Progress Report

  • Published on
    03-Jul-2015

  • View
    124

  • Download
    16

Embed Size (px)

Transcript

<p>A. JUDUL PENELITIAN Studi Awal Pengolahan Biomassa Limbah Budidaya Kelapa Sawit (Palmae) menggunakan Cairan Ionik untuk Pemrosesan Selulosa Menjadi Bahan Bakar Cair B. LATAR BELAKANG Meningkatnya harga BBM dan gas serta isu pelestarian lingkungan telah meningkatkan pamor biomassa dan limbah biomassa sebagai salah satu sumber energi alternatif. Biomassa merupakan sumber organik terbaharukan dan secara alami sangat melimpah di alam. Dari 40 miliar ton biomassa yang dihasilkan secara alami di alam setiap tahunnya, hanya 200 juta ton yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk proses selanjutnya (Hermanutz, et al., 2006; Maase, et al., 2007). Pada umumnya, biomassa merujuk pada materi tumbuhan yang dipelihara untuk digunakan sebagai biofuel, tapi dapat juga mencakup materi tumbuhan atau hewan yang digunakan untuk produksi serat, bahan kimia, atau panas. Biomassa dapat pula meliputi limbah terbiodegradasi yang dapat dibakar sebagai bahan bakar. Biomassa tidak mencakup materi organik yang telah tertransformasi oleh proses geologis menjadi zat seperti batu bara atau minyak bumi. Penggunaan minyak sawit sebagai bahan bakar nabati dimungkinkan masih mengalami hambatan mengingat minyak sawit ini edible (dapat dikonsumsi) dan masih mahalnya harga CPO (Crude Palm Oil) dunia. Peningkatan harga minyak mentah dunia juga mendorong naiknya harga CPO dunia. Hal ini akan mendorong perusahaan kelapa sawit dalam negeri untuk mengekspor CPO daripada mengembangkannya menjadi bahan bakar nabati di dalam negeri. Apabila CPO masih diorientasikan untuk diekspor maka penggunaan limbah biomassa kelapa sawit dapat didorong untuk digunakan sebagai alternatif bahan bakar. Limbah sawit kaya selulosa dan hemiselulosa. Tandan kosong kelapa sawit masing-masing mengandung 45% selulosa dan 26% hemiselulosa. Tingginya kadar selulosa pada polisakarida itu dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana dan selanjutnya difermentasi menjadi biofuel. Limbah kelapa sawit jumlahnya melimpah. Sebuah pabrik kelapa sawit (PKS) berkapasitas 60 ton /jam dapat menghasilkan limbah 100 ton/hari. Di Indonesia terdapat 470 pabrik pengolahan kelapa sawit. Limbahnya mencapai 28,7-juta ton dalam bentuk cair dan 15,2-juta ton limbah padat per tahun. Graenacher (1994) menyebutkan bahwa lelehan N-etilpiridinium klorida yang mengandung basa nitrogen dapat digunakan sebagai pelarut selulosa. Secara teknis, pelarut ini tidak begitu menguntungkan, karena senyawa tersebut bersifat eksoterik dan mempunyai titik leleh yang cukup tinggi (118oC). Begitu juga dengan penggunaan pelarut natrium hidroksida-karbon disulfida (NaOH/ CS2) serta penggunaan N-Metilmorfolin-N-oksid-Monohidrat (NMNO) yang saat ini sering digunakan sebagai pelarut selulosa dalam proses pembuatan serat rayon. Penggunaan kedua sistem pelarut ini kurang begitu menguntungkan. Proses pelarutan selulosa menggunakan sistem pelarut (NaOH/ CS2) memerlukan proses yang relatif kompleks sehingga penggunaan sistem pelarut ini dinilai tidak</p> <p>ekonomis. Selain itu karbon disulfida (CS2) merupakan senyawa berbahaya bagi makhluk hidup dan lingkungan. Sedangkan pelarut NMNO memiliki kelemahan kestabilan termalnya yang rendah. Cairan ionik (Ionic Liquids/ ILs) memiliki kriteria yang diharapkan sebagai pelarut yang ramah lingkungan. Cairan ionik memiliki sifat tidak memiliki tekanan uap yang menjadikannya tidak mudah menguap (non-volatile), tidak mudah terbakar, dan mempunyai kestabilan termal yang tinggi. Di samping itu, cairan ionik