Pembuatan Bioetanol Dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal Dan Fermentasi Serta Recycle Vinasse (Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu, Suhu Dan Waktu Hidrolisis)

(1)

PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS

TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN

FERMENTASI SERTA

RECYCLE VINASSE

(PENGARUH

KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU, SUHU DAN

WAKTU HIDROLISIS)

SKRIPSI

Oleh

YUSTINA BR SILITONGA

100405059

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS

TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN

FERMENTASI SERTA

RECYCLE VINASSE

(PENGARUH

KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU, SUHU DAN

WAKTU HIDROLISIS)

SKRIPSI

Oleh

YUSTINA BR SILITONGA

100405059

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(3)

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

PEMBUATAN BIOETANOL DARI TEPUNG AMPAS TEBU MELALUI PROSES HIDROLISIS TERMAL DAN FERMENTASI SERTA RECYCLE VINASSE (PENGARUH KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU, SUHU

DAN WAKTU HIDROLISIS)

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, 27 April 2015

(4)

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul berjudul “Pembuatan Bioetanol dari Tepung Ampas Tebu Melalui Proses Hidrolisis Termal dan Fermentasi serta Recycle

Vinasse (Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu, Suhu dan Waktu Hidrolisis)”,

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:

 Penelitian ini membantu dalam pembuatan bioetanol dari tepung ampas tebu sehingga dapat menjadi dasar rancangan produksi secara komersial.

 Penelitian ini membantu pengolahan limbah padat ampas tebu yang dapat mencemari lingkungan.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, April 2015

Penulis,

(6)

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

1. Kedua orang tua penulis tercinta, P. Silitonga, SH., MH. dan J. Sihombing serta saudara penulis, Andre Yakob Silitonga, SH. dan Christminarti Silitonga, Spd. Yang telah banyak mendukung penulis.

2. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si, selaku dosen pembimbing serta Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia USU yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Ir. Bambang Trisakti, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik dan Dosen Penguji yang telah memberi saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

4. Dr. Eng. Rondang Tambun ST., MT, selaku Dosen Penguji yang telah

memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 5. Ir. Renita Manurung, MT, selaku Koordinator Penelitian dan Skripsi.

6. Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Kimia USU.

7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia USU yang telah

memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.

8. Staf Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia USU yang telah

membantu penulis dalam hal administrasi penyelesaian skripsi ini.

9. Ardi, sebagai sahabat baik yang begitu banyak memberikan dukungan, doa dan

semangat secara spesial untuk penulis.

10. Seluruh pihak yang telah memberi bantuan kepada penulis dalam penyelesaian

(7)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Yustina br Silitonga NIM : 100405059

Tempat/tgl lahir : Kuala Tungkal, 10 November 1992 Nama orang tua : P. Silitonga, S.H, M.H

Alamat orang tua :

Jl. Tripjamaksari Cinanggung, Serang Asal Sekolah :

 SD N 5 Kuala Tungkal tahun 1998-1999

 SD N 200101 Padangsidimpuan tahun 1998-2004

 SMP N 2 Padangsidimpuan tahun 2004-2005

 SMP Swasta “Diakui” Katolik St. Yoseph tahun 2005-2007

 _{SMA Swasta Cahaya Medan tahun 2007-2010}

Beasiswa yang diperoleh :

 _{Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2011/2012}

Pengalaman Organisasi :

 Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode

(8)

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis terhadap % yield glukosa dan perolehan kadar glukosa dari proses recycle vinasse. Bahan utama yang digunakan adalah limbah padat ampas tebu dari toko minuman air tebu. Variabel-variabel yang diamati antara lain konsentrasi tepung ampas tebu dalam air, suhu dan waktu hidrolisis termal. Ampas tebu dihancurkan dengan blender sampai berbentuk powder lalu ditambahkan akuades dengan konsentrasi 2,94; 3,85 dan 4,76% lalu dihidrolisis dalam tangki hidrolisis. Proses hidrolisis berlangsung pada suhu 135, 150 dan 165 °C dengan waktu hidrolisis 1, 1,5 dan 2 jam. Kemudian hasil hidrolisis (hidrolisat) diuji % yield

glukosa serta kadar lignin dan selulosanya lalu dilanjutkan dengan proses fermentasi untuk menghasilkan bioetanol. Hasil fermentasi kemudian disaring untuk diperoleh

