bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Krisis energi merupakan salah satu permasalahan utama dunia. Kebutuhan
akan energi dunia dalam kurun waktu terakhir ini meningkat secara signifikan,
sementara bahan bakar fosil yang ketersediaannya semakin menipis dikarenakan
sifatnya yang tak terbarukan (non renewable) menimbulkan lonjakan harga
minyak bumi dunia diikuti dengan meningkatnya harga bahan bakar fosil.
Indonesia merupakan salah satu negara yang sedang menghadapi persoalan energi
yang serius akibat ketergantungan yang sangat besar terhadap bahan bakar fosil.
Dengan semakin tingginya harga minyak bumi dan dalam rangka mengurangi
ketergantungan yang sangat besar terhadap bahan bakar minyak (BBM), maka
pemerintah telah menerbitkan Perpres No. 5 tahun 2006 tentang pengembangan
sumber energi terbarukan dari biomasa (biofuel) yang salah satunya adalah
bioetanol sebagai substitusi BBM.
Proses produksi etanol dikenal ada dua macam, yakni dengan sintesa kimia
dan fermentasi. Cara fermentasi lebih banyak digunakan dalam dunia industri saat
ini, dikarenakan kondisi operasi yang aman, yakni suhu yang diperlukan adalah
suhu ruangan (ambient) dan tidak memerlukan tekanan operasi yang tinggi, cukup
tekanan atmosferik. Selain itu, bahan baku dalam proses fermentasi dapat
diperbaharui sehingga cocok untuk alternatif krisis bahan bakar dan lingkungan.
Sistem produksi etanol secara fermentasi dibedakan menjadi dua sistem, yakni
batch dan kontinyu. Sistem batch banyak diaplikasikan di industri etanol karena
dapat menghasilkan kadar etanol yang tinggi. Namun demikian, sistem ini
mempunyai kelemahan, yaitu membutuhkan waktu operasi keseluruhan yang
lama. Hal ini dikarenakan, dalam sistem batch diperhitungkan juga waktu
pengosongan, pencucian, dan sterilisasi secara berulang-ulang. Sedangkan untuk
1
2
sistem kontinyu masih dalam tahap penelitian untuk bisa diaplikasikan dalam
skala besar.
Penggabungan metode untuk produksi etanol yang lebih efektif telah mulai
dilakukan. Salah satunya dengan menggabungkan metode produksi fermentasi
kontinyu dengan metode pemurnian etanol lainnya seperti pervaporasi dengan
menggunakan teknologi membran. Keunggulan penggunaan membran ialah dapat
beroperasi pada suhu kamar, hemat energi, waktu pemisahannya relatif singkat,
tidak merusak bahan yang akan dipisahkan, mudah cara mengerjakannya, aman
terhadap lingkungan, dan tidak memerlukan penambahan zat kimia pada proses
pemisahannya (Rahayu et al., 2009).
Pervaporasi merupakan suatu metode pemisahan menggunakan teknologi
membran dengan selektivitas yang tinggi dan efisien yang dapat memisahkan
campuran yang memiliki titik didih yang berdekatan atau titik azeotrop (Zhao et
al., 2009). Pervaporasi biasanya digunakan untuk memisahkan campuran organik
seperti campuran etanol-air karena membutuhkan energi yang sedikit dan
memiliki karakteristik kemampuan pemisahan yang tinggi (Velasco et al., 2002).
Menurut Sunitha et al.
(2011) dan Huang dan Feng (1993), kunci
keberhasilan proses pervaporasi adalah pada pembuatan membran yang cocok
sehingga menghasilkan membran dengan permeabilitas yang tinggi, selektivitas
yang baik dan kekuatan mekanik yang cukup. Pada dehidrasi campuran air dalam
alkohol, bahan membran yang mengandung gugus hidrofilik dalam matriks
polimer lebih disukai. Gugus ionik, terutama yang mampu menyerap molekul air
secara khusus, dapat menyebabkan tingginya fluks dan tingginya faktor
pemisahan. Hal tersebut disebabkan adanya efek penghilangan garam pada
molekul organik oleh gugus ionik (Sunitha et al., 2011; Sander dan Soukup, 1998;
Yangishita et al., 1995).
Tinjauan analitis telah dilakukan terhadap isu pemilihan polimer untuk
membran pervaporasi hidrofilik oleh Semenova et al. (1997). Semenova et al.
(1997) melaporkan bahwa cara yang paling prospektif untuk membuat bahan yang
sangat permeatif dan sangat selektif untuk dehidrasi organik dengan pervaporasi
adalah dengan menggunakan polielektrolit kompleks (PEC).
