2. OVERVIEW
• Steam explosion diklasifikasikan menjadi physicochemical pretreatment, variasi biomasa
lignoselulosa secara morfologi dan substansi kimia.
• Bersamaan terjadinya mechanical shearing dan defibrilisasi fiber, asam asetat yang
dilepaskan dari lignoselulosa dan Sebagian menghidrolisis komponen dinding sel dimana
hal ini disebut sebagai autohidrolisis. Kata “Autohidrolisis” ini yang biasanya disebut
sinonim dari steam explosion dimana mendiskripsikan sebagai proses kimia selama
pratreatmen.
• Selama pratreatmen, uap jenuh bertekanan tinggi menembus dinding sel dengan difusi
(Wang, 2015)
3. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
EFISIENSI
1. Retention Time
Peningkatan retention time akan meningkatkan jumlah produk yang terdegradasi. Oleh karena itu
retention time harus diminimalisirkan.
2. Tekanan
Tekanan akan berhubungan dengan suhu sebagai dampak dari hidrolisis fraksinasi selulosa dan
kinetik dari membentuk produk degradasi
Perbedaan tekanan antara reactor degan tekanan atm akan sebanding dengan gaya geser saat
ledakan terjadi.
(Jacquet, et al, 2015)
4. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
EFISIENSI
3. Ukuran Partikel
Ukuran partikel akan berpengaruh pada eficiensi proses karena tingkat transfer massa dan panas
yang terjadi. Partikel yang terlalu kecil dapat terendam dalam air kondensat dan menurunkan
efisiensi depresurisasi ledakan pada biomas padat.
4. Kelembapan
Kelembapan awal bahan akan mempengaruhi retensi waktu dan tekanan saat steam explosion.
Kelembapan yang tinggi dapat menurunkan kemampuan penetrasi panas dan kimia sehingga
menurunkan energi kinetic. Penurunan ini diakibatkan adanya rongga biomassa yang terisi oleh
condensate sebelum target suhu tercapai
(Wang, 2015)
5. KONDISI FEED TKKS IDEAL
Beberapa treatment berikut dapat diterapkan pada feed untuk mencapai hasil steam
explosion yang lebih optimal
1. Mengatur ukuran feed TKKS
Hal ini dapat dilakukan dengan mencacah
atau memotong feed biomassa. Beberapa
penelitian menunjukkan jika mencacah
feed biomassa hingga ukuran tertentu
dapat meningkatkan kemampuan
hidrolisis enzimatik dari produk yang
dihasilkan melalui proses steam explosion.
2. Mengatur kadar air pada feed TKKS
• Untuk feed seperti TKKS, kadar air di
dalamnya tidak terlalu berpegaruh pada
hasil produk setelah melalui proses
steam explosion. Namun, akan lebih baik
apabila dilakukan pengeringan terlebih
dahulu terhadap feed agar proses yang
terjadi lebih merata pada seluruh bahan.
6. KONDISI FEED TKKS IDEAL
Berdasarkan penjelasan sebelumnya, maka untuk mendapatkan hasil yang ideal perlu
digunakan alat pencacah untuk mengoptimalkan produk hasil steam explosion.
Setelah melakukan studi literatur didapatkan beberapa poin penting untuk alat pencacah
itu sendiri sebagai berikut:
1. Pengaturan sudut ujung pisau memiliki pengaruh yang signifikan terhadap
peningkatan efisiensi penggunaan energi.
2. Menggunakan double blade sebagai pisau pencacahnya.
3. Peningkatan kecepatan periferal dari pisau dapat mengurangi torsi hingga 14,3%.
4. Untuk menyesuaikan kapasitas alat pencacah dapat dilakukan upscaling dari alat yang
ada.
7. PRINSIP KERJA STEX
(PEMISAHAN HEMISELULOSA)
• Proses ini menggunakan steam untuk melunakkan biomassa.
• Membran parenkim biomassa akan mengalami kerusakan yang disebabkan oleh adanya
perbedaan tekanan antara bagian dalam dan bagian luar biomassa karena penurunan
tekanan secara cepat. Hal tersebut menyebabkan permeabilitas biomassa meningkat.
• Proses ini tidak hanya merusak membran parenkim namun juga akan memberikan
kerusakan pada dinding sel biomassa.
• Ketika tekanan tiba-tiba dilepaskan, hal tersebut menciptakan gaya geser yang
menghidrolisis ikatan glikosidik dan hidrogen, dan mengarah pada pembentukan serat
nano.
8. PRINSIP KERJA STEAM EXPLOSION
(PEMISAHAN HEMISELULOSA)
• Pada proses steam explosion terjadi pemutusan otomatis ikatan glikosidik dalam asam
organik terbentuk, terutama asam asetathemiselulosa dan ikatan lignin-hemiselulosa,
sehingga senyawa dan asam uronat. Pembentukan asam ini menyebabkan pH produk
menjadi asam (berkisar antara 2,5-6,5).
