Kadar selulosa bahan baku adalah sebesar 52,82%; pentosan 15,38%; holoselulosa 73,17%; alpha selulosa 47,40% dan hemiselulosa 25,77%. Setelah dilakukan delignifikasi, kadar selulosa akan meningkat seiring dengan menurunnya kadar lignin (73,17%). Sehingga, pulp limbah kayu berpotensi tinggi untuk dijadikan bahan baku pembuatan bioetanol. Hasil kadar selulosa
24
dan lignin tersebut sesuai dengan hasil penelitian kadar selulosa dan lignin yang dilakukan oleh Ina Winarni et al. (2015), yaitu sebesar 51,8% dan 26,6%.
Hasil konversi selulosa menjadi etanol tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi glukosa terbesar terdapat pada perlakuan 9 tersebut, sehingga diharapkan etanol yang dihasilkan setelah proses fermentasi akan tinggi juga, karena fermentasi untuk mengkonversi glukosa menjadi etanol secara spesifik dengan bantuan ragi S. Cerevisiae.
Perlakuan no. 9 menunjukkan kadar etanol tertinggi (15,2%) dan perlakuan no 2 (14,2%). Sedangkan kadar etanol terendah berasal dari perlakuan no 6 (8,4%) dan no. 1 (8,8%). Semua perlakuan yang dilakukan menghasilkan kadar etanol lebih dari 4% (v/v) yang merupakan persyaratan minimal produksi etanol secara ekonomis (Koppram et al., 2014). Sumber lain menyatakan ketika konsentrasi etanol dari lignoselulosa setelah fermentasi lebih rendah dari 7% (v/v), maka diperlukan energi yang lebih besar pada proses destilasi untuk pemurnian (dehidrasi) (Madson, 2009).
5. KESIMPULAN DAN SARAN
Analisa fisiko kimia (proksimat) bahan baku dan pulp limbah sengon menunjukkan pengurangan yang cukup signifikan pada kadar lignin, yaitu 29,28% (bahan baku) menjadi 1,56% (pulp); aplha selulosa bahan baku 47,40% menjadi 82,22%.
Hasil aplikasi model adalah dapat diketahui berapa konsentrasi enzim atau substrat yang digunakan apabila ingin memperoleh kadar etanol tertentu. Konversi selulosa tertinggi adalah sebesar 89,7% pada perlakuan konsentrasi substrat 35% dan selulase 15 FPU/g substrat dan 1% Tween 20. Kadar etanol tertinggi sebesar 15,2% pada perlakuan konsentrasi substrat 35%; selulase 15 FPU/g substrat dan 1% Tween 20. Rendemen etanol tertinggi adalah sebesar 54,12% pada perlakuan substrat 20% dw; selulase 12 FPU/g substrat; dan surfaktan sebanyak 1%.
25
Pretreatment limbah kayu sengon sebelum sarafikasi menghasilkan kadar lignin yang signifikan menurun dari sebelum perlakuan, yaitu 29,28% (bahan baku) menjadi 1,56% (pulp); alpha selulosa bahan baku 47.40% menjadi 82,22%.
Disarankan bahwa perlakuan pretreatment harus dilakukan untuk delignifikasi bahan baku, sehingga kadar etanol yang dihasilkan dapat optimal. Penggunaan metode RSM sebaiknya dilakukan karea dapat mengurangi biaya produksi bioetanol dari limbah kayu sengon dengan diketahui prediksi etanol yang akan dihasilkan dengan perlakuan yang lebih sedikit.
