laporan fraksionasi biomassa
Post on 10-Feb-2018
375 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
1/29
LAPORAN PRAKTIKUM
LABORATORIUM TEKNIK KIMIA I
FRAKSIONASI BIOMASSA
Disusun oleh:
Kelompok 4
Kelas C
ANTONI ALAMSYAH (1107114210)
YOZIE ANUGRAH (1107114140)
AISYAH DEWI RANTI (1107111852)
EDO PRIMA ARIF (1107121208)
ANGELINA (1107155397)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S-1
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2013
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
2/29
ABTRAK
Fraksionasi biomassa adalah proses pemisahan biomassa menjadi komponen-komponen penyusun utamanya yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin tanpa
merusak dan merubah komponen tersebut menjadi senyawa lain. Fraksionasi
biomassa merupakan salah satu konsep pengolahan biomassa yang dianggap
mampu memberikan produk yang masimal serta mampu meminimalkan dampak
negatif terhadap lingkungan. Tujuan dari praktikum ini adalah menjelaskan
pengaruh variasi lamanya waktu pemasakan terhadap perolehan selulosa dan
lignin pada proses fraksionasi. Metode yang digunakan adalah metode organoslov,
yaitu proses pemasakan menggunakan pelarut organik. Pemasakan dilakukan
dengan bahan baku, pelarut dan katalis di dalam erlenmeyer yeng dilengkapi
dengan kondensor refluks. Recovery lignin dilakukan dengan mensentrifus sampel
black liquor yang didapat setelah pemasakan. Bahan baku yang digunakan adalah
kayu pohon jeruk purut dengan pelarut asam asetat 80%. Perbandingan berat
biomassa dengan berat pelarut adalah 1 : 10. Dengan bahan baku biomassa
sebanyak 50 gr, diperoleh pulp sebanyak 22,6 gr (45,2%) untuk waktu pemasakan
2 jam dan 17,405 gr (34,81%) untuk proses pemasakan dengan waktu 3 jam. Lignin
yang dapat direcovery adalah sebesar 99,7% untuk waktu pemasakan 2 jam dan
85,97% untuk waktu pemasakan 3 jam.
Kata kunci: frakionsasi, hemiselulosa, lignin, selulosa.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
3/29
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangPerkembangan peradaban masyarakat yang mengeksploitasi sumber daya
alam secara berlebihan dan disertai dengan perusakan lingkungan yang serius
bukanlah sebuah fenomena baru. Untuk mengatasi resiko tersebut, masyarakat
harus mulai mempersiapkan perubahan dari pembangunan yang didasarkan pada
sumber daya alam non-terbarukan, menuju sumber daya alam yang terbarukan agartidak lagi bergantung pada sumber bahan bakar fosil. Biomassa merupakan salah
satu solusi yang paling tepat untuk produk energi yang berkelanjutan (Villaverde et
al., 2010).
Ada banyak sumber energi alternatif yang dapat dikembangkan. Biomassa
dapat dijadikan salah satu alternatif. Salah satu keunggulan biomassa jika
digunakan sebagai sumber energi dibandingkan dengan sumber fosil yaitu dapat
mengurangi limbah organik karena memafaaatkan limbah. Sampah organik seperti
sampah pertanian (jerami, tongkol), limbah pengolahan biodiesel (cangkang biji
jarak pagar, cangkang sawit), sampah kota, limbah kayu, ranting, dan pengolahan
kayu (sawdust) merupakan limbah yang keberadaanya kurang bermanfaat
(Novitasari, 2010).
1.2 Tujuan
Menjelaskan pengaruh variasi waktu pemanasan 2 jam dan 3 jam pada
proses fraksionasi biomassa dengan bahan baku kayu pohon jeruk purut.
1.3 Tinjauan Pustaka1.3.1 Pengenalan Biomassa
Biomassa adalahbahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis.
Diantara sumber-sumber biomassa terbarukan seperti kayu contohnya yaitu kayu
jati, kayu mahoni, kayu cendana dan sebagainya, bukan kayu contohnya rumput,
pelepah sawit, ubi, limbah pertanian, jerami, gandum, ampas tebu, batang dan
tongkol jagung adalah contoh biomassa yang dapat diolah menjadi energi dan dapat
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
4/29
menjadi obyek dari penelitian yang penting agar dapat memenuhi kebutuhan
manusia.
Biomassa dapat digunakan secara langsung maupun tidak langsung. Contoh
penggunaan biomassa secara langsung yaitu menggunakan kayu sebagai kayu
bakar, sedang penggunaan biomassa secara tidak langsung yaitu penggunaan kertas
dalam kehidupan sehari-hari. Kayu terlebih dahulu diproses untuk menjadi kertas.
1.3.2 Komponen Kimiawi BiomassaDidalam biomassa terdiri dari beberapa komponen penyusun, yaitu selulosa,
hemiselulosa dan lignin. Oleh karena itu biomassa sering disebut sebagai bahan
berlignoselulosa.
