Peluang Usaha Bioetanol

peluang usaha

User Rating: / 5
PoorBest 
Peluang Usaha Bioetanol - 4.2 out of 5 based on 5 votes

Pastikan anda Like UKM Kecil di Facebook untuk mendapat update inspirasi terbaru. Silahkan Login untuk merating artikel.

Peluang Usaha Bioetanol

Peluang Usaha Bioetanol

Bioproses dan Teknologi Pembuatan Bioetanol

Bioetanol atau etil alkohol merupakan alkohol yang dibuat dari bahan baku yang memiliki sifat bisa diperbarui. Bioetanol umumnya diproduksi melalui fermentasi dari bahan yang mengandung glukosa atau polimer glukosa (polisakarida). Hampir 93% etanol di dunia adalah bioetanol yang merupakan hasil konversi biomassa secara anaerobik, sedangkan sisanya merupakan etanol yang disintesis secara kimia dari turunan minyak bumi.

 

 

Bioetanol bisa digunakan sebagai agen untuk meningkatkan angka oktan pada bensin sebab angka oktan etanol cukup tinggi (135), sedangkan angka oktan premium yang dijual sebagai bahan bakar hanya 98. Semakin tinggi bilangan oktan, bahan bakar semakin tahan untuk tidak terbakar sendiri hingga menghasilkan kestabilan proses pembakaran untuk memperoleh daya yang lebih stabil. Proses pembakaran dengan daya yang lebih sempurna akan mengurangi emisi gas karbon monoksida. Campuran bioetanol 3% saja, bisa menurunkan emisi karbonmonoksida menjadi hanya 1,35%.

 

Konsumsi bensin di Indonesia pada tahun 2008 mencapai 19,6 juta kilo liter. Fraksi premium yang dihasilkan oleh unit pengolahan minyak bumi di Indonesia tidak cukup memenuhi kebutuhan premium Indonesia. Untuk menanggulangi defisit premium, Indonesia mengimpor kebutuhan premium dari pasar internasional. Kebutuhan premium Indonesia pada tahun 2012 diprediksikan sebesar 41 juta kilo liter. Dengan jumlah unit pengolahan minyak bumi yang tidak bertambah dan bahkan produksi premium yang dihasilkan Indonesia cenderung menurun, maka Indonesia merupakan negara pengimpor premium dalam jumlah besar dan terus membesar setiap tahunnya.

 

Cara Pembuatan Bioetanol

Peluang Usaha Bioetanol dibuat dari konversi biomassa secara fermentasi anaerobik dari bahan yang mengandung gugus glukosa. Proses fermentasi secara umum terbagi menjadi tiga tahap, yaitu pembuatan gula terlarut, fermentasi gula menjadi etanol, serta pemisahan dan pemurnian etanol yang biasanya dilakukan secara distilasi (Badger, 2002).

 

Cara pembuatan bioetanol sudah mengalami perkembangan dan dibedakan menjadi teknologi generasi pertama dan kedua. Perbedaan antara dua generasi tersebut berdasarkan bahan baku untuk membuat bioetanol (McCutcheon, 2007). Bioetanol generasi pertama di buat dari bahan yang mengandung gula atau pati, seperti molase, gula bit, gula tebu, barley, beberapa macam gandum, jagung, kentang, singkong, tebu.

 

Bahan berpati biasanya mengandung amilase dan amilopektin. Amilase merupakan polimer glukosa linier yang tersusun atas unit glukosa yang dihubungkan oleh ikatan a-l,4-glikosidik, sedangkan amilopektin merupakan polimer bercabang yang pada cabangnya dihubungkan dengan ikatan a-1,6. Bahan-bahan berpati yang di pakai untuk memproduksi bioetanol inijuga dimanfaatkan sebagai bahan pangan. Kompetisi bahan baku sebagai bahan pangan dan bahan produksi etanol mendorong usaha penggunaan bahan baku lain di luar rantai makanan manusia. Hasil dari pengembangan tersebut menghasilkan teknologi generasi kedua yang memanfaatkan bahan yang mengandung selulosa atau hemiselulosa.

