Bioethanol (Karta, 2012)

I Wayan Karta, in a S2 Magister thesis at Udayana University (Denpasar - Bali, 2012), discusses the production of bioethanol from the alga Codium geppiorum and the pivotal role of (activated) limestone from Nusa Penida in this process.

karta-bioetanol-000coverAbstract: The production of bioethanol from algae Codium geppiorum and the utilization of activated limestone in Nusa Penida to improve the quality of bioethanol

(p.viii) The amount of ethanol produced in the fermentation of biomass can be influenced by the concentration producer microbe and the length of fermentation, and the concentration of ethanol in the supernatant can be increased by dehydration using adsorbent. The aim of this research were determine: (1) the effect of the concentration of yeast addition and length of fermentation on the amount of ethanol produced in the fermentation of algae Codium geppiorum and (2) the effect of activation temperature and the amount of Nusa Penida's limestone on the concentration of ethanol in the fermentation supernatant.

This research employed True Experiment with Complete Random Design (CRD) using 3x4 factorial patterns consisting of two factors. Ethanol concentration was measured using Gas Chromatography Varian 330 and was analyzed using two way Anova by SPSS 17.0 software.

The results showed that concerning the concentration of ethanol produced, F value > F table with probability of 0.000, which means that there were interactions between yeast concentration and length of fermentation. The optimum result was obtained from W3D3 (7 days fermentation and 20% inoculum) by an average of ethanol concentration is 3.03% using 25 gram samples of algae. The results from the dehydration of ethanol showed that F value > F table with a probability of 0.022, which means that there were interactions between activation temperature and amount of limestone used in the dehydration process. The optimum treatment was M1T1 (50 g limestone and activation temperature of 800°C) with an average concentration of ethanol of 99.15%. The application of limestone at the optimum condition could increase bioethanol grade from 28,92% to 83,78%.

It can be concluded that: (1) concentration of yeast added and length of fermentation significantly affect the amount of ethanol produced the fermentation of Codium geppiorum; and (2) activation temperature and amount of limestone used in the dehydration process had significant effects on the increase of ethanol concentration in the fermentation product. Keywords: bioethanol, Codium geppiorum, dehydration, limestone, Saccharomyces cerevisiae.

Daftar singkatan atau tanda / List of abbreviations (p.xvi)

ADH alkohol dehidrogenase
AI2O3 Aluminium oksida
ATP adenosine trifosfat
BaO Barium oksida
BBM Bahan Bakar Minyak
BET Brunauer, Emmet, and Teller
C6H12O6 glukosa
CaO Kalsium oksida
CH3CH2OH etanol
CO2 karbon dioksida
ED Entner-Doudoroff
EMP Emden-Meyerhoff-Parnas
ESDM Energi dan Sumber Daya Mineral
Fe2O3 Besi (III) oksida
FGE Fuel Grade Ethanol
GC-MS Gas Chromatography - Mass Spectroscopy
H2SO4 Asam sulfat
IHOSR intermediate heat pumps and optimal sidestream return
KG Kromatografi gas
kPa kilo Pascal
MTBE metil tersier butil eter
NO Nilai oktan
°C derajat celcius
PDC piruvat dekarboksilase
pH derajat keasaman
SiO2 Silikon oksida
SO2 belerang dioksida
TG Thermal Gravimetry
TiO2 Titanium (IV) oksida

Abstrak

(p.vii) Kadar etanol yang dihasilkan dalam fermentasi biomasa dipengaruhi oleh konsentrasi mikroba dan lama waktu fermentasi, dan peningkatan kadarnya dapat dilakukan dengan dehidrasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui (1) pengaruh konsentrasi ragi tape dan waktu fermentasi terhadap kadar etanol dalam pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum, dan (2) pengaruh suhu aktivasi dan massa batu kapur Nusa Penida dalam meningkatkan kadar etanol.

Penelitian ini merupakan True Experiment dengan Rancangan Acak Lengkap (RAL) pola faktorial 3x4 dengan dua faktor. Kadar etanol diukur dengan Gas Chromatography Varian 3300 dan dianalisis dengan Anava dua jalur menggunakan software SPSS 17.0.

