Produksi Furfural Dan Turunannya : Alternatif Peningkatan Nilai Tambah Ampas Tebu Indonesia

Pendahuluan

Bagi mahasiswa Teknik Kimia, khususnya bagi yang telah mengambil praktikum proses pasti ingat akan senyawa satu ini, Furfural. Bayangan pertama kali yang terbesit mungkin adalah rasa mual karene mencium aroma dari furfural. Siapa sangka, ternyata Furfural yang bernilai negatif di mata praktikan, ternyata sangat diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri sehingga mengurangi angka impor dan meningkatkan nilai investasi di Indonesia, terutama hasil-hasil samping pengolahan hasil pertanian yang tersedia dalam jumlah banyak di Indonesia.

Tebu merupakan salah satu jenis tanaman yang hanya dapat ditanam di daerah yang memiliki iklim tropis. Di Indonesia, perkebunan tebu menempati luas areal + 232 ribu hektar, yang tersebar di Medan, Lampung, Semarang, Solo, dan Makassar. Dari seluruh perkebunan tebu yang ada di Indonesia, 50% di antaranya adalah perkebunan rakyat, 30% perkebunan swasta, dan hanya 20% perkebunan negara¹. Pada tahun 2002 produksi tebu Indonesia mencapai +2 juta ton (Gambar 1).

Tebu-tebu dari perkebunan diolah menjadi gula di pabrik-pabrik gula. Dalam proses produksi di pabrik gula, ampas tebu dihasilkan sebesar 90% dari setiap tebu yang diproses, gula yang termanfaatkan hanya 5%, sisanya berupa tetes tebu (molase) dan air.

Gambar 1. Produksi tebu Indonesia tahun 1996-2002 [2]

Selama ini pemanfaatan ampas tebu (sugar cane bagasse) yang dihasilkan masih terbatas untuk makanan ternak; bahan baku pembuatan pupuk, pulp, particle board; dan untuk bahan bakar boiler di pabrik gula ^{3, 4}. Di samping terbatas, nilai ekonomi yang diperoleh juga belum tinggi. Oleh karena itu, diperlukan adanya pengembangan proses teknologi sehingga terjadi diversifikasi pemanfaatan limbah pertanian yang ada.

Seperti halnya biomassa pada umumnya, ampas tebu memiliki kandungan polisakarida yang dapat dikonversi menjadi produk atau senyawa kimia yang dapat digunakan untuk mendukung proses produksi sektor industri lainnya. Salah satu polisakarida yang terdapat dalam ampas tebu adalah pentosan, dengan persentase sebesar 20-27%⁵]. Kandungan pentosan yang cukup tinggi tersebut memungkinkan ampas tebu untuk diolah menjadi Furfural. Selain ampas tebu, bahan baku lain yang dapat digunakan untuk memproduksi Furfural adalah : tongkol jagung, sekam padi, kayu, rami dan sumber lainnya yang mengandung pentosan⁵.

Furfural memiliki aplikasi yang cukup luas dalam beberapa industri dan juga dapat disintesis menjadi turunan-turunannya seperti : Furfuril Alkohol, Furan, dan lain-lain. Kebutuhan (demand) Furfural dan turunannya di dalam negeri meski tidak terlalu besar namun jumlahnya terus meningkat (Gambar 2). Hingga saat ini seluruh kebutuhan Furfural untuk dalam negeri diperoleh melalui impor. Impor terbesar diperoleh dari Cina yang saat ini menguasai 72% pasar Furfural dunia. Tabel 1 menunjukkan trend harga Furfural di pasar dunia.

Gambar 2. Data historis permintaan Furfural dan Furfuril Alkohol di dalam negeri⁶

Tabel 1. Trend harga Furfural dan Furfuril Alkohol di beberapa pasar dunia⁷

Pengembangan industri yang memproduksi Furfural dan turunannya diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri sehingga mengurangi angka impor dan meningkatkan nilai investasi di Indonesia. Diharapkan pengembangan industri ini dapat memberi nilai tambah bagi hasil-hasil samping pengolahan hasil pertanian yang tersedia dalam jumlah banyak di Indonesia.

Furfural ^{7, 8, 9, 10, 11, 12, 13}

Furfural (C₅H₄O₂) atau sering disebut dengan 2-furankarboksaldehid, furaldehid, furanaldehid, 2-Furfuraldehid, merupakan senyawa organik turunan dari golongan furan. Senyawa ini berfasa cair berwarna kuning hingga kecoklatan dengan titik didih 161.7^oC, densitas (20^oC) adalah 1.16 g/cm³. Furfural merupakan senyawa yang kurang larut dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Gambar 2 menunjukkan struktur molekul dari furfural.

Gambar 3. Struktur molekul Furfural

Furfural memiliki aplikasi yang cukup luas terutama untuk mensintesis senyawa-senyawa turunannya. Di dunia hanya 13% saja yang langsung menggunakan Furfural sebagai aplikasi, selebihnya disintesis menjadi produk turunannya⁷. Aplikasi Furfural di dunia dapat dilihat pada Tabel 3 dan gambar 4.

Furfural dihasilkan dari biomassa (ampas tebu) lewat 2 tahap reaksi, yaitu hidrolisis dan dehidrasi. Untuk itu digunakan bantuan katalis asam, misalnya: asam sulfat, dan lain-lain. Secara komersial, pembuatan Furfural dapat berlangsung dalam siklus batch maupun kontinyu. Tabel 2 menunjukkan perbandingan kedua proses teknologi tersebut.

