PROSES HIDROLISIS SAMPAH ORGANIK MENJADI GULA DENGAN KATALIS ASAM KLORIDA
Dedy Irawan, Zainal Arifin
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda Jalan Ciptomangunkusumo, Samarinda, Kalimantan Timur 75131 Telp. (0541) 260588 ddy_iwn@yahoo.com

## Abstrak
Proses hidrolisis merupakan salah satu tahap penting dari rangkaian tahapan proses produksi bioetanol berbahan baku sampah organik. Hidrolisis dengan asam klorida encer konsentrasi  0,25-1%  dengan  suhu  120-180 o C  dan  waktu  15-120  menit.  Hidrolisis dilakukan  dalam  sebuah  reactor  sistem  batch  dengan  perbandingan  antara  sampah organik  dan  larutan  asama  adalah  1:6.  Kadar  gula  hasil  hidrolisis  ditentukan  dengan metode Nelson – Somogy, bahwa kondisi terbaik hidrolisis pada suhu 120 o C, konsentrasi katalis 0,75%, waktu 30 menit dan tekanan 4 bar dengan kadar gula 29,34 mg/mL dimana yield sebesar 13,09%.
Kata kunci : asam klorida, hidrolisis, kadar gula, yield

## Abstract
Hydrolysis  is  one  of  the  most  important  stages  of  bioethanol  production  made  from organic  waste.  Hydrolysis  with  dilute  hydrochloric  acid  concentration  was  varied  from 0.25-1% with a temperature of 120-180 o C and time of 15-120 minutes. Reactant ratio 1:6 between organic waste and dilute hydrochloric acid for every stage hydrolysis was reacted in a batch reactor system. The sugars concentrations in the hydrolyzate were then analyzed by Nelson-Somogyi method. The results showed that the best conditions for hydrolysis was found at temperature of 120 o C, catalyst concentration of 0.75%, time of 30 minutes and the pressure of 4 bar with the sugar concentration of 29.34 mg/mL and the yield of 13.09%. Key word : hydrochloride acid , hydrolysis, sugar concentration, yield

## PENDAHULUAN
Sampah  kota  mengandung  bahan  beraneka ragam,  tetapi  kandungan  terbesar  adalah  sampah organik  yang  mencapai  65%.  Sampah  organik  dari daerah  perkotaan  merupakan  biomassa  yang  berat keringnya  diperkirakan  mengandung  75%  pati,  he- miselulosa,  dan  selulosa  (Suyitno,  2007).  Kan- dungan  holoselulosa  pada  sampah  kota  Samarinda (81-100%)  sebanyak  26,37%  dan  potensi  peman- faatannya  menjadi  bioetanol  sebesar  5.976,82  kL /tahun (Irawan dan Zainal, 2010).
Hidrolisis  lignoselulosa  dengan  asam  encer adalah yang paling umum diaplikasikan untuk men- dapatkan  gula  sebagai.  Hidrolisis  asam  encer  dila- kukan  menggunakan  asam  mineral  seperti  H 2 SO 4 dan HCl, pada suhu antara 120-200 o C (Taherzadeh dan  Karimi,  2007).  Proses  hidrolisis  berbahan  lig- noselulosa  yang  telah  dilakukan  antara  lain  hidro- lisis  biji  nangka  menggunakan  larutan  HCl  0,1  N mendapatkan  gula  9,84  mg/ml  (Maryudi,  1999).
Hidrolisis  serbuk  gergaji  menggunakan  larutan H 2 SO 4 0,5% mendapatkan gula dengan kadar 11,53 mg/ml  (Sediawan,  dkk,  2007).  Hidrolisis  sampah buah dan sayur menggunakan larutan H 2 SO 4 0,25% menghasilkan gula 17,92 mg/ml (Wicakso, 2008).
Hidrolisis  sampah  organik  yang  telah  dilaku- kan  hanya  terfokus  pada  fraksi  buah  dan  sayur belum  pada  hidrolisis  sampah  organik  dari  seluruh fraksi  yang  terkandung  dalam  sampah  tersebut. Sebagai  contoh  dalam  sampah  kota  Samarinda, komposisi  fraksi  buah  dan  sayur  sekitar  48,82%, sisanya  dedaunan,  kertas  dan  lain  sebagainya  (Ira- wan  dan  Arifin,  2010).  Sehingga  hidrolisis  perlu dilakukan untuk seluruh fraksi dengan jumlah yang sesuai dengan komposisinya dalam sampah organik tersebut. Penelitian ini bertujuan mendapatkan kon- disi terbaik, yaitu suhu dan konsentrasi katalis HCl serta  waktu  pada  proses  hidrolisis  sampah  organik kota menjadi gula.