1. SelulosaSelulosa merupakan komponen kimia biomassa yang paling banyak,
jumlahnya mencapai hampir setengah bagian biomassa dan sebagai struktur dasar
pada dinding sel tanaman. Selulosa terdapat pada semua tanaman, organisme
tumbuhan yang primitif dan pada binatang jenis tunicin (Fengel dan Wegener,
1985).
Selulosa adalah polimer glukosa yang tidak bercabang. Bentuk polimer ini
memungkinkan selulosa saling menumpuk atau terikat menjadi bentuk serat yang
sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah unit -D
glukopiranosadi dalam polimer, disebut dengan derajat polimerisasi yang dapat
dilihat pada Gambar 1.1. Derajat polimerisasi selulosa tergantung pada jenis
tanaman dan umumnya dalam kisaran 200 27000 unit -D glukopiranosa
(Saadah, 2010).
Gambar 1.1Struktur Selulosa (Hu, 2008)
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
5/29
Selulosa dapat larut dalam asam pekat (seperti asam sulfat 72%) yang
mengakibatkan terjadinya pemecahan rantai selulosa secara hidrolisis. Hidrolisis
selulosa dapat terhalang oleh lignin dan hemiselulosa yang ada di sekitarnya,
namun laju hidrolisis selulosa akan meningkat seiring kenaikan temperatur dan
tekanan (Fengel dan Wegener, 1985).
Selulosa digunakan secara luas dalam industri tekstil, deterjen, pulpdan
kertas. Selulosa juga digunakan dalam pengolahan kopi dan dalam industri farmasi
sebagai zat untuk membantu sistem pencernaan serta proses fermentasi dari
biomassa menjadi biofuel, seperti bioetanol (Saadah, 2010).
2. HemiselulosaHemiselulosa adalah bagian dari kelompok polisakarida yang memiliki
rantai pendek dan bercabang. Pada tumbuhan, hemiselulosa berfungsi sebagai
bahan pendukung dinding sel. Hemiselulosa juga merupakan senyawa polimer yang
terdapat pada biomassa. Pada berbagai jenis tanaman, jumlah dan jenis monomer
penyusun hemiselulosa berbeda-beda.
Hemiselulosa mirip dengan selulosa yang merupakan polimer gula. Namun,
perbedaannya yaitu selulosa hanya tersusun dari glukosa, sedangkan hemiselulosa
tersusun dari bermacam-macam jenis gula. Monomer gula penyusun hemiselulosa
terdiri dari monomer gula yang memiliki 5-6 atom karbon (C-5 sampai C-6),
misalnya: xilosa, mannosa, glukosa, galaktosa, arabinosa, dan sejumlah kecil
rhamnosa, asam glukoroat, asam metal glukoronat, dan asam galaturonat (Saadah,
2010). Xilosa adalah salah satu gula C-5 dan merupakan gula terbanyak kedua di
biosfer setelah glukosa. Stuktur penyusun dari hemiselulosa dapat dilihat pada
Gambar 1.2. Jumlah hemiselulosa di dalam biomassa lignoselulosa sebesar 11%
hingga 37 % (berat kering biomassa). Hemiselulosa lebih mudah dihidrolisis
daripada selulosa, tetapi gula C-5 lebih sulit difermentasi menjadi etanol dari pada
gula C-6.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
6/29
Gambar 1.2Struktur Monomer Pembentuk Hemiselulosa (Isroi, 2008)
3. LigninLignin adalah molekul kompleks yang tersusun dari unit phenylphropane
yang terikat di dalam struktur tiga dimensi. Lignin berfungsi sebagai pengikat
matrik selulosa. Lignin dapat dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu lignin
guasil dan lignin siringil. Lignin guasil dapat ditemukan pada kayu lunak sebagai
produk polimerisasi dari koniferil alkohol. Sedangkan lignin siringil terdapat pada
kayu keras sebagai hasil polimerisasi sinapil alkohol. Unit-unit pembentuk lignin
terdiri dari p-koumaril alkohol, koniferil alkohol, dan sinapil alkohol yang
merupakan senyawa induk pembentuk makromolekul lignin dan terikat satu sama
lain baik dengan ikatan ester maupun dengan ikatan karbon seperti yang
ditampilkan dalam Gambar 1.3.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
7/29
Gambar 1.3 Struktur Lignin (Brunowet al.,1995)
Lignin mempunyai kelarutan yang sangat rendah dalam kebanyakan pelarut.
Lignin dapat larut dalam asam organik pekat dan alkali encer, namun tidak larut
dalam air maupun asam mineral kuat. Lignin dapat diisolasi dengan cara
menghidrolisis, mengekstraksi atau mengubah menjadi turunan lignin. Lignin
sangat tahan terhadap degradasi, baik secara biologi, enzimatis, maupun kimia.
Lignin memiliki energi yang tinggi karena jumlah karbon yang relatif tinggi
dibandingkan dengan selulosa dan hemiselulosa, (Saadah, 2010).
