Full Paper

ITS EXPO PAPER COMPETITION 2016

JUDUL KARYA TULIS: “SAFERO (Straw Saccharification and Fermentation Project) untuk Mengurangi Konsumsi Bahan Bakar Fosil Indonesia 2026”

Disusun Oleh : Alfian Muhammad R 2316105009 Angkatan Angkatan 2016 Muhammad Bayu P 2316105008 Angkatan 2016 Angga Bahrul Alam 2314030031 Angkatan 2014

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2016

v

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan Rahmat dan Karunia - Nya sehingga penyusunan karya tulis ilmiah yang berjudul ” SAFERO (Straw Saccharification and Fermentation Project) untuk Mengurangi Konsumsi Bahan Bakar Fosil Indone sia 2026” dapat diselesaikan selesai.

Dalam penyusunan karya tulis ilmiah ini penulis banyak mendapat bimbingan dan petunjuk dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak/Ibu/Saudara: 1. Prof. Dr. Ir Soeprijanto M.Sc selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran dan ketekunan memberikan dorongan, perhatian, bimbingan, pengarahan, serta saran dalam pembuatan karya tulis ilmiah ini mulai dari awal sampai akhir. 2. Dr. Juwari ST. M.Eng selaku ketua jurusan Teknik Kimia Faklutas Teknologi Industri ITS. 3. Bapak, ibu dan seluruh keluarga atas cinta, dukungan dan doa yang selalu diberikan sehingga karya tulis ilmiah ini selesai pada waktunya. 4. Rekan-rekan dan semua pihak yang telah banyak membantu dalam pensyusunan . Penulis menyadari dalam penyusunan karya tulis ilmiah ini masih belum sempurna, maka saran dan kritik yang konstruktif sangat penulis harapkan demi perbaikan karya tulis ilmiah selanjutnya. Akhirnya penulis berharap se moga karya tulis ilmiah ini bermanfaat.

Surabaya, Oktober 2016

Tim Penulis

SAFERO (Straw Saccharification and Fermentation Project)

i

v

DAFTAR ISI

Kata Pengantar .................................................................................................. i Lembar Pengesahan .......................................................................................... ii Lembar Pernyataan ............................................................................................. iii Daftar Isi ............................................................................................................. iv Daftar Gambar .................................................................................................... v Daftar Tabel ...................................................................................................... vi Ringkasan ........................................................................................................ vii BAB 1 PENDAHULUAN .............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah ...................................................................... 2 1.3 Tujuan ........................................................................................... 2 1.4 Manfaat ......................................................................................... 3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 4 2.1 Bioetanol ....................................................................................... 4 2.2 Ketersediaan Bahan Baku ............................................................. 4 2.3 Kebutuhan Aspek Pasar ................................................................. 5 2.4 Kapasitas dan Lokasi Pabrik ......................................................... 6 2.5 Deskripsi Proses ........................................................................... 8 BAB 3 METODOLOGI PENULISAN ......................................................... 12 3.1 Melakukan Observasi dan Mendata Masalah ............................. 12 3.2 Menetapkan Masalah yang Dituju .............................................. 12 3.3 Mengerucutkan atau Menspesifikkan Masalah .......................... 12 3.4 Mendata Gagasan yang Memungkinkan Untuk Diaplikasikan Dalam Menyelesaikan Masalah Tersebut ................................... 12 3.5 Menentukan Gagasan yang Dipilih ............................................ 13 3.6 Melakukan Studi Literatur untuk Mengerucutkan Gagasan ...... 13 3.7 Melakukan Analisa dan Perencanaan Untuk Mewujudkan Gagasan ...................................................................................... 13 3.8 Memberikan Kesimpulan ........................................................... 13 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 14 4.1 Hasil dan Pembahasan ................................................................ 14 4.2 Diagram Proses Keseluruhan ...................................................... 16 BAB 5 KESIMPULAN ................................................................................. 17 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... viii LAMPIRAN ....................................................................................................... ix


iv

DAFTAR GAMBAR

Peta Kota Gersik Jawa Timur .................................................... 7 10 Gambar II.2 Flow Diagram Proses Hidrolisis Asam .................................... 10 Gambar II.3 Flow Digram Hirolisis Enzim ................................................. Gambar II.1


v

DAFTAR TABEL

Tabel II.2.1 Perkiraan Tabel Tabel Tabel

Kebutuhan Lahan dan Bahan Baku di Jawa Timur Untuk Bioetanol .......................................................................... II.2.2 Kandungan Limbah Jerami Padi .................................................. II.2.3 Data Ekspor-Impor Bioetanol di Indonesia ................................. II.2.4 Perkiraan Konsumsi BBM di Indonesia ......................................

