42

ABSTRACT

Tandan kosong sawit (TKS) merupakan salah satu limbah padat perkebunan kelapa sawit yang dapat bernilai ekonomi

bila diolah lebih lanjut. Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan limbah TKS dalam rangka memurnikan selu-

losanya yang selanjutnya dapat dijadikan sebagai bahan baku pembuatan nitroselulosa yang bernilai ekonomi tinggi.

Fokus yang ditinjau adalah melihat pengaruh suhu, waktu, rasio larutan-padatan serta optimasi pada proses pemurnian

selulosa dari TKS menggunakan larutan pemasak ekstrak abu TKS dengan pendekatan statistik menggunakan RSM

(response surface method). Bahan baku dimasukkan ke dalam reaktor hidrolisis yang telah berisi larutan ekstrak abu

TKS tertentu (x2), selanjutnya reaktor hidrolisis ditutup rapat dan dipanaskan sehingga mencapai suhu tertentu (x1)

dan dipertahankan tetap selama waktu tertentu (x3). Setelah proses hidrolisis selesai, TKS hasil hidrolisis tersebut

dianalisa, kemurnian selulosa, kadar lignin, ekstraktif, dan kadar hemiselulosanya. Proses yang digunakan adalah

secara bacth. Berdasarkan pendekatan Response Surface Method-Central Composite Design diketahui bahwa temper-

atur dan waktu pemasakan mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap pemurnian selulosa. Hubungan antara vari-

abel terhadap pemurnian selulosa dimodelkan Y = 82,6964 + 0,8692 X1 + 1,0184X3 - 1,0091X12, sedangkan nilai re-

spon optimal proses pemurnian selulosa adalah 82,19 % dengan kondisi operasi pada waktu pemasakan 151,77 men-

it, temperatur pemasakan 92,99 oC dan nisbah padatan-larutan 1: 8,78.

ABSTRACT

Empty Fruit Bunches is one of the solid waste of palm plantations that could have valued if it processed further. This

research aims to utilize waste palm empty fruit bunches in order to purify of cellulose which can then be used as raw

material for making nitrocellulose which have a high economic value. The focus of interest is the effect of tempera-

ture, time, solution-solid ratio and optimization in the process of purification of cellulose from palm empty fruit

bunches using empty fruit bunch ash extract which is analysed with a statistical approach using the RSM (response

surface method). Raw materials were incorporated into the hydrolysis reactor that already contained of empty fruit

bunch ash extract solution (x2), further hydrolysis reactor sealed and heated to achieve a certain temperature (x1) and

kept for a certain time (x3). After the hydrolysis process is completed, empty fruit bunch hydrolysis results were ana-

lyzed for the purity of cellulose, lignin, extractive, and hemiselulosa composition. Response Surface Method Based on

the approach-Central Composite Design is known that the temperature and cooking time had a significant influence on

the purity of cellulose. The relationship between variables on the purity of cellulose is modeled Y = 82.6964 +

0.8692 X1 + 1.0184 X3 -1.0091 X12, while the value of the optimal response of cellulose purification process is

82.19% with cooking time at 151.77 minutes, cooking temperature 92.99°C and solid-solution ratio 1: 8.78.

Keywords : cellulose, empty fruit bunches, response surface method

OPTIMASI HIDROLISIS TANDAN KOSONG

SAWIT DENGAN EKSTRAK ABU TKS MENGGUNAKAN

RANCANGAN PERCOBAAN RESPONSE SURFACE METHODE

Padil1, Yelmida A1 dan Masfika Candra2

1Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

2Alumni Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Riau, Pekanbaru 28293

Kampus Binawidya Jl. H.R. Subrantas Km 12.5 Simpang Baru Pekanbaru 28293

E-mail : fadilpps@yahoo.com, masfika_che06@yahoo.co.id

Optimasi Hidrolisis Tandan Kosong Sawit menggunakan Response Surface Methode (Padil, et al)

43

PENDAHULUAN

TKS (Tandan Kosong Sawit) adalah salah satu

limbah pabrik kelapa sawit yang jumlahnya

sangat melimpah. Setiap pengolahan TBS

(Tandan Buah Segar) akan dihasilkan TKS

sebanyak 25%. TKS ini belum dimanfaatkan

secara baik oleh sebagian besar Pabrik Kelapa

Sawit (PKS) di Riau. Selama ini TKS yang tidak

tertangani menyebabkan bau busuk, tempat

bersarangnya serangga lalat dan potensial

menghasilkan air lindi [Padil,2010].