vinasse-nya lalu vinasse tersebut di-recycle menjadi umpan hidrolisis. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa % yield glukosa meningkat seiring dengan

meningkatnya konsentrasi tepung ampas tebu, suhu dan waktu hidrolisis. Namun, %

yield glukosa meningkat pada waktu hidrolisis 1 hingga 1,5 jam kemudian menurun

pada waktu hidrolisis 1,5 hingga 2 jam. % yield glukosa tertinggi diperoleh pada konsentrasi tepung ampas tebu 2,94%, suhu 165 °C dengan waktu hidrolisis 2 jam. Selain itu, kadar lignin dan selulosa berfluktuasi seiring meningkatnya suhu hidrolisis. Hal ini disebabkan oleh komposisi bahan baku yang tidak sama pada masing-masing perlakuan.

(9)

ABSTRACT

The purpose of this research are to study the effect of sugarcane bagasse powder concentration, hydrolysis temperature and time on the %yield of glucose produced and the level of glucose by recycle vinasse process. glucose by the level of glucose from recycling vinasse as the raw material. Raw sugarcane bagasse as primary material was obtained from sugarcane juice shop. Observed variabels were concentration of sugarcane bagasse in aquadest, hydrolysis time and temperature. Sugarcane bagasse is powdered by blender and then mixed with aquadest (2,94; 3,85; 4,76%) and hydrolized in the hydrolysis tank. The hydrolysis process occurs at time (1, 1,5 and 2 hours) and temperature 135, 150 and 165°C. And then, the hydrolysis product is tested for its glucose, lignin and cellulose composition. After that, the product is fermented in order to produce bioethanol. Result shows that % yield of glucose increases as the escalation of sugarcane bagasse powder concentration, hydrolysis time and temperature. But, % yield of glucose increases from 1 until 1,5 hour of hydrolysis time and then decreases from 1,5 to 2 hour of hydrolysis time. The highest %yield of glucose obtained at concentration 2,94%, 165 °C and 2 hours of hydrolysis time. Beside that, lignin and cellulose level fluctuated as the increasing of hydrolysis temperature. This could be caused of the non-uniform composition of the raw materials.

(10)

DAFTAR ISI

halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

DAFTAR SINGKATAN xiv

DAFTAR SIMBOL xv

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 BIOETANOL 6

2.2 AMPAS TEBU 8

2.3 VINASSE 10

2.4 SACCHAROMYCES CEREVISIAE 11

2.5 PROSES PEMBUATAN BIOETANOL 13

2.5.1 Tahap Persiapan Bahan Baku (Pre-Treatment) 13

2.5.2 Tahap Hidrolisis Termal 14

(11)

2.6 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES PEMBUATAN

BIOETANOL 17

2.6.1 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Hidrolisis 17

2.6.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Fermentasi 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 20

3.1 LOKASI PENELITIAN 20

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 20

3.2.1 Bahan-bahan 20

3.2.2 Peralatan 20

3.3 PROSEDUR 21

3.3.1 Prosedur Penelitian 21

3.3.1.1 Persiapan Bahan Baku (Pretreatment) 21

3.3.1.2 Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 21

3.3.2 Prosedur Analisa 22

3.3.2.1 Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 22

3.3.2.2 Analisa Kadar Glukosa dengan Metode Luff Schoorl 22

3.3.2.3 Analisa Densitas 25

3.3.2.4 Analisa Kadar Etanol dengan Metode Berat Jenis 25

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 27

3.4.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku (Pretreatment) 27

3.4.2 Flowchart Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 28

3.4.3 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 30

3.4.4 Flowchart Analisa Kadar Gula dengan Metode Luff Schoorl 32

3.4.5 Flowchart Analisa Densitas Bioetanol 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 36

4.1 PENGARUH KONSENTRASI TEPUNG AMPAS TEBU TERHADAP %

YIELD GLUKOSA 36

4.2 PENGARUH SUHU HIDROLISIS TERHADAP % YIELD GLUKOSA 37

4.3 PENGUJIAN KADAR GLUKOSA, LIGNIN DAN SELULOSA DENGAN

VARIASI SUHU HIDROLISIS 37

4.4 PENGUJIAN KADAR GLUKOSA DENGAN RECYCLE VINASSE 38

(12)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 40

5.1 KESIMPULAN 40

5.2 SARAN 40

(13)