## METODE PENELITIAN Bahan
Sampah  organik  kota  diambil  dari  dua  tempat pembuangan  akhir  sampah  (TPAS)  di  Kota  Sama- rinda  yaitu  TPAS  Bukit  Pinang  dan  Palaran.  Sam- pah  organik  diklasifikasikan  menurut  kandungan holoselulosanya  menjadi  lima  fraksi  (Irawan  dan Arifin,  2010).  Setiap  fraksi  sampah  dihidrolisis dengan  larutan  HCl  encer.  Bahan  kimia  seperti HCl,  Nelson  A,  Nelson  B,  arsenomolybdat  diper- oleh dari Merck, Jerman.

## Alat
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  seperti yang terdapat pada Gambar 1.

## Prosedur
Hidrolisis  yang  dilakukan  seperti  pada  Gam- bar  2  diadopsi  dan  dimodifikasi  dari  Taherzadeh dan Karimi  (2007). Sampah organik kering dengan ukuran  ±  sebanyak  100  gr  dan  larutan  HCl  0,25% sebanyak  600  mL  dimasukkan  ke  dalam  reaktor ( autoclave ).  Hidrolisis  dilakukan  pada  suhu  100 o C selama  15  menit  pada  tekanan  3  bar  untuk  meng- hidrolisis  lignoselulosa  menjadi  gula.  Hidrolisat yang  diperoleh  dianalisa  kandungan  gula  menggu- nakan metode Nelson-Somogy. Langkah yang sama untuk  variasi  waktu  hidrolisis  30-120  menit.  Suhu hidrolisis divariasikan 100 o C, 120 o C, 140 o C, 160 o C, 180 o C.  Konsentrasi  HCl  divariasikan  0,25;  0,5; 0,75; 1,0%.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hidrolisis pada lignoselulosa bertujuan meme- cah  ikatan  hemisellulosa  dan  menghilangkan  kan- dungan lignin serta merusak struktur kristal selulosa menjadi  senyawa  gula  sederhana  (Sun  dan  Cheng, 2002).  Sampah  hasil  hidrolisis  pertama  dinetralkan dengan  air  guna  menghilangkan  sisa  katalis  yang masih ada kemudian dilanjutkan hidrolisis kedua.
Hidrolisis pada suhu 120 o C menghasilkan gula maksimum  (13,09%).  Semakin  tinggi  suhu  maka kecepatan  reaksi  dan  konversi  semakin  meningkat. Hal tersebut tidak terjadi karena terjadi reaksi lebih lanjut  membentuk  senyawa  lain  yaitu  senyawa asam  karboksilat,  senyawa  furan,  dan  senyawa fenol  (Taherzadeh  dan  Niklasson,  2003).  Mono- sakarida  pada  suhu  tinggi  seperti  terlihat  pada gambar 3, akan mudah terdegradasi menjadi senya- wa furfural, 5-hydroxymethylfurufural, asam asetat, dan  asam  formiat  yang  sekaligus  menjadi  inhibitor untuk hidrolisis lanjutan.
Pengaruh  Variasi  Suhu  Terhadap  Proses Hidrolisis
Suhu  yang  digunakan  dalam  proses  hidrolisis variasi  suhu  adalah  100 o C,  120 o C,  140 o C,  160 o C dan  180 o C  tekanan  terukur  3–4  bar  dengan perbandingan  sampah  kering  dan  konsentrasi  kata- lis  0,75%  adalah  1:6.  Hidrolisis  sampah  sayur  dan buah  mendapatkan  kadar  gula  yang  optimal  pada
perbandingan  bahan  baku  1:  6  (Wicakso,  2008), atas  dasar  itu  penelitian  ini  menggunakan  perban- dingan  bahan  baku  sampah  kering  dengan  larutan asam 1:6
Pada  suhu  120 o C  larutan  asam  secara  maksi- mal  mengkatalisis  pemecahan  hemiselulosa  dan selulosa  menjadi  monomernya.  Pada  suhu  yang lebih  tinggi  reaksi  tidak  lagi  mengarah  pada pembentukan  monomer gula  sehingga terlihat pada yield gula pada suhu di atas 120 o C cenderung turun. Reaksi-reaksi  hidrasi  secara  khusus  terjadi  selama perlakuan panas terhadap polisakarida. Hal tersebut merupakan  reaksi  samping  yang  tidak  dapat dihindari  pada  keadaan  hidrolisis  yang  bersifat asam.  Hal  ini  menyebabkan  gula  yang  terbentuk akan terdekomposisi dan  mengakibatkan yield gula menurun.

