Pembuatan Pulp Sabut Sawit dengan Proses Acetosolv

c· ,.

L,

National Conference en

Chemical Engineering Science and Applications (ChESA) 2010

Pembuatan Pulp Sabut Sawit dengan Proses Acetosolv

Said Zul Amrainit, Zulfansyah1., Hari Rionaldo1, Akmal Mukhtar2,

. Vera Desma Waey2

IJurusan Teknik Kimia Universitas Riau 2Jilrusan Kimia FMIP A Universitas Riau

Kampus Binawidya Jl. HR Subrantas Km, 12,5 Pekanbaru 28293

*Email: zulfansyah@unri.ac.id

Abstrak

Sabut sawit yang merupakan produk samping pabrik CPO yang belum dimanfaatkan dengan baik. Selama ini sabut sawit digunakan sebagai bahan bakar boiler yang menghasilkan emisi gas dan dapat menyebabkan pemanasan global.

Percobaan pembuatan pulp sabut sawit dimaksudkan untuk mengkaji kemungkinan pemanfaatan sabut sawit sebagai bahan baku produk pulp.

Percobaaan pembuatan pulp sabut sawit dilakukan secara batch pada skala Iaboratorium. Variabel percobaan yang dipelajari, yaitu konsentrasi asamklorida 0,10; 0,15; 0,2%-berat, waktu reaksi IS, 30; 60, 90, 120, 150 menit dan nisbah cairan-padatan lOll; 12/1; 14/1, pada konsentrasi asam asetat 85%. Hasil percobaan menunjukkan bahwa sabut sawit dapat dijadikan pulp dengan proses acetosolv dan menghasilkan yield 75,1-85,3% dan kadar lignin pulp 26-43%, yang bervariasi menurut kondisi proses. Seluruh variabel proses berpengaruhnya terhadap yield dan kadar lignin, dan kualitas pulp yang dihasilkan masih rendah.

Keywords: sabut sawit, acetosolv, lignoselulosa, pulping, pulp organosolv

\_I

I

1. Pendahuluan

Indonesia merupakan salah satu -negara yang merniliki perkebunan sawit terluas, dan telah menjadi penghasil CPO terbanyak di dunia. pada tahun 2009.

Pertumbuhan industri minyak sawit akan diperkirakan terus meningkat setiap tahunnya, walaupun dengan laju yang tidak begitu besar [Sastrosayono 2003].

Seiring dengan meningkatnya industri minyak sawit tersebut, maka limbah padat yang dikeluarkan juga semakin bertambah. Limbah padat ini berupa 1~233 ton sabut, 1,167.ton tandan kosong, dan eangkang mencapai 0,433 ton per ton produksi .CpO [Budiono 2006]. Selama ini, limbah padat tersebut umumnya .ditanggulangi dengan memanfaatkannya, seperti sabut dan cangkang yang

digunakan sebagai bahan bakar boiler. Sedangkan tandan kosong dimanfaatkan sebagai sumber kalium untuk unsur hara perkebunan, yang diperoleh dengan eara membakarnya pada incinerator. Limbah padat pabrik CPO yang semakin bertambah inimemerlukan penanggulangan yang tepat, agar tidak menimbulkan pencemaran lingkungan [Bahri 1996].

Sabut sawit merupakan biomassa lignoselulosa berupa serat dengan komponen utama selulosa, hemiselulosa dan lignin. Salah satu cara pengolahan biomassa adalah metode fraksionasi 'biomassa, Prinsipnya biomassa dipilah menjadi komponen utama penyusunnya ( selulosa, hemiselulosa, dan lignin), dengan tanpa banyak merusak dan mengkoversinya menjadi produk yang bernilai tambah tinggi (Myerly et al. 1981]. Fraksionasi biomassa dilakukan berdasarkan perbedaan sifat fisiko-kimia dari komponen pembentuk biomassa dalam media pelarut organik. Proses pembuatan pulp dengan pelarut organik (organosolv

Chemical Engineering Science and Applications (ChESA) 2010

pulping) merupakan salah satu proses altematif dalam pembuatan pulp yang dikembangkan dari konsep fraksionasi biomassa. Proses pembuatan /pulp organosolv memiliki beberapa keunggulan dibanding proses pembuatan pulp konvensional (kraft, soda, dan sulfit), yakni relatif ramah lingkungan, murah, serta cocok untuk proses skala kecil dan menengah.