26
Judul Kegiatan : Teknologi Pengolahan Bio-Oil Dari Bahan Berlignoselulosa Jenis Kegiatan : Penelitian Integratif
RPPI : RPPI 7 Revitalisasi Pemanfaatan Hasil Hutan Pasca Panen untuk Energi, Pangan dan Obat-Obatan Alternatif dari Hutan Koordinator : Ir. Totok Kartono Waluyo, M.Si
Satker Pelaksana : Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Tim Pelaksana : Santiyo Wibowo, STP, M.Si, Lisna Efiyanti, S.Si, M.Si
Prof Riset Gustan Pari, M.Si
ABSTRAK
Tujuan penelitian adalah mendapatkan data dan informasi sifat fisiko-kimia perengkahan katalitik bio-oil dari tandan kosong kelapa sawit menggunakan katalis Ni/NZA. Sasaran penelitian adalah tersedianyadata dan informasi sifat fisiko-kimia perengkahan katalitik bio-oil dari tandan kosong kelapa sawit menggunakan katalis Ni/NZA. Hasil penelitian menunjukkan penambahan 4% katalis Ni/NZA dan suhu 300 o
C memberikan hasil optimal yaitu yaitu rendemen upgrading bio-oil 25,622%, pH 3,53, berat jenis 1,0451, viskositas 11,17 cSt, nilai kalor 29,49 MJ/kg, dan daya nyala kategori cepat. Upgradingbio-oil yang dihasilkan didominasi senyawa phenol, methyl laurat, asam laurat dan teridentifikasi senyawa hidrokarbon alkanatridecane (C13H28) 0,68% dan hexadecane (C16H34) 10,18%.
Kata kunci: Bio-oil, lignoselulosa, tandan kosong kelapa sawit, upgrading, BBN, katalis.
1. LATAR BELAKANG
Permasalahan bahan bakar minyak bumi adalah tidak dapat diperbaharui (non renewable), karena pembentukannya membutuhkan waktu yang lama.Untuk itu perlu disubstitusi dengan bahan bakar yang dapat dipulihkan antara lain yang berasal dari tanaman pertanian atau kehutanan. Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006, memuat rencana pengelolaan energi hingga tahun 2025 dan Indonesia memberikan porsi 17% untuk energi baru terbarukan (EBT). Salah satu cabang dari EBT itu adalah bioenergi (National Geograpic Indonesia, 2014). Menurut Kementerian Perencanaan Pembangunan Nasional (2013) proyeksi pengembangan kapasitas produksi bioenergi oil untuk bio-kerosene akan terus ditingkatkan, untuk tahun 2017 kapasitas produksi diharapkan pada 0,17 juta kilo liter dan pada tahun 2025 dapat mencapai 0,54 juta kilo liter.
27
Salah satu bioenergi yang berpotensi dikembangkan adalah bio-oil. Bio-oilatau dikenal juga sebagai pyrolysis oiladalah bahan bakar sejenis solar yang memiliki berat jenis,viskositas yang tinggi dan pH rendah. Bio-oil dapat diproduksi dari bahan baku biomassa seperti limbah sawit (tandan kosong atau cangkang kelapa sawit) dan limbah serbuk gergaji menggunakan teknologi pirolisis. Untuk memperbaiki mutu bio-oil perlu dilakukan upgrading dengan cara cracking thermal dan katalis.
2. TUJUAN DAN SASARAN
Tujuan penelitian adalah mendapatkan data dan informasi sifat fisiko-kimia perengkahan katalitik bio-oil dari tandan kosong kelapa sawit menggunakan katalis Ni/NZA. Sasaran dari penelitian ini adalah tersedianyadata dan informasi sifat fisiko-kimia perengkahan katalitik bio-oil dari tandan kosong kelapa sawit menggunakan katalis Ni/NZA.
3. METODE PENELITIAN
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dari daerah Jawa Barat. Bahan kimia yang digunakan antara lain metanol, etanol, air suling, asam klorida (HCl), amonium klorida (NH4Cl), natrium sulfat(Na2SO4) anhidrat, dan kristalNi(NO3)2.6H2O. Peralatan yang digunakan antara lain mesin pembuat serbuk kayu, saringan, reaktor cracking,refluks, penampung larutan bio-oil, penampung partikulat, alat distilasi, pengaduk (stirer), desikator, pH meter, piknometer, erlenmeyer asah, neraca, dan oven.
