PEMBUATAN ASAP CAIR DARI LIMBAH SERBUK
GERGAJIAN KAYU MERANTI SEBAGAI
PENGHILANG BAU LATEKS
Tuti Indah Sari, Rista Utami Dewi, Hengky
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Abstrak
Aktivitas penggergajian kayu di Indonesia menghasilkan 20% - 30% limbah serbuk gergajian. Limbah jenis ini menimbulkan masalah di lingkungan karena terjadi penumpukan, dibuang ke sungai, atau dibakar langsung. Salah satu teknologi alternatif untuk memanfaatkan limbah serbuk gergai adalah dengan mengolahnya menjadi asap cair. Asap cair dibuat dari proses pirolisis dan kondensasi. Pirolisis merupakan suatu proses pemanasan pada temperatur tertentu dari bahan organik dengan jumlah oksigen terbatas. Proses pirolisis menyebabkan terjadinya penguraian senyawa-senyawa penyusun kayu, sepeti lignin dan selulosa. Serbuk gergajian yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk gergaji dari kayu meranti. Pirolisa dilakukan pada temperatur 150°C, 200°C, 250°C, 300°C, dan 350°C. Pirolisa dilakukan selama 10 menit, 20 menit, dan 30 menit dihitung setelah suhu yang diinginkan tercapai. Penelitian ini menganalisa jumlah produk asap cair yang diperoleh, pH, kandungan asam asetat, dan kandungan fenol pada asap cair. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin lama dan tinggi temperatur pirolisa maka jumlah asap cair, kandungan asam asetat, dan kandungan fenol semakin tinggi sementara harga pH asap cair semakin turun. Kandungan asam asetat dan fenol tertinggi didapat dari pirolisis pada suhu 350°C selama 30 menit, yaitu sebesar 96,3 mg/ml asap cair dan 0,88 mg/ml asap cair. Harga pH asap cair berkisar 2 -3. Kandungan asam aseta pada asap cair berasal dari degradasi selulosa sedangkan fenol berasal dari degradasi lignin. Produk asap cair ini dapat digunakan sebagai penghilang bau lateks, bau lateks ditimbulkan karena adanya aktivitas mikroba di dalam lateks. Kandungan asam asetat dan fenol yang terkandung dalam dalam asap cair mampu mematikan aktivitas mikroba sehingga bau lateks hilang.
Kata kunci : Asap cair, Pirolisa, kondensasi, limbah serbuk gergaji kayu meranti
Abstract
The sawing wood activity in Indonesia produce 20% – 30% sawdust. This type of waste result such a problem in the enviroment because the sawdust heap, throw in the river or burning directly. One of alternative technology to use this waste is treat it to produce liquid smoke. Liquid smoke is made of by pyrolysis and condensation process. Pyrolysis is a warming process at the certain temperature to organic compound with limited oxygen level. Pyrolysis cause decompose process on material contain in the wood, such as lignin and cellulosa. The sawdust that use in this research is meranti wood sawdust. Pyrolysis process held at the temperature 150°C, 200°C, 250°C, 300°C, dan 350°C. Pyrolysis is held for 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes after the desire temperature is reached. This research is analysis the amount of product, pH, acetic acid content, and fenol content in liquid smoke. The research result show that as long as the time and the temperatur increase, it cause the amount of liquid smoke, acetic acid content, an fenol content are high value meanwhile pH is low value. The acetic acid content and fenol content in liquid smoke have the highest value from pyrolysis at 350°C and 30 minutes, those are 96,3 mg/ml liquid smoke and 0,88 mg/ml liquid smoke. The pH value of liquid smoke about 2 – 3. The acetic acid content in liquid smoke come from degradation process of cellulosa while the fenol content in liquid smoke come from degradation process of lignin.The acetic acid and fenol content that contain in liquid smoke could deactive mircobe activity that finally make twe smell of latex disappear.
I. PENDAHULUAN
Limbah penggergajian yang dihasilkan di Indonesia sebanyak 6 juta ton per tahun (www.bi.go.id). Limbah ini akan menimbulkan masalah karena pada kenyataannya di lapangan masih ada yang ditumpuk, sebagian dibuang ke aliran sungai (pencemaran air), atau dibakar secara langsung. Sehingga perlu dilakukan penanganan maksimal terhadap limbah serbuk gergajian ini agar tidak merusak lingkungan.
