its-nondegree-30223-2310030078-chapter1 (1)
DESCRIPTION
m,mkkTRANSCRIPT
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
I.1.1 Sejarah
Gas hidrogen (H2) pertama kali dihasilkan secara artifisial
oleh T. Von Hohenheim (dikenal juga sebagai Paracelsus, 1493–
1541) melalui pencampuran logam dengan asam kuat. Dia tidak
menyadari bahwa gas mudah terbakar yang dihasilkan oleh reaksi
kimia ini adalah unsur kimia yang baru. Pada tahun, Robert Boyle
menemukan kembali dan mendeskripsikan reaksi antara besi dan
asam yang menghasilkan gas hidrogen.
Pada tahun 1766, Henry Cavendish adalah orang yang
pertama mengenali gas hidrogen sebagai zat diskret dengan
mengidentifikasikan gas tersebut dari reaksi logam-asam sebagai
"udara yang mudah terbakar". Pada tahun 1781 dia lebih lanjut
menemukan bahwa gas ini menghasilkan air ketika dibakar.
(Antoine Lavoisier,1783) memberikan unsur ini dengan nama
hidrogen (dari Bahasa Yunani hydro yang artinya air dan genes
yang artinya membentuk), ketika dia dan Laplace mengulang
kembali penemuan Cavendish yang mengatakan pembakaran
hidrogen menghasilkan air. Hidrogen pertama kali dicairkan oleh
James Dewar pada tahun 1898 dengan menggunakan
penemuannya, guci hampa. Dia kemudian menghasilkan hidrogen
padat setahun kemudian. Deuterium ditemukan pada tahun 1931
Desember oleh Harold Urey, dan tritium dibuat pada tahun 1934
oleh Ernest Rutherford, Mark Oliphant, and Paul Harteck. Air
berat, yang mengandung deuterium menggantikan hidrogen biasa,
ditemukan oleh Urey dkk. pada tahun 1932. Salah satu dari
penggunaan pertama H2 adalah untuk sinar sorot (Anonim, 2012).
I.1.2 Alasan Pendirian Pabrik
Hidrogen bukanlah sumber energi (energy source)
melainkan pembawa energi (energy carier), artinya hidrogen
tidak tersedia bebas di alam atau dapat ditambang layaknya
I-2 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
sumber energi fosil tetapi dapat dihasilkan melalui proses-proses
tertentu.
Tabel I.1Data kebutuhan hidrogen di Indonesia
Tahun impor Kebutuhan (Ton)
2007
2008
2009
2010
2011
23.681
26.405
28.522
31.000
34.280
Sumber: Data Impor Bahan Kimia Badan Pusat Statistik
Untuk mengurangi ketergantungan impor Indonesia terhadap
negara lain, untuk memperluas kesempatan kerja dan
meningkatkan produksi dalam negeri serta menyeimbangkan
struktur ekonomi di Indonesia maka Indonesia harus melakukan
pembangunan dengan pemanfaatan sumber daya alam dan sumber
daya manusia yang dimiliki. Salah satu wujud pembangunan
sumber tersebut adalah dengan pembangunan industri kimia.
Dengan alasan kebutuhan Hidrogen makin lama makin
meningkat, maka perlu difikirkan pendirian suatu pabrik
Hidrogen, namun dengan mempertimbangkan kekurangan
metode yang sudah ada agar mampu menghasilkan Hidrogen
dengan meminimalisir penggunakan energi yang tinggi, biaya
yang tinggi dan kerusakan lingkungan. Di antara metode produksi
hidrogen, metode yang paling menjanjikan dan ramah lingkungan
adalah fermentasi anaerob dari Tandan Kosong Kelapa Sawit
(TKKS), karena menggabungkan proses produksi hidrogen
dengan pengolahan limbah, dengan alasan:
1. Keuntungan finansial yang akan didapatkan, karena
permintaan pasar terhadap Hidrogen semakin meningkat dari
tahun ke tahun.
2. Bahan baku pembuatan Hidrogen tersedia secara melimpah di
Indonesia sehingga kelangsungan proses dapat dipertahankan.
I-3 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
3. Hasil samping yang didapatkan dari proses pembuatan
Hidrogen dapat menambah keuntungan finansial.