## Pengaruh Variasi Konsentrasi Katalis Terhadap Proses Hidrolisis
Variasi  konsentrasi  katalis  asam  yang  dipakai dalam  penelitian  ini  adalah  dari  0,25%;  0,5%; 0,75%  dan  1%  dengan  menggunakan  suhu  120 o C dan  bahan  baku  berupa  sampah  kering  yang  telah dicampur  dari  fraksi  I  sampai  dengan  fraksi  V dengan perbandingan 1:6 (sampah kering : katalis).
Peningkatan  konsentrasi  katalis  akan  mening- katkan  laju  hidrolisis  karena  konstanta  kecepatan reaksi  hidrolisis  akan  berbanding  lurus  dengan konsentrasi  H + pada  suasana  asam.  Penambahan asam  kuat  konsentrasi  rendah  dapat  meningkatkan kuantitas  gula  pada  proses  hidrolisis  lignoselulosa karena  ion  H + pada  asam  kuat  dapat  memutuskan ikatan  glikosid  yang  terdapat  pada  selulosa. (Samsuri,  2007). Yield gula  seperti  yang  terlihat pada  tabel  2  terus  meningkat  sampai    konsentrasi HCl  0,75%  dan  selanjutnya  turun  pada  konsentrasi larutan  HCl  1%.  Semakin  tinggi  konsentrasi  asam yang  dipakai  dalam  hidrolisis  seharusnya  menaik- kan yield yang didapat. Akan tetapi dari hasil pene- litian ini  menunjukkan bahwa peningkatan  konsen- trasi  asam  pada  konsentrasi  larutan  diatas  0,75% tidak  secara  proporsional  meningkatkan yield yang diperoleh. Larutan asam dengan konsentrasi 1 - 2% pada  suhu  diatas  100 o C  akan  lebih  cepat  meng- katalisis  reaksi  dekomposisi  senyawa  glukosa dibandingkan  reaksi  pembentukan  glukosa  (Xiang, dkk, 2004).
Meningkatnya konsentrasi asam dalam proses hidrolisis mengakibatkan glukosa dan senyawa gula lainnya akan lebih banyak terdegradasi membentuk hydroxymethylfurfural  dan  furfural  yang  akhirnya keduanya  membentuk  asam  formiat  (Taherzadeh dan  Karimi,  2007).  Hal  ini  dapat  diduga  sebagai penyebab  penurunan yield gula  pada  konsentrasi larutan HCl lebih dari 0,75%.