 

Pembuatan etanol dengan teknologi generasi pertama telah banyak diterapkan di dunia, termasuk di Indonesia. Namun teknologi generasi kedua masih dalam taraf penelitian dan pengembangan pada skala pilot. Walaupun masih pada taraf penelitian, produksi etanol dengan teknologi generasi kedua sangat berpotensi untuk dikembangkan sebab mampu menghasilkan bioetanol dengan perolehan tinggi tanpa berkompetisi dengan pangan.

 

Produksi Bioetanol Teknologi Generasi Pertama

Proses produksi bioetanol yang selama ini telah dikembangkan serta diterapkan secara umum meliputi 2 tahap, yakni proses sakarifikasi dan fermentasi. Proses sakarifikasi bertujuan untuk memecah karbohidrat (seperti gula, selulosa dan hemiselulosa) menjadi monomer-monomer gula.

 

Pada bahan baku molase, gula bit, dan gula tebu yang selama ini telah digunakan secara luas sebagai bahan baku etanol, proses produksi etanol lebih sederhana sebab bahan baku sudah bisa langsung disakarifikasi dengan menambahkan glukoamilase (Caylak dan Sukan, 1998). Namun untuk bahan baku berpati, sebelum proses sakarifikasi mesti melalui proses liquefaksi terlebih dahulu, proses dengan bahan baku berpati ini telah banyak diterapkan secara luas terutama di Brazil dan di Amerika untuk menghasilkan bioetanol, namun di Indonesia masih dilakukan dalam skala rumah tangga. Proses liquefaksi dilakukan karena mikroorganisme fermentasi etanol tidak bisa mengkonversi pati menjadi etanol secara langsung, di butuhkan enzim guna mengkonversi oligosakarida pada pati menjadi maltosa, setelah itu melalui proses sakarifikasi diubah menjadi gula sederhana yang mudah difermentasi.

 

Proses Sakarifikasi

Proses sakarifikasi memiliki tujuan untuk mengkonversi dekstrin yang dihasilkan pada proses liquefaksi hingga menghasilkan mono-atau di-sakarida (Frings, 2007). Proses sakarifikasi dilakukan dengan menambahkan glukoamilase. Pada proses ini terjadi pelepasan a-D-glukosa dari ujung gula non pereduksi 1,4-a-glukan. Reaksi berlangsung pada pH 4-5 dan pada temperatur 50-60 derajat C (Frings, 2006) selama 2 jam (Anonim, 2007).

 

Proses Fermentasi

Proses fermentasi dilakukan pada pH 4-6, pada temperatur 30-35 derajat C (Frings, 2006) dan kondisi fermentasi dijaga anaerobik. Mikroba yang membantu proses fermentasi adalah Saccharomyces cerevisiae atau Zimomonas mobilis. Proses fermentasi bisa menghasilkan etanol hingga kadar 12% sebab diatas kadar tersebut mikroorganisme yang membantu proses fermentasi tidak bisa bekerja lagi.

 

Proses Liquefaksi

Pada tahap liquefaksi terjadi proses gelatinasi untuk memecah pati hingga pati mejadi dekstrin. Proses liquefaksi dilangsungkan pada suhu tinggi yaitu 80-90 derajat C dan pH 5 (Frings, 2006) selama 30 menit (Anonim, 2007), proses pemecahan pati dilakukan dengan menambahkan enzim amilase. Amilase yang ditambahkan dapat terdiri dari dua tipe, yaitu endo-amilase yang akan menyerang ikatan a-1,4 glikosidik pada polimer pati secara acak dan ekso-amilase yang akan menghidrolisa glukosa atau maltosa dari ujung pereduksi polimer pati (Neves, 2006).