Tabel 1.1Komposisi Lignoselulosa Berbagai Biomassa
BiomassaLignin
(% berat)
Selulosa
(%berat)
Hemiselulosa
(%berat)
Kayu Keras 2330 3849 1926
Kayu Lunak 1634 4045 714
Rumput Espato 1719 3338 2732
Bambu 2131 2643 2626
Batang Jagung 1434 3545 2028
Ampas Tebu 1924 3244 2732
Jerami gandum 1621 2935 2632
Jerami Padi 1216 2836 2328
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
8/29
BiomassaLignin
(% berat)
Selulosa
(%berat)
Hemiselulosa
(%berat)
Sabut kelapa 38,9 30,6 19,9
Sabut sawit 31,9 34,3 27,2
Batang sawit 22,6 45,8 25,9
Pelepah sawit 1820 3745 2325
Tandan kosong sawit 1517 3642 25-27
(Sumber: Tim Penyusun 2013)
Lignoselulosa, terutama yang timbul dari residu pertanian, limbah hutan,
limbah kertas dan tanaman energi, dapat dijadikan sebagai sumber daya energi
potensial terbarukan. Lignoselulosa yang terdiri dari tiga komponen yang dominan
yakni, selulosa, hemiselulosa dan lignin, dapat digunakan untuk tujuan lain selain
produksi energi. Pada saat ini biomassa yaitu lignoselulosa merupakan sumber
ekonomis bahan bakar cair, makanan, bahan baku, dan serat.
1.3.3 Proses OrganosolvProses pembuatan pulp secara komersial (kraft dan teknologi sulfit)
menghasilkanpulpberkualitas tinggi, tetapi fraksi seperti lignin dan hemiselulosa
(berat sekitar 50% dari berat kering kayu) sering terbuang atau pemanfaatannya
belum optimal seperti sebagai sumber energi.
Proses organosolv adalah proses pemisahan serat dengan menggunakan
bahan kimia organik seperti metanol, etanol, aseton, asam asetat, asam formiat dan
lain-lain. Proses ini telah terbukti sangat efisien dalam pemanfaatan sumber daya
hutan dan tidak merugikan lingkungan dibandingkan dengan proses sulfit dan kraft
yang memberikan masalah bagi lingkungan yaitu bau yang disebabkan olehsenyawa belerang. Oleh karena itu, permasalahan yang dihadapi oleh industripulp
dan kertas dapat diatasi oleh proses organosolv. Selain itu proses organosolv
memberikan beberapa keuntungan, antara lain yaitu rendemenpulpyang dihasilkan
tinggi, daur ulang lindi hitam dapat dilakukan dengan mudah, tidak menggunakan
unsur sulfur sehingga lebih aman terhadap lingkungan, dapat menghasilkan by-
products (hasil sampingan) berupa lignin dan hemiselulosa dengan tingkat
kemurnian tinggi.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
9/29
Pembuatan pulp dengan organosolv (berdasarkan pemanfaatan pelarut
organik sebagai media delignifikasi) dapat digunakan sebagai teknologi pemurnian
biomassa, karena produk yang dihasilkan terdiri dari selulosa serta liquor yang
terdiri dari hemiselulosa dan lignin yang bebas dari belerang. Asam hidrolisis dapat
digunakan untuk menghidrolisis hemiselulosa menjadi monomer pembentuk
hemiselulosa.
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).
Organosolv ekstraksi diakui sebagai metode alternatif yang efektif untuk
delignifikasi. Lignin yang dihilangkan dari matriks padat dapat dicapai dengan
menggantikan senyawa sulfur oleh pelarut organik. Senyawa organik menghasilkan
delignifikasi dari bahan baku yang lebih baik dari pada proses kraft. Proses
organosolv dapat dirancang sebagai metode fraksionasi lebih dari metode pulping.
Artinya, proses fraksionasi organosolv dapat dioperasikan pada hampir semua
bahan baku untuk menghasilkan komponen utama dari jaringan tumbuhan
(selulosa, hemiselulosa dan lignin) dalam bentuk yang lebih baik. Pada tabel 1.2
ditampilkan hasil farksionasi biomassa dengan berbagai macam umpan biomassa
dan kondisi operasi tertentu.