## Pengaruh Waktu Terhadap Proses Hidrolisis
Waktu  yang  dibutuhkan  untuk  mendapatkan y ield gula  terbaik  pada  penggunaan  larutan  HCl adalah  pada  waktu  hidrolisis  30  menit.  Kecen-
Katalis Asam Klorida ”
derungan  yang  terlihat  pada  tabel  3  bahwa  setelah waktu 30 menit yield gula cenderung turun.  Waktu hidrolisis  terhadap  kayu  lunak  dengan  proses Scholler  yang  pernah  dilakukan  menggunakan  la- rutan asam  memberikan yield optimal pada saat 45 menit.  Sehingga  dapat  terlihat  bahwa  hidrolisis yang  dilakukan  pada  waktu  tersebut  menghasilkan gula  yang  optimum  sedangkan  setelah  itu  gula terbentuk  akan  terdekompoisisi  kembali  menjadi senyawa  –  senyawa  lain.  Hal  ini  yang  mengaki- batkan yield gula menjadi menurun.
Jika yield gula  menjadi  acuan  utama  dalam proses  hidrolisis  sampah  kota  Samarinda  menjadi gula  sebagai  bahan  baku  produksi  bioetanol  maka pemakaian larutan HCl optimum akan tercapai pada kondisi suhu proses 120 o C, waktu proses 30 menit, dengan penggunaan konsentrasi HCl 0,75%.
Beberapa perbandingan hasil penelitian hidro- lisis biomassa dalam rangka produksi bioetanol da- pat dilihat pada Tabel 4.
Penggunaan  HCl  sebagai  katalis  pada  hidro- lisis  menunjukkan  perbedaan  hasil  yang  signifikan dibanding  H 2 SO 4 .  Jika  dibandingkan  dengan  pene- litian  Saputra (2010), maka dengan bahan, konsen- trasi dan  waktu  yang sama kadar gulanya 1,75 kali lebih  banyak.  Sedangkan yield -nya  1,71  kali  lebih tinggi.

## SIMPULAN
Hidrolisis  sampah  organik  kota  menggunakan larutan  HCl  yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini lebih  baik  dibandingkan  dengan  larutan  H 2 SO 4 yang pernah dilakukan pada penelitian sebelumnya, berdasarkan yield gula  yang  dihasilkan.  Berdasar- kan  variasi  konsentrasi  katalis  HCl  dan  suhu  dida- patkan  kondisi  terbaik  berdasarkan  jumlah  gula yang didapat yaitu berada pada suhu 120 o C dengan konsentrasi larutan HCl 0,75% dan waktu hidrolisis 30  menit.  Konsentrasi  gula  sebesar  29,34  mg/mL dan yield sebesar 13,09%.

