BAB II bioetanol .docx

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Dasar Teori Ethanol Ethanol atau etil alkohol (lebih dikenal sebagai “alkohol”, dengan rumus kimia C 2H5OH)

adalah cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah terbakar, larut dalam air,biodegradable, tidak karsinogenik, dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan dampak lingkungan yang signifikan. Produksi bioethanol dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa). Sumber bioetanol dapat berupa singkong, ubi jalar, tebu, jagung, sorgum biji, sorgum manis, sagu, aren, nipah, lontar, kelapa dan padi. Bioethanol diproduksi dari biomassa dengan proses hidrolisis dan fermentasi gula. Biomassa mengandung polimer karbohidrat berupa cellulose, hemicellulose, dan lignin. Biomassa diolah menggunakan asam dan enzim sehingga menghasilkan gula. Cellulose dan hemi-cellulose terhidrolisa menjadi sukrosa, kemudian difermentasi menjadi ethanol. Fermentasi gula menjadi ethanol dilakukan dengan menambah ragi (yeast). Ragi mengandung enzim invertase, yang bertindak sebagai katalis untuk mengubah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa (C 6H12O6). Fruktosa dan glukosa kemudian bereaksi dengan enzim zymase yang mengubah fruktosa dan glukosa menjadi ethanol dan karbondioksida. o

Proses fermentasi berlangsung selama 3 hari dan berlangsung pada temperature 250 -300 C. Ethanol yang dihasilkan dari proses fermentasi kemudian dipisahkan dari air menggunakan proses distilasi. Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu hidrolisa asam dan hidrolisa enzym. Berdasarkan kedua jenis hidrolisa tersebut.Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) dilakukan dengan penambahan air dan enzyme, kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bioethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi berikut ini : (C6H10O5)n + H2O  nC6H12O6 (pati)

(glukosa)

I-1

Bioetanol C6H12O6  2 C2H5OH + 2 CO 2 (glukosa)

(ethanol)

(Indyah N, 2005) Substrat yang dapat difermentasikan menjadi alkohol : 1. Bahan bergula (sugary materials) Material yang di dalamnya terdapat karbohidrat (bahan yang sebenarnya dari mana alkohol dibuat) dalam bentuk sederhana, enam dan dua belas molekul gula karbon seperti glukosa, fruktosa, dan maltosa yang dapat langsung difermentasikan.tebu dan sisa produknya (molase, bagase), gula bit, tapioca, kentang manis, sorghum manis, dll. Molasses tebu digunakan besar-besarandi beberapa negara untuk memproduksi alkohol. 2. Bahan-bahan berpati (starchy materials) Mengandung karbohidrat yang lebih kompleks seperti pati dan inulin. Seperti tapioka,maizena, barley, gandum, padi, dan kentang. Jagung dan ubi kayu adalah dua kelompok substrat yang menarik perhatian, 11.7 kg tepung jagung dapat dikonversi menjadi 7 liter ethanol. 3. Bahan-bahan lignoselulosa (lignosellulosic material) : sumber selulosa dan lignoselulosa berasal dari limbah pertanian dan kayu. Akan tetapi, hasil ethanol dari lignoselulosa sedikit karena kekurangan teknologi untuk mengkonversi pentosa menjadi ethanol. 409 liter ethanol dapat diproduksi dari 1 ton lignoselulosa. Secara singkat teknologi proses produksi ethanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu gelatinasi, sakharifikasi, dan fermentasi. (Luthfia H.A,Indriyas Dwi C, 2008) Sifat Fisik dan Kimia Etanol

Tabel II.1 Sifat Fisik dan Kimia Etanol Properti

Nilai

Berat Molekul

46,1

Titik beku (oC)

-114,1

Titik didih normal (ºC)

78,32

Densitas (g/ml)

0,7983

Viskositas pada 20ºC (Cp)

1,17

LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATI PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA FTI - ITS

II-2

Bioetanol Properti

Nilai

Panas penguapan normal (J/kg)

839,31

Panas pembakaran pada 25ºC (J/kg)

29676,6

Panas jenis pada 25ºC (J/kg)

2,42

Nilai oktan (penelitian)