4. Dapat mendorong berkembangnya perekonomian masyarakat
Indonesia.
5. Tidak memerlukan energi matahari
6. Teknologi reaktor yang sederhana
7. Dibandingkan dengan proses gasifikasi batubara, bahan baku
untuk proses gasifikasi biomassa lebih bersifat renewable
sehingga lebih menjamin kelangsungan suatu pabrik
(Bambang Trisakti, Irvan, Hari Tiarasti, Irma Suraya, 2012).
I.1.3 Ketersediaan Bahan Baku
Salah satu sumber bahan baku yang dapat dimanfaatkan
untuk pembuatan Hidrogen adalah limbah kelapa sawit yang
berlignosellulosa, antara lain tandan kosong, batang, pelepah dan
cangkang buahnya. Limbah kelapa sawit yang cukup berpotensi
untuk digunakan sebagai bahan baku Hidrogen adalah Tandan
Kosong Kelapa Sawit (TKKS) karena jumlahnya cukup banyak
yaitu 1,9 juta ton berat kering atau setara dengan 4 juta ton berat
basah per tahun (Nuryanto, 2000) dan sudah terkumpul di industri
pengolahan minyak sawit.
Tabel I.2 Propinsi Produksi Kelapa Sawit Terbesar di Indonesia
Tahun 2005
Produksi Luas Area Produksi
Kelapa Sawit
Produksi
TKKS
Riau
Sumatera Utara
Sumatera Selatan
Kalimantan Barat
Jambi
1,3 juta Ha
964,3 ribu Ha
532,4 ribu Ha
466,9 ribu Ha
466,7 ribu Ha
559 ribu ton
400 ribu ton
250 ribu ton
200 ribu ton
200 ribu ton
128 ribu ton
92 ribu ton
57,5 ribu ton
46 ribu ton
46 ribu ton
Sumber: Dinas Perkebunan Propinsi Riau, Tahun 2011
I-4 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
I.1.4 Kebutuhan Aspek Pasar
Salah satu komoditi yang paling banyak permintaannya
adalah hidrogen. Ada juga komoditi-komoditi lain yang masih
diimpor yang merupakan produk dari proses Hidrogenasi.
Hidrogen mempunyai fungsi sebagai bahan baku pembuatan
Amoniak, oxygenated compound, keperluan elektrolisa, start up
cracker, perengkahan fraksi-fraksi minyak bumi, dan bahan baku
berbagai zat kimia lainnya. Sehubungan dengan hal tersebut
diatas maka dibuatlah suatu pra rencana pabrik pembuatan
hidrogen.
Tabel I.3 Kebutuhan Hidrogen Untuk Beberapa Jenis Produk
Bahan baku Produk Kebutuhan Hidrogen
pada 150˚C. m3
Fenol
Nitrogen
Naftalena
Olein
Diisobutilena
Karbon monoksida
Sikloheksanol
Amonia
Tetralin
Stearin
Isooktana
Metanol
787
2.645
378
82
1.600
1.715
Sumber: Stengel dan Shreve, Economic Aspetc Of Hydrogen
I.1.5 Kapasitas pabrik
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah
lignoselulosa yang belum dimanfaatkan secara optimal. Selama
ini pemanfaatan tandan kosong hanya sebagai bahan bakar boiler
di PKS, kompos dan pengeras jalan di perkebunan kelapa sawit.
Jika per ton tandan buah sawit menghasilkan 22-25% TKKS
maka potensi ketersediaan limbah lignoselulosa sangat tinggi
sehingga peluang pemanfaatannya semakin luas.
I-5 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Grafik I.1 Prediksi Kebutuhan Hidrogen Tahun 2020
Berdasarkan data kebutuhan Hidrogen pada Tabel I.1 dan
jumlah TKKS di Indonesia pada Tabel I.2 diperoleh prediksi
kebutuhan Hidrogen pada tahun 2020 adalah 60.000 ton/tahun
maka diperoleh kapasitas produksi Pabrik Biohidrogen dari
Tandan Kosong Kelapa Sawit ini adalah 80% dari kebutuhan
maka diperoleh 48.000 ton/tahun. Beroperasi secara kontinyu, 24
jam selama 330 hari pertahun.
