Hibah Bersaing 2014.Ethanol

of 45

  • date post

    05-Jul-2018
  • Category

    Documents

  • view

    229
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Hibah Bersaing 2014.Ethanol

  • 8/16/2019 Hibah Bersaing 2014.Ethanol Lignoselulosa.edit2

    1/45

    1

    USULAN

    PENELITIAN HIBAH BERSAING

    JUDUL PENELITIAN

    STUDI PEMBUATAN BIO ETHANOL DARI

    LIGNOSELULOSA SABUT KELAPA MENGGUNAKAN TEKNIK HIDROLISIS

    ENZIM DENGAN PRETREATMENT IONIC LIQUID 

    TIM PENGUSUL :

    Hanny F. Sangian, M.Si

    NIP : 196910221998031007

    NIDN : 0022106902

    Anggota Prof. Dr. Ir. Arief Widjaja, M. Eng

    NIP : 196605231991021001

    NIDN : 0023056605 

    UNIVERSITAS SAM RATULANGI MANADO

    JUNI 2013 

    Kode/Nama Rumpun Ilmu:111/ Fisika

  • 8/16/2019 Hibah Bersaing 2014.Ethanol Lignoselulosa.edit2

    2/45

    2

  • 8/16/2019 Hibah Bersaing 2014.Ethanol Lignoselulosa.edit2

    3/45

    3

    DAFTAR ISI Hal

      Ringkasan 4

    BAB 1. PENDAHULUAN 4

    1.1. Latar Belakang 4 1.2. Perumusan Masalah 7 1.3. Tujuan Penelitian 7

    BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 8 2.1. Bahan Lignoselulosa 8 2.2. Delignifikasi dan Pretreatment Lignoselulosa 9 2.3. Komposisi Sabut Kelapa 10 2.4. Sintesis Ionic Liquid dan Analisis 10 2.5. Pretreatment Lignoselulosa dengan Ionic Liquid 10 2.6. Hidrolisis Enzimatik 11

    Enzim Xylanase 12Enzim Selulase 12

    BAB 3. METODE PENELITIAN 14 3.1. Persiapan Bahan Baku Lignoselulosa Sabut Kelapa 14 3.2. Sintesis Ionic Liquid 1,3-methylmethylimidazoliumdimethylphosphate 14 3.3. Analisis Komposisi Kimia Lignoselulosa Sabut Kelapa 15 3.4. Pretreatment Lignoselulosa sabut kelapa dengan Ionic liquid 16 3.5. Tahap Pretreatment  sabut kelapa dengan basa (alkalin) 17 3.6. Tahap Pretreatment Sabut Kelapa + Alkalin+Ionic liquid 17 3.7. Hidrolisis selulosa dan hemiselulosa menjadi glukosa dan xylosa dan Analisis 17

    Fishbone 18 3.8. Fermentasi Glukosa dan Xylosa Menjadi Bio Ethanol 19

    BAB 4. BIAYA PENELITIAN DAN JADWAL PENELITIAN 19

    DAFTAR PUSTAKA 21

    LAMPIRAN-LAMPIRAN 23 Lampiran 1. Justifikasi Anggaran Penelitian 23 Lampiran 2. Sarana dan Prasarana 26 Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim Peneliti dan Pembagian Tugas 28

    Lampiran 4. Biodata dan Anggota Tim Peneliti 29

    Lampiran 5. -

    Lampiran 6. Surat Pernyataan Ketua Peneliti 45 

  • 8/16/2019 Hibah Bersaing 2014.Ethanol Lignoselulosa.edit2

    4/45

    4

    Ringkasan

    Penelitian ini adalah kelanjutan dari penelitian sebelumnya yang telah dilakukan yaitu,  pembuatan etanol medis (75%), industri (96%) serta fuel grade (99%) dari bahan baku nira aren, ubi kayu, jagung dan sagu. Namun, bahan baku yang digunakan berbasis makanan yang telah dilarang oleh PBB untuk dikonversi menjadi bahan bakar etanol. Pada tahun I,