*

106-111

Sumber : Kirk-Orthmer, Enyclopedia of Chemical Technolgy, vol 9, 1967 )

*

American Petroleum Institute

( http://zuuhandri.blogspot.com/2012/03/pengaruh-massa-ragi-dan-lama-fermentasi.html )

Sifat fisik

Bioetanol adalah etanol (C2H5OH) yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen pati atau selulosa, seperti singkong, talas dan tetes tebu. Etanol bentuknya berupa cairan 0

yang tidak berwarna dan mempunyai bau yang khas. Berat jenis pada 15 C adalah 0,7937 0

dan titik didihnya 78,32 C pada tekanan 76 mmHg. Sifatnya yang lain adalah larut dalam air dan eter, serta mempunyai panas pembakaran 328 kkal.

Sifat kimia - Dapat mengalami reaksi asam-basa

Gugus hidroksil etanol membuat molekul ini sedikit basa. Ia hampir netral dalam air, dengan pH 100% etanol adalah 7,33, berbanding dengan pH air murni yang sebesar 7,00. Etanol dapat diubah menjadi konjugat basanya, ion etoksida (CH3CH2O−), dengan

mereaksikannya dengan logam alkali seperti natrium: 2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2 ataupun dengan basa kuat seperti natrium hidrida: CH3CH2OH + NaH → CH 3CH2ONa + H2 Reaksi seperti ini tidak dapat dilakukan dalam larutan akuatik, karena air lebih asam daripada etanol, sehingga pembentukan hidroksida lebih difavoritkan daripada pembentuk etoksida. - Dapat mengalami reaksi Esterifikasi Pada kondisi di bawah katalis asam, etanol bereaksi dengan asam karboksilat dan menghasilkan senyawa etil eter dan air: RCOOH + HOCH 2CH3 → RCOOCH2CH3 + H2O.


II-3

Bioetanol Agar reaksi ini menghasilkan rendemen yang cukup tinggi, air perlu dipisahkan dari campuran reaksi seketika ia terbentuk. Etanol juga dapat membentuk senyawa ester dengan asam anorganik. Dietil sulfat dan trietil fosfat dihasilkan dengan mereaksikan etanol dengan asam sulfat dan asam fosfat. Senyawa yang dihasilkan oleh reaksi ini sangat berguna sebagai agen etilasi dalam sintesis organik. Ethanol dapat bereaksi dengan asam anhidrida atau asam halid untuk menghasilkan ester. C2H5OH + (RCO) 2



RCOOCH2CH3 + RCOOH

- Dapat mengalami reaksi Dehidrasi Asam kuat yang sangat higroskopis seperti asam sulfat akan menyebabkan dehidrasi etanol dan menghasilkan etilena maupun dietil eter: 2 CH3CH2OH → CH3CH2OCH2CH3 + H2O (pada 120'C) CH3CH2OH → H2C=CH2 + H2O (pada 180'C) Ethanol dapat didehidrasi untuk membentuk ethylene atau ethyl ester. CH3CH2OH 2 CH3CH2OH





CH2 = CH2 + H2O

CH3CH2OCH2CH3 + H2O

- Dapat mengalami reaksi halogenasi Etanol bereaksi dengan hidrogen halida dan menghasilkan etil halida seperti etil klorida dan etil bromida: CH3CH2OH + HCl → CH 3CCl + H2O Reaksi dengan HCl memerlukan katalis seperti seng klorida.Hidrogen klorida dengan keberadaan seng klorida dikenal sebagai reagen Lucas. CH3CH2OH + HBr → CH 3CH2Br + H2O Reaksi dengan HBr memerlukan proses refluks dengan katalis asam sulfat. Etil halida juga dapat dihasilkan dengan mereaksikan alkohol dengan agen halogenasi yang khusus, seperti tionil klorida untuk pembuatan etil klorida, ataupun fosforus tribromida untuk pembuatan etil bromida. CH3CH2OH + SOCl2 → CH3CH2Cl + SO2 + HCl (http://id.wikipedia.org/wiki/Etanol#Sifat-sifat_fisika)

Kegunaan Bioetanol

a. Minuman "Alkohol" yang terdapat dalam minuman beralkohol adalah etanol. Spirit (minuman