I.1.6 Lokasi Pabrik
Secara geografis penentuan lokasi pabrik sangat menentukan
kemajuan pabrik tersebut pada saat produksi dan di massa yang
akan datang. Dengan penentuan lokasi pabrik yang tepat akan
menghasilkan biaya produksi dan distribusi yang minimal
sehingga pabrik tersebut dapat berjalan efisien dan ekonomis
serta menguntungkan. Disamping pertimbangan teknis dan
ekonomis diperlukan pula pertimbangan sosiologis, yaitu
pertimbangan dalam mempelajari sifat dan sikapp masyarakat di
sekitar daerah yang dipilih sebagai lokasi pabrik, sehingga jika
ada hambatan sosiologis yang timbul dari luar dapat
diperhitungkan sebelumnya.
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Ju
mla
h H
idro
gen
Tahun
Prediksi Kebutuhan Hidrogen
import
konsumsi
I-6 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Tabel I.4 Produksi TBS,CPO di Daerah Riau Tahun 2011
Kabupaten/kota Produksi TBS
(ton/thn)
Produksi
(ton CPO)
Kampar
Rokan Hulu
Pelalawan
Indragiri Hulu
Kuantan Singingi
Bengkalis
Rokan Hilir
Dumai
Siak
Indragiri Hilir
Pekan Baru
Kepulauan Meranti
7.680.797
6.150.819
3.737.819
2.185.196
2.392.285
2.303.132
4.639.402
406.727
4.035.206
3.097.067
180.973
-
1.273.944
989.041
648.197
389.113
431.385
435.688
797.644
75.085
704.027
518.911
30.507
-
Sumber: Dinas Perkebunan Propinsi Riau, Tahun 2011
Berdasarkan beberapa pertimbangan diatas maka
direncanakan pendirian pabrik pembuatan hidrogen berlokasi di
daerah Kampar Riau. Alasan pemilihan daerah ini sebagai lokasi
disebabkan oleh beberapa faktor sebagaiberikut:
1. Penyediaan bahan baku
Lokasi pabrik harus dekat dengan sumber bahan baku,
sehingga proses operasi dapat terjaga kelangsungannya, selain
itu dapat mengurangi biaya transportasi dan penyimpanan.
Bahan baku utama untuk proses pembuatan hidrogen dari
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Berdasarkan Tabel I.4
Kampar merupakan penghasil kelapa sawit terbesar di Riau
merupakan penghasil kelapa sawit terbesar di Riau dan Riau
merupakan penghasil kelapa sawit terbesar di Indonesia
sehingga bahan baku dapat terpenuhi dari kebun kelapa sawit
milik pemerintah maupun milik rakyat yang tersebar luas di
daerah Kampar Provinsi Riau.
I-7 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
2. Utilitas
Sungai Kampar atau (Batang Kampar) merupakan
sebuah sungai di Indonesia, berhulu di Bukit Barisan
sekitar Sumatera Barat dan bermuara di pesisir timur
Pulau Sumatera Riau. Sungai ini merupakan pertemuan dua
buah sungai yang hampir sama besar, yang disebut
dengan Kampar Kanan dan Kampar Kiri. Pertemuan ini berada
pada kawasan Langgam (Kabupaten Pelalawan), dan setelah
pertemuan tersebut sungai ini disebut dengan Sungai Kampar
sampai ke muaranya di Selat Malaka. Sementara sekitar
kawasan hulu air sungai ini dimanfaatkan untuk PLTA Koto
Panjang yang mempunyai kapasitas 114 MW.
Aliran Sungai Kampar Kanan menelusuri Lima Puluh
Kota dan Kampar, sedangkan aliran Sungai Kampar Kiri
melewati Sijunjung, Kuantan Singingi dan Kampar, kemudian
kedua aliran sungai tersebut berjumpa di Pelalawan.Sungai
Kampar Kanan bermata air dari Gunung Gadang, memiliki
luas daerah tangkapan air 5.231 km². Alur utama semula
mengalir ke utara kemudian berbelok ke timur, bertemu
dengan anak sungai Batang Kapur Nan Gadang, mengalir
dengan kemiringan sedang melalui lembah Batubersurat.
Selanjutnya bertemu dengan anak sungai Batang Mahat,
mengalir ke arah timur.