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 2.1 Diagram Sumber Tanaman Bioetanol 6

Gambar 2.2 Ampas Tebu 9

Gambar 2.3 Skema Proses Produksi Bioetanol 14

Gambar 2.4 Produk Samping Hasil Degradasi Lanjut Monosakarida 15

Gambar 2.5 Reaksi Pembentukan Bioetanol 16

Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku 28

Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan Bioetanol dengan Proses Hidrolisis Termal 30

Gambar 3.3 Flowchart Analisa Lignin dan Selulosa dengan Metode Chesson 32

Gambar 3.4 Flowchart Analisa Kadar Gula dengan Metode Luff Schoorl 35

Gambar 3.5 Flowchart Analisa Densitas Larutan Bioetanol 36

Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu terhadap % Yield

Glukosa 37

Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Konsentrasi Tepung Ampas Tebu terhadap % Yield

Glukosa 38

Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Suhu Hidrolisis terhadap Kadar Bioetanol pada

Waktu Hidrolisis 2 jam 40

Gambar L2.8 Analisa Kadar Lignin dan Selulosa 54

(14)

DAFTAR TABEL

halaman

Tabel 1.1 Penelitian Pendahulu tentang Produksi Bioetanol 3

Tabel 2.1 Sifat Fisik Etanol 8

Tabel 2.2 Komposisi Ampas Tebu 10

Tabel 2.3 Komposisi Vinasse 11

Tabel 3.1 Data Penetapan Gula Menurut Luff Schoorl 25

Tabel 3.2 Konversi Berat Jenis-Kadar Etanol 27

Tabel 4.1 Pengujian Kadar Glukosa, Lignin dan Selulosa dengan Variasi Suhu Hidrolisis (Pada Konsentrasi Bahan Baku 2,94% dan Waktu Hidrolisis

1 Jam) 38

Tabel 4.2 Pengujian Kadar Glukosa, Lignin dan Selulosa dari Bahan Baku Tanpa

Hidrolisis dan Vinasse 38

Tabel 4.3 Pengujian Kadar Glukosa Hasil hidrolisis Bahan Baku dan Recycle

Vinasse 38

Tabel L1.1 Pengujian Kadar Glukosa Hasil hidrolisis Bahan Baku dan Recycle

Vinasse 48

Tabel L1.2 Data Percobaan Kadar Bioetanol 49

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

halaman

Lampiran 1 Data Percobaan Kadar dan %Yield Glukosa 48

1.1 Data Percobaan Kadar dan %Yield Glukosa 48

1.2 Data Percobaan Kadar Bioetanol 49

Lampiran 2 Dokumentasi Penelitian 50

2.1 Dokumentasi Proses Pembuatan Bioetanol 50

2.1.1 Persiapan Bahan Baku 50

2.1.2 Hidrolisis Tepung Ampas Tebu 50

2.1.3 Fermentasi 51

2.1.4 Rangkaian Distilasi 51

2.1.5 Vinasse 52

2.1.6 Larutan Bioetanol 52

2.2 Dokumentasi Analisa 53

2.2.1 Analisa Kadar Glukosa 53

2.2.2 Analisa Kadar Lignin dan Selulosa 54

2.2.3 Analisa pH 54

Lampiran 3 Data Perhitungan 55

3.1 Perhitungan Uji Lignin Dan Selulosa Dengan Metode Chesson 55

3.1.1 Untuk Sampel Tanpa Perlakuan 55

(16)

DAFTAR SINGKATAN

GRK Gas Rumah Kaca

LHW Liquid Hot Water

MSG Monosodium Glutamat

Ph Power of Hydrogen

SNI Standar Nasional Indonesia

(17)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

ρ densitas gr/cm3

a massa sampel gr

A Faktor frekuensi tumbukan

b massa sampel setelah pengeringan I gr

c massa sampel setelah pengeringan II gr

d massa sampel setelah pengeringan III gr

e massa sampel setelah diabukan gr

e Bilangan pokok logaritma natural

E Energi aktivasi kJ mol-1

fp Faktor pengenceran

k Konstanta kecepatan reaksi

m Massa gr

R Konstanta gas J mol-1_K-1

T Suhu absolut K

v Volume ml