II-4

Bioetanol keras) bermetil yang diproduksi dalam skala industry. Etanol biasanya dijual sebagai spirit (minuman keras) bermetil yang diproduksi dalam skala industri yang sebenarnya merupakan sebuah etanol yang telah ditambahkan sedikit metanol dan kemungkinan beberapa zat warna. Metanol beracun, sehingga spirit bermetil dalam skala industri tidak cocok untuk diminum. Penjualan dalam bentuk spirit dapat menghindari pajak tinggi yang dikenakan untuk minuman beralkohol (khususnya di Inggris). b. Sebagai bahan bakar Etanol dapat dibakar untuk menghasilkan karbon dioksida dan air serta bisa digunakan sebagai bahan bakar baik sendiri maupun dicampur dengan petrol (bensin). "Gasohol" adalah sebuah petrol / campuran etanol yang mengandung sekitar 10 – 20% etanol. Karena etanol bisa dihasilkan melalui fermentasi, maka alkohol bisa menjadi sebuah cara yang bermanfaat bagi negara-negara yang tidak memiliki industri minyak untuk mengurangi import petrol me reka. c. Sebagai pelarut Etanol banyak digunakan sebagai sebuah pelarut. Etanol relatif aman, dan bisa digunakan untuk melarutkan berbagai senyawa organik yang tidak dapat larut dalam air. Sebagai contoh, etanol digunakan pada berbagai parfum dan kosmetik. (http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/sifat_senyawa_organik/alkohol1/kegunaan_alkohol/)

Keunggulan dan Kelemahan Bioetanol

Beberapa keunggulan yang dapat diperoleh dari bioethanol adalah sebagai berikut: 1. Nilai oktan yang tinggi menyebabkan campuran bahan bakar terbakar tepat pada waktunya sehingga tidak menyebabkan fenomena

knocking

2. Emisi gas buang tidak begitu berbahaya bagi lingkungan salah satunya gas CO2 yang dapat dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan untuk proses fotosintesa serta emisi NO yang rendah 3. Efisiensi tinggi dibanding bensin Selain memiliki keunggulan yang begitu banyak bioethanol ini pun terdapat kelemahan, kelemahan-kelemahan tersebut diantaranya: 1. Memerlukan modifikasi mesin jika ingin menggunakan bioethanol murni pada kendaraan 2. Bisa terjadi kemungkinan ethanol mengeluarkan emisi polutan beracun.


II-5

Bioetanol kelebihan bioetanol dibanding minyak tanah adalah api berwarna biru sehingga tidak menghanguskan alat masak. Bahan bakar dari bioetanol juga tidak berbau dan mudah dipadamkan dengan air. ( http://tombomumet.wordpress.com/2011/03/29/keunggulan-dan-kelemahan-bioethanol/)

Kelapa

Di Indonesia, kelapa merupakan tanaman yang cukup terkenal. Pada umumnya kelapa yang dihasilkan di Indonesia sebagian besar diolah menjadi kopra atau di proses sebagai bahan baku pembuatan minyak. Namun sampai saat ini daerah asal tanaman kelapa belum dapat dipastikan. Kelapa dapat hidup ditanah yang tandus dengan curah hujan yang rendah serta membutuhkan iklim yang panas. Daerah penghasil kelapa yang besar, seperti Filipina, India, Indonesia, Malaysia, dan daratan pasifik dengan batas 1000 mil dari ekuator. Daerah bermusim panas dan dingin kurang cocok untuk pertumbuhan kelapa. Tanaman kelapa membutuhkan lingkungan hidup yang sesuai untuk pertumbuhan dan produksinya. Faktor lingkungan itu adalah sinar matahari, temperatur, curah hujan, kelembapan, dan tanah. (Palungkun 1992)

