PENGELOLAAN LIMBAH KERTAS SEBAGAI BAHAN BAKU BIOETANOL

Oleh : Seisha Milanisti (@S20-Seisha)

ABSTRAK

Meningkatnya limbah padat di Indonesia disebabkan oleh peningkatan penggunaan kertas. Kertas mengandung banyak selulosa. Selulosa termasuk dalam sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai bahan baku bioetanol. Pemanfaatan limbah kertas untuk pembuatan bioetanol diawali dengan proses pretreatment untuk delignifikasi. Hidrolisis kertas dilakukan secara enzimatis untuk mengurai selulosa pada limbah kertas dengan menggunakan enzim selulase menjadi glukosa. Hidrolisis enzimatis sangat penting dilakukan karena dapat meningkatkan kadar glukosa hingga 90%. Dengan meningkatnya kadar glukosa diharapkan akan meningkatkan juga kadar dan produksi etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi dengan menambahkan ragi sehingga terdapat bakteri Saccaromyces cerevisiae. Untuk memisahkan air dan etanol dari proses fermentasi maka perlu dilakukan distalasi. Uji karakterisasi bioetanol menggunakan Gas Chromatography/Mass Spectroscopy (GC-MS) dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Pengukuran kadar bioetanol menggunakan Gas Chromatography (GC). Dari artikel ilmiah ini menunjukkan bahwa (1) kertas dapat digunakan sebagai bahan pembuatan bioetanol generasi kedua dengan proses pretreatment, hidrolisis enzimatis, fermentasi, dan distalasi (2) upaya pemecahan masalah pencemaran lingkungan karena kertas.

 

Kata Kunci : Kertas, Selulosa, Bioetanol, Hidrolisis enzimatis

 

PENDAHULUAN

            Kertas dibuat dari kayu yang berasal dari pohon kayu lunak seperti cemara dan pinus, atau dari pohon kayu keras seperti kayu putih, akasia dan aspen. Kertas dibuat dari pengolahan selulosa atau serat kayu, yang dihasilkan dari bubur kertas atau pulp. Kertas menjadi salah satu kebutuhan penting dalam kegiatan sehari-hari sehingga pemakaian kertas setiap harinya meningkat. Kebutuhan kertas yang sangat besar dapat mendorong produksi industri kertas. Selain itu, kebutuhan kertas yang sangat besar dapat menimbulkan masalah-masalah lain diantaranya adalah masalah lingkungan yaitu penebangan pohon di hutan, pencemaran air dan udara dan juga sampah kertas yang menumpuk. Kertas merupakan salah satu unsur terbesar dari limbah padat.

                Di dalam limbah kertas terdapat senyawa lignoselulosa yang bisa digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Bioetanol adalah etanol yang diperoleh dari hasil olahan fermentasi bahan-bahan yang mengandung komponen pati, gula, atau serat selulosa yang bisa menjadi bahan bakar utama yang digunakan sebagai pengganti bensin untuk kendaraan. Seperti yang diketahui, bahan bakar minyak merupakan salah satu masalah global karena bahan baku yang digunakan berasal dari fosil yang tidak bisa diperbaharui.

Pengolahan lignoselulosa pada kertas menjadi bahan baku bioetanol harus melalui beberapa proses, antara lain  pretreatment dengan dilignifikasi untuk menghilangkan kandungan lignin. Proses selanjutnya adalah mengkonversi selulosa menjadi glukosa dengan hidrolisis menggunakan enzim selulase. Glukosa yang didapatkan pada proses hidrolisis, kemudian difermentasi. Proses fermentasi dilakukan dengan penambahan ragi roti dan ragi tape (Saccharomyces cerevisiae), salah satu spesies ragi yang dikenal mempunyai daya konversi gula menjadi etanol. Dalam hasil fermentasi masih terdapat air yang dapat mengganggu kadar etanol yang diperoleh maka dilakukan distilasi untuk memisahkan air dan etanol tersebut.

