Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Hidrolisis Asam


Baca juga: Pendahuluan | Pretreatment | Hidrolisis Asam |Hidrolisis Enzimatis| Fermentasi | Purifikasi | Literatur


Hidrolisis meliputi proses pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentose (C5) dan heksosa (C6). Hidrolisis dapat dilakukan secara kimia (asam) atau enzimatik.

Hidrolisis Asam

Di dalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa 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 adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam. Hidrolisis asam dapat dikelompokkan menjadi: hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer (Taherzadeh & Karimi, 2007).

Hidrolisis asam pekat merupakan teknik yang sudah dikembangkan cukup lama. Braconnot di tahun 1819 pertama menemukan bahwa selulosa bisa dikonversi menjadi gula yang dapat difermentasi dengan menggunakan asam pekat (Sherrad and Kressman 1945 in (Taherzadeh & Karimi, 2007). Hidrolisis asam pekat menghasilkan gula yang tinggi (90% dari hasil teoritik) dibandingkan dengan hidrolisis asam encer, dan dengan demikian akan menghasilkan ethanol yang lebih tinggi (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005). Hidrolisis asam encer dapat dilakukan pada suhu rendah. Namun demikian, konsentrasi asam yang digunakan sangat tinggi (30 – 70%). Proses ini juga sangat korosif karena adanya pengenceran dan pemanasan asam. Proses ini membutuhkan peralatan yang metal yang mahal atau dibuat secara khusus. Rekaveri asam juga membutuhkan energi yang besar. Di sisi lain, jika menggunakan asam sulfat, dibutuhkan proses netralisasi yang menghasilkan limbah gypsum/kapur yang sangat banyak. Dampak lingkungan yang kurang baik dari proses ini membatasi penggunaan asam perklorat dalam proses ini. Hidrolisis asam pekat juga membutuhkan biaya investasi dan pemeliharaan yang tinggi, hal ini mengurangi ketertarikan untuk komersialisasi proses ini (Taherzadeh & Karimi, 2007).
Hidrolisis asam encer juga dikenal dengan hidrolisis asam dua tahap (two stage acid hydrolysis) dan merupakan metode hidrolisis yang banyak dikembangkan dan diteliti saat ini. Hidrolisis asam encer pertama kali dipatenkan oleh H.K. Moore pada tahun 1919. Potongan (chip) kayu dimasukkan ke dalam tangki kemudian diberi uap panas pada suhu 300oF selama satu jam. Selanjutnya dihidrolisis dengan menggunakan asam fosfat. Hidrolisis dilakukan dalam dua tahap. Hidrolisat yang dihasilkan kemudian difermentasi untuk menghasilkan ethanol. Hidrolisis selulosa dengan menggunakan asam telah dikomersialkan pertama kali pada tahun 1898 (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005). Tahap pertama dilakukan dalam kondisi yang lebih ‘lunak’ dan akan menghidrolisis hemiselulosa (misal 0.7% asam sulfat, 190oC). Tahap kedua dilakukan pada suhu yang lebih tinggi, tetapi dengan konsentrasi asam yang lebih rendah untuk menghidrolisis selulosa (215oC, 0.4% asam sulfat) (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005).

Kelemahan dari hidrolisis asam encer adalah degradasi gula hasil di dalam reaksi hidrolisis dan pembentukan produk samping yang tidak diinginkan. Degradasi gula dan produk samping ini tidak hanya akan mengurangi hasil panen gula, tetapi produk samping juga dapat menghambat pembentukan ethanol pada tahap fermentasi selanjutnya (Gambar 3). Beberapa senyawa inhibitor yang dapat terbentuk selama proses hidrolisis asam encer adalah furfural, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), asam levulinik (levulinic acid), asam asetat (acetic acid), asam format (formic acid), asam uronat (uronic acid), asam 4-hydroxybenzoic, asam vanilik (vanilic acid), vanillin, phenol, cinnamaldehyde, formaldehida (formaldehyde), dan beberapa senyawa lain (Taherzadeh & Karimi, 2007).

Gambar 3. Beberapa reaksi kimia dan senyawa hasil dari hidrolisis biomassa lignoselulosa.