Walaupun, limbah serbuk gergajian dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar tungku. Namun efesiensi proses masih cukup kecil dan kadang kala dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Salah satu teknologi aplikatif yang dikembangkan untuk pemanfaatan limbah serbuk kayu gergajianan adalah dengan mengolahnya menjadi asap cair (liquid smoke). Asap cair mempunyai nilai komersil karena dapat diolah menjadi produk – produk dengan nilai jual yang lebih baik, seperti pupuk, pelarut bahan kimia, pestisida, pengumpal atau deodoran lateks.
Pada penelitian ini asap cair dibuat dengan cara memanggang serbuk gergajian kayu meranti dalam wadah tertutup yang terbuat dari besi dengan tinggi 27 cm dan diameter 16 cm dengan ketebalan 2 mm yang diletakkan di atas kompor gas dan dilengkapi dengan termokopel. Wadah tersebut akan dihubungkan dengan kondensor sehingga diperoleh destilat asap dari pirolisis serbuk gergajian yang disebut dengan asap cair. Asap cair yang dihasilkan akan digunakan sebagai penghilang bau lateks. Hal ini bertujuan untuk menggantikan proses pengasapan pada produkasi karet konvensional sehingga tidak mencemari lingkungan.
Penelitian tentang asap cair pernah dilakukan oleh Darmadji dkk (1996) yang menyatakan bahwa pirolisis tempurung kelapa menghasilkan asap cair dengan kandungan senyawa fenol sebesar 4,13 %, karbonil 11,3 % dan asam 10,2 %. Selain itu Fatimah (1998) menemukan bahwa golongan-golongan senyawa penyusun asap cair adalah air (11-92 %), fenol (0,2-2,9 %), asam (2,8-9,5 %), karbonil (2,6-4,0 %) dan tar (1-7 %).
II. Tinjauan Pustaka
2.1. Serbuk Gergaji Kayu Meranti
Serbuk gergajian dihasilkan sebanyak 20 – 30 % dari aktivitas penggergajian (Nugroho, 1996, dalam Lastri Bakkara). Bila produksi total kayu gergajianan Indonesia mencapai 2,6 juta m3 pertahun, maka dihasilkan limbah penggergajian sebanyak 0,78 juta m3 pertahunnya. Sebagai contoh, beberapa
industri kecil kotak buah di sekitar sungai Keramasan di Palembang menyumbang hampir 1 ton limbah per tahunnya ( Lastri Bakkara, 2007).
Komposisi Kimia Kayu Meranti
Tabel 2. Komposisi Kimia Kayu Meranti Komponen Kimia Kadar (%)
Lignin 51,45
Selulosa 31,62
Pentosan 24,12
Abu 0,86
Silika 0,86
Sumber; Indonesianforest (2008)
2.2. Pirolisis
Pirolisis atau pengarangan adalah suatu proses pemanasan pada suhu tertentu dari bahan-bahan organik dalam jumlah oksigen sangat terbatas, biasanya di dalam furnace. Proses ini menyebabkan terjadinya proses penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan membentuk methanol, uap-uap asam asetat, tar-tar dan hidrokarbon. Material padat yang tinggal setelah karbonisasi adalah karbon dalam bentuk arang dengan area permukaan spesifik yang sempit (Cheresmisinoff,1993, dalam buku E.Sjostrom 1995).
Secara bertahap, menurut Fatimah (2006) pirolisis kayu akan mengalami penguraian ; (i) hemiselulosa terdegradasi pada 200-260 oC, (ii) selulosa pada 240 – 350 oC, lignin pada 280 oC -500oC. Suhu akhir
sekitar 500 oC menghasilkan tiga kelompok senyawa , yaitu komponen-komponen padat, senyawa-senyawa yang mudah menguap, dan dapat dikondensasikan dan gas-gas yang mudah menguap, dan tidak dapat dikondensasikann (Fengel,1984).