Tabel 1.2Hasil Percobaan Fraksionasi Biomassa dengan Berbagai Umpan dan
Kondisi Proses
Feed StockOrganosolv
Solvent
Pulping
Temperature
Cooking
Time
Pulp
Yield
(%)
Hemicellu lose
Degradation
(%)
Delignification
(%)
Dhaincha,
kash and
Banana
stem
70%, 80%,
90%
Formic acid
80oC60-
120 min
52,9-
62,150-60 75-83
Beech80%formic
acid110-130oC 180 min 45- 50 85-95 80-90
Rice straw70-98%
formic acid90- 115oC
30-120 min
32,1-69,8
72-85 85-90
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
10/29
Feed StockOrganosolv
Solvent
Pulping
Temperature
Cooking
Time
Pulp
Yield
(%)
Hemicellu lose
Degradation
(%)
Delignification
(%)
Wheat straw
formic acid-
acetic acid-
H2O
(30/60/10)
85oC 4 hours 47,2 76,5 94,1
Zhangs
work
88%formic
acid60oC 8 hours - 85 70
(Sumber: Zhang et al.,2008)
1. Proses AcetosolvPenggunaan asam asetat sebagai pelarut organik disebut dengan proses
acetosolv. Proses ini menggunakan pelarut utama yaitu asam asetat (93%) dan 0.5
- 3.0% HCI sebagai katalisnya (Wistara, 2007).Proses acetosolvdalam pengolahan
pulpmemiliki beberapa keunggulan, antara lain: bebas senyawa sulfur, daur ulang
limbah dapat dilakukan hanya dengan metode penguapan dengan tingkat kemurnian
yang cukup tinggi, dan hasil daur ulangnya jauh lebih mahal dibanding dengan hasil
daur ulang limbah kraft(Fadillah, 2008). Keuntungan dari prosesacetosolvadalah
bahan pemasak yang digunakan dapat diambil kembali tanpa adanya proses
pembakaran bahan bekas pemasak. Selain itu proses tersebut dapat dilakukan tanpa
menggunakan bahan-bahan organik. (Isroi, 2008). Proses ini menghasilkan by-
product berupa furfuraI, levulinic acid, hydroxyl methyl furfural, metanol, dan
methyl acetat(Wistara, 2007).
2. Proses FormacellSebagai proses yang murah dan mudah tersedia pelarut organik, asam
formiat menunjukkan potensi sebagai agen kimia untuk fraksionasi biomassa.Proses fraksionasi biomassa dengan pelarut asam formiat ditunjukkan pada
Gambar 1.4Selama terjadi proses pembentukanpulpdengan pelarut asam formiat,
lignin larut ke dalam cairan hitam karena terjadi pembelahan lignino-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 direcycledengan proses distilasi untuk digunakan kembali.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
11/29
Gambar 1.4Prosedur Fraksionasi Lignoselulosa oleh Asam Formiat denganRecycle
Pelarut (Zhang, et al, 2009)
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 memiiki memiliki beberapa kelebihan, antara lain:
a. Proses fraksionasi dapat dilakukan pada temperatur dan tekanan yang relatifrendah.
b. Cocok untuk banyak sumber biomassa.c. Mempunyai selektivitas yang tinggi terhadap proses delignifikasi dan
mempertahankan selulosa.
3. EsterPulpingKayu dimasak pada suhu tinggi (sampai dengan 200 oC) dengan pelarut
berupa air, ethyl acetate, dan asam asetat dengan komposisi yang sama. Ester
pulping ini dianggap memiliki keunggulan dalam bahan kimianya. Tetapi sampai
saat ini proses esterpulpingbelum dikembangkan lebih lanjut(Wistara, 2007).
4. Proses MiloxProses milox merupakan proses pemasakan tiga tahap yang terdiri dari
pemasakan dengan asam formiat - asam performiat - asam formiat. Proses ini
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
12/29
menghasilkan pulp dengan bilangan kappa sangat rendah, yaitu 7 - 11 yang
memungkinkan proses pemutihanpulphanya dengan peroksida dan atau ozone.
5. Process AlcellProses Alcell merupakan sebuah proses organosolv berpelarut etanol-air
yang ramah lingkungan. Adapun kelebihan dari proses ini adalah:
a) Dengan media pemasak berupa alkohol dan air, proses iniakan bebas darimasalah bau akibat senyawa sulfur yang di alami proses kraftdan sulfit.
Emisi senyawa turunan sulfur yang berhubungan dengan hujan asam tidak
akan terjadi.
b) By-products Alcell bersifat renewable. Lignin Alcelldapat menggantikanresin PF yang dibuat dari petrokimia yang bersumber pada bahan
nonrenewable. Asam asetat yang dihasilkm juga bisa mengganti asam asetat
yang diproduksi dari metanol dan CO.
c) Limbah cair yang memiliki komposisi klor dapat dikurangi atau bahkandihilangkan. Penelitian menunjukkan bahwa derajat purih standar dapat
diperoleh tanpa menggunakan senyawa berklor.
1.3.4 DelignifikasiDelignifikasi adalah proses penyisihan lignin dari biomassa. Proses
delignifikasi terjadi karena putusnya ikatan -aril eter dalam makromolekul lignin.
Ikatan -aril eter merupakan pengikat rantai-rantai polimer lignin pada
makromolekul lignoselulosa padatannya. Pemutusan ikatan lignin tersebut
disebabkan oleh adanya ion hidrogen (H+) yang berasal dari cairan pemasak,
sehingga lignin yang lepas dari makromolekul lignoselulosa dapat larut dalam
larutan pemasak (Sarkanen, 1990).
