Pembuatan Bioetanol dari Limbah Batang Padi (Jerami) Disusun oleh: 1. Damai Suhendri 2. Tita Rizky K.
2309 030 028
3. Hamita Sobarini 4. Ferlyna Sari
2309 030 090 2309 030 032
2309 030 040
5. Afrilia Andriani 2309 030 080
Program Studi DIII Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011
I. PENDAHULUAN Keperluan sumber energi alternatif saat ini menjadi hal yang cukup mendesak mengingat hargaa minyak dunia semakin mencekik dan terus meroket ke kisaran 70 dolar per barelnya. Hakikatnya banyak yang dapat dilakukan untuk mengelola dampak kenaaikan hargaa BBM dengan cara menghasilkan cadangan energi BBM lewat energi alternatif diantaranya pembuatan bioetanol (bahan pencampur BBM bensin), biodisel (bahan pencampur solar) dan biogas yang merupakan energi alternatif pengganti elpiji. Usaha ini dimaksudkan untuk membantu rakyat yang terhimpit kenaikan harga BBM juga dalam rangka penghemataan biaya dan devis negara karena diperkirakaan pada tahun 2015 Indonesia akan menjadi negara Net-Importir bahan baku minyak mentah. II. LATAR BELAKANG Etanol saat ini yang diproduksi umumnyaa berasal dari etanol generasi pertama, yaitu etanol yang dibuat dari gula (tebu, molases) atau pati-patian (jagung, singkong, dll). Bahan- bahan tersebut adalah bahan pangan/ pakan. Banyak dugaan, terutama dari Eropa dan Amerika menyebutkan bahwa konversi bahan pangan/pakan menjadi etanol merupakan salah satu penyebab naiknya harga-harga pangan dan pakan. Arah pengembangan bioetanol mulai berubah ke arah pengembangan bioetnol keaarah yang kedua, yaitu bioetanol dari biomassa lignoselulosa. Bahkan saat ini peneliti dibelahan dunia sedang gencar mencari dan mengembangkaan bioetanol generasi kedua ini. Namun salah satu problem mereka adalaah masalah bahan baku. Biomassa lignoselulosaa mereka terbatas. Apalagi mereka juga mengalami 4 macam musim yang sebagian musim itu tidak mendukung produksi biomassa lignoselulosa. Biomassa yang cukup besar antara lain adalah jerami-jeramian (wheat, oat, barley, corn). Di negara kita ini, Indonesia memiliki keunggulan dalam hal biomassa lignoselulosa disbanding negara-negara beriklim dingin. Jika di luar negeri banyak yang mencari bahan baku tersebut, justru terjadi kebalikannya di Indonesia. Biomassa lignoselulosa di
Indonesia
melimpah,
murah,
tapi
juga
banyak
yang
sia-sia.
Di Indonesia penelitian pengolahan limbah selulosa menjadi etanol masih sangat minim. Swedia telah memproduksi bioetanol dari limbah pulp kertas. Swedia memulai riset etanol berbasis selulosa sejak 1995 pada skala laboratorium. Sejak 2005, negara itu
membuat
pilot
plant
skala
kecil
dengan
memproduksi
200
liter/hari
Sedangkan di Amerika, para peneliti menganalisis ongkos produksi etanol asal
selulosik dan dari biji-bijian. Mark Wright dan Robert Brown, periset Iowa State University, Amerika Serikat, dalam penelitiannya menunjukkan produksi bahan bakar asal biji-bijian secara konvensional meningkat 9 dolar AS sen/liter. Itu lantaran harga bahan baku menjulang. Sedangkan biaya produksi etanol selulosik turun 9,5 dolar AS sen/liter karena kemajuan teknologi. Indonesia kaya dengan matahari dan air sehingga tanaman selulosa mudah tumbuh. Jika didukung penelitian memadai, produksi bioetanol selulosa efektif untuk dikembangkan. “Limbah biomassa paling potensial karena tidak bersaing dengan pangan,” kata Meine van Noordwijk, Direktur Regional International Centre for Research in Agroforestry, Bogor. Produksi bioetanol dari limbah tidak butuh penanaman khusus sehingga tidak perlu perluasan lahan dan penggunaan pupuk kimia. Selain itu, penggunaan limbah juga membantu mengatasi permasalahan lingkungan seperti polusi air, udara, dan tanah. III.DASAR TEORI
a) Bioetanol (C2H5OH) adalah alkohol yang dibuat dari fermentasi bahn-bahn organik, seperti jagung, tebu, jerami (padi dn gandum) dalam suatu proses yang mirip dengan pembuatan bir. Hasil akhirnya dicampur dengan bensin untuk mengurangi polutan gas buang kendaran termasuk didaalamnya CO2. Emisi CO2 yang dihasilkan pembakaaraan bioetanol sama dengan pembakaran bensin, akan tetaapi dengan bioetnol CO2 akan digunakan oleh tumbuhan ketika terjadi fotosintesis. Hal tersebut menjadikan bioetanol sangat menarik untuk mencari jalan keluar dalam mengurangi emisi. b) Bahan baku bioetanol 1. Nira bergula (sukrosa) : nira tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren, nira siwalan, dan sari buah mete 2. Bahan berpati: tepung-tepung sorgum biji (jagung cantel), sagu, singkong/gaplek, ubi jalar, ganyong, garut, umbi dahlia. 3. Bahan berselulosa (lignoselulosa) yang sekarang belum ekonomis, teknologi proses yang efektif diperkirakan akan komersial pada dekade ini Sumber biomassa lignoselulosa dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. Limbah pertanian atau industri pertanian : jerami, tongkol jagung, sisa paangkasan jagung, onggok, dll.