Hasil penelitian pada kadar etanol hasil fermentasi menunjukkan nilai F hitung > F tabel dengan probabilitas 0,000 yang berarti ada interaksi antara konsentrasi ragi dan waktu fermentasi. Hasil optimum diperoleh pada perlakuan W3D3 (waktu 7 hari dan konsentrasi 20%) yaitu dengan rata-rata kadar etanol 3,03% dari massa sampel alga 25 gram. Hasil penelitian dehidrasi etanol menunjukkan nilai F hitung > F tabel dengan probabilitas 0,022 yang berarti terdapat interaksi antara suhu aktivasi dan massa batu kapur dalam dehidrasi etanol. Perlakuan optimum adalah M1T1 (massa 50 gram dan suhu 800°C) dengan rata-rata kadar etanol 99,15 %. Aplikasi batu kapur dengan dehidrasi optimum mampu meningkatkan kadar bioetanol dari 28,92% menjadi 83,78%.

Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan bahwa: (1) konsentrasi ragi tape dan waktu fermentasi berpengaruh signifikan terhadap kadar etanol yang dihasilkan pada pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum; dan (2) suhu aktivasi dan massa batu kapur berpengaruh signifikan dalam meningkatkan kadar etanol. Kata kunci: bioetanol, Codium geppiorum, dehidrasi, batu kapur, Saccharomyces Cerevisiae.

Ringkasan: Pembuatan Boetanol dari alga Codium geppiorum dan pemanfaatan batu kapur Nusa Penida teraktivasi untuk meningkatkan kualitas Bioetanol

(p.ix) Bioetanol merupakan etanol yang terbuat dari hasil fermentasi tanaman yang mengandung karbohidrat dengan bantuan mikroorganisme. Bioetanol dikembangkan sebagai bahan bakar pengganti BBM dengan fuel grade ethanol ≥ 99,5 % untuk mengimbangi kelangkaan sumber minyak bumi. Selama ini, sumber-sumber bahan bioetanol yang dimanfaatkan yaitu singkong, tebu, nira, sorgum, nira nipah, ubi jalar dan Iain-lain. Dalam penyediaannya, bahan baku tersebut memiliki kelemahan, yaitu penanamannya memerlukan lahan yang luas dan bioetanol yang diperoleh belum maksimal. Oleh karena itu, perlu upaya penggunaan bahan baku bioetanol alternatif, salah satunya dengan alga jenis Codium geppiorum. Alga liar ini tersebar di kawasan Nusa Lembongan dengan kandungan karbohidrat 69,10%.

Proses pembuatan bioetanol meliputi perlakuan awal sampel, hidrolisis, fermentasi, dan pemurnian. Hidrolisis dapat dilakukan dengan penggunaan asam pekat, pelarutan dalam asam encer, atau dengan reaksi enzimatis. Fermentasi sumber biomassa dapat dilakukan dengan menambahkan mikroorganisme, dalam penelitian ini digunakan ragi tape jenis NKL. Mikroorganisme yang terdapat di dalam ragi tape adalah jenis kapang meliputi kapang Amylomyces rouxii, Mucor sp., dan Rhizopus sp.; khamir Saccharomycopsis fibuligera, Saccharomycopsis malanga, Pichia burtonii, Saccharomyces cerevisiae, dan Candida utilis; serta bakteri Pediococcus sp. dan Bacillus sp. Kandungan mikroorganisme tersebut yang membantu proses pengolahan biomassa menjadi bioetanol karena menghasilkan enzim-enzim. Faktor yang mempengaruhi hasil fermentasi adalah jenis dan jumlah mikroba, konsentrasi gula dan kosentrasi enzim, lama waktu fermentasi, keasaman (pH), suhu, udara (oksigen), dan makanan. Jumlah mikroba akan berpengaruh terhadap konsentrasi enzim dalam fermentasi yang berdampak pada etanol yang dihasilkan. Lama waktu fermentasi pada mikroba perlu diketahui keadaan optimumnya.

Etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi biasanya ≤ 15%, karena mikroba yang ada biasanya tidak tahan pada kadar etanol yang tinggi. Oleh karena itu untuk meningkatkan kadar etanol perlu dilakukan pemurnian seperti destilasi. Destilasi biasanya menghasilkan etanol pada kadar <95%, karena adanya titik azeotrop antara campuran etanol-air, sehingga perlu dilakukan pemurnian lanjutan dengan dehidrasi. Dehidrasi yaitu pemisahan campuran etanol-air dengan cara menghilangkan air yang dapat dilakukan dengan cara adsorpsi atau absorpsi. Penelitian ini menggunakan batu kapur Nusa Penida yang teraktivasi untuk mendehidrasi etanol hasil bioetanol sehingga dihasilkan kadar yang lebih tinggi. Komposisi senyawa kimia yang terkandung dalam batu putih Nusa Penida adalah 87,35% CaO, 1,12% Al2O3, 10,34% SiO2, 0,85% Fe2O3, 0,07% TiO2 dan 0,20% BaO. Batu kapur Nusa Penida memiliki kandungan yang berbeda dengan kadar batu kapur lainnya yaitu memiliki kandungan silikat dan aluminium yang lebih (p.x) tinggi. Tingginya silikon dan aluminium pada batuan menyebabkan makin tingginya kerapatan struktur mineral batuan.