Mengingat jumlah TKS yang cukup besar dan

meningkat setiap tahunnya, secara laboratoris

dipandang perlu dilakukan penelitian untuk

mendapatkan suatu manajemen yang harus

diarahkan pada terbentuknya suatu sistem

manajemen lingkungan termasuk di dalamnya

teknik zero waste management pada seluruh

tahap kegiatan sampai dapat mencapai predikat

ecolabelliry dengan memanfaatkan TKS untuk

mendapatkan produk yang bernilai ekonomis.

Serat selulosa dalam TKS berada dalam bentuk

selulosa – α, β, dan γ. Kadar selulosa yang tinggi

dari TKS dapat digunakan untuk memproduksi

nitroselulosa, bahan baku pembuatan propelan

atau bahan peledak. Untuk mendapatkan kadar

selulosa yang tinggi dari TKS, diperlukan suatu

proses pengolahan yang dapat memurnikan

selulosanya [Padil,2006].

Tarmansyah [2007], melakukan pemurnian selu-

losa dari bahan baku serat rami melalui proses

hidrolisis menggunakan cairan pemasak larutan

NaOH. Dalam penelitian ini dilakukan optimasi

hidrolisis TKS yang bertujuan untuk pemurnian

selulosanya menggunakan ekstrak abu TKS. Sa-

lah satu metode optimasi yang digunakan adalah

Response Surface Methode (RSM). [Iriawan.,dan

Astuti,2006].

RSM adalah sekumpulan metode matematika dan

teknik-teknik statistik yang bertujuan membuat

model dan melakukan analisis mengenai respons

yang dipengaruhi oleh beberapa variable. RSM

memiliki keunggulan diantaranya metode ini tid-

ak memerlukan data-data percobaan dalam

jumlah yang besar dan tidak membutuhkan waktu

lama sehingga secara otomatis metode ini dapat

menghemat biaya dalam penelitian. [Iriawan.,dan

Astuti,2006].

Metode response surface merupakan sekumpulan

metode matematika dan teknik-teknik statistik

yang bertujuan membuat model dan melakukan

analisis mengenai respon yang dipengaruhi oleh

beberapa variabel.

Rancangan percobaan response surface

digunakan untuk mengetahui hubungan antara

satu atau lebih variabel respon dengan sejumlah

variabel kuantitatif percobaan. Pemilihan

rancangan percobaan ini didasari atas tujuan un-

tuk:

1. Melihat pengaruh variabel bebas terhadap

respon.

2. Mendapatkan model hubungan antara variabel

bebas dan respon.

3. Mendapatkan kondisi operasi yang

menghasilkan respon terbaik.

METODE PENELITIAN

Tahap-tahap penelitian proses hidrolisis TKS

terdiri dari persiapan dan analisa bahan baku,

pembuatan cairan pemasak dari ekstrak abu TKS,

prehidrolisa, pemasakan dan analisa hasil. Pada

persiapan dana analisa bahan baku, bahan baku

yang digunakan adalah tandan kosong sawit.

Bahan tersebut kemudian dipotong-potong

dengan ukuran 1 - 2 cm dan dikeringkan dibawah

sinar matahari sampai kadar air sisa pada tandan

kosong sawit ± 10%. Sebelum proses hidrolisis

terhadap TKS dilakukan analisa komponen kimia

bahan baku. Analisis komponen kimia bahan

baku bertujuan untuk mengetahui komposisi

kimia yang terdapat dalam bahan baku, yang

terdiri dari analisa kadar air, selulosa,

hemiselulosa, dan kadar lignin.

Penyiapan larutan pemasak (ekstrak abu tandan

kosong sawit), larutan pemasak pulp yang

digunakan adalah ekstrak abu tandan kosong

sawit. Abu tandan kosong sawit didapat dari hasil

pembakaran tandan kosong sawit dalam

incenerator pada pabrik CPO. Untuk memperoleh

larutan pemasak dilakukan beberapa tahapan.

Mula-mula abu TKS disaring menggunakan

saringan berukuran 40 mesh. Abu yang lolos

saringan kemudian ditambahkan air dengan

perbandingan massa abu dan air 1:4. Larutan

tersebut selanjutnya diaduk selama 15 menit

sebelum didiamkan selama 48 jam hingga semua

abu terendapkan. Larutan hasil ekstrak diperoleh

dengan memisahkan endapan abu dari larutan,

kemudian larutan tersebut disiapkan sebagai

larutan pemasak (Naldo, 2007).

