PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU FERMENTASI SKRIPSI

Transkripsi

1 PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU FERMENTASI SKRIPSI Oleh POPPHY PRAWATI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA APRIL 2015

2 PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU FERMENTASI SKRIPSI Oleh POPPHY PRAWATI SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA APRIL 2015

3

4 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU FERMENTASI dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, April 2015 Popphy Prawati NIM ii

5 iii

6 iv

7 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat- Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Pembuatan Bioetanol dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi: Pengaruh ph Fermentasi, Jenis Ragi dan Waktu Fermentasi, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini memiliki kelebihan dalam menangani limbah ampas tebu untuk diolah menjadi bioetanol dan pengembangan proses pembuatan bioetanol yang ekonomis dengan menggunakan proses hidrolisis termal yang hanya menggunakan air sebagai media hidrolisis. Dibandingkan dengan hidrolisis asam maupun enzim, hidrolisis ini dapat menekan biaya produksi etanol dan dapat mengurangi resiko korosi pada peralatan. Selain itu, proses yang sederhana sehingga dapat diterapkan langsung kepada masyarakat untuk menangani masalah krisis energi yang tengah dihadapi saat ini. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr. Ir. Eng. Irvan, MSi, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU dan sebagai dosen pembimbing penelitian 2. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU. 3. Ibu Dr. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator penelitian Jurusan Teknik Kimia USU. 4. Para staf pengajar dan pegawai jurusan Teknik Kimia. 5. Orang tua dan keluarga yang selama ini telah memberikan bantuan baik moril maupun materil bagi penulis. 6. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Kimia khususnya angkatan 2010 yang telah memberikan bantuan sehingga selesainya penulisan skripsi ini. v

8 Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan masukkan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, April 2015 Penulis Popphy Prawati vi

9 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Orangtua tercinta Mulia Tarigan Sibero dan Darni br Sebayang atas cinta kasihnya yang luar biasa serta doa yang tak pernah henti kepada penulis 2. Adik tercinta DM Pahlawan Tarigan dan Elda Apriani Tarigan yang selalu mendoakan dan mendukung penulis dalam segala suka dan duka. 3. Darwinton Rumapea atas perhatian dan dukungannya 4. Teman-teman terbaikku di Teknik Kimia, Deril, Lean, Ruben, Margaret, Jekky, Dewi, dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. 5. Teman- temanku di kos HARLIM, Desi Padang, Ira, Debora, Ade, Winda, Nomi, Lena, Agnes, Ainy, Bella, Novita, May, Cindy, Martha, dan Monika yang selalu membawa kecerian dan kasih sayang 6. Dr. Ir. Eng. Irvan, Msi selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 7. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT dan Ir. Bambang Trisakti, MT yang telah banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 8. Ir. Renita Manurung, MT, selaku Koordinator Skripsi. 9. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU. 10. Dr. Ir. Taslim, MSi sebagai Dosen Pembimbing Akademik. 11. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis. vii

10 RIWAYAT HIDUP PENULIS Asal Sekolah: Nama : Popphy Prawati NIM : Tempat, tanggal lahir : Jakarta, 11 Maret 1992 Nama orang tua Alamat orang tua : : Mulia Tarigan/ Darni Sebayang Jalan Kramat Ganceng 55 RT 005/01 Pondok Ranggon Jakarta Timur SD Negeri 01 Pondok Ranggon tahun SMP Negeri 49 Jakarta tahun SMA Negeri 39 Jakarta tahun Beasiswa yang diperoleh: 1. Beasiswa PPA Tahun 2012/2014 Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1. UKM KMK USU UP Teknik sebagai AKK (Anggota Kelompok Kecil) tahun KOMPAS USU sebagai anggota tahun USU Young Rural Envoy sebagai Anggota Luar Biasa tahun Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Bendahara Jurnal yang telah dipubliksikan: 1. Pembuatan Bioetanol Dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi: Pengaruh ph, Jenis Ragi, dan Waktu Fermentasi (Jurnal Teknik Kimia, 2015) viii