Keberhasilan proses delignifikasi ditunjukkan oleh derajat delignifikasi dan
selektivitas fraksionasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses delignifikasi
antara lain konsentrasi asam organik, nisbah cairan-padatan dan waktu reaksi.
1.3.5 Produk Turunan Biomassa
Untuk mendapatkan berbagai macam produk turunan maka biomassa harus
dipilah dari komponen penyusunnya. Pemilahan komponen penyusun biomassa
dapat dilakukan dengan berbagai metode salah satunya yaitu metode fraksionasi.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
13/29
Metode ini dilakukan dengan menggunakan pelarut organik yang mampu memilah
biomassa secara secara selektif menjadi selulosa, hemiselulosa, dan lignin,
sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku sejumlah produk. Beberapa pelarut
organik yang digunakan sebagai media fraksionasi biomassa adalah alkohol, asam
organik, amina, keton, ester, fenol, dan turunan fenol (Shatalov et al, 2006). Adapun
produk turunan biomassa dapat dilihat pada Gambar 1.5.
Gambar1.5 Pohon Industri Fraksionasi Biomassa (Tanskanen, 2007)
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
14/29
BAB II
METODOLGI PERCOBAAN
2.1 Alat dan bahan
2.1.1 Alat
1. Erlenmeyer berukuran 1000 ml2. Kondensor refluks3. Pemanas4.
Kuvet
5. Alat sentrifugasi6. Kertas saring
Gambar 2.1Skema Alat Fraksionasi Biomassa
2.1.2 Bahan
1. Kayu pohon jeruk purut (yang telah dihancurkan)2. Asam organik, asam asetat 80%3. Katalis HCl4. Aquadest
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
15/29
2.2 Variabel Percobaan
Pada percobaan ini, variabel yang diamati adalah pengaruh waktu
pemanasan terhadap perolehan selulosa dan lignin.
2.3 Prosedur Percobaan
Secara umum, proses percobaan fraksionasi biomasa dari bahan baku kayu
pohon jeruk purut disajikan pada Gambar 2.2berikut:
Pemasakan
Penyaringan dan
Pencucian
Pengeringan RecoveryLignin
Kayu Pohon Jeruk Purut
HCl
Air Air
Air
Padatan
(Selulosa)
Black Liquor
Padatan
(Lignin)
Gambar 2.2 Skema Percobaan Fraksionasi Biomassa
Kayu pohon jeruk purut yang telah dihancurkan sebanyak 50 gram
dimasukkan ke dalam Erlenmeyer. Setelah itu cairan pemasak yaitu asam asetat
80% dimasukkan dengan komposisi 1 : 10 (m/m). Kondensor refluks dipasang
sebagai penutup reaktor dan sirkulasi air pendingin dialirkan. Kemudian pemanas
diopersikan, setelah cairan mulai mendidih (menghasilkan refluks), katalis HCl
dimasukkan ke dalam reaktor melalui bagian atas kondensor dan waktu dicatat
sebagai awal proses pemasakan. Waktu pemasakan divariasikan yaitu 2 jam untuk
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
16/29
run pertama dan 3 jam untuk run kedua. Setelah waktu pemasakan tercapai,
pemanas dimatikan dan reaktor didinginkan.
Setelah reaktor dingin, sirkulasi air pendingin dimatikan dan kondensor
dilepaskan dari reaktor. Hasil dari fraksionasi biomassa disaring dengan
menggunakan kain kasa, kemudian diperas agar semua cairan pemasak turun dan
ditampung. Setelah itu, padatan dicuci dengan dengan air sampai bersih dan
filtratnya kelihatan jernih. Padatan yang diperoleh kemudian dikeringkan dengan
oven sampai beratnya konstant. Persentase perolehanpulp(selulosa) dapat dihitung
menggunakan rumus berikut:
Perolehan Pulp=Beratpulpkering
Berat bimassakeringx 100% ........................................... (2.1)
Untuk lignin, 10 ml black liquor diencerkan menjadi 100 ml dengan
menambahkan air.Black liquoryang telah diencerkan dimasukan ke dalam 3 buah
tabung reaksi masing-masing sebanyak 10 ml dan disentrifus dengan kecepatan
2000 rpm selama 10 menit. Setelah selesai,supernatantyang terbentuk dipisahkan
dengan cara disaring dengan kertas saring. Padatan yang diperoleh dikeringkan
dalam oven sampai beratnya konstan, dan diperoleh berat lignin yang di dari sampel
black liquor. Lignin yang diperoleh dari proses dapat dihitung dengan rumus
berikut:
Perolehan lignin=berat lignin sampel x
Volume black liquor
Volume sampel
Berat lignin dalam bahan bakux 100%........................ (2.2)
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
17/29
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Percobaan
Dari percobaan yang telah dilakukan dengan variabel waktu pemasakan
selama 2 jam dan 3 jam diperoleh pulpsebesar 45,2% dan 34,82%. Lignin yang
dapat di-recoverydari black liquordengan pengenceran 1 : 9 adalah sebesar 99,7%
dan 85,97% dari berat lignin dalam bahan baku kayu pohon jeruk purut yang
termasuk kayu keras yaitu sebesar 30% dari massanya.
