap 24 jam selama 4 hari. Kondisi terbaik pada penelitian dicapai pada suhu 30℃ dengan waktu sakarifikasi dan fermentasi selama 24 jam. Koefisien kinetika yang diperolah pada kondisi terbaik tersebut yaitu maximum spesific growth reaction rate (μ max ) = 0,008 h -1 ; monod constant (K s ) = 0,005 g/dm 3 ; specific natural death constant (K d ) = 0,011 h -1 ; dan cell maintenance constant (m) = 0,457 h -1 . Kata kunci; bioetanol, koefisien kinetika, selulosa, tandan kosong sawit Bioethanol Production from Oil Palm Empty Fruit Bunch through Simultaneous Saccharification and Fermentation Abstract It is necessary for energy savings as well as searching for alternative renewable fuels, such as bioethanol. Bioethanol production could be improved such as by optimizing the fermentation temperature and retention time. The retention time is influenced by the rate of reaction formation, which in this study will be further examined on the reaction rate constant formation of bioethanol. In this research, bioethanol will be produced from oil palm empty fruit bunches (EFB). Empty fruit bunches of oil palm (EFB) will undergo delignification process to remove its lignin content, then cellulosic rich- oil palm empty fruit bunches (EFB) will then be converted into bioethanol using Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) method. In this process, the reaction temperature variation 30, 33, and 35℃ performed to determine the optimum temperature, with sampling every 24 hours for 4 days. The optimum conditions in the study achieved at a temperature of 30°C in 24 hour of sacarification and fermentation. Meanwhile, the kinetic coefficients achieved in this optimum condition are maximum spesific growth reaction rate (μ max ) = 0,008 h -1 ; monod constant (K s ) = 0,005 g/dm 3 ; specific natural death constant (K d ) = 0,011 h -1 ; and cell maintenance constant (m) = 0,457 h -1 . Keywords; bioethanol, cellulose, oil palm empty fruit bunches, rate of reaction.
18
Embed
PRODUKSI BIOETANOL DARI TANDAN KOSONG SAWIT MELALUI ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Produksi Bioetanol …, Ahmad Hamidi, FT UI, 2017
PRODUKSI BIOETANOL DARI TANDAN KOSONG SAWIT MELALUI SIMULTANEOUS SACCHARIFICATION AND FERMENTATION
Ahmad Hamidi1 dan Dewi Tristantini1
1 Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Indonesia, Depok 16424, Indonesia
Penghematan energi dan upaya mencari bahan bakar alternatif yang terbarukan seperti bioetanol perlu dilakukan saat ini. Produksi bioetanol dapat ditingkatkan diantaranya dengan mengoptimasi temperatur fermentasi dan waktu retensiya. Waktu retensi dipengaruhi oleh laju reaksi pembentukan, yang dalam penelitian ini akan diteliti lebih lanjut mengenai konstanta laju reaksi pembentukan bioetanol. Pada penelitian ini akan diproduksi bioetanol berbasis tandan kosong sawit (TKS). TKS terlebih dahulu didelignifikasi untuk menghilangkan kandungan ligninnya, kemudian TKS tersebut dikonversi menjadi bioetanol dengan menggunakan metode Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF). Pada proses ini, suhu reaksi divariasikan yaitu 30, 33, dan 35℃ agar diperoleh suhu terbaik, dengan pengambilan sampel setiap 24 jam selama 4 hari. Kondisi terbaik pada penelitian dicapai pada suhu 30℃ dengan waktu sakarifikasi dan fermentasi selama 24 jam. Koefisien kinetika yang diperolah pada kondisi terbaik tersebut yaitu maximum spesific growth reaction rate (µmax) = 0,008 h-1; monod constant (Ks) = 0,005 g/dm3; specific natural death constant (Kd) = 0,011 h-1; dan cell maintenance constant (m) = 0,457 h-1.
Kata kunci; bioetanol, koefisien kinetika, selulosa, tandan kosong sawit
Bioethanol Production from Oil Palm Empty Fruit Bunch through Simultaneous Saccharification and Fermentation
Abstract
It is necessary for energy savings as well as searching for alternative renewable fuels, such as bioethanol.
Bioethanol production could be improved such as by optimizing the fermentation temperature and retention time. The retention time is influenced by the rate of reaction formation, which in this study will be further examined on the reaction rate constant formation of bioethanol. In this research, bioethanol will be produced from oil palm empty fruit bunches (EFB). Empty fruit bunches of oil palm (EFB) will undergo delignification process to remove its lignin content, then cellulosic rich- oil palm empty fruit bunches (EFB) will then be converted into bioethanol using Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) method. In this process, the reaction temperature variation 30, 33, and 35℃ performed to determine the optimum temperature, with sampling every 24 hours for 4 days. The optimum conditions in the study achieved at a temperature of 30°C in 24 hour of sacarification and fermentation. Meanwhile, the kinetic coefficients achieved in this optimum condition are maximum spesific growth reaction rate (µmax) = 0,008 h-1; monod constant (Ks) = 0,005 g/dm3; specific natural death constant (Kd) = 0,011 h-1; and cell maintenance constant (m) = 0,457 h-1.