11 ABSTRAK Bioetanol merupakan etanol yang terbuat dari tanaman yang mengandung pati, gula dan tanaman berselulosa lainnya. Dimana pada penelitian ini menggunakan ampas tebu yang mengandung selulosa yang cukup tinggi sebagai bahan baku. Penelitian ini bertujuan untuk membuat bioetanol dari ampas tebu dengan variasi ph fermentasi, jenis ragi dan waktu fermentasi. Proses utamanya adalah hidrolisis termal dengan metode Liquid Hot Water (LHW); fermentasi dengan menggunakan Saccharomyces cerevisiae; dan pemurnian dengan distilasi vakum. Variabel yang digunakan adalah ph 4; 4,5; dan 5; jenis ragi roti dan tape; dan lama fermentasi 2, 4, 6, 8 dan 10 hari. Dari analisis yang dilakukan terhadap hasil penelitian didapat perolehan bioetanol yang terbaik sebesar 23 ml, dengan densitas sebesar 0,95 g/ml dan nilai kalor sebesar 161,59 kkal/kg, yaitu pada variasi ph 5 dengan waktu fermentasi 4 hari menggunakan ragi roti. Kata kunci : Ampas tebu, bioetanol, fermentasi, liquid hot water ix

12 ABSTRACT Bioethanol is ethanol, which made from starch, glucose, or cellulose of plants. In this research, it has been made from cellulose of sugarcane baggase. This research was conducted to understand about the effect of ph, yeast type and the duration of fermentation to yield s ethanol. The main process in this research were thermal hydrolysis by Liquid Hot Water (LHW) method; fermentation by using Saccharomyces cerevisiae; and purification by vacuum distillation. The variables in this research were ph 4; 4,5; and 5; baker s yeast and fermented glutinous cassava; and the duration of fermentation were 2, 4, 6, 8 and 10 days. Based on the analysis of the yield conclude that the volume of bioethanol is 23 ml with 0,95 g/ml density and 161,59 kkal/kg heat value, as the best yield. That was the combination between ph 5 and 4 days of the duration of fermentation using baker s yeast Key Words : Bioethanol, fermentation, liquid hot water, sugarcane baggase x

13 DAFTAR ISI PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii PENGESAHAN iii PRAKATA iv ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xii DAFTAR LAMPIRAN xiii DAFTAR SINGKATAN xiv DAFTAR ISTILAH/ SIMBOL xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup Penelitian 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bioetanol (C 2 H 5 OH) Potensi Bioetanol dari Ampas Tebu di Indonesia Kegunaan Bioetanol Proses Pembuatan Etanol dari Lignoselulosa Proses Pendahuluan (Pretreatment) Proses Hidrolisis Fermentasi Distilasi Hal - Hal yang Mempengaruhi Fermentasi ph Nutrien Temperatur Oksigen 18 xi

14 2.5.5 Lama Fermentasi Ragi Analisis Ekonomi 19 BAB III METODE PENELITIAN Bahan dan Peralatan Bahan Penelitian Peralatan Penelitian dan Analisa Rancangan Penelitian Prosedur Penelitian Tahap Preparasi Ampas Tebu Analisa Bahan Baku Analisa Lignin dan Selulosa Proses Hidrolisis dan Fermentasi Analisa Kadar Etanol Analisis Kuantitatif Analisis Kadar Etanol Flowchart Penelitian Tahap Preparasi Ampas Tebu Sebagai Bahan Baku Utama Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson Fermentasi Penentuan Jumlah Bioetanol Densitas Specific gravity dan API gravity Nilai Kalor Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Berat Jenis 27 BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Bahan Baku Hasil Analisa Kadar Selulosa dan Lignin Pada Ampas Tebu Hasil Analisa Moisture Content Pada Ampas Tebu Hasil Analisa Kadar Glukosa Setelah Hidrolisis Termal Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Kadar Bioetanol Dengan Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi Pengaruh ph Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol Pengaruh Jenis Ragi Terhadap Kadar Bioetanol 31 xii

15 4.3.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol Daur ulang vinnasse Analisa Sifat Bioetanol Densitas Viskositas Nilai Kalor 37 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 38 DAFTAR PUSTAKA 39 LAMPIRAN 47 xiii

