JUDUL PROGRAM
ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI SUBSTRAT JERAGON (JERAMI & BONGGOL JAGUNG)
TERHADAP OPTIMALISASI PRODUKSI BIO-ETANOL SEBAGAI INOVASI ENERGI RAMAH LINGKUNGAN
BIDANG KEGIATAN : PKM-PENELITIAN
Diusulkan oleh :
Ja’far As Shodiq (2313.100.121) Angkatan 2013 Moch. Ilham R. (2313.100.103) Angkatan
2013 Muhammad Rifki (2313.100.122) Angkatan
2013
(1411.100.046) Angkatan 20
(2412.100.097) Angkatan 20
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2014
1. Judul kegiatan : Analisis Pengaruh Komposisi Substrat JeraGon (Jerami & Bonggol jagung) terhadap Optimalisasi Produksi Etanol Sebagai Inovasi Bahan Bakar Ramah Lingkungan.
2. Bidang Kegiatan : PKM-P
3. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap : Ja’far As Shodiq
b. NIM : 2313100121
c. Jurusan : Teknik Kimia
d. Universitas/Institut/Politeknik : Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
HALAMAN KULIT MUKA ...
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH...1
1.2 PERUMUSAN MASALAH...2
1.3 TUJUAN...2
1.4 LUARAN YANG DIHARAPKAN...2
1.5 MANFAAT PROGRAM...3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA...3
2.1. PARTIKEL LiFePO4...3
2.2. FLAME SPRAY PYROLYSIS...4
2.3. MEKANISME PEMBENTUKAN PARTIKEL...5
BAB IV. BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN 4.1 ANGGARAN BIAYA...11
4.2 JADWAL KEGIATAN...11
DAFTAR PUSTAKA...12
Gambar 1. Struktur Kristal LiFePO4 ... 3 Gambar 2. Skema Mekanisme Pembentukan Partikel Flame Assisted Spray
Pyrolysis (FASP), Flame Spray Pyrolysis (FSP) dan Vapour-fed Aerosol Flame Synthesis ... 5 Gambar 3. Skema Mekanisme Pembentukan Partikel dari Solid – fed Flame
Synthesis ...
6 Gambar 4. Diagram Alir Metode
Pelaksanaan ... 7 Gambar 5. Skema Peralatan Flame Spray Pyrolysis ... 9 Gambar 6. Skema Geometri Reaktor Flame Spray Pyrolysis ... 10
Gambar 7. Skema Interkalasi Baterai Lithium ... 15
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Jadwal Kegiatan ... 11
Tabel 2. Rancangan Biaya ... 11
Tabel 3 . Proses Aerosol yang Digunakan untuk Pembentukan Powder dam Film ... 15
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah
Kebutuhan energi dari bahan bakar minyak bumi (BBM) di berbagai negara di dunia dalam tahun terakhir ini mengalami peningkatan tajam. Tidak hanya pada negara - negara maju, tetapi juga di negara berkembang seperti Indonesia. Hal tersebut akan menyebabkan krisis energi dari tahun ke tahun. Kita tahu, krisis energi merupakan masalah yang sangat mendasar di Indonesia, khususnya masalah energi fosil. Sejak beberapa tahun terakhir ini, para ahli mulai merubah pendapatnya tentang pemanfaatan sumber energi yang ada di Indonesia. Timbulnya kesadaran akan sumber bahan bakar fosil yang selama ini merupakan sumber energi andalan, akan terancam mengalami kelangkaan dalam beberapa tahun kedepan. Untuk itu, pemanfaatan sumber–sumber energi alternatif yang baru dan terbarukan harus senantiasa diupayakan secara intensif untuk menghadapi krisis energi yang semakin terasa dampaknya saat ini (Kadir, 1995). Untuk mengantisipasi terjadinya krisis bahan bakar minyak bumi (BBM) pada masa yang akan dating, saat ini telah dikembangkan pemanfaatan etanol sebagai sumber energi terbarukan, contohnya untuk pembuatan bioetanol. Bioetanol merupakan etanol yang berasal dari sumber hayati, misalnya tebu, nira, sorgum, ubi kayu, garut, ubi jalar, jagung, jerami, bonggol jagung,dan kayu. Bahan baku pembuatan bioetanol terdiri dari bahan - bahan yang mengandung karbohidrat, glukosa dan selulosa
Bonggol jagung adalah termasuk hidrokarbon. Hidrokarbon adalah sumber energi yang cukup banyak digunakan oleh manusia. Di Indonesia, pemanfaatan bonggol jagung masih terbatas, padahal Indonesia adalah produsen jagung terbesar ke-8 dunia, yakni sebanyak 12.381.561ton pada tahun 2007. Bonggol jagung sering dianggap hanya sebagai sampah. Pada tahun2002, limbah batang dan daun jagung kering adalah sebanyak 3,46 ton/ha; sedangkan padatahun 2006, luas panen jagung adalah 11,7 juta ton. Sifat tongkol jagung yang memiliki kandungan karbon yang tinggi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk mengeringkan 6 ton jagung dari kadar air 32.5% sampai 13.7% bb selama 7 jam diperlukan sekitar 30 kg tongkol jagung kering per jam (Alkuino 2000).
