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)