BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
Indonesia merupakan negara penghasil minyak kelapa sawit kedua setelah Malaysia. Luas areal perkebunan kelapa sawit di Indonesia semakin meningkat beberapa tahun terakhir ini. Hal tersebut terbukti dari data Direktorat Jendral Perkebunan Perkelapa Sawitan Indonesia yang menunjukkan bahwa luas areal perkebunan kelapa sawit Indonesia mengalami peningkatan setiap tahunnya berkisar 2,75-29,91%. Peningkatan luas areal perkebunan tersebut akan menyebabkan penambahan jumlah produksi minyak kelapa sawit dan jumlah pengolahannya(DirjenPerkebunan,2005).
Komoditas kelapa sawit memiliki berbagai macam kegunaan baik untuk industri pangan maupun non pangan/oleochemical serta produk samping/limbah. Tandan kosong kelapa sawit merupakan limbah padat lignoselulosa yang dihasilkan dari industri perkebunan kelapa sawit memiliki kandungan serat, komposisi bahan organik dan mineral yang cukup tinggi Oleh karena itu tandan kosong kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pada industri seperti industri pulp dan kertas atau industri kimia lainnya yang memanfaatkan bahan baku berbasis serat.
Luas area pertanaman kelapa sawit di Indonesia terus mengalami peningkatan
sejak tahun 1999 hingga tahun 2006. Peningkatan tertinggi terjadi dalam kurun waktu
2000 – 2001 yaitu seluas 555,358 Ha (13.36%) dan kurun waktu 2005 – 2006 yaitu
seluas 621,109 Ha (11.39%). Saat ini luas area pertanaman kelapa sawit mencapai 7
juta Ha dan produksi 18 juta ton CPO. Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) atau
Empty Fruit Bunch (EFB) adalah limbah padat yang dihasilkan oleh pabrik minyak
sawit mentah atau Crude Palm Oil (CPO). Dalam satu hari pengolahan bisa
dihasilkan ratusan ton TKKS. Komponen utama TKS adalah selulosa, hemiselulosa,
dan lignin. TKKS dapat diolah menjadi pulp atau furfural (Dirattanhun, 2008).
sebagai bahan bakar boiler atau dibuang di jalan-jalan di daerah perkebunan kelapa sawit untuk mengeraskan jalan.
Gambar 2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Hasil samping berupa limbah tandan kosong kelapa sawit yang belum dikembangkan penggunaannya perlu mendapat perhatian penuh sehingga usaha perkebunan kelapa sawit lebih maju. Tandan kosong mengandung 30-35% K2O
dan 3-5% MgO, oleh karena itu pemanfaatannya dapat dibakar menjadi abu yang cukup berguna sebagai pupuk dan untuk menetralkan pH hasil samping cair pabrik pengolahan minyak sawit. Tandan kosong dan serat dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp, namun kualitas kertas yang dihasilkan masih rendah oleh sebab itu diperlukan penelitian yang lebih mendalam (Naibaho, 1990).
Tabel 2.1 Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit
NO. Parameter Kandungan (%)
1 Lignin 22,60
2 A-selulosa 48,80
3 Holoselulosa 71,80
4 Pentosan 25,90
5 Kadar abu 1,60
Tabel 2.2 Sifat Fisik dan Morfologi Tanan Kosong Kelapa Sawit
Parameter TKKS bagian pangkal TKKS bagian ujung Panjang Serat (mm)
Kadar bukans serat (% b/b)
0,63 (Sumber : Purwito dan Firmanti, 2005)
2.2 LIGNIN
Zat organik polimer yang banyak dan penting dalam dunia tumbuhan selain selulosa adalah lignin. Lignin terdapat di dalam dinding sel dan sebagian terdapat pada lamela tengah (di daerah antar sel). Struktur lignin sangat beraneka ragam tergantung dari jenis tanamannya. Secara umum polimer lignin disusun oleh unit-unit fenil propana yaitu-kumaril alkohol, koniferil alkohol, dan sinapil alkohol (Gambar 1) yang merupakan senyawa induk (prazat) dari lignin (Davin dan Lewis 2005).