Air Kelapa

Buah kelapa yang normal terdiri dari beberapa bagian, yaitu kulit luar (epikarium), sabut (mesokarpium), tempurung (endokarpium), kulit daging (testa), daging buah (endosperm), lembaga, dan air kelapa. Buah kelapa yang terlalu muda belum memiliki daging buah. Yang ada hanya air yang disebut air degan (bahasa jawa). Air kelapa muda ini rasanya manis, mengandung mineral 4 %, gula 2%, abu, dan air. Bila buah makin tua, maka airnya makin kurang manis. Air kelapa dari buah muda merupakan hasil sampingan pada pembuatan kopra masih terbatas pemanfaatannya, sering kali air kelapa ini dibuang begitu saja baik ke sungai atau ke parit pembuangan. Sebagai akibat dari pembuangan ini adalah timbulnya pencemaran lingkungan yang ditandai denga terbentuknya endapan yang berwarna hitam dan berbau tajam dan tidak sedap. Apabila air kelapa dalam jumlah yang besar masuk ke sawah, dapat mengakibatkan pertumbuhan tidak normal pada padi, yaitu tumbuh tinggi tetapi bulirnya sedikit (Suhardiyono, 1995 & Palungkun, 1996)


II-6

Bioetanol Komposisi gizi air kelapa muda sangat bervariasi, tergantung kepada varietas kelapa dan umur buah. Air Kelapa mengandung gula, mineral, asam amino dan vitamin dalam komposisi yang seimbang (baca komposisi lengkap air kelapa). Jenis gula yang terkandung pada air kelapa adalah glukosa, fruktosa, dan sukrosa. Beberapa jenis kelapa ada yang memiliki kadar gula sebesar 3 persen pada air kelapa tua dan 5,1 persen pada air kelapa muda. Itulah yang menyebabkan air kelapa muda berasa lebih manis daripada air kelapa tua. Asam amino yang banyak terkandung pada air kelapa adalah asam glutamat, arginin, leusin, lisin, prolin, asam aspartat, alanin, histidin, fenilalanin, serin, sistin, dan tirosin. Vitamin yang banyak terkandung pada air kelapa adalah vitamin C, asam nikotinat, asam pantotenat, biotin, riboflavin, dan asam folat. Jenis mineral terbanyak yang terdapat pada air kelapa adalah potasium (kalium). Mineral lain yang terdapat dalam jumlah cukup banyak kalsium, magnesium, dan klorida, sedangkan dalam jumlah sangat sedikit adalah sodium (natrium). ( http://medis-update.blogspot.com/2011/04/komposisi-khasiat-dan-manfaat-air.html) Perbandingan komposisi kimia air kelapa tua dan air kelapa muda dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel II.2 Komposisi Kimia air buah Kelapa Sumber air (dalam 100 gram)

Air Kelapa Muda

Air Kelapa Tua

Kalori

17,0 kal

-

Protein

0,2 gram

0,14

Lemak

1,0 gram

1,50

Karbohidrat

3,8 gram

4,60

Kalsium

15,0 gram

-

Fosfor

8,0 gram

0,50

Besi

0,2 mg

-

Aktivitas Vitamin A

0,01 IU

-

Asam Askorbat

1,0 mg

-

Air

95,5 gram

91,5

Bagian yang dapat dimakan

100 gram

-

Jumlah air kelapa dari jenis kelapa dalam lebih banyak daripada jenis hibrida. Air dari jenis kelapa dalam rata-rata 300 cc, sedangkan jenis hibrida rata-rata 230 cc. Dan berat jenis air


II-7

Bioetanol kelapa umumnya sekitar 1,02 dengan pH sekitar 5,6. Penggunaan air kelapa dapat multifungsi. Selain dapat difermentasikan sebagai minuman beralkohol, air kelapa juga dapat menghasilkan nata de coco, sirup kelapa, dan juga kecap. (Pratiwi, 2011)