Menurut D. Fengel dan G. Wegener (1995), proses pirolisis dengan adanya udara atau oksigen akan menghasilkan tiga komponen senyawa, yaitu :
1. Komponen padat, yaitu arang
2. Senyawa yang mudah menguap dan dapat dikondensasikan, yaitu fenol, tar, dan minyak 3. Gas-gas yang mudah menguap dan tidak dapat dikondensasikan, yaitu CO2, Co, CH4, dan H2.
2.3. Asap Cair
dari pirolisa kayu, batok kelapa, dedaunan, cangkang kelapa sawit atau rempah – rempah ( Purnama , 2006, dalam Lastri Bakkara,2007 ). Asap yang dihasilkan dari pirolisis kemudian dikondensasi sehingga diperoleh asap cair. Cairan yang dihasilkan mengandung senyawa fenol, asam, karbonil, senyawa tar, air dan benzopyren (Bambang Setiaji, 2006,dalam Lastri Bakkara,2007 )
2.3. 1. Komponen Asap Cair
Girrard (1992), mengemukakan bahwa dari 1000 senyawa yang terkandung di dalam asap ternyata yang dapat diisolasi adalah lebih dari 300 senyawa. Senyawa yang berhasil dideteksi di dalam asap dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan, sebagai berikut :
1) Fenol
2) Sekitar 20 jenis senyawa fenol dari asap cair telah dapat diisolasi dan di identifikasi. Formaldehid
3) Terdapat 45 macam yang telah diidentifikasi dalam kondensat dan 20 macam dalam produk asap.
4) Asam Organik
5) Ada 35 macam asam yang telah diidentifikasi dalam kondensat.
6) Alkohol dan Ester
7) Terdapat 25 macam yang telah diidentifikasi dalam kondensat.
8) Hidrokarbon Alifatik
9) Terdapat 1 macam yang telah teridentifikasi dalam kondensat dan 20 macam dalam produk asap.
10)Lakton
11)Terdapat 13 macam yang telah teridentifikasi dalam kondensat.
12)Senyawa Hidrokarbon Polisiklis Aromatis 13)Terdapat 47 macam teridentifikasi dalam
kondensat dan 20 macam dalam produk asap.
2.3.2. Manfaat Asap Cair
Asap cair memiliki banyak manfaat dan telah digunakan pada berbagai industri, antara lain : 1. Industri Pangan
Asap cair ini memiliki kegunaan yang sangat besar sebagai pemberi rasa dan aroma yang spesifik juga sebagai pengawet karena sifat anti mikroba dan anti oksidanya.
2. Industri Perkebunan
Asap cair dapat digunakan sebagai koagulan lateks dengan sifat fungsional asap cair seperti antij amur, anti bakteri dan anti oksidan tersebut dapat memperbaiki kualitas produk karet yang dihasilkan. 3. Industri Kayu
Kayu yang diolesi dengan asap cair mempunyai ketahanan terhadap serangan rayap dari pada kayu yang tanpa diolesi asap cair.
2.4. Lateks
Lateks adalah bahan ekstraktif yang dihasilkan oleh pohon karet (Hevea bransiliensis). Getah karet yang diperoleh dengan menyadap kulit batang karet dengan pisau sadap sehingga keluarlah getah yang disebut dengan lateks. Karet alam, diperoleh dengan cara koagulasi lateks yang dihasilkan oleh tumbuhan tropis atau subtropis (missalnya H.brasiliensis) dengan asam asetat. Lateks adalah hasil fotosintesis dalam bentuk sukrosa ditranslokasikan dari daun melalui pembuluh tapis ke dalam pembuluh lateks. Di dalam pembuluh lateks terdapat enzim seperti invertase yang akan mengatur proses perombakan sukrosa untuk pembentukan karet.
Lateks terutama tersusun dari air dan di dalam air tersebut terdapat 30 % karet sebagai emulsi. Lateks terdiri dari emulsi butiran-butiran kecil hidrokarbon karet yang memiliki molekul rata-rata 200.000 – 400.000. Lateks termasuk isoprenoid adalah hormon seperti giberelin maupun asam absisat. Proses polimerisasi rangkai isoprene merupakan proses alami yang umum dan proses ini terdapat pada proses pembentukan karet alam. Karet adalah polimer yang mengandung 300 – 6000 satuan isoprene.
