PEMBUATAN BIOETHANOL DARI TANDAN KOSONG KELAPA …
43
PEMBUATAN BIOETHANOL DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT MELALUI PROSES FUNGAL TREATMENT OLEH Aspergillus niger DAN FERMENTASI OLEH Zymomonas mobilis RINA ANDAYANI RINA ANDAYANI RINA ANDAYANI RINA ANDAYANI Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Oleh Oleh Oleh Oleh: : :
Transcript of PEMBUATAN BIOETHANOL DARI TANDAN KOSONG KELAPA …
PEMBUATAN BIOETHANOL DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
MELALUI PROSES FUNGAL TREATMENT OLEH Aspergillus nigerDAN FERMENTASI OLEH Zymomonas mobilis
RINA ANDAYANIRINA ANDAYANIRINA ANDAYANIRINA ANDAYANI
Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Laboratorium Pengolahan Limbah Industri Laboratorium Pengolahan Limbah Industri
OlehOlehOlehOleh::::
Latar Belakang
Cadangan minyak bumi menipis
Renewable energy
BioethanolBioethanol
Tandan Kosong Kelapa Sawit
Sellulosa
Glukosa
Aspergillus niger
Zymomonas mobilis
Potensi Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebagai
bahan baku alternatif pembuatan bioethanol dengan
menggunakan fungi Aspergillus niger pada proses
degradasi selulosa dan bakteri Zymomonas mobilis pada
Rumusan Permasalahan
degradasi selulosa dan bakteri Zymomonas mobilis pada
proses fermentasi.
Tujuan Penelitian
1. Memanfaatkan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebagai bahan baku pembuatan biethanol.
2. Mendapatkan kondisi optimal untuk proses fungal treatment dengan fungi Aspergillus niger berupa kombinasi rasio volume larutan NaOH terhadap massa TKKS dan persentase penambahan suspensi TKKS dan persentase penambahan suspensi Aspergillus niger yang digunakan.
3. Mendapatkan persentase penambahan suspensi Zymomonas mobilis yang terbaik pada proses fermentasi.
4. Mendapatkan kadar dan yield ethanol terbaik dan parameter kinetika reaksi pembentukan glukosa dan ethanol dari kombinasi variable penelitian.
1. Memberikan alternatif penggunaan biethanol sebagai
salah satu sumber energi alternatif sekaligus
penanganan limbah berserat, yaitu Tandan Kosong
Kelapa Sawit (TKKS).
2. Mengetahui kondisi optimal kinerja fungi Aspergillus
Manfaat Penelitian
2. Mengetahui kondisi optimal kinerja fungi Aspergillus
niger pada fungal treatment limbah TKKS dan bakteri
Zymomonas mobilis, sehingga diharapkan dapat
diterapkan pada produksi biethanol skala besar.
Batasan Masalah
1.Bahan baku pembuatan biethanol yang digunakan
adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS).
2.Fungal treatment menggunakan fungi Aspergillus niger.
3.Proses fermentasi secara batch dengan menggunakan3.Proses fermentasi secara batch dengan menggunakan
bakteri Zymomonas mobilis.
Penelitian TerdahuluNo Peneliti Jurnal Hasil
1 P. Gunasekaran,
K. Chandra Raj,
1999
Ethanol fermentation
technology – Zymomonas
mobilis, Current Science Vol.
77 (1), 56-68.
Dalam produksi ethanol dari
glucose dan starch hydrolysate,
Z. mobilis menghasilkan yield
yang lebih tinggi daripada S.
cerevisiae.
2 M. Inuwa Ja’aaru,
Obasola Ezekiel F.,
2007
Cellulase Production and
Enzymatic Hydrolysis of
Some Selected Local
Lignocellulosic Material by
A Strain of Aspergillus
niger, Research Jurnal of
Biological Science 2 (1): 13-
16.
Pretreatment lignocellulosic
material dengan larutan NaOH
meningkatkan kemampuan
A.niger untuk memproduksi
cellulase.
