BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Pada masa sekarang dimana kecenderungan pemakaian bahan bakar sangat tinggi

sedangkan sumber bahan bakar minyak bumi yang dipakai saat ini semakin menipis. Perlu

adanya alternatif lain bahan yang dapat digunakan sebagai pengganti minyak bumi. Penggunaan

etanol sebagai pengganti minyak bumi. Penggunaan etanol sebagai bahan bakar merupakan

salah satu jalan pemecahan masalah energi pada saat ini.

Saat ini sedang diusahakan secara intensif pemanfaatan bahan-bahan yang mengandung

serat kasar dengan kandungan karbohidrat yang tinggi, dimana semua bahan yang mengandung

karbohidrat dapat diolah menjadi etanol. Misalnya kayu, umbi kayu, ubi jalar, pisang, kulit

pisang dan lain-lain. Etanol dapat dihasilkan dari tanaman yang banyak mengandung senyawa

selulosa dengan menggunakan bantuan dari aktivitas mikroba.

Kayu merupakan jenis tumbuhan tropis yang sangat banyak dijumpai di Indonesia, tetapi

hasil dari proses industri penggergajian kayu kebanyakan menyisakan limbah padat berupa

serbuk gergaji dan serpihan kayu yang terbuang menumpuk di suatu lokasi tertentu yang dapat

mengganggu kondisi lingkungan sekitar, sehingga diperlukan penanganan terhadap limbah

padat hasil penggergajian kayu tersebut. Berdasarkan komposisi kimia kayu kandungan yang

paling banyak adalah karbohidrat, dalam hal ini adalah selulosa yang dapat diolah menjadi

etanol. Mengingat akan hal tersebut dan prospek yang baik di masa yang akan datang, maka

penyusun mencoba mencari peluang untuk memanfaatkan kayu sebagai bahan baku dalam

pembuatan etanol.

B. TUJUAN PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan mendapatkan kondisi yang terbaik pada proses pengolahan limbah

kayu menjadi etanol dengan proses fermentasi dengan variabel perbandingan berat serbuk kayu

dengan yeast Saccharomyces cereviseae dan waktu fermentasi.

C. TINJAUAN PUSTAKA

1. Limbah Kayu

Limbah kayu ada bermacam-macam yaitu :

a. Limbah pemotongan kayu,

b. Limbah penggergajian kayu,

c. Limbah kayu karet.

1

Limbah kayu yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kayu hasil

peggergajian kayu, dimana pada industri penggergajian kayu 40% yang menjadi limbah

terdiri dari serbuk gergaji (15%) dan serpihan kayu (25%).

Menurut Sjostrom (1995), kayu memiliki komposisi sebagai berikut :

a. Selulosa : 40% - 50%,

b. Hemiselulosa : 20% - 30%

c. Lignin : 25% - 30%

Pada penelitian ini serbuk gergaji yang diteliti setelah dianalisis mempunyai kandungan

selulosa, lignin, pentosan, air dan abu. Untuk kadar selulosa didapat 48,8935%, kadar lignin

28,8977%, kadar abu 2,09435%, kadar air 6,015%, kadar pentosan 14,09945%.

2. Selulosa

Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan bahan

alam yang paling penting yang dibuat oleh organisme hidup. Selulosa terdapat pada semua

tanaman dari pohon bertingkat tinggi hingga organisme primitif seperti rumput laut,

flagellate dan bakteri. Selulosa merupakan komponen kayu yang terbesar, yang dalam kayu

lunak dan kayu keras jumlahnya mencapai hampir setengahnya. Selulosa merupakan

polimer linier dengan berat molekul tinggi yang tersusun seluruhnya atas ß-D-glukosa.

Karena sifat-sifat kimia dan fisikanya maupun struktur utama dinding sel tumbuhan.

Didalam kayu, selulosa juga terikat erat dengan poliosa dan lignin dan pemisahannya

memerlukan perlakuan kimia yang intensif. Untuk memperoleh selulosa murni 100% dari

kayu, alfa selulosa harus mengalami perlakuan intensif lebih lanjut, seperti hidrolisis parsial,

pelarutan dan pengendapan. Selulosa merupakan bahan dasar dan banyak produk teknologi

(kertas, film, serat, aditif dan sebagainya).

(Fenger dan Wegner, 1995)

3. Yeast

Mikroba yang dapat berperan dalam proses fermentasi dalah bakteri, yeast dan jamur

benang. Dari tiga golongan ini yang berperan dalam proses fermentasi alkohol dari bahan

bergula adalah jenis yeast. Terutama genus Saccharomyces seperti : Saccharomyces

cereviseae, Saccharomyces carlbergensis, Saccharomyces anamensisi dan

Schizosaccharomyces pombe.

