2

h

n

M

p

d

p

j

k

k

s

f

t

k

a

(

2.1. Kayu

Kayu

hemiselulosa

nitrogen, pe

Mg, Mn, d

polifenol, da

dan karbohi

pemantapan

juga bahan

kebutuhan.

komponen y

sulfonat, gu

fisik, sifat m

tanpa meng

komponen p

adalah poho

(Gigantochl

(

Gambar

terutama

a dan lignin

ektin, pati, g

dan lain-lain

an lain-lain)

idrat dengan

mikroorgan

mentah yan

Berbagai j

yang terdap

ula, etil alkoh

mekanik dan

getahui seny

pembentukny

on jati (Tecto

oa apus) dap

a)

2 Beberapagrandis Ltali ( Gig

II. TIN

disusun ole

n. Substansi

gula dengan

n). Keaneka

) ditemukan

n berat mol

nisme di da

ng mudah di

jenis bahan

pat dalam la

hol, protein

n sifat kimia

yawa-senyaw

ya. Beberap

ona grandis

pat dilihat pa

a bahan asaL.f.), (b) Po

gantochloa ap

NJAUAN PU

eh tiga ba

i lain adalah

n berat mole

aragaman ba

n dalam jum

ekul rendah

alam kayu. K

iproses untu

n kimia da

arutan hasil

, asam aseta

kayu tidak

wa kimia ya

pa jenis kayu

L.f.), pinus

ada Gambar

(b)

al kayu dan ohon pinus (pus).

USTAKA

ahan polim

h bahan-bah

ekul rendah

ahan-bahan

mlah yang b

h merupakan

Kayu merup

uk dijadikan

apat dihasi

l ekstrak ka

at, butanol

akan dapat

ang terdapat

u dan bamb

(Pinus mer

2.

bambu: (a)Pinus merk

merik, yaitu

han yang m

, mineral-m

lain (lignin

bervariasi. P

n sumber ka

pakan hasil

barang sesu

lkan dari

ayu antara

dan asam la

sepenuhnya

t di dalamny

bu dalam pen

rkusii), dan

(c)

) Pohon jatkusii), dan (

u selulosa,

mengandung

mineral (Fe,

n, terpena,

ektin, pati,

arbon bagi

hutan dan

uai dengan

pemisahan

lain lignin

aktat. Sifat

a dipahami,

ya sebagai

nelitian ini

bambu tali

ti (Tectona (c) Bambu

10

2.1.1. Komposisi Kimia Kayu

Struktur kayu bervariasi di antara spesies dan sampai taraf tertentu di dalam

spesies dan individu pohon. Ciri khas dan penyebaran sel bervariasi menurut

musim ketika sel itu terbentuk dan juga bervariasi dengan perubahan kegiatan

pohon. Kayu tersusun dari beberapa jenis sel yang berbeda. Struktur kayu daun

lebar lebih sederhana daripada kayu daun jarum, yang mempunyai lebih banyak

tipe sel. Trakeid menyusun mayoritas unsur longitodinal kayu daun jarum.

Umumnya kayu mengandung selulosa 40-60%, hemiselulosa 20-30%, dan lignin

20-30% (Zaitsev et al. 1969).

Tiga komponen kimia utama penyusun kayu adalah sebagai berikut :

a. Selulosa

Selulosa merupakan salah satu komponen utama penyusun dinding sel yang

kandungannya berkisar antara 40-45% dari bahan kering kayu. Struktur kimia

selulosa adalah rantai lurus, memanjang dan tidak bercabang. Struktur seperti itu

merupakan polimer linier dari unit-unit anhidro-D-glukopiranosa yang diikat oleh

-(14) glikosidik. Derajat polimerisasi (DP) selulosa berkisar 7.00010.000

glukosa. Kandungan dan struktur kimia selolusa antara kayu daun lebar dan kayu

daun jarum relatif tidak berbeda (Seperti terlihat pada Gambar 3). Satu-satunya

yang membedakan hanya DP, dimana DP selulosa kayu daun jarum lebih tinggi

dibandingkan kayu daun lebar (Syafii 2001).

Gambar 3 Struktur kimia selulosa kayu.

b

b

x

p

k

d

c

p

b

d

f

a

t

p

b. Hemisel

Hemisel

bercabang d

xilosa, ramn

perbedaan a

kuantitatif m

dicirikan ole

c. Lignin

Kadar

polimer alam

banyak, dan

disusun ole

fenilpropena

alkohol (gu

tersebut sela

polimer lign

Gamb

lulosa

lulosa utam

dan disusun o

nosa, manos

antara hemi

maupun kua

eh adanya ka

lignin di d

mi yang san

n tiga dimen

eh unit-unit

a yang men

uaiasil) dan

anjutnya ber

nin (Gambar

bar 4 Proses

ma dari ka

oleh berbaga

sa, arabinosa

iselulosa ka

alitatif (struk

andungan glu

dalam kayu

ngat komple

nsional yang

t monomer

nyusun struk

sinapil alk

rikatan satu s

4).

pembentuka

ayu merupa

ai jenis mon

a dan asam

ayu daun ja

ktur). Struktu

ukoronoxilan

berkisar an

eks. Lignin a

g struktur ki

yang dise

ktur lignin y

kohol (sirin

sama lain de

an polimer l

akan polime

nomer misaln

glukoronat.

arum dan d

ur kimia he

n (Syafii 20

ntara 15-35%

adalah polim

imianya kom

ebut fenilpr

yaitu p-kum

ngil). Keti

engan ikatan

ignin (Laure

er yang m

nya glukosa,

Secara kha

daun lebar,

emiselulosa

001).

%. Lignin m

mer amorf,

mpleks. Poli

ropena. Ad

maril alkohol

ga jenis fe

n hidrogen m

ence et al. 19

11

memanjang,

, galaktosa,

as terdapat

dari segi

daun lebar

merupakan

bercabang

imer lignin

da 3 jenis

l, koniferil

enilpropena

membentuk

992).

12

Secara khas ada perbedaan antara lignin kayu daun jarum dengan lignin

kayu daun lebar baik dari segi kuantitatif maupun kualitatif. Kandungan lignin

pada kayu daun jarum relatif lebih tinggi dibanding pada kayu daun lebar. Dari

segi struktur, lignin kayu daun jarum hanya disusun oleh koniferil alkohol saja,

sedangkan lignin kayu daun lebar disusun oleh koniferil alkohol dan sinapil

alkohol dengan perbandingan tertentu (Safii 2001). Sedangkan kandungan lignin

pada bambu memiliki lignin sisa dalam pulp yang relatif lebih rendah, sehingga

memiliki pengaruh yang relatif baik terhadap warna maupun sifat fisis pulp

(Wardoyo 2001).

2.1.2. Potensi Limbah Kayu

Limbah kayu dapat menghasilkan arang dan cuka kayu yang dapat

digunakan maupun dijual untuk menambah pendapatan masyarakat. Beberapa

sumber selulosa, hemiselulosa dan lignin yang telah banyak dikenal antara lain

serat kapas, batang kayu daun jarum, batang kayu daun lebar, bagase dan jerami

gandum dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Kandungan selulosa. hemiselulosa dan lignin untuk beberapa jenis limbah biomassa (% b/b)

Jenis limbah biomassa Kandungan (% b/b)

Selolusa Hemiselulosa Lignin

Serat kapas 90 - - Batang kayu daun jarum 40 -50 20 -40 18 -25 Batang kayu daun lebar 45 -50 25 -35 25 -35 Bagase 25 -40 25 -50 13 -30 Jerami gandum 40 29.2 19.8

Sumber : Bintoro (1996)

Penelitian yang dilakukan oleh tim CIFOR di Malinau, Kalimantan Timur

(Iskandar et al. 2005) menunjukkan potensi limbah kayu sangat tinggi dari

kegiatan pembalakan, yaitu sebesar 781 m3/km panjang jalan logging baru,

dengan 340 m3/km (51%) merupakan limbah kayu dari kategori batang tinggal

serta 141 m3 (18%) merupakan kategori pohon mati tegak. Selain itu, untuk setiap

TPn (Tempat penumpukan kayu sementara) yang dibuka rata-rata menghasilkan

limbah kayu sebesar 207 m3/ha, meliputi sebesar 101 m3 (49%) merupakan

13

limbah kayu dari kategori batang tinggal dan 43 m3 (21%) dari kategori pohon

mati tegak. Total potensi limbah kayu di kedua lokasi tersebut sebesar 99%.

Pengolahan kayu jati (Tectona grandis) di Pulau Jawa menjadi produk

kayu gergajian, kayu konstruksi, mebel dan olahan lainnya oleh sebagian industri

cukup banyak menyisakan limbah. Penggunaan limbah kayu jati sampai saat ini

masih terbatas untuk bahan bakar sehingga perlu dicari kemungkinan penggunaan

lainnya. Peningkatan nilai ekonomis pemanfaatan limbah kayu jati dapat

dilakukan dengan mengolahnya menjadi arang aktif. Industri arang aktif sangat

diperlukan karena dapat mengabsorbsi bau, warna, gas dan logam. Pada umumnya

arang aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan penjernih. Disamping itu

kebutuhan Indonesia akan arang aktif untuk bidang industri masih relatif tinggi

disebabkan semakin meluasnya pemakaian arang aktif pada sektor industri. Pada

tahun 2000, impor arang aktif sebesar 2.770.573 kg berasal dari negara Jepang,

Hongkong, Korea, Taiwan, Cina, Singapura, Philipina, Sri Lanka, Malaysia,

Australia, Amerika Serikat, Kanada, Inggris, Jerman, Denmark, dan Italia

(Anonim 2001b). Salah satu alternatif yang dapat dimanfaatkan untuk mengurangi

ketergantungan terhadap impor arang aktif dan meningkatkan produksi arang

aktif di Indonesia dengan memproses limbah pengolahan kayu menjadi arang aktif

yang dapat memberikan nilai tambah lebih tinggi (Hendra 1992).