Penelitian ini termasuk dalam True Experiment. Penelitian dilakukan dengan dua tahap yaitu tahap pembuatan bioetanol dan pemurnian lanjutan dengan batu kapur. Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) pola faktorial 3x4 yang terdiri dari dua faktor. Pada fermentasi faktornya adalah konsentrasi penambahan ragi tape dan waktu fermentasi. Pada dehidrasi etanol faktornya adalah massa kapur dan suhu aktivasi. Perlakuan awal sampel dilakukan dengan pengeringan dan penghalusan. Hidrolisis dilakukan dengan menggunakan pelarutan dalam asam sulfat 3,5 % dengan pengadukan skala 8, suhu 110°C selama 1 jam. Hasil hidrolisis didetoksifikasi dengan NaOH 4 M sehingga mencapai pH 4-5. Hasil hidrolisis difermentasi dengan starter ragi tape sesuai konsentrasi untuk perlakuan (0%, 5%, 10%, 20% per massa sampel) dan didiamkan dengan variasi waktu fermentasi (3 hari, 5 hari, 7 hari). Hasil fermentasi didistilasi bertingkat pada suhu 70°C - 90°C selama 1 jam. Sebelum dilakukan pemurnian lanjutan bioetanol dengan batu kapur Nusa Penida, maka dilakukan pengujian perendaman etanol umpan (92,51%) terhadap variasi massa batu kapur (50 gram, 75 gram dan 100 gram) dan suhu aktivasi (100°C, 800°C, 900°C dan 1000°C) selama 24 jam. Pengukuran kadar etanol dilakukan dengan Gas Chromatography Varian 3300 dengan suhu kolom 170°C, suhu injector 170°C, dan suhu detektor FID 200°C, fase gerak adalah udara dan nitrogen, fase diam dengan kolom jenis packed columns Chromosorb CW12 (p = 2 meter, d = 0,2 mm), tekanan 26 Psi, laju alimya 15 mL/menit, serta injeksi sampel 1μL. Hasil data masing-masing perlakuan dianalisis menggunakan Anova dua jalur dengan bantuan software SPSS 17.0.

Hasil penelitian dan pengolahan data dari kadar etanol hasil fermentasi menunjukkan nilai F hitung > F tabel (38,212 > 2,51) dengan probabilitas 0,000 yang berarti adanya interaksi antara konsentrasi ragi dan lama waktu fermentasi. Perlakuan yang optimum diperoleh pada W3D3 (waktu 7 hari dan konsentrasi 20%) yaitu dengan rata-rata kadar etanol 3,03% dengan massa sampel alga 25 gram. Waktu fermentasi lebih lama memberikan kesempatan kepada mikrobia yang ada di ragi tape untuk berkembang biak lebih banyak. Konsentrasi ragi yang semakin tinggi menandakan jumlah khamir pada ragi tape yang ditambahkan untuk mengubah gula menjadi alkohol semakin banyak, sehingga kadar alkohol yang dihasilkan juga semakin tinggi. Hasil penelitian dehidrasi etanol menunjukkan nilai F hitung > F tabel (3,082 > 2,51) dengan probabilitas 0,022, yang berarti terdapat interaksi antara suhu aktivasi dan massa batu kapur dalam dehidrasi etanol. Perlakuan yang optimum adalah M1T1 (massa 50 gram dan suhu 800°C) dengan rata-rata kadar etanol 99,15 %. Bioetanol hasil fermentasi yang telah didestilasi dengan kadar tertinggi (28,91%) mengalami peningkatan kadar menjadi 83,78% setelah didehidrasi dengan batu kapur teraktivasi optimum.

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan (1) konsentrasi penambahan ragi tape dan lama waktu fermentasi berpengaruh signifikan terhadap kadar etanol yang dihasilkan pada proses pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum; dan (2) suhu aktivasi dan massa batu kapur Nusa Penida berpengaruh signifikan dalam meningkatkan kadar etanol.