Sungai Kampar Kiri bermata air dari Gunung
Ngalautinggi, Gunung Solokjanjang, Gunung Paninjauan Nan
Elok, memiliki luas daerah tangkapan air 7.053 km². Dua anak
sungai besar bernama Batang Sibayang dan Batang Singingi
(Anonim, 2013).
3. Tenaga kerja
Kebutuhan tenaga kerja untuk pabrik hidrogen ini
direncanakan dapat terpenuhi dari daerah Kampar Provinsi
Riau dan sekitarnya, dimana tenaga ahli dan buruh cukup
tersedia. Hal ini ditujukan untuk mengurangi pengangguran
di daerah tersebut.Jumlah penduduk Kabupaten Kampar tahun
I-8 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
2010 tercatat 688.204 orang, yang terdiri dari penduduk laki-
laki 354,836 jiwa dan wanita 333.368 jiwa (Anonim, 2013).
4. Pemasaran
Hasil produksii hidrogen digunakan untuk memenuhi
kebutuhan dalam negeri yang cenderung meningkat dari tahun
ke tahun. Berdasarkan Tabel I.3, hidrogen memiliki peran
penting sehingga pemasaran yang kita lakukan adalah melalui
bekerjasama dengan industri yang memerlukan hidrogen,
sehingga Indonesia dapat menekan laji impor hidrogen.
5. Pemilihan iklim
Daerah Kampar Provinsi Riau merupakan daerah stabil,
karena tidak dilalui jalur gempa, sehingga diharapkan operasi
pabrik tidak terganggu. Luas wilayah provinsi Riau adalah
87.023,66 km², yang membentang dari lereng Bukit
Barisan hingga Selat Malaka. Riau memiliki iklim tropis basah
dengan rata-rata curah hujan berkisar antara 2000-3000
milimeter per tahun, serta rata-rata hujan per tahun sekitar 160
hari (Anonim, 2013).
6. Transportasi
Sarana transportasi dari atau ke pabrik memengkinkan
untuk terjadinya perhubungan atau pengiriman bahan baku
atau produk dengan lancar. Transportasi dapat dilakukan
melalui perairan atau sarana darat. Provinsi Riau merupakan
satu-satunya propinsi yang mempunyai BUMD di bidang
transportasi udara yakni PT. Riau Air, yang bertujuan untuk
melayani daerah-daerah yang sulit dijangkau melalui jalan
darat maupun laut. Riau Air mengoperasikan Fokker-
50 buatan Belanda sebanyak lima armada, dan tahun 2008
perusahaan ini menambah dua armada lagi dengan jenis Avro-
RJ 100 (Anonim, 2013).
I-9 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Gambar I.1 Lokasi Pendirian Pabrik Biohydrogen
I.2 Dasar Teori
I.2.1 Biohidrogen
Biohidrogen adalah hidrogen yang diproduksi melalui proses
biologi dan menggunakan bahan-bahan biologis. Proses produksi
hidrogen secara biologi membutuhkan energi lebih sedikit
daripada cara kimia atau elektrokimia. Produksi biohidrogen
dapat menggunakan mikrob dari berbagai taksa dan tipe fisiologi.
Mikrob tersebut dapat memproduksi melalui proses bioteknologi
dengan dua cara yaitu proses fermentasi secara anaerobik atau
aerobik (Mahyudin & Koesnandar 2006).
Gas hidrogen mempunyai kandungan energi tertinggi di
antara beberapa bahan bakar, yaitu 143 Gjton-1 per unitnya
(Boyles 1984, diacu dalam Mahyudin & Koesnandar 2006).
Pembakaran hidrogen tidak menghasilkan emisi karbon yang
memberikan kontribusi pada polusi lingkungan dan perubahan
iklim, sehingga tidak menimbulkan efek rumah kaca, penipisan
I-10 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
lapisan ozon, atau hujan asam. Hasil pembakaran hidrogen di
udara hanya menyisakan uap air dan energi panas (Mahyudin &
Koesnandar 2006).
