BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangIndonesia sebagai negara agraris, mempunyai sumber energi biomassa yang melimpah. Salah satu sumber energi biomassa di Indonesia yang potensial adalah limbah pertanian, seperti sekam padi, jerami, ampas tebu, batang dan tongkol jagung serta limbah-limbah pertanian/perkebunan lainnya Apa Itu Biomassa? Kata biomassa terdiri atas bio dan massa, dan istilah ini mula-mula digunakan dalam bidang ekologi untuk merujuk pada jumlah hewan dan tumbuhan. Setelah isu goncangan minyak terjadi, makna kata itu diperluas melebihi bidang ekologi dan maknanya kini menjadi sumber daya biologi sebagai sumber energi, dikarenakan ada desakan agar sumber energi alternatif (baru) dipromosikan. Hingga kini masih belum ada definisi yang spesifik untuk biomassa dan definisinya bisa berbeda dari satu bidang ke bidang yang lain. Dari perspektif sumber daya energi, definisi umumnya adalah istilah umum untuk sumber daya hewan dan tumbuhan serta limbah yang berasal darinya, dimana ia terkumpul dalam jangka waktu tertentu (tidak termasuk sumber fosil). Seiring dengan itu, biomassa tidak hanya mencakup berbagai jenis tanaman pertanian, kayu, tumbuhan perairan, pertanian konvensional yang lain, kehutanan, sumber daya perikanan tetapi juga mencakup lumpur pulp, lindi hitam, sisa fermentasi alkohol, dan limbah industry organik lainnya, sampah kota seperti sampah dapur dan limbah kertas, serta lumpur limbah. Oleh karena beberapa negara tidak mengklasifikasikan sampah kota sebagai biomassa, maka ia harus dipertimbangkan dalam penggunaan data statistik (asian biomassa handbook, 2008).1.2. TujuanAdapun tujuan dari percobaan fraksionasi biomassa adalah sebagai berikut:1. Mampu menghitung neraca massa pada sistem fraksionasi biomassa2. Mampu menghitung yield pada sistem fraksionasi biomassa3. Mampu menghitung persentase recovery komponen-komponen utama biomassaBAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1 Biomassa Ada berbagai jenis biomassa dan komposisinya juga beragam. Beberapa komponen utama adalah selulosa, hemiselulosa, lignin, kanji, dan protein. Pohon biasanya mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin seperti tanaman herba meskipun persen komponennya berbeda satu sama lain. Jenis biomassa yang berbeda memiliki komponen yang berbeda, misalnya gandum memiliki kadar pati yang tinggi, sedangkan limbah peternakan memiliki kadar protein yang tinggi. Karena komponen ini memiliki struktur kimia yang berbeda, maka reaktivitasnya juga berbeda. Dari segi penggunaan energi, biomassa berlignoselulosa yang terutama mengandung selulosa dan lignin seperti pohon berada dalam jumlah yang banyak dan mempunyai potensi yang tinggi (asian biomassa handbook, 2008).2.2 Komponen Khas Biomassa2.2.1 Selulosa Polisakarida yang tersusun dari D-glukosa yang terhubung secara seragam oleh ikatan -glukosida. Rumus molekulnya adalah (C6H12O6)n. Derajat polimerasinya, ditunjukkan oleh n, dengan nilai kisaran yang lebar mulai dari beberapa ribu hingga puluhan ribu. Hidrolisis total selulosa menghasilkan D-glukosa (sebuah monosakarida), akan tetapi hidrolisis parsial menghasilkan disakarida (selobiosa) dan polisakarida yang memiliki n berurutan dari 3 ke 10. Selulosa memiliki struktur kristal dan memiliki resistensi yang tinggi terhadap asam dan basa (asian biomassa handbook, 2008).

Gambar 2.2 Stuktur Hemiselulosa (Susanto, 1998)2.2.2 Hemiselulosa Polisakarida dimana unit-unitnya adalah terdiri atas monosakarida dengan 5 karbon seperti D-xilosa, D-arabinosa dan monosakarida karbon-6 seperti D-manosa, D-galaktosa dan D glukosa. Jumlah monosakarida karbon-5 lebih banyak dibandingkan monosakarida karbon-6 dan rumus molekul rata-ratanya adalah (C5H8O4)n. Karena derajat polimerisasi (n) hemiselulosa adalah antara 50 sampai 200, yaitu lebih kecil dari selulosa, maka ia lebih mudah terurai dibandingkan selulosa, dan kebanykan hemiselulosa dapat larut dalam larutan alkali.Hemiselulosa yang umum adalah xilan, yang terdiri atas xilosa dengan ikatan 1, 4. Hemiselulosa yang lain adalah glukomanan, tetapi semua hemiselulosa beragam jumlahnya bergantung pada jenis pohon dan juga bagian tumbuhan itu sendiri (asian biomassa handbook, 2008).