merupakan pelarut yang baik bagi material organik, anorganik maupun polimer. Alternatif Penggunaan Cairan ionik dalam proses pelarutan selulosa kelapa sawit tidak menimbulkan dampak yang berbahaya terhadap lingkungan, sehingga dijadikan alternatif pengganti pelarut organik yang berbahaya. Selain itu, cairan ionik bisa di daur ulang hingga mencapai efisiensi 94%, serta dapat mengurangi biaya produksi dan dampak terhadap lingkungan. Penelitian yang berkaitan dengan penggunaan cairan ionik pada proses pelarutan selulosa sampai saat ini terfokus pada garam (1). Penggunaan [C4mim]Cl (1butil-3-metil-imidazolium klorida) dengan pemanasan microwave menunjukkan bahwa garam ini dapat melarutkan selulosa sampai 25 % berat. Penggunaan kation dengan gugus heksil dan oktil serta anion lainnya seperti Br-, SCN-, BF4-, dan PF6- ternyata menunjukkan hasil yang tidak lebih baik (Swatloski R. P., et al., 2002). Hermanutz (2006) menunjukkan bahwa penggunaan anion asetat ternyata dapat memperbesar kelarutan. R R N3 N3 N2 XC 2 XN1 N1 CH3 R 1 2</p> <p>Garam 1,3-alkilmetil-benzotriazolium (2) mempunyai strukur yang mirip dengan golongan N,N-Dialkil-imidazolium (1). Selain pada jenis atom pada posisi 2, perbedaan keduanya terletak pada terdapatnya gugus benzena pada struktur benzotriazolium yang akan memperluas delokalisasi muatan positif kation sehingga akan menyebabkan melemahnya interaksi Coulomb kation-anion (Anthony, J. L., et al., 2003). Lemahnya interaksi Coulomb kation-anion pada (2) diharapkan dapat menyebabkan lebih kuat dan efisiennya senyawa (2) melarutkan selulosa. C. PERUMUSAN MASALAH Berdasarkan uraian yang dikemukakan di atas, rumusan masalah penelitian adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana cara mensintesis cairan ionik berbasis garam benzotriazolium dengan memvariasikan dua jenis kation dengan alkil yang berbeda yaitu kation 1,3-heksilmetil-1,2,3-benzotriazolium ([MHBzt]+), dan kation 1,3oktilmetil-1,2,3-benzotriazolium ([MOBzt]+) dengan tiga jenis anion untuk masing-masing kation, yakni bromida (Br-), asetat ([CH3COO]-), dan tiosianat ([SCN]-)?</p> <p>2. 3. 4.</p> <p>Bagaimanakah pengaruh perbedaan panjang gugus alkil R pada kation garam benzotriazolium terhadap proses pelarutan biomassa? Bagaimanakah pengaruh jenis anion pada garam benzotriazolium terhadap proses pelarutan biomassa? Bagaimanakah pengaruh proses pelarutan tersebut terhadap struktur permukaan dan kristalinitas dari biomassa?</p> <p>D. TUJUAN PROGRAM Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan : 1. Pelarut green dan ekonomis pada proses pelarutan limbah budidaya Kelapa Sawit (palmae) 2. Informasi mengenai data kelarutan biomassa limbah budidaya kelapa sawit (palmae). Untuk ke depannya, diharapkan selulosa ini dapat dikonversi menjadi glukosa dan bisa dimanfaatkan dalam pembentukkan biofuel. 3. Informasi mengenai mekanisme pelarutan biomassa limbah budidaya kelapa sawit (palmae) di dalam cairan ionik berbasis garam benzotriazolium. E. LUARAN YANG DIHARAPKAN Terdapat dua luaran yang diharapkan dari program ini diantaranya adalah : Cairan Ionik yang dapat digunakan untuk melarutkan biomassa limbah budidaya Kelapa Sawit (Palmae) sebagai langkah dalam pengembangan teknologi pengolahan awal biomassayang efektif dan hemat biaya. Artikel ilmiah yang berisikan data informasi mengenai kelarutan biomassa di dalam cairan ionik [MHBzt]CH3COO, [MOBzt]CH3COO, [MHBzt]Br, [MOBzt]Br, [MHBzt]SCN, dan [MOBzt]SCN dan kadar glukosa yang dihasilkan dari pretreatment menggunakan cairan ionik tersebut. Hasil yang dicapai direncanakan akan dipublikasikan dalam jurnal internasional dan jurnal nasional terakreditasi. F. JADWAL KEGIATAN YANG TELAH DILAKSANAKAN</p> <p>1. 