Proses Pemisahan dan Pemurnian

Guna memisahkan broth etanol dengan biomassa mikroba dilakukan dengan dekantasi. Sebagian biomassa dikembalikan lagi pada tangki fermentasi untuk melakukan fermentasi selanjutnya. Guna memisahkan etanol dari broth fermentasi bisa dilakukan dengan distilasi secara bertingkat sebab kandungan air pada broth masih tinggi. Distilasi bertingkat bisa menghasilkan etanol dengan kemurnian maksimum 95,6%, sebab pada kemurnian tersebut etanol membentuk azeotrop dengan air sampai tidak bisa dipisahkan lagi dengan pemisahan biasa. Guna memperoleh etanol standar bahan bakar, kemurnian 99%, bisa dilakukan dengan menambahkan entrainer, pemisahan dengan membrane secara evaporasi, ataupun dengan menggunakan molecular sieve (Frings, 2006).

 

Proses Hidrolisis dan Fermentasi

Dalam perjalanan pengembangan proses produksi bioetanol, proses hidrolis (sakarifikasi) dan fermentasi bisa diklasifikasikan menjadi dua proses yang berbeda, yaitu proses Separate-Hydrolysis-Fermentation (SHF) dan Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) (Neves, 2006).

Proses Separate-Hydrolysis-Fermentation

Proses Separate-Hydrolysis-Fermentation (SHF) adalah proses pembuatan etanol dimana tahap hidrolisis dan tahap fermentasi berlangsung terpisah. Bahan baku yang mengandung pati mengalami proses hidrolisis (liquefaksi dan sakarifikasi) secara terpisah dari proses fermentasi. Sesudah proses hidrolisis selesai, dilanjutkan proses fermentasi. Hal ini dimaksudkan untuk memudahkan pengontrolan terhadap tiap tahap, agar tercapai hasil yang diinginkan. Selain itu, interaksi antar dua tahap bisa diminimalkan.

 

Proses SHF ini mempunyai beberapa kelemahan, diantaranya adalah kinerja a-amilase yang tidak optimal akibat terjadinya inihibisi enzim oleh akumulasi gula walaupun kandungan a-amilase dalam system tinggi. Bila a-amilase terinhibisi maka proses liquefaksi akan terhenti walaupun belum semua pati yang tersedia diubah menjadi gula sederhana (Neves, 2006). Inhibisi tersebut pada akhirnya akan mempengaruhi etanol yang dihasilkan.

 

Simultaneous Saccharification and Fermentation

Guna mengatasi kelemahan yang terjadi pada proses SHF, dikembangkanlah proses baru yang disebut dengan proses Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), seperti yang sudah dipatenkan oleh Gulf Oil Company dan University of Arkansas (1979). Proses SSF mempunyai dasar yang sama dengan proses SHF, hanya saja tahap hidrolisis dan tahap fermentasi berlangsung simultan dalam satu tangki. Beberapa saat sesudah ditambahkan a-amilase, pada tangki ditambahkan glukoamilase guna mengkonversi dekstrin yang dihasilkan oleh a-amilase menjadi gula sederhana untuk difermentasi menjadi etanol. Setelah itu pada tangki juga ditambahkan Saccharomyces cerevisiae untuk memfermentasikan gula menjadi etanol, sehingga tidak terjadi akumulasi gula yang akan menyebabkan inhibisi pada a-amilase (Neves, 2006).

 

Keberadaan ragi atau bakteri bersama-sama dengan enzim pada satu tangki reaksi, bisa mengurangi akumulasi gula dalam tangki hingga kinerja a-amilase bisa maksimum dan pati bisa terkonversi semua menjadi gula sederhana dan etanol yang dihasilkan lebih tinggi daripada proses SHF [Neves, 2006].

 

Proses SSF ini beberapa tahun terakhir sudah dimodifikasi dengan menyertakan juga tahap cofermentasi dari substrat gula rangkap. Proses ini di sebut sebagai Simultaneous Saccharijication and coFermentation (SSCF).

 

Sebelum perlakuan hidrolisis oleh enzim, biomassa akan mengalami perlakuan awal (pre-treatment) terlebih dahulu, dengan tujuan untuk mengkondisikan biomassa tersebut dengan sifat enzim. Sesudah mengalami pre-treatment, biomassa lalu mengalami hidrolisis enzimatis. Hasil hidrolisis ini tidak semuanya difermentasi, sebab sebagian akan membentuk residu. Dari hasil fermentasi-lah, etanol dapat terbentuk.