4 5 5 5


vi

v

RINGKASAN

Jumlah kendaraan bermotor di Indonesia bertambah dengan pesat setiap tahunnya. Data dalam 5 tahun (2009-2013), jumlah kendaraan mengalami peningkatan dari 61.685.063 unit menjadi 104.118.969 unit (BPS). Dapat diartikan kenaikan jumlah kendaraan hampir dua kali lipat. Namun kenaikan jumlah kendaraan yang sangat drastis ini berdampak pada meningkatnya kebutuhan bahan bakar minyak (BBM). Sedangkan saat ini ketersediaan bahan bakar di Indonesia hanya mengandalkan pada bahan bakar fosil. Menurut Djoko (2011), bahan bakar fosil akan habis pada 30 tahun lagi. Oleh karena itu, tindakan penghematan mutlak dibutuhkan. Ada beberapa cara untuk menghemat penggunaan bahan bakar fosil, diantaranya adalah menggunakan bahan bakar campuran. Campuran tersebut salah satunya adalah campuran gasoline dengan etanol atau yang biasa disebut gasohol. Tapi untuk menerapkan bahan bakar campuran (gosohol) di Indonesia sendiri masih belum memungkinkan. Hal ini dikarenakan di Indonesia untuk saat ini saja sebagian besar kebutuhan etanol masih dipenuhi dengan mengimpor. Tentunya jumlah impor tersebut akan bertambah apabila di Indonesia akan menerapkan bahan bakar campuran (gasohol). Untuk kebutuhunan jumlah alkohol dalam bahan bakar campuran dapat diprosentasekan 10% alkohol dan 90% bensin. Karena pada rasio tersebutlah mesin kendaraan pada umumnya dapat beroperasi tanpa modifikasi. . Dalam pembuatan Gasohol terdapat 4 proses utama yaitu preatreatment, sakarifikasi-fermentasi, distilasi, dan mixing. Perencanaan pembangunan pabrik bioetanol dari jerami padi merupatkan suatu alternatif menarik untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil dikarenakan beberapa hal. Pertama, penggunaan bahan bakar fosil harus segera dikurangi. Penggunaan campuran bioetanol-gasoline merupakan langkah awal mengurangi penggunaan bahan bakar fosil. Kedua, dengan memakai gasohol. Turut membantu mengurangi emisi gas NOx dan COx yang turut ambil andil pada penaikan suhu global. Kapasitas produksi pabrik ini sebesar 60186.1406 kg/hari dengan kadar etanol yang dihasilkan adalah sebesar .


vii

v

1 BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Jumlah kendaraan bermotor di Indonesia bertambah dengan pesat setiap tahunnya. Data dari badan pusat statistik dalam 5 tahun (2009-2013), jumlah kendaraan mengalami peningkatan dari 61.685.063 unit menjadi 104.118.969 unit (BPS). Dapat diartikan kenaikan jumlah kendaraan hampir dua kali lipat. Namun kenaikan jumlah kendaraan yang sangat drastis ini berdampak pada meningkatnya kebutuhan bahan bakar minyak (BBM). Peningkatan kendaraan bermotor itulah yang membuat Indonesia masih bergantung pada energi fosil. Sedangkan saat ini ketersediaan bahan bakar di Indonesia hanya mengandalkan pada bahan bakar fosil. Menurut Djoko (2011), bahan bakar fosil akan habis pada 30 tahun lagi. Pertumbuhan ekonomi yang meningkat serta populasi dengan segala aktivitasnya akan meningkatkan kebutuhan energi di semua sektor pengguna energi. Konsumsi energi final meningkat dari 221,33 juta Setara Barel Minyak (SBM) pada tahun 1990 menjadi 489,01 juta SBM pada tahun 2003 atau meningkat sebesar 6,3% per tahun. Berdasarkan jenis energinya, konsumsi Bahan Bakar Minyak (BBM) merupakan konsumsi energi final terbesar. Pada tahun 2003 konsumsi BBM sebesar 329 juta SBM (67,7%), Bahan Bakar Gas (BBG) sebesar 63 juta SBM (13,0%), listrik sebesar 55 juta SBM (11,3%), batubara sebesar 31 juta SBM (6,4%), dan LPG sebesar 8 juta SBM (1,6%). Sebagian besar konsumsi BBM digunakan untuk sector transportasi (Sugiyono, 2005). Di tengah krisis energi fosil BBM tersebut, diperlukan peningkatan produksi dan teknologi pengolahan BBM serta upaya efisiensi penggunaan BBM dan diversifikasi energi pada jangka menengah dan panjang. Penggunaan energi terbarukan (renewable energy) dalam konteks di versifikasi energi sangat strategis karena sejalan dengan pembangunan berkelanjutan (sustainable development) dan ramah lingkungan (emisi gas rumah kaca relatif rendah). Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati (BBN) atau Biofuel sebagai sumber energi yang dapat diperbaharui dapat merupakan salah satu pilihan untuk membantu mengatasi besarnya tekanan kebutuhan BBM.


iv

2 Ada beberapa cara untuk menghemat penggunaan bahan bakar fosil, diantaranya adalah menggunakan bahan bakar campuran. Campuran tersebut salah satunya adalah campuran gasoline dengan etanol atau yang biasa disebut gasohol. Etanol atau Etil Alcohol (lebih dikenal dengan alkohol, dengan rumus kimia (C H OH) adalah cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah 2

5

menguap, mudah terbakar, larut dalam air, tidak karsinogenik, dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan dampak lingkungan yang signifikan. Penggunaan etanol sebagai bahan bakar bernilai oktan tinggi atau aditif peningkat bilangan oktan pada bahan bakar sebenarnya sudah dilakukan sejak abad 19. Sebelumnya etanol dibuat dari gula, lalu beralih ke pati-patian. Tetapi karena berkopetensi dengan pangan dan pakan, maka etanol dari gula dan pati rasanya tidak memungkinkan lagi karena kebutuhan pangan dan pakan lebih penting. Jerami Padi merupakan limbah pertanian yang selama ini masih belum banyak dimanfaatkan menjadi produk yang mempunyai nilai tambah. Jerami Padi yang termasuk biomassa mengandung lignoselulosa sangat dimungkinkan untuk dimanfaatkan menjadi sumber energi alternatif seperti bioetanol. Jerami padi mengandung bahan polisakarida (lebih kurang 39% selulosa dan 27,5% hemiselulosa).