Bab I: Pendahuluan - 1.1 Latar Belakang

(p.1) Bioetanol merupakan cairan hasil proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat (pati) menggunakan bantuan mikroorganisme. Setelah dimurnikan, bioetanol dapat digunakan sebagai salah satu bahan bakar pengganti BBM untuk mengimbangi kebutuhan BBM, sehingga cadangan minyak bumi tidak sampai habis, bahkan dapat tergantikan. Hal ini berdasarkan data ESDM (2008), yaitu cadangan minyak bumi Indonesia diperkirakan habis sekitar tahun 2031, jika belum ditemukannya cadangan minyak baru atau teknologi altematif dalam pemulihan atau penggantian minyak bumi. Jadi, bioetanol merupakan energi altematif untuk menggantikan BBM.

Berdasarkan Roadmap Sektor Energi Bioetanol, pengembangan bioetanol dibagi menjadi beberapa periode yaitu tahun 2005-2010, tahun 2011-2015, dan tahun 2016-2025. Tahun 2005-2010, dalam penelitian dan pengembangan dilakukan teknologi dehidrasi dengan adsorben diantaranya telah menggunakan CaO dan zeolit. Tahun 2011-2015 diperlukan sentuhan teknologi proses fermentasi produksi bioetanol dengan laju yang tinggi. Pada tahun 2016-2025 diharapkan ada sumber bahan baku bioetanol yang memiliki kontinuitas yang tinggi dan tidak merusak lingkungan, yang meliputi limbah pertanian, kehutanan, nira, serta alga (Kementerian Negara Riset dan Teknologi, 2006).

(p.2) Selama ini, sumber-sumber bahan bioetanol yang dimanfaatkan yaitu singkong, tebu, nira, sorgum, nira nipah, ubi jalar, dan Iain-lain (Hambali dkk., 2007). Dalam penyediaannya, bahan baku tersebut memiliki kelemahan, yaitu penanamannya memerlukan lahan yang luas dan bioetanol yang diperoleh belum maksimal. Oleh karena itu, perlu upaya penggunaan bahan baku bioetanol altematif dan menghasilkan bioetanol yang lebih banyak. Salah satu bahan altematif yang dapat digunakan yaitu alga laut.

Alga laut memiliki potensi yang besar sebagai penghasil bioetanol, walaupun masih dalam tahap penelitian yang mendalam. Negara-negara maju seperti Amerika Serikat, Jepang, dan Kanada menargetkan mulai tahun 2025 bahan bakar hayati (biofuel) dapat diproduksi dari budidaya cepat alga mikro yang tumbuh di perairan tawar atau asin. Keuntungan yang diperoleh yaitu tidak membutuhkan traktor seperti di darat, tanpa penyemaian benih, dan panen yang terus-menerus karena waktu panen alga yang relatif singkat, yaitu sekitar satu minggu sampai 1 bulan. Alga yang telah digunakan sebagai bahan baku bioetanol adalah Glacilaria sp., Spirulina sp., Sargassum sp., dan Ulva lactuca (Bachtiar, 2007); Hypnea sp. dan Euchema sp. (Karunakaran dan Gurusamy, 2011); Spirogyra sp. (Eshaq dkk., 2011); serta Enteromorpha sp. (Nahak dkk., 2011). Pada penelitian ini, dimanfaatkan sumber alga yang berpotensi sebagai bioetanol yaitu alga jenis Codium geppiorum. Alga hijau ini tersebar di kawasan Nusa Lembongan sebagai alga liar dan memiliki kandungan karbohidrat 69,10% dan lemak 5,15 % (Puspaningrat dkk., 2011).

(p.3) Sesuai dengan Roadmap Sektor Energi Bioetanol, teknologi proses pembuatan bioetanol merupakan hal yang sangat penting dikaji dalam menghasilkan bioetanol secara optimal. Bioetanol dalam pembuatannya memiliki dua tahap yang paling penting yaitu tahap hidrolisis dan fermentasi. Kedua tahap ini biasanya dilakukan dalam reaktor terpisah. Tahap hidrolisis merupakan pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit gula sederhana. Pemutusan rantai polimer tersebut dapat dilakukan dengan berbagai metode, misalnya secara enzimatis, kimiawi ataupun kombinasi keduanya. Secara kimiawi, digunakan metode hidrolisis menggunakan asam sulfat, asam perklorat, dan asam klorida (Musanif, 2008). Metode enzimatis dilakukan dengan penambahan enzim selulase dan amilase untuk memecah karbohidrat menjadi molekul yang lebih sederhana.