 

Produksi Bioetanol Teknologi Generasi Kedua

Etanol atau campuran bensin-etanol sebagai alternatif pengganti bahan bakar sudah banyak diaplikasikan di sejumlah negara seperti Brazil, USA, dan beberapa negara di Eropa. Bahkan di Amerika, lebih dari 5 juta kendaraan telah menggunakan E85 yang merupakan campuran bioetanol 85% dan premium 15% (Anonim, 2006). Banyaknya biomassa yang dipakai guna menghasilkan bioetanol sebagai biofuel menjadi masalah tersendiri disebabkan biomassa yang berupa gula sederhana (seperti gula, gula tebu, jagung) yang mudah terdegradasi menjadi monomer gula, juga bertindak sebagai sumber bahan pangan baik bagi manusia maupun hewan. Selain itu pengurangan emisi oleh pembakaran bioetanol belum serendah yang diharapkan.

 

Kedua hal diatas memacu berkembangnya alternatif lain sebagai bahan baku bioetanol, yaitu bahan-bahan lignoselulosa (bahan-bahan kayu, serat atau bahkan limbah yang dapat terdegradasi). Bioetanol dengan bahan baku ini disebut sebagai bietanol Generasi Kedua (Second Generation) sebab mencakup jenis bahan baku yang lebih luas.

 

Keuntungan dari bioetanol yang berbahan dasar lignoselulosa, antara lain (Hagerdal et.al, 2006):

  1. Bahan baku lignoselulosa akan mengurangi kemungkinan konflik antara lahan yang dipakai untuk produksi pangan (dan pakan) dan lahan untuk produksi pasokan energi. Harga bahan baku jenis ini lebih murah dibanding bahan baku generasi pertama dan bisa diperoleh dengan jumlah pupuk, pestisida dan energi yang relatif lebih sedikit.
  2. Bioetanol berbahan dasar lignoselulosa menghasilkan emisi gas rumah kaca yang lebih rendah, mengurangi dampak lingkungan terutama perubahan iklim.
  3. Bioetanol ini kemungkinan dapat membuka lapangan pekerjaan di area pedesaan

 

Dengan melihat keuntungan keuntungan tersebut, prospek penelitian mulai menuju ke arah pengembangan bioetanol berbahan dasar lignoselulosa. Penelitian tentang pemanfaatan bahan berselulosa sebagai bahan baku produksi etanol sudah dimulai sejak tahun 1950.

 

Prinsip produksi bioetanol dari bahan berselulosa sama dengan produksi bioetanol dari bahan gula atau bahan berpati, yakni terdiri dari dua tahap. Tahap pertama adalah konversi selulosa menjadi gula dan tahap kedua adalah produksi etanol dari gula hasil konversi. Konversi selulosa menjadi gula dilakukan melalui reaksi hidrolisis. Reaksi hidrolisis bisa dilakukan secara kimia maupun secara enzimatis. Sesudah didapatkan gula sederhana dari proses hidrolisa, fermentasi untuk menghasilkan etanol sama dengan produksi etanol konvensional menggunakan mikroba dan kondisi reaksi yang sudah disebutkan sebelumnya.

 

Hidrolisis secara Kimia dengan Asam

Reaksi hidrolisis secara kimia bisa dilakukan dengan menggunakan asam encer maupun asam pekat. Penggunaan asam encer pada proses hidrolisis dilakukan pada temperatur dan tekanan tinggi dengan waktu reaksi yang singkat (beberapa menit). Temperatur yang dibutuhkan adalah mencapai 200 derajat C. Asam encer yang digunakan adalah 0,2-4% berat (Nguyen and Tucker, 2002). Penggunaan asam encer untung menghidrolisis selulosa biasa mampu mencapai konversi reaksi sampai 50% (Badger, 2002). Konversi yang rendah ini disebabkan oleh degradasi gula hasil hidrolisis yang terbentuk karena temperatur reaksi yang digunakan tinggi. Proses hidrolisis menggunakan asam encer terdiri dari dua tahap. Tahap pertama adalah konversi bahan berselulosa menjadi gula sederhana dan tahap kedua adalah degradasi gula sederhana yang terbentuk menjadi struktur kimia yang lain. Degradasi gula tersebut tidak hanya menurunkan konversi reaksi, namun juga bisa meracuni mikroorganisme pada saat reaksi fermentasi pada pembentukan etanol.