 

METODE

A.  Pembuatan Bioetanol

                Pengolahan bioetanol dari limbah kertas memiliki sedikit perbedaan dengan bahan yang lainnya karena dalam proses pengolahannya, kertas memiliki kandungan lignin yang harus dihilangkan terlebih dahulu. Proses pengolahan kertas menjadi bioetanol antara lain adalah :

1. Pretreatment

Lignin yang terdapat pada kertas merupakan serabut yang menyelubungi selulosa. Lignin tersebut harus dihilangkan agar bisa menjadikan kertas sebagai bioetanol. Proses delignifikasi dilakukan untuk menghilangkan kandungan lingnin dengan menggunakan proses kimiawi yaitu senyawa NaOH sebagai katalis. Proses pretreatment bertujuan untuk memecah struktur lignin dan mengganggu struktur kristal selulosa sehingga cairan asam atau enzim dapat dengan mudah mengakses dan menghidrolisis selulosa.

     2. Hidrolisis

Hidrolisis merupakan reaksi kimia yang memecah molekul menjadi dua bagian dengan penambahan molekul air (H₂O), dengan tujuan untuk mengkonversi polisakarida menjadi monomer-monomer sederhana, yaitu untuk mengkonversi selulosa menjadi glukosa. Dalam proses hidrolisis dapat dilakukan dengan dua cara yaitu hidrolisis asam dan hidrolisis dengan enzimatik. Hidrolisis asam dapat dilakukan dengan penambahan H₂SO₄ atau HCL. Hidrolisis enzimatik adalah proses konversi selulosa dan hemiselulosa menjadi gula reduksi menggunakan enzim. Enzim yang digunakan untuk mengkonversi hemiselulosa menjadi glukosa adalah enzim xylanase sedangkan enzim yang digunakan untuk mengkonversi selulosa menjadi glukosa menggunakan enzim selulase.

Pada permasalahan limbah kertas menjadi bioetanol maka solusinya adalah menggunakan proses hidrolisis enzimatik, dimana aplikasi proses ini menggunakan enzim yang secara sederhana dilakukan dengan mengganti tahap hidrolisis asam dengan tahap hidrolisis enzim. Keuntungan hidrolisis dengan enzim dapat mengurangi penggunaan asam sehingga dapat mengurangi efek negatif terhadap lingkungan. Hidrolisis sempurna selulosa akan menghasilkan monomer selulosa yaitu glukosa dan hidrolisis tak sempurna akan menghasilkan disakarida dari selulosa yang disebut selobiosa.

      3. Fermentasi

Setelah proses hidrolisis dan mendapatkan glukosa dari limbah kertas tersebut maka proses selanjutnya yaitu proses fermentasi. Fermentasi dilakukan menggunakan yeast seperti Saccaromyces cerevisiae untuk mengkonversi menjadi etanol. Limbah kertas yang telah ditambahkan ragi atau yeast, kemudian dimasukkan kedalam toples kaca dan ditutup rapat agar mendapat kondisi anaerob sehingga bakteri Saccharomyces cerevisiae dalam ragi tersebut dapat bekerja dengan baik dan maksimal dalam proses fermentasi.

      4. Distilasi

Proses distalasi dilakukan setelah proses fermentasi, limbah kertas yang telah menjadi lumpur atau sludge akan diambil etanolnya. Dalam hasil fermentasi masih terdapat air yang dapat mengganggu kadar etanol yang diperoleh maka dilakukan distilasi untuk memisahkan air dan etanol tersebut.  Proses destilasi berlanjut dengan mengalirkan uap zat cair melalui kondensor lalu hasilnya ditampung dalam wadah.

   B. Karakterisasi Bioetanol Menggunakan FTIR dan GC – MS

Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) adalah teknik analisis yang digunakan untuk mendapatkan spektrum inframerah penyerapan atau emisi dari zat padat, cair atau gas yang belum diketahui strukturnya. Tipe ikatan yang berlainan dari suatu struktur senyawa akan menyerap radiasi inframerah pada panjang gelombang tertentu sesuai dengan ikatan yang ada. Pada metode analisis. Gas Chromatography Mass Spectroscopy (GC-MS) adalah  metode analisis yang menggabungkan fitur kromatografi gas dan spektrometri massa untuk mengidentifikasi zat yang berbeda dalam sampel uji.