Salah satu pelarut organik yang banyak dirninati dan dikembangkan pemakaiannya adalah" asam asetat, dan sering disebut dengan proses acetosolv . .Kelebihan utama asam asetat sebagai pelarut organik dalam proses organosolv

adalah proses pemasakan dapat dilangsungkan pada suhu dan tekanan rendah ii

maupun tinggi, harganya murah, serta dapat diselenggarakan dengan ataupun tanpa bantuan katalis [Sarkanen 1990, Shukry et at. 1991, Parajo etal. 1993].

Media asam asetat dengan ataupun tanpa katalis dapat memisahkan dengan selektif selulosa, hemiselulosa dan lignin dari berbagai biomasaa, baik kayu maupun non-kayu .[Shukry et al. 1991, Vazquez et a1. 1995~ Zulfansyah et a1.

2002, Sahin dan Young 2008]. Beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas pulp pada proses acetosolv adalah konsentrasi asam asetat, jenis dan konsentrasi katalis, .suhu, nisbah cairan terhadap padatan dan waktu pemasakan.

Penelitian ini bertujuan mempelajari proses pembuatan pulp dari sabut sawit. Pengaruh kondisi operasi terhadap kualitas pulp, baik yield rnaupun kadar lignin pulp dilihat' dengan variasi variabel percobaan. Upaya ini dilakukan untuk mengembangkan proses pembuatan pulp dari limbah padat pabrik CPO dengan proses organosolv berbasis asam asetat. Sehingga diharapkan cara penanggulan limbah padat pabrik CPO yang Iebih ramah lingkungan dan efisien dapat tercapai.

2. Metode

Percobaan pembuatan pulp sabut sawit dengan process acetosolv dilakukan menurut metode yang dikembangkan oleh Parajo et al. [1993]. Tahitp- tahap percobaan rneliputi pemasakan, penyaringan, pencucian, dan pengeringan padatan seperti yang terlihat pada Gambar 1. Bahan baku yang digunakan adalah limbah sabut sawit pabrik CPO dari salah satu pabrik disekitar kota Pekanbaru.

Sebelum digunakan, sabut sawit dibersihkan dan dikeringkan di bawah sinar matahari. Sedangkan bahan kimia yang digunakan meliputi, asam asetat (58) pa.

11 M; asam klorida (314) pa. 12 M, asam sulfat (113) pa. 18 M, dari manufaktur Jerman.

Percobaan pembuatan pulp sabut sawit dengan proses acetosolv dilakukan di dalam reaktor batch bervolume 1 liter yang dilengkapi dengan kondensor, termometer dan pemanas listrik. Perhitungan waktu. reaksi dimulai pada saat cairan mulai mendidih. Variabel pr~ses' yang dipelajari meliputi konsentrasi katalis HCl 0,10, 0,15 dan 0,20%-berat, waktu reaksi 15,30,60,90, 120 dan 150 menit, dan nisbah cairan-padatan 10/1, 12/1 dan 14/1 beratlberat. Sedangkan - konsentrasi asam asetat dibuat tetap 85%. Run percobaan dilakukan berdasarkan metode percobaan one factor at time (OF AT), dengan variasi variabel proses untuk melihat pengarubnya terhadap kualitas pulp, yang meliputi yield dan kadar lignin. Analisa yield dan kadar air dilakukan secara gravimetri, sedangkan kadar lignin pulp dilakukan berdasarkan metode SII 0528~81.

National Conference on

Chemical EngineeringScience andApplications (ChESA) 2010·

Padatmslsa (Selulosa)

LaNlangula Hidro1lsa1 pentosa

Padatan (lignin)

Gambar 1. Skema percobaan pembuatan pulp sabut sawit dengan proses

3. Basil dan' Pembahasan

Hasil percobaan pembuatan pulp sabut sawit pada berbagai kondisi operasi memberikan yield dan kadar lignin pulp seperti yang ditampilkan dalam Tabe1 I.

Yield yang dihasilkan berkisar antara 75,1-85,3% dengan kadar lignin pulp 26- 43,66%, bervariasi berdasarkan kondisi proses yang digunakan. Yield terendah diperoleh pada kondisi proses konsentrasi katalis Hel 0,15%, waktu reaksi 15 menit dan nisbah cairan-padatan 1211. Sedangkan yield tertinggi diperoleh dengan -kondisi proses konsentrasi HCI 0,15%, waktu reaksi 60 menit dan nisbah cairan- padatan 12/1. Secara umurn, yield dan kadar lignin pulp yang dihasilkan dari penelitian masih terlalu tinggi jika dibanding dengan yield dan kadar lignin pulp dari proses kimia secara umum, yakni yield 40-55% dan kadar lignin 14% . .Sebagai perbandingan komposisi bahan baku sawit adalah selulosa 28,28, lignin

27,86 dan hemiselulosa 34,78% [Pari dan Sailah, 2001].

