5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Defenisi Tanama Kelapa SawitTanaman kelapa (Elaeis Quinneensis Jaeq) berasal dari Negeria, Afrika Barat meskipun demikian kelapa sawit hidup subur diluar daerah asalnya, seperti Malaysia, Thailand, Papua nugini.Bahkan mampu menghasilkan produksi perhektar yang lebih tinggi.Kelapa sawit memiliki tiga fariates yaitu Elaeis Quinneensis Dura, Elaeis Quinneensis Tenera, Elaeis Quinneensis Pisifera. Buah kelapa sawit dura memiliki ketebalan cangkang (2-5 mm) dan tenera memiliki ketebalan cangkang (1-2,5 mm) dan pisifera hampir tidak mempunyai inti dan cangkang. Tenera adalah hasil perkawinan silang antara dura dengan pisfera sehingga memiliki cangkang yang intermeddiate dan merupakan tipe umum yang digunakan di perkebunan.
Gambar 2.1 Pohon Kelapa Sawit.
Klasifikasi botani tanaman kelapa sawit sebagai berikut :
Kelas :Angiospermae Ordo :Palmales Famili :Palmaceae Sub-famili: Palminae Genus :Elaeis
6
Varietas unggul kelapa sawit adalah varietas Dura sebagai induk betina dan Pisifera sebagai induk jantan.Hasil persilangan tersebut memiliki kualitas dan kuantitas yang lebih baik. Varietas unggul hasil persilangan antara lain: Dura Deli Marihat (keturunan 434B x 34C; 425B x 435B; 34C x 43C), Dura Deli D. Sinumbah, Pabatu, Bah Jambi, Tinjowan, D. Ilir (keturunan 533 x 533; 544 x 571), Dura Dumpy Pabatu, Dura Deli G. Bayu dan G Malayu (berasal dari Kebun Seleksi G. Bayu dan G. Melayu), Pisifera D. Sinumbah dan Bah Jambi (berasal dari Yangambi), Pisifera Marihat (berasal dari Kamerun), Pisifera SP 540T (berasal dari Kongo dan ditanam di Sei Pancur).( Ditjen perkebunan sumatra utara. 2014).
Tanaman kelapa sawit termasuk tumbuhan monokotil.Bagian tanaman kelapa sawit yang penting adalah akar, batang dan daun.Biji kelapa sawit berkeping tunggal, sehingga akarnya adalah serabut.Sistem penyebaran akar terkonsentrasi pada tanah lapisan atas.Sebagaimana fungsi akar pada umumnya, akar kelapa sawit juga berperan terutama dalam penyerapan unsur hara dalam tanah dan respirasi tanaman.
Bahwa tanaman kelapa sawit sudah mulai menghasilkan padda umur 20-30 tahun.Buah pertama yang keluar masih dinyatakan sebagai buah pasir artinya belum dapat diolah di dalam pabrik karena masih mengandung minyak yang rendah, buah kelapa sawit yang normal berukuran 12-18 gr/butir yang duduk pada bulir. Setiap bulir berisi sekitar 10-18 bulir tergantung pada kesempurnaan penyerbukan, bulir-bulir ini menyusun tandan buah yang berbobot rata-arata 20-30 kg/tandan TBS ini lah yang dipanen dan diolah di PKS ( Hermawan, dkk 2013 ).
Maka pada dasarnya ada dua macam olahan utama TBS dipabrik, yaitu minyak sawit yang merupakan hasil pengolahan daging buah dan minyak inti sawit yang dihasilkan dari ekstraksi inti sawit. Minyak nabati yang dihasilkan dari pengolahan buah kelapa sawit berupa minyak sawit mentah (CPO) yang berwarna kuning dan minyak inti sawit (PKO) yang tidak berwarna (jernih).
7
CPO dan PKO banyak digunakan sebagai bahan baku industri pangan seperti minyak goreng dan margarin, industri sabun sepeti bahan penghasil busa, industru baja seperti bahan pelumas, industri tekstil, seperti komestik, dan sebagai bhan bakar alternatif yaitu minyak diesel.