Tahapan penelitan terdiri dari persiapan bahan baku, pembuatan katalis dan pembuatan bio-oil dan upgrading bio-oil. Persiapan bahan; serbuk diseragamkan ukurannya menggunakan mesin pembuat serbuk kayu dan disaring pada40-60 mesh dan dipirolisis suhu 550 oC. Pembuatan katalis; katalis yang digunakan adalah zeolit alam dengan impregnasi nikel. Proses pembuatan katalis menggunakan modifikasi prosedur yang telah dilakukan oleh Tadeus et al., (2013) dan Irvantino (2013). Penelitian perengkahan bio-oil
28
menggunakan reaktor rengkah sistem fixed bed dengan Perlakuan terdiri dari 2 faktor yaitu : faktor persentase berat katalis (A) dengan 4 level yaitu 0% (A1), 4% (A2), 6% (A3), 8% (A4) dan faktor suhu (B) dengan 2 level yaitu 250 oC (B1) dan 300 oC (B2). Pengujian statistik menggunakan rancangan percobaan acak lengkap faktorial, 3 kali ulangan. Jumlah total kombinasi perlakuan adalah 4 x 2 x3 = 24. Pengujian dilakukan terhadap sifat fisiko-kimia yaitu: rendemen, berat jenis (metode piknometer),pH (pH meter), viskositas (viskometer Brookfield), nilai kalor (bomb calorimetry), daya nyala dansifat kimia menggunakan GCMS.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis keasaman total katalis Ni/zeolit alam aktif menunjukkan nilai keasaman sebesar 3,82 mmol/g zeolit. Hasil analisis XRD menunjukkan di dalam katalis Ni/zeolit alam aktif terdapat beberapa jenis mineral diantaranya jenis mineral klinoptilonit (Kl) yang muncul pada 22,35 dan 27,87,jenis mineral modernit (M) ditemukan pada nilai d 3,33; 3,37; 3,45; 3,77; 4,51 dan 6,52;. Jenis mineral kuarsa juga terdapat pada katalis zeolit yang dianalisis, ditunjukan pada nilai 3,33 ;4,43. Hal ini sesuai dengan standar kuarsa d 3,33 dan 4,45 pada data JCPDS (ICDD, 2001). Hasil FTIR juga menunjukkan bahwa katalis nikel sudah terimpregnasi di dalam pengemban zeolit.
Dari hasil penelitian diperoleh rendemen upgrading bio-oil berkisar antara 1,518 - 26,424%. Rendemen terbesar diperoleh dari katalis 6% dengan suhu 300 oC (A3B2) yaitu sebesar 26,424% dan yang terkecil dihasilkan dari sampel tanpa penambahan katalis dengan suhu 250 oC sebesar 1,518%.
Hasil penelitian menunjukkan kadar pH upgradingbiooil antara 2,86 - 3,53. pH terendah diperoleh pada perlakuan tanpa katalis yaitu sebesar 2,86 dan pH tertinggi diperoleh pada sampel dengan perlakuan penambahan katalis 6% yaitu sebesar 3,54. Terdapat kecenderungan penambahan katalis pada bahan baku meningkatkan pH liquid.
29
Hasil penelitian berat jenis atau densitas up grading bio-oil antara 1,0139 - 1,0447. Hasil ini lebih tinggi dari penelitian Zhang et al., (2009) yang menghasilkan densitas bio-oil tongkol jagung dengan penambahan katalis HZSM-5 sebesar 0,95 g/cm3. Hasil ini menunjukkan bahwa bio-oil hasil perengkahan masih banyak terdapat senyawa dengan berat molekul tinggi.
Hasil uji viskositas (Tabel 1) berkisar antara 9,5 - 21,3 cSt. Viscositas terendah ada pada perlakuan tanpa katalis suhu 250 oC yaitu 9,5 cSt dan tertinggi pada perlakuan tanpa katalis suhu 300 oC yaitu 21,3 cSt.
Nilai kalor pembakaran menunjukkan energi kalor yang dikandung dalam tiap satuan massa bahan bakar menunjukkan nilai kalor upgrading bio-oil tandan kosong sawit yaitu antara 17,22-30,85 MJ/kg.
Pengujian daya nyala dilakukan untuk mengetahui kemampuan bio-oil untuk menyala bila diberi sumber api. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semua perlakuan mempunyai daya nyala yang cepat. Hal ini menunjukkan bahwa upgrading bio-oil menggunakan suhu dan katalis sudah membentuk senyawa hidrokarbon alkana dengan jenis dan konsentrasi yang berbeda untuk setiap perlakuan seperti hexane (C6H14), octane (C8H18), nonane (C9H20), tridecane (C13H28) octadecane (C18H38) dan hexadecane (C16H34), sehingga memudahkan terbakarnya sampel upgrading bio-oil.