2.</p> <p>NO. 1 2 3</p> <p>JENIS KEGIATAN Pembelian bahan Preparasi bahan Karakterisasi FTIR 1Hbenzotriazol sebagai raw material Sintesis 1-metil-benzotriazol Karakterisasi 1-metil-benzotriazol (uji titik leleh dan analisis FTIR) Alkilasi-kuartenerisasi 1-metilbenzotriazol Karakterisasi FTIR cairan ionik Uji pelarutan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dalam cairan ionik 1,3-oktilmetil-1,2,3benzotriazolium bromida Karakterisasi raw material TKKS dan TKKS setelah pelarutan menggunakan SEM dan FTIR</p> <p>PELAKSANAAN BULAN KE1 2 3 4</p> <p>4</p> <p>5.</p> <p>G.</p> <p>METODE PENELITIAN Secara keseluruhan penelitian dapat digambarkan seperti bagan alir berikut:</p> <p>Sintesis Cairan Ionik</p> <p>FTIR1</p> <p>FTIR</p> <p>H-NMR</p> <p>TKKS</p> <p>XRD SEM</p> <p>Pelarutan Larutan TKKS -Cairan Ionik Rekonstitusi TKKS Hasil Rekonstitusi Hidrolisis enzimatikSEM XRD FTIR</p> <p>Glukosa</p> <p>GCMS</p> <p>H.</p> <p>RINCIAN PERKEMBANGAN PENELITIAN H.1. Waktu Penelitian Februari Mei 2009 H.2. Kegiatan Yang Dilakukan Waktu Kegiatan Penelitian Penelitian Februari Penyusunan surat izin laboratorium dan fasilitasnya Peminjaman alat-alat yang menunjang penelitian Pencarian dan pembelian zat-zat yang akan digunakan dalam penelitian Maret Pencarian dan pembelian zat-zat yang akan digunakan dalam penelitian Analisis FTIR raw material yaitu 1H-benzotriazol Sintesis dan karakterisasi 1-metil-benzotriazol (uji titik leleh dan analisis FTIR) April Analisis FTIR tandan kosong kelapa sawit (TKKS) Alkilasi-kuartenerisasi 1-metil-benzotriazol Karakterisasi cairan ionik Mei Uji pelarutan TKKS menggunakan cairan ionik 1,3oktilmetil-1,2,3-benzotriazolium bromida Analisis SEM dan XRD TKKS sebelum dan sesudah pelarutan</p> <p>H.3 Hasil PenelitianHasil dari kegiatan yang telah dilaksanakan *) Persentase keberhasilan Keterangan</p> <p>Jadwal</p> <p>Jadwal penelitian terundur 6</p> <p>Penelitian</p> <p>Hasil penelitian: Sintesis metil benzotriazol Sintesis cairan ionik Uji pelarutan Penggunaan Uang</p> <p>100%</p> <p>minggu dikarenakan sulitnya mencari salah satu pereaksi yaitu 1H-benzotriazol dan oktil bromida.Meskipun demikian untuk tahap preparasi cairan ionik sesuai dengan jadwal yaitu 2 bulan. Pada spectra FTIR menunjukkan bahwa produk yang didapat memberikan kesesuaian dengan struktur harapan.</p> <p>100%</p> <p>TKKS larut dalam cairan ionik 1,3oktilmetil-1,2,3-benzotriazolium bromida Biaya untuk pembelian bahanbahan sebesar kurang lebih Rp. 4.475.000,00 dan untuk karakterisasi sebesar Rp. 1.000.000,00</p> <p>H.4. Hambatan Pada Penelitian Masalah yang dihadapi dalam penelitian ini adalah: Bahan dasar 1H-benzotriazol dan oktil bromida sulit didapat. Zat tersebut harus dipesan dan memerlukan waktu yang cukup lama Proses metilasi belum dapat diselesaikan karena lamanya waktu pemesanan bahan. Hal ini menyebabkan jadwal mengalami perubahan Proses pemisahan 1-metil-benzotriazol dengan 2-metilbenzotriazol cukup sulit dan pembentukkan kristal 1-metil-benzotriazol cukup lama sekitar 4 hari. Randemen yang dihasilkan dari proses metilasi cukup kecil sehingga sehingga percobaan diulang beberapa kali agar diperoleh produk yang cukup banyak untuk tahapan berikutnya yaitu alkilasi-kuartenerisasi 1-metil benzotriazole. Proses pelarutan yang menggunakan microwave. Masalah ini timbul karena metode ini baru pertama kali dicoba oleh kami. Penggunaan daya yang terlalu besar akan menyebabkan airan ionik dan sampel TKKS menjadi hangus. Terdapat penambahan jumlah barang disesuaikan dengan kebutuhan penelitian. Penggunaan 1H-benzotriazol sebanyak dua kali dari jumlah yang diperkirakan, begitu pula dengan pereaksi dan pelarut lainnya. Hal ini mengakibatkan bertambahnya jumlah pengeluaran yang harus dikeluarkan.