Tahap fermentasi merupakan proses produksi energi dalam sel pada keadaan anaerob (tanpa oksigen) dengan menggunakan mikroorganisme, seperti bakteri, jamur dan kapang. Proses ini dimaksudkan untuk mengkonversi glukosa (gula) menjadi etanol dan CO2. Glukosa yang dihasilkan pada hidrolisis digunakan oleh mikroorganisme untuk respirasi sehingga dihasilkan energi yang diperlukan dalam melakukan aktivitas kehidupan. Pemecahan glukosa menjadi energi memerlukan oksigen sampai kadar tertentu. Oleh karena wadah fermentasi yang ditutup rapat dan suplai oksigen di dalam sistem berkurang, maka kondisi untuk terjadi reaksi pembentukan energi dalam respirasi tidak terpenuhi sehingga terjadi proses fermentasi yakni pembahan glukosa menjadi etanol dan dihasilkan energi (Gozan dkk., 2007). Mikroorganisme yang sering digunakan dalam fermentasi yaitu jenis khamir Saccharomyces cerevisiae yang dapat berproduksi (p.4) tinggi. Dalam proses fermentasi, S. cerevisiae bekerja pada trayek pH 4-5 dan suhu optimum 25-35 C. Khamir ini biasanya terdapat pada ragi (Neelakandan dan Usharani, 2009).

Pembuatan bioetanol dalam prosesnya harus memperhatikan beberapa faktor. Faktor tersebut meliputi waktu fermentasi, konsentrasi fermentor, pH, suhu, oksigen, kadar alkohol, penambahan asam dan jumlah substrat (Kusuma, 2010; Jumari dkk., 2009; Bamforth, 2005). Beberapa hasil penelitian mengenai bioetanol menunjukkan bahwa waktu fermentasi dan konsentrasi ragi berpengaruh terhadap kadar alkohol yang dihasilkan. Konsentrasi ragi dan waktu fermentasi merupakan hal yang sangat penting dalam menentukan efektivitas dan efesiensi proses pembuatan bioetanol.

Khamdiah (2010) menemukan bahwa pada alga merah Euchema spinosum menghasilkan bioetanol pada destilatnya dengan kadar 15,25% (v/v) pada waktu 3 hari. Prasetyana (2009), melakukan pembuatan bioetanol dari limbah tapioka dengan variasi waktu dan konsentrasi ragi, serta diperoleh hasil yaitu kadar destilat etanol tertinggi 14,43% (v/v) pada 7 hari/75 g, sedangkan kadar etanol terendah 3,70% pada 9 hari/25 g. Kristiyaningsih (2008), menggunakan variasi waktu 5, 7 dan 9 hari serta konsentrasi ragi 10% dan 20% dari massa bahan, dan diperoleh kadar destilat etanol tertinggi pada waktu fermentasi 7 hari dengan konsentrasi ragi 20% yaitu 30,60% (v/v), sedangkan kadar terendahnya yaitu 13,13% pada fermentasi 7 hari dan konsentrasi ragi 50 gram. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, maka perlu dikaji waktu fermentasi dan konsentrasi ragi yang efektif pada proses pembuatan bioetanol menggunakan alga Codium geppiorum.

(p.5) Roadmap Sektor Energi Bioetanol juga menekankan perlunya suatu penelitian mengenai dehidrasi alkohol hasil fermentasi sehingga dihasilkan bioetanol sesuai dengan standar. Umumnya, hasil distilasi untuk pemumian alkohol mencapai kadar maksimal 95-96% (v/v), artinya terdapat 5-4% air, sedangkan kadar yang dibutuhkan adalah minimal 99,5% (v/v) (Prihandana dkk., 2007). Hal ini karena campuran air dan alkohol bersifat azeotrop yaitu fraksi uap air dan fraksi etanol memliki perbandingan komposisi 95,6 % (v/v) etanol dan 4,4% air. Titik didih etanol/air adalah 78,1°C, lebih rendah dari titik didih komponennya yaitu 78,4°C dan 100°C (Kusuma dan Dwiatmoko, 2009). Jadi, diperlukan suatu metode untuk memurnikan alkohol sesuai dengan standar yang dibutuhkan.