3
Kitosan, yang merupakan bentuk deasetilasi dari kitin, adalah biopolimer
kedua yang paling berlimpah di alam. Kitosan memiliki gugus amino dan gugus
hidroksil yang keduanya reaktif. Gugus amino dan kelompok hidroksil yang
reaktif tersebut dapat berpartisipasi dalam reaksi kimia (Sunitha et al., 2011;
Muzzarelli, 2011; Muzzarelli, 1977). Kelompok hidrofilik ini dianggap
memainkan peran penting dalam penyerapan air secara khusus serta pada proses
difusi melalui membran kitosan (Sunitha et al., 2011; Busca et al., 2008). Namun,
faktor pemisahan untuk alkohol-air pada membran kitosan itu sendiri tidak begitu
tinggi dikarenakan bentuk amina bebas yang tidak larut dalam air. Di sisi lain,
pektin merupakan polisakarida yang dapat larut di dalam air. Pektin terdiri dari
asam D-galacturonic dengan bagian dari gugus karboksil yang termetoksilasi.
Pektin memiliki gugus karboksil yang menjadikannya sebagai polisakarida asam
(polianion). Interaksi ionik yang terjadi antara polianion dan polikation akan
mengarah kepada pembentukan PEC. Sebagai polisakarida bermuatan positif,
kitosan dapat digabungkan dengan pektin untuk membuat suatu bahan komposit
(Chen et al., 2010; Elsabee et al., 2008; Hiorth et al., 2006). Gugus-gugus aktif
yang terdapat di dalam membran komposit PEC kitosan/pektin diduga dapat
berfungsi sebagai media transpor dalam suatu sistem secara aktif.
Dewi (2010) telah melakukan penelitian tentang studi transpor membran
cair terhadap etanol menggunakan polieugenol dalam kloroform sebagai studi
awal pervaporasi. Dari studi transpor membran cair tersebut diketahui bahwa
pemilihan bahan baku untuk pemisahan membran merupakan studi awal untuk
proses pervaporasi pada pemisahan campuran etanol-air. Beberapa faktor yang
mempengaruhi transpor diantaranya konsentrasi fasa sumber, waktu transpor dan
konsentrasi membran cair polieugenol. Transpor etanol menggunakan polieugenol
sebagai ligan dengan metode transpor membran cair ini hanya mampu
mentranspor etanol sebesar 32,61% pada minuman beralkohol.
Salah satu parameter kunci dalam pervaporasi campuran azeotrop etanolair adalah karakteristik membran. Kombinasi material dalam bentuk padatan yang
dapat meningkatkan sifat hidrofobik atau hidrofilik membran perlu dilakukan
4
untuk studi transpor etanol sebagai penunjang produksi etanol dengan teknologi
membran seperti pervaporasi (Dewi, 2010).
Berawal dari informasi tersebut maka timbul suatu gagasan untuk
melakukan penelitian tentang studi transpor etanol melalui membran komposit
PEC kitosan/pektin. Studi transpor etanol yang mempelajari beberapa faktor
seperti pengaruh konsentrasi etanol sebagai fasa sumber dan waktu transpor, serta
komposisi kitosan dan pektin dalam membran komposit PEC kitosan/pektin
terhadap proses transpor etanol melalui membran komposit PEC kitosan/pektin
perlu dilakukan sebagai pertimbangan penggunaan membran untuk skala yang
jauh lebih besar seperti proses fermentasi atau pervaporasi. Pada penelitian kali
ini, membran komposit PEC kitosan/pektin akan dibuat dan digunakan untuk
transpor etanol pada sistem batch dan sistem kontinyu.
1.2 Tujuan Penelitian
Berdasarkan pada uraian latar belakang dan permasalahan di atas, maka
penelitian ini disusun dengan tujuan :
1. Sintesis dan karakterisasi membran komposit PEC dari kitosan/pektin.
2. Melakukan kajian transpor etanol terkait interaksinya dengan membran
komposit PEC dari kitosan/pektin.
3. Mempelajari pengaruh konsentrasi etanol sebagai fasa sumber dan waktu
transpor, serta komposisi kitosan dan pektin dalam membran komposit PEC
kitosan/pektin terhadap proses transpor etanol melalui membran komposit
PEC kitosan/pektin pada sistem batch dan kontinyu.
1.3 Manfaat Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan dengan memperhatikan tujuan penelitian
yang ingin dicapai, maka hasil penelitian yang diperoleh akan menghasilkan
manfaat sebagai berikut:
1. Menambah informasi baru tentang pemanfaatan membran komposit PEC
kitosan/pektin yang digunakan untuk transpor etanol.
2. Meningkatkan nilai ekonomis kitosan dan pektin.
5
3. Dapat mengetahui pengaruh konsentrasi etanol sebagai fasa sumber dan waktu
transpor, serta komposisi kitosan dan pektin dalam membran komposit PEC
kitosan/pektin terhadap proses transpor etanol melalui membran komposit
PEC kitosan/pektin.
4. Memberikan kontribusi pada permasalahan krisis energi dengan wacana
meningkatkan produksi etanol sebagai sumber enegi alternatif terbarukan dan
ramah lingkungan.