B. Rumusan Masalah

Semakin berkurangnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia sedangkan laju penggunaannya semakin meningkat mengakibatkan perlunya mencari sumber energi baru untuk menghemat atau bahkan menggantikan minyak bumi. Penggunaan gasohol yang merupakan salah satu jenis dari campuran bahan bakar adalah salah satu cara untuk menghemat bahan bakar. Namun kendalanya, hingga saat ini untuk memenuhi sebagian kebutuhan etanol dalam negeri masih mengandalkan impor dari negara lain. Diperlukan pengembangan secara konvensional untuk bahan baku gasohol (etanol) tersebut. C. Tujuan

Untuk memenuhi kebutuhan dari bahan bakar di indonesia dengan mengonvensionalkan gasohol (campulan alkohol dan gasoline), maka diperlukan rancangan industri yang tepat. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam


v

3 merancang industri ini adalah ketersediaan bahan baku, proses industri, hasil industri serta pengaruh atau dampaknya terhadap lingkungan. D. Manfaat

a. Pemerintah Pengembangan terhadap renewble energi harus terus gencar dilakukan pemerintah. Rancangan industri ini menawarkan solusi bagi pemerintah untuk mengatasi permasalahan energi utamanya dalam sektor minyak bumi sebagai bahan bakar kendaraan. b. Akademisi Menjadikan rancangan ini sebagai bahan referensi untuk terus mengembangkan ide atau gagasan kreatif dalam bidang energi terbarukan. c. Penulis Penerapan bidang keilmuan teknik kimia dalam menanggapi dan m enggagas ide untuk mengatasi permasalahan energi. d. Masyarakat Mengenalkan dan sebagai bahan pewacanaan kepada masyarakat akan pentingnya dan perlunya energi terbarukan. Dengan bertambahnya wawasan masyarakat dalam sektor energi, harapan kedepanyan masyarakat menjadi lebih peduli dan bijak dalam menggunakan energi.


vi

v

4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Bioetanol

Bioetanol atau etanol dapat dibuat dari bahan baku tanaman yang mengandung pati. Selain itu bioetanol dapat dibuat limbah pertanian, hal ini merupakan sesuatu yang menarik bagi penulis untuk melakukan inovasi sekaligus memanfaatkan limbah. Limbah yang dipakai adalah jerami padi.l. II.2 Ketersedian Bahan Baku

Pemanfaatan akan bahan jerami padi sebagai Gasohol cukup efisien, karena selama ini jerami masih kurang dimanfaatkan. Jumlah jerami yang dihasilkan dari setiap ton produksi padi bisa dikatakan sangat besar. Yaitu sekitar 60%. (Kementrian Pertanian, Badan penyuluhan, dan Pengembangan Sumber Daya Manusia., 2014) Untuk perkiraan kebutuhan lahan dan bahan baku (jerami) yang ada di Jawa Timur untuk dikonversi menjadi bioetanol dapat dilihat pada Tabel II.2.1 dibawah ini. Dengan diketahui konversi jerami ke bioetanol adalah 0,28 Liter/kg jerami. Tabel II.2.1 Perkiraan Kebutuhan Lahan dan Bahan Baku di J awa Timur untuk

Bioetanol Tahun

Bioetanol

Jerami

Volume (L)

Lahan (Ha)

Produksi (Ton)

2011

1.776.859.224

1.926.796

6.345.925,8

2012

2.049.382.776

1.975.719

7.319.224,2

2013

2.024.289.400

2.037.021

7.229.605,2

2014

2.174.860.800

2.220.452

7.767.360

2015

2.298.576.000

2.275.565

8.209.200

2016

2.422.291.200

2.330.678

8.651.040

2017

2.546.006.400

2.385.791

9.092.880

2018

2.669.721.600

2.440.904

9.534.720

..

..

..

..

2026

3.535.728.000

2.826.695

12.627.600

(Sumber: Badan Pusat Statistik Jawa Timur (2015))


5 2

Berikut adalah data kandungan substrat di dalam limbah jerami: Tabel II.2.2 Kandungan limbah jerami padi Substrat

%Berat

Selulosa

32-47

Hemiselulosa

19-27

Lignin

5-25

Protein

-

Ash

12,4

(Sumber: Nibedita Sarkar et al (2012)) Bahan dasar dari pembuatan etanol adalah selulosa dan hemiselulosa. Dari tabel diatas diketahui, bahwa limbah jerami padi mempunyai kandungan bahan dasar pembuatan etanol yang cukup besar.

II.3 Kebutuhan Aspek Pasar

Untuk data ekspor-impor bioetanol yang ada di Indonesia dapat dilihat pada Tabel I.3 dibawah ini: Tabel II.3 Data Ekspor-Impor Bioetanol di Indonesia Tahun

Jumlah Impor Bioetanol (kg/tahun)

2006

29.030

2007

2.024.053

2008

49.426

2009

47.553

2010

137.892

Rata-rata

457.590

(Sumber: Badan Pusat Statistik Jawa Timur (2015))

Pada Tabel II.4 menunjukkan perkiraan konsumsi BBM di Indonesia dari tahun 2016 sampai tahun 2026, yang dapat dilihat dibawah ini: Tabel II.4 Perkiraan Konsumsi BBM di Indonesia Tahun

Jumlah (Liter)

2016

33.652.000.000

2017

35.599.000.000


6 2

2018

37.546.000.000

2019

39.493.000.000

2020

41.440.000.000

....