Gambar 2.2 (1) p-koumaril alkohol, (2) konoferil alkohol, (3) sinapil alkohol
Distribusi lignin di dalam dinding sel dan kandungan lignin bagian pohon yang berbeda tidak sama. Contohnya yaitu kandungan lignin yang tinggi adalah khas untuk bagian batang yang paling rendah, paling tinggi dan paling dalam untuk cabang kayu lunak, kulit, dan kayu tekan. Umumnya pada penggunaan kayu, lignin digunakan sebagai bagian integral kayu. Dalam pembuatan pulp dan pengelantangan, lignin dilepaskan dari kayu dalam bentuk terdegradasi dan berubah, serta merupakan sumber karbon lebih dari 35 juta ton tiap tahun di seluruh dunia yang sangat potensial untuk keperluan kimia dan energi (Fengel dan Wegener, 1995).
Menurut Kirk dan Othmer (1952), lignin terdiri dari 61-65% karbon, 5,0-6,1% hidrogen dan oksigen dengan panas pembakarannya sebesar 11.300 B.t.u/lb (6.280 kal/gram). Secara fisis lignin berwujud amorf (tidak berbentuk), berwarna kuning cerah dengan bobot jenis berkisar antara 1,3 – 1,4 bergantung pada sumber ligninnya dan indeks refraksi sebesar 1,6. Lignin bersifat tidak larut dalam air, larutan asam dan larutan hidrokarbon. Dikarenakan lignin tidak larut dalam asam sulfat 72%, maka sifat ini sering digunakan untuk uji kuantitatif lignin. Lignin tidak dapat mencair, tetapi akan melunak dan kemudian menjadi hangus bila dipanaskan. Lignin yang diperdagangkan larut dalam alkali encer dan dalam beberapa senyawa organik.
kayu daun jarum sebesar 14-15% sedangkan pada kayu daun lebar sebesar 20-21%. Gugus metoksil merupakan gugus reaktif yang mudah bereaksi dengan air (Kirk dan Othmer, 1952).
Lignin umumnya tidak larut dalam pelarut sederhana, namun lignin alkali dan lignin sulfonat larut dalam air, alkali encer, larutan garam dan buffer. Faktor-faktor yang mempengaruhi bobot molekul lignin, yaitu keragaman prosedur isolasi, degradasi makromolekul selama isolasi, efek kondensasi terutama pada kondisi asam. Bobot molekul rata-rata lignin kraft dan lignin sulfonat berkisar 2000-1000.000. Pada suasana asam lignin cenderung melakukan kondensasi. Peristiwa ini menyebabkan bobot molekul lignin bertambah, dan dalam keadaan yang sangat asam, lignin terkondensasi ini akan mengendap (Achmadi,1990).
Pada industri pulp dan kertas, lignin dipisahkan dari selulosa untuk menghasilkan pulp. Lignin memberikan pengaruh yang kurang baik terhadap pulp, yaitu warna maupun sifat fisik pulp, lamanya waktu penggilingan pulp berbanding terbalik dengan jumlah lignin yang dikandung oleh pulp. Apabila pulp mengandung kadar lignin tinggi akan sukar digiling dan menghasilkan lembaran dengan kekuatan rendah (Rahmawati, 1999).
2.2.1 Pemanfaatan Lignin dalam Dunia Industri
Penggunaan lignin pada saat sekarang dan masa depan merupakan bidang yang luas dan semakin meningkat kepentingannya. Lignin dapat dimanfaatkan sebagai sumber bahan kimia karena lignin mempunyai gugus aktif yang dapat direaksikan dengan gugus lain sehingga menghasilkan senyawa baru dengan struktur dan manfaat berbeda dari struktur kimia senyawa asalnya. Senyawa baru (turunan lignin) diperoleh dengan melakukan modifikasi struktur lignin dengan proses lebih lanjut.