Bahan baku di prehidrolisa terlebih dahulu.

Prehidrolisa bertujuan untuk mempercepat

penghilangan pentosan (hemiselulosa) dalam

bahan baku pada waktu pemasakan. Prehidrolisa

menggunakan larutan pemasak dari ekstrak abu

Jurnal Sains dan Teknologi 10 (1), Maret 2011: 42-46

44

TKS. Kondisi prehidrolisa adalah temperatur

maksimum 1000C, rasio bahan baku terhadap

larutan pemasak 1:6, waktu 1 jam. Setelah

prehidrolisa filtratnya dikeluarkan dan

selanjutnya dilakukan proses pemasakan

(Tarmansyah., 2007).

Pemasakan (cooking) pemasakan tandan kosong

sawit bertujuan untuk mendapatkan pulp cokelat

dengan menggunakan ekstrak abu TKS. Pulp

hasil pemasakan disaring dan dicuci dengan air

panas untuk menghilangkan lindi hitam

(Tarmansyah., 2007).

Rancangan percobaan yang digunakan pada

penelitian ini berdasarkan metode response sur-

face merupakan suatu metode gabungan antara

matematika dan teknik stastik, digunakan untuk

membuat model dan menganalisa suatu respon y

yang dipengaruhi oleh beberapa variabel bebas/

faktor x guna mengoptimalkan respon tersebut.

Hubungan antara

respon y dan variabel bebas

x adalah:

Langkah pertama dari RSM adalah menemukan

hubungan antara respon y dan faktor x melalui

persamaan polinomial orde pertama dan

digunakan

model regresi

linier, atau

yang lebih dikenal

dengan first-order model (model orde I)

Rancangan eksperimen orde II yang digunakan

adalah

rancangan faktorial 3k (Three Level Factorial

Design), yang sesuai untuk masalah optimasi.

Kemudian dari model II ditentukan titik stasioner,

karakteristik permukaan respon dan model

optimasinya.

Pulp padat yang diperoleh dari hasil pemasakan

selanjutnya dianalisis komponen kimianya antara

lain kadar air, kadar ektraktif, selulosa,

hemiselulosa, dan lignin.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Komponen utama yang terkandung dalam bahan

baku berupa tandan kosong sawit adalah selulosa,

hemiselulosa, lignin, dan ekstraktif. Tabel 1

menyajikan data hasil analisa komponen

penyusun tandan kosong sawit.

Hasil analisa yang diperoleh menunjukkan bahwa

tandan kosong sawit berpotensi untuk diolah

menjadi produk yang memiliki nilai ekonomis

tinggi, salah satu caranya adalah pemurnian selu-

losanya. Serat dengan kadar selulosa yang tinggi

(>92%) dapat digunakan untuk memproduksi ni-

troselulosa, bahan baku pembuatan propelan atau

(1)

(2)

Gambar 1. Tahapan Optimasi dengan Metode

Response Surface

Tabel 1. Komposisi Kimiawi Tandan Kosong

Sawit Bahan Baku

Komponen Hasil uji

(%) Metoda uji

Kadar air 6,78 SNI 14-7070-2005

Selulosa 34,26 SNI 0444-2-2009

Hemiselulosa 25,65 SNI 01-1561-1989

Lignin 19,41 SNI 14-0492-1990

Ekstraktif 3 TAPPI T-222 cm-98

Sumber: Padil,2010

Optimasi Hidrolisis Tandan Kosong Sawit menggunakan Response Surface Methode (Padil, et al)

45

bahan peledak.

Hasil analisa ekstrak abu tandan kosong sawit

diketahui memiliki kadar Kalium (K), Silika

(SiO2) dan Karbonat (CO3) yang tinggi

dibandingkan dengan unsur atau senyawa lainnya

yang ada di dalam abu TKS. Kalium dalam abu

TKS adalah sekitar 25,68%. KOH yang terdapat

dalam larutan ekstrak abu TKS dapat dijadikan

pengganti NaOH, sumber alkali yang umumnya

digunakan dalam pembuatan pulp. Hal ini

disebabkan oleh kalium mempunyai sifat yang

mirip dengan Natrium diantaranya sangat reaktif

terutama dalam air dan merupakan basa kuat. Ka-

lium dan karbonat larut dalam air membentuk ion

K+ dan CO32- seperti terlihat dalam Persamaan

3.1. Ion karbonat bersifat reaktif sehingga akan

mengikat ion H+ yang ada di dalam air dan mem-

bentuk HCO3- (Persamaan 3.2). Sedangkan ion

kalium bersifat reaktif sehingga di dalam air beri-

katan dengan ion OH- membentuk KOH, sehing-

ga larutan ekstrak abu TKS bersifat basa dengan

pH > 7. Menurut (Snell,et,al,. 2004) reaksinya

adalah sebagai berikut:

K2CO3 → 2K+ + CO32- ………………. ……(3)

CO32- + H2O → HCO3- + OH- ………………(4)

Kalium hidroksida (KOH) yang terbentuk dalam

larutan ekstrak abu TKS akan bereaksi dengan

komponen tandan kosong sawit pada saat proses

hidrolisis berlangsung. Menurut Snell et al.

[2004] reaksi komponen tandan kosong sawit

dengan ekstrak abu TKS adalah reaksi delignifi-

kasi oleh KOH sebagai berikut:

PH larutan ekstrak abu TKS pada penelitian ini

adalah 12,5. Informasi pH larutan dijadikan

sebagai pembanding dengan hasil penelitian

sebelumnya. Pada proses alkaline pulping

umumnya larutan pemasak (NaOH) memiliki

range pH 13 - 14. Snell et al. [2004] dan Naldo.,

[2007] adalah peneliti yang menggunakan ekstrak

abu TKS dalam pembuatan pulp non-wood.

Ekstrak abu TKS pada penelitian Snell et al.

[2004] memiliki nilai pH 13,5-14 dan pada

penelitian Naldo., [2007] memiliki nilai pH 13.

Penentuan titik optimum proses dilakukan dengan

menentukan titik stationer. Sedangkan sebaran

optimasi proses dapat dilihat dari contour plot.

Dari hasil perhitungan titik stationer diketahui

respon optimum pemurnian selulosa didapat

sebesar 82,19 % dengan waktu pemasakan 151,77

menit, temperatur pemasakan 92,99 oC dan nisbah

padatan - larutan 1: 8,78, dari penelitian yang

dilakukan persamaan untuk pemurnian selulosa

adalah persamaan orde 2 yaitu Y = 82,6964 +

0,8692 X1 + 1,0184X3 -1,0091X12. Sebaran opti-

masi pemurnian selulosa dapat dilihat pada Gam-

bar 2.

Dari hasil pengujian parameter regresi secara in-

dividu, pemurnian selulosa dipengaruhi oleh wak-

tu pemasakan dan temperatur pemasakan.

Sedangkan nisbah padatan - larutan tidak

memberikan pengaruh yang signifikan terhadap

permunian selulosa. Pengaruh terbesar diberikan

oleh temperatur pemasakan diikuti waktu

pemasakan. Pengaruh waktu pemasakan dan

temperatur pemasakan terhadap permunian

selulosa ditampilkan dalam bentuk Surface

Curve pada Gambar 3.

Pengaruh temperatur pemasakan memberikan

Lignin Lignat

Gambar 2. Contour Plot Persentase Selulosa

terhadap Pengaruh Waktu Pemasa-

kan dan Temperatur Pemasakan

Gambar 3. Surface Curve Persentase Selulosa ter-

hadap Pengaruh Temperatur dan

Waktu Pemasakan

Jurnal Sains dan Teknologi 10 (1), Maret 2011: 42-46

46

pengaruh yang siknifikan terhadap kemurnian

selulosa. Peningkatan temperatur pemasakan

dapat meningkatkan kemurnian selulosanya. Hal

ini disebabkan karena peningkatan temperatur

mempercepat proses hidrolisis yang berperan da-

lam pemutusan ikatan lignin dan hemiselulosa

[Fengel dan Wegener, 1995]. Tetapi, peningkatan

variasi temperatur pemasakan terus menerus

cenderung menyebabkan turunnya kemurnian

selulosa. Hal ini disebabkan oleh terjadinya

degradasi selulosa pada suhu yang lebih tinggi.

Hasil ini berarti bahwa langkah pertama dalam

degradasi termal selulosa adalah pemecahan

makromolekul yang menghasilkan produk yang

larut dalam alkali dan diikuti dengan penurunan

derajat polimerisasi selulosa yang cepat dengan

peningkatan temperatur [Fengel dan Wegener,

1995].

Variasi waktu pemasakan memberikan pengaruh

yang siknifikan terhadap kemurnian selulosa.