Parameter	Proses Batch	Proses Kontinyu
Umpan	ampas tebu	pentosa
Jumlah reaktor	1	2
Kondisi operasi	Atmosferik 128-150 oC	+68 atm, suhu tinggi
Produk samping	Lebih Sedikit	Sdikit
Pemurnian furfural	Distilasi Azeotropik	Ekstraksi dan Distilasi

Tabel 2. Perbandingan proses batch dan kontinyu

Reaksi utama pembuatan Furfural adalah sebagai berikut :

• Hidrolisis pentosan menjadi pentosa :
  ………………………..( i )
• Dehidrasi pentosa membentuk Furfural :
  ………………………..( ii )

Consumption %	Product synthesised from Furfural	Second stage synthesis product and their application	Third stage synthesis product and their application
13%	Furfural	solvent, for refining of lubrication oils, etc.
64%	Furfuryl alcohol (nitrocellulose, resin, solvent, etc)	Furfuryl resin	in metallurgy for making of precision moulds, for gluing substances, etc.
	Tetrahydro- furfuryl alcohol (solvent, plastificator, admixture for fuel, etc)	Dihydropyrane (important raw product for many syntheses)	Pyridine (solvent), Acroleine, tetrahydropyrane, 4-hydroxyvaleral- dehine, pimelic acid, etc.
16% 7%	Furan	Tetrahydrofuran (universal solvent)	for Butadiene extraction, butirolactane, in scents synthesis, plastificator, solvent, etc.
	Furoic Acid (solvent, plastificator) 2-metilfuran (sylvan) (resin and paint solvent)	for synthesis of medical preparations
	Furfurylamine	for photo materials
	Furoin (plastificator)	Furil (insecticide, oxime for Ni, Pd and Re determination)
	Maleic anhydride (component of nackers and paints, catalyst for resin synthesis)	for synthesis of plastics
	Succinic acid	stimulator for plants
	etc

Tabel 3. Aplikasi Furfural di dunia

Saat memproduksi Furfural juga terdapat produk samping yang dihasilkan. Jenis hasil samping tersebut dapat berupa glukosa, asam asetat, atau panas. Jenis hasil samping tersebut tergantung pada kondisi operasi yang digunakan serta cara pemisahan yang dilakukan untuk setiap produk.

Gambar 4. Bagan aplikasi Furfural pada beberapa industri

Furfuril Alkohol ^{8, 13}

Furfuril alkohol yang biasa disebut juga 2-furanmetanol atau 2-furilkarbinol, memiliki rumus molekul 2-C₄H₃O.CH₂OH. Furfuril Alkohol adalah senyawa yang paling banyak digunakan sebagai turunan dari Furfural. Furfuril Alkohol diproduksi dalam skala industri dengan cara hidrogenasi Furfural pada fase cair maupun fase uap pada tekanan rendah. Katalis berbasis tembaga lebih dipakai karena lebih selektif dan tidak mempengaruhi hidrogenasi dari cincin.

Furfuril Alkohol paling banyak digunakan sebagai monomer dalam pembuatan serat Furfuril Alkohol, sebagai pelarut aktif dalam berbagai serat sintetik, dan sebagai bahan baku untuk pembuatan senyawa turunan dari Furfuril Alkohol.

Salah satu senyawa turunan yang dihasilkan dari Furfuril Alkohol adalah Tetrahidrofurfuril Alkohol (2-tetrahidrofuranmetanol), yang diproduksi dengan cara hidrogenasi katalitik Furfuril Alkohol pada fasa uap. Tetrahidrofurfuril Alkohol dipakai sebagai pelarut, pembersih, dan pewarna yang diaplikasikan dalam industri cat, pelapisan (coating), pembersih, dan farmasi.

Furan ^{8, 13}

Furan merupakan contoh lain senyawa yang dapat dihasilkan dengan bahan baku Furfural. Furan yang biasa disebut juga Furfuran atau oxole, memiliki rumus molekul C₄H₄O. Furan diproduksi dengan proses dekarbonilasi Furfural dengan kehadiran katalis logam mulia. Furan dimanfaatkan sebagai bahan kimia pembangun dalam produksi senyawa kimia yang digunakan pada industri farmasi, herbisida, senyawa penstabil (stabilizer), dan sebagai bahan baku dalam pembuatan senyawa turunan dari furan.

Salah satu senyawa yang diproduksi dengan bahan baku Furan adalah Tetrahidrofuran (tetrametilen oksida atau oxolane). Senyawa yang dihasilkan melalui hidrogenasi katalitik dari Furan ini digunakan sebagai pelarut untuk polivinil klorida (PVC), polivinilidene klorida, beberapa serat poliuretan yang diaplikasikan pada proses pelapisan dan perekat.

Tambahan

Gambar 5. Contoh diagram alir pembuatan Furfural – Siklus Batch
(Latvia Patent No. 11032 and No. 11950)

Gambar 6. Contoh diagram alir pembuatan Furfural – Siklus Kontinyu
(From French Patent No. 1/084.554)

Tabel 4. Contoh pabrik di dunia yang memproduksi Furfural

sumber : www.chem-is-try.org