BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi industri dan pertumbuhan jumlah manusia yang pesat mendorong peningkatan kebutuhan energi. Berdasarkan BP Statistical Review of World Energy, konsumsi energi di dunia pada tahun 2012 mencapai sekitar 86,94% bahan bakar fosil, 4,49% energi nuklir, 6,66% hydroelectricity, dan 1,90% energi biomassa. Sumber energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara adalah sumber energi yang bersifat terbatas dan memerlukan waktu yang sangat lama untuk memperbaruinya sehingga dianggap sebagai unrenewable energy resources. Maka diperlukan sumber energi pengganti fosil untuk memenuhi kebutuhan energi terutama bahan bakar. Salah satu alternatifnya adalah biomassa, yaitu sumber energi dari bahan organik seperti kayu, rumput, hasil pertanian dan perkebunan serta limbahnya. Energi berbasis biomassa lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan sumber energi fosil karena hampir tidak menghasilkan emisi karbon (Zhou, dkk. 2011). Secara umum kandungan biomassa yang sejalur dengan bahan bakar terbarukan dapat dikelompokkan menjadi tiga kelas, yaitu bahan baku karbohidrat, bahan baku trigliserida, dan lignoselulosa (Alonso, dkk. 2010). Biomassa lignoselulosa umumnya terdiri dari hemiselulosa (25-35%), selulosa (40-50%), dan lignin (15-20%). Selulosa banyak tersedia dan memiliki potensi besar untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan biofuel. Indonesia sebagai negara agraris memiliki potensi yang besar dalam pengembangan energi biomassa. Banyak bahan biomassa yang mengandung selulosa tinggi seperti limbah pertanian (Chang, dkk. 2007). Salah satu hasil limbah pertanian yang mengandung selulosa tinggi adalah kulit durian. Badan pusat statistik menyatakan bahwa produksi durian Indonesia pada tahun 2012 mencapai 888.130 ton. Persentase bobot daging buah tergolong rendah yaitu
2 hanya 20,52%. Hal ini berarti ada sekitar 79,08% yang merupakan bagian tidak termanfaatkan untuk dikonsumsi seperti kulit dan biji durian. Kulit durian merupakan limbah rumah tangga yang dibuang sebagai sampah dan tidak memiliki nilai ekonomi. Pada saat puncaknya limbah kulit durian mencapai 100 ton per hari. Kulit durian mengandung selulosa yang cukup tinggi yaitu 72,41 ± 0,16% dengan kandungan lignin sebesar 14,37 ± 0,23% serta kandungan hemiselulosa 12,35 ± 0,47% (Kongkiattikajorn, dkk. 2011). Tingginya kandungan selulosa yang terdapat pada biomassa kulit durian ini berpotensi untuk menghasilkan prekursor biofuel, 5-hidroksimetilfurfural (HMF). Kulit durian belum banyak dimanfaatkan terutama untuk prekursor bahan bakar yaitu HMF. Untuk mengubah selulosa menjadi HMF diperlukan pelarut yang sesuai. Pada beberapa penelitian, pelarut yang digunakan adalah cairan ionik seperti [BMIM][BF4], [BMIM][Cl], dan [EMIM][Cl] (Rosatella, dkk. 2011). Pelarut ini memiliki keunggulan diantaranya dapat melarutkan selulosa dengan baik dan ramah lingkungan. Namun cairan ionik ini relatif mahal. Maka, beberapa peneliti mencari alternatif pelarut lain yang dapat melarutkan selulosa dengan baik yang harganya relatif lebih murah. Pada tahun 2012, Deng, dkk. telah mempelajari degradasi biomassa lignoselulosa menggunakan larutan ZnCl 2. Ketersediaan pelarut tersebut melimpah dan harganya murah dibandingkan dengan cairan ionik. Dalam penelitian tersebut dilaporkan bahwa larutan ZnCl 2 dengan konsentrasi 60% dapat melarutkan selulosa dengan membentuk kompleks Zn-selulosa. Pelarut ini memiliki kelarutan yang baik terhadap selulosa dan menghasilkan HMF sebanyak 11,5% tanpa penambahan katalis. Selain memiliki kelarutan dan kemampuan mendegradasi selulosa dengan baik (Sen, dkk. 2013), larutan ZnCl 2 juga memiliki selektivitas yang tinggi dalam konversi HMF dari selulosa. Wang, dkk. (2013) telah mendapatkan konsentrasi larutan ZnCl 2 yang optimal yaitu 67%. Pada penelitian ini akan digunakan larutan ZnCl 2 67% pada konversi selulosa dari biomassa kulit durian menjadi HMF. Untuk meningkatkan produk HMF pada hasil reaksi dapat dilakukan dengan penambahan katalis. Katalis memiliki sifat spesifik sehingga diperlukan