4. Etanol

Etanol merupakan pelarut pada pembuatan pernis, pelarut bagi bahan organik lainnya

seperti minyak wangi dan digunakan sebagai komponen utama dalam spiritus. Pada

labotarium dan industri digukan sebagai pelarut (Sa’id, 1987).

2

Etanol dapat dihasilkan dari tanaman yang banyak mengandung selulosa dengan

menggunakan bantuan dari aktivitas mikroba. Etanol merupakan senyawa organik yang

mengandung gugus hidroksida dan mempunyai rumus umum CnH2n+1OH. Istilah etanol

dalam industri disebut juga etil alkohol yang gugus hidroksilnya terikat pada atom karbon

primer.

Sifat-sifat etanol yang mudah menguap, mudah terbakar, berbau spesifik, cairannya

tidak berwarna dan mudah larut dalam air, eter, chloroform dan aseton.

Pembuatan alkohol antara lain dengan sintesa dari etilen, fermentasi etanol dengan

bantuan mikroba dan lain-lainnya.

D. LANDASAN TEORI

Produk etanol diarahkan untuk sumber energi, sehingga serbuk kayu yang mengandung

alfa selulosa dapat diproses menjadi etanol. Tahapan dalam proses pengolahan serbuk kayu

menjadi etanol ada 2 tahap yaitu :

1. Proses Hidrolisis

Hidrolisis adalah reaksi kimia antara air dengan suatu zat lain yang menghasilkan satu

zat baru atau lebih dan juga dekomposisi suatu larutan dengan menggunakan air. Proses ini

melibatkan pengionan molekul air ataupun penguraian senyawa lain.

(Pudjaatmaka dan Qodratillah, 2002)

Hidolisis dalam penelitian ini menggunakn alfa selulosa untuk memperoleh alfa

selulosa murni 100% untuk diubah menjadi glukosa.

Persamaan reaksi hidrolisis :

H2SO4

C6H10O5 + H2O C6H12O6

T=100°C, t=3 jam (selulosa) (air) (glukosa)

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah :

a. Waktu hidrolisis

Semakin lama waktu hidrolisis maka glukosa yang dihasilkan semakin besar.

Dalam penelitian ini digunakan waktu hidrolisis selama 3 jam.

b. Suhu

Semakin tinggi suhu hidrolisis maka glukosa yang dihasilkan semakin besar,

sampai mencapai suhu didih campuran yaitu 100°C.

c. Kecepatan pengadukan

3

Semakin cepat kecepatan pemngadukan maka hasil glukosa semakin besar. Pada

penelitian ini diambil kecepatan yang tetap yaitu 200 rpm.

d. Katalis yang digunakan

Dalam proses fermentasi biasanya dipakai asam klorida dan asam sulfat. Dalam

penelitian ini dipakai asam sulfat karena asam sulfat mempunyai titik didih yang

lebih tinggi daripadaasam klorida sehingga asam sulfat mampu mendestruksi serbuk

gergaji menjadi selulosa. Selain itu asam sulfat dapat dipulihakan dengan destilasi.

2. Proses Fermentasi

Fermentasi adalah suatu proses baik secara aerob maupun anaerob yang menghasilkan

produk yang melibatkan mikroba atau ekstraknya dengan aktivitas mikroba terkontrol

dalam hal ini terjadi reaksi oksidasi dan reduksi menggunakan sumber energi dan sumber

karbon, nitrogen dan lain-lainnya untuk membentuk senyawa yang lebih tinggi.

Persamaan reaksi proses fermentasi :

Saccharomyces cereviseaeC6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

T = 30°C, pH = 4(glukosa) (etanol) (karbondioksida)

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses fermentasi adalah :

a. Konsentrasi gula

Konsentrasi gula akan berpengaruh terhadap aktivitas Saccharomysec

cereviseae. Konsentrasi gula yang sesuai kira-kira 10-18%. Konsentrasi gula diatas

18% akan menghambat aktivitas dari Saccharomysec cereviseae, sedangkan jika

konsentasi dibawah 10% menyebabkan fermentasi tidak ekonomis.

b. pH larutan

pH substrat atau media fermentasi merupakan salah satu factor yang

menentukan kehidupan Saccharomysec cereviseae adalah bahwa pertumbuhan

dapat berlangsung dengan baik pada kondisi pH 4 – pH 6. Pada penelitian ini

digunakan pH 4.

c. Nutrisi

Selain sumber karbon, Saccharomysec cereviseae juga memerlukan sumber

nitrogen, vitamin dan mineral dalam pertumbuhannya. Pada umumnya sebagian

besar Saccharomysec cereviseae memerlukan vitamin seperti biotin dan thiamin

yang diperlukan untuk pertumbuhannya. Beberapa mineral juga harus ada untuk

pertumbuhan Saccharomysec cereviseae seperti phospat, kalium, sulfur, tembaga,

sejumlah kecil senyawa besi. Nutrisi yang biasa dipakai untuk pertumbuhan bakteri

adalah urea, NPK, amonium sulfat dan amonium nitrat.