• Selama pretreatment, air itu sendiri dan asam organik dibebaskan dari rantai samping
hemiselulosa. Hal tersebut mengkatalisis pemecahan rantai hemiselulosa panjang untuk
membentuk oligomer rantai pendek dan/atau monomer gula. Selain itu, ikatan eter lignin
juga dipecah untuk membentuk hidroksil, dan selanjutnya karbonil dan karboksil. Proses
Steam explosion menunjukkan kapasitas perpindahan massa yang efisien karena
memiliki viskositas rendah dengan fluiditas tinggi .
9. PRINSIP KERJA STEAM EXPLOSION
(PEMISAHAN HEMISELULOSA)
• Perpindahan massa yang efisien tersebut meningkatkan reaksi katalisis selama proses
pretreatment.
• Air pada tekanan tinggi dapat menembus struktur sel biomassa, menghidrasi selulosa,
dan melarutkan hemiselulosa dan lignin, dan keasaman air pada suhu tinggi (sekitar
200°C) dan asam organik yang dilepaskan dari hemiselulosa membantu merusak
struktur lignoselulos.
• Dalam proses pretreatment, steam adalah pelarut untuk monosakarida yang dihidrolisis
dari hemiselulosa dan selulosa.
10. DAMPAK STEAM EXPLOSION
(PEMISAHAN HEMISELULOSA)
• Meningkatkan aksesibilitas dari selulosa menuju protein dan enzim sehingga
meningkatkan kemampuan hidrolisis dari substrat.
• Menghidrolisis ikatan glikosidik pada hemiselulosa, sehingga dapat melarutkan
hemiselulosa dengan tetap mempertahankan kandungan selulosa pada sampel.
• Pada keadaan tertentu, menyebabkan terjadinya reaksi degradasi sekunder, dimana hal
ini menyebabkan turunnya yield hemiselulosa, pembentukan senyawa penghambat yang
dapat mengganggu proses biokonversi, menurunkan dan memodifikasi komposisi kimia
dari lignin dan membatasi potensi pengolahan selanjutnya pada lignin.
11. PRINSIP KERJA HYDROTHROPIC
EXTRACTION (PEMISAHAN LIGNIN)
• Ekstraksi hidrotrop ini dipilih karena sifatnya yang biodegradable, non korosif dan tidak
memancarkan bau yang tidak sedap.
• Proses ini merupakan proses ekstraksi lignin dari biomassa menggunakan larutan
hidrotrop. Dimana larutan hidrotrop ini sendiri merupakan asam organik amfifilik yang
dapat meningkatkan kelarutan bahan organik yang tidak larut atau sukar larut dalam
larutan.
• Hidrotrop yang digunakan ialah Natrium Xylene Sulfonat (SXS), dimana larutan ini
memiliki selektivitas yang tinggi, tidak mudah terbakar dan mudah didaur ulang
menggunakan pelarut polar.
12. DAMPAK HYDROTHROPIC EXTRACTION
(PEMISAHAN LIGNIN)
• Lignin yang diekstraksi dengan senyawa SXS cukup murni untuk diubah menjadi produk
kimia baru, terutama untuk proses biorefinery.
• Lignin yang diekstraksi biasanya mempertahankan rasio monolignol dari bahan baku.
• Cukup banyak hemiselulosa yang ikut terekstrak bersama lignin. Hal ini menyebabkan
perlunya proses pemisahan lebih lanjut untuk mendapatkan komponen lignin murni.
• Ekstraksi hidrotropik menggunakan SXS lebih selektif pada syringyl lignin daripada
guaiacyl lignin.
13. SEVERITY FACTOR
• Severity factor merupakan persamaan yang didasarkan pada hubungan antara suhu dan
retention time :
dimana S = severity factor, T(t) = temperature proses (°C), t = retention time (min), and
14.75 = energi aktivasi orde pertama sesuai dengan Arrhenius law.
• Ketika volume steam-explosion reactor kecil maka waktu untuk mencapai tekanan steam
tertentu dapat dilakukan dalam waktu singkat, maka persamaan menjadi
CONT…
(Jacquet, et al, 2015)
14. CONT SEVERITY FACTOR
• Namun, dalam mencapai tekanan tertentu diperlukan waktu yang presisi dimana persamaan
menjadi :
dimana t1 and t2 adalah waktu mulai dan berakhirnya reaksi
• Terdapat hipotesis lain yang mengatakan bahwa suhu sebanding dengan tekanan (0,1 Mpa)
dimana factor severitas menjadi :
Dimana tn dan tn+1 adalah waktu awal dan akhir, sedangkan Tn dan Tn+1 adalah suhu proses
(Jacquet, et al, 2015)
15. CONT SEVERITY FACTOR
Model persamaan di atas disebut model Chornet dan Overend
Berdasarkan penelitian Belkacemi dan Heitz et al menyatakan persamaan diatas dapat
menunjukkan adanya korelasi antara jumlah gula yang diperoleh pada substrat lignoselulisa dan
severity factor.