Dari hasil GCMS dapat dilihat bahwa penambahan katalis dan suhu pada bahan baku berpengaruh terhadap komponen senyawa kimia yang terbentuk. Terdapat kecenderungan dengan peningkatan konsentrasi katalis dan suhu, senyawa yang dihasilkan juga meningkat dan terjadi perubahan komponen senyawa kimia sebagai akibat dari proses cracking senyawa kimia berberat molekul tinggi terpecah menjadi senyawa berberat molekul lebih rendah. Senyawa hidrokarbon alkana yang terbentuk pada proses upgrading diantaranya octane(C8H18), nonane (C9H20), dodecane (C12H26), tridecane (C13H28) tetradecane (C14H30) hexadecane (C16H34) octadekane (C18H38) dan pentacosane (C25H52)
30
5. KESIMPULAN DAN SARAN
Proses perengkahan crudebio-oil menggunakan katalis dan suhu menghasilkan sifat fisiko kimia yang lebih baik dibandingkan perangkahan yang hanya menggunakan suhu saja dan tanpa katalis. Perengkahan crude bio-oil dari tandan kosong kelapa sawit menggunakan katalis dan suhu diperoleh sifat fisiko kimia bio-oil;rendemen upgrading bio-oil 1,518-26,424%, pH 2,86-3,54, berat jenis 1,0139-1,0451, viskositas 9,5-21,3 cSt, nilai kalor 17,22-30,85 MJ/kg dan daya nyala semua perlakuan adalah katagori cepat. Bio-oil hasil perengkahan didominasi oleh phenol, asam asetat dan asam laurat, serta teridentifikasi beberapa senyawa golongan hidrokarbon alkana seperti nonane (C9H20), dodecane (C12H26), tridecane (C13H28), tetradecane (C14H30),hexadecane (C16H34), octadekane (C18H38) dan pentacosane (C25H52). Perlakuan yang optimal untuk perengkahan crude bio-oiladalah dengan penambahan 4% katalis Ni/NZA dan suhu 300oC dengan karakteristik yaitu rendemen upgrading bio-oil 25,66%, pH 3,53, berat jenis 1,0451, viskositas 11,17 cSt, nilai kalor 29,49 MJ/kg, dan daya nyala pada 1 detik (kategori cepat).
Berat jenis dan viskositas upgradingbio-oil yang dihasilkan masih tinggi, sehingga belum dapat digunakan sebagai bahan bakar campuran biosolar untuk mesin. Kemungkinan pemanfaatannya adalah sebagai bahan bakar bio-kerosene atau oil burner (minyak bakar) pada alat burner. Untuk dapat digunakan sebagai campuran solar perlu dilakukan perbaikan sifat fisiko-kimia tersebut melalui teknik hydrocracking menggunakan hidrogen dan tekanan (pressure).
31
Judul Kegiatan : Sifat Dasar Dan Kegunaan Kayu Sumatera
Jenis Kegiatan : Penelitian Integratif
RPPI : 8. Pengolahan Hasil Hutan
Koordinator : Ir. Jamal Balfas, M.For.Sc.
