Peningkatan Kualitas Asap Cair Berbahan Baku Limbah Biomassa Ranting Kayu Putih Melalui Adsorpsi Fase Gas Pada Proses Pirolisis
Wahyu Anggo Rizal, Ahmad Tawfiequrrahman Yuliansyah, S.T., M.T., D.Eng. ; Satriyo Krido Wahono, S.T., Ph.D.
2024 | Tesis | S2 Magister Teknik Sistem
Limbah biomassa industri penyulingan kayu putih sangat
melimpah dan dapat dikonversi
menjadi beberapa produk yang bermanfaat seperti bahan kimia ataupun untuk
kebutuhan energi. Salah satunya dengan metode pirolisis, yang merupakan salah
satu teknik paling ramah lingkungan dan menjanjikan untuk mengkonversi biomassa
menjadi beberapa jenis produk turunan seperti asap cair yang merupakan salah
satu produk dari proses kondensasi pada pirolisis biomassa. Pirolisis
terintegrasi adsorpsi fase gas merupakan salah satu metode yang efektif dan
efisien untuk memurnikan asap cair, yang banyak digunakan sebagai penyedap dan
pengawet makanan.
Bahan yang
digunakan pada penelitian ini adalah biomassa (KYP) proses produksi minyak kayu
putih dari pabrik Sendang Mole yang berlokasi di Gading, Kec. Playen, Kabupaten
Gunungkidul, DI Yogyakarta. Bahan baku adsorben zeolit, diperoleh dari daerah
Ponorogo, Jawa Timur, sedangkan bahan baku arang diperoleh dari hasil proses
pirolisis biomassa limbah minyak kayu putih, kedua jenis adsorben diaktivasi
untuk meningkatkan sifat fisikokimianya. Proses pirolisis dilakukan pada suhu
maksimal 500 °C dengan menggunakan adsorben pada cyclone scruber sejumlah 20:1.
Karakterisasi komprehensif pada penelitian ini dilakukan antara lain dengan
TG-IR, Flash smart, analisis komponen lignoselulosa proksimat dan ultimate,
analisis BET, FT-IR, XRD, XRF, SEM, GC-MS, Chromameter, dan pengukuran pH.
Aktivitas antibakteri dievaluasi terhadap E. coli dan S. aureus
menggunakan metode MIC, sedangkan potensi antioksidan ditentukan melalui uji
ABTS. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penggunaan
adsorben zeolit dan arang terhadap karakteristik sifat fisiko kimia asap cair,
kemampuan mereduksi senyawa berbahaya (tar dan polycyclic aromatic
hydrocarbon), serta mengetahui kualitas dan kemampuan asap cair sebagai bahan
antibakteri dan antioksidan.
Hasil penelitian
menunjukkan bahwa komposisi lignoselulosa biomassa kayu putih adalah
hemiselulosa (19.36±0.167), selulosa (32.71±0.265) dan lignin (28.51±0.472).
Aktivasi HCl pada zeolit dan arang dapat meningkatkan sifat fisikokimianya,
dimana zeolit luas permukaannya meningkat dari 21.937 m2/g menjadi
99.265 m2/g, kapasitas volume pori meningkat pada zeolit (0.1298 cm3/g)
dan rasio Si/Al meningkat dari 5.99 % menjadi 8.50 %, sedangkan pada arang luas
permukaannya meningkat dari 12.954 m2/g menjadi 45.385 m2/g, kapasitas volume
pori meningkat pada arang (45.385 m2/g),
dan kandungan karbon meningkat dari
43.999 % menjadi 68.567 %. Adsorben natural dan teraktivasi mampu meningkatkan
% area Acetic acid, dengan persentase terbesar pada adsorben natural AC-NZ 1
(46.55 %), dan seluruhnya menghilangkan senyawa ammonium acetate. Komposisi
fenol pada kode 2 lebih tinggi daripada kode 1, dan. 3-Furaldehyde meningkat
jumlahnya dengan adsorben teraktivasi AC-ZA 2 (22.59 %) dan AC-AA 1 (21.54 %). Konsentrasi
penurunan tar tertinggi dengan adsorben AC-AA 2 sebesar (37.70 %) dan penurunan jumlah senyawa polycyclic
aromatic hydrocarbon tertinggi dengan adsorben AC-AA 2, yang turun menjadi
(2.0144 ppm). jenis bakteri Escherichia coli ATCC 8739 yang memiliki
konsentrasi hambat minimal terendah ada pada AC, AC-NZ 2, AC-ZA 2, dan AC- AA 2
dengan nilai 3.125 %, sedangkan pada jenis bakteri Staphylococcus aureus
ATCC 25923 adalah AC-AA 2 dengan nilai 1.56 %. Aktivitas antioksidan
ditunjukkan dengan nilai IC50 terendah pada AC-ZA 2 (2074.43).