.....

2026

53.122.000.000

(Sumber: Renstra Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral (2015)) Dari data-data diatas maka dapat dilihat bahwa kebutuhan bioetanol di Indonesia masih menggunakan impor. Dengan demikian, terbukti perlu adanya produksi etanol untuk memnuhi kebutuhan dalam negeri. II.5 Kapasitas dan Lokasi Pabrik II.5.1 Penentuan Kapasitas Produksi

Setiap tahunnya konsumsi masyarakat akan kendaraan bermotor terus meningkat, untuk itu permintaan bahan bakar untuk kendaraan bermotor juga ikut meningkat. Peningkatan tersebut tidak diikuti akan kenaikan bahan bakar kendaraan bermotor yang ramah lingkungan. Kapasitas Produksi

Penentuan kapasitas produksi didasarkan data yang telah didapatkan dari Direktorat Budidaya Serealia, Ditjen Tanaman Pangan dengan menggunakan basis volume bioetanol yang dikonversi dari luas panen (Ha) jerami padi yang ada di Jawa Timur dan Renstra Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. Pabrik Gasohol ini akan didirikan pada tahun 2025, dengan volume bioetanol sebesar 13.715.000 L/tahun.

 Volume premium pada tahun 2025 : 51.175.000.000 L. pengurangan sebesar 10 % dari volume premium tersebut 46.057.500.000 L.

 Volume Gasohol pada tahun 2025: (3% x 46.057.500.000 L) = 1.381.725.000 L. Asumsi pabrik Gasohol yang akan didirikan sebesar 4% dari perkiraan volume Gasohol diatas: (4% x 1.381.725.000 L) = 55.269.000 347.631,552

barrel/tahun.

Jadi,

produksi

55.269.000/330 = 167.481,818 L /hari.


Gasohol

per

L/tahun atau

harinya

sebesar:

7 5

2

Gasohol sendiri merupakan campuran antara premium dan bioetanol dengan perbandingan sebesar 90% dan 10%. Sehingga didapatkan massa premium dan volume bioetanol yang dibutuhkan pabrik setiap harinya sebesar:

 Bioetanol : 10% x 167.481,818 L/hari = 16.748,1818 L/hari : (16.748,1818 L/hari x 0.78937 kg/L) = 13.220,5123 kg/hari

 Premium : 90% x 167.481,818 L/hari = 150.733,636 L/hari : (150.733,636 L/hari x 0.715kg/L) = 107.774,55 kg/hari

II.5.2 Penentuan Lokasi Pabrik

Gambar I.1 Peta Kota Gresik Jawa Timur

Lokasi yang dipilih untuk pembangunan pabrik Gasohol ini di daerah Gersik, Jawa Timur. Alasan pemilihan lokasi tersebut adalah sebagai berikut: 1. Kawasan Industri Kota Gresik merupakan daerah kawasan industri. Sehingga untuk keluar dan masuk bahan baku utama, bahan baku pendukung, maupun produk lebih mudah aksesnya. 2. Ditinjau dari lokasi lahan sumber bahan baku Kota Gresik dipilih karena lokasi tersebut terletak pada daerah dengan sumber bahan baku utama yaitu jerami yang tepatnya ada di Provinsi Jawa Timur. (Sumber: Badan Pusat Statistik Jawa Timur (2015)) ‘


8 II.6 Deskripsi Proses

5

Gasohol merupakan bahan bakar alternatif hasil pencampuran antara 2

bioetanol dengan premium. Dalam pembuatan Gasohol terdapat 4 proses utama yaitu preatreatment,sakarifikasi-fermentasi, distilasi, dan mixing, 1. Pretreatment

Dalam proses pretreatment pembuatan bioethanol dibagi menjadi dua proses yaitu hirolisis dan netralisasi. 1. Hidrolisis

Terdapat beberapa cara untuk memecah stuktur biomasa sehingga memudahkan dalam proses degradasi menjadi gula sederhana, yang dibutuhkan dalam proses fermentasi menjadi etanol. Metode dalam proses hidrolisis yang umum digunakan yaitu hidrolisis asam dan hidrolisis mikroba (enzim). Untuk meningkatkan efisiensi hidrolitik enzim, ikatan ligninhemiselulosa harus dikurangi agar menghasilkan recovery gula tinggi dari selulosa yang tinggi. Berikut ini uraian dari macam proses hidrolisis : Hidrolisis Asam (Asam Pekat)

Metode hidrolis asam pekat secara garis besar menggunakan asam sulfat dan sejumlah air untuk melarutkan dan menghidrolisis substrat menjadi gula. Proses ini mampu mengkonversi dengan cepat selulosa menjadi glukosa dan hemiselulosa menjadi xylose dengan degradasi yang kecil. H2SO4

(C6H10O5)n + n H2O

(C5H10O5)n

Keuntungan dari proses hidrolisis asam pekat yaitu mampu menghasilkan efisiensi dalam pengambilan gula sampai 90% dalam fraksi hemiselulosa dan selulosa yang didepolimerisasi menjadi fraksi monomer. Asam

dan

gula

dapat

((Chindaruksa, 2008).