TINJAUANTINJAUANTINJAUANTINJAUAN PUSTAKAPUSTAKAPUSTAKAPUSTAKA
Cellulotic Material
Bahan-bahan yang mengandung serat (cellulose):• TKKS• Bagasse• Rumput• Jagung• Sampah Organik• Sampah Organik
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)• Limbah padat lignoselulosa industri perkebunan kelapa
sawit
• Tingkat ketersediaan yang berlimpah setiap tahun
• Luas areal kelapa sawit Indonesia tahun 2008 = 6.78 juta ha dan
Produksi CPO tahun 2008 = 17.37 juta ton.
• Limbah TKKS di Indonesia mencapai 20 juta ton• Limbah TKKS di Indonesia mencapai 20 juta ton
(Dirjen Perkebunan)
Tabel 2.1 Kandungan Tandan Kosong Kelapa Sawit
Komponen % Berat
Cellulose
Hemicellulose
41,3-46,5
25,3-33,8Hemicellulose
Lignin
25,3-33,8
27,6-32,5
(Sudiyani, 2009)
Cellulose (C6H10O5)n• Polymer linear penyusun utama dinding
sel tumbuhan.
• DP dari cellulose antara 500 – 25.000
• Polimer cellulose terdiri dari D-glucose β-
1,4 membentuk rantai panjang yang tidak
larut (microfibril).
• Berupa kristal yang dikelilingi oleh • Berupa kristal yang dikelilingi oleh
amorphous cellulose, hemicellulose dan
lignin (lignocellulose).
Produksi EthanolDihasilkan dengan konversi :
• Gula : tebu atau bit,
• Pati : jagung, gandum, kentang, atau ubi kayu
• Cellulose : biomass,
melalui fermentasi diikuti dengan distilasi
eglucellulose cellulase cos →
ethanolglucose
22 252
.
6126 COOHHCOHC mobilisZ+ →
1. Pretreatment untuk memecah / menguraikan lignin
dan membuka struktur kristal cellulose
2. Hidrolisa untuk memecah cellulose menjadi glucose
3 tahapan utama konversi lignocellulotic material menjadi ethanol:
2. Hidrolisa untuk memecah cellulose menjadi glucose
3. Fermentasi glucose menjadi ethanol.
Pretreatment Lignocellulose
Tujuan :
• menguraikan lignin dan hemicellulose
• reduksi kristal cellulose
• meningkatkan porositas bahan.
PRETREATMENT
LIGNOCELLULOTIC
MATERIAL
Physical
pretreatment
Mechanical
Pyrolysis
Physico-chemical
pretreatment
Steam Explosion (Autohydrolysis)Ammonia Fiber Explosion (AFEX)CO2 Explosion
MATERIAL
Biological
pretreatmentChemical
pretreatment
OzonolysisAcid HydrolysisAlkaline Hydrolysis
Organosolv ProcessOxidative Delignification
Aspergillus niger• Jamur berfilamen yang membentuk koloni yang terdiri
atas felt putih atau kuning diselimuti oleh spora jamur yang
dihasilkan secara asexual yang berwarna gelap.
• Ditemukan pada lingkungan mesofilik
• Memproduksi tiga klas enzim endoglucanases,
cellobiohydrolases, dan β-glucosidases
→ mendegradasi cellulose.→ mendegradasi cellulose.
• Cellulase dapat mendegradasi cellulose hingga
mencapai oligosakarida yang lebih kecil dan molekul
glucose
• Tiga jenis komponen dalam cellulase yang memiliki
fungsi spesifik dalam tahapan degradasi cellulose, yaitu:
1. Endo–1,4–β–glucanase (EG) � memotong secara
Cellulase
1. Endo–1,4–β–glucanase (EG) � memotong secara
random ikatan 1,4–β dalam rantai cellulose.
2. Ekso–1,4–β–glucanase (ekso–1,4–β–D–glucan
cellobiohydrolase, CBH) � membebaskan glucose
dan cellobiose dari rantai cellulose.