Keywords; bioethanol, cellulose, oil palm empty fruit bunches, rate of reaction.
Produksi Bioetanol …, Ahmad Hamidi, FT UI, 2017
Pendahuluan
Permasalahan energi dunia yang sedang terjadi saat ini ini adalah ketidakseimbangan
permintaan (demand) dan penawaran (supply) serta akses terhadap sumber daya energi. Salah
satu faktor yang menyebabkan ketidakseimbangan ini adalah pesatnya laju pertumbuhan
penduduk dan masifnya industrialisasi dunia. Hal ini meningkatkan konsumsi energi dunia secara
drastis dan mengakibatkan tersedotnya cadangan energi khususnya energi fosil.
Kondisi energi Indonesia saat ini masih mengandalkan pada migas sebagai penghasil devisa
maupun untuk memasok kebutuhan dalam negeri. Namun saat ini cadangan minyak bumi dalam
kondisi depleting. Untuk energi baru dan terbarukan, Indonesia sebenarnya memiliki potensi
beragam, namun pengelolaan dan penggunaannya belum optimal. Oleh sebab itu, dalam
pemenuhan sumber energi di Indonesia, penelitian saat ini difokuskan untuk mencari sumber
bahan baku untuk dikonversi menjadi sumber energi yang berkelanjutan, yaitu biomassa. Alasan
pemilihan biomassa adalah karena Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber hayati
dan potensinya yang cukup tinggi.
Kelapa sawit merupakan salah satu komoditas andalan terutama dalam industri pengolahan
di Indonesia. Berdasarkan data dari Badan Pengelola Dana Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia,
pada tahun 2015 menunjukkan bahwa potensi kelapa sawit berdasarkan luas perkebunannya
mencapai 11.444.808 ha. Dengan total luas perkebunan tersebut, diperoleh total produksi kelapa
sawit mencapai 30.948.931 ton. Berdasarkan data yang diolah Gabungan Pengusaha Kelapa
Sawit Indonesia (GAPKI), total ekspor CPO dan turunannya asal Indonesia tahun 2015 mencapai
28 juta ton atau naik 22% dibandingkan dengan total ekspor tahun 2014, yaitu 21,76 juta ton.
Seiring dengan meningkatnya jumlah produksi minyak sawit di Indonesia, maka meningkat pula
jumlah limbah kelapa sawit yang dihasilkan.
Salah satu jenis limbah padat yang paling banyak dihasilkan oleh pabrik kelapa sawit
adalah tandan kosong sawit (TKS) yaitu sekitar 22-23% dari total tandan buah segar (TBS) yang
diolah. Industri minyak kelapa sawit akan menghasilkan limbah TKS sebesar 1,1 ton untuk setiap
1 ton CPO yang diproduksi (Karina et al., 2008). Secara fisik tandan kosong sawit terdiri dari
berbagai macam serat dengan komposisi antara lain selulosa sekitar 38,76%; hemisellulosa
sekitar 26,69% dan lignin sekitar 22,23% (Darnoko, 2002) Tandan kosong sawit memiliki
potensi yang cukup besar untuk dapat dimanfaatkan. Namun, selama ini TKS baru dimanfaatkan
sebagai pupuk organik, bahan baku pembuatan kertas, dan briket. Dengan kandungan selulosa
Produksi Bioetanol …, Ahmad Hamidi, FT UI, 2017
nya yang cukup tinggi, pada penelitian ini TKS akan dimanfaatkan sebagai bahan baku
pembuatan bioetanol.
Bioetanol merupakan bahan bakar yang tidak mengakumulasi gas karbondioksida (CO2)
dan relatif kompetibel dengan mesin mobil berbahan bakar bensin. Bioetanol yang digunakan
pada campuran bahan bakar untuk kendaraan harus bersifat anhydrous agar tidak menyebabkan
masalah separasi fasa, distribusi penyimpanan dan penggunaan, sehingga bioetanol harus
mempunyai grade kemurnian sebesar 99,35% volume (Kumar et al., 2010). Pada tahun 2005,
pemerintah Indonesia menargetkan program bioetanol sebagai bagian dari biofuel agar mencapai
konsumsi 1,355 % dari konsumsi energi mix nasional pada tahun 2025. Target tersebut tinggi
dibandingkan dengan sumber energi alternatif lainnya seperti solar (0,020%) dan energi angin
(0,028%) (Indahsari and Wibowo, 2013).