dipisahkan

menggunakan

ion

exchange

10 5

2

Gambar II.1 Flow Diagram Proses Hidrolisis Asam Hidrolisis Enzim

Proses hidrolisis enzim merupakan proses yang relatif baru dan proses ini belum pernah dicoba secara teknis dan secara ekonomi. Hidrolisis enzim untuk ligniselulosa menunjukkan hasil yang lebih baik daripada hidrolisis asam jika ditinjau dari potensi yield yang didapatkan dan sedikitnya produksi bahan berbahaya. enzim

(C6H10O5)n + n H2O

(C6H12O6)n

Secara umum proses hidrolisis enzim terjadi dengan beberapa langkah proses yaitu pretreatment, fraksioinasi, produksi enzim, hidrolisis enzim, fermentasi, produk utama dan recovery produk samping, dan pengolaham limbah (Chindaruksa, 2008).

Gambar II.2 Flow Diagram Hidrolisis Enzim 2. Netralisasi

Proses netralisasi yang terpilih adalah proses lime pretreatment. Proses ini berada di dalam temperatur yang lebih rendah dibandingkan teknologi pretreatment lainnya. Menggunakan temperatur yang tinggi


11 5

mampu mereduksi residence time dari yang sebelumnya hari menjadi jam. 2

Lime pretreatment akan bekerja secara efisien pada material biomasa yang tidak kasar seperti jerami, bagasse tebu, brangkasan jagung, dan sweet sorghum (Amarasekara, 2013) Keuntungan dari proses lime pretreatment adalah biaya untuk material yang dibutuhkan rendah dan kualitas yang dibutuhkan lebih tinggi daripada alkaline pretreatment lainnya. (Amarasekara, 2013). 2. Sakarifikasi dan Fermentasi

Ligniselulosa memiliki tiga kandungan utama yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Untuk mengubahnya ke bioetanol perlu adanya proses pemecahan polisakarida dan dilanjutkan ke fermentasi. Dengan menggunakan proses hidrolisis, selulosa terkonversi menjadi glukosa yang mempermudah untuk mengkonversi menjadi entanol. Namun, di dalam hemiselulosa terkandung xylose yang harus dikonversi menjadi pentose untuk menghasilkan etanol dalam proses fermentasi (Chen, 2014). a. Mikroorganisme untuk fermentasi xylose Spesies dari bakteri, yeast, dan fungi bisa digunakan untuk proses fermentasi xylosa menjadi etnaol. Namun, mudah mempengaruhi hasil alkohol dalam temperatur rendah sehingga menghasilkan yield etanol yang rendah. Dibandingkan dengan fermentasi menggunakan bakteri, yeast memiliki kelebihan diantara lain yaitu konversi alkohol tinggi, hasil yield tinggi, hasil produk samping rendah, dan kontaminasi zat lain rendah. Fermentasi yeast menjadi xylose dapat dibagi menjadi dua kategori yaitu dalam kondisi anaerobic seperti P. tannophilus. Yang kedua memerlukan oksigen pada proses fermentasinya seperti misalnya Candida utilis (Chen, 2014). b. Mekanisme Dari Fermentasi Pentosa Mekanisme dari fermentasi pentose memiliki proses paling utama yaitu mengenai metabolisme dari mikroba xylose. Isomerasi xylose merupakan awal terjadinya reaksi biokimia. Pertama, xylose terkonversi menjadi dikatalisasi xylose oleh isomerasi xylose pada sel mikroba dan kedua xylose terkonversi menjadi dikatalisasi fosfat xylose oleh kinase


12 5

2

xylose. Kemudian masuk ke siklus fosfat pentose. Setelah se mua rangkaian reaksi proses telah dilakukan maka akan terkonversi menjadi etanol (Chen, 2014). Proses fermentasi berlangsung di dalam tangki fermentor, di dalam tangki fermentor berlangsung proses isomerasi xylose menggunakan yeast, Reaksi yang terjadi pada fermentasi xylose menggunakan yeast dalam kondisi anaerobik: 6C5H10O5

9C2H5OH + 12CO 2

Etanol

(Chen, 2014).

Pentosa

Karbon Dioksida

3. Distilasi

Distilasi merupakan teknik untuk memisahkan sebuah campuran berdasarkan

pada

perbedaan

volatilitas

komponen

bahan.

Untuk

menghasilkan fuel grade ethanol, diperlukan lebih dari satu kolom destilasi yang saling berhubungan untuk menghasilkan produk etanol dengan kemurnian yang tinggi. Pada umumnya dalam proses distilasi etanol, beer coloumn akan menghasilkan intermediate ethanol vapor . selanjutnya di dalam kolom rectifier akan dihasilkan uap etanol dengan kemurnian 95%. (Griend, 2007). Dehidrasi

Konsentrasi maksimal yang dapat dicapai menggunakan proses distilasi hanya sebesar 95.57% sedangkan konsentrasi yang dibutuhkan untuk bioethanol yang dicampur dengan premium yaitu sebesar 99.5%. oleh karena itu setelah proses distilasi, produk bioethanol masuk ke proses dehidrasi dengan menggunakan kolom dehidrasi. Di dalam proses dehidrasi, 5% (wt) air yang terkandung di dalam etanol akan dikurang sampai menjadi kurang dari 1% (wt.). 4. Mixing

Pencampuran disini bertujuan untuk mencampurkan 10% bioetanol berkadar 99.5% dari hasil proses dehidrasi dengan 90% premium yang menggunakan tangki pengaduk.