3. 1,4–β–glucosidase � menghidrolisa cellobiose
menjadi glucose
Zymomonas mobilisKelebihan Z. mobilis atas yeast sebagai berikut:
• uptake gula dan yield ethanol yang lebih tinggi,
• toleransi terhadap ethanol yang lebih tinggi,
• tidak memerlukan tambahan oksigen terkontrol selama
fermentasi
• kemungkinan untuk manipulasi genetik. kemungkinan untuk manipulasi genetik.
→ alternatif dalam produksi bahan bakar etanol skala besar
METODOLOGI METODOLOGI METODOLOGI METODOLOGI
PENELITIANPENELITIANPENELITIANPENELITIANPENELITIANPENELITIANPENELITIANPENELITIAN
Penelitian dilakukan secara batch di Laboratorium
Pengolahan Limbah Industri, Jurusan Teknik Kimia,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya,
menggunakan TKKS dari PT. Sajang Heulang Angsana
Mini Factory. Sedangkan biakan murni Aspergillus nigerMini Factory. Sedangkan biakan murni Aspergillus niger
dan Zymomonas mobilis diperoleh dari Laboratorium
Mikrobiologi, Jurusan Biologi, Universitas Airlangga,
Surabaya.
Variabel Tetap
Massa TKKS : 500 gram
Rasio TKKS : air : 1 : 8
Lama fermentasi : 48 jam
Variabel Penelitian
Variabel Berubah
Rasio NaOH 0,25 M : 1:0, 1:5, 1:10 (w TKKS/v NaOH)
Aspergillus niger : 20 %, 30 % (v/v)
Zymomonas mobilis : 10 %, 20 % (v/v)
Analisa pendahuluan limbah
• Kadar selulosa, hemiselulosa, lignin dan glukosa
Analisa Parameter Penelitian
• Kadar lignin setelah pretreatment NaOH
Parameter yang Dianalisa
• Kadar lignin setelah pretreatment NaOH
• Kadar selulosa, hemiselulosa, dan glukosa setelah
fungal treatment
• Kadar glukosa dan ethanol setelah fermentasi
TKKS dicuci, dikeringkan, digiling
Pembuatan bubur TKKS dengan
Pretreatment TKKS
• Penambahan larutan NaOH 0,25 M
• 1 jam pada 121ºC
Prosedur Kerja
Analisa selulosa, hemiselulosa,
lignin dan glukosa
Analisa lignin
Pembuatan bubur TKKS dengan
mencampur TKKS dan air dengan
rasio berat 1:8
Fungal Treatment
• Fungi: Aspergillus niger
• Aerasi
• Suhu 50°C, pH 5
Penambahan asam/basa
untuk pengaturan pH
Analisa selulosa, hemiselulosa,
dan glukosa
Analisa selulosa, hemiselulosa,
dan glukosa
Penyaringan
Fermentasi
• Bakteri: Zymomonas mobilis
• Suhu 30°C, pH 5
• Waktu operasi 48 jam
Pembuatan starter
Produk (Ethanol)
Analisa glukosa, ethanol
Perhitungan Yield
• Yield glukosa hasil fungal treatment =
• Yield ethanol setelah fermentasi =
TKKSmassa
glukosamassa
• Yield ethanol setelah fermentasi =
fermentasisebelumglukosamassa
fermentasihasilethanolmassa
Gambar Tangki Fungal Treatment
Keterangan Gambar :
1. Tangki fungal pretreatment
2. Waterbath
3. Heater
4. Aerator
5. Valve
6. Pengaduk
Gambar Fermentor
Keterangan Gambar :
1. Fermentor1. Fermentor
2. Stirer
3. Valve
HASIL PENELITIANHASIL PENELITIANHASIL PENELITIANHASIL PENELITIAN
Kadar
Lignin 29,08 %
Komposisi TKKS
Selulosa 45,16 %
Hemiselulosa 24,64 %
DELIGNIFIKASI
Kadar Lignin setelah Pretreatment
dengan Larutan NaOH
FUNGAL TREATMENT
Hasil analisa kadar glukosa dalam bubur TKKS
setelah fungal treatment
Kadar Glukosa pada Fungal Treatment
Tanpa Pre Treatment dengan Larutan NaOH
Kadar Glukosa pada
Fungal Treatment
dengan Pretreatment
Larutan NaOH 1:5
(w TKKS/v NaOH)
Kadar Glukosa pada
Fungal Treatment
dengan Pretreatment
Larutan NaOH 1:10
(w TKKS/v NaOH)
Kadar Glukosa
Setelah Proses
Fungal Treatment
Yield Glukosa
Setelah Proses
Fungal Treatment
Persen Degradasi
Selulosa Setelah Proses
Fungal Treatment
Persen Degradasi
Hemiselulosa Setelah
Proses Fungal Treatment
• Kadar glukosa tertinggi diperoleh pada fungal treatment dengan pretreatment larutan NaOH 1:5 (w TKKS/v NaOH) dan penambahan suspensi Aspergillus niger 30% (v/v) yaitu kadar glukosa 0,52 % dan yield 68,3 mg glukosa/g TKKS.