Menurut Fengel dan Wegener, 1995 lignin dapat dimanfaatkan secara komersial sebagai bahan pengikat, perekat, pengisi, surfaktan, produk polimer, dispersan dan sumber bahan kimia lainnya terutama turunan benzen pada berbagai industri. Pada kebanyakan penggunaan kayu, lignin digunakan sebagai bagian integral dari kayu. Pemanfaatan lignin dan turunannya dapat disajikan pada table dibawah ini:
Tabel 2.3 Pemanfaatan Lignin dan Turunannya
NO. Jenis Pengunaan Aplikasinya
1 Pendispersi Karbon hitam, pestisida, zat warna, pigmen, keramik
2 Pengemulsi, penstabil campuran
Tanah, permukaan jalan, aspal, lilin, karet, sabun, lateks,
3 Penyaringan logam Industri air, mikro industry pertanian
4 Aditif Lumpur pengeboran, beton, penggilingan semen, bahan penyamak, plastic vinil
5 Pengikat/perekat Pupuk, tinta cetak, mineral, pelapis, pengecoran 6 Pereaksi Urea Formaldehid Fenol, furan, epoksida,
urethane
7 Dan lain-lain Koagulan protein, pelindung koloid, resin penukar ion, penagkap oksigen, dll
2.2.2 Delignifikasi Dengan Metode Organosolv
Proses pulping merupakan proses pelarutan lignin (delignifikasi). Menurut Bahar (1983), selama pemasakan terjadi reaksi cepat dimana terjadi pemutusan ikatan lignin karbohidrat sehingga lignin yang lepas larut dalam larutan pemasak, serta reaksi lambat dimana terjadi kondensasi dan polimerisasi kembali yang menyebabkan lignin tidak larut dalam larutan pemasak. Reaksi kondensasi lignin dapat terjadi dalam proses delignifikasi karena suasana asam akan secara langsung terjadi, yaitu dengan keluarnya gugus asetil dari serpih kayu selama pemasakan (Schroeter, 1991).
Proses organosolv dapat digambarkan sebagai suatu proses delignifikasi pada suhu pemasakan pulp dengan menggunakan pelarut organik (metanol, etanol, asam asetat, kelompok amina dengan atom C yang rendah dan lain-lain) sebagai media reaksi. Menurut Bahar (1983), proses organosolv didasarkan pada perbedaan kelarutan komponen kimia bahan baku pulp, dimana lignin dan ekstrakstif larut dalam pelarut organik, karbohidrat dengan bobot molekul rendah dapat larut dalam air sedangkan selulosa tidak larut dalam kedua larutan tersebut. Delignifikasi pada proses organosolv disebabkan oleh terputusnya ikatan eter dalam molekul lignin (Sundquist, 1999).
Penggunaan pelarut organik dimaksudkan untuk mengurangi tegangan permukaan larutan pemasak pada suhu tinggi, mempercepat penetrasi ke dalam serpih dan difusi dari hasil pemutusan lignin dalam kayu ke dalam larutan pemasak. Disamping itu, penggunaan pelarut organik digunakan agar delignifikasi lebih sempurna dan merata serta untuk mengurangi waktu pemasakan (Bahar, 1983).
diikuti oleh alkohol, furfural serta campuran fenol dengan bobot molekul rendah (Sarkanen et al., 1980).
Menurut Marton dan Granzow (1982), penggunaan etanol-air dengan penambahan basa akan mentransformasi sodium hidroksida ke dalam basa polisakarida dengan menyerap ion hidroksil. Penambahan basa akan menyebabkan tingginya konsentrasi ion hidroksil dalam larutan pemasak sehingga mempercepat pemutusan pada ikatan intra molekul lignin saat ekstraksi dan mempercepat delignifikasi.
Selama berlangsungnya proses pemasakan dalam digester yang berisi larutan soda api (NaOH), polimer lignin akan terdegradasi dan kemudian larut dalam larutan pemasak. Larutnya lignin ini disebabkan oleh terjadinya transfer ion hidrogen dari gugus hidroksil pada lignin ke ion hidroksil (Darnoko, 1995).
Gambar 2.4 Reaksi Lignin dengan gugus hidroksil NaOH pada proses delignifikasi
2.2.3 Isolasi Lignin
Lignin dapat diisolasi dari kayu bebas ekstraktif sebagai sisa yang tidak larut setelah penghilangan polisakarida dengan hidrolisis. Lignin dapat dihidrolisis dan diekstraksi dari kayu atau diubah menjadi turunan yang larut. Isolasi lignin pada berbagai serat umumnya tidak menghasilkan lignin murni karena di dalam kandungan lignin masih terdapat lignoselulosa lainnya seperti hemiselulosa. Adanya unit kompleks dari ikatan lignin dengan hemiselulosa menyebabkan isolasi lignin mengalami kesulitan mendapatkan rendemen lignin murni. Untuk mendapatkan lignin yang murni dan kandungan zat anorganik yang lebih sedikit diperlukan kondisi optimum pada saat pengasaman dan pemisahan lignin (Rostika, 2002).