Gambar 2.2 Stuktur Hemiselulosa (Susanto, 1998)2.2.3 Lignin Merupakan senyawa dimana unit komponennya, fenilpropana dan turunannya, terikat secara 3 dimensi. Strukturnya kompleks dan sejauh ini belum sepenuhnya dipahami. Gambar 2.3.1d menunjukkan unit komponennya. Struktur 3 dimensi yang kompleks ini menyebabkan ia sulit untuk diuraikan oleh mikroorganisme dan bahan-bahan kimia. Berdasarkan pengamatan ini, maka dapat disimpulkan bahwa lignin memberikan kekuatan mekanis dan juga perlindungan untuk tumbuhan itu sendiri. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dapat ditemukan secara universal dalam berbagai jenis biomassa dan merupakan sumber daya karbon alami yang paling berlimpah di bumi (asian biomassa handbook, 2008).2.2.4 Pati Seperti selulosa, pati merupakan polisakarida dimana unit komponennya adalah D-glukosa, tapi ia dihubungkan oleh ikatan -glikosida. Karena perbedaan dalam struktur ikatan, maka selulosa tidak larut dalam air sedangkan sebagian pati (lihat Gambar. 2.3 .1-b) dapat larut dalam air panas (amilosa, dengan bobot molekul antara 10.000 sampai 50.000, mencakup hampir 10% -20% dari pati) dan sebagian lagi tidak dapat larut (amilopektin, dengan bobot molekul antara 50.000 sampai 100.000, mencakup hampir 80% - 90% dari pati). Pati ditemukan di dalam biji, umbi (akar) dan batang, dan mempunyai nilai yang tinggi sebagai makanan (asian biomassa handbook, 2008). 2.2.5 Protein Protein merupakan senyawa makromolekul dimana asam amino dipolimerisasi dengan derajat yang tinggi. Sifat-sifatnya berbeda bergantung pada jenis dan rasio komponen asam amino dan derajat polimerisasi itu sendiri. Protein bukan merupakan komponen utama biomassa dan hanya meliputi proporsi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan 3 komponen yang sebelumnya (asian biomassa handbook, 2008).

2.2.6 Komponen-komponen lain (organik dan anorganik) Jumlah komponen organik yang lain berbeda bergantung pada jenis biomassa, tetapi ada juga komponen organik dengan jumlah yang tinggi seperti gliserida (contohnya minyak rapeseed, minyak sawit dan minyak sayur lainnya) dan sukrosa di dalam tebu dan gula bit. Contoh yang lain adalah alkaloid, pig men, terpena dan bahan berlilin. Meskipun komponen ini ditemukan dalam jumlah yang sedikit, namun memiliki nilai tambah yang tinggi sebagai ramuan obat. Biomassa tidak hanya terdiri atas senyawa organik makromolekul tetapi juga mengandung bahan anorganik (abu) dalam jumlah yang sangat kecil. Unsur logam primer termasuk Ca, K, P, Mg, Si, Al, Fe dan Na. Bahan dan jumlahnya berbeda bergantung pada jenis bahan baku (asian biomassa handbook, 2008).2.3 Fraksionasi BiomassaFraksionasi biomassa menggunakan pelarut organik banyak dikembangkan, karena lebih murah dan relatif ramah lingkungan, pelarutnya dapat di recovery serta cocok untuk proses skala menengah. Fraksionasi biomassa dengan pelarut organik juga dikenal dengan proses organosolv. Pelarut organik yang digunakan seperti alkohol, asam organik, ester, fenol dan keton. Proses organosolv juga telah menjadi salah satu proses alternatif dalam pembuatan pulp yang lebih ramah lingkungan dan dikenal dengan organosolv pulping.Pada proses fraksionassi biomassa dengan pelarut organik, proses delignifikasi dan proses hidrolisis polisakarida (terutama pada hemiselulosa) bisa terjadi secara serempak dalam suatu tahapan proses. Pelarut organik yang sering digunakan sebagai media fraksionasi biomassa adalah asam asetat dan asam format. Kelebihan asam asetat dan asam formiat adalah :1. Proses fraksionassi bisa dilakukan pada tekanan atmosfer2. Dapat dilakukan dengan ataupun tanpa katalis3. Sesuai untuk berbagai sumber biomassa4. Memiliki selektifitas yang tinggi terhadap proses delignifikasi dan mempertahankan selulosa terdegradasi5. Produk yang dihasilkan relatif ramah lingkungan2.4 Proses pembuatan PulpPembuatan pulp pada dasarnya dibagi menjadi dua yaitu pembuatan pulp mekanik dan pembuatan pulp secara kimia.1. Pembuatan secara mekanikMerupakan proses penyerutan kayu, dimana batang kayu setelah dikuliti diserut dalam batu asah yang diberi semprotan air untuk mempermudah penyerutan. Kelemahan pada proses ini adalah banyak serat kayu yang rusak. 