Menurut Purnama [2009], waktu pemasakan

reject pulp yang panjang menyebabkan yield

glukosa yang semakin besar. Pada penelitian ini

peningkatan waktu pemasakan dapat

meningkatkan kemurnian selulosanya. Hal ini

terjadi karena semakin lama waktu pemasakan,

pemutusan ikatan selulosa dari bahan baku lebih

banyak. Tetapi peningkatan variasi waktu

pemasakan terus menerus cenderung

menyebabkan turunnya kemurnian selulosa. Hal

ini disebabkan oleh terjadinya degradasi selulosa

membentuk gula sederhana yaitu glukosa untuk

waktu pemasakan yang panjang. Degradasi

selulosa disebabkan oleh terhidrolisisnya selulosa

yang dapat memecah dan merusak struktur kristal

selulosa.

Variasi nisbah larutan-padatan memberikan

pengaruh yang tidak signifikan terhadap

kemurnian selulosa. Menurut Purnama [2009],

peningkatan konsentrasi larutan pemasak

menyebabkan peningkatan yield glukosa. Pada

penelitian ini peningkatan konsentrasi larutan

pemasak menyebabkan peningkatan selulosanya.

Meningkatnya jumlah larutan pemasak berarti

bertambahnya jumlah ion OH- yang berperan

dalam pemutusan ikatan lignin dan hemiselulosa.

Dengan semakin banyaknya pemutusan ikatan

lignin dan hemiselulosa dari selulosa maka akan

menyebabkan meningkatnya selulosanya [Naldo,

2007]. Tetapi, peningkatan nisbah larutan -

padatan terus menerus cenderung menyebabkan

turunnya kemurnian selulosa. Hal ini disebabkan

oleh terdegradasinya selulosa menjadi glukosa

untuk peningkatan jumlah larutan pemasak.

KESIMPULAN

Hasil penelitian menunjukkan bahwa ekstrak abu

TKS dengan komponen utama kalium dapat

digunakan sebagai larutan pemasak dalam pemur-

nian selulosa TKS.

Temperatur pemasakan mempunyai pengaruh

terbesar terhadap pemurnian selulosa jika

dibandingkan dengan waktu pemasakan dan

nisbah padatan - larutan. Kondisi optimal selu-

losa yang diperoleh adalah 82,19 % pada waktu

pemasakan 151,77 menit, temperatur pemasakan

92,99 oC dan nisbah padatan - larutan 1: 8,78,

dimana persamaan untuk pemurnian selulosa

adalah persamaan orde 2 yaitu Y = 82,6964 +

0,8692 X1 + 1,0184X3 -1,0091X12.

DAFTAR PUSTAKA

Fengel, D., dan Wegener, G. 1995. Kayu: Kimia,

Ultrastruktur, Reaksi-reaksi. Translated from

the English by H. Sastrohamidjojo. Yogyakar-

ta, Gajah Mada University Press.

Iriawan.,N., dan Astuti,S.P. 2006. Mengolah Data

Statistik dengan Mudah Menggunakan

Minitab 14. Penerbit ANDI Yogyakarta.

Naldo, H.R. 2007. Research into Pembuatan Pulp

Batang Jagung dengan Ekstrak Abu TKS.

Skripsi. Universitas Riau.

Padil. 2006. Produksi Asap Cair dari Limbah

Padat Sawit (Suatu Rancangan Penelitian).

Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia

2006 dan Munas Aptekindo Palembang

Padil. 2010. Proses Pembuatan Nitrosellulosa

Berbahan Baku Biomassa Sawit. Prosiding

Seminar Nasional Fakultas Teknik Universi-

tas Riau 2010. Pekanbaru. ISBN 978-602-

96729-0-9.

Purnama, A. 2009. Pengaruh Konsentrasi Katalis

Asam Sulfat dan Waktu Reaksi Pada Hidroli-

sa Reject Pulp Menjadi Glukosa. Skripsi.

Universitas Riau.

Snell, R. Mott, L. Suleman, A. Sule, A. Mayhead,

G. 2004. Potassium-Based Pulping Regimes

For Oil Palm Empty Fruit Bunch Material

[Internet]. Bangor. Biocomposite Center.

Availablefrom: <www.bc.bangor.ac.uk-/

_03_research/research4_pulp_paper.htm>

[Accessed 12 Agustus 2009].

Tarmansyah, U.S. 2007. Pemanfaatan Serat Rami

Untuk Pembuatan Selulosa. Jakarta Selatan.

Puslitbang Indhan Balitbang Dephan.

Optimasi Hidrolisis Tandan Kosong Sawit menggunakan Response Surface Methode (Padil, et al)