Hidrogen dapat dijual sebagai metal hydride serta transmisi
hidrogen melalui perpipaan gas akan lebih efisien daripada
transmisi electricity down power line. Selain itu gas H2
mempunyai aplikasi industri yang lebih luas dibandingkan gas
metana. Mengingat keuntungan dari penggunaan hidrogen
sebagai bahan bakar, maka semakin banyak pula studi lanjut yang
dilakukan untuk mengembangkan teknik-teknik untuk eksplorasi
gas hidrogen (Infates et al., 2011). Industri bahan bakar saat ini
sudah banyak yang mencoba bahan bakar alternatif. Hal ini
didasari oleh semakin berkurangnya bahan bakar fosil di dunia.
Kelebihan bahan bakar alternatif yakni biohidrogen dibandingkan
bahan bakar alternatif lainnya diantaranya gas hidrogen densitas
energi yang paling tertinggi diantara beberapa bahan bakar dan
cocok terhadap elektrokimia dan proses pembakaran untuk
konversi energi tanpa menghasilkan emisi karbon yang telah
memberikan konstribusi pada polusi lingkungan dan perubahan
iklim (Institut Pertanian Bogor, 2010).
I.2.2 Selulosa
Seluruh tanaman berkayu memiliki selulosa dengan kadar
yang tinggi. Kandungan selulosa pada tanaman berkayu adalah
bervariasi sesuai dengan jenis dan umur tanaman. Kandungan
selulosa pada tanaman kayu keras berkisar 48-50%, pada bagas
berkisar 50 – 55% dan pada tandan kosong kelapa sawit sekitar
45-55% (Winarno., 1980).
Suatu molekul tunggal selulosa merupakan polimer lurus
dari 1,4’-β-D-glukosa. Hidrolisis lengkap dalam HCl 40% dalam
air, hanya menghasilkan D-glukosa. Disakarida yang terisolasi
dari selulosa yang terhidrolisis sebagian adalah selobiosa, yang
dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-glukosa dengan suatu
katalis asam atau dengan emulsi enzim.
I-11 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Selulosa merupakan homopolisakarida linier tidak
bercabang, terdiri dari 10.000 atau lebih unit D-glukosa yang
dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glikosidik (Lehninger, 1988).
Selulosa membentuk mikrofibril melalui ikatan inter dan intra
molekuler sehingga memberikan struktur yang larut. Mikrofibril
selulosa terdiri dari 2 tipe, yaitu kristalin dan amorf (Trisanti,
2009) (Fessenden & Fessenden, 1986).
I.2.3 Hemiselulosa
Hemiselulosa merupakan suatu polisakarida lain yang
terdapat dalam tanaman dan tergolong senyawa organik.
Hemiselulosa bersifat non-kristalin dan tidak bersifat serat,
mudah mengembang karena itu hemiselulosa sangat berpengaruh
terhadap bentuknya jalinan antara serat pada saat pembentukan
lembaran, lebih mudah larut dalam pelarut alkali dan lebih mudah
dihidrolisis dengan asam.
Perbedaan hemiselulosa dengan selulosa yaitu hemiselulosa
mudah larut dalam alkali tapi sukar larut dalam asam, sedang
selulosa adalah sebaliknya. Hemiselulosa juga bukan merupakan
serat-serat panjang seperti selulosa. Hasil hidrolisis selulosa akan
menghasilkan D-glukosa, sedangkan hasil hidrolisis hemiselulosa
akan menghasilkan D-xilosa dan monosakarida lainnya (Anonim,
2012).
I.2.4 Lignin
Lignin adalah suatu polimer yang komplek dengan bobot
molekul tinggi yang tersusun atas unit-unit fenilpropana. Lignin
termasuk ke dalam kelompok bahan yang polimerisasinya
merupakan polimerisasi cara ekor yaitu pertambahan polimer
terjadi karena satu monomer bergabung dengan polimer yang
sedang tumbuh. Polimer lignin merupakan polimer bercabang dan
membentuk struktur tiga dimensi (Institut Pertanian Bogor,
2010).
I-12 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
I.2.5 Hidrolisis Asam
Hidrolisis merupakan proses pemecahan polisakarida
menjadi monomer gula sederhana yang dilakukan secara kimia
ataupun enzimatis. Proses hidrolisis secara enzimatis lebih
menguntungkan dibandingkan secara kimia karena ramah
lingkungan (Anindyawati, 2009). Di dalam metode hidrolisis
asam, biomasa ligniselulosa dipaparkan dengan asam pada suhu
dan tekanan tertentu selama waktu tertentu, dan menghasilkan
monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa
asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain
asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat
merupakan asam yang paling bannyak diteliti dan dimanfaatkan
untuk hidrolisis asam. Hidrolisis asam dapat dikelompokkan
menjadi hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer.