v

12 5

BAB III

2

METODE PENULISAN

Berikut adalah urutan metode penulisan yang dilakukan oleh penulis : III.1 Melakukan Observasi dan Mendata Masalah

Observasi dilakukan untuk menganalisa permasalahan-permasalahan yang ada di Indonesia. Terdapat beberapa permasalahan besar yang ada di Indonesia, diantaranya adalah masalah Energi, Lingkungan, dan Sosial. III.2 Menetapkan Masalah yang Dituju

Setelah

mendata

beberapa

masalah

dari

Indonesia,

penulis

menyesuaikannya dengan keahlian yang dipunyai oleh penulis. Penulis adalah Mahasiswa Teknik Kimia. Seorang mahasiswa Teknik khususnya Teknik Kimia tidak lepas dari pengetahuan tentang energi. Oleh karena itu penulis menetapkan masalah energi sebagai permasalahan yang dituju. III.3 Mengerucutkan atau Men-spesifikkan Masalah

Masalah energi masih sangatlah umum. Oleh karena itu perlu adanya pengkhususan masalah. Kemudian penulis melakukan pendataan terhadap masalah energi yang ada di Indonesia dan melakukan penilaian urgensitas dari setiap masalah yang ada. Akhrinya, penulis menetapkan bahwa masalah energi yang paling urgen pada saat ini adalah masalah ancaman habisnya bahan bakar fosil. III.4 Mendata Gagasan yang Memungkinkan untuk Diaplikasikan dalam Menyelesaikan Masalah Tersebut

Setelah

mendapatkan

masalah

yang

spesifik.

Penulis

melakukan

brainstorming untuk mendata gagasan yang memungkinkan untuk diaplikasikan dalam menyelesaikan masalah tersebut. Untuk menyelesaikan masalah bahan bakar fosil, penulis mendapatkan dua cara besar untuk menyelesaikan masalah tersebut. Yang pertama, mengurangi penggunaan bahan bakar. Dengan kata lain mengarahkan masyarakat kembali ke kehidupan tradisional yang berimplikasi berkurangnya permintaan bahan bakar. Yang kedua, mencari sumber bahan bakar selain fosil untuk menggantikan bahan bakar fosil.


13 5

III.5 Menentukan Gagasan yang dipilih

2

Dari dua gagasan tersebut, penulis melakukan diskusi dengan tim untuk menilai kelebihan dan kekurangan dari masing-masing gagasan yang tersedia. Pada akhirnya penulis menetapkan gagasan nomor dua sebagai gagasan terpilih. Hal tersebut dikarenakan gagasan kedua jauh memiliki banyak kelebihan daripada gagasan pertama. III.6 Melakukan Studi Literatur untuk Mengerucutkan Gagasan

Mencari sumber bahan bakar selain fosil untuk menggantikan bahan bakar fosil. Hal tersebut menjadi inti dari gagasan yang dipilih dari penulis. Tahap selanjutnya yaitu mengerucutkan gagasan. Pengerucutan yang dilakukan dalam gagasa yang dipilh penulis adalah menentukan sumber bahan bakar selain fosil yang digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil. Untuk itu, penulis melakukan studi literatur. Hasilnya, penulis memilih limbah jerami padi sebagai sumber bahan bakar pengganti. Hal tersebut dikarenakan keterlimpahan limbah jerami padi, pemanfaatan yang belum banyak, dan didukung kandungan jerami padi yang sangat memungkinkan untuk dikonversi menjadi bioetanol. III.7 Melakukan Analisa dan Perencanaan untuk Mewujudkan Gagasan

Setelah mendapatkan gagasan secara spesifik, penulis melakukan analisa sumber bahan bakar yang dihubungkan dengan kondisi kekinian Negara Indonesia. Penyusunan rencana dilakukan dengan dasar Teknik Kimia dan beberapa keilmuan yang lainnya. III.8 Memberikan Kesimpulan


v

14 5

BAB IV

2

HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil dan Pembahasan

Setelah melakukan studi literatur dan merancang pabrik. Dihasilkan sebuah rancangan yang digambarkan dalam sebuah flowsheet (bisa dilihat dibagian lampiran) Dalam proses pembuatan gasohol terbagi menjadi beberapa proses sebagai berikut : 1. Pretreatment

Sebelum masuk ke dalam reaktor hidrolisis (R-110), bahan baku berupa jeram i padi harus dalam ukuran 10 mm. Jerami padi dipotong kecil menggunakan cutter (C-112) hingga ukuran 5 cm. Selajutnya jerami padi dipotong hingga ukuran 10 mm menggunakan

anigator (C-113)

selanjutnya jerami padi dipisahkan kandungan glukosanya menggunakan rotary drum filter (H-114) dengan menambahkan H 2O sebanyak 20% dari total bahan masuk. Kemudian akan terpisah menjadi liquid berupa kandungan glukosa yang akan masuk ke dalam tangki pencampur (F-142), dan solid berupa jerami padi ukuran 10mm yang akan diangkut menggunakan belt elevator (J-115) ke dalam bucket elevator (J-116) menuju reaktor hidrolisis I (R-110). Di dalam reaktor hidrolisis I (R-110), dilakukan proses hidrolisis antara sorgum dan katalis asam sulfat (H2SO4) 70% yang diperoleh dari tangki bahan (F-117) pada temperatur 40 0C selama 2 jam. Hasil dari proses hidrolisis I selanjutnya dipisahkan antara fase solid dan liquid menggunakan rotary drum filter (H-121). Produk berupa fase liquid masuk ke dalam tangki pencampur (F-142), sedangkan fase solid masuk ke dalam reaktor hidrolisis II (R-120) menggunakan bucket elevator (J-121). Di dalam reaktor hidrolisis II (R-120), dilakukan proses hidrolisa antara recycle produk fase solid dari hidrolisis I dan katalis asam sulfat (H2SO4) 57% yang diperoleh dari tangki bahan (F-123) pada temperatur 1000C. Hasil produk dari proses hidrolisis II kemudian dipisahkan antara fase solid dan liquid menggunakan rotary drum filter (H-123). Produk


