Kelapa sawit merupakan komoditas perkebunan terbesar di Indonesia ini diproduksi hingga 51,8 juta ton pada tahun 2019, dengan luas areal perkebunan hingga 14 juta hektar pada tahun 2018. Di balik potensi ekonomi yang dimiliki sawit, limbah menjadi salah satu permasalahan dari industri ini. Hampir 23% limbah dari sawit berupa Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan potensi limbah hingga 37 juta ton pada tahun 2020.

Pada tanggal 22 & 23 September 2020 telah dilakukan kajian kolaborasi mengenai pemanfaatan TKKS ini sebagai biobutanol melalui proses fermentasi ABE oleh 6 himpunan di ITB yang berasal dari berbagai bidang keilmuan. Kajian ini bertujuan untuk memperkenalkan alternatif dari pemanfaatan limbah TKKS selain sebagai pupuk organik dan bahan bakar langsung yang memiliki nilai guna kurang maksimal.

Biobutanol dipilih karena memiliki keunggulan bila digunakan sebagai bahan bakar karena dapat dicampur hingga 85% komposisi bahan bakar tanpa perlu modifikasi dari mesin.

Keseluruhan proses dari pengolahan TKKS dapat dilihat pada Gambar 1. Secara ringkas, TKKS di-pretreatment dahulu dengan proses penghancuran, pengeringan, dan hidrolisis asam kuat untuk mengekstraksi kandungan selulosa yang akan difermentasi serta menghasilkan hidroksilat. Kemudian selulosa dihidrolisis lebih jauh dengan enzim selulase agar menghasilkan senyawa gula dan sisa lignin. Sisa lignin dan senyawa lainnya dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada unit Combined Heat and Power (CHP) yang dapat menghemat penggunaan kalor dari sistem. Hidroksilat sendiri akan dinetralkan dengan Ca(OH)2 untuk menghilangkan H2SO4 sebelum dicampurkan dengan gula dari proses hidrolisis selulosa.

Proses fermentasi dilakukan dengan menggunakan bakteri Clostridium sp. Untuk metode rinci dapat dilihat pada post mengenai ABE yang dapat diakses pada tautan ini. Hasil fermentasi dipanen dari biomassa menggunakan proses sentrifugasi dengan yield biobutanol hingga 14% dan sisanya aseton ,etanol, dan pengotor lain. Kajian ekonomi yang dilakukan oleh Himpunan Mahasiswa Rekayasa Hayati ITB menunjukkan industri ini dapat menghasilkan gross profit margin hingga 8,01. Kajian lebih lanjut masih dibutuhkan dalam mengarahkan proses fermentasi agar lebih banyak menghasilkan biobutanol.

Pada proses pengolahan TKKS menjadi biobutanol ini, diperlukan beberapa diperlukan beberapa peralatan, yaitu crusher, heat exchanger, dan centrifuge. Untuk optimasi proses, Combine Heat and Power (CHP), atau biasa disebut cogeneration digunakan untuk memanfaatkan sisa lignin dari proses ini, pembahasan lebih lanjut dapat dilihat pada artikel di tautan berikut.

Terdapat beberapa usaha yang bisa dilakukan untuk dapat meningkatkan efisiensi energi dari proses. Usaha-usaha tersebut antara lain, hybrid energi listrik dari turbin dan PLN, menggabungkan proses heating dan cooling pada penukar panas yang sama (temperatur fluida heating lebih tinggi dari fluida cooling), menggunakan kalor dari CHP untuk memanaskan fluida ataupun pre-heating treatment, menggunakan kalor rendah pada CHP untuk proses cooling ataupun pengkondisian ruangan, perawatan rutin agar setiap mesin bekerja secara optimal

Pada proses produksi butanol dari TKKS masih terdapat limbah yang terbentuk yang harus diolah terlebih dahulu sebelum bisa dibuang ke lingkungan. Salah satu limbah tersebut adalah gipsum. Gipsum merupakan jenis limbah B3 dengan kode limbah B414 pada kategori bahaya 2 jika tidak termanfaatkan. Pengolahan yang bisa dilakukan kepada limbah gipsum adalah dengan melakukan pemanfaatan kembali. Gipsum bisa diolah menjadi papan gipsum baru, dicampur dengan urea untuk menghasilkan pupuk, bahan baku semen, dan sumber sulfur dan kalsium untuk produk agrikultur. Pengolahan lain yang bisa dilakukan pada gipsum adalah dengan melakukan recovery SO2 dan kapur (CaO) yang kemudian bisa dimanfaatkan.