Hidrolisis pati dapat dilakukan oleh asam atau enzim. Jika
pati dipanaskan dengan asam akan terurai menjadi molekul-
molekul yang lebih kecil secara berurutan, dan hasil akhirnya
adalah glukosa.
(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6
Pati air glukosa
Ada beberapa tingkatan dalam reaksi diatas. Molekul-molekul
pati mula-mula pecah menjadi unit-unit rantaian glukosa yang
lebih pendek yang disebut dextrin. Dextrin ini dipecah lebih jauh
menjadi maltose (dua unit glukosa) dan akhirnya maltose pecah
menjadi glukosa (Institut Pertanian Bogor, 2010).
I.2.6 Glukosa
Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut
dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya
terpolarisasi kearah kanan. Secara alami glukosa dihasilkan dari
reaksi karbon dioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan
klorofil dalam daun. Proses ini disebut fotosintesis dan glukosa
yang terbentuk terus digunakan untuk pembentukan amilum atau
selulosa (Anna Poedjiadi.,1994).
I-13 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa,
karena terdiri atas 6-rantai atau cincin karbon. Atom-atom
hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau cincin ini secara
terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH). Ada tiga jenis
heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa,
dan galaktosa. Ketiga macam monosakarida ini mengandung
jenis dan jumlah atom yang sama, yaitu 6 atom karbon, 12 atom
hidrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya terletak pada
cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen di sekitar
atom-atom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang
menyebabkan perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut,
dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut (Institut Pertanian
Bogor, 2010).
I.3 Kegunaan Hidrogen
H2 memiliki beberapa kegunaan yang penting. H2 digunakan
sebagai bahan hidrogenasi, terutama dalam peningkatan
kejenuhan dalam lemak takjenuh dan minyak nabati (ditemukan
di margarin), dan dalam produksi metanol. Ia juga merupakan
sumber hidrogen pada pembuatan asam klorida. H2 juga
digunakan sebagai reduktor pada bijih logam.
Selain digunakan sebagai pereaksi, H2 memiliki penerapan
yang luas dalam bidang fisika dan teknik. Ia digunakan sebagai
gas penameng di metode pengelasan seperti pengelasan hidrogen
atomik. H2 digunakan sebagai pendingin rotor di
generatorpembangkit listrik karena ia mempunyai konduktivitas
termal yang paling tinggi di antara semua jenis gas. H2 cair
digunakan di riset kriogenik yang meliputi kajian
superkonduktivitas. Oleh karena H2 lebih ringan dari udara,
hidrogen pernah digunakan secara luas sebagai gas pengangkat
pada kapal udara balon. Baru-baru ini hidrogen digunakan
sebagai bahan campuran dengan nitrogen (kadangkala disebut
forming gas) sebagai gas perunut untuk pendeteksian kebocoran
gas yang kecil. Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif,
kimia, pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri
I-14 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
telekomunikasi. Hidrogen adalah zat aditif (E949) yang
diperbolehkan penggunaanya dalam ujicoba kebocoran
bungkusan makanan dan sebagai antioksidan (Anonim, 2013).
Adapun beberapa keuntungan dari penggunaan hidrogen
ialah pembakaran hidrogen pada automobile 50% lebih efisien
dari pada bensin. Kemudian hidrogen mempunyai efisiensi
konversi sebesar 55-60% (Nilai pembakaran gas H2)
dibandingkan dengan gas metana yang hanya 33%. Hidrogen
dapat dijual sebagai metal hydride serta transmisi hidrogen
melalui perpipaan gas akan lebih efisien daripada transmisi
electricity down power line. Selain itu gas H2 mempunyai aplikasi
industri yang lebih luas dibandingkan gas metan (Bambang
Trisakti, Irvan, Hari Tiarasti, Irma Suraya, 2012).
I.4 Sifat Fisika dan Kimia Bahan
I.4.1 Bahan Baku Utama
Bahan baku utama dari pabrik Biohydrogen ini adalah
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), TKKS ini merupakan
limbah lignoselulosa yang belum di manfaatkan secara optimal.
