LAPORAN TAHUN I HIBAH KOMPETITIF PENELITIAN SESUAI PRIORITAS NASIONAL BATCH II PENINGKATAN RENDEMEN DAN KUALITAS BIOETANOL DARI BEBERAPA JENIS KAYU TROPIS MELALUI PERLAKUAN PENDAHULUAN DAN REKAYASA ENZIMATIK OLEH Wasrin Syafii Khaswar Syamsu Muhammad Daud INSTITUT PERTANIAN BOGOR DESEMBER 2009
LATAR BELAKANG Kondisi energi fosil di dunia : - Kebutuhan energi meningkat - Konsumsi > produksi - Ketergantungan BBM tinggi Cadangan energi akan habis : - Gas alam (2047) - Minyak bumi (2080) - Batu bara (2180) Lewis (1983), Biological Fuels - Energi Matahari - Energi Angin - Energi Panas Bumi - OTEC - Energi Biomass Pengembangan Energi Alternatif Energi Biomassa Sangat Mungkin Untuk Dikembangkan di Indonesia
Konversi Energi Biomassa Pembakaran Langsung Pembangkit Listrik Biomassa KONVERSI Proses Densifikasi Proses Karbonisasi Proses Gasifikasi Proses Biokimia (Etanol)
BAHAN BAKU BIOETANOL Bahan Bergula Molase (Tetes Tebu), Nira Tebu, Nira Kelapa, Nira Aren, Nira Nipah, Nira Lontar Bahan Berpati Ubi Kayu, Ubi Jalar, Tepung Sagu, Biji Jagung, Biji Sorgum, Kentang Bahan Berlignoselulosa l l Jerami, Bagase, Bambu, Kayu, Limbah Pergergajian, Limbah Kehutanan, Limbah Pertanian
Bioetanol dari Bahan Pangan??? Bioetanol dari Bahan Pangan Vs Pemenuhan Kebutuhan Pangan Masyarakat = Perlunya Pengembangan Bioetanol dari Bahan Non Pangan Bahan Berlignoselulosa : Kayu
Bioetanol Dari Kayu Kelebihan: - Non-Edible - Bahan Baku Lebih Murah - Mudah Diperoleh - Memanfaatkan Semua Komponen Kayu Termasuk Limbah Kayu
. Permasalahan Resistensi selulosa : Struktur dinding sel komplek Adanya struktur kristalin. Adanya sisa lignin. Adanya LCC (lignin carbohydrate complex). Perlu Perlakuan Pendahuluan Untuk Menghilangkan Lignin Mencari Kondisi yang Optimal untuk Meningkatkan Rendemen dan Kualitas Bioetanol.
Tujuan Penelitian 1. Tujuan Penelitian Tahun I : Memperoleh kondisi yang optimal dalam produksi selulosa (pulp) p) melalui proses delignifikasi dengan proses kraft. 2. Tujuan Penelitian Tahun II : Memperoleh e metoda yang optimal dalam a konversi selulosa menjadi etanol dengan berbagai perlakuan enzimatik.
Tujuan Khusus Tahun I 1. Menganalisis sifat kimia bahan baku (extractive, selulosa, hemiselulosa, lignin) dalam hubungannya dengan proses delignifikasi. 2. Memperoleh kondisi delignifikasi yang optimal dengan berbagai perlakuan kondisi pemasakan untuk memperoleh rendemen selulosa yang tinggi dengan kandungan sisa lignin yang rendah.
Bahan dan Alat 1. Jenis kayu : Kayu sengon (Paraserianthes falcataria Nielsen) Kayu gmelina (Gmelina moluccana Backer) Kayu pinus (Pinus merkusii Jungh et de Vries) Kayu sawit (Elaeis guineensis Jacq) 1. Jenis mikroba : Saccharomyces cereviceae Tricoderma reesei Enzim selulase.
