BAB I PENDAHULUAN. Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Energi adalah kebutuhan fundamental bagi kelangsungan hidup suatu Negara [1] sementara itu ketersediaan sumber energi minyak bumi dan gas alam di Indonesia diperkirakan hanya akan bertahan hingga 53 tahun mendatang [2]. Selain itu, pertumbuhan penduduk yang cepat, industrialisasi, keterbatasan minyak bumi dan dampak negatif yang ditimbulkan dari hasil pembakaran fosil, mendorong pencarian alternatif baru yakni energi terbarukan [3]. Salah satu jenis energi terbarukan adalah energi yang berasal dari makhluk hidup (energi biomassa). Hal ini sangat tepat diterapkan di Indonesia yang memiliki hasil perkebunan dan pertanian (biomassa) yang melimpah, baik produk maupun limbahnya [4]. Penggunaan biomassa secara langsung (dibakar) tidak lah efisien dan dapat mencemari lingkungan. Sehingga konversi biomassa ke sumber energi yang lebih efisien [5] seperti etanol [3] [6] sangat diperlukan. Bioetanol atau etil alkohol (C 2 H 5 OH) [7] sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan dan juga terbarukan menjadi perhatian dunia dewasa ini [8] hal ini dibuktikan dengan semakin meningkatnya produksi bioetanol dari tahun ke tahun yakni 17,3 juta liter pada tahun 2000, meningkat menjadi 46 juta liter di tahun 2007, dan diestimasi akan meningkat secara drastis pada tahun 2020 yakni sebanyak 125 juta liter [9]. Bahan baku utama pembuatan bioetanol dengan proses fermentasi pada dasarnya berasal dari glukosa, pati [6] dan lignoselulosa [10]. Bioetanol dapat diproduksi dari berbagai jenis biomassa seperti jagung, gandum, selulosa, alga [8] dan ampas tebu [11] yang mana bahan baku ini berwujud padatan. Adapun bahan baku cair yang pernah digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol adalah nira kelapa [12], nira nipah (Nypa fructicans) [13] [14], dan nira aren (Arenga pinnata) [15] [16]. Kelebihan bahan baku cairan (nira) adalah karena nira merupakan larutan gula yang dapat langsung memulai proses fermentasi sehingga dapat mempersingkat tahapan produksi etanol [17]. Hal ini berbeda jika bahan baku berasal dari pati dan selulosa, dimana pati harus melalui proses hidrolisis untuk masuk ke tahapan fermentasi gula 1

2 sedangkan selulosa harus dikonversi terlebih dahulu untuk mendapatkan gula dengan bantuan mineral asam [18]. Produk terpenting dari aren (Arenga pinnata) adalah nira [19]. Nira adalah cairan manis yang diperoleh dari air perasan batang atau getah tandan bunga tanaman [20]. Nira biasanya dijadikan gula aren [21] namun saat ini para peneliti fokus terhadap produksi bioetanol dari nira aren melalui proses fermentasi [22] karena kadar gulanya yang tinggi 13,9-14,9% [23]. Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang pembuatan bietanol dari berbagai bahan baku cair dan penggunaan mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae dapat dilihat pada tabel 1.1. Pembuatan bioetanol berbahan baku gula dan pati melalui proses fermentasi dengan bantuan mikroba S.cerevisiae adalah metode yang paling umum dan sering digunakan di industri [6]. S.cerevisiae digunakan untuk memecah glukosa dalam proses fermentasi [24] untuk menghasilkan kadar etanol yang tinggi [25]. Berdasarkan uraian di atas, maka penggunaan nira aren (Arenga pinnata) dengan bantuan mikroorganisme (Saccharomyces cerevisiae) sangat berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan bioetanol. 2

3 Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Bioetanol dari Berbagai Bahan Baku dan Penggunaan Mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil Variabel tetap : Tanpa penambahan Kondisi optimal The Effect of Temperature and nutrisi dengan waktu Length of Fermentation on 1 Fahrizal et al Variabel berubah : waktu fermentasi fermentasi 120 jam Bioethanol Production from Arenga (72,96,120,144,168) jam, temperatur dengan temperatur Plant (Arenga pinnata MERR) (27 o C dan 32 o C) 32 o C 2 Betiku & Taiwa 2014 Modeling and Optimization of Bioethanol Production From Breadfruit Starch Hydrolizate vis-àvis Response Surface Methodology and Artificial Neural Network Dry Yeast Variabel tetap : Suhu 30 o C Variabel berubah : waktu fermentasi (6,12,18,24,30,36 jam), nutrisi (dengan dan tanpa penambahan nutrisi), metode optimasi (RSM & ANN) Yield bioetanol: RSM= 4,10%, 21,33 jam ANN= 4,22%, 24 jam dengan penambahan nutrisi 3 Hadi dkk 2013 Karateristik dan Potensi Bioetanol dari Nira Nipah (Nypa fructicans) untuk Penerapan Skala Teknologi Tepat Guna Saccharomyces cerevisiae Variabel tetap : suhu reaksi 25 o C - 30 o C, Variabel berubah : keadaan fermentasi (terbuka, tidak sirkulasi dan tertutup, sirkulasi dan tertutup) Rendemen bioetanol tertinggi 8,1% dengan kadar 4,3% pada tahap fermentasi sirkulasi dan tertutup 3