Jerami merupakan limbah pertanian yang merupakan salah satu bahan baku pembuatan bioetanol yang banyak mengandung selulosa. Pemanfaatan limbah jerami belum optimal, biasanya jerami digunakan untuk pakan ternak dan sisanya dibiarkan membusuk atau dibakar. Dengan demikian jerami dapat diolah menjadi bioetanol.
Pada Penelitian kali ini di pilih jerami dan bonggol jagung sebagai bahan alternatif, karena kandungan Selulosa cukup banyak. Untuk mendapat alkohol, Selulosa dari jerami maupun bonggol jagung tersebut di hidrolisis terlebih dahulu sehingga di dapat glukosa, kemudian difermentasi menjadi alkohol. Selain itu, pemanfaatan keduanya untuk bahan bakar etanol masih jarang dilakukan sehingga akan memberikan nilai tambah pada jerami dan bonggol jagung itu sendiri.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana perbandingan substrat jerami dengan enceng gondok yang difermentasi agar dihasilkan ethanol yang lebih banyak?
2. Bagaimana pengaruh dari kadar selulosa apabila Antara jerami dan enceng gondok digabungkan agar dapat menjadi ethanol?
1.3 Tujuan
Terdapat 3 (tiga) tujuan pokok yang hendak dicapai dalam penelitian ini, yaitu:
2. Untuk mengetahui pengaruh dari kadar selulosa apabila antara jerami dan enceng gondok digabungkan
D. Luaran yang Diharapkan
Luaran yang diharapkan dari program kreativitas ini adalah sebagai berikut. 1. Publikasi ilmiah nasional pada jurnal-jurnal yang bertemakan “energi terbarukan dan ramah lingkungan”
2. Mendapatkan hak cipta atau hak paten atas metode sintesa bioetanol dari gabungan substrat jerami dan enceng gondok
E. Manfaat
Ada beberapa kegunaan yang diharapkan dari program penelitian ini, yaitu sebagai berikut:
1. Data hasil penelitian akan sangat bermanfaat dalam pengembangan bahan bakar bioetanol yang optimal kedepannya.
2. Dapat membantu mengurangi ketergantungan akan penggunaan sumber energi fosil sebagai pembangkit listrik yang semakin langka dari waktu kewaktu. 3 Mendapatkan produk etanol maksimal dari proses pengolahan menggunakan gabungan antara substrat jerami dan bonggol jagung.
4. Mengetahui proses pembuatan etanol dari jerami padi dengan proses hidrolisis dan fermentasi.
5. Menaikkan nilai tambah jerami padi maupun bonggol jagung menjadi bahan kimia yang bernilai ekonomis dan memberikan alternatif bahan baku untuk dasar pembuatan bioetanol.
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bioetanol
Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati. Bioetanol bersumber dari karbohidrat yang potensial sebagai bahan baku seperti tebu, nira sorgum, ubi kayu, garut, ubi jalar, sagu, jagung, jerami, bonggol jagung dan kayu. Setelah melalui proses fermentasi, dihasilkan etanol (www.energi.lipi.go.id).
Bioetanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai derivat senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH.
Bioetanol merupakan zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat bercampur dalam air dengan segala perbandingan.. a. Sifat - sifat fisik etanol
Rumus molekul : C2H5OH
BM : 46,07 gram/mol
Titik didih pada 760 mmHg : 78,4°C
Titik beku : - 112°C
Densitas : 0, 789 gr/ml pada 20°C
Kelarutan dalam 100 bagian
air : sangat larut
eter : sangat larut
(Perry, 1984)
b. Sifat kimia
-Dihasilkan dari fermentasi glukosa C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Glukosa etanol karbondioksida - Untuk minuman diperoleh dari peragian karbohidrat, ada dua tipe yaitu tipe
pertama mengubah karbohidratnya raenjadi glukosa kemudian menjadi etanol, tipe yang lain menghasilkan cuka (asam asetat)
- Pembentukan etanol
C6H12O6 ENZIM 2CH3CH2OH + 2CO2
CH3CH2OH + 3O2 2CO2 + 3H2O + energi
(Fessenden,1982)
Karakteristik bioetanol sebagai biofuel adalah sebagai berikut (Nurfiana et al., 2009):
a. Memiliki angka oktan yang tinggi
b. Mampu menurunkan tingkat emisi partikulat yang membahayakan kesehatan dan CO serta CO2.