43 responses to “Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Hidrolisis Asam

  1. Pingback: Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa « isroi

  2. Pingback: Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa: Pretreatment « isroi

  3. Salam kenal Mas…
    Saya baca artikel anda ttg penelitian hidrolisis dg menggunakan asam. Apakah anda jg ada mencoba hidrolisis TKKS dg menggunakan basa????
    Kira2 hasilnya kemungkinan akan lebih baik ga dari menggunakan asam????

    Terima kasih

  4. Kebetulan penelitian yg saya lakukan saat ini adalah mencoba hidrolisis lignoselulosa dari TKKS dg menggunakan variasi basa kuat. Tapi hasilnya belum di ketahui.

  5. mass,,
    saya mau nanya lagi mengenai artikel ini. disini disebutkan pada Gambar 3. Beberapa reaksi kimia dan senyawa hasil dari hidrolisis biomassa lignoselulosa. kenapa tdk ada gambarnya mas?
    mohon bantuannya y mas..karna ini berhubungan dengan penelitian yang saya lakukan
    thanks..

  6. malam pak…

    saya mau nanya, klo hidrolisis pada bahan lignoselulosa pada pod coklat ada yang beda tidak? karena secara komponennya bahan pada pod coklat mengandung lemak yang lebih banyak dibanding bahan lignoselulosa yang lain. terimakasih

  7. Pak mau tanya dalam pretreatment nya tu ada yg menggunakan NaOH…apakah prosesnya spt pulping process ky di pabrik pulp?cooking gtu maksudnya?

    • Memang pretratment lignoselulosa dengan NaOH mencontoh proses pulping. Tujuannyauntuk mengurangi kandungan lignin dan hemiselulosa. Prosesnya mirip cooking pada pembuatan pulp.

  8. Selamat malam Pak, salam kenal. Saya mahasiswa yang sedang mengerjakan TA ‘Rancang pabrik furfural dari tempurung kelapa’ semester ini dan ada beberapa hal yang belum saya mengerti dalam TA saya. Saya mau tanya :
    1. Pada tekanan berapa selulosa dapat terhidrolisis menjadi glukosa?
    2. Dalam Proses pemasakan tempurung kelapa dalam digester dengan katalis asam akan menghasilkan senyawa metanol, asam asetat, aseton, dsb. Bagaimana ketiga senyawa tersebut dapat terbentuk? (Reaksinya bagaimana)
    3. Buku apa yang dapat saya jadikan referensi untuk mendukung TA saya?
    Terimakasih Pak.

  9. Djatnika Soekarta

    Salam kenal pak Isro,

    Saya senang ada yang memperhatikan mengenai pembuatan bioetanol.

    Saya mau tanya apakah sampah organik bisa dipakai sebagai bahan baku biotanol? Bagaimana rendementnya kalau dibandingkan dengan bahan baku lainnya seperti singkong, jagung, nira atau sorgun?

    Terima kasih atas perhatiannya.

    Salam

    Djatnika

    • Bioetanol dari nira, singkong, jagung dan sorgum adalah bioetanol generasi pertama. Teknologinya sudah matang dan berhasil dilakukan dalam skala industri. Namun, masalahnya ada di bahan baku yang harus berkompetisi dengan pangan dan pakan. Mau pilih perut sendiri atau ‘perutnya’ mobil…??? Bioetanol genarasi pertama sangat rentan terhadap harga bahan baku. Dan dalam jangka panjang industri ini tidak memungkinkan lagi.
      Alternatifnya adalah bioetanol dari selulosa atau sering disebut bioetanol genarasi kedua. Hanya teknologinya belum matang dan sedang gencar dikembangkan di seluruh dunia.
      Kalau dilihat dari rendemennya jelas lebih tinggi etanol generasi pertama.