Metode pemumian etanol untuk bahan bakar dapat dilakukan dengan distilasi dan dehidrasi etanol (distilasi azeotropik, pemisahan kimiawi, pressure swing distillation, molecular sieve, dan membran (Kusuma dan Dwiatmoko, 2009). Metode yang biasanya dilakukan adalah menggunakan batu gamping dan zeolit alam atau sintetis. Keduanya dapat digunakan untuk dehidrasi alkohol karena mampu mengikat air dalam alkohol. Batu gamping (CaO) diaplikasikan bagi produsen bioetanol skala rumah tangga karena caranya sederhana dan biayanya pun relatif murah, dibandingkan dengan zeolit (Duryatmo, 2011). Pada penelitian ini, teknik lanjutan pemumian yang dilakukan yaitu dengan penggunaan batu kapur dari Nusa Penida.

karta-bioetanol-028codiumImage: Gambar 2.5 Alga Hijau Codium geppiorum

Batu kapur Nusa Penida merupakan batuan berwarna putih seperti gamping. Warna putih dari batu kapur Nusa Penida dipengaruhi oleh senyawa (p.6) yang terkandung di dalam batuannya. Komposisi senyawa kimia yang terkandung dalam batu kapur Nusa Penida adalah 87,35% CaO, 1,12% Al2O3, 10,34% SiO2, 0,85% Fe2O3, 0,07% TiO2 dan 0,20% BaO (Arimbawa, 2010). Dilihat dari kekuatannya, batu kapur Nusa Penida lebih kuat dari pada batu kapur di daerah lain seperti Tuban. Hal ini disebabkan karena kandungan silika dan aluminium pada batu kapur Nusa Penida lebih tinggi daripada batu kapur pada umumnya. Secara umum kandungan silikon dan aluminium pada batu kapur yaitu 2,35% dan 0,31%. Semakin tinggi kadar silikon dan aluminium pada batuan menyebabkan makin tingginya kerapatan struktur mineral batuan sehingga batuan menjadi keras (Kusumoyudo, 1986). Batu kapur Nusa Penida juga memiliki karakteristik penyerapan yang sangat baik yaitu 1,77%-2,7% dan aspek kekerasan sangat baik dengan nilai abrasi 27 % lebih kecil dari 40% standar Bina Marga (Negara dan Putra,2010).

Kandungan silika aluminat yang tinggi pada batu kapur Nusa Penida akan meningkatkan efektivitas pemumian bioetanol, karena dehidrasi akan terjadi lebih banyak. Hal ini karena batu kapur bertindak sebagai penyerap air, sehingga molekul air akan banyak terperangkap dalam struktur mineral batu kapur, dan etanol dapat terpisahkan dari airnya. Sebelum digunakan untuk dehidrasi etanol, batu kapur diaktivasi pada suhu 800°C, 900°C, atau 1000°C selama 2 jam. Rentang suhu tersebut dipilih karena pada pada suhu 900-1000 °C terjadi pembentukan campuran CaO dengan SiO2 membentuk kristal (Ramacandran dkk., 2002; Greenwood dan Earnshaw, 1997). Variasi massa batu kapur yang (p.7) digunakan dalam penelitian akan memberikan informasi mengenai daya serap batu kapur terhadap air pada etanol.

Berdasarkan pemaparan di atas, dalam penelitian ini akan dikaji pengaruh konsentrasi penambahan ragi dan lama waktu fermentasi dalam pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum. Selain itu, dikaji pengaruh suhu aktivasi dan massa batu kapur Nusa Penida sebagai penyerap air (dehidrasi alkohol) dalam meningkatkan kadar etanol pada proses pembuatan bioetanol.

Klasifikasi jenis alga Codium geppiorum (Source: Susanto dan Maulana, 2008; p.28)

Empire Eukaryota
Kingdom Plantae
Subkingdom Viridaeplantae
Divisi Chlorophyta
Class Bryopsidophyceae
Order Bryopsidales
Family Codiaceae
Genus Codium
Spesies Geppiorum