4

d. Suhu

Suhu optimum untuk pertumbuhan Saccharomysec cereviseae dan aktivasinya

adalah 25-35°C. Suhu memegang peranan penting, karena secara langsung dapat

mempengaruhi aktivitas Saccharomysec cereviseae dan secara tidak langsung akan

mempengaruhi kadar etanol yang dihasilkan.

e. Waktu Fermentasi

Semakin lama waktu fermentasi maka etanol yang dihasilkan semakin besar

samapai batas tertenu. Jika waktunya terlalu cepat Saccharomysec cereviseae masih

dalam masa pertumbuhan sehingga etanol yang dihasilkan dalam jumlah sedikit dan

jika terlalu lama Saccharomysec cereviseae akan mati maka etanol yang dihasilkan

tidak maksimal.

f. Perbandingan berat serbuk kayu dengan yeast

Semakin banyak serbuk kayu (selulosa) yang dihidrolisis, maka semakin banyak

glukosa yang dihasilkan. Sehingga semakin banyak glukosa yang digunakan dalam

proses fermentasi, maka semakin banyak etanol yang dihasilkan.

E. BATASAN MASALAH

1. Limbah kayu yang digunakan merupakan campuran dari berbagai macam kayu.

2. Proses yang diteliti lebih jauh dalam penelitian ini adalah proses fermentasi.

F. HIPOTESIS

1. Semakin lama waktu fermentasi maka etanol yang dihasilkan semakin banyak sampai batas

tertentu.

2. Semakin berat perbandingan serbuk gergaji kayu dengan yeast maka semakin banyak etanol

yang dihasilkan sampai batas tertentu.

5

BAB II

PELAKSANAAN PENELITIAN

A. BAHAN BAKU DAN RANGKAIAN ALAT

1. Bahan Baku

Bahan baku dalm penelitian ini terdiri dari :

a. Serbuk gergaji kayu diambil dari toko kayu gelondongan dan penggergajian kayu pada

CV. Bangun Jaya, Jl.Imogiri Barat, dianalisis kadar selulosanya, lignin, pentosan, air dan

abu. Untuk kadar selulosa 48,89%, kadar lignin 28,90%, kadar abu 2,09%, kadar air

6,02%, dan kadar pentosan 14,10%.

b. Yeast Saccharomyces cerevisiae teknis, diperoleh dari Toko Indo Sari, Jl. Mataram 16

Yogyakarta dalam bentuk ragi roti.

2. Rangkaian Alat

Gambar 1. Rangkaian alat hidrolisis

Keterangan gambar :

1. Labu leher tiga 500 ml

2. Motor pengaduk

3. Termometer

4. Pendingin balik

5. Kompor pemanas

6. Waterbath

7. Klem

8. Statif

6

Gambar 2. Rangkaian alat fermentasi anaerob

Keterangan :1. Alumunium foil2. Erlenmeyer3. Media fermentasi

7

B. CARA KERJA

Pembuatan etanol menggunakan limbah padat kayu (serbuk kayu) yang dilakukan secara

fermentasi memiliki tahapan sebagai berikut :

1. Proses Pembuatan Glukosa (Hidrolisis)

Memasukkan limbah kayu (serbuk kayu) dengan berat tertentu dan asam sulfat 5%

sebanyak 500 ml ke dalam digester pada suhu 100° C dengan tekanan atmosferik selama 3

jam. Lalu didinginkan, selanjutnya ditiris dan dianalisis kadar glukosanya, kemudian

glukosa (cairannya) digunakan untuk proses selanjutnya.

2. Proses Fermentasi

Larutan glukosa dari labu leher tiga diambil dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Glukosa

sebanyak 100 ml dari glukosa hasil hidrolisis tersebut ditambahkan Ca(OH)2 sebanyak 20

ml, diberi ragi sebanyak 1 gram dan ditambahkan 0,25 gr NaHSO3 dan 0,5 gr Na2HPO4 .