2. Pembuatan secara kimia Merupakan proses penghilangan lignin dari batang kayu hingga serat-serat kayu mudah dilepaskan pada saat batang kayu dikeluarkan dari bejana pemasak (digester) atau setelah melewati perlakuan mekanik lunak. Pembuatan pulp secara kimia ada beberapa jenis berdasarkan sifatnya, antara lain:a. Pembuatan pulp sulfitPulp sulfit dengan rendemen tinggi dapat dihasilkan dengan proses sulfit bersifat asam, bisulfit atau sulfit bersifat basa. b. Pembuatan pulp sulfat (kraft)Proses ini menggunakan natrium sulfat yang direduksi didalam tungku pemulihan menjadi natrium sulfit, yang merupakan bahan kimia kunci yang dibutuhkan untuk delignifikasi.c. Pembuatan pulp soda Proses pembuatan pulp soda umumnya digunakan untuk bahan baku yang berasal dari limbah pertanian seperti merang, katebon, bagase serta kayu lunak.2.5 Proses OrganosolvOrganosolv merupakan proses pulping menggunakan bahan yang lebih mudah didegradasi seperti pelarut organik. Pada proses ini, penguraian lignin terutama disebabkan oleh pemutusan ikatan ester (Vila et al., 2003). Proses organosolv adalah proses pemisahan serat dengan menggunakan bahan kimia organik seperti metanol, etanol, aseton, asam asetat, dan asam formiat. Proses ini telah terbukti memberikan dampak yang baik bagi lingkungan dan sangat efisien dalam pemanfaatan sumber daya hutan. Dengan menggunakan proses organosolv diharapkan permasalahan lingkungan yang dihadapi oleh industri pulp dan kertas akan dapat teratasikarena proses organosolv memberikan beberapa keuntungan, antara lain :1. Yield pulp yang dihasilkan tinggi2. Daur ulang lindi hitam dapat dilakukan dengan mudah3. Tidak menggunakan unsur sulfur sehingga lebih aman terhadap lingkungan4. Dapat menghasilkan by-products (hasil sampingan) berupa lignin dan hemiselulosa dengan tingkat kemurnian tinggi5. Dapat mengurangi biaya produksi secara ekonomis6. Dapat dioperasikan pada kapasitas kecil yaitu sekitar 200 ton pulp per hari.Penelitian mengenai penggunaan bahan kimia organik sebagai bahan pemasak dalam proses pulping sebenarnya telah lama dilakukan. Ada berbagai macam jenis proses organosolv, namun yang telah berkembang pesat pada saat ini adalah proses alcell (alcohol cellulose) yaitu proses pulping dengan menggunakan bahan kimia pemasak alkohol, proses acetocell (menggunakan asam asetat) dan proses organocell (menggunakan metanol) (Jenny, 1994).

2.6 Proses AcetosolvPenggunaan asam asetat sebagai pelarut organik disebut dengan proses acetosolv. Proses acetosolv dalam pengolahan pulp memiliki beberapa keunggulan, antara lain bebas senyawa sulfur, daur ulang limbah dapat dilakukan hanya dengan metode penguapan dan nilai hasil daur ulangnya jauh lebih mahal dibanding dengan hasil daur ulang limbahkraft. Keuntungan dari proses acetosolv adalah bahan pemasak yang digunakan dapat diambil kembali tanpa adanya proses pembakaran bahan bekas pemasak. Selain itu, proses ini dapat dilakukan tanpa menggunakan bahan-bahan organik.Proses alcell telah dikembangkan pada industri di beberapa negara misalnya di Kanada dan Amerika Serikat. Proses acetocell mulai diterapkan dalam beberapa pabrik di Jerman pada tahun 1990-an. Proses alcell yang telah beroperasi dalam skala pabrik di New Brunswick (Kanada) terbukti mampu manghasilkan pulp dengan kekuatan setara pulp kraft, menghasilkan yield yang tinggi dan sifat pendauran bahan kimia yang sangat baik (villa et, al 2010)2.7 Proses FormosolvSebagai proses yang murah dan mudah tersedia pelarut organik, asam formiat menunjukkan potensi sebagai agen kimia untuk fraksionasi biomassa. Selama terjadi proses pembentukan pulp dengan pelarut asam formiat, lignin larut ke dalam cairan hitam karena terjadi pembelahan lignin -o-4 obligasi, sementara hemiselulosa terdegradasi menjadi mono- dan oligosakarida, meninggalkan padatan selulosa dalam residu. Ketika air ditambahkan ke cairan, lignin mengendap dan memisahkan dari cairan hitam. Setelah menghasilkan pulp, asam formiat dapat direcycle dengan proses distilasi untuk digunakan kembali. Fraksionasi dengan asam formiat dapat dilakukan dengan konsentrasi 60-90%, dan suhu 80-120oC. Tekanan 1-1,7 atm. Pada temperatur 80oC asam formiat kurang reaktif terhadap lignin dan hidrolisis hemiselulosa, sedangkan pada temperatur 107-110oC asam formiat sangat reaktif terhadap lignin sehingga proses delignifikasi berjalan dengan cepat, akan tetapi hidrolisis terhadap polisakarida juga terjadi terutama terhadap hemiselulosa dan selulosa.Asam formiat sebagai pelarut memiliki beberapa kelebihan, antara lain:1. Proses fraksionasi dapat dilakukan pada temperatur dan tekanan yang relatif rendah2. Cocok untuk banyak sumber biomassa3. Mempunyai selektivitas yang tinggi terhadap proses delignifikasi dan mempertahankan selulosa ( villa et, al 2010)