2.5 Batu Kapur Nusa Penida

Batu kapur Nusa Penida merupakan batuan berwarna putih dan banyak ditemukan di Pulau Nusa Penida, Bali. Batu kapur jenis ini digunakan sebagai bahan bangunan seperti hiasan-hiasan bangunan oleh penduduk setempat. Penggunaannya ini terkait dengan sifat dari batu kapur yang kuat sehingga baik digunakan sebagai bahan bangunan. Warna putih dari batu kapur Nusa Penida dipengaruhi oleh senyawa yang terkandung di dalam batuan tersebut. Arimbawa (2010) dalam penelitiannya memperoleh bahwa komposisi senyawa kimia yang terkandung dalam batu kapur Nusa Penida adalah 87,35% CaO, 1,12% Al2O3, 10,34% SiO2, 0,85% Fe2O3, 0,07% TiO2 dan 0,20% BaO. Dilihat dari (p.37) kekuatannya, batu kapur Nusa Penida lebih kuat daripada batu kapur biasa. Ini disebabkan karena kandungan silikon dan aluminium pada batu kapur Nusa Penida lebih tinggi daripada batu kapur. Semakin tinggi silikon dan aluminium pada batuan menyebabkan makin tingginya kerapatan struktur mineral batuan sehingga batuan menjadi keras (Kusumoyudo, 1986). Secara umum, kandungan silikon dan aluminium pada batu kapur yaitu 2,35% dan 0,31%, sedangkan mineral yang paling banyak dalam batu gamping adalah kalsium oksida (Jamarun, 2007).

Penggunaan kalsium oksida (CaO) dalam kegiatan industri berdasarkan sifat fisiknya. Sifat fisik kalsium oksida yaitu massa molekul 56,08; titik didihnya 2.850°C; larut dalam air, asam, gliserol, larutan garam, dan tidak larut dalam alkohol. CaO sering digunakan dalam pabrik semen, proses pemumian, pabrik baja, pembuatan pigmen warna, farmasi, pengeringan cairan, pembuatan kertas, pestisida, disinfektan dan sebagainya (Greenwood dan Earnshaw, 1997). Berdasarkan sifatnya, CaO dapat dimanfaatkan untuk adsorpsi air pada proses pembuatan bioetanol. CaO diperoleh dari dekomposisi kalsium oksalat atau kalsium karbonat (Gabbot, 2008).

Kalsium oksalat terdekomposisi secara bertahap dimulai dari pelepasan air, pembentukan kalsium karbonat, dan pembentukan kalsium oksida. Kalsium karbonat murni terdekomposisi secara tunggal menghasilkan CaO dan C02 antara suhu 800°C sampai 950°C (Wendlandt, 1986). Suatu mineral kalsium yang berupa campuran dengan mineral lainnya juga akan mengalami dekomposis dengan diawali dekomposisi mineral campuran. Setiap mineral, yang mengandung (p.38) kalsium karbonat, dalam proses dekomposisinya, memiliki suhu dekomposisi yang tidak sama. Gambar 2.6 menunjukkan dekomposisi kalsium oksalat sehingga diperoleh CaO berdasarkan analisis termogravimetri.

karta-bioetanol-038gambar2.6Gambar 2.6: Kurva TG Kalsium Oksalat (Wendlandt, 1986)

3.3 Hipotesis Penelitian

(p.48) Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini untuk proses pembuatan bioetanol adalah sebagai berikut: H0: Konsentrasi penambahan ragi tape dan waktu fermentasi tidak berpengaruh signifikan terhadap kadar etanol yang dihasilkan pada proses pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum; Ha: Konsentrasi penambahan ragi tape dan waktu fermentasi berpengaruh signifikan terhadap kadar etanol yang dihasilkan pada proses pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum.

Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini untuk penggunaan batu kapur Nusa Penida dalam meningkatkan kadar etanol adalah sebagai berikut: H0: Suhu aktivasi dan massa batu kapur Nusa Penida tidak berpengaruh signifikan dalam meningkatkan kadar etanol pada pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum; Ha: Suhu aktivasi dan massa batu kapur Nusa Penida berpengaruh signifikan dalam meningkatkan kadar etanol pada pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum.

5.2 Hasil Pengujian Dehidrasi Etanoi dengan Batu Kapur Nusa Penida

(p.67) Batu kapur mengalami penyusutan massa pada masing-masing variasi suhu. Batu kapur yang dipanaskan pada suhu 100°C, 800°C, 900°C, 1000°C menyusut secara berturut-turut sebesar 6 %, 20%, 28%, dan 40% (Lampiran 2). Hasil pembakaran batu kapur Nusa Penida disajikan pada Gambar 5.6. Dehidrasi etanol dengan batu kapur menyebabkan pengurangan rata-rata volume sebesar 35%. Salah satu kromatogram hasil dehidrasi etanol dan standar etanol 99,80% disajikan pada Gambar 5.7, sedangkan kromatogram lainnya dan perhitungan kadar bioetanol setiap perlakuan terdapat pada Lampiran 2.

karta-bioetanol-067gambar-5.6Gambar 5.6 Batu Kapur Nusa Penida pada (a) suhu 100°C dan (b) setelah pembakaran