Kayu pinus terdapat lebih dari 20 jenis dengan nama spesies yang berbeda.

Pertumbuhan kayu pinus terdapat di Asia Tenggara meliputi Kamboja, Vietnam,

Malaysia, Philipina, Myanmar dan Laos. Di Indonesia, pohon pinus terdapat di

Pulau Sumatera antara Gunung Kerinci dan Gunung Talang. Pohon pinus bisa

mencapai ketinggian 25-45 m dengan diameter hingga 3 meter. Kayu pinus ini

berwarna coklat kemerahan dan densitas 565-750 kg/m3. Menurut Komarayati et

al. (2004), limbah kayu pinus yang berupa serasah dan kulit kayu pinus tidak

dapat dimanfaatkan secara maksimal. Serasah pinus dibiarkan di dasar hutan dan

kulit kayu pinus hanya digunakan sebagai bahan bakar.

2.2. Potensi Limbah Bambu

Indonesia memiliki 125 spesies bambu, 39 spesies diantaranya sudah

terindentifikasi dan 11 species tergolong komersial (Supriadi 2001). Penggunaan

14

bambu di Indonesia dapat digolongkan pada pengguna tradisional, yaitu petani,

masyarakat pedesaan, pengerajin pada upacara keagamaan/kebudayaan. Pada

industri digunakan di industri kertas, supit (chop-stick), penyangga bunga (flower

stick), papan semen bambu (askaboard) dan pengalengan bambu. Pada masa

mendatang tidak tertutup kemungkinan berdiri industri bambu lapis (ply bamboo).

lantai bambu (flooring). papan partikel bambu (bamboo particle board) dan arang

aktif (Supriadi 2001).

Pemanfaatan bambu menjadi bahan baku pulp dan kertas di Indonesia telah

diterapkan pada industri kertas di Daerah Gowa dan Banyuwangi. Namun karena

kendala bahan baku, maka industri kertas tersebut lebih banyak menggunakan

bahan baku lain (Krisdianto et al. 2000). Bambu lapis dapat digunakan sebagai

bahan bangunan, antara lain untuk plafon, daun pintu dan dinding penyekat

(Anonim 2001a).

Sifat tumbuh bambu yang cepat memberi peluang untuk menggeser

penggunaan bahan baku industri arang aktif yang menggunakan kayu. Selain itu

banyaknya jenis bambu akan lebih memudahkan pemilihan jenis bambu yang

sesuai dengan bahan baku untuk industri tersebut. Diperkirakan terdapat 1200

jenis bambu di dunia dan 10% diantaranya diketahui tumbuh di Indonesia. Jenis

bambu yang sering ditanam di Pulau Jawa adalah bambu andong, bambu betung,

bambu tali dan bambu ater. Bambu dapat tumbuh mulai dari dataran rendah

sampai ke daerah pengunungan pada ketinggian 900 m dpl. Umur tumbuh bambu

berkisar sekitar 5 -12 tahun, akan tetapi penebangan bambu pada umumnya pada

umur sekitar 3 tahun.

Produksi bambu yang dikelola dengan baik menghasilkan bambu sebanyak

9000 kg per ha/thn. Jumlah produksi bambu ini jauh lebih cepat dan lebih banyak

apabila dibandingkan dengan produksi kayu dari hutan alam atau hutan tanaman

industri. Sebagai gambaran produksi kayu bakau dan karet setelah umur pohon 30

tahun berjumlah rata-rata 10.27 m3 atau 8.300 kg dari areal tanah 1 ha (Nurhayati

1990).

15

2.2.1. Komponen Kimia Bambu

Sifat komponen kimia jenis bambu dan kayu sebagaimana disajikan pada

Tabel 2 menunjukkan bahwa kadar selulosa, lignin dan hemiselulosa berada

dalam kisaran komponen kimia kelompok kayu berdaun jarum dan kayu berdaun

lebar. Komponen kimia ini merupakan komponen yang berperan pada proses

pembuatan asap cair berkadar rendah.

Tabel 2 Komponen kimia lima jenis bambu dan kayu (%) Jenis Bambu dan Kayu Lignin Selulosa Pentosan Abu

Tali (Gigantochloa apus) 25.8 54.7 19.1 2.9

Ulet (Gigantochloa.Sp) 26.8 54.9 - 2.0

Andong(Gigantochloa pseudoarundinaceae) 28.0 53.8 - 3.2

Betung (Dendrocalamus asper) 25.6 55.4 - 3.8

Ampel (Bambusa vulgaris) 28.2 50.8 - 4.3

Kayu daun jarum x) 26-39 38-40 7-14 0.89-1

Kayu daun lebar x) 23-30 40-45 19-26 1-6 x) Sumber : Syahri (1988)

Seperti halnya kayu, berat jenis bambu menunjukkan variasi mulai dari

rendah, sedang sampai tinggi. Diameter bambu bervariasi antara 4-13 cm,

sedangkan tebal bambu berkisar antara 1-3 cm (Tabel 3). Berdasarkan diameter

dan tebal diantara jenis-jenis bambu yang tumbuh di Pulau Jawa berprospek baik

digunakan untuk pembuatan asap cair adalah bambu tali, andong dan betung.

Tabel 3 Sifat fisik empat jenis bambu

Jenis Bambu Berat Jenis (g/ml)

Diameter (cm)

Tebal (cm)

Andong (Gigantochloa pseudoarundinaceae) 0.42 -0.51 10 -13 1.5-3.6

Ater ( Gigantochloa atter) 0.61 -0.74 4 -6 1 -2

Betung (Dendrocalamus asper) 0.67 -0.72 5.5 -12 1.5 2

Tali ( Gigantochloa apus) 0.37 -0.45 5 -7 1 -1.5

Sumber : Nurhayati (2000a)

2.3. Mekanisme Proses Pirolisis

Pirolisis merupakan proses dekomposisi bahan-bahan yang mengandung

karbon (C), baik yang berasal dari tumbuhan, hewan maupun tambang

16

menghasilkan arang dan asap yang dapat dikondensasi menjadi destilat (asap cair)

(Paris et al. 2005). Proses pirolisis terdiri dua tingkat yaitu pirolisis primer dan

sekunder. Pirolisis primer adalah proses prolisis yang terjadi pada suhu 150-300C

(proses lambat), dan pada suhu 300-400C (proses cepat). Hasil dari proses

lambat adalah arang, H2O, CO,dan CO2. Sedangkan hasil pirolisis cepat adalah

arang, berbagai gas, dan H2. Sedangkan pirolisis sekunder adalah proses pirolisis

yang terjadi pada gas hasil dan terjadi pada suhu lebih dari 600C dan hasil

pirolisis CO, H2, dan hidrokarbon. Umumnya proses sekunder ini digunakan

untuk gasifikasi. Proses pirolisis adalah proses pembakaran yang dilakukan

dengan penambahan bahan biomassa dengan sedikit oksigen, agar dihasilkan

produk asap cair, arang, ter dan bahan kimia. Dekomposisi pirolisis kayu dengan

adanya udara dalam suhu akhir menghasilkan tiga kelompok (Fengel 1983), yaitu

komponen padat (arang), senyawa-senyawa yang mudah menguap dan gas yang

mudah menguap. Cairan pirolisis merupakan campuran kompleks senyawa alifatik

dan aromatik. Proses pirolisis melibatkan berbagai proses reaksi yaitu

dekomposisi, oksidasi, polimerisasi. dan kondensasi. Reaksi-reaksi yang terjadi

selama pirolisis kayu adalah penghilangan air dari kayu pada suhu 120-150C,

pirolisis hemiselulosa pada suhu 200-250C, pirolisis selulosa pada suhu 280-

320C dan pirolisis lignin pada suhu 400C (Girard 1992). Pirolisis pada suhu

400C ini menghasilkan senyawa yang mempunyai kualitas asap cair yang tinggi

dan pada suhu lebih tinggi lagi akan terjadi reaksi kondensasi pembentukan

senyawa baru dan oksidasi produk kondensasi diikuti kenaikan jumlah ter dan

hidrokarbon polisiklis aromatis (Girrard 1992; Maga 1988)

Penggunaan teknologi pirolisis untuk menghasilkan sumber energi

hidrokarbon alternatif telah dikembangkan (Fatimah & Nugraha 2005). Dari hasil

pirolisis ini kemudian dapat dilakukan konversi produk salah satunya untuk

kepentingan sintesis bahan pengganti minyak bumi atau bahan obat-obatan.

Secara bertahap, pirolisis kayu akan mengalami penguraian yaitu (i) hemiselulosa

terdegradasi pada 200-260oC, (ii) selulosa pada 240-350oC, dan (iii) lignin pada

280-500oC. Degradasi termal dapat dilakukan dengan adanya pelarut dalam

jumlah rendah sehingga reaksi berjalan lebih cepat (Sjostrom 1995).