Kemudian ditutup rapat-rapat dengan selang yang dihubungkan dengan botol yang berisi air

yang akan muncul gelembung-gelembung gas CO2. Fermentasi dilakukan selama 3, 4, 5, 6

dan 7 hari. Perlakuan yang sama dilakukan dengan perbandingan berat serbuk kayu dan

yeast Saccharomyces cerevisiae.

Hasil dalam penelitian ini didapatkan etanol yang sangat sedikit karena :

1. Konsentrasi glukosa hasil hidrolisis jauh dibawah 10%. Itu berarti tidak memenuhi

persyaratan, karena kadar glukosa yang harus dipenuhi antara 10-18%. Sehingga kadar

etanol yang dihasilkan sangat kecil.

2. Nutrisi yang seharusnya digunakan adalah Amonium sulfat dan Amonium nitrat, tetapi

dalam penelitian ini digunakan NaHSO3 0,25 gr dan Na2HPO4 0,5 gr. Ternyata nutrien

yang digunakan salah karena nutrien yang digunakan ternyata merupakan racun bagi

bakteri, sehingga etanol yang dihasilkan dalam penelitian ini sangat kecil.

B. ANALISIS HASIL

Hasil fermentasi berupa cairan etanol, yang kemudian dianalisa kadar etanolnya

menggunakan refraktometer.

Dalam penelitian ini dugunakan gas kromatografi ternyata dalam seminar untuk

menganalisa kadar etanol bias menggunakan refraktometer karena selain hasilnya sama ternyata

juga lebih efisien dalam hal waktu dan biaya.

8

C. IAGRAM ALIR PROSES PEMBUATAN ETANOL

1. Proses Pembuatan Glukosa (Hidrolisa)

Keterangan: a. Analisa I : kadar selulosa, abu, air dan lignin.b. Analisa II : kadar glukosa.

9

Serbuk Kayu

H2SO4

5%

Proses penyaringan untuk memisahkan larutan glukosa dari

padatan-padatan yang terlarut.

Proses pendinginan berlangsung selama 30

menit

Larutan Glukosa

Proses Hidrolisis di dalam labu leher tiga

pada suhu T=100 0C dant= 3 jam

Padatan

Analisis II

Analisis I

2. Proses Fermentasi

Keterangan: Analisis III : kadar etanol.

10

Glukosa 10 ml

Yeast 1 gram

NaHSO3 0,25 gram

Ca(OH)2 20 ml

NaHPO4 0,5 gram

Proses fermentasi dalam fermentor pada T=32°C dan

pH=4

Etanol

Analisis III

BAB III

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. ANALISIS PROSES HIDROLISIS

Waktu : 3 jam

Suhu : 120OC

H2SO4 5% : 500 ml

Kecepatan Pengadukan : 200 rpm

Dari hasil hidrolisis, didapatkan kadar glukosa untuk masing-masing berat serbuk kayu,

seperti terlihat pada table 2.

No Berat serbuk kayu (gr) Kadar Glukosa (%)

1 40,0035 0,6286

2 50,0011 0,7357

3 60,0018 0,9485

4 70,0021 1,2684

5 80,0080 2,1797

Tabel 2. Hubungan antara berat serbuk kayu dengan kadar glukosa yang dihasilkan

Dari tabel 2. Diketahui bahwa semakin berat serbuk kayu yang dihidrolisis maka semakin

banyak kadar gula reduksi yang dihasilkan hal tersebut disebabkan karena semakin banyaknya

kandungan alfa selulosa yang terhidrolisis menjadi glukosa, sehingga terjadi perubahan

komponen, dari komponen selulosa menjadi komponen gula oleh asam.

Dari hasil seminar kadar glukosa yang dihasilkan ternyata tidak memenuhi standar proses

fermentasi sehingga dapat dikatakan hasil hidrolisis ini gagal.

B. PROSES FERMENTASI

1. Pengaruh Variasi Perbandingan Serbuk Kayu dengan Yeast

Volume media fermentasi : 100ml

Yeast : 1 gr

Na2HPO4 : 0,5 gr

NaHSO3 : 0,25 gr

pH : ±4

11

Suhu :± 300C

Waktu : 7 hari

NoBerat Serbuk

(gr)Berat Yeast (gr)

Perbandingan berat serbuk

dan berat yeast

Kadar

Etanol (%)

1 40,0035 1 40,0035 : 1 0,256

2 50,0011 1 50,0011 : 1 0,274

3 60,0018 1 60,0018 : 1 0,296

4 70,0021 1 70,0021 : 1 0,314

5 80,0080 1 80,0080 : 1 0,377

Tabel 3. Pengaruh perbandingan berat serbuk kayu dengan yeast dengan kadar etanol yang dihasilkan

Dari table 3. Dibuat grafik hubungan antara perbandingan serbuk kayu dengan yeast dan

kadar etanol (%).