Selama ini pemanfaatan tandan kosong hanya sebagai bahan
bakar boiler di PKS, kompos dan pengeras jalan di perkebunan
kelapa sawit. Pada Tabel I.5 dapat dilihat kandungan selulosa
dalam tandan kosong sawit yaitu sebesar 45% (Aaryafatta, 2008).
Jika per ton tandan buah sawit menghasilkan 22-25% TKKS
maka potensi ketersediaan limbah lignoselulosa sangat tinggi
sehingga peluang pemanfaatannya semakin luas.
I-15 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Gambar I.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tabel I.5 Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit
Komposisi TKKS Dasar Kering (%)
Selulosa
Hemiselulasa
Lignin
Abu
Minyak
57,03
22,84
16,49
1,23
2,41
(Institut Pertanian Bogor, 2010)
Banyak hal yang menjadi pendorong pemanfaatan TKKS.
Selain faktor intrinsik (kandungan selulosa tinggi dan potensi
ketersediaan, seperti yang sudah dijabarkan), pemanfaatan TKKS
juga didorong faktor ektrinsik yaitu isu lingkungan dan energy.
Isu-isu tersebut menyebabkan teknologi ramah lingkungan
berkembang, seperti pemanfaatan limbah untuk menghasilkan
produk pengganti produk petrokimia. Limbah organik adalah
limbah yang paling bernilai karena dapat diperoleh kembali
dengan cepat dan tidak merusak ligkungan (biorenewable
resources (Institut Pertanian Bogor, 2010).
I-16 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
I.4.2 Bahan Baku pendukung
Bahan baku pendukung dalam proses Pabrik Biohydrogen
dari Tandan Kosong Kelapa Sawit ini meliputi H2SO4,
FeSO4.7H2O, (NH4)2SO4, dan air dengan spesifikasi sebagai
berikut:
Asam Sulfat (H2SO4)
Tabel I.6 Sifat Fisika dan Kimia H2SO4
Sifat fisika
Tingkat korosif sangat korosif
Warna Tidak berwarna pada temperatur
kamar
Kelarutan Dapat bercampur baik dengan
air
Berat molekul 98,08 gr/mol
Spesific gravity Pada air suhu 15.5 ˚C : 1.839
Titik leleh 10.49 ˚C
Titik didihnya 340˚C
Panas pembentukan -199,91 kcal/grmol
Sifat Kimia
Bereaksi dengan semua
logam kecuali Al, Cr, Bi
pada keadaan biasa
tidak bereaksi
L + H2SO4 → L2SO4 + H2
HCl (g) + air → H+ (aq) + Cl-
(aq)
Dapat mengoksidasi C + H2SO4 → CO2 + 2SO2 +
I-17 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
beberapa unsur non
metal seperti karbon dan
sulfur
2H2O
S + H2SO4 → 3SO2 + 2H2O
Dengan asam
hidrobromine dan
hidroiodine akan
menghasilkan bromine
iodine
2HBr + H2SO4 → Br2 + SO2 +
2H2O
8HI + H2SO4 → 4H2 + H2S + 4I2
(Anonim, 2012)
Ferro Sulfat Heptahydrate (FeSO4.7H2O)
Tabel I.7 Sifat Fisika dan Kimia (FeSO4.7H2O)
Sifat fisika
Warna Hijau biru kristal
Kelarutan 48.6 g/100 g air @ 50C (122F),
tidak larut dalam alkohol
Densitas 1,90
Titik beku 23° F (at 5% FE concentration)
Titik leleh 57C (135F)
Titik didihnya > 300C (> 572F)
Ph 1 – 3.7
Sifat kimia
I-18 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Oksidasi Laju oksidasi meningkat dengan
penambahan basa
bahan yang tidak
bereaksi
Oksidator kuat, basa, timbal asetat,
garam perak, air kapur, karbonat,
kalium tartrat, garam emas, kalium
iodida, natrium borat, natrium
tartrat, tannin.