Karet kotor adalah karet alam yang dibekukan dengan asam sembarangan, pupuk, atau tanaman gadung. Karet dicampuri kotoran ternak, pasir, atau serpihan kayu untuk menambah berat karet beku. Selain itu, karet juga direndam di air agar semakin berat. Padahal, itu hanya akan memicu proses pemecahan protein karet dan menimbulkan bau busuk.
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober 2007 sampai dengan April 2008 di Laboratorium Kesetimbangan Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.
3.2. Alat dan Bahan
Alat yang dibutuhkan : 1.reaktor
2. unit destilasi 3. alat titrasi 4. beker gelas 5. Erlenmeyer 6. gelas ukur 7. neraca analitik 8. spektofotometer 9. kompor
10. termokople digital
Bahan yang Dibutuhkan
1. serbuk gergaji 2. media pendingin 3. indikator pp 4. NaOH 0,1 M 5. aquadest 6. H3PO4 7. NH4OH 8. amino antipirin 9. kalium ferisianida 10. chloroform
11. natrium sulfat anhidrida 12. Tembaga sulfat
3.2. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian adalah sebagai berikut :
3.3.1. Pengambilan Contoh
Sampel diambil di industri perkayuan yang banyak dijumpai di sekitar Palembang.
3.3.2. Analisa Kadar Air Serbuk Kayu
1. Timbang cawan kosong yang akan digunakan sebagai wadah serbuk gergajian (berat C). Ambil serbuk gergajian beberapa gram kemudian timbang beserta cawannya (berat A). 2. Serbuk kayu dikeringkan di dalam oven pada
temperatur 100 0C selama 1 jam .
3. Sampel serbuk kayu yang telah dikeringkan didinginkan didalam desikator.
4. Sampel serbuk kayu yang sudah didinginkan ditimbang (berat B).
3.3.3. Proses Pembuatan Asap cair
1. Siapkan 1 unit kondensor.
2. Timbang serbuk gergaji sebanyak 100 gram. 3. Masukkan serbuk gergaji ke reaktor.
4.Hubungkan corong asap dengan kondensor menggunakan selang dan sambungkan termokopel ke reaktor.
5.Nyalakan kompor , tunggu sampai suhu yang dikehendaki tercapai dan jaga suhu agar tetap konstan.
6.Hasil kondensasi ditampung di erlenmeyer dan lakukan proses kondensasi sesuai dengan lama pembakaran.
7.Catat volume asap cair yang didapat dan timbang arang yang terbentuk.
3.3.4. Pengukuran pH Asap cair
Pengukuran pH asap cair dengan menggunakan pH meter, sebelum dilakukan pengukuran pH meter terlebih dahulu dikalibrasi dengan larutan buffer.
3.3.5. Analisa kandungan asam asetat dengan cara titrasi .
1.Ambil beberapa ml hasil asap cair yang didapatkan lalu tambahkan aquadest sampai volumenya 100 ml.
2.Tambahkan 3 tetes indikator phenolptalin. 3.Titrasi dengan NaOH 0,1 N.
4.Catat volume NaOH yang digunakan untuk titrasi.
3.3.6. Analisa Kandungan Fenol
1. Ambil beberapa ml asap cair lalu ditambah dengan aquadest sampai volumenya 100 ml.
2. Tambahkan H3PO4 sebanyak 1ml dan CuSO4 sebanyak 1 ml.
3. Destilasi sampai di dapat destilat sekitar 80 ml.
4. Tambah 30 ml air aquadest, lanjutkan destilasi sampai jumlah destilat 100 ml. 5. Destilat di tambah dengan 2 ml NH4Cl, dan
NH4OH sebanyak 1 ml.