   C. Pengujian Menggunakan GC

Kromatografi gas adalah suatu metode pemisahan yang terdiri dari dua macam komponen yang terdiri dari dua macam komponen atau lebih, yang didasarkan pada distribusi defrensial diantara dua fasa yaitu fasa diam yang berupa padatan atau cairan dan fasa gerak yang berupa gas (Alimin, dkk., 2007: 121). Teknik kromatografi gas-cair metode ini digunakan secara luas untuk analisis kualitatif dan kuantitatif dari sejumlah besar senyawa karena memiliki kepekaan tinggi dan hasilnya dapat diperoleh dengan cepat. Teknik ini telah terbukti paling baik untuk pemisahan senyawa dengan polaritas rendah (Bintang, 2010: 168). 

HASIL DAN PEMBAHASAN

                Kertas yang sudah tidak terpakai dan menjadi limbah, ternyata bisa diolah menjadi bahan baku bioetanol. Pengolahan limbah kertas menjadi bahan baku bioetanol diawali dengan proses pretreatment yang bertujuan untuk memecah ikatan lignin (delignifikasi), menghilangkan kandungan lignin dan hemiselulosa, merusak struktur kristal dari selulosa serta meningkatkan porositas bahan.  Pada pretreatment menggunakan NaOH, hasilnya adalah selulosa yang sudah terpisah dengan lignin. Enzim merupakan protein yang memiliki sifat katalis yang memiliki kemampuan mengaktifkan senyawa lain secara spesifik dan dapat meningkatkan kecepatan reaksi kimia. Penggunaan enzim selulase sangat berpengaruh terhadap konversi limbah kertas menjadi etanol. Enzim selulase dapat memecah selulosa menjadi glukosa.

Fermentasi etanol juga disebut sebagai fermentasi alkohol. Proses ini tidak membutuhkan oksigen, melainkan khamir yang melakukannya, maka fermentasi etanol digolongkan sebagai respirasi anaerob. Pengaruh pemberian variasi konsentrasi Saccharomyces cereviceae merupakan salah satu faktor untuk menentukan kadar bioetanol yang dihasilkan. Selain itu, lama fermentasi juga ikut berperan dalam menentukan jumlah kadar dan volume bioetanol selama proses fermentasi. Etanol  dan  air sangat susah dipisahkan. Oleh sebab itu, untuk pemisahan etanol dan air harus dilakukan distilasi.

KESIMPULAN

            Limbah kertas dapat digunakan sebagai bahan pembuatan bioetanol generasi kedua dengan proses pretreatment, hidrolisis enzimatis, fermentasi, dan distalasi. Dengan adanya pengelolaan limbah kertas menjadi bioetanol, termasuk upaya untuk menyelesaikan masalah pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh kertas dan bisa menjadi jalan alternatif untuk menggantikan bahan bakar minyak dengan menggunakan bioetanol untuk kendaraan.

DAFTAR PUSTAKA

Anindyawati, T. 2009. Prospek Enzim dan Limbah Lignoselulosa untuk Produksi Bioetanol. Pusat Penelitian Bioteknologi : LIPI Bogor.

Ahmad Rasyidi, dkk. 2013. Pembuatan Bioetanol Dari Limbah Tongkol Jagung Dengan Variasi Asam Klorida Dan Waktu Fermentasi. Jurnal Teknik Kimia No. 1, Vol. 19, Universitas Sriwijaya.

Hermawan, Yulis Anwar. 2009. Konversi Limbah Kertas Menjadi Etanol Menggunakan Kombinasi Enzim Selulase dan Selobiase Melalui Sakarifikasi dan Fermentasi Serentak. Skripsi Universitas Indonesia. Jakarta.

Salim, Marniati, Elida Mardiah, Yollanda Atmelwidia. 2014. Produksi Bioetanol Dari Sampah Dedaunan Sekitar Kampus UNAND Dengan Metode SSF (Simultaneous Sacharification Fermentation). Jurnal Kimia No. 2, Vol. 7, Universitas Andalas.