Satker Pelaksana : Pusat Litbang Hasil Hutan
Tim Pelaksana : Drs.Djarwanto,M.Si.PhD.,Krisdianto,S.Hut.MSi.PhD.,
Ir.Jamal Balfas,M.Sc., Drs. Achmad Supriadi,MM,., Abdurachman, ST. Dra.Jasni, M.Si. Dra. Sihati Suprapti, Karnita Yuniarti, S.Hut. MSc. PhD. Prof.Dr.Gustan Pari, M.Si. Dian Anggraeni, S.Hut. MM. Ir. MI Iskandar,MM., Drs. Agus Ismanto
ABSTRAK
Pengetahuan sifat dasar kayu kurang dikenal, dapat menentukan penggunaannya yang tepat sehingga pemanfaatannya lebih optimaldan dapat meningkatkan diversifikasi penggunaan kayu. Lima jenis kayu dari Sumatera yaitu punak (Tetrameristaglabra Miq.), meranti bunga (Shoreateysmanniana Dyer. ex Brandis), mempisang (Diospyroskorthalsiana Hiern.), suntai (Palaquiumburckii H.J.L.), dan pasak linggo (Aglaiaargentea Blume, diteliti struktur anatomi dan dimensi serat, fisis dan mekanis, keawetan terhadap serangga, jamur, penggerek di laut, keterawetan, pengeringan, pemesinan, venir dan kayu lapis, kimia dan destilasi kering serta pulp dan kertas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa berdasarkan nilai turunan serat kelima jenis kayu termasuk kelas II untuk pulp dan kertas. Kelima jenis kayu harus dikeringkan dengan bagan pengeringan berbeda. Keawetan kayu terhadap serangga (Coptotermessp): punak kelas I; mempisang dan pasak linggo kelas II, meranti bunga kelas III dan suntai kelas V. Kayu pasak linggo termasuk kelas kuat I-II, punak dan suntai termasuk kelas kuat II-II-II, meranti bunga dan mempisang termasuk kelas kuat III-IV. Kelima jenis kayu dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan baik untuk kayu lapis, panel, daun meja, pelapis dinding, langit-langit, lantai, moulding, barang ukiran, sambungan pasak, jeruji (fence) atau barang bubutan, dan arang aktif dan Pulp.
Kata kunci: Kayu Sumatera, sifat anatomi, pemesinan, diversifikasi jenis, keawetan kayu, pulp, arang
1. LATAR BELAKANG
Permasalahan yang ada adalah belum adanya data yang pasti mengenai potensi dari jenis kayu. Selain dari pada itu hanya sebagian kecil saja dari jenis kayu tersebut yang sudah diketahui sifat-sifatnya dan kegunaannya secara tepat.
Aspek yang diteliti adalah struktur anatomi dan dimensi serat, sifat fisis dan mekanis, sifat pemesinan, sifat keawetan terhadap serangga, sifat keawetan terhadap jamur, sifat keawetan terhadap penggerek di laut, sifat
32
keterawetan, sifat pengeringan, sifat venir dan kayu lapis, sifat kimia dan nilai kalor, serta sifat dan pengolahan pulp untuk kertas. Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai bahan acuan dalam pemanfaatan kayu, sehingga dapat terjadi diversifikasi penggunaan jenis kayu.
2. TUJUAN DAN SASARAN
Menyediakan informasi ilmiah sifat dasar 5 jenis kayu Sumatera, sebagai dasar diversifikasi penggunaan bahan baku untuk berbagai tujuan pemakaian dalam rangka efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan. Sasarannya adalah tersedianya informasi ilmiah mengenai sifat dasar lima jenis kayu Sumatera,dan kemungkinan penggunaannya.
3. METODE PENELITIAN
Struktur anatomi dan dimensi serat kayu berupa karakteristik anatomi serta susunan sel-sel penyusun yang dimiliki setiap jenis kayu mengacu prosedur Keating 1994 dan PROSEA 5 (1). Sifat fisis dan mekanis kayu berupa pengujian contoh kayu yang diteliti mengacu standar ASTM D143-94-2006. Sifat pemesinan dilakukan untuk mengetahui karakter kayu dalam proses pengerjaan mengacu standar ASTM D-1666-64 -1982. Sifat keawetan kayu berupa pengujian terhadap organisme perusak mengacu standar SNI 7207:2014. Sifat keterawetan kayu berupa pengujian terhadap kemampuan kayu ditembus bahan pengawet mengikuti standar IUFRO. Sifat pengeringan kayu dilakukan pengujian melalui metode pengeringan secara alami dan buatan mengacu prosedur Terazawa-1965. Sifat venir dan kayu lapis dilakukan untuk mengetahui karakter kayu jika dikupas, atau direkat, dalam proses pembuatan venir dan kayu lapis mengacu pada SNI 01.5008.2 :2002) dan JAS :2013. Sifat kimia dan nilai kalor dilakukan dengan menganalisis kandungan kimia dalam kayu mengacu pada ASTM (1980,2001,2006). Sifat dan pengolahan pulp untuk kertas dilakukan pengujian terhadap sifat pengolahan dan pulp yang dihasilkan.
33
4. HASIL DAN PEMBAHASAN