17

Proses pirolisis untuk pembentukan asap cair dan arang (Jannsen et al. 2004),

dimulai saat kayu yang dibakar mengalami penguraian yang sangat kompleks

(daerah 1), dimana senyawa kimia kayu yang di identifikasi sifat fisik dan kimia

akibat perpindahan massa dan panas kemudian terjadi penguapan (evaporation)

(daerah 2), yang menyebabkan titik didih air menguap pada suhu dekomposisi

antara 200-250C (daerah 3), mengalami pirolisis (daerah 4 ), lapisan arang

(daerah 5), lapisan awal permukaan (daerah 6) dan nyala api (daerah 7).

Perpindahan panas dan massa dalam proses pirolisis serbuk kayu dapat dilihat

pada Gambar 5.

Gambar 5 Perpindahan panas dan massa dalam pirolisis serbuk kayu

(Jannsen et al. 2004).

2.3. Asap Cair

Asap cair pertama kali diproduksi pada tahun 1980 oleh sebuah pabrik

farmasi di Kansas City, yang dikembangkan dengan metode kasar destilasi kering

dari bahan kayu (Pszczola 1995). Asap cair merupakan campuran larutan dan

dispersi koloid dari uap asap kayu dalam air yang diperoleh dari hasil pirolisis

kayu atau dibuat dari campuran senyawa murni (Maga 1988). Asap diproduksi

dengan cara pembakaran yang tidak sempurna yang melibatkan reaksi

dekomposisi konstituen polimer menjadi senyawa organik dengan berat molekul

rendah yang diakibatkan oleh panas. Reaksi yang terjadi adalah oksidasi,

polimerisasi dan kondensasi (Girrard 1992). Proporsi partikel padatan dan cairan

dalam medium gas menentukan kepadatan gas. Selain itu asap juga memberikan

atribut warna dan flavor pada medium pendispersi gas.

18

2.4.1. Komposisi Asap cair

Senyawa kimia yang terdapat dalam asap jumlahnya lebih dari 1000 jenis,

300 senyawa kimia diantaranya dapat diisolasi dan yang sudah berhasil dideteksi.

Berbagai jenis senyawa dijumpai pada kondensat asap cair antara lain fenol (85),

karbonil, keton dan aldehid (45), asam (35), furan (4), alkohol dan ester (15),

lakton (13), hidrokarbon alifatik (1) dan seterusnya (Girard 1992). Komposisi

kimia asap cair seperti fenol, asam, karbonil dan ter, dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4 Komposisi kimia asap cair

Komposisi kimia Kandungan (%) Air 11-92 Fenol 0.2 -2.9 Asam 2.8 -4.5 Karbonil 2.6 -4.6 Ter 1 -17

Sumber : Maga (1988)

Menurut Zaitsev et al. (1969), asap mengandung beberapa zat antimikroba,

antara lain :

a. Asam dan turunannya : format, asetat, butirat, propionat, dan metil ester.

b. Alkohol : metil, etil, propil, alkil, dan isobutil alkohol

c. Aldehid : formaldehid, asetaldehid, furfural, dan metil furfural.

d. Hidrokarbon : xylene, cumene, dan simene.

e. Keton : aseton, metil etil keton, metil propil keton, dan etil propil keton.

f. Fenol.

g. Piridin dan metil piridin.

Menurut Harris & Kannas (1989), komponen asap dibagi menjadi 4

kelompok berdasarkan pengaruhnya terhadap nilai gizi produk yang diasap. antara

lain :

a. Zat yang melindungi penyusun kandungan gizi bahan yang diasap.

b. Komponen yang tidak menunjukkan aktivitas dari segi nilai gizi.

c. Senyawa yang berinteraksi dengan komponen bahan pangan dan menurunkan

nilai gizi produk yang diasap.

d. Komponen yang beracun.

19

Asap memiliki kemampuan untuk mengawetkan bahan makanan karena

adanya senyawa asam, fenolat dan karbonil. Darmadji et al. (1996) menyatakan

bahwa pirolisis tempurung kelapa menghasilkan asap cair dengan kandungan

senyawa fenol sebesar 4.13%, karbonil 11.3%, dan asam 10.2%. Amerika

Serikat merupakan salah satu negara pengolah daging menggunakan asap cair

yang telah mengalami pengendapan dan penyaringan untuk memisahkan senyawa

ter. Asap cair memiliki aroma dan rasa spesifik. juga memiliki daya bunuh

terhadap mikroba serta sifat antioksidan yang berpengaruh terhadap keawetan

produk.

Tranggono et al. (1997) mendapatkan tujuh jenis komponen kimia utama

dalam asap cair tempurung kelapa, yaitu senyawaan fenolik, 2 metoksifenol, 2-

metoksi-4-metilfenol, 4-etil-2-metoksifenol, 2.6 dimetoksifenol, 2.5-

dimetoksifenol, dan 3-metil-1.2-siklopentadion yang larut dalam eter. Sementara

Yulistiani (1997) mendapatkan kandungan senyawa fenolik dalam asap cair

tempurung kelapa sebesar 1.28%. Menurut Nurhayati (2000a), hasil destilasi

kering 4 jenis kayu (karet, bakau, tusam dan jati) menunjukkan kadar asap cair

tertinggi terdapat pada kayu karet sebesar 98.60%, sedangkan yang terendah pada

kayu bakau sebesar 59.33%. Komponen fenol tertinggi (3.24%) diperoleh dari

kayu tusam, kadar asam asetat tertinggi (6.33%) dari kayu bakau, dan kadar

alkohol tertinggi (2.94%) dari kayu jati.

Destilasi kering kayu adalah proses perlakuan panas terhadap kayu pada

suhu tinggi tanpa udara atau dengan udara terbatas, sehingga kayu tersebut akan

terurai menjadi komponen kimia yang mempunyai nilai komersial. Dalam proses

destilasi kering dapat dihasilkan cairan piroligneous, ter, gas dan sisanya adalah

arang. Cairan piroligneous mengandung asam-asam kayu, metanol dan ter

(Griffoen 1950). Cairan piroligneous dapat digunakan sebagai bahan pengawet

dan untuk menghilangkan bau pada ikan dan daging. Rendemen ter yang terendah

adalah 5.37% diperoleh dari kayu blahui (Bichoffia javanica ) dan tertinggi

11.74% pada kayu garu (Dysoxylum densiflorum). Faktor utama yang dapat

mempengaruhi tinggi rendahnya rendemen ter antara lain zat ekstraktif kayu,

lignin dan kecepatan proses (Komarayati et al. 1997).

20

Asap cair dari akar kayu Erythrina latissima mengandung beberapa senyawa

alkaloid, stilbenoid, lignan, dan flavonoid. Asap cair dari kayu Erythrina latissima

mengandung beberapa flavonoid yang bersifat antimikrobial (Chacha et al. 2005).

Kandungan fraksi cair dari partikel pohon kayu Beech (0.425 nm) melalui proses

pirolisis dengan larutan alkali (30% Na2CO3) dan non alkali tertera pada Tabel 5.

Tabel 5 Hasil analisis senyawa kimia fraksi cair dari partikel pohon kayu

Beech (0.425 nm) melalui pirolisis larutan alkali (30% Na2CO3) dan non alkali

Senyawa Larutan non alkali

(suhu 735 K) Larutan alkali (suhu 800 K)

Asetaldehida Metanol Aseton Metil asetat Guaiakol 4-Metil-guaiakol 2-Butanon Asam asetat 1-Hidroksi-2-propanon 1-Hidroksi-2-butanon Furfural Furfuralik alkohol 2,6 Dimetoksi fenol 3-Metil-2,6-dimetoksi fenol Tidak teridentifikasi

0.95 0.44 0.71 0.46 0.42 0.44 0.27

14.26 12.63

5.73 1.73 1.69 0.74 0.62

52.92

1.42 8.65 1.18 0.55 0.34 0.32 0.68

18.37 13.88 5.98 1.95 2.06 1.08 0.86

42.28 Sumber : Demirbas (2005)

Berdasarkan data Tabel 5, terlihat bahwa pada proses pirolisis kayu baik

dengan larutan alkali maupun non alkali diperoleh komponen kimia terbanyak,

yaitu asam asetat dan 1-hidroksi 2-propanon. Asap mengandung sejumlah besar

senyawa yang terbentuk oleh pirolisis konstituen dari kayu seperti selulosa,

hemiselulosa dan lignin, hasil olahan hewani seperti tulang, darah dan sebagainya

(Djatmiko et al. 1985). Senyawa yang sangat berperan sebagai antimikrobial

adalah senyawa fenol dan asam asetat dan peranannya semakin meningkat apabila

kedua senyawa tersebut ada bersama-sama (Darmadji 1995). Rasa dan aroma khas

produk pengasapan terutama karena adanya senyawa fenol (guaiakol, 4metil

guaiakol dan 2.6 dimetoksi fenol) dan senyawa karbonil. Pada asap cair yang

dihasilkan sampah organik (Gani 2007), selain diidentifikasi terdapat senyawa

21

asam organik. juga diketahui adanya senyawa golongan lakton. Oleh karena itu.

asap cair selain dapat digunakan sebagai pengawet juga mempunyai potensi

sebagai pestisida. Dalam rangka mengevaluasi standar kualitas asap cair kayu

(Tabel 6), dilakukan dengan menganalisis pH, berat jenis, keasaman, kadar asam

organik, kadar ter terlarut, warna, bau dan transparansi mengikuti Standar Jepang.