Kadar Ethanol
pada tahap Fermentasi
FERMENTASI
pada tahap Fermentasi
dengan Zymomonas mobilis
Persen Konversi Glukosa
setelah Proses Fermentasi
Yield Ethanol setelah
Proses Fermentasi
• Kadar ethanol tertinggi diperoleh pada proses fermentasi dengan penambahan suspensi Zymomonas mobilis 10% (v/v) yaitu kadar ethanol 0,14 % dan yield mobilis 10% (v/v) yaitu kadar ethanol 0,14 % dan yield 0,29 g ethanol/g glukosa.
Parameter Kinetika Reaksi Pembentukan Glukosa
KM (g/ml) rmax (g/ml.jam)
Tanpa pretreatment, 20% A.niger 0,310 9,85E-05Tanpa pretreatment, 20% A.niger 0,310 9,85E-05
Tanpa pretreatment, 30% A.niger 0,164 6,58E-05
1:5 (w TKKS/v NaOH), 20% A.niger 0,059 6,18E-05
1:5 (w TKKS/v NaOH), 30% A.niger 0,026 5,53E-05
1:10 (w TKKS/v NaOH), 20% A.niger 0,043 5,78E-05
1:10 (w TKKS/v NaOH), 30% A.niger 0,015 4,50E-05
Parameter Kinetika Reaksi Pembentukan Ethanol
KM
(g/ml)
rmax
(g/ml.jam)(g/ml) (g/ml.jam)
10% Zymomonas mobilis 0,0015 7,60E-05
20% Zymomonas mobilis 0,0153 3,34E-04
KESIMPULAN• Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dapat dijadikan bahan baku pembuatan bioethanol melalui proses fungal treatment oleh Aspergillus niger dan fermentasi oleh Zymomonas mobilis.
• Kondisi optimal untuk proses fungal treatment dengan fungi Aspergillus niger adalah dengan pretreatment larutan NaOH 1:5 (w TKKS/v NaOH) dan penambahan suspensi Aspergillus niger 30% TKKS/v NaOH) dan penambahan suspensi Aspergillus niger 30% (v/v), dimana dari kombinasi variabel tersebut diperoleh kadar glukosa teringgi yaitu 0,52 % dan yield 68,3 mg glukosa/g TKKS Dengan parameter kinetika yaitu KM sebesar 0,026 g/ml dan rmax sebesar 5,53E-05 g/ml.jam.
• Kadar ethanol tertinggi diperoleh pada proses fermentasi dengan penambahan suspensi Zymomonas mobilis 10% (v/v) yaitu kadar ethanol 0,14 % dan yield 0,29 g ethanol/g glukosa. Dengan parameter kinetika yaitu KM sebesar 0,0015 g/ml dan rmax sebesar 7,60E-05 g/ml.jam.
TERIMA TERIMA
KASIHKASIHKASIHKASIH