Limbah lain yang dihasilkan oleh proses ini adalah abu. Abu merupakan materi padat sisa dari proses pembakaran yang tidak sempurna. Abu terdiri dari materi karbon yang belum terbakar dan materi anorganik yang tidak dapat terbakar. Pada proses produksi butanol dari TKKS, abu dihasilkan dari proses pembakaran lignin, sel mikroorganisme dan sisa-sisa zat kimia lain pada unit CHP. Abu merupakan jenis limbah B3 kategori bahaya 2. Abu bisa diolah dengan cara mekanis maupun dengan cara manual. Limbah abu ini nantinya bisa dimanfaatkan kembali untuk membuat batako, paving block, bata ringan, dll.

Limbah lain yang juga dihasilkan oleh proses adalah flue gas. Flue gas dihasilkan dari unit CHP yang akan mengemisikan CO2, CO, NOx, dan SOx. Gas SOx, NOx, dan CO membawa dampak buruk bagi kesehatan manusia jika terhirup. Produksi NOx bisa dikendalikan dengan melakukan modifikasi pembakaran dan juga melakukan post-flame treatment. Gas SOx bisa dikendalikan dengan menggunakan alat flue-gas desulphurization (FGD). Gas CO bisa dikendalikan dengan memberikan udara berlebih pada proses pembakaran agar pembakaran bisa terjadi secara sempurna.

Dalam proses produksi butanol dari TKKS diperlukan beberapa reagen dan reaksi kimia dalam pretreatment dan hidrolisis. Pre-treatment dilakukan untuk memecah dinding yang melindungi selulosa dan hemiselulosa, mengurangi kristalinitas selulosa, meningkatkan porositas substrat, dan menghindari pembentukan inhibitor yang menghambat proses hidrolisis dan fermentasi. Pre-treatment bisa dilakukan secara mekanik, kimiawi, atau biologis. Pada proses ini digunakan reagen H2SO4 untuk pre-treatment. H2SO4 digunakan karena sudah digunakan sejak lama, murah, dan cepat.

Hidrolisis adalah proses pemecahan dengan molekul air. Hidrolisis dapat dikatalisis secara kimia ataupun enzimatis. Hidrolisis secara kimia bisa dilakukan dengan katalis asam maupun basa. Pemilihan katalis ini bergantung pada mekanisme reaksi substitusi yang terjadi dalam hal ini pada polimer selulosa dan hemiselulosa. Hidrolisis secara enzimatis adalah proses hidrolisis yang menggunakan enzim sebagai katalisnya. Enzim merupakan protein yang bertindak sebagai “mesin katalis” dengan cara menggunakan gugus-gugus fungsi pada sisi aktifnya. Dalam hidrolisis selulosa digunakan enzim cellulase. Pengembangan selanjutnya sebagai alternatif katalis lain untuk melakukan hidrolisis adalah dengan menggunakan katalis heterogen yaitu “E-carbon”, yang masih dalam tahap riset dan pengembangan. E-carbon terbuat dari serbuk eucalyptus yang dioksidasi dengan udara. Serbuk eucalyptus terdiri dari lignin dan lignoselulosa. E-carbon memiliki beberapa keunggulan yaitu lebih ramah lingkungan dibanding katalis asam/basa, lebih murah dibandingkan enzim, dan dapat digunakan secara berulang.

penulis

Daniel Benedict (13018004)

Timotius Weslie (13018044)

referensi

http://bit.ly/RekapSiBarney

Michailos, S., Parker, D., & Webb, C. (2016). A multicriteria comparison of utilizing sugar cane bagasse for methanol to gasoline and butanol production. Biomass and Bioenergy, 95, 436–448. doi:10.1016/j.biombioe.2016.06.019

Leave a Comment