c. Mirip dengan bensin sehingga penggunaannya tidak memerlukan modifikasi mesin
d. Tidak mengandung senyawa timbal. Salah satu metode pembuatan bioetanol yang sering dijumpai adalah fermentasi dengan ragi. Dalam ragi terkandung khamir yang dapat digunakan dalam proses fermentasi bioetanolsalah satunya adalah Saccaromyces cerivisiae. Bahan baku untuk proses fermentasi berupa:
a. Mono/disakarida seperti gula, tetes tebu, gula tebu
b. Bahan berpati seperti beras, kentang, jagung dan lain-lain
c. Bahan yang mengandung selulosa seperti limbah pertanian, kayu dan lain-lain.
Proses fermentasi ini menghasilkan bioetanol yang cukup rendah sehingga kadar bioetanol dapat ditingkatkan dengan cara destilasi agar kadar bioetanol yang dihasilkan dapat mencapai 96,5% dan H2O akan membentuk suatu larutan azeotrop (campuran dua atau lebih komponen yang sulit dipisahkan (Riawan, 1990).
BAB III
METODE PELAKSANAAN
Penelitian ini dilakukan dengan pendekatan eksperiment. Pendekatan eksperiment dilakukan untuk mempelajari pengaruh komposisi substrat antara jerami dan enceng gondok terhadap optimalisasi produksi etanol.
Gambar 4. Diagram Alir Metode Pelaksanaan
G.1 PENDEKATAN EKSPERIMENT Bahan yang digunakan:
Peralatan eksperimen:
Adapun cara yang dapat dilakukan adalah...
1. Pengambilan sampel
Pengambilan sampel enceng gondok di lakukan dengan cara memotong bagian bawah enceng gondok yang terdapat di rawa-rawa rawamakmur.
2. Proses pretreatment enceng gondok
Persiapan
Pengkajian Masalah
Studi Literatur
Perancangan Eksperimen
Sintesa C2H5O
H
Analisa Hasil
Penarikan Kesimpulan
Pembuatan Laporan
Secara umum enceng gondok dan bahan lignoselulosa lainnya tersusun dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Selulosa dan hemiselulosa tersusun dari monomer-monomer gula sama seperti gula yang menyusun pati (glukosa). Selulosa ini berbentuk serat-serat yang terpilin dan diikat oleh hemiselulosa, kemudian dilindungi oleh lignin yang sangat kuat. Akibat dari perlindungan lignin dan hemiselulosa ini, selulosa menjadi sulit untuk dipotong-potong menjadi gula (proses hidrolisis). Salah satu langkah penting untuk biokonversi enceng gondok menjadi ethanol adalah memecah perlindungan lignin ini.
Enceng gondok yang baru saja diambil dikumpulkan di suatu tempat. Enceng gondok ini kemudian di cacah-cacah dengan pisau kemudian diblender agar ukurannya menjadi kecil-kecil dan siap untuk dilakukan pretreatment. Banyak cara untuk melakukan pretreatment, misalnya dengan cara ditekan dan dipanaskan secara cepat dengan uap panas (Steam Exploaded). Bisa juga dengan cara
direndam dengan kapur selama waktu tertentu. Ada juga yang merendamnya dengan bahan-bahan kimia yang bisa membuka perlindungan lignin. Setelah pelindung lignin ini menjadi ‘lunak’, maka enceng gondok siap untuk dihidrolisis. 3. Proses hidrolisis enceng gondok
Ada dua cara umum untuk hidrolisis, yaitu: hidrolisis dengan asam dan hidrolisis dengan enzyme. Hidrolisis asam biasanya menggunakan asam sulfat encer. Enceng gondok dimasak dengan asam dalam kondisi suhu dan tekanan tinggi. Dalam kondisi ini waktu hidrolisisnya singkat. Hidrolisis bisa juga dilakukan dalam suhu dan tekanan rendah, tetapi waktunya menjadi lebih lama. Hidrolisis dilakukan dalam dua tahap. Pada tahap pertama sebagian besar hemiselulosa dan sedikit selulosa akan terpecah-pecah menjadi gula penyusunnya. Hidrolisis tahap kedua bertujuan untuk memecah sisa selulosa yang belum terhidrolisis. Dengan dua tahap hidrolisis ini diharapkan akan diperoleh gula dalam jumlah yang banyak.