6. Tambahkan 0,5 ml larutan amino antipirin, kocok.
7. Tambahkan 0,5 ml larutan kaluim ferisianida kocok dan diamkan. 8.Ekstrak dengan cloroform 5ml.
9.Saring ekstrak melalui kertas saring yang diberi zat 1 gr natrium sulfat anhidrat. 10.Hasil saringan segera diukur dengan
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Pengaruh Lama dan Temperstur Pembakaran serbuk Gergajian terhadap Volume Asap cair
Grafik 1. Pengaruh Lama dan Temperatur Pembakaran Serbuk Gergajian Terhadap Volume Asap Cair 0
100 150 200 250 300 350 400
Temperatur pembakaran (oC) lama dan temperatur pembakaran terhadap volume asap cair di atas, terlihat bahwa volume produk asap cair terus meningkat bersamaan dengan meningkatnya temperatur dan lama pembakaran. Semakin lama pembakaran maka serbuk kayu terbakar akan semakin banyak, hal ini dapat dilihat semakin banyaknya arang yang terbentuk. Dengan demikian jumlah asap yang akan dikondensasikan menjadi asap cair pun akan semakin banyak.
Pada penelitian ini didapat asap cair dengan volume tertinggi pada temperatur pirolisis 350 oC selama 30 menit. Hal ini dikarenakan serbuk gergaji mendapatkan jumlah panas terbanyak dengan waktu paling lama sehingga unsur-unsur dalam serbuk gergaji akan semakin banyak yang terurai dan terkondensasi menjadi asap cair.
2. Hasil Pengukuran pH Asap Cair
Grafik 2. Pengaruh Lama dan Temperatur Pembakaran terhadap pH Asap Cair
100 150 200 250 300 350 400
s uh u pe mbakaran (oC ) menunjukan bahwa harga pH asap cair sekitar 2 – 2,3. Harga pH tersebut menyimpulkan bahwa produk asap
cair tersebut bersifat asam, sesuai dengan namanya asap cair. Harga pH akan semakin menurun dengan semakin meningkatnya temperatur dan lama pembakaran. Hal ini dikarenakan semakin banyaknya unsur – unsur dalam serbuk kayu gergaji meranti yang terurai dan membentuk senyawa- senyawa kimia yang bersifat asam. Harga pH terendah terdapat pada asap cair dari hasil pembakaran pada suhu 350 oC selama 30 menit yaitu sebesar 1,98 ini berarti pada kondisi operasi ini banyak terbentuk senyawa- senyawa kimia yang bersifat asam.
3. Kandungan Asam Asetat pada Asap Cair
Grafik 3. Pe ngaruh Te mpe ratur dan Lama Pe mbakaran te rhadap Kandungan Asam Ase tat
60
100 150 200 250 300 350 400
suhu pembakaran (oC) semakin lama dan tinggi temperatur pembakaran serbuk gergaji maka kandungan asam asetat pada asap cair pun akan semakin tinggi. Tingginya temperatur pirolisis dan lamanya waktu pirolisis, meyebabkan semakin besar panas yang serbuk gergaji untuk menguraikan hemiselulosa dan selulosa menjadi komponen- komponen senyawa kimia yang bersifat asam terutama asam asetat.
4. Kandungan Fenol pada Asap cair
Grafik 4. Pe ngaruh lama dan tempe ratur pe mbakaran terhadap kandungan fenol
100 150 200 250 300 350 400
suhu pembakaran (oC)
Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa semakin tinggi temperatur dan waktu pirolisis maka kandungan fenol pun akan semakin meningkat. Pada suhu 150 oC kandungan fenol sangat kecil, hal ini dikarenakan lignin yang terdapat pada serbuk gergaji kayu meranti belum terurai karena kurangnya panas yang dihasilkan dari pembakaran. Kandungan fenol meningkat tajam pada suhu 250 dan 300 oC dan terus meningkat pada suhu 350 oC, hal ini dikarenakan lignin yang merupakan senyawa pembentuk fenol pada asap cair telah terurai lebih baik. Waktu pirolisis pun berpengaruh terhadap kandungan fenol pada asap cair, dari hasil penelitian ternyata waktu pirolisis yang semakin lama akan meningkatkan kandungan fenol pada asap cair. Hal ini dikarenakan meningkatnya waktu pirolisis akan menyebabkan serbuk gergaji akan semakin banyak terbakar dan kandungan lignin di dalam serbuk gergaji kayu meranti pun akan semakin banyak terurai sehingga kandungan fenol asap cair pun akan semakin tinggi.