Pada umumnya, terdapat 2 jenis metode fermentasi untuk memproduksi etanol, yaitu
Metode Separated Hydrolysis And Fermentation (SHF) dan Metode Simultaneous
Saccharification and Fermentation (SSF). Separated Hydrolysis And Fermentation (SHF) ialah
metode pembuatan bioetanol yang melakukan tahap hidrolisis enzimatik karbohidrat dan tahap
fermentasi berlangsung secara terpisah. Sedangkan metode Simultaneous Saccharification and
Fermentation (SSF) adalah salah satu metode pembuatan bioetanol yang menggabungkan
tahapan hidrolisis enzimatik dengan tahap fermentasi. Pada penelitian ini digunakan metode SSF
karena metode SSF lebih efisien dan efektif dibandingkan dengan metode Separate Hydrolysis
and Fermentation (SHF) (Olofsson, et al., 2008), karena membutuhkan biaya produksi yang lebih
sedikit dan waktu yang lebih singkat. Penggunaan SSF juga menghasilkan produktivitas yang
lebih tinggi dibandingkan metode SHF, dan juga dapat memecahkan masalah yang terdapat pada
metode Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF), yaitu mencegah adanya inhibisi kerja
enzim hidrolisis oleh produk glukosa dan selubiosa.
Pada proses Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), dilakukan variasi suhu
reaksi yaitu 30, 33, dan 35℃ serta pengambilan sampel setiap 24 jam selama 4 hari. Dari proses
ini, ditentukan konsentrasi dari komponen produk yaitu sel, glukosa, dan etanol untuk kemudian
diketahui pengaruhnya terhadap suhu dan waktu pengambilan sampel pada proses Simultaneous
Saccharification and Fermentation (SSF). Dan juga nilai-nilai konsentrasi ini digunakan untuk
menentukan koefisien kinetika yaitu μmax, Ks, Kd, dan m dengan persamaan Monod melalui
aplikasi MATLAB.
Produksi Bioetanol …, Ahmad Hamidi, FT UI, 2017
Dengan melihat dan meninjau pentingnya energi alternatif dan ketersediaan tandan kosong
sawit di Indonesia, maka pembangunan pabrik bioetanol berbasis tandan kosong sawit perlu
dipertimbangkan untuk meningkatkan produksinya. Peningkatan produksi dari bioetanol ini salah
satunya dapat dilakukan dengan mengoptimasi kondisi operasi dan laju reaksi. Oleh karena itu,
perlu ada penelitian mengenai bahasan tersebut agar produksinya menjadi lebih optimal.
Tinjauan Teoritis
Pohon kelapa sawit merupakan salah satu komoditi yang mengalami pertumbuhan yang
sangat pesat di Indonesia. Berdasarkan data dari Badan Pengelola Dana Perkebunan Kelapa Sawit
Indonesia, pada tahun 2015 menunjukkan bahwa potensi kelapa sawit berdasarkan luas
perkebunannya mencapai 11.444.808 ha. Dengan total luas perkebunan tersebut, diperoleh total
produksi kelapa sawit mencapai 30.948.931 ton.
Produk utama pohon kelapa sawit yang dimanfaatkan adalah tandan buahnya yang
menghasilkan minyak dari daging buah dan kernel (inti sawit). Setelah dilakukan proses
pengolahan kelapa sawit tersebut, pada akhirnya menyisakan Tandan Kosong Sawit (TKS)
berkisar 20 hingga 23 persen dari jumlah panen tandan buah sawit (TBS) yang dipasok ke
pengolah (Wardani dan Widiawati, 2014). Tandan kosong sawit yang merupakan 23% dari
tandan buah segar, mengandung bahan lignoselulosa sebesar 55-60 persen berat kering. TKS
termasuk biomassa lignoselulosa, yang kandungan utamanya adalah selulosa, hemiselulosa dan
lignin. Kandungan selulosa yang cukup tinggi pada TKS dapat digunakan sebagai bahan baku
Dari hasil pengolahan data yang dilakukan dengan menggunakan aplikasi MATLAB,
maka diperoleh nilai koefisien-koefisien seperti pada tabel 7 berikut: Tabel 7. Hasil Perhitungan Koefisien-Koefisien dengan Metode Optimasi pada Aplikasi MATLAB
Suhu
(oC)
Koefisien
µmax (h-1) Ks (g/dm3) Kd (h-1) m (h-1)
30 0,008 0,005 0,011 0,457
32 0,013 0,010 0,009 0,009
35 0,024 0,031 0,383 0,913
Kesimpulan
Dari penelitian dengan judul “Produksi Bioetanol dari Tandan Kosong Sawit Melalui
Simultaneous Saccharification and Fermentation”, dapat ditarik kesimpulan sebagai barikut,
1. Dengan peningkatan suhu, maka hasil produk etanol yang dihasilkan akan semakin
rendah karena telah melebihi suhu optimumnya. Diantara variasi suhu fermentasi yang
dilakukan yaitu 30, 33, dan 35℃, hasil produk etanol yang paling banyak terbentuk adalah
pada suhu 30℃.
