Perpustakaan Digital ITB

Pasar asam levulinat diprediksikan meningkat signifikan dari tahun 2022–2027, menunjukkan CAGR sebesar 14,8%. Demikian pula furfural menunjukkan CAGR sebesar 5,6% (2021– 2031). Produksi asam levulinat dan HMF harus diarahkan dengan memanfaatkan biomassa karena diharapkan mampu mengurangi penggunaan minyak bumi dan dapat memperkuat sumber terbarukan. Biomassa terbesar kedua didunia adalah kitin, yang dapat diperoleh secara melimpah dari produk samping perikanan berupa cangkang, sisik, dan ekseleton yang diperoleh sebagai limbah industri perikanan dan makanan. Salah satu komoditas perikanan terbesar adalah komoditas udang yang diperkirakan mencapai 2 juta ton per tahun pada tahun 2024. Pengolahan udang mampu memberikan sumber kitin yang besar. Penelitian ini merangkum pencapaian terbaru dalam mengubah biomassa kitin dari udang menjadi asam levulinat dan HMF. Limbah cangkang dikonversi menjadi kitin dan kitosan dan masing–masing di hidrolisis menghasilkan asam levulinat dan 5–HMF dengan katalis yang diskrining sebelumnya. Kitin diperoleh dari proses deproteinisasi dan demineralisasi cangkang udang dan kepiting dengan derajat deasetilasi 44,53±0,51% dan 38,61±0,51%. Kitosan dikonversi dari proses deasetilasi kitin udang dan kepiting masing–masing mencapai derajat deasetilasi 80–96% dan 56–62% yang siap direaksikan lebih lanjut. Studi kinetika proses deasetilasi kitin mendapatkan nilai konstanta laju reaksi sekitar 1,00 x 10–3 sampai 7,8 x 10–3 menit–1 dan nilai energi aktivasi 5,39 dan 14,25 kJ mol–1 untuk bahan kepiting dan 10,75 dan 11,37 kJ mol–1 untuk bahan udang, masing–masing dengan ultrasonik maupun tanpa ultrasonik. Parameter termodinamika proses deasetilasi kitin diperoleh ?Go (kJmol–1); ?Ho (kJmol–1); ?So (kJmol–1K–1) masing–masing 0,0219–0,0236; 23,03–23,86; 0,0135–0,0120 adalah untuk bahan kepiting dan 0,0103–0,0176; 28,32–48,39; 0,0514–0,0994 untuk bahan udang. Pemodelan menggunakan pendekatan shrinking core model (SCM) mendapatkan persamaan yang mampu memberikan gambaran bahwa deasetilasi kitin dikontrol oleh difusi dan menghasilkan DD 72,08–87,96% dari simulasi dibandingkan dengan DD 71,95–87,96% dari data eksperimen dalam variasi waktu. Dua katalis terpilih dalam hidrolisis kitin–kitosan adalah asam sulfat untuk menghasilkan asam levulinat dan FeSO4·7H2O menghasilkan yield HMF tertinggi. Rute reaksi dan studi kinetika dipelajari pada rentang suhu 160–200oC dengan waktu 0–75 menit. Rute dan studi kinetika proses hidrolisis kitosan menggunakan katalis asam sulfat mendapatkan rute kitosan ? glukosamin ? glukosa ? HMF? asam levulinate dan asam format, didapatkan laju tercepat adalah tahap HMF menjadi asam levulinat (k6= 0,3331 menit– 1; E6=34,69 kJmol–1), hal ini menunjukkan kemudahan terbentuknya asam levulinat dari HMF. Reaksi samping relatif lambat (k3=0,0356; k5= 0,0011; dan k7= 0,0760 menit–1) dibanding jalur utama, yang berarti efisiensi selektivitas cukup tinggi. Memastikan kontrol suhu dan pH untuk menjaga jalur dominan k? tetap aktif penting untuk meningkatkan produk asam levulinat. Rute dan studi kinetika proses hidrolisis kitosan menggunakan katalis besi (II) sulfat yaitu terdapat rute reaksi dua jalur: jalur 1): kitosan ? glukosamin ? HMF (via k1= 0,0600 menit– 1; E1= 96,03kJmol–1 dan k3= 0,1780 menit–1; E3= 42,46kJmol–1). Jalur 2): kitosan ? glukosamin ? glukosa ? HMF (via k1; k4= 1,1567 menit–1; E4= 33,63 kJmol–1 dan k7= 0,0492menit–1; E7= 98,02kJmol–1). Jalur 2 (k4) jauh lebih cepat dibanding jalur 1 glukosamin langsung ke HMF (k3), karena banyak glukosamin dikonversi menjadi glukosa. Namun, konversi glukosa ke HMF (k7) jauh lebih lambat dibanding jalur langsung dari glukosamin ke HMF (k3), sehingga jalur glukosa relatif tidak efisien untuk produksi HMF. Disamping itu degradasi HMF menjadi asam format (k9= 0,4812) lebih cepat dibanding degradasi menjadi asam levulinat (k8=0,0104), menyebabkan HMF berkurang dari sistem. HMF dapat dimaksimalkan dengan optimalkan jalur k3 dan kurangi laju ke k4. Penghentian reaksi pada waktu yang tepat dan suhu yang tidak terlalu tinggi dapat menahan HMF lebih besar. Studi keekonomian rancangan proses produksi kitosan maupun platform chemical dari kitosan memberikan potensi yang menjanjikan dengan BEP mencapai 188,99%; IRR 14,52%; POT 4 tahun; ROI 11,40% dan NPV mencapai Rp 9.348–11.834 milyar.