</p> <p>Pemakaian senyawa yang lebih murni dengan tujuan mendapatkan hasil yang lebih baik. Perubahan tersebut menambah jumlah pengeluaran. Terdapat ketidaksesuaian harga zat serta harga untuk analisis seperti yang telah diusulkan. Adanya penambahan jenis analisis yang dirasa cukup perlu untuk dilakukan.</p> <p>H.5.Upaya Penyelesaian Usaha yang dilakukan untuk menghadapi kesulitan yang terjadi adalah : Dilakukan beberapa modifikasi dalam langkah kerja dalam proses pemisahan 1-metil-benzotriazol dengan 2metilbenzotriazol. Pengubahan prosedur tersebut tidak berpengaruh terhadap hasil reaksi. Selain itu, Digunakan daya yang paling rendah untuk uji pelarutan dan proses pelarutan dilakukan setiap 1 menit sekali samapai sampel TKKS larut. Penggunaan analisis 1H-NMR digunakan untuk tiga jenis cairan ionik yang dianggap mewakili semua jenis cairan ionik lainnya. Pencarian tempat analisis yang menawarkan harga analisis yang jauh lebih murah.</p> <p>I.</p> <p>LAPORAN PENGGUNAAN UANG No Jenis Pengeluaran 1 Bahan Habis Pakai a. 1H-benzotriazol p.a b. Natrium hidroksida p.a c. Asam klorida d. Dimetil sulfat e. Magnesium sulfat p.a f. Oktilbromida g. Heksilbromida h. Etilbromida i. Asetonitril j. Heksan k. Perak nitrat p.a l. Natrium asetat p.a m. Aquades n. Metanol o. Etanol 2 Peralatan penunjang dan Analisis a. Analisis FTIR b. Analisis XRD c. Analisis SEM</p> <p>Banyaknya 200 gram 200 gram 100 mL 200 mL 15 gram 500 gram 10 mL 5 mL 400 mL 200 mL 10 gram 10 gram 20 L 400 mL 100 mL 7 kali 2 kali 2 kali</p> <p>Harga Rp. 1.500.000,Rp. 160.000,Rp. 35.000,Rp. 160.000,Rp. 15.000,Rp. 1.760.000,Rp 70.000,Rp 57.000,Rp. 114.000,Rp. 100.000,Rp 408.000,Rp 10.000,Rp. 20.000,Rp 62.000,Rp 17.000,Rp. Rp. Rp. 175.000,525.000,300.000,-</p> <p>No</p> <p>Jenis Pengeluaran Banyaknya Total anggaran yang telah dikeluarkan</p> <p>Harga Rp. 5.475.000,-</p> <p>J.</p> <p>DOKUMENTASI KEGIATAN</p> <p>Benzotriazol dan NaOH dalam Air</p> <p>Proses Metilasi</p> <p>Proses Ekstraksi</p> <p>Hasil Proses Pengadukan</p> <p>Kristal 1-Metil-Benzotriazol Belum Murni</p> <p>Proses Rekristalisasi Menggunakan nheksan</p> <p>Kristal 1-Metil-BenzotriazolGambar. (1) [MHBzt]Br, (2) [MHBzt]SCN, (3) [MHBzt]COO</p> <p>Uji Titik LelehGambar. (1) [MOBzt]Br, (2) [MOBzt]SCN, (3) [MOBzt]COO</p> <p>Gambar. Tkks awal (kiri) dan tkks saat pelarutan (kanan)</p> <p>100</p> <p>%T80 60 40 Benzotriazol 1-Metil-Benzotriazol 20 4000</p> <p>3000</p> <p>2000</p> <p>1000</p> <p>1/ cm</p> <p>Gambar Perbandingan Spektra FTIR antara 1H-Benzotriazol dengan 1-Metil-Benzotriazol</p> <p>%T80 60</p> <p>100</p> <p>40</p> <p>[MEBzt]Br [MHBzt]Br [MOBzt]Br 1-Metil-Benzotriazol</p> <p>20 4000</p> <p>3000</p> <p>2000</p> <p>1000</p> <p>1/ cm</p> <p>Gambar . Spektra FTIR 1,3-Alkilmetil-Benzotriazolium Bromida</p> <p>120</p> <p>100</p> <p>%T80 60</p> <p>40</p> <p>[MEBzt]SCN [MHBzt]SCN [MOBzt]SCN</p> <p>4000</p> <p>3000</p> <p>2000</p> <p>1000</p> <p>1/ cm</p> <p>Gambar. Spektra FTIR 1,3-Alkilmetil-Benzotriazolium Tiosianat</p> <p>120</p> <p>100</p> <p>%T80 60 40 [MEBzt]CH3COO 20 [MHBzt]CH3COO [MOBzt]CH3COO 3000 2000 1000</p> <p>4000</p> <p>1/ cm</p> <p>Gambar. Spektra FTIR 1,3-Alkilmetil-Benzotriazolium Asetat</p> <p>Gambar. SEM (kiri) TKKS Awal (kanan) TKKS Melalui Proses Pelarutan dan Gambar. SEM (kiri) TKKS Awal (kanan) TKKS Melalui Proses Pelarutan dan Rekonstitusi Menggunakan Cairan Ionik Rekonstitusi Menggunakan Cairan Ionik</p> <p>Gambar. Spektra 1H-NMR [MOBzt]CH3COO</p>