     penelitian ini telah berhasil membuat gula dari bahan lignoselulosa. Rencana penelitian tahun II adalah memfermentasi gula yang didapat menjadi bahan bakar etanol. Bahan lignoselulosa (sabut kelapa) adalah material yang sangat potensial untuk dikembangkan untuk pembuatan

     bahan bakar etanol. Namun demikian, permasalahan utama untuk mengkonversi bahan selulosa ((C 6  H 10O5 )n, 1,50 g/cm³)  menjadi gula adalah mereka terikat oleh lignin dan struktur selulosa berbentuk kristal yang dilindungi dengan kuat oleh ikatan hidrogen. Ada

     beberapa usaha yang telah dilakukan untuk menghancurkan lignin dan merusak struktur kristal selulosa (kemudian disebut pretreatment ) sehingga enzim dengan mudah memutuskan ikatan β-glikosida untuk membentuk gula. Teknik asam telah dilakukan masing-masing untuk melarutkan lignin dan merusak struktur kristal selulosa. Akhir-akhir ini teknik sub dan super

    kritis telah diaplikasikan tidak hanya menghancurkan lignin tapi juga langsung memutuskanikatan  β -glikosida  selulosa. Namun demikian metode-metode yang dijelaskan di atas menghadapi masalah, yaitu bahan kimia asam sulit didaur ulang sehingga teknik ini mahal dan mencemari lingkungan. Sedangkan teknik sub dan super kritis (70-300 bar ) sangat sulit diaplikasikan dalam level  scale up  (industri) karena pertimbangan keamanan dan biaya. Kajian kami sedang melakukan pretreatment bahan-bahan lignoselulosa dengan menggunakan ionic liquid (IL) 1,3-methylmethylimidazolium dimethyl phosphate, [MMIM][DMP], yang dilakukan pada kondisi moderat, tekanan atmosfir dan temperatur di

     bawah 150oC . Adapun tahapan riset yaitu: (i) Produksi larutan ionic liquid (ii) Pretreatment sabut kelapa dengan ionic liquid (iii) Hidrolisis selulosa dan hemiselulosa menjadi glukosa dan xilosa oleh enzim selulase dan xilanase. iv Fermentasi gula menjadi etanol dengan enzim

    saccharomyces cerevisiae. Degradasi oleh enzim selulase dilakukan bersama dengan enzim xilanase dengan tujuan agar terjadi sinergi untuk mengoptimalkan yield  gula yang dihasilkan. Pengukuran ionic liquid menggunakan uji NMR (nuclear magnetic resonance) dan FTIR ( fourier transform infra red ); struktur Kristal menggunakan pengukuran FTIR dan XRD ( X- ray diffraction); gula dan etanol menggunakan HPLC (high performance liquid chromatography) dan DNS (dinitrosalicylic acid ).

    Kata kunci: Ionic liquid, sabut kelapa, enzim, gula, etanol dan lignoselulosa

    BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

    Akhir-akhir ini isu pemanasan global yang disebapkan oleh emisi gas rumah kaca

    terutama CO2 akibat pembakaran bahan bakar fosil mendapat perhatian yang sangat luas dari

     berbagai pihak karena menyangkut keberlangsungan kehidupan di bumi ini. Peningkatan

    temperatur global pada permukaan bumi disebabkan oleh radiasi gelombang infra merah

    yang terperangkap dalam atmosfer sehingga terjadi transfer energi elektromagnetik ke energi

     panas. Pemanasan global telah mengakibatkan kerugian ekonomi yang tidak sedikit karena

    adanya banjir, kelaparan, musim panas berkepanjangan dan gagal panen. Kerugian ekonomi

  • 8/16/2019 Hibah Bersaing 2014.Ethanol Lignoselulosa.edit2

    5/45

    5

    diperkirakan naik setiap tahun dan akan mencapai angka 600 milyard dolar per tahun pada

    15 tahun depan (Akorede dkk., 2012). Akumulasi gas CO2 yang tak terkendali di atmosfer

     bumi dipandang sebagai variabel penggerak pemanasan global (Viola dkk., 2010). Bahan

     bakar fosil seperti, minyak bumi, batubara dan gas masih merupakan sumber energi utama

    dunia sekarang ini. Seberapa besar cadangan energi fosil dunia dan kapan sumber energi ini

    akan habis adalah merupakan pertanyaan yang fundamental dan perlu dijawab secara ilmiah.