Tabel 6 Standar kualitas asap cair (cuka) kayu di Jepang (Japan Wood Vinegar Association 2001)

Parameter Cuka kayu

Destilat cuka kayu

pH 1.5 ~ 3.7 1.5 ~ 3.7 Berat jenis > 1.005 > 1.001 Kadar asam organik 1 ~ 18 % 1 ~ 18 % Warna Kuning

Merah muda Coklat Coklat kemerahan

Tanpa warna Kuning muda Merah muda Coklat

Transparansi Transparan Transparan Zat floating Bukan zat floating Bukan zat floating

Sumber : Nurhayati et al. (2005)

Menurut Nurhayati (2000b), asap cair dapat digunakan sebagai pestisida

karena umumnya mengandung senyawa toksik terutama golongan lakton.

Narasimham et al. (2005) telah menemukan dua senyawa turunan lakton, yaitu

Salanobutirolakton dan desasetilsalanobutirolakton yang aktif sebagai antifeedant.

Disamping, juga melaporkan senyawa turunan lakton, yaitu gamma butirolakton

yang berperan sebagai insektisida antifeedant.

Adapun komponen-komponen penyusun asap cair meliputi :

1. Senyawa-senyawa fenol

Senyawa fenol berperan sebagai antioksidan sehingga dapat memperpanjang

masa simpan produk asapan. Kandungan senyawa fenol dalam asap sangat

tergantung pada suhu pirolisis kayu. Menurut Girard (1992), kuantitas fenol pada

kayu sangat bervariasi yaitu antara 10-200 mg/kg. Beberapa jenis fenol yang

biasanya terdapat dalam produk asapan adalah guaiakol dan siringol. Senyawa-

senyawa fenol yang terdapat dalam asap kayu umumnya hidrokarbon aromatik

yang tersusun dari cincin benzena dengan sejumlah gugus hidroksil yang terikat.

22

Senyawa-senyawa fenol ini juga dapat mengikat gugus-gugus lain seperti aldehid,

keton, asam dan ester (Maga 1988).

2. Senyawa-senyawa karbonil

Senyawa-senyawa karbonil dalam asap memiliki peranan pada pewarnaan dan

citarasa produk asapan. Golongan senyawa ini mepunyai aroma seperti aroma

karamel yang unik. Jenis senyawa karbonil yang terdapat dalam asap cair antara

lain adalah vanilin dan siringaldehida.

3. Senyawa-senyawa asam

Senyawa-senyawa asam mempunyai peranan sebagai antibakteri dan

membentuk cita rasa produk asapan. Senyawa asam ini antara lain adalah asam

asetat, propionat, butirat dan valerat.

4. Senyawa hidrokarbon polisiklis aromatis

Senyawa hidrokarbon polisiklis aromatis (HPA) dapat terbentuk pada proses

pirolisis kayu. Senyawa hidrokarbon aromatik seperti benzo(a)pirena merupakan

senyawa yang memiliki pengaruh buruk karena bersifat karsinogen (Girard 1992).

Menurut Girard (1992), pembentukan berbagai senyawa HPA selama pembuatan

asap tergantung dari beberapa hal, seperti suhu pirolisis, waktu dan kelembaban

udara pada proses pembuatan asap serta kandungan udara dalam kayu. Semua

proses yang menyebabkan terpisahnya partikel-partikel besar dari asap akan

menurunkan kadar benzo(a)pirena. Proses tersebut antara lain dilakukan dengan

pengendapan dan penyaringan.

5. Senyawa benzo(a)pirena

Senyawa benzo(a)pirena mempunyai titik didih 310C dan dapat

menyebabkan kanker kulit jika dioleskan langsung pada permukaan kulit. Akan

tetapi proses yang terjadi memerlukan waktu yang lama.

2.4.2. Sifat Fisik Penyusun Asap Cair

Senyawa-senyawa penyusun asap cair mempunyai sifat fisik yang berbeda

misalnya titik didih, titik leleh dan densitas. Sifat fisik asap cair dengan berat

molekul dan strukur kimia tersebut dapat dilihat pada Tabel 7.

23

Tabel 7 Sifat fisika asap cair No Senyawa BM

(g/mol) Td ( C)

Tl ( C)

p (g/ml)

Struktur Kimia Pustaka

1. Fenol 154.26 202 201

38 - C10H8O Lou et al. 2010

2. Formaldehid atau Metanal

30.05 -21 -92 0.815 H-CHO Zaisev et al.1969

3. Asam asetat 60.5 117.9 16.6 1.0492 CH3COOH Lv et al. 2010 4. Metil asetat

atau metil asam glikolat

90.4 203.9 - 1.1768 CH3OCH2CO2H

Demirbas 2005

5 Furan 68.08 31.4 -85.6 0.9514 C4H40 Lou et al. 2010 6 Guaiakol 124.15 206 32 1.1287 2-

CH3OC6H4OH Lima et al.2010

7. Sinapil alkohol (4 metil guaiakol)

210.23 66.7 - 3.5-(CH3O)2-4-HC6H5-CH=CH -CH2OH

Demirbas 2005

8 Asetaldehid 44.05 20.8 -121 0.7834 CH3COH Demirbas 2005

9 Piridin 79.10 115.5 -42 0.9810 C5H5N Ratanapisit et al. 2010

10 2 Metil Piridin

93.13 128.8 -66.8 0.9443 2-CH3 (C5H4) Zaisev et al.1969

11 Furfural atau Furaldehida

96.09 161.7 -38.7 1.1594 (OC4H3) CHO Ratanapisit et al. 2010

12 5-Metil Furfural

110.11 187.8 - 1.1072 5-CH2 (C4H2O) Zaisev et al.1969

13 Metanol atau metil alkohol

32.04 65.2 -93.9 0.7914 CH3OH Ratanapisit et al. 2010

14 Aseton 58.08 56.2 -95.4 0.7899 CH3COCH3 Ratanapisit et al. 2010

15 Metil etil keton

72.12 79.6 -86.3 0.8054 CH3CH2COCH3

Zaisev et al.1969

16 Furfuril alkohol

98.10 171 - 1.1296 2-(C4H3O)CH2OH

Demirbas 2005

17 2-Etil Fenol 122.7 207.8 < -18 1.0371 2 C2H5C6H4OH Luditama 2007 18 3-Etil Fenol 122.7 207.8 < -18 1.0371 3 C2H5C6H4OH Luditama 2007

19 4-Etil Fenol 122.7 220 47-8 1.0371 4 C2H5C6H4OH Luditama 2007

20 Asam

Propanoat 74.08 141.4 -20.8 0.9930 CH3CH2COOH Ratanapisit et al.

2010 21 Asam

isovalerat 102.13 186.8 -33.8 0.9391 CH3(CH2)2CO2

H Imamura et al . 2005

22 2 Vanilin 152.15 285.2 77-9 1.056 4 HO-3CH3O-C6H3CHO

Imamura et al. 2005

23 Asam metanoat

46.03 100.7 8.4 1.220 HCO2H Imamura et al. 2005

24 3.4 Benzopirena

252.3 310-312 176.5 - C20H12 Imamura et al .2005

25 4 metil katekol

124.14 241.1 68 - 4 CH3C6H3(OH)2 Gani 2007

24

Tabel 7 Sifat fisika asap cair (Lanjutan no.26- 50). No Senyawa BM

(g/mol) Td

(C) Tl

(C) p

(g/ml) Struktur kimia Pustaka

26 3 Metoksi piridin

109.13 142.3 - - 3 CH3O(C5H4N)

Gani 2007

27 2 Furanon tetrahidro

86.09 206.9 -42 1.1286 C4H6O3 Gani 2007

28 9 Oktadekanoat 282.47 288 45 0.8734 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H

Gani 2007

29 2 metoksi-4 propfenil (cis) Fenol

164.21 134.5 - 1.0837 2 CH3O-4-(CH3CH=CH)C6H3OH

Steinbeis et al .2005

30 2.3 dimetoksi fenol

154.17 232-4 - 1.5392 2.3 (CH3O)2C5H3OH Gani 2007

31 3 Xylenol 123.17 218.9 75 1.5420 2.3 (CH3)2C5H3OH Gani 2007 32 1.1 dimetil

hidrazin 60.11 63 - 0.7914 (CH3)2NNH2 Gani 2007

33 2.3 dihidro benzopiren

120.16 188-9.8

-21.5 1.0576 C8H8O Gani 2007

34 Koumarin 146.15 301.7 71 0.935 C9H6O2 Gani 2007 35 2 Asam

Butanoat 84.08 204 78 0.964 CH3C=CHCO2H Gani 2007

36 Metil Butirat 102.13 102.3 -84.8 0.8984 C3H7CO2CH3 Gani 2007 37 Asam heptanoat 130.19 233.1

16-7.5 0.9200 CH3(CH2)5CO2H Gani 2007

38 -Butirolakton 86.09 206.9 -42 1.1286 CH3CH2CH2CO

Gani 2007

39 2 Metilena -butirolakton

98.10 85.6 - 1.1206 CH2CHC=CH2CO Gani 2007

40 o-Kresol 108.15 191.1 30.9 1.0273 2 CH3C6H4OH Lou et al. 2010

41 m-Kresol 108.15 202.2 11.6 1.0336 3 CH3C6H4OH Ratanapisit et al 2010

42 Isoamil butirat 128.17 133.5 - - (CH3)2CHCO2CH2CH=CH2

Gani 2007

43 Asam oleat 282.42 286 16.3 0.8935 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H

Gani 2007

44 Isobutil alkohol 74.12 108.1 - 0.8018 (CH3)2CHCH3OH Zaisev et al .1969

45 2 Furan karboksilat

112.09 230-2 133-4 - 2 (C4H3O)CO2H Gani 2007

46 Katekol 110.11 245 105 1.1493 2 HOC6H4OH Gani 2007 47 3 metil

sikloheksnon 112.17 169 - 0.9155 3 CH3 (C6H9O) Gani 2007

48 Siklodekanon 154.25 106.7 28 0.9654 C10H18O Gani 2007 49 Siringol 223.21 - 80.1 - C11H12O5 Lou et al. 2010 50. 2 Butanon 72.12 79.6 -86.3 0.8054 CH3CH2COCH3 Maga 1988