15 5

berupa fase liquid akan masuk ke dalam tangki pencampur (F-142), 2

sedangkan fase solid masuk ke dalam Reaktor Hidrolisa III (R-130). Di dalam reaktor hidrolisis III (R-130), dilakukan proses hidrolisa antara recycle produk fase solid dari hidrolisis II dan katalis asam sulfat (H2SO4) 57% yang diperoleh dari tangki bahan (F-123) pada temperatur 1000C. Hasil produk dari proses hidrolisis II kemudian dipisahkan antara fase solid dan liquid menggunakan rotary drum filter (H-134). Produk berupa fase liquid akan masuk ke dalam tangki pencampur (F-142), sedangkan fase solid masuk ke dalam solid waste. Di dalam tangki (F-142) dilakukan proses pencampuran antara produk dari reaktor hidrolisis I (R-110), reaktor hidrolisis II (R-120), dan reaktor hidrolisis III (R-130). Selanjutnya, produk dari tangki (F-142) dipompa menuju reaktor netralisasi (R-140) untuk proses netralisasi kandungan asam sulfat (H2SO4) dengan menggunakan kalsium hidroksida (Ca(OH)2) yang berasal dari tangki bahan (F-144) pada temperatur 100 0C selama 1 jam. Setelah dilakukan proses netralisasi, produk diendapan menggunakan centrifuge (H-146) untuk memisahkan antara solid CaSO 4 dengan liquid jerami padi. Selanjutnya, larutan jerami padi masuk ke dalam tangki penyimpanan (F-147). 2. Proses Sakarifikasi dan Fermentasi

Produk yang berasal dari tangki penyimpanan (F-147) dipompa oleh pompa (L-148) proses

sterilisasi

masuk ke dalam tangki sterilisasi (F-211) untuk

dari

kandungan bakteri

sebelum

masuk proses

sakarifikasi dan fermentasi. Setelah dari tangki sterilisasi (F-211), larutan jerami padi didinginkan menggunakan cooler (E-212) dan aliran akan dipisah sebanyak 10% akan masuk ke dalam tangki starter (R-214) untuk perkembangbiakan bakteri. Sebanyak 90% akan masuk ke dalam fermentor (R-210). Di dalam fermentor (R-210), proses fermentasi dilakukan dengan menambahkan yeast berupa P. tannophilus, urea, dan asam phospat sebagai nutrient bakteri. Proses fermentasi memerlukan suhu operasi fermentor sebesar 320C, dijaga pH sebesar 5

dan didiamkan

selama 48 jam di dalam fermentor. Setelah proses fermentasi, produk akan


16 13 2

5

masuk ke dalam centrifuge (H-216) untuk diendapkan dari kandungan 2

yeast hasil proses fermentasi. Fase liquid hasil dari centrifuge akan masuk ke dalam tangki penyimpanan (F-217) 3. Proses Destilasi dan Dehidrasi

Produk dari proses fermentasi di pompa menggunakan pompa (L218) menuju kolom destilasi I (D-310) untuk memisahkan antara bioethanol dari air pada suhu.. Dari kolom destilasi (D-310) akan dihasilkan top produk berupa etanol dan sedikit air yang masuk di dalam kolom destilasi II (D-320). Sedangkan bottom produk berupa campuran air, sedikit etanol, asam asetat, dan gliserin akan masuk ke dalam liquid waste. Produk bioetanol dari tangki penyimpanan (F-315) masuk ke dalam kolom dehidrasi (D-324) untuk dihilangkan airnya sehingga menjadi fuel grade ethanol menggunakan membran molecular sieve pada suhu 79 0C dan tekanan 114.4 kPa. Produk bioetanol dari proses dehidrasi kemudian diturunkan suhunya menggunakan cooler (E-326) dan disimpan ke dalam tangki penyimpanan (F-327). 4. Proses Mixing

Produk bioetanol berasal dari tangki penyimpanan (F-327) selanjutnya dilakukan proses pencampuran (mixing) di dalam tangki (F410). Proses pencampuran antara etanol 10% dengan premium 90%. Setelah dilakukan proses pencampuran produk akhir di pompa oleh pompa (L-411) menuju tangki penyimpanan gasohol (F-412).

