Proses penambahan asam berkonsentrasi rendah

Proses penambahan asam berkonsentrasi rendah (asam yang diencerkan) pada dasarnya sama seperti proses peledakan steam. Biomassa dicampurkan dengan asam berkonsentrasi rendah selama jangka waktu tertentu. Proses ini biasanya dilakukan bersama dengan proses peledakan steam. HCl, H3PO4, dan H2SO4 adalah asam2 yang telah diujicobakan. H2SO4 lah yang paling sering digunakan (16) karena harganya yang murah (18) dan mungkin juga karena asam ini telah digunakan sejak lama di produksi furfural(13).

Di proses ini, asam dicampurkan dengan biomassa selama beberapa detik atau menit (13). Tergantung dari kondisi prosesnya (sebagai fungsi waktu, temperature, dan konsentrasi asam), gula2 monomer pun dapat bereaksi menjadi furfural dsan HMF(16).

Tipikal kondisi operasinya berada pada temperature 140 – 220oC, sekitar 3 – 20 barg (tergantung kondisi peledakan steam), selama beberapa detik sampai menit (tergantung temperature), dengan konsentrasi biomassa kurang dari 4 wt%(16).

Kondisi optimum pengolahan bongkol jagung (corn stover) dilaporkan berada pada 120oC, 2wt% H2SO4, 43 min, menghasilkan sampai 77% yield xylose (14). Dari hasil riset lain, pada 160oC, 0.5wt% H2SO4, 20 min, produksi xylose mencapai lebih dari 80% yield xylose (19).

Bagian hemicellulose mengalami hidrolisis menjadi gula C5 dan gula ini pun larut dalam larutan asam tsb (13). Penggunaan asam konsentrasi rendah ini pada temperature tinggi dapat mendegradasi gula C5 tadi menjadi furfural, yang berbahaya di reaksi fermentasi berikutnya (17).

Biasanya, 83-100% dari hemicellulose dan 26-52% dari lignin akan terlarut. 79-95% dari yang terlarut tersebut merupakan gula monomer dan sisanya merupakan oligomer (13).

Penggunaan asam encer untuk melarutkan hemicelluloses ini telah dilakukan pada berbagai feedstock yang berbeda, mulai dari hardwood sampai rumput dan sisa pertanian. Semuanya berhasil dengan baik, khususnya terhadap sisa2 pertanian jagung spt bongkol jagung (13).

Hemicelluloses dari softwood pun dapat dilarutkan sampai 90-95% nya. Untuk cellulose, sampai 20% yang terlarut. Kondisi operasi untuk ini adalah dengan 0.4wt% H2SO4 pada 200-230oC selama 1-5 min (20).

Teknologi ini telah diaplikasikan bersama dengan peledakan steam pada skala 900 ton biomassa per hari di pabrik bioethanol seperti POET-DSM dan Beta Renewables.

Proses ini juga telah lama digunakan untuk memproduksi furfural (16; 13; 14). Asam sulfat encer dicampur dengan biomassa untuk menghidrolisis hemicelluloses menjadi xylose dan gula lainnya. Kemudian xylose diubah menjadi furfural, yang kemudian dipisahkan lewat distilasi (13).

Keuntungan proses ini adalah laju reaksi yang cukup tinggi. Hidrolisis hemicelluloses dan cellulose dapat dengan mudah ditingkatkan lajunya dengan mengubah kondisi reaksinya (16).

Beberapa kerugiannya adalah diperlukannya bahan konstruksi yang dapat mengatasi korosi, kemungkinan menghasilkan produk degradasi yang berbahaya untuk fermentasi, dan diperlukannya proses penetralan yang kemudian berujung pada produksi limbah (15; 17; 16).

Penetralan asam dengan material murah seperti Ca(OH)2 akan menghasilkan gypsum (CaSO4.2H2O) yang juga harus dibuang (13).

Untuk menghambat pembentukan furfural, proses ini dapat dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama dengan temperature rendah, yang dapat dengan mudah menghidrolisis hemicelluloses dan kemudian dipisahkan sehingga tidak sempat terdegradasi. Tahap kedua pada temperature yang lebih tinggi  untuk menghidrolisis hemicelluloses yang tersisa (17).

Leave a Comment