PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU
MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN
FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU
FERMENTASI
SKRIPSI
Oleh
100405037
POPPHY PRAWATI
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU
MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN
FERMENTASI: PENGARUH PH, JENIS RAGI DAN WAKTU
FERMENTASI
SKRIPSI
Oleh
100405037
POPPHY PRAWATI
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
ii
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
v
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.
vi
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
vii
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.
viii
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Popphy Prawati
NIM : 100405037
Tempat, tanggal lahir : Jakarta, 11 Maret 1992
Nama orang tua : Mulia Tarigan/ Darni Sebayang Alamat orang tua :
Jalan Kramat Ganceng 55 RT 005/01 Pondok Ranggon Jakarta Timur
Asal Sekolah:
• SD Negeri 01 Pondok Ranggon tahun 1998-2004 • SMP Negeri 49 Jakarta tahun 2004 – 2007 • SMA Negeri 39 Jakarta tahun 2007 – 2010 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 2010-2013
2. KOMPAS USU sebagai anggota tahun 2011
3. USU Young Rural Envoy sebagai Anggota Luar Biasa tahun 2014
4. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Bendahara
Jurnal yang telah dipubliksikan:
ix
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.
x
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
xi
2.4 Proses Pembuatan Etanol dari Lignoselulosa 12
xii
3.5.1 Tahap Preparasi Ampas Tebu Sebagai Bahan Baku Utama 23 3.5.2 Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 24
3.5.3 Fermentasi 25
3.5.4 Penentuan Jumlah Bioetanol 26
3.5.5 Densitas 26
3.5.6 Specific gravity dan API gravity 26
3.5.7 Nilai Kalor 26
3.5.7 Analisis Kadar Bioetanol dengan Metode Berat Jenis 27
BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN 28
4.1 Hasil Analisis Bahan Baku 28
4.1.1 Hasil Analisa Kadar Selulosa dan Lignin Pada Ampas Tebu 28 4.1.2 Hasil Analisa Moisture Content Pada Ampas Tebu 28 4.2 Hasil Analisa Kadar Glukosa Setelah Hidrolisis Termal 29
4.3 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Kadar Bioetanol Dengan Proses
Hidrolisis Termal dan Fermentasi 30
xiii
4.3.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol 32
4.3.4 Daur ulang vinnasse 34
4.4 Analisa Sifat Bioetanol 35
4.4.1 Densitas 35
4.4.2 Viskositas 36
4.4.3 Nilai Kalor 37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38
5.1 Kesimpulan 38
5.2 Saran 38
DAFTAR PUSTAKA 39
xiv
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 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
xv
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
xvi
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
xvii
DAFTAR SINGKATAN
API American Petroleum Institute
CBP Consolidated Bioprocessing
CF Co-Fermentation
Dkk Dan kawan-kawan
LHW Liquid Hot Water
M BOE Million Barrel Oil Equivalent
NK Nilai Kalor
Rpm Rotary per minute
Sg Specific gravity
SHF Separate Hydrolysis Fermentation
SNI Standar Nasional Indonesia
SSF Simultaneous Saccharification Fermentation
xviii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
T Suhu oC
N Normalitas larutan NaOH N
V Volume larutan NaOH terpakai ml
M Berat molekul gr/mol
W Berat sampel g