    Formla baru yang digunakan untuk menghitung seberapa lama sumber energi fosil akan habis

    menggunakan model Klass. Telah dilakukan perhitungan dengan model ini mendapatkan

     bahwa waktu habis sumber minyak, batubara dan gas masing-masing 35, 107 dan 37 tahun

    (Shafiee dkk., 2009).

    Maka perlu dicari sumber energi baru dan terbarukan yang ramah lingkungan baik

     pemrosesan dan penggunaannya. Sumber energi yang tersedia melimpah di permukaan bumi

    adalah lignoselulosa. Bahan ini disintesis secara biologis melalui fotosintesis dengan laju

     produksi 1011  ton per tahun (Fessenden dkk., 1998). Bahan ini yang kemudian dapat

    dihidrolisis menjadi gula dan selanjutnya difermentasi membentuk bahan bakar etanol.

    Bahan lignoselulosa adalah bahan yang terdapat dalam tanaman yang tersusun atas

    selulosa, hemiselulosa dan lignin. Struktur selulosa dilihat dari sambungan β-glikosida

    memberikan orientasi monomer-monomer glukosa yang terikat kuat satu sama lainnya.

    Ikatan-ikatan satu sama lain tersebut sering juga disebut ikatan glikosida β(1→4 ) (Zumdahl,

    1992). Molekul selulosa seluruhnya berbentuk linear dan mempunyai kecenderungan kuat

    membentuk ikatan hidrogen antar molekul. Sebagai akibat dari struktur yang berserat dan

    ikatan-ikatan hidrogen yang sangat kuat, selulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan

    tidak larut dalam kebanyakan pelarut (Sjöstrom, 1998). Kajian dari beberapa laporan paper

     bahwa selulosa mempunyai struktur teratur (kristalin), maka selulosa sulit untuk didegradasi

    menjadi gula sederhana melalui teknik konvensional hidrotermal maupun enzimatik (Toor

    dkk., 2011).

    Disamping selulosa dalam kayu maupun jaringan tanaman lainnya terdapat sejumlah

     polisakarida yang disebut poliosa atau hemiselulosa. Hemiselulosa adalah bagian

     polisakarida yang cukup banyak terdapat pada tanaman dan sebagai sampah pada industri-

    industri etanol berbasis pati dan gula. Hemiselulosa tersusun atas polimer heterogen dan

    mempunyai sifat fermentasi yang rendah pada kerja mikroba dan material ini merupakan

     penyusun 20-40% biomass tanaman. Polimer ini tersusun atas berbagai unit gula, rantai lebih

     pendek dan mempunyai percabangan rantai molekul yang tidak teratur (Girio dkk., 2010). Karena berbentuk amorphous, hemiselulosa (atau xylan) mempunyai derajat kristalin yang

  • 8/16/2019 Hibah Bersaing 2014.Ethanol Lignoselulosa.edit2

    6/45

    6

    lebih rendah dari pada selulosa lebih mudah untuk didegradasi menjadi gula sederhana

    melalui teknik hidrotermal maupun enzimatik (Fengel, dkk., 1985).

    Indonesia merupakan negara agraris yang menghasilkan beragam hasil pertanian yang

    melimpah . Salah satu hasil pertanian yang menonjol di Indonesia adalah kelapa. Sabut dari

     buah kelapa masih dikembangkan sebatas sebagai media tanaman dan produk kerajinan

    sisanya akan menjadi limbah dengan kontribusi yang sangat besar dari volume total sampah

    domestik. Hal ini menunjukan bahwa proses pengembangan sabut kelapa untuk menaikkan

    nilai ekonomisnya masih belum maks