Terlepas dari pertumbuhannya,manfaat dari kelapa sawit pun sangat banyak terutama di dunia industri di antaranya :
a. Sebagai bahan baku industri minyak goreng. b. Sebagai bahan baku industri margarin. c. Sebagai bahan baku industri alkohol. d. Sebagai bahan baku industri kosmetika.
e. Sebagai nutrisi pakanan ternak (cangkang hasil pengolahan). f. Sebagai bahan dasar industri lainnya industri sabun.
g. Sebagai obat karena kandungan minyak nabati berprospek tinggi. h. Sebagai bahan pembuat particle board (batang dang pelepah). i. Sebagai bahan pupuk kompos (cangkang hasil pengolahan).
2.2 Lignoselulosa
Lignoselulosa merupakan biomassa yang berasal dari tanaman dengan komponen utama selulosa, hemiselulosa dan lignin.Ketiganya membentuk suatu ikatan yang kompleks yang menjadi bahan dasar penyusun dinding sel tumbuhan.Struktur dari ketiganya dapat dideskripsikan sebagai kerangka selulosa yang menempel pada ikatan silang matriks hemiselulosa serta dikelilingi oleh lignin sebagai kulitnya.Selulosa, hemiselulosa dan lignin merupakan penyusun utama kayu, dimana selulosa adalah senyawa yang menyusun 40 – 50 % bagian kayu dalam bentuk selulosa mikrofibril.Sedangkan hemiselulosa adalah senyawa matriks yang berada diantara mikrofibril – mikrofibril selulosa. Berbeda dengan selulosa dan hemiselulosa, lignin merupakan senyawa berstruktur kuat yang menyelimuti dan mengeraskan dinding sel. Peran ketiga komponen kimia ini dalam dinding sel dapat dianalogikan seperti bahan konstruksi yang terbuat dari
8
reinforced concrete, dimana selulosa, lignin dan hemiselulosa berperan sebagai rangka besi, semen dan bahan penguat yang memperbaiki ikatan diantara mereka ( Yuanisa, dkk 2015 ).
Tabel 2.2 kandungan batang kelapa sawit
No Kandungan batang kelapa sawit gram / 100 gram
1 Selulosa 50.78
2 Hemiselulosa 30.36
3 Lignin 17.87
2.3 Lignin
Lignin merupakan salah satu komponen kimia penyusun kayu selain dari selulosa,hemiselulosa dan ekstraktit. Lignin adalah gabungan beberapa senyawa yang hubungan nya erat satu sama lain, mengandung karbon, hidrogen dan oksigen, namun proporsi karbon nya lebih tinggi dibanding senyawa karbohidrat. Sifat kimia lignin yang penting untuk diketahui diantara nya adalah kadar lignin dan kreatifitas nya. Metode klason merupakan prosedur umum yang digunakan dalam penentuan kadar lignin. Prosedur ini memisahkan lignin sebagai material yang tidak larut dengan deplorimerisasi selulosa dan hemiselulosa dalam asam sullfat 72 % yang diikuti oleh hidrolisis polisakarida terlarut dalam asam sulfat 3% yang dipanaskan. Dari lignin yang larut menjadi filtrat disebut lignin terlarut asam.
Lignin terlarut asam merupakan parameter yang dapat menunjukkan tingkat reaktifitas dianalisis mengingat hubungan nya dengan kandungan lignin dan proses pulping. Lignin terlarut asam merupakan kandungan total lignin dalam kayu, akan tetapi sering kali diabaikan karena jumlah nyayang relatif kecil khusus nya pada jenissoftwood .Lignin adalah salah satu komponen utama sel tanaman, karena itu lignin juga memiliki dampak langsung terhadap karakteristik tanaman. Misalnya saja, lignin sangat berpengaruh pada proses pembuatan pulp dan kertas. ( Yuanisa, dkk 2015 ).