Kandungan fenol terbesar terdapat pada asap cair hasil pirolisis pada temperatur 350 oC dengan waktu pirolisis 30 menit, yaitu sebesar 0,888 mg/ml asap cair atau 0,11 persen dari berat asap cair. Kandungan fenol ini sangat sedikit bila dibandingkan dengan kandungan asam asetat. Hal ini dapat dikarenakan degrasi lignin lebih sulit dari pada degrasi selulosa, walaupun kandungan lignin dan selulosa tidak jauh berbeda.
5. Aplikasi Asap Cair sebagai Penghilang Bau Lateks
Pada penelitian ini asap cair yang dihasilkan digunakan sebagai penghilang bau lateks. Dalam pengolahannnya lateks biasanya diangin-anginkan untuk memperoleh karet alam yang bermutu baik. Hal ini menimbulkan masalah karena menimbulkan bau di daerah sekitar. Untuk itu asap cair dapat
ditambahkan pada lateks untuk menghilangkan bau busuk yang ditimbulkan dari aktifitas mikroba yang ada di dalam lateks.
Asap cair yang digunakan sebanyak 10 ml ternyata dapat digunakan untuk menghilangkan bau lateks sebanyak 25 gram. Lateks yang sudah padat disiram dengan asap cair dan bau busuknya pun hilang. Bau busuk pada lateks berubah menjadi bau asap. Hilangnya bau busuk itu karena adanya kandungan fenol dan asam di dalam asap cair. Senyawa fenol dan asam dapat membunuh bakteri pembusuk yang mendegradasi protein menjadi asam-asam amino, sehingga tidak menimbulkan bau busuk. hal ini dikarenakan fenol yang terdapat dalam asap cair memiliki sifat bakteri statis yang tinggi sehingga menyebabkan bakteri tidak berkembang biak, dan bersifat fungisidal sehingga jamur tidak tumbuh. Dengan demikian karet yang dihasilkan berkualitas lebih baik dan kualitas udara sekitar pun jauh lebih baik dengan penggunaan asap cair ini.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. KESIMPULAN
1. Semakin tinggi temperatur dan lama waktu pembakaran yang dilakukan maka semakin banyak serbuk gergaji yang terbakar dan menjadi asap sehingga asap cair yang didapatkan juga semakin banyak.
2. Semakin tinggi temperatur dan lama waktu pembakaran serbuk gergaji kayu meranti yang dilakukan maka pH asap cair yang didapat akan semakin rendah.
3. Semakin tinggi suhu dan lama proses pembakaran yang diterapkan maka asam asetat dan fenol yang merupakan komponen penyusun asap cair yang dihasilkan semakin besar.
5.2. SARAN
DAFTAR PUSTAKA
Bakkara, Lastri. Karakteristik Cuka Kayu hasil Pirolisa Limbah Serbuk Gergajian Kayu Karet pada Kondisi Vakum. Skripsi , Jurusan Kimia, FMIPA, Indralaya.
Eero ,Sjostrom. 1995. Kimia Kayu :Dasar- Dasar dan Penggunaan. Cetakan kedua. Sastrohamidjojo,H (Penerjemah). Universitas Gadjah Mada;Yogyakarta.
Fengel,Wegener.1984. Kayu : Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-Reaksi. Cetakan Pertama . Sastrohamidjojo, H (Penerjemah). Universitas Gadjah Mada ; Yogyakarta.
Pamella, Benedecta. 2006. Pembuatan Asap Cair Sebagai Bahan Pengawet Pengganti Formalin. Universitas Sultan ageng Tirtayasa; Cilegon.
Setiawan, Handoko. 2005. Petumjuk Lengkap Budi Daya Karet. PT Agromedia Pustaka ; Jakarta.
Underwood. 2002. Analisa Kimia Kuantitatif. Erlangga; Jakarta.
http://www.bi.go.id/sipuk/id/?id=4&no=50301&idrb =44501.
http://coconutcenter.blogspot.com/2007/06/bioshell-pengawet-alami.html
http;//www.indonesianforest.com/Dipterocarpaceae/P emanfaatan%20hasil_meranti.
PDF.