Namun, menurut Kaar et al persamaan diatas tidak bisa diaplikasikan pada substrat yang yield
glukosa nya mengandung enzim hidrolisis hasil dari pretreatment karena akan menimbulkan
factor severitas yang tidak konstan
(Jacquet, et al, 2015)
16. PROSES STEAM
EXPLOSION
Secara teknis instalasi
utama Steam Explosion
terdiri atas Steam
Generator yang yang
mengumpankan menuju
reactor. Pada pengumpanan
ini terjadi penurunan
tekanan secara mendadak
yang akan mengeluarkan
material dari reactor
menuju explosion tank
(Jacquet, et al, 2015)
17. SISTEM OPERASI
Terdapat dua jenis prosedur pelaksanaan Steam Explosion yaitu secara batch dan kontinyu :
1. Batch System
Secara kondisi operasi system (perbedaan suhu, waktu inkubasi, ukuran partikel, dan bahan kimia)
ini lebih cocok berjalan dalam skala laboratorium
2. Continuous System
Umumnya system ini digunakan pada skala produksi yang lebih besar atau skala komersial
(Wang, 2015)
18. BATCH SYSTEMS
Proses :
1. Bahan yang telah ditimbang dan disesuaikan
kadar airnya dimasukkan ke reactor melalui ball
valve pada bagian atas
2. Kemudian ball valve ditutup dan uap jenuh
dimasukkan ke ruangan
3. Waktu diatur saat suhu telah mencapai target
yang diinginkan (umumnya rentang detik sampai
menit)
4. Setelah inkubasi beberapa saat, ball valve bawah
dibuka secara instan agar terjadi depresurisasi
eksplosif dan uap meledakkan material.
5. Selanjutnya dipisahkan antara bahan padat dan
cair dengan kain nylon dan dikeringkan untuk
dilakukan analisis physicochemical
(Wang, 2015)
Sistem yang digunakan pada Recycle Lab in Thomas M Brooks Forest
Products Center, Virginia Tech
Note : Valve 1 (sample charging valve), valve 2 (saturated steam
supply valve), valve 2 (discharge Valve), valve 4 (Condensate drain
Valve)
19. CONTINOUS SYSTEMS
Banyak penelitian telah mengembangkan skala pilot untuk
dapat melakukan proses skala industri sebagai berikut : :
1. Bahan biomasa lignoselulosa kering dimasukkan dalam
feed hopper dan diukur massa nya dengan wight belt.
2. Selanjutnya dibawa oleh belt conveyor menuju Pug Mill
Mixer untuk diatur kelembapan dan keasaman dengan
menambahkan air dan asam kimia
3. Setelah itu dimasukkan ke dalam reactor pretreatmen
dan uap jenuh dialirkan sampai mencapai suhu dan
retensi time yang ditetapkan dengan mengontrol tingkat
material dalam reactor. Pengaturan material dengan cara
menggerakkannya dengan rotating scarpper dibawah
reaktor
4. Dua reciprocating poppet valves beroperasi sebagai
pengunci tekanan pada material pretreatment sampai ke
flash tank.
5. Uap dikirim menuju kondensor dan fraksi padatan
dikumpulkan untuk dipompa ke fermentator
(Wang, 2015)
Diagram pilot-scale steam explosion dengan katalis
H2SO4
20. KONDISI OPERASI TKKS
Penelitian Jesus David, 2015 dilakukan dalam
beberapa variable waktu dan suhu sebagai berikut :
(Duangwang, 2016)
Berdasarkan data di atas temperature dan waktu
opyimum yakni 175oC selama 6 menit
Penelitian Sairudee Duangwang, 2016 dilakukan
dalam beberapa variable suhu dan tekanan dengan
waktu retensi selama 5 menit sebagai berikut :
Berdasarkan penelitian di atas didapatkan kondisi
optimum pengolahan STEX pada TKKS pada suhu
160oC bertekanan 0,6 MPa
(David,2015)
21. DAFTAR PUSTAKA
Penulis Tahun Doi Link
Kun Wang , Jinghuan Chen, Shao-Ni Sun,
Jinghuan Chen
2015
http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-800080-
9.00006-2
N. Jacquet, G. Maniet,C. Vanderghem F.
Delvigne, and A. Richel†
2015 http://dx.doi.org/10.1021/ie503151g
Sairudee Duangwang a, Taweesak
Ruengpeerakul, Benjamas Cheirsilp , Ram
Yamsaengsung, Chayanoot Sangwichien
2016 http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2015.12.065
Jesus David Coral Medina , Adenise
Woiciechowski , Arion Zandona Filho , Poonam
Singh Nigam, Luiz Pereira Ramos , Carlos
Ricardo Soccol
2015 http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.126