9
Gambar 2.2.1 Struktur lignin
2.4 Hemiselulosa
Hemiselulosa merupakan suatu polisakarida lain yang terdapat pada tanaman dan tergolong senyawa organic. menyatakan bahwa hemiselulosa bersifat non kristalin dan tidak bersifat serat,mudah mengembang. Karena itu hemiselulosa sangat berpengaruh jalinan antara serat pada saat pembukaan lembaran, lebih mudah larut dalam pelarut alkalin dan lebih mudah dihidrolisis dengan asam.Perbedaan hemiselulosa dan selulosa yaitu hemiseluosa mudah larut dalam alkalin tapi sukar larut dalam asam, sedangkan selulosa adalah sebaliknya. Hemiselulosa juga buka merupakan serat-serat panjang seperrti selulosa hasil hidrolisis selulosa akan menghasilkan D-glukosa, sedangkan hasil hidrolisis hemisolusa akan menghasilkan D-xilosa dan monosakarida lainnya ( Agustin 2015 ).
10 2.5 Selulosa
Selulosa(C6H10O5)merupakan rantai panjang molekul gula yang dihubungkan
satu sama lain untuk memberi kekuatan pada kayu yang luar biasa. Selulosa adalah komponen utama dari dinding sel tumbuhan, dan bahan bangunan dasar bagi bagi banyak tekstil dan kertas.kapas adalah bentuk alami murni selulosa. Dilaboraturium, kertas filter adalah sumber selulosa hampir murni.
Selulosa merupakan polimer alam, rantai yang dibuat menghubungkan molekul yang lebih kecil. Link dalam rantai selulosa adalah jenis gula: B-D-glukosa. Dua molekul tidak terlarut B-D-B-D-glukosa.Hubungan dua dari gula menghasilkan sakarida yang disebut selobiosa. Selobiosa adalah polisakarida yang dihasilkan dengan menghubungkan gula tambahan dalam cara yang persis sama. Panjang rantai bervariasi, dan beberapa ratus unit gula pada bubur kayusampai lebih dari 6000 pada katun( Kafidul ulum 2013 )
Gambar 2.2.3.Struktur Selulosa
2.6 Bioetanol
Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati.Etanol 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 dapat dihasilkan dari biomassa
yang mengandung komponen pati atau selulosa, seperti singkong, umbi garut, ubi jalar, tepung sagu, dan ganyong. Dalam dunia industri, etanol umumnya
11
digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran minuman keras, serta bahan baku farmasi dan kosmetika.
Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung gula.Tahap inti produksi bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa oleh khamir.Sifat fisik dan kimia etanol bergantung pada gugus hidroksil. Reaksi yang dapat terjadi pada etanol antara lain dehidrasi, dehidrogenasi, oksidasi, dan esterifikasi. (Angga 2015)
2.7 Batang kelapa sawit
Kelapa sawit menghasilkan 18-30 setiap tahunnya, 8-20 pelepah terdapat buah dan sisanya tidak menghasilkan buah. Produktivitas yang tinggi akan tercapai jika penunasan dilakukan dengan cara yang benar, tetapi jika tidak dilakukan dengan benar akan menurunkan produksi. Berdasarkan hasil penelitianterdahulu diketahui bahwa batangkelapa sawit memiliki sifat yang sangatberagam dari pangkal ke ujung. Makadari itu, pengetahuan mengenai sifatsifat dasar batang kelapa sawit terutamasifat fisis dan mekanis harus diketahuisebelum memamfaatkan batang kelapasawit tersebut menjadi bahan kontruksimaupun produk furniture. Penelitianmengenai sifat fisik dan mekanik padabatang kelapa sawit ini perlu dilakukandan penting untuk diketahui sifatdasarnya yaitu sifat fisik dan mekanik (Iswanto, dkk 2010).
2.8saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae adalah jamur bersel tunggal yang telah memahat
milestones dalam kehidupan dunia. Jamur ini merupakan mikroorganisme pertama yang dikembangbiakkan oleh manusia untuk membuat makanan (sebagai ragi roti, sekitar 100 SM, Romawi kuno) dan minuman sebagai jamur fermentasi bir dan anggur, sekitar 7000 SM, di Assyria, Caucasia, Mesopotamia, dan Sumeria.(Ghasem N2004 )
12
Bioetanol tebagi atas 4 generasi, bioetanol saat ini yang diproduksi umumnya berasal dari bioetanol generasi pertama, yaitu bioetanol yang dibuat dari gula (tebu, molases) atau pati-patian (jagung, singkong, dll).Bahan-bahan tersebut adalah bahan pangan atau pakan. Konversi bahan pangan/pakan menjadi bioetanol di Eropa dan Amerika diduga menjadi salah satu penyebab naiknya harga-harga pangan dan pakan. Arah pengembangan bioetanol mulai berubah ke arah pengembangan bioetanol generasi kedua, yaitu bioetanol dari biomassa, yang diperoleh dari limbah-limbah industri pangan, seperti Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), jerami padi, tongkol jagung, sisa pangkasan jagung, sisa pangkasan tebu, kulit buah kakao, kulit buah kopi, batang kelapa sawit dan sebagainya.Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme ( Saputra, dkk 2007).