Tabel 4.1 Hasil percobaan dari setiap waktu pemasakan
Waktu Pemasakan Perolehan Selulosa (%) Perolehan Lignin (%)
2 jam 45,2 99,7
3 jam 34,82 85,97
3.2 Pembahasan
Pada praktikum fraksionasi biomassa yang telah dilakukan, komponen yang
ingin dipisahkan adalah selulosa dan lignin dari kayu pohon jeruk purut dengan
menggunakan pelarut asam asetat. Varibel yang diamati adalah pengaruh variasi
waktu pemasakan terhadap persentase perolehan selulosa dan lignin. Bahan baku
yang digunakan adalah kayu pohonjeruk purut yang telah di hancurkan sebanyak
50 gram. Pemasakan dilakukan dengan larutan pemasak asam setat 80% dengan
perbandingan 1 : 10 yaitu sebanyak 500 gram atau sekitar 480,8 ml. Saat proses
pemasakan, katalis HCl pekat sebanyak 5 ml ditambahkan setelah pelarut mendidih
dan menghasilkan refluks. Setelah penambahan katalis, warna pelarut berubah
menjadi hitam kecoklatan. Warna tersebut timbul karena lignin pada biomassa larut
dalam larutan pemasak. Setelah proses pemasakan, dilakukan penyaringan untuk
memisahkan black liquor denganpulp/selulosa. Pulp yang didapat dicuci dengan
air hingga filtratnya jernih kemudian dioven untuk mendapatkan beratpulp kering.
Persentase selulosa yang diperoleh pada kedua variasi waktu pemasakan dapat
dilihat pada Gambar 3.1.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
18/29
Gambar 3.1Perbandingan Perolehan Selulosa pada Variasi Waktu Pemasakan
Dari Gambar 3.1diatas dapat dilihat bahwa persentase perolehanpulppada
waktu pemasakan 2 jam lebih besar dari pada waktu pemasakan 3 jam. Hal ini
menunjukan bahwa lamanya waktu pemasakan mempengaruhi hasil fraksionasi
biomassa. Semakin lama waktu pemasakan berarti semakin lama waktu kontakantara biaomassa dengan pelarutnya yang menyebabkan proses pemisahan
komponen-komponen dalam biomassa menjadi lebih optimal. Dengan kata lain,
jika waktu pemasakan lebih lama, maka lignin dan hemiselulosa yang terlarut lebih
besar sehingga beratpulpyang dihasilkan lebih kecil. Jumlah selulosa yang didapat
pada percobaan ini sesuai dengan persentase selulosa pada referensi, yaitu untuk
kayu keras memiliki kandungan selulosa 3849%.
Proses recoverylignin dilakukan dengan mengambil 10 ml black liquor dandiencerkan menjadi 100 ml dengan menambahkan air. Kemudian 10 ml dari black
liquor encer di sentrifus dengan kecepatan 2000 rpm selama 10 menit. Hasil
sentrifus teridiri dari lapisan cair dan padatan. Padatan berupa lignin dipisahkan
dengan cara disaring dengan kertas saring kemudian dioven untuk mendapatkan
berat lignin kering. Presentase recovery lignin pada kedua variasi waktu pemasakan
dapat dilihat pada Gambar 3.2.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2 jam 3 jam
PerolehanSelulosa(%)
Waktu Pemasakan
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
19/29
Gambar 3.2Perbandingan Lignin pada Variasi Waktu Pemasakan
Dari Gambar 3.2terlihat bahwa perolehan lignin pada waktu pemasakan 2
jam lebih besar dari waktu pemasakan 3 jam. Hal ini tidak sesuai jika dihubungkan
dengan pengaruh waktu pemasakan terhadap presentase perolehan komponen-
komponen biomassa. Seharusnya, semakin lama waktu pemasakan, semakinbanyak lignin yang terlarut dalam pelarut dan semakin besar presentase
perolehannya. Ketidak sesuaian ini dapat terjadi karena ketidak telitian pada
pengukuran kertas saring dan lignin menggunakan neraca analitik. Neraca analitik
yang digunakan menunjukan angka yang terus berubah karena adanya hembusan
udara/angin disaat pengukuran. Selain itu, ketidak telitian juga bisa terjadi pada saat
pengukuran sampel dan pada saat pengenceran black liquor saat proses lignin.
50
60
70
80
90
100
2 jam 3 jam
Lignin(%)
Waktu Pemasakan
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
20/29
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan1. Lamanya waktu pemasakan mempengaruhi hasil perolehan selulosa dan
lignin pada proses fraksionasi biomassa.