Pada percobaan ini proses hidrolisis dilakukan dengan menggunakan asam sulfat ( H2SO4) encer dengan konsentrasi 1 %. Asam sulfat (H2SO4) ini digunakan untuk
merendam bubur enceng gondok sebanyak 79 gr dan H2SO4 yang digunakan 1
liter sehingga semua bubur enceng gondok terrendam semuanya. Selanjutnya proses rendaman tersebut di biarkan selama semalam. Setelah direndam semalaman selanjutnyaa disaring dan hidrosilatnya ditampung.
Cairan hidrolisat (hasil hidrolisis) asam memiliki pH yang sangat rendah ( pH = 1 ) dan kemungkinan ada juga senyawa-senyawa yang beracun untuk mikroba. Hidrolisat ini harus dinetralkan dan didetoksifikasi sebelum difermentasi menjadi ethanol. Tujuan dari netralisasi dan detoksifikasi adalah untuk menetralkan pH dan menghilangkan senyawa racun tersebut. Hidrolisat yang sudah netral tersebut siap untuk difermentasi menjadi ethanol.
Penetralan digunakan dengan menambahkan larutan buffer berupa campuran 100 ml CH3COOH 0,5 M dan 100 ml NaOH 0,4 M. Larutan buffer ini memiliki pH
sekitar 4-5, sehingga dapat menstabilkan pH cairan hidrolisat sehingga pH cairan hdrolisat tidak terlalu asam yaitu sekitar 4-5. Tujuan dari netralisasi dan
detoksifikasi adalah untuk menetralkan pH dan menghilangkan senyawa racun dalam campuran. Hidrolisat yang sudah netral tersebut siap untuk difermentasi menjadi etanol.
4. Proses fermentasi
penambahan enzim yang diletakkan pada ragi (yeast) agar dapat bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini akan menghasilkan etanol dan CO2. Pada proses
fermantasi ragi yang digunakan sebenyak 10 % (b/v) dari hidrosilat enceng gondok yang telah di netralkan.
5. Proses distilasi dan dehidrasi
Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol). Titik didih etanol murni adalah 78 C sedangkan air adalah 100 C (Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 - 100 C akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 % volume
Pemurnian bioetanol dilakukan dengan zeolit sintetis. Proses pemurnian itu menggunakan prinsip penyerapan permukaan. Zeolit adalah mineral yang
memiliki pori-pori berukuran sangat kecil. Sampai saat ini ada lebih dari 150 jenis zeolit sintetis. Di alam, zeolit terbentuk dari abu lahar dan materi letusan gunung berapi. Zeolit juga bisa terbentuk dari materi dasar laut yang terkumpul selama ribuan tahun.
Zeolit sintetis berbeda dengan zeolit alam. Zeolit sintetis terbentuk setelah melalui rangkaian proses kimia. Namun, baik zeolit sintetis maupun zeolit alam berbahan dasar kelompok alumunium silikat yang terhidrasi logam alkali dan alkali tanah (terutama Na dan Ca). Struktur zeolit berbentuk seperti sarang lebah dan bersifat negatif. Sifat pori-porinya yang negatif bisa dinetralkan dengan penambahan ion positif seperti sodium.
6. Penentuan Kadar Etanol
Etanol p.a sebanyak 1,0: 2,0: 3,0: dan 4,0 mL diambil dengan mikropipet dan dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL, kemudian ditambahkan akuades hingga volume 100 mL. Replikasi dilakukan sebanyak 3 kali. Piknometer dibersihkan secara hati-hati menggunakan aseton, kemudian dikeringkan dan ditimbang. Akuades didinginkan sampai dibawah suhu percobaan (±15oC). Piknometer diisi
dengan akuades secara hati-hati hingga penuh dan termometer dimasukkan. Suhu dalam piknometer ditunggu hingga mencapai suhu percobaan (20oC), kelebihan
akuades pada puncak pipa kapilerdibersihkan. Piknometer yang berisi akuades segeraditimbang dan beratnya dicatat. Cara yang sama dilakukanuntuk larutan baku etanol. Kadar etanol dihitungmenggunakan tabel konversi Berat Jenis-Etanol Penentuankadar etanol dalam sampel dilakukan sama sebagaimanapada
pengukuran larutan baku etanol dengan piknometermenggunakan larutan sampel.