3.1. Pengaruh Konsentrasi Katalis

Asam: klorida (HCI) berfungsi sebagai katalis yang mempercepat reaksi delignifikasi, Peningkatan. konsentrasi katalis dalam media asarn asetat menyebabkan penambahan jumlah ion W yang dapat bereaksi dengan lignin. Ion

If+menghidrolisis lignin dengan cepat pada awal reaksi dan terns melambat untuk waktu reaksi yang Iebih lama, sehingga menyebabkan putusnya ikatan antar monomer-monomer. .Jumlah lignin yang dapat disisihkan meningkat, namun untuk jumlah yang lebih besar memicu kondensasi lignin terIarut [Sarkanen, 1990]. Pengaruh konsentrasi katalis terhadap yield dan kadar lignin pulp

diperlihatkan pada Gambar 2. .

Peningkatan konsentrasi katalis HCI dari 0,1 menjadi 0,15% menyebabkan peningkatan yield, namun peningkatan konsentrasi HCI menjadi 0,2%

menyebabkan penurunan yield. Sebaliknya, kadar lignin pulp berkurang dengan meningkatnya konsentrasi HCI dari 0,1 menjadi 0,15%,., dan akan bertambah kembali pada kenaikan konsentrasi HCI menjadi 0,2%. Berdasarkan hasil ini maka konsentrasi katalis HCI yang dapat menghasilkan kadar lignin pulp terendah adalah 0,15%, dengan yield 84,2% dan kadar lignin pulp 26,36%.

. National Conference on

Chemical Engineering Science and Applications (ChESA) 2010

Tabell. Variasi kondisi proses dan kualitas pulp hasil percobaan Kondtsi Operasi

Kadar

No. Bel Waktu Nisba Yield.

Lignin (%-berat) (menit helP (0/0)

) (%)

1 . 0,10 60 1211 82,7 32,48

2 0,10 60 12/1 82,S 26

3 0,15 60 12/1 85,3 27,59

4 0,15 60 12/1 . 83,2 26

5 0,20 60 12/1 85 28

6 0,20 60 1211 81,8 26

7 0,15 150 12/1 78,4 39,19

8 0,15 150 1211 79 41,1

9 ^.. 0,15 120 . 12/1 78,5 37~33

10 0,15 120 1211 81,4 43,06

11 0,15 90 1211 77,6 37,33

12 0,15 90 12/1 81,8 32,47

13 0,15 30 12/1 81,3 37,33

14 0,15 30 1211 82,8 39,73

15 0,15 15 1211 75,1 34,21

16 0,15 15 12/1 83,3 43,66

17 0,15 60 1011 82,6 30,24

18 0,15 60 lOll 85,2 29,25

19 0,15 60 1411 79,4 32,48

20 0,15 60 14/1 85,1 28,26

_'-'Yield -e-KadarLi.pl 84.5 29.5

84 ²⁹

28,.5 _'0' 83,.5

28

e

~

~!

:gG> 83 27,.5 .

.-

,..l

-,._>- 27

..

«I

82,.5 ^{. '0}_«I

26,.5 lld

.,: 82

26

81,.5 25.5

0.1 0.15 0,2

KonsentrasiKatalisHrrl,(%~bera9

Gambar 2_ Pengaruh konsentrasi katalis Helterhadap yield dan kadar lignin pulp pada waktu pemasakan tetap (60 menit) dan nisbah cairan-padatan CIP 12.

National Conference on

Chemical Engineering Scienceand Applications (ChEsA) 2010

3.1. Pengaruh nisbah cairan-padatan

Nisabah cairan-padatan (C/P) memberikan pengaruh terhadap yield dan/

kadar lignin pulp, seperti yang dipedihatkan Gambar 3. Peningkatan nisbah cairan-padatan dari 1011menjadi 1211 cenderung meningkatkan yield, dan yield turun kembali pada peningkatan nisbah cairan-padatan menjadi 1411. Sebaliknya, kadarIignin pulp akan menurundengan naiknya nisbah dari 1011 ke 1211, dan"

akan meningkat dengan bertambahnya nisbah cairan-padatan

.