16 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Pertumbuhan Konsumsi Energi 1 Gambar 2.1 Biomassa Lignoselulosa 7 Gambar 2.2 Struktur dasar lignoselulosa a.selulosa, b.hemiselulosa, c.lignin 9 Gambar 2.3 Potensi Biomassa di Indonesia 10 Gambar 2.4 Efek Pretreatment Bahan Lignoselulosa 13 Gambar 3.1 Flowchart Tahap Preparasi Ampas Tebu 23 Gambar 3.2 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 24 Gambar 3.3 Flowchart Tahap Proses Fermentasi 25 Gambar 4.1 Alat Pengukur Moisture Content 28 Gambar 4.2 Pengaruh ph Terhadap Kadar Etanol 30 Gambar 4.3 Pengaruh Jenis Ragi Terhadap Kadar Etanol 31 Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol 32 Gambar 4.5 Variabel Pembanding Waktu Fermentasi 33 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Daur Ulang Proses Fermentasi Dengan Kadar Etanol yang Dihasilkan 34 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Jenis Ragi dan Waktu Terhadap Densitas Bioetanol pada ph 4,5 35 Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Jenis Ragi dan Waktu Terhadap Viskositas Bioetanol pada ph 4,5 36 Gambar 4.9 Grafik Pengaruh Nilai Kalor Terhadap Waktu pada ph 4,5 37 Gambar L3.1 Ampas Tebu 50 Gambar L3.2 Hasil Analisa Selulosa dan Lignin Dengan Menggunakan Metode Chesson 50 Gambar L3.3 Hasil Analisa Kadar Glukosa Dengan Spektofotometer Uv-visible 51 Gambar L3.4 Proses Hidrolisis Termal 52 Gambar L3.5 Proses Fermentasi 52 Gambar L3.6 Proses Distilasi 53 xiv

17 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Pembuatan Bioetanol 3 Tabel 2.1 Syarat Mutu Etanol Nabati 9 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Ampas Tebu 11 Tabel 2.3 Komposisi Kimia Limbah Agrikultural 11 Tabel 2.4 Market Bioetanol 11 Tabel 2.5 Perbandingan Antara Dua Teknik Fermentasi Utama 16 Tabel 2.6 Efisiensi Penggunaan Ragi Tape Dengan S.Cereviceae Untuk 500 ml Fermentasi Hasil Hidrolisis Ampas Tebu Menjadi Bioetanol 19 Tabel 2.7 Rincian Biaya Pembuatan Bioetanol dari Ampas Tebu 20 Tabel 3.1 Rancangan Penelitian 22 Tabel 3.2 Konversi Berat Jenis- Kadar Etanol 27 Tabel 4.1 Hasil Analisa Glukosa Dari Ampas Tebu Dengan Spektrofotometer Uv-vis 29 Tabel L1.1 Hasil Analisis Kadar Etanol 47 xv

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Data Penelitian 47 L1.1 Data Hasil Penelitian 47 Lampiran 2 Contoh Perhitungan 48 L2.1 Contoh Perhitungan Densitas Bioetanol 48 L2.2 Contoh Perhitungan Kadar Bioetanol Berdasarkan Densitas 48 L2.3 Contoh Perhitungan Specific gravity dan API gravity 48 L2.4 Contoh Perhitungan Nilai Kalor Bioetanol 49 Lampiran 3 Dokumentasi Penelitian 50 L3.1 Foto Bahan Baku Tepung Ampas Tebu 50 L3.2 Foto Analisa Selulosa Dan Lignin 50 L3.3 Foto Analisa Kadar Glukosa Dengan Spektrofotometer Uv-visible 51 L3.4 Foto Proses Hidrolisis Termal 52 L3.5 Foto Fermentasi 52 L3.6 Foto Proses Distilasi 53 xvi

19 DAFTAR SINGKATAN API CBP CF Dkk LHW M BOE NK Rpm Sg SHF SNI SSF SSCF American Petroleum Institute Consolidated Bioprocessing Co-Fermentation Dan kawan-kawan Liquid Hot Water Million Barrel Oil Equivalent Nilai Kalor Rotary per minute Specific gravity Separate Hydrolysis Fermentation Standar Nasional Indonesia Simultaneous Saccharification Fermentation Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation xvii

20 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi T Suhu N Normalitas larutan NaOH N V Volume larutan NaOH terpakai ml M Berat molekul gr/mol W Berat sampel g Ρ Massa jenis kg/m 3 o C xviii