Hidrolisis fraksi organik sampah kota Daerah Istimewa Yogyakarta untuk bahan baku pembuatan etanol

FAJAR, Muslikhin Hidayat, S.T.,M.T., Ph.D

2008 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Sampah kota DIY sebesar 125.507,2 ton/tahun mengandung holoselulosa yang terdiri atas hemiselulosa dan selulosa sebesar 13.552,93 ton/tahun (basis kering) yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku bioetanol dengan cara hidrolisis diikuti dengan fermentasi. Bila Pemanfaatan sampah kota menjadi bioetanol berhasil maka dapat menjadi sumber energi terbaharukan yang ramah lingkungan sekaligus menjadi alternatif penanganan sampah sehingga problem sampah dan krisis energi dapat ditangani secara bersamaan. Sampah kota DIY diklasifikasi menjadi enam fraksi yang didasarkan pada kandungan holoselulosanya. Klasifikasi sampah bertujuan untuk memudahkan analisis komponen sampah pada masing-masing fraksi yang berpotensi menjadi gula pada proses hidrolisis. Range persen berat holoselulosa untuk fraksi I : 0X 20; Fraksi II:20X 40; fraksi III:40X 60; fraksi IV: 60X 80; fraksi V: 80X 100 dan fraksi VI tidak mengandung holoselulosa. Fraksi I-V merupakan fraksi organik sampah kota dan dijadikan sebagai bahan baku hidrolisis pada penelitian ini sedangkan fraksi VI tidak dihidrolisis karena merupakan fraksi non organik. Masing-masing fraksi organik sampah dihidrolisis menggunakan katalis H2SO4 0,5 % dalam dua tahapan hidrolisis. Hidrolisis pertama dengan tempratur operasi 190 C sedangkan hidrolisis kedua pada tempratur 230 C. Hidrolisis dilakukan dengan cara batch menggunakan autoclave. Hidrolisat yang diperoleh pada hidrolisis pertama dipisahkan dari residunya untuk dianalisa kadar gula dan senyawa inhibitornya sedangkan residunya dihidrolisis lanjut pada hidrolisis kedua dan dianalisis kadar gula dan inhibitor pada hidrolisat yang diperoleh. Konversi hemiselulosa menjadi gula lebih banyak terjadi pada hidrolisis pertama sedangkan konversi selulosa menjadi gula lebih banyak terjadi pada hidrolisis kedua. Gula yang diperoleh merupakan bahan baku fermentasi untuk pembuatan bioetanol. Hidrolisis fraksi organik sampah kota DIY menunjukkan bahwa semakin besar kandungan holoselulosa sampah maka semakin besar persen yield gula yang dapat diperoleh. Besarnya yield gula yang diperoleh pada masing-masing fraksi holoselulosa adalah: fraksi II: 26,54 %; fraksi III: 32,94%; fraksi IV: 47,95%; fraksi V: 54,51%. Rendahnya yield gula yang diperoleh disebabkan karena tidak dilakukan optimasi proses untuk mendapatkan konversi maksimun dari fraksi holoselulosa sampah kota DIY menjadi gula pada proses hidrolisis dan terjadinya dekomposisi gula menjadi senyawa furan berupa 5-hidroksi metil furfural dan furfural. Senyawa furan merupakan produk lain yang tidak dikehendaki pada proses hidrolisis holoselulosa karena dapat menjadi inhibitor pada proses fermentasi gula menjadi etanol. Total gula yang dapat diperoleh pada hidrolisis sampah holoseluloa kota DIY adalah 8.440,4 ton/tahun atau yield gula sampah holoselulosa sebesar 62,28 %.

It is about 125,507.2 ton/year of solid municipal wastes in DIY contains 13,552.93 (dry basic) ton/year holocellulose which consists of hemicellulose and cellulose. Both of them can be used as raw material for bioethanol production by hydrolysis, then followed by fermentation process. Bioethanol, a environmental friendly fuel, is one of alternative renewable energy resources which mostly mentioned can overcome energy crisis and handling of waste problem. In this research, solid municipal wastes in DIY were classified into six fractions, based on their holocellulose content. It make them easily can be analyzed. The result of classification are as follows. Fraction I :0%X20%; fraction II:20%X40%; fraction III:40%X60%; fraction IV: 60%X80%; fraction V: 80%X100% and fraction VI has no holocelulose. Where X is the content of holoselulose in the waste fraction. Fraction I to V are organic fractions of solid municipal wastes. They can be used as raw material for hydrolysis process. In the mean time, fraction VI is non-organic fraction so it was not hydrolyzed. Each of organic waste fractions were hydrolyzed using H2SO4 0,5 % in two stages of hydrolysis. The first stage was conducted at operating temperature 190oC with resident time of 7 minutes, while the second stage was at 230oC with the resident time of 7 minutes. The hydrolysis was run in autoclave by batch mechanism.. The hydrolysate produced from the first hydrolysis was separated from its residue and analyzed for sugar and inhibitor concentration. The residue is further hydrolyzed in the second hydrolysis and then analyzed for the sugar and inhibitor concentration. The conversion process of hemicelluloses into sugar was occurred largely in the first hydrolysis and the cellulose conversion into sugar was occurred in the second hydrolysis. The resulted sugar was then used as raw material for fermentation process for bioethanol production. Hydrolysis of organic municipal waste in DIY showed that the yield percentage of sugar were high as the concentration of holocellulose in the waste were increased. Level of sugar yield obtained at each holocellulose fraction are: fraction II: 26,54 % ; fraction III: 32,94%; fraction IV: 47,95%; fraction V: 54,51%. This yield is considered low, which could be caused by (1) the decomposition of sugar to other forms as 5 hydroxy methyl furfural and furfural; (2) low content of sugars in the hydrolysate. The total sugar from solid municipal wastes was estimated to be 8,440.4 ton/year or yield was 62.28 %

Kata Kunci : Sampah, hidrolisis, gula, solid municipal waste , hydrolysis, sugar