3 pemilihan katalis yang cocok agar dapat meningkatkan produk yang diinginkan. Lee, dkk. (2011) dan Bali, dkk. (2012) telah melakukan penelitian tentang pengaruh kromium halida, termasuk CrCl 3 terhadap produksi HMF. Penambahan CrCl 3 mampu meningkatkan hasi HMF sekitar 20% (Lee, dkk. 2011). Keberadaan CrCl 3 mampu membuat glukosa berisomerasi menjadi fruktosa. Maka pada penelitian ini digunakan katalis CrCl 3.6H 2 O untuk meningkatkan HMF hasil reaksi. Selain itu, untuk mendapatkan produk yang bebas dari pelarutnya diperlukan metode pemisahan dari setiap hasil reaksi begitupun dengan hasil reaksi HMF. Pemisahan HMF dari pelarutnya telah banyak diteliti menggunakan beberapa metode dari mulai kromatografi kolom sampai dengan ekstraksi. Pada penelitian ini, metode pemisahan HMF dari pelarutnya yaitu larutan ZnCl 2 dilakukan dengan metode ekstraksi cair-cair menggunakan etil asetat karena relatif mudah dan efisien (Rosatella, dkk. 2011). 1.2 Rumusan Masalah Penelitian Berdasarkan uraian latar belakang, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Bagaimana kemampuan larutan ZnCl 2 dalam konversi biomassa kulit durian menjadi HMF? 2. Bagaimana pengaruh penambahan katalis CrCl 3.6H 2 O terhadap produk HMF pada konversi biomassa kulit durian yang telah melalui delignifikasi menjadi HMF dalam larutan ZnCl 2? 3. Bagaimana efektivitas metode pemisahan ekstraksi cair-cair menggunakan etil asetat terhadap pemisahan HMF dari larutan ZnCl 2? 1.3 Batasan Penelitian Penelitian ini dibatasi pada hal-hal berikut: 1. Kulit durian yang digunakan pada penelitian ini merupakan kulit durian palembang yang didapatkan dari pedagang di daerah Surapati, Bandung. 2. Katalis yang digunakan adalah CrCl 3.6H 2 O.
4 3. Suhu yang digunakan pada saat konversi biomassa kulit durian menjadi HMF adalah 120 o C dalam waktu 40 menit. 4. Metode pemisahan yang digunakan berfokus pada pemisahan HMF dari pelarutnya yaitu larutan ZnCl 2. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui kemampuan larutan ZnCl 2 dalam konversi biomassa kulit durian menjadi HMF. 2. Mengetahui pengaruh penambahan katalis CrCl 3.6H 2 O terhadap produk HMF pada konversi biomassa kulit durian menjadi HMF dalam larutan ZnCl 2. 3. Mengetahui efektivitas metode pemisahan ekstraksi cair-cair menggunakan etil asetat terhadap pemisahan HMF dari larutan ZnCl 2. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Meningkatkan nilai guna kulit durian. 2. Mengetahui potensi kulit durian sebagai substrat dalam konversi biomassa menjadi HMF. 1.6 Struktur Organisasi Skripsi Skripsi ini terdiri dari lima bab utama yaitu bab I membahas tentang pendahuluan, bab II tentang tinjauan pustaka, bab III tentang metode penelitian, bab IV tentang hasil dan pembahasan, dan bab V yang membahas tentang kesimpulan dan saran. Secara umum, bab I membahas tentang pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan penelitian, dan struktur organisasi skripsi. Pada latar belakang dipaparkan alasan yang mendasari penelitian. Dari latar belakang tersebut muncul beberapa permasalahan dalam penelitian yang disajikan pada rumusan masalah. Tujuan
5 penelitian berisi tentang poin-poin yang akan dicapai dari penelitian ini, sedangkan batasan penelitian membahas ruang lingkup atau batasan penelitian agar penelitian yang dilakukan lebih terarah. Pada bagian akhir, dibahas manfaat penelitian yang berisi manfaat dari penelitian secara keseluruhan dan struktur organisasi skripsi yang menguraikan susunan skripsi. Bab II berjudul tinjauan pustaka yang mengulas dasar-dasar ataupun teori penelitian yang mendasari penelitian ini ke depannya. Bab III membahas metode penelitian secara keseluruhan. Bab III ini terdiri dari waktu dan lokasi penelitian, yang berisi tentang jangka waktu dan tempat dilakukannya penelitian ini, alat dan bahan, yang menjabarkan alat dan bahan yang digunakan selama proses penelitian, prosedur penelitian, yang memaparkan prosedur atau cara kerja dari penelitian dari satu tahap ke tahap berikutnya, dan metode analisis yang berisi tentang prosedur yang digunakan untuk analisis menggunakan instrumen. Bab IV berisi hasil penelitian dan pembahasan dari hasil tersebut yang dihubungkan atau didukung dengan berbagai literatur. Adapun bab V, membahas kesimpulan umum dari hasil penelitian yang menjawab tujuan penelitian dan menyajikan saran untuk penelitian selanjutnya.