2. Persentase perolehan selulosa adalah sebesar 45,2% untuk proses denganwaktu pemasakan 2 jam dan 34,81% untuk proses dengan waktu pemasakan
3 jam.3. Presentase lignin pada waktu pemasakan 2 jam dan 3 jam adalah berturut-
turut sebesar 99,7% dan 85,97%.
4.2 Saran1. Saat mengambil dan memasukan katalis kedalam reaktor sebaiknya
dilakukan dengan hati-hati dan menggunakan sarung tangan tebal karena
katalis yang digunakan adalah asam kuat.
2. Pada saat menyaringpulp dari black liquor, gunakan lah masker yang tebaldan berlapis karen black liquor hasil proses pemasakan mengeluarkan bau
yang sangat menyengat.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
21/29
DAFTAR PUSTAKA
Brunow, G., Karhunen, P., Lundquist, K., Olson, S., dan Stomberg, R, 1995,
Investigation of Lignin Models of the Biphenyl Type by X-Ray
Crystallographydan NMR Spectroscopy. J. Chem. Crystallogr.
Fadillah. 2008. Biodelignifikasi Batang Jagung dengan Jamur Pelapuk Putih
Phanerochaete chrysosporium.Surakarta.
Fengel, D dan Wegener, G, 1985, Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-Reaksi,
Translated from the English by H. Sastrohamidjojo, Yogyakarta, Gajah Mada
University Press.
Friska, J, Indrawati, R. 2005. PembuatanPulpdari Bahan Baku Non Kayu Dengn
Proses Organosolv. Universitas Riau, Pekanbaru.
Hu, G. 2008,Feedstock Pretreatment Strategies for Producing Ethanol from Wood,
Bark, And Forest Residu, Bioresources 3(1).
Isroi. 2008. Karakteristik Lignoselulosa sebagai Bahan Baku Bioetanol,
http://isroi.wordpress.com/, diakses pada 26 November 2013.
Novitasari, Dwi. 2010. Biomassa Sebagai Pilihan Sumber Energi Terbarukan,
http://www.kamase.org/, diakses pada 26 November 2013.
Saadah. 2010. Produksi Enzim Selulosa oleh Aspergillus niger,
http://eprints.undip.ac.id/,diakses pada 26 November 2013.
Sarkanen, K. S., 1990, Chemistry of Solvent Pulping, Tappi Journal.
Shatalov, A. A. And Pereira H., 2006, Papermaking Fibers from Giant Reed
(Arundo Donax L.) by Advanced Ecologically Friendly Pulping and Bleaching
Technologies, Bioresource Technology.
Tanskanen J, 2007,Paper, Bioenergy and Green Chamical from Nonwood Residues
by A Novel Biorefenery, PEGRESS Project, University of Oulu.
Tim Penyusun, 2013, Penuntun Praktikum Laboratorium Teknik Kimia I,
Universitas Riau, Pekanbaru.
Villaverde J J, Ligero P, de Vega A. 2009. Formic and Acetic Acid As Agents for A
Cleaner Fractionation of Miscanthus x giganteus. Department of Physical
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
22/29
Chemistry and Chemical Engineering, University of A Coruna, A Coruna
15071, Spain.
Wistara, N J, Kemampuan Teknologi Pulp dan Kertas Mutakhir Dalam
Mewujudkan Suatu Green Industri, http://repository.ipb.ac.id/, diakses pada
26 November 2013.
Zhang M, Qi W, Liu R, Su R, Wu, He Z. 2008. Fractionating lignocellulose by
formic acid: Characterization of major components, School of Chemical
Engineering and Technology, Tianjin University.
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
23/29
LAMPIRAN 1
LEMBAR PERHITUNGAN
1. Neraca Massa Percobaana. Run 1. Waktu pemasakan 2 jam Pemisahanpulp/selulosa
Pemasakan2 jam
Penyaringan
Oven
Pencucian
Biomassa kering 50 gr- kadar air 10%
Asam asetat 80% 480,8 ml- kadar air 20%
PulpBlack liquor
PulpBlack liquor
Black liquor 440 ml
AirAirBlack Liquor
Pulp
HCl pekat 5 ml
Air
Pulp 22,60 gr
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
24/29
Recovery lignin
Pengenceran
Sentrifugasi
Penyaringan
Oven
Air 90 ml
Black liquor encer 10 ml
Black liquor encer
Black liquor encer
Lignin
Lignin 0,034 gr
Black liquor 10 ml
Black liquor encer 90 ml
Black liquor encer
Lignin
Black liquor encer
b.