  10. yanuar saputtro

    pak mau tanya, saya sedang melakukan sebuah riset proyek mengenai produksi bietanol dari berbagai macam umbi yang saya gunakan adalah Ubi kayu, Suweg, Uwi. Untuk umbi Ubi kayu dan suweg saya tidak menemukan masalah yg berarti. Pada suweg saya menemui kasus pH pada Uwi cenderung paling tinggi daripada 2 umbi yg lain. pertanyaan saya begini apa ada hubungannya antara kandungan amilopektin yang lebih banyak pada uwi dengan produksi asam yng dihasilkan, soalnya pada Uwi tidak dapat menghasilkan kadar alkohol yang tinggi.
    terima kasih

    • Saya tidak berpengalaman dengan umbi-umbian. Tetapi memang dalam fermentasi etonol bisa diproduksi produk samping berupa asam organik. Coba atur agar pH dan suhunya optimum: pH 5.5 dan suhu 31oC. Semoga membantu.

  11. mana yang lebih efisien…..
    hidrolisis menggunakan asam sulfat atau enzim?????

  12. slamat siang pak,,slam kenal saya novi. saya mhasiswa yg sedang pnelitian tentang bioethanol dengan pra perlakuan basa,,,,
    apakah bapak punya literatur untuk hidrolisis basa????
    trima kasih sebelumnya,,,

    • Salamkenal juga . Hidrolisis umumnya dengan asam bukan dengan basa. Kalau dengan basa, misalnya NaOH atau KOH yang larut/terhidrolisis hanya hemiselulosa dan lignin, selulosanya (alfa) tidak larut dalam basa. Untuk literatur silahkan cari di kotak pencarian dengan kata kunci: bibliography literatur bioetanol. Semoga membantu.

  13. berapa kandungan lignosellulosa, atau lebih lengkap lagi lignin , hemiselulosa dan selulosa dalam tepung umbi ubi kayu

    • I don’t know what do you mean. Tepung umbi kayu alias tepung tapioka alias pati tidak mengandung lignoselulosa. Kalaupun ada suangat zedikit zekali.

  14. pak,konsentrasi optimum asam sulfat untuk hidrolisis itu antara 1,2,dan 3 % kira2 yang mana yang lebih optimal?
    tq..

    • Optimal tergantung beberapa hal tidak hanya dari konsentrasi asam yang digunakan, misal: bahan yang digunakan, konsentrasi bahan, lama waktu reaksi dan suhu yang digunakan. Memang harus dicari dulu.

  15. Pak Isroi, terima kasih ya. Tulisannya berguna sekali karena saya juga mendalami bidang bioetanol untuk tesis saya di ITB

  16. yth Bapak isroi. mohon informasi reaksi kimia dan senyawa hasil dari hidrolisis biomassa lignoselulosa?, dan juga pembuatan bioetanol lignoselulosa skala laboratorium dan skala industr i kecil?. terima kasih

    • Reaksi hidrolisis, ya…seperti reaksi hidrolisis yang lain. Coba cari dibagian lain di blog ini. Pembuatan skala laboratorium bisa dilihat di bagian metode di literatur-literatur bioethanol. Sudah saya buatkan daftar literaturnya.

  17. Biomassa dari tanaman melimpah ruah di Indonesia dan negara-negara topis lainnya, bahkan sebagian hewan baik darat maupun lautan. Pembuatan biofuel dari biomassa tersebut nampaknya lebih mudah bila dikelompokkan menjadi sumber pati dan selulosa, hemiselulosa dan lignin. Dua terakhir ini sangat kompleks untuk maksud menghasilkan glukosa sebagai bahan dasar dekomposisi ke molekul etanol. Di negara-negara maju banyak penelitian untuk terakhir ini sebagai persiapan pencarian & pengembangan sumber-sumber biofuel secara ensimatis. Mereka untuk etanol saja dimulai sejak 1970 dan itu telah memproduksi besar-besaran.
    Kita ingin meniru alam yang banyak memecah limbah tanaman dan hewan sebagaimana menghasilkan humus di atas tanah. Kata kunsi untuk hal demikian adalah memperhatikan mikroorganisme yang sedang dan akan melakukan biodegradasi terus-menerus. Hasilnya adalah batubara dan minyak bumi dari ribuan tahun mereka bekerja, dan tentu saja kita selalu meniru yang dibuat oleh tuhan.