Eucalyptus distillation
industry Biomass waste is very abundant and can be converted into several
useful products such as chemicals or for energy needs. One of them is the
pyrolysis method, which is one of the most environmentally friendly and
promising techniques to convert biomass into several types of derivative
products such as liquid smoke, which is one of the products of the condensation
process in biomass pyrolysis. Gas phase adsorption integrated pyrolysis is one
of the effective and efficient methods to purify liquid smoke, which is widely
used as a food flavoring and preserving agent.
The materials
used in this study are biomass (KYP) of eucalyptus oil production process from
Sendang Mole factory located in Gading, Playen sub-district, Gunungkidul
Regency, Yogyakarta. The raw material of zeolite adsorbent was obtained from
Ponorogo, East Java, while the raw material of charcoal was obtained from the
pyrolysis process of eucalyptus oil waste biomass. Both types of adsorbents
were activated to improve their physicochemical properties. The pyrolysis
process was carried out at a maximum temperature of 500 °C using adsorbents in
a cyclone scrubber at a ratio of 20:1. A comprehensive characterization was
performed in this study, including TG-IR, flash smart, proximate and ultimate
lignocellulose component analysis, BET analysis, FT-IR, XRD, XRF, SEM, GC-MS,
chromameter, and pH measurement. The antibacterial activity against E. coli
and S. aureus was evaluated by the MIC method, while the antioxidant
potential was determined by the ABTS test. The aim of this study was to
determine the effect of using zeolite and charcoal adsorbents on the
physicochemical properties of liquid smoke, the ability to reduce harmful
compounds (tar and polycyclic aromatic hydrocarbons), and to determine the
quality and ability of liquid smoke as an antibacterial and antioxidant
material.
The analysis revealed that the eucalyptus biomass had a lignocellulose composition of hemicellulose (19.36±0.167), cellulose (32.71±0.265), and lignin (28.51±0.472). The physicochemical properties of zeolite and charcoal were improved by HCl activation. Specifically, the surface area of zeolite increased from 21.937 m2/g to 99.265 m2/g, the pore volume capacity increased in zeolite (0.1298 cm3/g), and the Si/Al ratio increased from 5. The surface area of the material increased from 99% to 8.50% in one case and from 12.954 m2/g to 45.385 m2/g in another. Additionally, the pore volume capacity increased in the latter case, and the carbon content increased from 43.999% to 68.567 %. The use of natural and activated adsorbents resulted in an increase in the % area of acetic acid, with the highest percentage observed in the natural adsorbent AC-NZ 1 (46.55%). Additionally, all ammonium acetate compounds were completely removed. Code 2 had a higher phenol composition compared to code 1, while the amount of 3-Furaldehyde increased with the use of activated adsorbents AC-ZA 2 (22.59%) and AC-AA 1 (21.54%). The AC-AA 2 adsorbent resulted in the highest decrease in tar concentration (37.70%) and polycyclic aromatic hydrocarbon compounds (2.0144 ppm). Among the tested bacterial species, AC, AC-NZ 2, AC-ZA 2, and AC-AA 2 had the lowest minimal inhibitory concentration (3.125%) against Escherichia coli ATCC 8739, while AC-AA 2 had the lowest minimal inhibitory concentration (1.56%) against Staphylococcus aureus ATCC 25923. The AC-ZA 2 adsorbent showed the lowest IC50 value (2074.43) indicating the highest antioxidant activity.
Kata Kunci : Adsorpsi, Biomass, Kualitas asap cair, Pirolisis, Reduksi PAH