memisahkan lignin dari bahan baku digunakan pereaksi anorganik yaitu H2SO4
pekat dan HCl pekat dengan tujuan untuk mendestruksi karbohidrat. Isolasi yang dilakukan pada pH rendah akan dihasilkan rendemen yang lebih tinggi, karena reaksi polimerisasi yang terjadi pada pH yang lebih rendah berlangsung lebih sempurna sehingga semakin banyak unit penyusun lignin yang semula larut mengalami polimerisasi lagi dan membentuk polimer lignin. Reaksi kondensasi akan meningkat dengan meningkatnya keasaman (Sugesty, 1991).
Proses isolasi dengan metode pengasaman banyak digunakan untuk mendapatkan lignin dengan kemurnian tinggi. Urutan prosesnya adalah sebagai berikut :
• Pengendapan lignin dengan asam sulfat
• Pelarutan endapan lignin dengan menggunakan NaOH. • Pengendapan lagi dengan menggunakan asam sulfat. • Pencucian dengan air.
• Pengeringan padatan lignin
Isolasi lignin adalah proses pemisahan senyawa bukan lignin (nonlignin) dari lignin. Beberapa metode isolasi lignin diantaranya:
1). MetodeKlason;
2).Metode Björkman disebut juga “lignin kayu yang digiling”(Milled Wood Lignin /MWL);
3). Metode CEL,Cellulolythic Enzyme Lignin atau “lignin enzim selulolitik”; 4). Metode Isolasi Lignin Teknis, yaitume tode isolasi lignin dari larutan sisa pemasak pulp (Guerraet al.2006).
1) Metode Klason; Lignin Klason diperoleh setelah penghilangan polisakarida dari kayu yang diekstraksi (bebas ekstraktif) dengan hidrolisis asam sulfat 72 % (Caballeroet al. 1997 ).
2)Metode Björkman disebut juga “lignin kayu yang digiling” (Milled Wood
3) Metode CEL (Cellulolythic Enzyme Lignin ) atau “lignin enzimselulolitik”, adalah isolasi lignin menggunakan enzim yang dihasilkan dari mikroorganisme perusak kayu (dalam hal ini jamur).Limbah atau serbuk kayu direndam semalam, selanjutnya diberi jamur perusak kayu dan diinkubasi. Selulosa diuraikan oleh jamurpenghasil enzim-enzim, dan lignin terpisah dalam bentuk endapan(Guerraet al . 2006; Lara MA 2003)
.4) Metode Isolasi Lignin Teknis, yaitu metode isolasi lignin dari larutansisa pemasak pulp. Berbagai teknik isolasi lignin telah lama dipelajari, namun pada prinsipnya sama, yaitu diawali dengan proses pengendapan padatan. Berdasarkan perbedaan kelarutannya, lignin dapat diisolasi dari lindi hitam dengan cara mengendapkannya pada pH 2 menggunakan H2SO4 ataupun HCl. Pengendapan lignin dalam larutan sisa pemasak terjadi sebagai akibat reaksi kondensasi pada unit-unit penyusun lignin (p -koumaril,koniferil dan sinapil alkohol) yang semula larut, akan terpolimerisasi dan membentuk molekul yang lebih besar (Davin dan Lewis 2005;Sjöström 1995; Kimet al.1987).
Dan pada penelitian ini metode yang digunakan adalah metode klason yang digunakan sebagai metode pengujian karena dinilai hasil dari metode klason lebih relevan.
2.3 TATA PELAKSANAAN PENELITIAN 2.3.1 Persiapan Bahan
Pada dasarnya tahap ini adalah tahap perlakuan pendahuluan untuk menyiapkan bahan agar hasil akhir ekstraksi menghasilkan produk yang memiliki kualitas dan kuantitas yang baik. Penghilangan bahan yang tidak diinginkan. Perlakuan ini dimaksudkan untuk mendapatkan lignin yang berkualitas baik, proses ini terdiri dari pencucian, pengeringan, dan penghalusan bertujuan untuk menghilangkan zat-zat ekstraktif.