Produk hasil penguraian
yang berbahaya
Oksida belerang, oksida besi
(MSDS, 2011)
Ammonium Sulfat ((NH4)2)SO4
Tabel I.8 Sifat Fisika dan Kimia ((NH4)2)SO4
Sifat fisika
Specific Gravity (water=1.0): 1.77
Kelarutan 38% solution at 20 ˚C
Warna tidak berwarna sampai coklat gelap
atau kristal butiran
Titik beku 23° F (at 5% FE concentration)
Titik leleh 280°C (536°F)
Ph 5,5
Sifat kimia
Stabilitas Stabil dalam kondisi normal.
Hindari suhu di atas 280˚C – terurai
bahan yang tidak
bereaksi
Oksidator; misalnya kalium garam -
nitrit, nitrat, klorat, juga klorin dan
hipoklorit. menghindari
kontak dengan bahan bantalan seng,
I-19 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
tembaga dan tembaga.
Produk hasil penguraian
yang berbahaya
Amonia dan trioksida belerang dan
gas sulfur dioksida
(MSDS, 2010)
Air (H2O)
Tabel I.9 Sifat Fisika dan Kimia (H2O)
Sifat fisika
Density dan fase 0.998 g/cm³ (cariran pada 20 °C)
0.92 g/cm³ (padatan)
titik lebur 0 °C (273.15 K) (32 °F)
Titik didih 100 °C (373.15 K) (212 °F)
Kalor jenis 4184 J/(kg·K) (cairan pada 20 °C)
(Anonim, 2012)
I.4.3 Produk
I.4.3.1 Produk Utama
Produk utama yang dihasilkan dari Pabrik Biohydrogen dari
Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Proses Fermentasi
Menggunakan Bakteri Fakultatif Anaerob ini adalah Hidrogen
dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel I.10 Sifat Fisika dan Kimia Hidrogen
Sifat fisika
Fase gas
Massa jenis (0 °C, 101.325 kPa) 0,08988 g/L
I-20 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
Titik lebur 14,01 K, −259,14 °C, −434,45 °F
Titik didih 20,28 K, −252,87 °C, −423,17 °F
Titik kritis 32,97 K, 1,293 Mpa
Kalor peleburan (H2) 0,117 kJ·mol−1
Kalor penguapan (H2) 0,904 kJ·mol−1
Kapasitas kalor (H2) 28,836 J·mol−1
·K−1
Sifat Kimia
Dengan Halogen H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g)
HCl (g) + air → H+ (aq) + Cl- (aq)
Dengan Logam
Golongan Alkali
2 Na (s) + H2 (g) → 2 Na+H- (s) +
energi
Na+H- (s) + H2O → NaOH (aq) +
H2(g)
Susunan Atom 1 proton + 1 elektron
Isotop 11H , 12H , 13H
Potensial Iobisasi
(kJ/mol)
56.9 kJ/mol
Stabilitas Produk ini stabil
(MSDS, 2010)
I.4.3.1 Produk Samping
Produk samping yang dihasilkan dari Pabrik Biohydrogen
dari Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Proses Fermentasi
Menggunakan Bakteri Fakultatif Anaerob ini berupa CO2 dengan
spesifikasi sebagai berikut:
I-21 Bab I PENDAHULUAN
Pabrik Biohidrogen dari Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Proses Fermentasi Menggunakan
Bakteri Fakultatif Anaerob
Program Studi DIII Teknik Kimia FTI ITS
CO2
Tabel I.11 Sifat Fisika dan Kimia (CO2)
Sifat fisika
Tekanan uap 830 psig
Titik kritis (0 °C, 101.325 kPa) 0,08988 g/L
Titik kritis 30.9°C (87.6°F)
Titik didih -78.55°C (-109.4°F)
Titik beku Sublimation temperature: -78.5°C (-
109.3°F)
Densitas uap 1.53 (Air = 1)
Specific Volume (ft3/lb)
: 8.77193
8.77193
Gas Density (lb/ft3) :
0.114
0.114
Sifat Kimia
Bahan yang tidak
bereaksi
Logam basa, logam alkalin tanah,
logam acetylides, kromium,
titanium di atas 1022 °F (550 °C),
uranium di atas 1382 °F (750 °C),
magnesium di atas
1.427 °F (775 °C)
Produk hasil penguraian
yang berbahaya
debit listrik dan suhu tinggi
menguraikan karbon dioksida
menjadi karbon monoksida dan
oksigen.
(MSDS, 2007)