2. Dengan berjalannya waktu fermentasi, maka hasil produk etanol yang dihasilkan akan
semakin rendah. Pada variasi waktu pengambilan sampel yaitu pada jam ke 24, ke 48, ke
72, dan ke 96, hasil produk etanol yang paling banyak terbentuk adalah pada jam ke 24.
3. Koefisien kinetika fermentasi pembentukan etanol berbasis tandan kosong yang diperoleh
pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
• Pada variasi suhu 30°C, µmax = 0,008 (h-1); Ks = 0,005 (g/dm3); Kd = 0,011 (h-1); dan
m = 0,457 (h-1).
Produksi Bioetanol …, Ahmad Hamidi, FT UI, 2017
• Pada variasi suhu 32°C, µmax =0,013 (h-1); Ks = 0,010 (g/dm3); Kd = 0,009 (h-1); dan
m = 0,009 (h-1).
• Pada variasi suhu 35°C, µmax = 0,024 (h-1); Ks = 0,031 (g/dm3); Kd = 0,383 (h-1); dan
m = 0,913 (h-1).
Daftar Referensi Dahnum, D. (2015). Comparison of SHF and SSF Processes Using Enzym and Dry Yeast for
Optimization of Bioethanol Production From Empty Fruit Bunch. Energy Procedia, Volume 68, pp. 107-116.
Darnoko (2002). Tinjauan Fungsi Fisik Aplikasi Tandan Kosong Kelapa Sawit. Frazier, W. & Westhoff, D. C. (1978). Food Microbiology. 4th ed. New York: McGraw-Hill
Book. Gauss, W., S. Suzuki, S. & Takagi, M. (1976). Manufacture of Alcohol from Celulosic Materials
Using Plural Ferments. : BioResearch Center Company Limited. Karina, M., Onggo, H., Abdullah, D. & Syamsupurwadi, A. (2008). Effect of Oil Palm Fruit
Bunch Fiber on The Physical and Mechanical Properties of Fiber Glass Reinforced Polyester Resin. Journal of Biological Sciences, pp. 1-3.
Kumar, S., Singh, N. & Prasad, R. (2010). Anhydrous Ethanol : A Renewable Source of Energy. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Issue 14, pp. 1830-1844.
Olofsson, K., Bertilsson, M. & Lidén, G. (2008). A Short Review on SSF- An Interesting Process Option for Ethanol Production from Lignocellulosic Feedstock. Biotechnology for Biofuels 1:7, pp. 1-14.
Samsuri, M., Gozan, M., Prasetya, B. & Nasikin, M. (2009). Hydrolysis of Bagassae by Cellulose and Xylanase for Bioethanol Production in Simultaneous Saccharification and Fermentation. Jurnal of Appl and Industrial Biotech at Tropical Region 2.
Sun, Y. & Chen, J. (2002). Hydrolysis of Lignocellulosic Material for Ethanol Production. Bioresource Technol, Volume 83(1), pp. 1-11.
Tengborg, C., Galbe, M. & Zacchi, G. (2001). Influence of Enzyme Loading and Physical Parameters on The Enzymatic Hydrolysis of Steam Pretreated Softwood. Biotechnol, Volume 17(1), pp. 110-117.
Wahyudi, T. Supriyanto., Abdullah, Widayat, Hadiyanto. (2010). Proses Produksi Etanol oleh Saccharomyces cerevisiae dengan Operasi Kontinyu pada Kondisi Vakum. Seminar Rekayas Kimia dan Proses 2010. Fakultas Teknik. Universitas Diponegoro. Semarang. 15 : 1-6.
Wardani, A. & Widiawati, D. (2014). Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Material Tekstil dengan Pewarna Alamai untuk Produk Kriya. Jurnal Tingkat Sarjana Bidang Seni Rupa Dan Desain, pp. 1-2.
Wasungu, K. (1982). Growth Characteristics Of Baker's Yeast In Ethanol. Biotechnol Bioeng, Volume 24, p. 1125–1134.
Wingren, A., Galbe, M. & Zacchi, G. (2003). Techno-Economic Evaluation of Producing Ethanol From Softwood: Comparison of SSF and SHF and Identification of Bottlenecks. Biotecnol, Volume 19 (4), pp. 1109-1117.