2.3.2 Delignifikasi TKKS
dimasukkan kedalam digester. Pemasakan ini dilakukan dua tahap, yaitu pemasakan dari suhu kamar sampai suhu maksimum (waktu reaksi) dan pemasakan yang dipertahankan pada suhu maksimum (waktu pada suhu maksimum) selama waktu tertentu.
Kondisi delignifikasi serpih TKKS terdiri dari : • berat kering serpih (BKS) TKKS : 250 gram • larutan pemasak : 10:1 (v/b) terhadap BKS
• komposisi larutan pemasak : etanol teknis 95% : air (1:1) • NaOH : 10%, 15%, 20% terhadap BKS
• suhu maksimum : 1700C • Konsentrasi H2SO4 : 20%
Hasil delignifikasi terdiri atas dua bagian yaitu lindi hitam dan serpih (pulp) yang agak lunak. Serpih yang dihasilkan dicuci dengan aseton teknis, kemudian dengan air dan sisa cairan pencucian ditambahkan pada lindi hitam tersebut. Lindi hitam disaring dengan menggunakan kain nylon 20 μm untuk memisahkan bahan terlarut dalam lindi hitam (filtrat) dan tidak terlarut (residu).
2.3.3 Isolasi lignin dari lindi hitam TKKS
Isolasi lignin yang dilakukan mengacu pada metode isolasi yang dikembangkan Kim et al. (1987). Sebanyak 500 ml lindi hitam yang telah disaring (filtrat) diencerkan dengan aquadest. Caranya dengan memasukkan 100 ml lindi hitam dan 100 ml aqua DM dalam beaker glass yang di aduk dengan pengaduk magnetik Pengasaman di lakukan dengan asam sulfat 10;20 % hingga pH 2 sambil di aduk cepat dengan pengaduk magnetic serta pemanasan hingga suhu 60
o
C. Pengendapan lignin terjadi selama 30 menit. kemudian didiamkan minimal selama 8 jam agar pengendapan sempurna. Untuk meningkatkan kemurnian lignin, endapan lignin tersebut dilarutkan kembali kedalam larutan alkali yaitu NaOH 1 N, kemudian larutan lignin diendapkan kembali dengan cara titrasi menggunakan asam (H2SO4) seperti proses pengendapan pertama. Endapan lignin
menggunakan H2SO4 0,01 N, dilanjutkan pencucian dengan aquades dan disaring
menggunakan penyaring vakum. Endapan yang telah dicuci dikeringkan dalam oven (50-600C) selama 24 jam sehingga dihasilkan lignin berbentuk serbuk/tepung.
2.4 ANALISA BIAYA PRODUKSI ISOLASI LIGNIN
2.4 ANALISA BIAYA PRODUKSI ISOLASI LIGNIN
Analisa biaya produksi ini hanya menghitung biaya untuk bahan baku dan daya listrik yang digunakan untuk proses pengenceran.
Harga TKKS = Rp 500/ kg [3] Harga Lignin Isolat = Rp 4.200/ kg [33] Biaya Peminjaman Alat = Rp 40.000/ Bln [3] Biaya Tenaga Kerja = Rp 5000/ Orang [3] Asumsi,
jumlah TKS yang diproduksi 100 kg maka jumlah lignin yang dihasilkan yaitu, 20 % x 100 kg = 20 kg.
Dari proses delignifikasi yang dihasilkan 50 % dari tandan kosong kelapa sawit. Maka,
Biaya pembelian TKKS = 20 kg x Rp 500/ kg = Rp 10.000,- Harga lignin dari TKS = (50 % x 20 kg) x Rp 2.200/ kg
= 10 kg x Rp 2.200/ kg = Rp 22.000,-
Daya untuk pengaduk magnetic 1,6 kW [38]. Waktu optimum proses pengenceran 2 jam.
Daya yang digunakan = 1,6 kW x 2 h = 3,2 kWh Tarif dasar listrik per kWh Rp 600,- [34]
Biaya listrik untuk magnetic = 3,2 kWh x Rp 600,- = Rp 1.920,-
Hasil yang diperoleh adalah harga penjualan lignin isolat dikurangi biaya pembelian TKKS dan biaya listrik untuk magnetic.