## DAFTAR PUSTAKA
Irawan,  D.  dan  Arifn,  Z.,  2010.  Pemanfaatan Sampah  Organik  Kota  Samarinda  Menjadi Bioetanol:Klasifikasi  dan  Potensi. Seminar Rekayasa  dan  Proses  2010 .  Jurusan  Teknik
Kimia  UNDIP.  ISSN:1411-4216,  pp.  D-04- 1:6.
Maryudi,  1999.  Pembuatan  Glukosa  dari  Pati  Biji Nangka  dengan  Hidrolisis  Asam  Khlorida.
Laporan  Penelitian .  Jurusan  Teknik  Kimia, Universitas Ahmad Dahlan. Yogyakarta.
Samsuri,  M.  2007.  Pemanfaatan  sellulosa  bagas Untuk Produksi Ethanol melalui Sakarifikasi dan  Fermentasi  Serentak  dengan  Enzim Xylanase. Jakarta: Makara Teknologi
Saputra,  I.  2010.  Hidrolisis  Sampah  Organik  Kota Samarinda  dengan  Katalis  Asam  Sulfat (H 2 SO 4 ). Laporan  Tugas  Akhir .  Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Samarinda. Samarinda.
Sediawan,  W.B.,  Megawati,  Milliati,  R.,  dan Syamsiah, S. 2007. Hydrolysis of
Lignocellulosic Waste for Ethanol Production. International Biofuel Conference, Bali, Indonesia.
Sun,  Y.,  Cheng,  J.  2002.  Hydrolysis  Of
Lignocellulosic Materials For Ethanol Production: A Review. Bioresource Technol.
83, 1-11.
Suyitno.  2007.  Waste  to  Energy. artikel  ilmiah dalam web : http://msuyitno. blogspot.com/2007/07/energi-dari-sampah- 1-pendahuluan.html . Diakses 20 Mei  2010. Taherzadeh, M. J., dan Niklasson, C. 2003. Ethanol from Lignocellulosic Materials: Pretreatment, Acid and Enzymatic Hydrolyses  and  Fermentation.  Prentice-Hall International, Inc : New Jersey, 3th ed. : 6-9.
Taherzadeh, M.J. dan Karimi, K. 2007. Acid-Based Hydrolysis  Processes  for  Ethanol  from Lignocelulosic Materials. A Review,
Bioresources , 2(3) : 476.
Wicakso,  D.R.  2008.  Kinetika  Reaksi  Hidrolisis Polisakarida  dari  Sampah  Kota  (Sayur  dan Buah) dengan Katalisator Asam Sulfat Encer dalam  Rangka  Produksi  Etanol. Laporan Tesis .  Jurusan  Teknik  Kimia,  Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Xiang,  Q.,  Lee,  Y.,  Torget,  R.  2004.  Kinetics  of Glucose  Decomposition  During  Dilute- AcidHydrolysis of Lignocellulosic Biomass. Applied  Biochemistry  and  Biotechnology . Humana Pers. Inc. 113 : 1130-1133
Gambar 1. Rangkaian alat hidrolisis
Gambar 2. Rangkaian proses pembuatan bioetanol
Gambar 3. Produk samping hasil degradasi lanjut monosakarida (Palmqvist, dan Hahn-Hägerdal; Taherzadeh dan Niklasson, 2003)
Keterangan : 1. Reaktor (Autoclave) 2. Alat ukur tekanan 3. Tempat pengambilan sampel 4. Termokopel 5. Pemanas 6. Motor penggerak reaktor 7. Thermostat 8. Kontraktor 9. Stop kontak
9 Materi Selulosa Pengecilan ukuran
Hidrolisis kimiawi Larutan gula
Katalis Asam Klorida ”
Tabel 1. Pengaruh Suhu Terhadap Yield Suhu ( o C) Yield (%) 100 11,08 120 13,09 140 10,30 160 9,33 180 9,04 Tabel  2.  Konsentrasi  Gula  Dan Yield Pada Berbagai  Konsentrasi  Katalis  Pada
Suhu 120 o c Variasi Konsentrasi HCl (%) Kadar Gula (mg/mL) Yield Gula (%) 0.25 6.19 2.11 0.5 12.72 5.92 0.75 29.34 13.09 1 16.04 5.07
Tabel 3. Konsentrasi Gula Dan Yield Pada Berbagai Waktu Hidrolisis Pada Suhu 120 o c Dan Konsentrasi HCl 0,75%.
Waktu Hidrolisis (menit) Kadar Gula (mg/mL) Yield Gula (%) 15 17,35 7,91 30 29,34 13,09 60 25,45 11,60 90 17,43 7,95 120 14,54 6,63 Tabel 4. Perbandingan Hasil Penelitian Hidrolisis Parameter Maryudi  (1999) Wicakso (2008) Saputra (2010) Penelitian ini Bahan baku Biji nangka Buah dan sayur Sampah organik Sampah organik Jenis reaktor Labu leher tiga yang dilengkapi dengan pengaduk Autoclave Autoclave Autoclave Suhu, o C 50-90 120-220 120-180 120-180 Katalis HCl 0,1N H 2 SO 4 0,25% (v) H 2 SO 4 0,25% (v) HCl 0,75% (v) Perbandingan pereaksi 1:4 1:6 1:6 1:6 Kadar gula 9,84 mg/mL 17,92 mg/mL 16,78 mg/mL 29,34 mg/mL Yield - 14,78 % 7,66 % 13,09 % Tabel 5. Lima Fraksi Sesuai Dengan Kandungan Holoselulosanya No. Fraksi Kandungan Holoselulosa 1 I 0 < x ≤ 20% 2 II 20 < x ≤ 40% 3 III 40 < x ≤ 60% 4 IV 60 < x ≤ 80% 5 V 80 < x ≤ 100%