Metode Penelitian ( Tahun 1) Persiapan Bahan Baku Serbuk Kayu 40-60 mesh Chipping Persiapan Larutan Pemasak Alkalinitas: 16, 18 dan 20% Sulfiditas: 20 dan 25% Rendemen Bilangan Kappa Serpih (Chips) Delignifikasi (Proses Kraft) Selulosa (Pulp) Penentuan Kelarutan Zat Ekstraktif ktif Sampel Kayu Bebas Ekstraktif Penentuan Kadar Lignin, Selulosa, Hol oselulosa, dan Hemiselulosa
Metode Penelitian (Tahun 2) Ca(OH) 2 20 % Selulosa (Pulp) Peremajaan Mikroba Asam SO 2 2,5 dan 5% (Suhu 175 o C; 7,5 Menit Selulase: 2 dan 4% Trichoderma reesei (10 4 dan 10 5 CFU/cc) Separate Hidrolysis and Fermentation (SHF) Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) Saccharomyces cereviciae (10 4, 10 5, 10 6 CFU/cc) Etanol Gambar 1. Diagram Alir Penelitian Rendemen dan Uji Kualitas
HASIL PENELITIAN TAHUN I
Kelarutan dalam Air Dingin Kelarutan dal lam Air Dingin (% %) 14.00 a 12.00 10.00 b 8.00 6.00 4.00 c c 2.00 0.00 Pinus Sengon Gmelina Kelapa Sawit Kelarutan Air Dingin 2.45 2.53 7.22 12.38 Gambar 2. Kelarutan Zat Ekstraktif dalam Air Dingin
Kelarutan dalam Air Panas Kelarutan da alam Air Panas (%) a 16.00 14.00 12.00 b b 10.00 b 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 Pinus Sengon Gmelin Kelapa a Sawit Kelarutan Air Panas (%) 9.53 953 8.10 810 8.48 848 15.30 Gambar 3. Kelarutan Zat Ekstraktif dalam Air Panas
Kelarutan dalam NaOH 1% ) Kelarutan dala am NaOH 1% (%) 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 d 000 0.00 Pinus Sengon Gmelin Kelapa a Sawit Kelarutan NaOH 1% 10.33 13.10 16.03 43.43 c b a Gambar 4. Kelarutan Zat Ekstraktif dalam NaOH 1%
Kelarutan dalam Etanol-Benzena na (%) Kelarutan dala am Etanol-Benze 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 000 Pinus Sengon Gmelin Kelapa a Sawit Kelarut Etanol-Benzena 2.54 3.28 7.36 11.63 Gambar 5. Kelarutan Zat Ekstraktif dalam Etanol Benzena
Kadar Lignin 30.00 b b a 25.00 Kadar Lig gnin (%) 20.00 15.00 10.00 5.00 c 0.00 Pinus Sengon Gmelina Kelapa Sawit Kadar Lignin (%) 27.50 26.90 30.00 12.50 Gambar 6. Kadar Lignin
Kadar Selulosa (%) Kadar Selulosa ( 50.00 45.00 40.00 35.00 25.00 20.00 15.00 10.00 b 30.00 c 5.00 0.00 Pinus Sengon Gmelina Kelapa Sawit Kadar Selulosa (%) 42.40 41.30 47.56 25.88 b a Gambar 7. Kadar Selulosa
Kadar Hemiselulosa Kadar Hemise elulosa (%) 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 Pinus Sengon Gmelina Kelapa Sawit Hemiselulosa 23.25 15.525 16.84 16.39 Gambar 8. Kadar Hemiselulosa
Rendemen Hasil Delignifikasi 70.0000 60.0000 50.0000 Re endemen (%) 40.0000 30.0000 20.0000 10.0000 0.0000 Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Sulfiditas 25% Sulfiditas 20% Alkalinitas 20% Alkalinitas 18% Alkalinitas 16% Pinus 58.905 43.38 38 61.04 47.635 39.45 43.125 Sengon 39.05 40.445 51.645 49.665 39.62 38.52 Gmelina 60.84 42.76 42.17 44.415 34.645 38.815 Kelapa sawit 34.9 35.735 32.755 37.07 37.635 39.165 Gambar 9. Rendemen Hasil Delignifikasi
Kondisi Pemasakan Optimal (Berdasarkan Rendemen) No Jenis Kayu Alkalinitas (%) Sulfiditas (%) Rendemen (%) 1 2 Pinus Sengon 18 18 25 25 61,06 51,65 3 Gmelina 20 25 60,84 4 Sawit 16 20 39,17
Rata-Rata Bilangan Kappa No Jenis Kayu Bilangan Kandungan Kappa Lignin 1 Pinus 21,05 3,15 2 3 4 Sengon Gmelina Sawit 14,97 12,22 8,87 2,25 1,83 1,33
Kesimpulan 1. Kondisi optimal untuk produksi selulosa (pulp) dengan proses Kraft adalah : untuk kayu pinus dan sengon pada alkalinitas 18% dan sulfiditas 25%. untuk kayu gmelina pada alkalinitas 20% dan sulfiditas 25%. untuk kayu sawit pada alkalinitas 16% dan sulfiditas 20%. 2. Perlakuan delignifikasi bahan baku mengakibatkan terjadinya penurunan kandungan lignin yang signifikan.
TERIMA KASIH