Sumber : Weast (1985)

25

2.4.3. Aplikasi Asap cair dan Ter

Secara umum asap cair digunakan untuk menggantikan pengasapan

tradisional dan sudah diproduksi secara komersial. Komponen asap terutama

berfungsi untuk memberi cita rasa dan warna yang diinginkan pada produk

asapan, dan berperan dalam pengawetan dengan bertindak sebagai antibakteri dan

antioksidan (Wulandari et al. 1999). Asap diketahui memiliki sifat antioksidan

dan antimikroba disamping sifat-sifat lain misalnya mengubah tekstur pada

produk olahan (daging, ikan) dan mengubah kualitas nutrisi pada produk olahan

(Maga 1988). Sifat antioksidan dan antimikroba terutama diperoleh dari senyawa-

senyawa fenol yang merupakan salah satu komponen aktif dalam asap selain

karbonil, keton, aldehid, asam-asam, lakton, alkohol, furan dan ester. Antioksidan

adalah zat yang dapat menunda atau memperlambat kecepatan oksidasi terhadap

zat-zat yang dapat mengalami autooksidasi (Daun 1979). Fenol juga memiliki

sifat sebagai pembentuk cita rasa pada produk pengasapan. Senyawa golongan

fenol yang terdapat pada asap merupakan hasil peruraian termal dari komponen

lignin dalam kayu (Girrard 1992).

Asap cair telah banyak diaplikasikan pada pengolahan diantaranya pada

daging dan hasil ternak, daging olahan, keju dan keju oles. Asap cair juga

digunakan untuk menambah cita rasa asap pada saus, sup, sayuran kaleng, bumbu

dan campuran rempah-rempah. Aplikasi baru asap cair adalah untuk menambah

cita rasa pada makanan rendah lemak (Pszczola 1995). Pada aplikasi tersebut

perlu diperhatikan warna produk yang dihasilkan, karena ada beberapa produk

yang menghendaki warna coklat, sementara beberapa produk lainnya tidak

menghendaki terbentuknya warna kecoklatan (Yuwanti et al. 1999). asap cair dari

tempurung kelapa sebagai desinfektan untuk memperpanjang umur simpan buah

pisang ambon (Wastomo 2006), asap cair dari tempurung kelapa untuk

mengawetkan mie (Gumanti 2006), untuk pembuatan tahu asap (Damayanti

2002), asap cairnya sebagai pestisida, herbisida dan fungisida yang diaplikasikan

untuk tanaman pertanian (Steiner 2007). Pengasapan secara pirolisis dapat

digunakan sebagai penghasil beberapa produk di antaranya sebagai pengawet

kayu, meat browning, pengharum makanan, adhesives, atau komponen kimia

spesifik (Czernik 2004).

26

Asap cair memiliki banyak manfaat dan telah digunakan pada berbagai

industri antara lain (Setiadji 2000) :

1. Industri Pangan

Asap cair ini mempunyai kegunaan yang sangat besar sebagai pemberi rasa

dan aroma yang spesifik juga sebagai bahan pengawet karena sifat antimikrobia

dan antioksidannya. Dengan tersedianya asap cair maka proses pengasapan

tradisional dengan menggunakan asap secara langsung yang mengandung banyak

kelemahan seperti pencemaran lingkungan, proses tidak dapat dikendalikan,

kualitas yang tidak konsisten serta timbulnya bahaya kebakaran, yang semuanya

tersebut dapat dihindari. Selain itu dapat pula digunakan untuk prosesing makanan

seperti tahu, mie basah, bakso dan lain-lain

Ikan asap adalah ikan yang diawetkan dengan panas dan asap yang dihasilkan

dari pembakaran kayu keras. Asap mengandung senyawa fenol dan formaldehida,

masing-masing bersifat bakterisida (membunuh bakteri). Kombinasi kedua

senyawa tersebut juga bersifat fungisida (membunuh kapang). Kedua senyawa

membentuk lapisan mengkilat pada permukaan ikan. Panas pembakaran juga

membunuh mikroba dan menurunkan kadar air ikan. Pada kadar air rendah bahan

lebih sulit dirusak oleh mikroba. Asap juga mengandung uap air, asam formiat,

asam asetat, keton, alkohol dan karbondioksida. Rasa dan aroma khas ikan asap

terutama disebabkan oleh senyawa fenol (Tarwiyah 2001). Formulasi antara asap

cair tongkol jagung dan kayu pinus pada beberapa ikan yang diolah menjadi ikan

asap seperti ikan pari, ikan mayung dan ikan tongkol dapat menghilang

benzopirena (Swastawati 2007).

2. Industri Perkebunan

Asap cair dapat digunakan sebagai koagulan lateks. Asap cair memiliki sifat

fungsional misalnya antijamur, antibakteri dan antioksidan. Sifat tersebut dapat

memperbaiki kualitas produk karet yang dihasilkan.

3. Industri Kayu

Kayu yang diolesi dengan asap cair mempunyai ketahanan terhadap serangan

rayap daripada kayu yang tanpa diolesi asap cair yang diperoleh dari hasil

pembakaran kayu.

27

Aplikasi ter kayu mempunyai peluang untuk dikembangkan sebagai bahan

pelunak (isoftener), campuran dalam pembuatan ban, desinfektan, bahan

pengawet kayu, dan bahan perekat (Hendra 1992). Jumlah minyak ter kayu (wood

tar oil ) yang di impor pada tahun 2008 sebanyak 2400 liter dengan nilai Rp.

60.3030.000,- Jumlah minyak ter kayu yang di impor pada tahun 2007 sebanyak

84 liter dengan nilai Rp. 3.360.000,-. Jumlah minyak ter kayu yang di impor pada

tahun 2005 sebanyak 3800 liter dengan nilai Rp. 165.457.000,-. Jumlah minyak

ter kayu yang diimpor pada tahun 2004 sebanyak 700 kg dengan nilai Rp

526.857.000,-. Jumlah minyak ter kayu yang diimpor pada tahun 2003 sebanyak

700 kg dengan nilai Rp. 2.058.000,- dan kayu jati sebanyak 502 m3 dengan nilai

Rp. 1.732.900,- (BPS 2003). Oleh karena itu maka kebutuhan jumlah minyak ter

kayu di Indonesia sangat tinggi, dengan manfaat ter sebagai bahan baku industri

penel kayu dan barang peledak (BPS 2008). Nilai ter kayu dalam banyaknya

impor di Indonesia antara tahun 2003-2008 dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Nilai ter kayu dalam banyaknya impor di Indonesia (BPS 2003-2008). Ter merupakan campuran kompleks senyawa organik yang dapat

dikategorikan ke dalam keton, furan, asam karboksilat dan alkohol. Senyawa

keton khususnya siklo pentanon dan siklo pentenon yang berasal dari dekomposisi

unit glukosa dan rekombinasi pada ikatan terbuka. Senyawa furan dihasilkan dari

mono, di dan polisakaraida (Sander & Goldsmith 2003). Komposisi ter yang

dihasilkan tergantung pada perbedaan suhu pirolisis dan jenis bahan baku.

Rp2,058.00

Rp526,857.00

Rp165,457.00

Rp3,360.00Rp60,303.00

2003 2004 2005 2007 2008

NilaiTerK

ayu

(Rpx10

00)

Tahun

28

2.4.4. Produksi Asap Cair

Asap cair merupakan hasil pembakaran yang tidak sempurna yang

melibatkan reaksi dekomposisi karena pengaruh panas, polimerisasi dan

kondensasi (Girard 1992). Menurut Tahir (1992), bahwa pirolisis menghasilkan

tiga macam senyawa yang dapat digolongkan sebagai berikut : 1) Gas-gas hasil

proses karbonisasi, sebagian besar berupa gas CO2 dan lainnya berupa gas-gas

yang mudah terbakar seperti CO, CH4, H2 dan hidrokarbon tingkat rendah, 2)

Destilat berupa asap cair dan ter. Komponen minor yaitu fenol, metil asetat, asam

format, asam butirat dan lain-lain, 3) Residu.

Kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin dalam kayu berbeda-beda

tergantung dari jenis kayu. Komponen dominan asap cair yang diproduksi

tergantung dari jenis bahan baku dan kondisi proses. Beberapa komponen hasil

asap cair dari berbagai bahan baku ditunjukkan pada Tabel 8.

Tabel 8 Produksi asap cair No Bahan

baku Metode / Skala

Kondisi proses Rendemen &

Komposisi

Referensi

1. Kayu karet Pirolisis / Lab

Suhu : 550 C Laju pemanasan 1.4C/menit. pH : 2.9-3.83

Rendemen 29.45% senyawa dominan : asam asetat

Ratanapisit et al. 2009.