^' menjadi 1411.

-'-Yield --e--KadalL~

84,5 31

84 30

83,5 29 ~

...-..

e

⁸³

.!

"0 28

~ 82.5 ::l

...

>: ₂₇ ^"t3d

82 _~'"

81,5 26

81 25

10 12 14

NisbahCIP

Gambar3. Pengaruh niscah eairan-padatan terhadap yield dan kadar lignin pulp pada konsentrasi katalis Hel tetap (0,15%:"berat) dan waktu pemasakan tetap (60

menit). '

Bertambahnya nisbah cairan-padatan akan menambah jumlah air dalam , larutan pemasak, dan dapat mendorong terjadinya reaksi hidrolisis polisakarida,

Kelebihan jumlah air dalam larutan pemasak juga mengakibatkan lignin sulit dilarutkan media pemasak, sebagaimana sifat lignin yang akan mengendap dalam air, pada jumlah yang meneukupi [Sarkanen, 1990]. Tingginya kadar lignin pulp pada nisbah cairan-padatan' 1011 mengindikasikan reaksi delignifikasi tidak berlangsung sebagaimana mestinya, pengurangan yield hanya diakibatkan hidrolisis hemiselulosa. Dengan bertambah nisbah cairan-padatan menjadi 1211, reaksi delignifikasi sudah terjadi lebih baik. Selain kadar lignin pulp yang lebih rendah, yield yang dihasilkan juga relatif berimbang dengan yield pada nisbah cairan-padatan 1011.

Namun dernikian, kecenderungan berlangsungnya reaksi delignifikasi yang semakin baik tersebut tidak terjadi rlagi pada peningkatan nisbah' cairan- padatan menjadi 14/1. Kadar lignin pulp kembali meningkat, dan persentasenya lebih besar dibanding kadar lignin pada nisbah cairan-padatan 10/1. Sebaliknya, yield pulp semakin berkurang dan lebih keeil dibanding yield pada nisbah cairan- . psdatan 1011. Sehingga tingginya kadar lignin pulp pada nisbah cairan-padatan

14/1 mengindikasikan terjadinya reaksi polimerisasi kembali lignin yang telah larut. Sedangkan rendahnya yield yang diperoleh menuniukkan bahwa hidrolisis polisakarida dalam sabut sawit 'berlangsung lebih sempuma Berdasarkan hasil

'I & • ,...,." r-. t... __ ",n11\

Nationai Conference on..

Chemical Engineering Science and Applications (ChESA) 2010 .

tersebut nisbah cairan-padatan yang dapat memberikan hasil baik adalah pada nisbah cairan-padatan 1211. dengan yield 84,2 dan kadar lignin 26.7%. ^!

3.2. Pengaruh waktu reaksi

Pengaruh waktu reaksi terhadap yield dan kadar lignin pulp diperlihatkan pada Gambar 4. Peningkatan waktu reaksi dari 15 nienjadi 60 menit cendemng menurunkan yield dan kadar lignin pulp. Sedangkan peningkatan waktu reaksi dari 60 menjadi 150 menit cenderung meningkatkan yield dan kadar lignin pulp.

Yield terendah dihasilkan pada waktu reaksi 150 menit, dan kadar lignin pulp terkecil pada kondisi waktu pemasakan 60 menit. Kadar lignin tertinggi diperoleh pada kondisi pemasakan diatas 120 menit, yang persentasenya melebihi kadar lignin pada kondisi wak:tu reaksi 30 menit.

WaktuReaksi(meDit) __"_Yie1d --e-KadarLip.

85 45

84 40

83 35

82 30 ~

,...

81 _.~

~ 25

~ 80

'" ²⁰ ::i

>= ⁷⁹

..

