BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Serat Tandan Kosong Sawit dan Bahan Selulosa

Tandan kosong sawit (TKS) merupakan salah satu limbah padat yang

dihasikan oleh industri perkebunan kelapa sawit yang banyak mengandung serat

(Nuryanto, 2000). Diperkirakan saat ini limbah TKS di Indonesia mencapai 20

juta ton. Sampai saat ini, pemanfaatan TKS masih relatif terbatas, yaitu digunakan

langsung sebagai mulsa di perkebunan kelapa sawit, atau dibakar dalam

incinerator dan abunya dimanfaatkan sebagai subtitusi pupuk kalium.

Pemanfaatan TKS sebagai pupuk kalium atau mulsa masih dinilai tidak ekonomis,

karena biaya transportasi dari pabrik kelapa sawit dan penyebarannya di kebun

kelapa sawit memerlukan biaya yang relatif tinggi. Di samping itu pembakaran

TKS di incinerator menyebabkan terjadi polusi udara. Ditinjau dari sifak fisik,

morfologi, dan komposisi kimia TKS, sebenarnya TKS dapat digunakan sebagai

bahan baku potensial untuk pengisi atau penguat komposit polimer. Hal ini

disebabkan pada TKS kandungan seratnya mencapai sekitar 70 % dan komposisi

kimia TKS mengandung selulosa yang cukup banyak yaitu 37,76%. Seperti

bahan kayu dan jaringan penunjang tumbuh-tumbuhan lainnya menurut Darnoko

dkk (2001) dan Wirjosentono (1999) komposisi kimia tandan kosong sawit limbah

kelapa sawit terdiri dari selulosa (37,76%), lignin (22,23%), holoselulosa

(66,07%) dan bahan terestraksi (7,78%). Dari komposisi di atas serat limbah

kelapa sawit yang berasal dari tandan kosong kelapa sawit dapat diolah menjadi

selulosa dengan penghilangan lignin. Dua bagian tandan kosong kelapa sawit

Universitas Sumatera Utara

yang banyak mengandung selulosa adalah bagian pangkal dan bagian ujung

tandan kosong sawit yang agak runcing dan agak keras. Komposisi kimia dari

serat tandan kosong sawit dapat dilihat pada tabel 2.1 dan terlihat kandungan

lignin, ekstraktif, pentosan dan abu cukup tinggi.

Tabel 2.1. Komposisi kimia tandan kosong sawit

No Parameter Kandungan

1. Lignin 22,60

2. A-Selulosa 45,80

3. Holoselulosa 71,80

4. Pentosa 25,90

5. Kadar abu 1,60

6. Kelarutan dalam

- Air dingin

-Air panas

-Alkohol benzen

-NaOH 1 %

13,89

2,50

4,20

19,50

(Purwito, 2005 dan Nuryanto, 2000 )

Komposisi serat alam terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin pektin, lilin

dan abu. Beberapa komposisi kimia serat alam dari beberapa jenis serat alam

yang telah pernah diuji dapat dilihat pada tabel 2.2.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.2 Komposisi kimia dari beberapa serat alam

Jenis serat Selulosa

(%)

Lignin

(%)

Hemiselulosa atau Pentosa

(%)

Pektin

Flaks 71 2,1 18,6 20,6 2,3

Jerami 43 - 47 21 23 24 - 26 -

Jut 45 71,5 12 26 13,6 - 21 -

Kenaf 31 - 57 15 19 21,5 - 23 0,2

Hemp 57 - 77 3,7 13 14 22,4 0,9

(Mohanty AK, Misra M, Drzal LT,2001)

Pengujian limbah sawit dari tandan kosong sawit sudah pernah diuji

dalam kegiatan penelitian Purwito (2005), Darnoko (2001) dan Nuryanto (2000).

Berdasarkan hasil pengujian sifat kimia tandan kosong sawit dapat dilihat pada

tabel 4.2 alfa selulosanya cukup tinggi (45,80 %), lignin 22,60 %, pentosa 25 90

% dan hampir sama dengan kadar selulosa dan lignin dalam kayu. Menurut

Laurent ( 1998) komposisi kimia kayu terdiri dari selulosa 47 %, lignin 24 %,

hemiselulosa 29 % dan ekstraktif 8 %. Sedangkan hasil pengujian sifat fisiknya

terlihat pada tabel 2.3 ternyata kekuatan tariknya cukup tinggi dan daya ikatnya

cukup baik

Sementara itu dari hasil penelitian isolasi lignin pada TKS yang

telah dilakukan oleh Sulhatun (2005) dapat dilihat pada tabel 2.4,

menunjukkan bahwa kadar lignin maksimum yang dihasilkan dari proses

Universitas Sumatera Utara

ekstraksi tandan kosong sawit adalah 64,895 dengan kemurnian 90 % pada

kondisi proses 1600C, waktu reaksi 4 jam dan konsentrasi basa 20 %.