2. Serbuk kayu pinus

Pirolisis / Lab

Suhu 600 C

Kadar H2 dan CO rendah. CH4 dan CO2 lebih rendah

Wang et al. 2009.

3. Kayu hibrida

Pirolisis/ Lab

Suhu:450-500 C Kadar C dan O2 sebesar 71% 21%.

Agblevor et al. 2010.

4. Bio-Oil Pirolisis / Lab

Suhu:100-200 C TGA, FTIR

CO dan H2 meningkat

Zhang et al. 2010.

5 Bambu Pirolisis Lab

Suhu 797 K Arang karbon, dan bahan bakar Fuel

Kantarelis et al. 2010.

6 Cairan hitam

Kertas Pirolisis / Lab

Suhu 800C. Laju pemanasan 20.30 dan 50C/menit

Ea turun dgn kenaikan dekomposisi

Zhao et al. 2010

7. Kayu Ampupu (Eucaliptus)

Pirolisis / Lab

Suhu:250-270 C Laju pemanasan 2-50 C/menit tekanan0.05 MPa

20 % kadar O2 biopitch. 2 % mineral

Rocha et al. 2002.

8 Kayu pinus

softwood Pirolisis / Lab

Suhu 460 C Laju pemanasan 5 C/menit

Produk asam asetat dan bio-Oil

Aho el al . 2008. .

29

2.5. Pemisahan Asap Cair

Proses pemisahan komponen asap cair bertujuan untuk menghasilkan

senyawa asam, karbonil, ester, fenol dan ter dengan kemurnian yang tinggi.

Suatu komponen kimia asap cair biasanya terdapat dalam bentuk cairan berupa

ekstrak dan destilat. Untuk itu perlu dilakukan pemisahan dengan metode

ekstraksi dan distilasi. Ada 2 metode pemisahan asap cair yang digunakan dalam

penelitian ini antara lain :

2.5.1. Ekstraksi

Ekstraksi merupakan salah satu proses pemisahan yang dilakukan untuk

memindahkan dan menghilangkan komponen terlarut dalam suatu cairan ke cairan

lainnya (Noor 2002). Pelarut merupakan cairan yang melarutkan zat padat, cairan

atau gas menghasilkan larutan. Pelarut tidak bereaksi secara kimia dengan

komponen terlarut. Pelarut dapat juga digunakan untuk mengektraksi komponen

terlarut dari campuran.

Heksana

Heksana merupakan hidrokarnbon alkanan dengan rumus kimia

CH3(CH2)4CH3 atau C6H14. Heksana mempunyai titik didih 69C, densitas 0.655

g/ml dan tetapan dielektrik 2.0. Nama lain dari heksana adalah n-heksana. Isomer

dari heksana pada umumnya tidak reaktif, sering digunakan sebagai pelarut lemah

pada reaksi organik karena heksana sangat non polar. Sifat beracun relatif rendah,

walaupun tergolong sebagai obat bius ringan (Achmadi 1994).

Etil Asetat

Etil asetat merupakan komponen organik dengan rumus CH3COOCH2CH3

atau C4H8O2. Etil asetat mempunyai nama lain diantaranya etil ester, asetat ester

dan ester etanol. Etil asetat berupa cairan bening yang mempunyai karakteristik

bau tidak sedap, mempunyai densitas 0.894 g/ml, titik didih 77C dan tetapan

dielektrik 6.0.

Etil asetat merupakan pelarut semi polar yang mempunyai sifat mudah

menguap, relatif tidak beracun, tidak higroskopis dan merupakan aseptor hidrogen

yang lemah. Etil asetat dapat dilarutkan lebih dari 3% solut dan mempunyai

30

solubilitas 8% dalam air pada temperatur ruang. Pada temperatur yang lebih tinggi

solubilitasnya pada air meningkat (Achmadi 1994).

Metanol

Metanol merupakan senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH dan alkohol

yang paling sederhana, ringan, mudah menguap, bening, mudah terbakar, cairan

dengan bau khusus yang sedang dan lebih manis daripada etanol. Metanol juga

dikenal sebagai metil alkohol, karbinol, alkohol kayu atau spiritus kayu. Metanol

mempunyai titik didih 65C, densitas 0.791 g/ml, bahan bakar dan pemecah untuk

etil alkohol (Achmadi 1994).

2.5.2 Distilasi

Distilasi merupakan metode yang digunakan untuk memisahkan komponen-

komponen yang ada di dalam suatu larutan yang tergantung pada distribusi

komponen tersebut antara fase uap dan fase cair. Semua komponen itu terdapat

dalam kedua fase tersebut. Fase uap terbentuk dari fase cair melalui penguapan

pada titik didihnya (Geankoplis 1983). Senyawa utama yang terkandung di dalam

ter yang merupakan hasil dari suatu proses distilasi adalah senyawa fenol yang

terdapat dalam jumlah yang sedikit terutama terdiri dari senyawa piridin dan

quinolin.

Lebih lanjut Gaenkoplis (1983) mengatakan bahwa syarat utama dalam

operasi pemisahan komponen-komponen dengan jalan distilasi yaitu komponen

uap haruslah berbeda dari komposisi cairan dengan terjadi kesetimbangan pada

titik didih cairan. Distilasi berhubungan dengan larutan-larutan dimana semua

komponen-komponen dapat menguap seperti pada larutan amonia-air atau etanol-

air yang keduanya berada dalam fase uap.

Menurut hasil penelitian Wang et al. (2009), senyawa asetol yang

ditambahkan pelarut organik dalam proses distilasi dapat meningkatkan

konsentrasi asam asetat 1-40%. Distilasi dari asap cair kayu karet (rubberwood)

dipisahkan dengan 3 fraksi dengan suhu di bawah 95C (DW1), 95-105C (DW2),

suhu sampai tidak ada destilat yang keluar (DW3) (Ratanapisit et al. 2009).

31

2.6. Kinetika Reaksi

Penggunaan kinetika dalam bidang pangan pada dasarnya merupakan

penerapan prinsip kinetika yang digunakan dalam reaksi kimia. Kinetika kimia

ialah suatu telaah mengenai laju reaksi kimia dan perubahannya pada berbagai

kondisi (Labuza 1983). Kinetika kimia juga berkaitan dengan perubahan suatu

sifat kimia dalam suatu waktu (Steinfeld et al. 1989). Kinetika dalam bidang

pangan telah meluas penggunaannya, bukan hanya mempelajari perubahan kimia

tetapi juga fenomena fisik dalam bahan pangan yang dapat dijelaskan dengan

kinetika seperti pendugaan waktu kadaluarsa (Labuza 1982), gelatinisasi pati dan

penyerapan air (Wirakartakusumah 1981), perubahan warna roti (Priyanto et al.

1990). Manfaat informasi kinetika terutama dalam perencanaan proses,

pengembangan produk dan penyimpanan bahan pangan (Lenz & Lund 1980).

2.6.1. Persamaan Kinetika Reaksi

Perubahan kimia dapat terjadi dalam bentuk sederhana hingga kompleks

yaitu terdiri atas beberapa tahap dan umumnya mencakup satu atau lebih senyawa

antara. Reaksi kimia yang hanya berlangsung satu tahap disebut reaksi elementer

yaitu reaksi dimana produk diperoleh langsung dari reaktan. Reaksi elementer

dapat dinyatakan dalam molekuritasnya, sehingga dikenal dengan reaksi

unimolekuler, bimolekuler dan seterusnya. Model kinetika dalam bentuk

sederhana diawali dengan model yang didasarkan reaksi elementer dengan

persamaan-persamaan berikut (Steinfeld et al. 1989). Reaktan A bereaksi

dengan reaktan B menghasilkan X dan Y, dan persamaan stoikiometri dapat

dituliskan sebagai berikut :

a A + b B x X + y Y (1)

Keterangan:

a. b. x dan y adalah jumlah mol A, B, X dan Y

Perubahan jumlah reaktan atau produk terhadap waktu disebut laju reaksi (R). dan

untuk persamaan (1) dapat dinyatakan sebagai :

R = ddCA = d

dCB = ddCX = d

dCY (2)

32

Keterangan:

d : perubahan waktu (detik, menit atau jam)

dCi : perubahan konsentrasi zat i ( mol/liter)

Dalam bentuk yang lebih umum laju reaksi dapat dinyatakan sebagai fungsi (f)

dari konsentrasi reaktan A dan B, sebagai berikut :

R = f ( CA. CB) (3)

Dengan pendekatan yang sama, R dapat pula dinyatakan sebagai produk X dan Y.

Selanjutnya hubungan R sebagai fungsi reaktan atau produk yang sering ditemui

adalah bahwa laju reaksi proporsional terhadap hasil kali perpangkatan aljabar

dari konsentrasi individual, sehingga dapat disusun kesetaraan sebagai berikut :

R = CA m CB n (4)

dengan m dan n adalah orde reaksi terhadap A dan B, orde reaksi secara

keseluruhan adalah m + n. Kesetaraan dalam persamaan (4) tersebut dapat

dijadikan persamaan (5) dengan penyisipan konstanta kinetika (k), sehingga

diperoleh persamaan berikut :

R = k CA m CB n (5)

Persamaan (5) disebut persamaan laju (rate equation), dan k dikenal sebagai

konstanta kinetika. Dengan pendekatan yang sama dapat dibuat model persamaan

laju berdasarkan produk, untuk reaksi unimolekuler, termolekuler dan sebagainya.