 

Selain asam encer, proses hidrolisis juga bisa dilakukan dengan menggunakan asam pekat. Penggunaan asam pekat pada proses hidrolisis selulosa dilakukan pada temperatur yang lebih rendah daripada asam encer. Konsentrasi asam yang digunakan adalah 10-30% (Zimbardi et.al). Sumber asam yang biasa digunakan adalah asam sulfat. Temperatur reaksi adalah 100 derajat C dan membutuhkan waktu reaksi antara 2 dan 6 jam. Temperatur yang lebih rendah meminimalisasi degradasi gula. Keuntungan dari penggunaan asam pekat ini adalah konversi gula yang dihasilkan tinggi, yakni dapat mencapai konversi 90% (Badger, 2002). Kekurangan reaksi ini adalah waktu reaksi yang dibutuhkan lebih lama dan membutuhkan proses pencucian yang baik untuk mencapai pH reaksi sebelum ditambahkan mikroba pada proses fermentasi pembentukan etanol.

 

Hidrolisis secara Enzimatis

Metode lain yang dipakai untuk menghidrolisis selulosa adalah secara enzimatis. Enzim merupakan protein alam yang dapat mengkatalisis reaksi tertentu. Agar bisa bekerja, enzim harus kontak langsung dengan substrat yang akan dihidrolisa. Sebab selulosa secara alami terikat oleh lignin yang bersifat permeabel terhadap air sebagai pembawa enzim, maka untuk proses hidrolisis secara enzimatik membutuhkan pretreatmen sehingga enzim bisa berkontak langsung dengan selulosa. Pretreatmen dilakukan untuk memecah struktur kristalin selulosa dan memisahkan lignin sehingga selulosa bisa terpisah. Pretreatmen bisa dilakukan secara kimia maupun fisik. Metode fisik yang bisa dilakukan adalah dengan menggunakan temperatur dan tekanan tinggi, penggilingan, radiasi, atau pendinginan, kesemuanya membutuhkan energy yang tinggi. Sedangkan metode pretreatmen secara kimia menggunakan solven untuk memecah dan melarutkan lignin (metode deligniflkasi) (Badger, 2002).

 

Hidrolisis secara enzimatik memanfaatkan enzim penghidrolisis selulosa, yaitu selulase atau bisa juga langsung menggunakan mikroba penghasil selulase, misalnya Trichodermareesei. Keuntungan hidrolisis secara enzimatik adalah efisisensi reaksi tinggi karena enzim bersifat selektif sehingga pembentukan produk samping bisa diminimalisasi, kondisi reaksi temperatur dan tekanan tidak tinggi, bahkan dilakukan dilakukan pada temperatur ruang dan tekanan atmosfer hingga tidak memerlukan peralatan khusus untuk reaksi. Sedangkan kekurangan proses hidrolisis secara enzimatik adalah waktu reaksi yang dibutuhkan lebih lama, dapat mencapai 72 jam.

 

Cina mengembangkan gabungan hidrolisis secara kimia dan enzimatis pada produksi etanol berbasis selulosa di Shanghai (Zhenhong, 2006).

 

Penulis merupakan peneliti pada Pusat Penelitian Kimia – LIPI. Berita Iptek, LIPI. Dirangkum tanpa merubah aslinya. Peluang Usaha Bioetanol

Silahkan di share atau like ke social media di bawah ini supaya lebih banyak lagi yang mendapat manfaat. Copy artikel harus memberikan live link ke sumber artikel

Akses ditolak!
Silahkan Login atau Register Untuk berkomentar!