Sifat kimia dan fisika etanol dapat dilihat dari tabel 2.9.1
Tabel 2.9.1 Sifat Fisika dan Kimia Etanol
Sifat Fisika dan Sifat Kimia Nilai
Berat molekul, g/mol 46.1
Titik beku, °C -114.1
Titik didih normal, °C 78.32
Densitas, g/ml 0.7983
Viskositas pada 20°C, mPa.s 1.17 Panas penguapan normal, J/g 839.31 Panas pembakaran pada 25°C, J/g 29676.6 Panas jenis pada 25°C, J (g°C) 2.42
Nilai Oktan 106-111
13
Dicampur dengan natrium Bereaksi
Kelarutan dalam air Larut sempurna
Dapat terbakar Ya
Sumber : Kirk-Orthmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol 9, 196
2.9.1 Pembuatan Bioetanol
Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung gula. Secara umum, produksi bioetanol mencakup tiga rangkaian proses, yaitu persiapan bahan baku, fermentasi dan pemurnian. Untuk bahan Lignoselulosa, seperti limbah-limbah industri pertanian, harus melalui tahapan pengolahan awal sebagai persiapan bahan baku. Pada tahap ini, limbah industri pertanian digiling untuk pengecilan ukuran, kemudian dihilangkan dahulu kandungan ligninnya dengan proses delignifikasi dengan cara hidrolisis dengan asam kuat (H2SO4) atau basa kuat
(NaOH). Delignifikasi dapat dilakukan dengan cara perendaman dalam NaOH 5% disertai dengan pemanasan 120°C .(Sukaryo, dkk 2013)
2.9.2 Penggunaan Bioetanol
Bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor dengan cara mencapurkannya dengan bensin. Bahan bakar campuran ini disebut gasohol (Hambali, dkk2007). Umumnya gasohol ini adalah campuran dari 10% bioetanol dan 90% bensin, lazim disebut gasohol E-10. Pengujian pada kendaraan roda empat di laboratorium BPPT menunjukkan bahwa tingkat emisi karbon dan hidrokarbon Gasohol E-10 yang merupakan campuran bensin dan etanol E-10% lebih rendah dibandingkan dengan premium dan pertamax. Pengujian karakteristik unjuk kerja yaitu daya dan torsi menunjukkan bahwa etanol 10% identik atau cenderung lebih baik daripada pertamax.Etanol
14
mengandung 35% oksigen sehingga meningkatkan efisiensi pembakaran.
Bioetanol memiliki karakteristik yang lebih baik dibandingkan dengan bensin berbasis petrochemichal. Berikut ini adalah kelebihan bioetanol sebagai bahan bakar nabati (biofuel) (Winarni, dkk 2016)
a. mengandung 35% oksigen, sehingga dapat meningkatkan efisiensi pembakaran danmengurangi emisi karbon.
b. memiliki nilai oktan yang lebih tinggi, sehingga dapat menggantikan fungsi bahanaditif seperti metil tertiary butyl ether dan tetra ethyl lead.
c. memiliki nilai oktan (ON) 96-113, sedangkan nilai oktan bensin 85-96
d. bersifat ramah lingkungan, karena gas buangnya rendah terhadap senyawa-senyawayang berpotensi sebagai polutan, seperti karbon monoksida, nitrogen oksida, dangas-gas rumah kaca
e. mudah terurai dan aman karena tidak mecemari air
f. dapat diperbaharui (renewable energy) dan proses produksinya relatif lebihsederhana dibandingkan proses produksi bensin.