2.6.2. Model Kinetika Pirolisis

Model kinetika sangat penting untuk menggambarkan mekanisme reaksi

pirolisis (Koufopanos et al. 1991). Model kinetika mengindikasikan dekomposisi

biomassa menjadi senyawa volatil, asap cair dan arang. Rendemen hasil konversi

termokimia tergantung suhu, tekanan, waktu, kondisi reaksi dan penambahan

reaktan atau katalis (Paul 1982; Demirbas & Kucuk 1997). Model kinetika yang

sesuai apabila konstanta kinetika yang diperoleh memiliki kesalahan kuadrat

terkecil (r2) antara data percobaan dengan model simulasi (Koufopanos et al.

1991). Pada model kinetika pirolisis umumnya mencari energi aktivasi (Ea),

konstanta kinetika (k) dan faktor pra eksponensial (A).

Mekanisme reaksi pirolisis dari berbagai bahan baku dapat dijelaskan

dengan menggunakan model. Model ini diklasifikasikan ke dalam 2 tahap :

33

Tahap 1 model umum yaitu model reaksi dan model semi-umum. Tahap 2 yaitu

model semi pirolisis bahan (Sheth et al. 2006).

Reaksi paralel (tahap 1) :

Biomassa (Volatil + Gas)1 ( 6 )

Biomassa (Arang)1 ( 7 )

Interaksi Sekunder (tahap 2) : (Volatil + Gas)1 + (Arang)1 (Volatil + Gas)2 + (Arang)2 ( 8 )

Model ini mengindikasikan tentang biomassa mengalami dekomposisi

menghasilkan volatil, gas dan arang. Produk volatil dan gas bereaksi dengan arang

menghasilkan volatil, gas dan arang (reaksi 1 dan 2). Selanjutnya pirolisis produk

primer dalam interaksi sekunder (reaksi 3), menghasilkan modifikasi produk akhir

(Koufopanos et al. 1991). Didasarkan atas unit daerah permukaan (surface area)

dalam sistem padatan gas persamaan kinetika untuk mekanisme pirolisis dapat

ditulis sebagai berikut :

r1 = k1 Bn1

VSA

( 9 )

r2 = k2 Bn1

VSA

(10 )

r3 = k3 G1n2 C1n3

VSA

(11)

Keterangan: ri = Laju reaksi i V = Volume partikel

k1 = Konstanta kinetika reaksi 1 B = Konsentrasi biomassa

k2 = Konstanta kinetika reaksi 2 C1 = Konsentrasi arang

k3 = Konstanta kinetika reaksi 3 G1 = Konsentrasi komponen asap cair

n i = Orde reaksi ke i SA = Surface Area partikel

Model kinetika pirolisis yang akan ditelaah disini adalah model Arrhenius dan

Tsamba sebagai berikut :

a. Model Arrhenius

Model Arrhenius yang menghubungkan faktor suhu, energi aktivasi dan

konstanta kinetika. Persamaan Arrhenius dituliskan sebagai berikut :

34

k = A e Ea/RT (12)

Pada persamaan Arrhenius (12), Ea yang dikenal sebagai energi aktivasi

memainkan peranan yang sangat penting dalam kinetika kimia. Persamaan (12)

dapat diintegrasikan sebagai berikut (Gustaffson & Richards 2009) :

ln k = ln A RTEa (13)

b. Model Tsamba

Model Tsamba yang menjelaskan karakterisasi kinetika pirolisis untuk

determinasi energi aktivasi dan faktor pre eksponensial. Metode Coats dan

Redfern dapat dijelaskan dari persamaan dasar kinetika kimia sebagai berikut :

d

dx = k ( T ) (x) (14)

k = A exp

RTEa (15)

x = fww

ww

0

0 (16)

(x) = (1-x) n (17)

T = + T0 (18)

= ddT (19)

x xdx0 )( = A xRTEaExp

0 dT (20)

F(x) = x xdx0 )( = EaART2

EaRT21 exp

RTEa (21)

2)(ln

TxF = ln

EaART

2

EaRT21 -

RTEa (22)

(x) merupakan suatu fungsi yang tergantung pada mekanisme reaksi dan laju

konversi, adalah laju pemanasan, k adalah konstanta kinetika reaksi, yang

tergantung pada suhu (T), wo, wf dan wr adalah berat awal, berat akhir dan berat

sampel pada saat waktu t, A adalah faktor pre eksponensial Arrhenius, R adalah

35

tetapan gas, adalah waktu, T adalah suhu absolut yang merupakan fungsi laju

pemanasan dan suhu, n adalah orde reaksi. Persamaan (14)-(19) secara umum

menggambarkan teori reaksi kinetika kimia. Sedangkan persamaan (20)-(22)

tergantung perbedaan asumsi dari metode Coats dan Redfern, persamaan

diberikan di bawah ini :

F (x) = - ln (1-x) untuk n =1, F (x) = ln { }nx n

1)1(1ln

1

untuk n = 1 (23)

EaRT = 0 (24)

2)(ln

TxF = ln

EaAR -

RTEa (25)

Persamaan (25) ditranformasi ke dalam fungsi linear sehingga menjadi

FT (X) = B-cX (26)

dengan FT (X) = 2)(ln

TxF , B = ln

EaAR , c =

REa dan X =

T1

plotkan data termogravimetrik dari persamaan (26), maka faktor pre eksponensial

(A) dan energi aktivasi (Ea) yang dijelaskan dari persamaan Arrhenius dapat

diperoleh. Dari persamaan (15) konstanta kinetika dapat diplotkan terhadap suhu

menjadi :

ln k = ln A -

RTEa (27)

Persamaan (27) ini dapat digunakan untuk mempelajari akses kenaikan interval

suhu dan faktor laju pemanasan.

Persamaan (25) dijabarkan menjadi persamaan (32)

2)(ln

TxF = ln AR-ln Ea

RTEa (28)

2)(ln

TxF = ln A- ln R- ln Ea

RTEa (29)

2)(ln

TxF = ln A

RTEa + ln R- ln Ea (30)

2)(ln

TxF = ln k +

EaR

ln (31)

36

ln k = 2)(ln

TxF -

EaR

ln (32)

Persamaan (32) diperoleh nilai konstanta kinetika untuk model Tsamba

yang dihasilkan dari nilai energi aktivasi dan faktor pre eksponensial.

Peningkatan suhu sangat mempengaruhi laju reaksi dan juga konstanta kinetika.

Kenaikan suhu dapat mempercepat laju reaksi karena dengan naiknya suhu, energi

kinetika partikel zat-zat meningkat sehingga meningkatkan terjadinya tumbukan

yang efektif. Faktor suhu yang mempengaruhi laju reaksi ini sesuai dengan teori

Arrhenius.

Model Arrhenius dan Tsamba mempertimbangkan pengaruh suhu pirolisis

terhadap konstanta kinetika. Perbedaannya adalah model Arrhenius menfokuskan

nilai konstanta kinetika terhadap suhu pirolisis. Model Tsamba menfokuskan

pembahasan pada nilai konstanta kinetika terhadap suhu pirolisis, dengan

memperhatikan faktor pre eksponensial (A) dan laju pemanasan ().

Berdasarkan persamaan Arrhenius yang digunakan dalam pengembangan

model kinetika pirolisis model Tsamba adalah :

1. Suhu pirolisis konstan pada nilai maksimum.

2. Konstanta kinetika tidak tergantung pada waktu pirolisis.

c. Waktu paruh

Waktu paruh (t) adalah waktu yang diperlukan agar setengah dari jumlah

konsentrasi reaktan (R) bereaksi. Penentuan waktu paruh dapat diperoleh dari nilai

konstanta kinetika, sehingga waktu paruh yang diperoleh persamaan (13) :

tR = 21

oR (33)

Jika o

R adalah konsentrasi reaktan awal dan tR adalah konsentrasi reaktan

setelah waktu t. Untuk menghitung waktu paruh pada reaksi orde satu. maka

disubtitusikan t

R / o

R = dan t = t ke dalam persamaan (5 ) menjadi

ln o

t

RR

= - k t maka ln 21 = - k t1/2 (34)

t = k693,0 (35)

37

Pada reaksi orde satu, waktu paruh tidak tergantung pada jumlah reaktan

mula-mula o

R dan satuan konstanta kinetika (k) adalah persatuan waktu.

2.7. Termodinamika Kimia

Mekanisme reaksi pirolisis dapat diukur melalui besaran termodinamika

kimia. Syarat terjadinya reaksi kimia bila terjadi penurunan energi bebas ( G <

0). Hal ini berlawanan dari tinjauan termodinamika. dimana tidak dikenal

parameter waktu karena hanya tergantung dari keadaan awal dan akhir sistem.

Termodinamika adalah metode yang sangat penting untuk menjajaki keadaan

kesetimbangan kimia (Maczek 1998). Perubahan entropi (S) dapat ditulis

sebagai berikut ( Bangash & Alam 2007) :

S = R

+

RTH

TkkhB

ln (36)

dengan Kb adalah konstanta Bottzman (1.3806 x10-23 J/K) ; R adalah tetapan gas

(8.314 J/K mol), h adalah tetapan planck (6.626 x10-34 J.s). Perubahan entalpi

(H) dapat dihitung dengan mengetahui energi aktivasi (Ea) yang diperoleh dari

hasil perhitungan slope dari model kinetika pirolisis pada kenaikan suhu (T)

dengan persamaan sebagai berikut : H = Ea RT. (37)

Energi bebas Gibbs digunakan untuk menggambarkan perubahan energi pada

sistem, dalam reaksi kimia pada suhu dan tekanan tetap (Thenawijaya 1990).