Bioetanol dari Air Kelapa Fermentasi

Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktivitas mikroba penyebab fermentasi pada substrat organik yang sesuai. Terjadinya fermentasi ini menyebabkan perubahan sifat pangan, sebagai akibat dari pemecahan kandungan bahan pangan tersebut. Hasil-hasil fermentasi terutama tergantung pada jenis bahan pangan (substrat), jenis mikroba dan kondisi sekelilingnya yang mempengaruhi pertumbuhan dan metaboisme mikroba tersebut (Winarno, dkk,1997). Tujuan fermentasi (sintesa) ini adalah memproduksi produk seoptimal mungkin, berupa biomassa sel atau metabolit. Proses ini di lakukan dalam fermentor yang berisi medium dengan kandungan gizi yang cukup dan kondisi medium misalnya suhu, pH, nutrient, medium dan homogenitas yang optimal. Proses fermentasi itu digunakan untuk menghasilkan produk tertentu dengan bakteri yang spesifik yaitu fermentasi yang menghasilkan sel, enzim, pelarut, dan fermentasi yang menghasilkan suatu produk. (Aziz, 1990). Fermentasi dapat berhasil dengan baik dengan menggunakan media yang mengandung nutrisi untuk pertumbuhan bakteri, disamping itu nutrient seperti karbohidrat sangat dibutuhkan untuk mengaktivasi bakteri yang digunakan untuk menghasilkan suatu produk yang diharapkan. Walaupun media dan nutrien sudah terpenuhi tetapi temperatur dan pH juga sangat mempengaruhi pertumbuhan bakteri. Dalam hal ini bakteri Acetobacter xylinum mempunyai suhu optimum 26 – 28 0C, jika suhu selama fermentasi berlangsung dibawah atau diatas kisaran diatas bakteri tidak akan tumbuh sempurna sehingga tidak dapat mensintesis selulosa dengan sempurna. Hal yang sama juga berlaku pada suasana pH. Disini pH Acetobacter xylinum adalah sekitar 3 – 4 . ( Azis, 1990)

Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol merupakan kurangnya oksigen dalam tubuh, maka proses pembongkaran zat dilakukan dengan cara anaerob. Sebagian besar dari energi yang terkadung di dalam glukosa masih terdapat di d alam etanol (ini adalah alasan etanol sering


II-8

Bioetanol dipakai sebagai bahan bakar mesin). Proses fermentasi alkohol sangat berbahaya. Ragi meracuni diri sendiri jika konsentrasi etanol mencapai kira-kira 19 %. Hal ini menjelaskan kadar maksimum alkohol minuman hasil fermentasi seperti anggur, untuk membuat minuman dengan kadar alkohol yang lebih tinggi. Alkohol yang dihasilkan dari proses fermentasi hasilnya masih rendah kadarnya (dibawah 12%) sehingga diproses destilasi secara bertahap supaya menghasilkan kadar alkohol 96%. (Pratiwi, 2011)

Mikroba Fermentasi

Dalam fermentasi alkohol digunakan ragi (yeast) dari jenis Eumycetes spesies Saccharomyces yang dapat hidup, baik dalam kondisi lingkungan cukup oksigen maupun kurang oksigen. Organisme yang demikian disebut aerob fakultatif. Dalam keadaan cukup oksigen, Saccharomyces akan melakukan respirasi biasa. Akan tetapi, jika dalam keadaan lingkungan kurang oksigen Saccharomyces akan melakukan fermentasi. Saccharomyces cereviseae (tumbuh sempurna pada suhu ± 300C dan pH 4,8 untuk mengubah glukosa menjadi alkohol + CO2. Dalam keadaan anaerob, asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis akan diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol. Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikuti pula dengan perubahan NADH menjadi NAD+. Dengan terbentuknya NAD+, peristiwa glikolisis dapat terjadi lagi. Dalam fermentasi alkohol ini, dari satu mol glukosa hanya dapat dihasilkan 2 molekul ATP. Fermentasi alkohol, secara sederhana, berlangsung sebagai berikut.

C6H12O6 Alkohol



2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP Etanol

Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu pemborosan. Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih terdapat di dalam etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar mesin. Reaksi ini, seperti fermentasi asam laktat, juga berbahaya. Ragi dapat meracuni dirinya sendiri jika konsentrasi etanol mencapai 13%. Produk beralkohol sangatlah beragam mulai dari pangan hingga energi. Produk pangan yang paling lama dikenal adalah wine dan bir. Mikroorganisme yang