Grafik ini menunjukkan bahwa berat serbuk kayu berpengaruh terhadap kenaikan kadar

etanol, dimana semakin besar berat serbuk kayu maka kadar etanol yang dihasilkan akan

terus meningkat. Hal ini terjadi karena semakin banyak kandungan selulosa yang

terhidrolisis maka akan semakin tinggi pula kadar glukosa yang dihasilkan, sehingga etanol

yang terbentuk juga akan terus meningkat.

12

2. Pengaruh Variasi Waktu Fermentasi

Volume media fermentasi : 100 ml

Yeast : 1 gr

Na2HPO4 : 0,5gr

NaHSO3 : 0,25 gr

pH : ±4

Suhu :± 300C

Waktu : 3,4,5,6,7 hari

No Berat serbuk kayu

(gr)

Kadar etanol (%)

3 hari 4 hari 5 hari 6 hari 7 hari

1 80,0080 0,243 0,257 0,279 0,308 0,377

Tabel 4. Pengaruh waktu fermentasi dengan kadar etanol yang dihasilkan

Dari grafik hubungan antara waktu fermentasi dengan kadar etanol, diperoleh persamaan

untuk:

berat 80 gram; y=0,144 ln (x) +0,067

dengan ralat rerata sebesar 2,8155 %,

dimana y= kadar etanol dan x= waktu fermentasi.

13

Grafik diatas menunjukkan bahwa pada awal fermentasi yaitu pada hari ke-3 mulai

terbentuk etanol dengan kenaikan kadar etanol yang sangat kecil, hal ini disebabkan karena

pada waktu tersebut mikroba berada pada fase adaptasi. Pada hari ke-4 sampai ke-6

merupakan fase pembiakan cepat,dimana mikroba semakin bertambah sehingga glukosa yang

terurai menjadi etanol yang semakin meningkat. Sedangkan pada hari ke-7 mikroba masih

membentuk etanol tetapi dengan kenaikan kadar etanol semakin menurun, hal ini disebabkan

Karena glukosa didalam cairan semakin berkurang sehingga pertumbuhan mikroba lambat.

14

BAB IV

KESIMPULAN

Kondisi terbaik pada penelitian ini adalah perbandingan berat serbuk kayu dengan yeast pada

80:1, waktu fermentasi 7 hari dengan hasil etanol dengan kadar 0,377% untuk setiap 80 gr serbuk

kayu.

Kadar etanol yang didapat terlalu kecil karena kadar glukosa tidak memenuhi syarat untuk

difermentasi, nutrisi yang seharusnya digunakan adalah Amonium sulfat, ammonium nitrat tetapi

dalam penelitian ini digunakan Na2HPO4 0,5 gr dan NaHSO3 0,25 gr, sehingga tidak menambah

nutrisi tetapi merupakan racun bagi bakteri, sehingga alkohol yang dihasilkan pada penelitian ini

sangat kecil.

15

DAFTAR PUSTAKA

Dahlan, 1984, Kemungkinan Pembuatan Metanol dari Serbuk Gergaji, 55-75, Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya, Palembang.

Eero Sjostrom, 1995, Kimia Kayu : Dasar-dasar dan Penggunaan 68-304, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

Fenger D. dan Wegener G., 1985, Kayu: Kimia, Ultrastruktur dan Reaksi-reaksi, 619-629, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

Fessenden.R.J. & Fessenden. J.S., 1986, Kimia Organik, Edisi Ketiga, Jilid 1., 261, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Presscot,S.C. And Dunn,C.G., 1959, “Industrial Microbiology”, pp 60-73,102,124 Mc Graw Hill Book company,inc., New York.

Sa'ld, 1987, BIOINDUSTRI, Penerapan Teknologi Fermentasi, 205, Mediyatama Sarana Perkasa, Jakarta.

Schlegel, 1994, Mikrobiologi Umum, Edisi Keenam, 307, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

Siregar,S, Pengolahan Limbah Padat Kayu Menjadi Alkohol, Laporan Penelitian, 1-20, Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan “YLH”

Soedarmadji.S., Hartyono, B. dan Suhardi, 1976, “Prosedur Analisa untuk Bahan Makanan dan Pertanian” hal 29-30,47,121, Liberty, Yogyakarta.

www.google.com/wikipedia/2006

16