G = H TS (38)

dimana G adalah perubahan energi bebas Gibbs pada sistem yang sedang

bereaksi, H adalah perubahan dalam keadaan panas sistem tersebut dan S

bernilai positif, maka reaksi kimia mengalami peningkatan (Bahnur 2008).

Beberapa model yang didasarkan atas pendekatan termodinamika yang

dikembangkan dalam beberapa tahun yang lalu adalah mensimulasi produksi

syngas antara hasil penelitian dan perhitungan (Jarungthammachote et al. 2007),

menghitung komposisi kimia dan suhu syngas yang dikembangkan dalam kerja

(De Fillipis et al. 2003). Beberapa penelitian tentang termodinamika pirolisis

pada Tabel 9.

38

Tabel 9 Beberapa termodinamika kimia dalam proses pirolisis

No Bahan baku Kondisi proses Hasil Termodinamika Referensi

1. Limbah kinyak kelapa sawit

2 kode sandi HSC untuk termodinamika dan PSR untuk simulasi kinetik

Produk gas : H2. CO2. CO. CH4 dan Hidrokarbon

Prediksi produk gas dengan simulasi reaksi pirolisis dan termodinamika

Dong et al. 2005.

2. Batu bara dan asetilena

Nilai ratio atom H/C = 2

Energi bebas Gibbs minimun pada kompoisis C-H-O-N-S yang setimbang

Studi termodinamika untuk pembentukan asetilena dalam pirolisis

Bao et al. 2009.

3 Serbuk kayu pinus

Nitrogen pada 371-871 C

Energi bebas Gibss minimun pada suhu tinggi

Analisis produk dan simulasi termodinamika bimassa

Zhang et al. 2007.

4. Sampah kota dan limbah industri.

Pirolisis (2 tahap) dan gasifikasi (3 tahap)

Rendemen metanol dan Syngas.

Kandungan H meningkat dalam Syngas dengan 3 tahap lebih tinggi daripada 2 tahap

Paulucci et al 2010.

2.8. Kesetimbangan Biomassa yang Ramah Lingkungan

Teknologi pembuatan arang kayu dengan kiln drum adalah suatu metoda

pembuatan arang yang murah dan ramah lingkungan serta sederhana tetapi dapat

menghasilkan rendemen dan kualitas arang kayu yang tinggi. Teknologi ini dapat

diterapkan pada industri rumah tangga di pedesaan karena bahan kontruksinya

drum bekas mudah diperoleh dengan harga relatif murah. Selain itu kontruksi

tungku dan operasi pengolahannya mudah dilakukan oleh siapa saja yang

berminat. Pada penelitian ini dengan menggunakan kiln drum dan bahan baku

campuran kayu dengan berat 60 kg diperoleh rendemen arang 18.54% dengan

lama pengarangan selama 6 jam dengan kecepatan 10 kg/jam (Gambar 7).

Rendemen arang ini lebih rendah bila dibandingkan dengan rendemen arang

tempurung kelapa hidrida 36.04% (Nurhayati et al. 1997).

39

(a) (b)

Gambar 7 Cara pembuatan arang dengan cara kiln drum (a) pembakaran dengan memakai sunkup agar supaya dapat menampung destilat (asap cair) (b). Arang yang dihasilkan, sedangkan asap cair terus naik ke atmosfer dalam bentuk gas CO, CO2,CH4 dan lain.

Selain itu arang yang dibuat masyarakat dan perusahaan menghasilkan

rendemen antara 20-25%, yang berarti sebanyak 75-80% terbuang dalam bentuk

gas seperti CO2, CO, dan CH4 yang dapat berperan pada pemanasan global.

Dalam rangka meminimalkan emisi tersebut telah dilakukan penelitian dengan

tujuan untuk meningkatkan rendemen arang dan mengkondensasi cairan destilat

yang bermanfaat (Pari 2010).

Teknologi tepat guna hasil penelitian yang ramah lingkungan yang dapat

dikembangkan adalah teknologi two in one yaitu teknologi produk arang yang

terpadu dengan produk destilat dalam satu proses. Model teknologi ini memadai

untuk dikembangkan dengan pertimbangan bahwa bahan baku dan peralatan dari

komponen lokal, tersedia dan mudah didapat dengan harga relatif terjangkau,

kapasitas produksi dapat beragam dan disesuaikan dengan kemampuan. Indonesia

telah lama diketahui sebagai produsen arang baik untuk keperluan domestik

maupun ekspor. Di pasar dunia, tercatat Indonesia termasuk satu dari lima negara

pengekspor arang terbesar di dunia yaitu China, Malaysia, Afrika Selatan dan

Argentina. Tercatat tahun 2000, Indonesia mengekspor arang sebanyak

29.867.000 Kg yang terdiri atas arang tempurung kelapa (15.96%), arang bakau

(22.31%) dan arang kayu (61.73%) (BPS 2002). Produksi arang kualitas ekspor di

Indonesia pada umumnya berupa usaha kecil dan menengah (UMKM) dengan

teknik dan proses yang beragam sehingga mutu arang yang dihasilkan juga

beragam. Arang sebagai sumber energi masih digunakan walau cakupannya

40

masih lebih terbatas. Arang sebagai pemanas alat seterika sudah tidak umum

dipakai tetapi untuk membuat makanan yang dipanggang masih digunakan.

Bahan dengan kandungan selulosa yang tinggi, menarik untuk dicermati. Serbuk

gergaji sengon memilki kadar holoselulosa 70% dan lignin 30%. Serbuk gergaji

sengon ini ketersediaannya berlimpah sehingga pasokannya terjamin,

berkesinambungan dan pengolahannya dapat meningkatkan program pemerintah

tanpa limbah (ramah lingkungan). Arang aktif dari serbuk sengon yang dibuat

secara sederhana (Pari 2010), ternyata memenuhi standar Amerika sehingga dapat

dipakai untuk menjernihkan air dan menarik logam, terutama besi (Fe). Dalam

proses penjernihan air, arang aktif selalu mengabsorpsi logam seperti besi,

tembaga, nikel, juga dapat menghilangkan bau, warna dan rasa yang terdapat

dalam larutan atau buangan air. Arang merupakan salah satu sumber energi

penting di beberapa negara berkembang. Selain itu, arang juga memiliki fungsi

yang efektif untuk fiksasi dan inaktivasi karbon di atmosfer serta konservasi

lingkungan, sebagai kondisioner tanah atau perangsang pertumbuhan tanaman.

Teknik aplikasi arang dapat dikembangkan untuk memperbaiki kondisi tanah pada

pembangunan hutan tanaman serta menjadi alternatif pada kegiatan perladangan

berpindah

Biomassa didefinisikan suatu bahan hidrokarbon yang terdiri atas karbon,

hidrokarbon, oksigen, nitrogen dan beberapa komponen lain dalam jumlah kecil

termasuk kayu dan limbah bahan organik (Tsamba et al. 2006). Pirolisis biomassa

menghasilkan 60% karbon organik dan 10% karbon aktif (Hasan 2002). Biomassa

umumnya dinyatakan dengan satuan berat kering (dry weight) yang terutama

tersusun dari senyawa karbohidrat yang terdiri atas unsur karbon (C), hidrogen

(H), dan oksigen (O) yang dihasilkan dari proses fotosintesis tanaman. Biomassa

dapat digunakan sebagai dasar dalam perhitungan kegiatan pengelolaan hutan,

karena hutan dapat dianggap sebagai sumber karbon. Potensi biomassa

dipengaruhi oleh faktor iklim seperti curah hujan, umur tegakan, sejarah

perkembangan vegetasi, komposisi dan struktur tegakan. Sedangkan karbon

merupakan suatu unsur yang diserap dari atmosfer melalui proses fotosintesis dan

dapat disimpan dalam bentuk biomassa. Tingkat penyerapan karbon terdapat dari

41

biomassanya (serbuk kayu dan bambu). Produk hasil kayu dan bambu yang

nantinya diemisikan untuk jangka panjang.

Pirolisis biomassa menghasilkan rendemen metanol, yang berasal dari

kelompok metoksil yaitu asam uranic dan metil ester dan dekomposisi lain dari

bahan tanaman. Senyawa asam asetat yang berasal dari kelompok asetil pada

hemiselulosa (Demirbas & Balat 2007). Pirolisis biomassa menghasilkan

kandungan karbon sebesar 50% dibanding jumlah hasil pembakaran sebesar 3%

dan dekomposisi biologis sebesar

42

Siklus karbon biomassa melalui proses fotosintesis dan energi untuk pertumbuhan

tanaman dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8 Siklus karbon biomassa melalui proses fotosintesis dan energi untuk

pertumbuhan tanaman (Tenembaum 2009). Salah satu aplikasi pirolisis biomassa menghasilkan arang sebagai

bioarang dapat menciptakan peluang kerja dan meningkatkan pendapatan

masyarakat di pedesaan. Penggunaan bioarang digunakan sebagai suplemen

tanah, serta mengurangi atau menghilangkan pembelian pupuk dan sequester CO2

atmosfer. Bioarang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dan pendapatan

rumah tangga petani. Ketersediaan bioarang mampu menurunkan ketergantungan

pertanian terhadap produk berbasis minyak dan gas alam melalui produksi energi

regional dengan harga bersaing (Lehmann et al. 2006).