II-9

Bioetanol terlibat terutama adalah khamir dari genus Saccharomyces sp. Saccharomyces yang paling banyak digunakan adalah S. cerevisiae dan S. carlbergensis. Ragi ini akan mengubah gula pada substrat menjadi alkohol pada kondisi anaerob. Jika khamir ini ditumbuhkan pada suasana aerob maka akan dihasilkan sel lebih banyak daripada metabolitnya dan ini dimanfaatkan untuk produksi ragi roti. Di dalam cairan tebu hanya glukosa jenis sukrosa yg bisa dikristalkan menjadi gula pasir. Sedangkan glukosa lain meskipun manis rasanya tetapi tidak bisa dikristalkan disebut gula reduksi/gula pecah . Disamping alkohol jenis etanol terkandung pula sebagian kecil alkohol jenis metanol. Metanol ini sangat beracun bagi manusia. Untuk indikasi biar tidak diminum, ditambahkan CuSO4 sehingga berwarna biru, yang dipasaran kita kenal dengan nama spritus.Syarat-syarat ragi yang baik yaitu cepat berkembang biak, tahan terhadap alkohol kadar tinggi, tahan terhadap suhu tinggi, dan cepat beradaptasi terhadap media fermentasi. (Pratiwi, 2011)

Faktor Lingkungan Yang Memengaruhi Fermentasi

Pada kondisi di alam, pengaruh faktor-faktor lingkungan tidak dapat dipisahkan satu dengan lainnya, tetapi berpengaruh secara simultan saling mempengaruhi. Interaksi ini berlangsung secara dinamis dan berubah berdasarkan tempat dan waktu. Interaksi antara suhu, aktivitas air, pH, garam, gula, dan adanya bahan pengawet sering dipelajari dalam upaya menghambat pertumbuhan khamir pada makanan atau digunakan untuk mengoptimalkan pemanfaatan ragi dalam produksi alkohol. 1. Nutrisi (Zat gizi) 

Unsur C : pada karbohidrat



Unsur N : dengan penambahan pupuk N, ZA, Urea, Amonia dsb



Unsur P : penambahan pupuk fosfat dari NPK,TSP DSP dll



Mineral-mineral



Vitamin-vitamin

2. Keasaman (pH) Untuk fermentasi alkoholis dibutuhkan pH sebesar 4,8 –5,0. Kalau substrat bersifat asam ditambahkan NaCO3, sedangkan jika substrat bersifat basa ditambahkan H2SO4.


II-10

Bioetanol 3. Temperatur Temperatur optimum untuk perkembangbiakan adalah 28 –30oC. Pada waktu fermentasi terjadi kenaikan panas, karena bersifat eksoterm. Untuk mencegah agar suhu tidak naik, perlu pendinginan. 4. Udara Fermentasi berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Udara dibutuhkan pada proses pembibitan, untuk pengembangbiakan ragi sel. (Pratiwi, 2011)

Proses Pembuatan Etanol dari Bahan Padat

Proses pembuatan bioetanol dari bahan padat terdiri dari 5 tahapan proses yaitu : 1. Persiapan bahan baku Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya. Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah dikupas dan dibersihkan dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik. 2. Liquifikasi dan Sakarifikasi Kandungan karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula komplex (dextrin). Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup. Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut :


II-11

Bioetanol 

Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase bekerja.



Pengaturan pH optimum enzim.



Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang dihasilkan).

3. Fermentasi Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27 s/d 32 derajat celcius selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara anaerob). Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak terkontaminasi

oleh

mikroba

lainnya.

Dengan

kata

lain,dari

persiapan

baku,liquifikasi,sakarifikasi,hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan. Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2. Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10 % ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi itu sendiri dan mematikan aktifitasnya. 4. Distilasi Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 100 derajat celcius. Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara : a. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional). Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20 s/d 30 %.


II-12

Bioetanol b. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat). Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai 60-90 % melalui 2 (dua) tahapan penyulingan. 5. Dehidrasi Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau disebut ethanol kering. Untuk pemurnian ethanol 95 % diperlukan proses dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain : 1.

Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping

2.

Cara

Fisika

ditempuh

melalui

proses

penyerapan

menggunakan

Zeolit

%

dapat

Sintetis. Hasil

dehidrasi

berupa

ethanol

berkadar

99,6-99,8

sehingga

dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak digunakan sebagai bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses pemurnian ini disebut Dehidrator.