  18. pak, saya mahasiswa UM,.
    Saya mau minta bantuan bapak, kira – kira apa kelebihan dan kekurangan hidrolisis amilum secara enzimatik, maupun secara asam. terimakasih banyak. kalau bisa, tolong kirim jawabanya ke email saya.

    • Kelebihan dan kekurangan hidrolisis menggunakan asam atau enzim ada di papernya Prof. Taherzadeh yang bisa didownload gratis dari situsnya Bioresources. Ada linknya di kolom kiri blog ini. Hidrolisis amilum saat ini umumnya menggunakan enzimatis. Kelebihannya antara lain: menggunakan suhu yang relatif lunak (mild condition), yield gula tinggi, tidak perlu detoksifikasi, tidak memerlukan peralatan yang tahan asam/korosif.

  19. salam kenal pak,,,
    saya mau tanya,,saya menggunakan hidrolisis selulosa dg larutan NaOH 40%.apakah selulosa,lignin, n hemiselulosanya bisa larut?trus apakah ada penambahan udara dalam suatu proses hidrolisis?terimakasih pak…

    • Basa kuat seperti NaOH digunakan untuk melarutkan lignin. Proses ini dipakai dalam pembuatan kertas. Dengan proses ini hemiselulosa sebagian juga akan terlarut. Hidrolisis selulosa biasanya menggunakan asam kuat seperti H2SO4. Coba baca-baca lagi literatur untuk hidrolisis dengan menggunakan asam yang dikarang oleh Prof. Taherzadeh. Literatur bisa didownload gratis di Bioresources.

  20. Bermanfaat sekali artikel diatas. Mw tanya pak, punya referensi bioetanol dr ampas kelapa..???
    Dr sumber yg sy dpt ampas kelapa mengnadung lignoselulosa..tp syng nya penjelasanx tdk trlalu rinci.

    terima kasih atas bantuan bpk.

  21. mau ikut nanya nih mas, kalo hidrolisa dengan menggunakan hcl dan h2so4, itu lebih efektif yang mana ya? trims.

  22. salam kenal pak…
    mau nanya dikit nich..saya sekarang mahasiswa tingkat akhir yang sedang mengadakan penelitian mengenai hidrolisa. kenapa dalam hidrolisa, h2so4 lebih sering digunakan daripada hcl pak? tolong beri alasan yang lengkap ya pak..
    terima kasih sebelumnya pak..

    • Alasannya mungkin tidak lengkap, tetapi dari jurnal-jurnal penelitian hidrolisis dengan h2o4 lebih efisien daripada hcl. sudah terbukti dari sejak jaman dulu kala. banyak asam lain yang digunakan, tetapi orang tetap memilih h2so4.

  23. Pingback: Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Hidrolisis Enzimatis | Berbagi Tak Pernah Rugi

  24. Pingback: Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Fermentasi | Berbagi Tak Pernah Rugi

  25. mas saya lagi penelitiaan nih hidrolisis pati,mau tanya berapa perbandingn volum HCl sm larutan pati yang bd menghsilkan glukosa maksimal?

  26. salam kenal pak, saya mahasiswa yg sdg mengerjakan TA. saya mau nanya nih ttg hidrolisa. hidrolisa kan biasanya pakai asam, nah kalo pake basa bisa apa engga ya pak ?? terimakasih

  27. salam kenal pak, saya mo tanya nih kan lignoselulosa dihidrolisis dgn asam hsil filtratx kemd difermentasi..nah bukannya filtratx itu msh asam?apakh bs mikroba menfermentasi krn kondisi asam?klo misalnya filtratnya saya netralkan dulu dengan NaOH trus bgmn cara memisahkannya?apakah bs hanya disaring aja…terima kasih pak atas jawabannya..klo bisa dijirim ke email saya ya pak..tks (r4f1k4_07@yahoo.co.id)

    • Jika hidrolisis menggunakan asam, harus dinetralkan dan detoksifikasi terlebih dahulu. Netralisasi bisa menggunakan NaOH atau kapur atau senyawa basa yang lain. Pemisahannya dengan cara penyaringan biasa.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s