G.2 VARIABEL PENELITIAN G.3 ANALISIS
H. JADWAL KEGIATAN
Adapun Jadwal kegiatan yang akan dilaksanakan adalah sebagai berikut : Tabel 1. Jadwal Kegiatan
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1. Pengkajian
Masalah 2. Studi Literatur 3. Penentuan 6. Sintesa LiFePO4 7 Analisa Hasil
I. RANCANGAN BIAYA
Berdasarkan deskripsi singkat mengenai Ultrasonic Security System, maka dibutuhkan biaya sebesar :
Tabel 2. Rancangan Biaya
No Uraian Kuantitas Satuan (Rp.) Jumlah (Rp.)
1 LiOH 100 gram 7.580/gram 758.000
2 FeCl2.4H2O 250 gram 3.384/gram 846.000
3 (NH4)2HPO4 500 gram 1.714/gram 857.000
4 Reaktor 1 unit 1.500.000/unit 1.500.000
5 Ultrasonic Nebulizer 1 unit 600.000/unit 600.000
6 Analisa XRD 10 kali 200.000 2.000.000
7 Analisa SEM 10 kali 200.0000 2.000.000
8 Analisa Potensiostat 10 kali 100.000 1.000.000
9 LPG 1 tabung 60.000/unit 60.000
10 Glukosa 250 gram 400/gram 100.000
11 Flowmeter 3 unit 100.000/unit 300.000
12 Analisa TGDTA 10 kali 150.000 1.500.000
13 Cyclone 1 unit 200.000/unit 200.000
Water Trap 1 unit 50.000/unit 50.000
Sewa Kompresor 10 kali 50.000 500.000
Pompa Vakum 1 unit 500.000 500.000
TOTAL BIAYA 13.271.000
SUMBER DIKTI 12.500.000
DANA PRIBADI 771.000
Jurusan/Fakultas : Teknik Fisika/Fakultas Teknologi Industri Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
HP : 087 750 118 140
Alamat : Jl. Keputih Tegal Timur No. 42-44 Bidang Keahlian : Nanoteknologi
Waktu untuk kegiatan PKM : 6 Jam/Minggu
Surabaya, 25 Oktober 2012
Nur Abdillah Siddiq 2411100081 Anggota Pelaksana
2. Nama : Ahmad Fauzan ‘Adziimaa
NRP : 2409100028
Jurusan/Fakultas : Teknik Fisika/ Fakultas Teknologi Industri Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
HP : 085 649 124 984
Alamat : Jl. Keputih Tegal Timur No. 42-44 Bidang Keahlian : Korosi
Waktu untuk kegiatan PKM : 5 Jam/Minggu
Surabaya, 25 Oktober 2012
Ahmad Fauzan ‘Adziimaa 2409100028 3. Nama : Firqi Abdillah K.
NRP : 2311100195
Jurusan/Fakultas : Teknik Kimia/ Fakultas Teknologi Industri Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Alamat : Jl. Keputih Tegal Timur No. 42-44 Bidang Keahlian : Reaktor Plant
Waktu untuk kegiatan PKM : 6 Jam/Minggu
Surabaya, 25 Oktober 2012
Firqi Abdillah K. 2311100195
4. Nama : Miratul Alifah NRP :
1411100046
Jurusan/Fakultas : Kimia/ FMIPA
Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
HP : 085645810352
Alamat : Keputih Gg. Makam Blok D No.19 Bidang Keahlian : Sintesis Bahan Kimia
Waktu untuk kegiatan PKM : 6 Jam/Minggu
Surabaya, 25 Oktober 2012
Miratul Alifah 1411100046 5. Nama : Nur Fadhilah
NRP : 2412100097
Jurusan/Fakultas : Teknik Fisika/ Fakultas Teknologi Industri Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
HP : 087850206120
Alamat : Keputih Iic/22
Bidang Keahlian : Kimia Anorganik Waktu untuk kegiatan PKM : 6 Jam/Minggu
BIODATA DOSEN PEMBIMBING
Nama Lengkap : Dyah Sawitri, ST, MT. Tempat, Tanggal lahir : Surabaya, 1 Januari 1970
NIDN : 0001017026
Jabatan Fungsional : Lektor
Jurusan/Fakultas : Teknik Fisika/Fakultas Teknologi Industri Perguruan Tinggi : ITS
Bidang Keahlian : Rekayasa Bahan
Alamat Rumah/No. Hp : Jl. Sedayu 4-28A Surabaya 60178/08123277935 Alamat Email : joe@ep.its.ac.id
Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/Minggu
DATA
PENDUKUNG
Gambar 7. Skema Interkalasi Baterai Lithium Sumber : Stark, 2011
Tabel 3 . Proses Aerosol yang Digunakan untuk Pembentukan Powder dam Film Surabaya, 25 Oktober 2012