(http://www.indobioethanol.com)

Proses Pembuatan Etanol dari Bahan Cair

Proses pembuatan bioetanol dari bahan baku cair terdiri dari 3 tahapan proses yaitu : 1. Persiapan Bahan Baku Bahan baku dari bahan cair relative mudah diperoleh. Seperti tetes atau molasses dapat diperoleh dari pabrik gula. 2. Proses pembuatan Stater dan Fermentasi Proses pembuatan stater : a. Air kelapa disaring dan kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer sebanyak 400 mL. b. Selanjutnya, air kelapa dididihkan, lalu didinginkan hingga pada suhu kamar. c. Bahan ragi roti (Saccharomyces cereviciae) diinokulasikan sebanyak 20 gram ke dalam substrat tersebut. d. Selanjutnya, diinkubasi selama ± 24 jam. 3. Proses fermentasi Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai


II-13

Bioetanol respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. o

Proses fermntasi dijaga pada suhu ruangan (26-28 C) 4. Proses Distilasi Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 100 derajat celcius. Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara : c. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional). Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20 s/d 30 %. d. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat). Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai 60-90 % melalui 2 (dua) tahapan penyulingan. (http://www.indobioethanol.com)


II-14

Bioetanol II.2 Aplikasi Industri

POTENSI NIRA KELAPA SEBAGAI BAHAN BAKU BIOETANOL

Penggunaan energi untuk berbagai keperluan seperti untuk industri, transportasi dan rumah tangga di hampir semua negara sepenuhnya bergantung pada bahan bakar fosil khususnya minyak bumi . Eksploitasi minyak sebagai bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui terus menerus dapat menyebabkan persediaan bahan bakar fosil semakin langka. Perkembangan kebutuhan energi dunia yang semakin meningkat dan keterbatasan energi fosil menyebabkan perhatian saat ini ditujukan untuk mencari sumber-sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan seperti energi surya, energy hidro, energi geotermal, dan energi biomassa . Isu global tentang perubahan iklim juga mendorong penggunaan energi biomasa sebagai pengganti bahan bakar atau sebagai bahan aditif.Biomassa merupakan sumber energi terbarukan yang mempunyai potensi tinggi. Menurut Gubitz (1999), di negara Brasil dan Jepang biomassa telah berhasil dikonversi secara efisien menjadi bioetanol, yang sangat potensial sebagai campuran bahan bakar bensin. Bioetanol adalah cairan biokimia hasil proses Metode Penelitian

Bahan dan Alat Penelitian : Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah: tuak hasil fermentasi nira kelapa selama ± 2 hari. Sedangkan peralatan yang digunakan adalah: alat destilator (steroglass rotary evaporator) merk Strike 202, alkoholmeter merk Alkoholmeter Nach Ricter&Tralles, gelas ukur 100 ml dan 500 ml merk IWAKI Pyrex, Gas Chromatography merk Varian type G.C.3300, timbangan digital merk Sartorius cp 3235, dan piknometer merk IWAKI Pyrex cap approx 25 ml. Pelaksanaan Penelitian

Penelitian dilakukan dalam tiga tahap. Tahap pertama adalah proses fermentasi selama 2 hari, agar nira kelapa mengalami fermentasi sempurna. Proses fermentasi dilakukan pada suhu ruang (26-280C). Tahap kedua adalah proses destilasi yang dilakukan pada suhu 780C, sampai volume hasil destilasi sebanyak 75% dari volume awal. Proses destilasi dilakukan berulang-ulang sampai diperoleh bioetanol dengan kadar alkohol e” 90% dan kadar etanol e”94%. Tahap ketiga adalah penentuan kualitas bioetanol yang dihasilkan.


II-15

Bioetanol Parameter kualitas bioetanol yang diamati meliputi kadar etanol, densitas, specific gravity, API Gravity, dan nilai kalor. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh pada penelitian ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Frekuensi destilasi yang dihasilkan dari nira kelapa untuk mendapatkan kadar etanol sesuai SNI bioetanol sebesar e”94% adalah sebanyak 14 kali. Bioetanol nira kelapa mempunyai potensi cukup tinggi untuk dikembangkan karena kualitas bioetanol yang dihasilkan sesuai dengan standar SNI dan nilai kalornya lebih besar dari nilai kalor bahan bakar cair pada umumnya.


II-16

BAB II bioetanol .docx

Recommend Documents