IV.2. Diagram Proses Keseluruhan

Diagram proses keseluruhan terlampir.


v

17 5

BAB V

2

PENUTUP V.1 Kesimpulan

Dari rancangan pabrik bioetanol jerami padi yang kami buat, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Penggunaan

campuran

bioetanol-gasoline

merupakan

langkah

awal

mengurangi penggunaan bahan bakar fosil. Dengan memakai gasohol, maka turut membantu mengurangi emisi gas NOx dan COx yang turut ambil andil pada penaikan suhu global 2. Kapasitas produk Kapasitas produksi pabrik ini sebesar 60186.1406 kg/hari dengan kadar etanol yang dihasilkan adalah sebesar . 3. Bahan baku dan bahan pendukung

 Bahan baku Bahan baku utama pabrik ini adalah batang sorgum sebanyak 41280.3609 kg/hari dan premium sebanyak 56881.0125 kg/hari

 Bahan pendukung Bahan pendukung dari pabrik ini meliputi P.Tannophylus, H 2O, Ca(OH)2, H3PO4, Urea, H2SO4. 4. Proses Produksi bioetanol yang dilakukan dengan metode pretreatment bahan baku wyaitu hidrolisa asam, proses fermentasi dilakukan dengan menggunakan yeast P.Tannophylus. Untuk proses pemurnian bioetanol menjadi produk fuel grade dengan proses distilasi yang kemudian dilanjutkan menggunakan Molecular Sieve.

V.2 Saran

Apabila indonesia memang ingin mengatasi permaslahan energi tersebut maka kami menyarankan untuk mengimplementasikan dengan segera penggunaan gasohole sebagai pengganti bahan bakar minyak.


v

DAFTAR PUSTAKA

Amarasekara, A. S. (2013). Handbook Of Cellulosic Ethanol. -: Wiley. Azizah, N. (2012). Pengaruh Lama Fermentasi Terhadap Kadar Alkohol, pH, dan Produksi Gas Proses Fermentasi Bioetanol dari Whey Dengan Substitusi Kulit Nanas. 72-77. Bustaman, S. (2001). Kebijakan Pengembangan Bahan Bakar Nabati (Bioetanol). Badan Pusat Statistik. BPS.go.id. Jawa Timur Chen, H. (2014). Biotechnology of Lignicellulose. New York: Chemical Industry Press. Chindaruksa, S. (2008). Bioethanol From Sweet Sorghum- A Review Of the Opportunities. Milan: Lampi Di Stampa. Griend, V. (2007). Ethanol Distillation Process. US PATENTS , 1-12. Henley, J. S. (2006). Separation Process Principles. USA: John Wiley & Sons, Inc. Hugot. (1986). Handbook Of Cane Sugar Engineering. New York: Elsevier Science Publisher. Jamilah. (2012). PENGARUH DOSIS UREA, ARANG AKTIF DAN ZEOLIT TERHADAP PERTUMBUHAN DAN HASIL PADI SAWAH (Oryza sativa L.). 153-154. Levenspiel, O. (1990). Chemical Reaction Engineering 3rd Edition. -: John Wiley & Sons, Inc. Luque, R. (2014). Renewable Resources For Biorefineries. Cambridge: The Royal Society Of Chemistry. Perry, R. H. (2008). Perry's Chemical Engineer's Handbook. United State Of America: Mc Graw Hill's Companies. Prihandana, R. (2007). Energi Hijau. Jakarta: Penebat Swadaya. Richardson, C. a. (1978). Particle Technology and Separation Process. United States Of America: Laserwords Private Limited. Sugiyono, A. (2005). Pemanfaatan Biofuel dalam Penyediaan Energi Nasional Jangka Panjang. 78-86. Thakore, S. B. (2007). Process Engineering And Design. New Delhi: McGrawHill. Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment. Washington: ButterworthHeinemann.

SAFERO (Straw Saccharification and Fermentation Project) viii

v

BIODATA PENULIS

PENULIS I

Alfian Muhammad Reza. Dilahirkan di Malang 17 Januari 1995, merupakan anak ke-1 dari 3 bersaudara. Penulis telah menempuh pendidikan formal yaitu di TK ArRidho, MI Jenderal Sudirman Malang , MTs N 1 Malang, dan SMAN 1 Malang. Setelah lulus dari SMAN 1 Malang tahun 2013, penulis mengikuti Seleksi Ujian Masuk D3 ITS dan diterima di Program Studi D3 Teknik Kimia FTIITS pada tahun 2013 dan terdaftar dengan NRP. 2313 030 071. Kemudian setelah lulus dari D3 Teknik Kimia melanjutkan studynya ke S1 Teknik Kimia dan terdaftar dengan NRP. 2316105008. Selama kuliah, penulis pernah aktif berorganisasi sebagai staf di Himpunan Mahasiswa D3 Teknik Kimia dalam bidang akademik dan kesejahteraan mahasiswa (Akesma) sebagai staf periode kepengurusan 2014/2015, Sekretaris Departemen Syiar Lembaga Dakwah Jurusan 2014/2015, Staf Departemen Pendidikan, Keilmiahan, dan Teknologi (PILTEK) BEM FTI-ITS 2014/2015, dan Kabinet Departemen Pendidikan, Keilmiahan, dan Teknologi (PILTEK) BEM FTI-ITS 2015/2016. Alamat email: [email protected] PENULIS II

Muhammad Bayu Prasetyo. Dilahirkan di Madiun 7 Maret 1996, merupakan anak ke-2 dari 3 bersaudara. Penulis telah menempuh pendidikan formal yaitu SDN Bangunsari 1 , SMPN 1 Dolopo, dan SMAN 1 Geger Madiun. Setelah lulus dari SMA tahun 2013, penulis mengikuti Seleksi Ujian Masuk D3 ITS dan diterima di Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS pada tahun 2013 dan terdaftar dengan NRP. 2313 030 049. Kemudian


iv

Full Paper

Recommend Documents