4 Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Bioetanol dari Berbagai Bahan Baku dan Penggunaan Mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil Fed Batch Alcoholic 4 Kismurtono 2012 Fermentation of Palm Juice Yield bioetanol: Variabel tetap : waktu fermentasi 24 jam (Arenga pinnata Merr) : Saccharomyces 99,5% (25% volume Variabel berubah : proses treatment Influence of The Feeding Rate cerevisiae starter, 0,4% NPK, 5 (p1,p2,p3,p4) on Yeast, Yield and % bread yeast) Productivity 5 Shahirah et al 2014 Influence of Nutrient Addition on The Bioethanol Yield From Oil Palm Trunk Sap Fermented by Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae Variabel tetap : suhu reaksi 32 o C, kecepatan pengadukan 170 rpm, ph 6, jumlah penambahan nutrisi 0,2% berat Variabel berubah : jenis nutrisi (Na 2 HPO 4, MgSO 4, (NH4) 2 SO 4, C 3 H 7 NO 2 ), nutrisi (dengan dan tanpa penambahan nutrisi Yield bioetanol: Tanpa nutrisi: 55,39%, Terbaik dengan penambahan nutrisi MgSO 4 81,89% 6 Chairul dan Yenti 2013 Pembuatan Bioetanol dari Nira Nipah Menggunakan Sacharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae Variabel tetap : suhu kamar, volume starter 10%, kecepatan pengadukan 200 rpm, Urea (46% N) 0,4 gr/l dan NPK (16% P) 0,5 gr/l Variabel berubah : volume ragi (15 dan 20) gr/l, waktu pengambilan sampel (24, 36, 48, 60, dan 72) jam, ph awal fermentasi (4,5 ; 5,0, ; dan 5,5) Volume etanol yang dihasilkan 14% v/v) pada kondisi optimum (ph 4,5 ; waktu fermentasi 36 jam ; dan massa ragi 15 gr/l) 4

5 1.2 PERUMUSAN MASALAH Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh volume starter dan kecepatan agitasi terhadap kadar dan yield bioetanol yang dihasilkan dalam proses fermentasi nira aren (Arenga pinnata Merr). 1.3 TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mempelajari hubungan volume starter dan agitasi terhadap kadar bioetanol hasil proses fermentasi nira aren. 2. Mempelajari hubungan volume starter dan agitasi terhadap yield bioetanol hasil proses fermentasi nira aren. 1.4 MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah : 1. Memberikan informasi mengenai pengaruh volume starter dan agitasi pada proses fermentasi nira aren. 2. Mendapatkan data percobaan yang diperlukan untuk merancang dan membangun unit pembuatan bioetanol dari nira aren untuk skala yang lebih besar (scale up). 3. Memberikan informasi kepada masyarakat tentang bagaimana kualitas bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi nira aren sekaligus meningkatkan nilai ekonomis dari nira aren tersebut. 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Teknik Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Jl. Almamater USU Medan, Indonesia. Adapun bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini yaitu nira aren sebagai bahan baku dan Sacharomycess cerevisiae sebagai biokatalis. 5

6 Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah : Variabel tetap : 1. Suhu fermentasi = suhu ruangan 2. Nutrisi = NPK 0,4% (m/m) (Kismurtono, 2012) 3. Waktu Fermentasi = 24 jam (Kismurtono, 2012) Variabel berubah : 1. Volume Starter = 15% 25% (Kismurtono, 2012) 35% 45% 55% 2. Agitasi = 75 rpm 100 rpm (Ha et al, 2011) 125 rpm Adapun analisis yang akan dilakukan di dalam penelitian ini adalah oksidasi dengan kalium dikromat (K 2 Cr 2 O 7 ), karakteristik gugus fungsi dengan FTIR, pengukuran volume bioetanol yang dihasilkan, perhitungan densitas, kadar bioetanol, specific gravity (sg), API Gravity dan nilai kalor. 6