'"

15 ^-e

78 ₁₀ ::.::'"

77

76 .5

75 0

150 120 90 60 30 15

Gambar 4; Pengaruh waktu pemasakan terhadap yield dan lcadar lignin pulp pada konsentrasi katalis Hel tetap (0,15%) dan nisbah cairan-padatan 12/1

Bertambalmya waktu reaksi dalam pembuatan pulp akan lebih menyempurnakan reaksi yang terjadi, baik delignifikasi maupun hidrolisis polisakarida, Namun demikian, waktu reaksi yang lebih lama dapat menyebabkan reaksi delignifikasi terhambat, lignin yang telah larut dalam media pemasak bisa terpolimerisasi kembali. Selain itu, reaksi hidrolisis polisakarida ya.q.gterjadi tidak haaya pada hemiselulosa, tetapi juga 'terjadi pada selulosa [Sarkanen 1990; Parajo et al. 1995, Vazquez et al. 1995]- Penurunan kadar lignin dengan peningkatan waktu reaksi dari 15 menjadi 60 menit, menunjukkan bahwa reaksi delignifikasi berlangsung baik. Fakta ini didukung dengan turunnya yield pada rentang waktu yang sama, Penurunan yield pulp disebabkan berkurangnya kadar lignin dalam pulp.

Peningkatan waktu reaksi dari 60 menjadi 120 menit tidak memberikan pengaruh positif terhadap kadar lignin pulp. Raksi delignifikasi yang terjadi terhambat reaksi repolimerisasi lignin yang telah larut, Kadar lignin pulp cenderung meningkat sampai waktu reaksi mencapai 120 menit, sedangkan yield

~'

~. National Conference on

~? Chemical Engineering Science and Applications (ChESA) 2010,

.^~-~:'.

;-^..

pulp cenderung tetap pada kondisi yang sama, Hasil ini menguatkan kembali dugaan bahwa naiknya kadar lignin pulp pada waktu reaksi yang lebih lama / disebabkan oleh reaksi polimerisasi kembali lignin. Pembuatan pulp sabut sawit.:

dalam media asam asetat akan memberikan hasil yang relatif baik, kadar lignin rendah dan yield memadai, pada waktu pemasakan 60 sampai 90 menit.

4. Kesimpulan

Pembuatan pulp pelepah sawit dengan proses acetosolv dapat dilakukan dan menghasilkan pulp dengan kualitas yang belurn memadai. Yield dan kadar lignin pulp dipengaruhi oleh faktor konsentrasi katalis Hel dan nisbah cairan- padatan. Pada kondisi konsentrasi HCI 0,15%, nisbah cairan-padatan 1112 dan waktu pemasakan berkiran antara 60-90 menit, dalam media pemasakan asam asetat 85% akan memberikan pulp dengan kualitas yang relatifbaik.

\

\

Daftar Pustaka

Bahri, S. (199?) Budi Daya Ke/apa Sawit. Yogyakarta: Andi Offset.

Budiono, C. (2006) Tantangan dan Peluang Usaha Pengembangan Sistem Energi Terbarukan di Indonesia. Jakarta: Intisari, 2006.

Myerli, R.C, M.D Nicholson, R Katzen, I.M Taylor, (1981) "The forest refinery", Chemtech 76: 186-192.

,

Parajo, 1. C., J. L. Alonzo, D. Vazquez. (1993) "On The Behavior of Lignin and Hemicellulose During Acetosolv Processing." Bioresource Technology 46:

233-240.

Parajo, J.C., J.L. Alonzo, V. Santos. (1995) "Kinetic of Catalyzed Organosolv . Processing of Pine Wood." Ind. Eng. Res 34: 4333 - 4342.

Pari, G dan I. Sailah, (2001) "Pembuatan arang aktif dari sabut sawit dengan bahan peIigaktifNRtHCOJ dan (NRt)2C03 dosis rendah", Buletin Penelitian Hasil Hutan 19,4: 231-244.

Sabin, H.T and RA Young, (2008) "Auto-catalyzed acetic acid pulping of jute", IndustrialCrops and Products 28, 1: 24-28

Sarkanen, K~S. (1990) "Chemistry of Solvent Pulping." Tappi Journal, 215- 219.

Sastrosayono, S. (2003) Budi Daya Kelapa Sawit. Jakarta: Agromedia Pustaka, 2003.

Shukry, N., S. A. EI-Meadawy, M. A. N~sar'1(1992) "Pulping with Organic, Acid: 3-Acetic Acid Pulping ofBagasse."".I. Chem. Tech. Biotech 54: 125-

143

Vazquez, G., G. Antorrena, J_ Gonzales. (1995) "Acetosolv Pulping of Eucalyptus gIobulus Wood by Acetic Acid." Holzforschung 49: 69 - 75.

Zulfansyah, S. Z. Amraini, Fauzi. (2002) "Fraksionasi LimbahKayu dalam Media Asam Asetat." Jurnal Natur Indonesia 4, no.2: 145 -155.

I _ ...~1"