Hasil penelitian mengenai pengujian dehidrasi etanol menggunakan batu kapur Nusa Penida dengan variasi massa batu kapur dan suhu aktivasi disajikan pada Tabel 5.3 dan hasil pengolahan data dengan bantuan software SPSS 17.0 disajikan pada Tabel 5.4. Hasil penelitian pada Tabel 5.3 diperoleh berdasarkan perhitungan pada hasil kromatografi gas seperti pada Lampiran 2. Grafik hubungan variasi massa batu kapur dan suhu aktivasi terhadap dehidrasi etanol (p.68) yang dihasilkan disajikan pada Gambar 5.8 dan Gambar 5.9. Aplikasi batu kapur teraktivasi untuk mendehidrasi bioetanol dengan kadar destilat tertinggi mampu meningkatkan kadar bioetanol dari 28.92% menjadi 83,78%.

Gambar 5.7: Kromatogram Standar Etanol 99,80% dan Hasil Dehidrasi Perlakuan M1T1

Simpulan dan saran - 7.1 Simpulan

(p.96) Berdasarkan hasil dan pembahasan penelitian dapat disimpulkan penelitian ini sebagai berikut.

(1) Konsentrasi penambahan ragi tape (0%, 5%, 10%, 20%) dan waktu fermentasi (3 hari, 5 hari, 7 hari) berpengaruh signifikan terhadap kadar etanol yang dihasilkan pada proses pembuatan bioetanol berbahan alga Codium geppiorum yang ditunjukkan dengan nilai F hitung > F tabel, (38,212 > 2,51) dengan probabilitas 0,000. Perlakuan yang optimum diperoleh pada W3D3 (waktu fermentasi 7 hari dan konsentrasi ragi 20%) yaitu dengan rata-rata kadar etanol 3,03%.

(2) Suhu aktivasi (100°C, 800°C, 900°C, dan 1000°C) dan massa batu kapur Nusa Penida (50 gram, 75 gram, 100 gram) berpengaruh signifikan dalam meningkatkan kadar etanol yang ditunjukkan dengan nilai F hitung > F tabel (3,082 > 2,51) dengan probabilitas 0,022. Perlakuan yang optimum adalah M1T1 (massa 50 gram dan suhu 800°C) dengan rata-rata kadar etanol 99,15%. Aplikasi batu kapur pada perlakuan dengan dehidrasi etanol optimum mampu meningkatkan kadar bioetanol hasil fermentasi dari kadar destilat 28,92% menjadi 83,78%.

7.2 Saran

(p.97) Saran yang dapat diberikan untuk lebih melengkapi dan menyempurnakan penelitan ini menjadi penelitian lanjutan adalah sebagai berikut: (1) Dilakukan penelitian lanjutan untuk mengetahui waktu optimum pada penambahan ragi 5% dan 10 % terhadap kadar etanol yanhg dihasilkan; (2) Dilakukan penelitian identifikasi senyawa-senyawa lain hasil hidrolisis seperti jenis gula dan konsentrasinya, optimasi hidrolisis, dan hasil samping dalam fermentasi; (3) Dilakukan penelitian lanjutan untuk mengetahui karakteristik batu kapur yang terjadi setelah aktivasi pada masing-masing variasi suhu pembakaran.

karta-bioetanol-134codiumLampiran 6. Perlakuan awal dan Hidrolisis Alga Codium geppiorum; Alga Codium geppiorum yang basah dan yang telah dikeringkan (p.134)

Lampiran 7: Proses fermentasi sampel, distilasi dan pengukuran kadar etanol; Ragi Starter dan pembungkusan wadah fermentasi; Fermentasi dan Hasil Fermentasi; Distilasi bertingkat dan pengukuran kadar etanol dengan GC Varian 3300 n(p.135)

karta-bioetanol-136batukapurLampiran 8. Pengujian dehidrasi etanol; Penghalusan batu kapur Nusa Penida; Pembakaran batu kapur Nusa Penida dengan Oven (p.136)

Source

  • Karta, I Wayan (2012) - Pembuatan Bioetanol dari Alga Codium geppiorum dan pemanfaatan batu kapur Nusa Penida, teraktivasi untuk meningkatkan kualitas bioethanol, Program Pascasarjana Universitas Udayana Denpasar; Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister Sains pada Program Magister, Program Studi Kimia Terapan Program Pascasarjana Universitas Udayana

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. research: Godi Dijkman www.godidijkman.nl social facebook box white 24