Run 2. Waktu pemasakan 3 jam Pemisahanpulp/selulosa
Pemasakan3 jam
Penyaringan
Oven
Pencucian
Biomassa kering 50 gr- kadar air 10%
Asam asetat 80% 480,8 ml- kadar air 20%
PulpBlack liquor
PulpBlack liquor
Black liquor 416 ml
AirAirBlack Liquor
Pulp
HCl pekat 5 ml
Air
Pulp 17,405 gr
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
25/29
Recovery lignin
Pengenceran
Sentrifugasi
Penyaringan
Oven
Air 90 ml
Black liquor encer 10 ml
Black liquor encer
Black liquor encerLignin
Lignin 0,031 gr
Black liquor 10 ml
Black liquor encer 90 ml
Black liquor encerLignin
Black liquor encer
2. Persiapan bahan baku dan pelarut Berat bahan baku (kayu pohon jeruk purut) = 50 gr Bahan baku : pelarut (asam asetat 80%) = 1 : 10 (m/m) Berat pelarut = 50 gr x 10 = 500 gr asam asetat = 1,05 gr/ml air = 1 gr/ml pelarut = (0,8 x asam asetat) + (0,2 x air)
= ((0,8 x 1,05) + (0,2 x 1)) gr/ml
= (0,84 + 0,2) gr/ml
= 1,04 gr/ml
V pelarut = m pelarut/ pelarut= 500 gr/(1,04 gr/ml)
= 480,8 ml
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
26/29
3. Persentase perolehan pulpa. Run 1. Waktu pemasakan 2 jam Berat alumunium foil = 3,43 gr Beratpulpkering + alumunium foil (setelah pengovenan)
o Penimbangan 1 = 26,20 gro Penimbangan 2 = 26,11 gro Penembangan 3 = 26,04 gro Penimbangan 4 = 26,03 gr
Beratpulp kering = (26,033,43) gr= 22,60 gr
Perolehanpulp = (beratpulp kering/berat biomassa) x 100%= (22,60 gr/50 gr) x 100%
= 45,2 %
b. Run 2. Waktu pemasakan 3 jam Berat alumunium foil = 2,73 gr Beratpulpkering + alumunium foil (setelah pengovenan)
o Penimbangan 1 = 20,142 gro Penimbangan 2 = 20,135 gro Penembangan 3 = 20,135 gr
Beratpulp kering = (20,1352,73) gr= 17,405 gr
Perolehanpulp = (beratpulp kering/berat biomassa) x 100%= (17,405 gr/50 gr) x 100%
= 34,81 %
4. Persentase lignin 10 ml black liquor + 90 ml air = 100 ml black liquor encer 10 ml black liquor encer disentrifus (mewakili 1 ml black liquor)a. Run 1. Waktu pemasakan 2 jam V black liquor = 440 ml
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
27/29
Berat kertas saringo Kertas saring 1 = 1,09 gro Kertas saring 2 = 1,00 gro Kertas saring 3 = 1,04 gr
Sampel 1o Berat lignin + kertas saring 1 (setelah pengovenan)
Penimbangan 1 = 1,127 gr Penimbangan 2 = 1,123 gr Penimbangan 3 = 1,123 gr
o Berat lignin = (1,1231,09) gr= 0,033 gr
Sampel 2o Berat lignin + kertas saring 2 (setelah pengovenan)
Penimbangan 1 = 1,033 gr Penimbangan 2 = 1,033 gr
o Berat lignin = (1,0331,00) gr= 0,033 gr
Sampel 3o Berat lignin + kertas saring 3 (setelah pengovenan)
Penimbangan 1 = 1,089 gr Penimbangan 2 = 1,077 gr Penimbangan 3 = 1,076 gr
o Berat lignin = (1,0761,04) gr= 0,036 gr
Berat lignin dalam 1 ml black liquor = (0,033 + 0,033 + 0,036) gr/3= 0,034 gr
% reovery lignin =
100%
=
,34
5 100%
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
28/29
= (14,96 gr/15 gr) x 100%
= 99,7%
b. Run 2. Waktu pemasakan 3 jam V black liquor = 416 ml Berat kertas saring
o Kertas saring 4 = 1,07 gro Kertas saring 5 = 1,09 gro Kertas saring 6 = 1,07 gr
Sampel 1o Berat lignin + kertas saring 4 (setelah pengovenan)
Penimbangan 1 = 1,104 gr Penimbangan 2 = 1,104 gr
o Berat lignin = (1,1041,07) gr= 0,034 gr
Sampel 2o Berat lignin + kertas saring 5 (setelah pengovenan)
Penimbangan 1 = 1,121 gr Penimbangan 2 = 1,113 gr Penimbangan 3 = 1,113 gr
o Berat lignin = (1,1131,09) gr= 0,023 gr
Sampel 3o Berat lignin + kertas saring 6 (setelah pengovenan)
Penimbangan 1 = 1,108 gr Penimbangan 2 = 1,105 gr Penimbangan 3 = 1,105 gr
o Berat lignin = (1,1051,07) gr= 0,035 gr
Berat lignin dalam 1 ml black liquor = (0,034 + 0,023 + 0,035) gr/3= 0,031 gr
-
7/22/2019 laporan fraksionasi biomassa
29/29
% reovery lignin =
100%
=,3
6
5 100%
= (12,896 gr/15 gr) x 100%
=85,97%
top related