Tabel .2.3 Sifat Fisik dan Morfologi Serat TKS

Parameter TKS bagian pangkal TKS bagian ujung Panjang serat, mm 1.20 0,76 Rata-rata (L) Diameter serat, m (D) 15,0 114,34 Diameter Lumen, m (l) 8,04 6,99 Tebal dinding, m(W) 3,49 3,68 Bilangan Rumkel (2W/l) 0,87 1,05 Kelangsingan (L/D) 79,95 53,00 Kelemasan (l/D) 0,54 0,49 Kadar serat (%) 72,67 62,47 Bukan serat (%) 27,33 37,53

(Darnoko, dkk, 1995)

Tabel 2.4 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap persentase kadar lignin pada isolasi lignin TKS

No Waktu ekstraksi

(jam)

Konsentrasi

NaOH

Kadar lignin

(%)

1 1 5 % 8,745

2 2 10 % 16,44

3 3 15 % 34,80

4 4 20 % 64,895

(Sulhatun, 2005)

Universitas Sumatera Utara

2.2. Komposisi Kimia Serat Tandan Kosong Sawit

Serat tandan kosong sawit terdiri dari zat organik yaitu selulosa,

hemiselulosa, lignin, pektin, ekstraktif dan juga zat organik yang berbeda-beda

(Darnoko, 1995). Gabungan molekul selulosa dan hemiselulosa membentuk

mikrofibril yang membentuk lamela dan seterusnya bersatu dengan lignin untuk

membentuk dingding sel-sel kayu.

2.2.1. Selulosa

Jaringan berserat dalam dinding sel mengandung polisakarida selulosa.

Polisakarida ini adalah polimer alam yang paling banyak terdapat dan paling

tersebar di alam. Jutaan ton selulosa digunakan setiap tahun untuk membuat

perabot kayu, tekstil dan kertas. Sumber utama selulosa ialah kayu. Umumnya

kayu mengandung sekitar 42% selulosa, lignin 28% dan hemiselulosa 28%

(Lauren, 1996). Pemisahan selulosa dari kayu melibatkan pencernaan kayu

dengan larutan belerang dioksida dan hidrogen sulfit (bisulfit) dalam air pada

proses sulfit, atau larutan natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam air pada

proses sulfat (kraf). Pada kedua proses ini lignin dilarutkan sehingga diperoleh

selulosa. Ekstraksi dilakukan dengan mereaksikannya dengan larutan natrium

hidroksida di bawah tekanan, yang kemudian dilanjutkan dengan pengelantangan

dengan gas klor klasium hipokrolit. Sumber lain selulosa ialah kapas, yang hampir

seluruhnya memang selulosa.

2.2.1.1.Struktur molekul selulosa

Rumus molekul selulosa ialah (C6H10O5)n dan n dapat berupa angka

ribuan. Sangat sukar untuk mengukur massa molekul nisbi selulosa, karena (1)

Universitas Sumatera Utara

tidak banyak pelarut untuk selulosa, (2) selulosa sangat cenderung terombak

selama proses dan (3) cukup rumit menggunakan selulosa dari sumber yang

berbeda. Cara yang acap kali dipilih ialah menitratkan selulosa dengan cara tak

merusak, dan massa molekul nisbi bagi selulosa kapas sekitar satu juta.

Selulosa dibangun oleh rangkaian glikosa yang tersambung melalui - - 1,4. Untuk memahami peristilahan ini pertama-tama kita harus melihat struktur

glukosa itu sendiri. Glukosa mempunyai rumus molekul C6H12O6. Dengan kata

lain kita dapat menggambarkan struktur glukosa sebagai rantai lurus ataupun

struktur cincin. Struktur cincin dapat terbentuk dari hasil pembentukan

hemiasetal internal. Namun, penelahan yang mendalam terhadap mekanisme ini

menunjukkan bahwa terdapat dua kemungkinan bagi konfigurasi glukosa,

bergantung pada bahwa terdapat dua kemungkinan pada cara gugus -OH pada

atom korban nomor 1 (C1) diarahkan. Bilamana gugus - OH pada atom karbon C

nomor satu terarah ke bawah, glukosa mengambil bentuk , bilamana gugus OH terarah ke atas disebut bentuk . Dalam larutan, kedua bentuk itu seimbang, karena glukosa menunjukkan sifat mereduksi seperti aldehida (bereaksi

dengan pereaksi Tollens dan larutan Fehling), hal ini membuktikan adanya

sejumlah kecil struktur terbuka atau struktur rantai lurus. Telah dikemukakan

bahwa polisakarida dibangun dari banyak kesatuan monosakarida yang saling

bergabung dengan melepaskan air, dan hasilnya ialah deret ikatan glikosida

(jembatan oksigen). Deret ikatan glikosida dalam selulosa antara C1 dari satu

kesatuan C4 dari kesatuan berikutnya diperlihatkan pada gambar 2.1. Hal ini juga

Universitas Sumatera Utara

menjadi bukti mengapa selulosa tergolong bukan pereduksi, karena titik ikatan

adalah pada atom karbon nomor satu pereduksi.

Gambar 2.1. : Ikatan 1,4 - glikosida selulosa

Gambar 2.2. Selulosa Source: http://www.lsbu.ac.uk/water/hycel.html

Ditinjau dari struktur, dapat saja diharapkan selulosa mempunyai kelarutan

yang besar dalam air, karena banyaknya kandungan gugus hidroksi yang dapat

membentuk ikatan hidrogen dengan air (antaraksi yang tinggi antara pelarut-

Universitas Sumatera Utara

pelarut). Akan tetapi kenyataannya tidak demikian, dan selulosa bukan hanya

tidak larut dalam air tetapi juga dalam pelarut lain. Penyebabnya ialah kekuatan

rantai dan tingginya gaya antar rantai akibat ikatan hidrogen antara gugus

hidroksil pada rantai yang berdekatan. Faktor ini dipandang menjadi penyebab

kekeristalan yang tinggi dari serat selulosa. Jika ikatan hidrogen berkurang,

gaya antaraksipun berkurang, dan oleh karenanya gugus hidoksil selulosa harus

diganti sebagian atau seluruhnya oleh pengesteran. Hal ini dapat dilakukan, dan

ester yang dihasilkan larut dalam sejumla