2.9.3 Pretreatment
Bahan-bahan lignoselulosa umumnya terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin.Selulosa secara alami diikat oleh hemiselulosa dan dilindungi oleh lignin. Adanya senyawa pengikat lignin inilah yang menyebabkan bahan-bahan lignoselulosa sulit untuk dihidrolisa . Oleh karena itu, proses pretreatment merupakan tahapan proses yang sangat penting yang dapat mempengaruhi produksi glukosa maupun xilosa sebagai bahan baku pembuatan bioetanol generasi kedua melalui hidrolisis enzimatik. Pretreatment bertujuan untuk memecah ikatan lignin (delignifikasi), menghilangkan kandungan lignin dan hemiselulosa, merusak struktur
15
kristal dari selulosa serta meningkatkan porositas bahan . Rusaknya struktur kristal selulosa akan mempermudah terurainya selulosa menjadi glukosa. Selain itu, hemiselulosa turut terurai menjadi senyawa gula sederhana: glukosa, galaktosa, manosa, heksosa, pentosa, xilosa dan arabinosa. Selanjutnya senyawa-senyawa gula sederhana tersebut yang akan difermentasi oleh mikroorganisme menghasilkan etanol. Tujuan pretreatment secara skematis disajikan pada Gambar 2.4.1 yang menunjukkan adanya proses delignifikasi atau dapat disebut dengan pretreatment mampu memecah kompleks lignoselulosa yang terdiri atas lignin, selulosa dan hemiselulosa.
Gambar 2.4.1Pretreatment Bioetanol
Secara umum proses pretreatment dapat dilakukan melalui beberapa metode, diantaranya secara fisik, kimiawi, biologi, serta kombinasi antara fisik dan kimiawi. Pretreatment yang dilakukan secara fisik merupakan pretreatment yang memanfaatkan mesin atau alat berat dengan tujuan akhir mampu mengurangi ukuran biomassa lignoselulosa tersebut, sedangkan pada metode pretreatment secara kimiawi, memanfaatkan bahan kimia sebagai medium perusak kompleks lignoselulosa.Pada pretreatment secara biologi memanfaatkan aktivitas mikroorganisme dalam melakukan delignifikasi, Namun mengingat karakteristik biomassa lignoselulosa yang kompleks, terutama dalam hal ini batang kelapa sawit,
16
diperlukan kombinasi metode pretreatment guna meningkatkan efisiensi delignifikasi.
Beberapa penelitian terkait dengan pretreatment terhadap limbah batang kelapa sawit antara lain dilakukan oleh Prawitwong (2012) dengan menggunakan panas konvensional (oven) yang dikombinasikan dengan 3% NaOH sebagai pelarut pada suhu 150oC selama 3 jam. Selain itu Lai and Idris pada tahun 2013 dan 2014 juga melakukan penelitian dengan metode microwave dengan daya 700 hingga 900 Watt yang dikombinasikan dengan pelarut NaOH 2.5 M (10%) selama 60 hingga 80 menit, namun penelitian tersebut dirasa belum efektif karena hanya mampu menghasilkan delignifikasi sebesar 15 – 22%. Sedangkan pada penelitian lain yang menggunakan daya microwave, konsentrasi pelarut dan waktu yang lebih rendah (12 hingga 30 menit dengan konsentrasi NaOH 1 - 3%) justru mampu menghasilkan delignifikasi yang lebih tinggi, yakni mencapai 82% (Orchidea 2010)
Oleh karena itu, melimpahnya limbah atau biomassa lignoselulosa dalam hal ini batang kelapa sawit di Indonesia dan potensi yang ada terkait dengan pemanfaatannya sebagai bahan baku bioetanol generasi kedua, membuat penelitian terkait dengan pretreatment masih terus berkembang. Selain itu kompleksnya ikatan lignoselulosa dalam biomassa juga menjadi permasalahan yang saat ini masih banyak menjadi kendala dalam pemilihan metode maupun kondisi dari proses pretreatment. Dimana terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi keberhasilan pretreatment.Diantaranya umur tanaman yang dapat menentukan kandungan lignoselulosa didalamnya.Besar kecilnya kandungan lignin dalam biomassa tersebut.