2. Limbah perkebunan : TKKS, bagase, sisa paaangkasan tebu, kulit kakao, kulit buah kopi, dll. 3. Limbah kayu dan kehutanan : sisaa gergaajian, limbaah sludge pabrik kertas, dll. 4. Sampah organik : sampah rumah tangga, sampah pasar, dll. c) Bioetanol dari jerami 1. Jerami Limbah padi berupa jerami dan sekam mempunyai potensi untuk dijadikan sebagai bahan baku penghasil energi yaitu etanol atau bahan bakar alternatif lainnya, jerami dan sekam tersedia dalam jumlah besar di Indonesia dan terkadang tidak dimanfaatkan dengan baik alias terbuang percuma padahal potensi cukup besar dijadikan sebagai penghasil energi. Menurut hasil riset balai besar pengembangan dan penelittian pasca panen, bogor, lanjutan proses enzimasi (pembentukan enzim) jerami mampu menghasilkan etanol, produksi etanol melalui perubahan enzim ini menghasilkan produk sampingan bernama lignin atau campuran polimer yang ditentukan secara alami pada kayu yang membentuk serat bersama. Lignin yang dihasilkan dari limbah ini sekaligus dapat menjadi bahan bakar seperti halnya batu bara unttuk membangkitkan mesin pembuatt etano, pembuatan etanol berbahan baku jerami dapat memotong pasokan BBM secara signifikan, limbah tersebut sekaligus berperan sebagai bahan bakar mesin, namun sulit untuk dipasarkan secara dalam skala luas. Secara umum jerami dan bahan lignoselulosa lainnya tersusun dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Selulosa dan hemiselulosa tersusun dari monomer-monomer gula sama seperti gula yang menyusun pati (glukosa). Selulosa ini berbentuk serat-serat yang terpilin dan diikat oleh hemiselulosa, kemudian dilindungi oleh lignin yang sangat kuat. Akibat dari perlindungan lignin dan hemiselulosa ini, selulosa menjadi sulit untuk dipotong-potong menjadi gula (proses hidrolisis). Salah satu
langkah penting untuk biokonversi jerami menjadi ethanol adalah memecah perlindungan lignin ini. Kandungan jerami menurut Karimi (2006) sebagai berikut : Komponen Kandungan (%) 1. Hemiselulosa 27 (± 0,5) 2. Selulosa 39 (± 1) 3. Lignin 12 (± 0,5) 4. Abu 11 (± 0,5) Potensi etanol dari jerami padi menurut Kim dan Dale (2004) adalah sebesar 0,28 L/Kg jerami. Dan menurut Badger (2002) adalah sebesar 0,20 L/Kg jerami. Dari data ini, tentunya bisa diperkirakan berapa potensi etanol daari padi di Indonesia, yaitu Jerami Kim dan Dale (2004) Badger (2002) 54,700 15,316 juta liter 10,940 juta liter 82,050 22,974 juta liter 16,410 juta liter 2. Proses Biokonversi Jerami menjadi Etanol jerami padi yang baru saja dipanen dikumpulkan di suatu tempat. Jerami ini kemudian di cacah-cacah dengan mesin cacah agar ukurannya menjadi kecil-kecil dan siap untuk dilakukan pretreatment. Banyak cara untuk melakukan pretreatment, misalnya dengan cara ditekan dan dipanaskan secara cepat dengan uap panas (Steam Exploaded). Bisa juga dengan cara direndam dengan kapur selama waktu tertentu. Ada juga yang merendamnya dengan bahan-bahan kimia yang bisa membuka perlindungan lignin. Setelah pelindung lignin ini menjadi ‘lunak’, maka jerami siap untuk dihidrolisis. Ada dua cara umum untuk hidrolisis, yaitu: hidrolisis dengan asam dan hidrolisis dengan enzyme. Hidrolisis asam biasanya menggunakan asam sulfat encer. Jerami dimasak dengan asam dalam kondisi suhu dan tekanan tinggi. Dalam kondisi ini waktu hidrolisisnya singkat. Hidrolisis bisa juga dilakukan dalam suhu dan tekanan rendah, tetapi waktunya menjadi lebih lama. Hidrolisis dilakukan dalam dua tahap. Pada tahap pertama sebagian besar hemiselulosa dan sedikit selulosa akan terpecah-pecah menjadi gula penyusunnya. Hidrolisis tahap kedua bertujuan untuk memecah sisa selulosa yang belum terhidrolisis. Dengan dua tahap hidrolisis ini diharapkan akan diperoleh gula dalam jumlah yang banyak.
3. Hidrolisat Jerami Cairan hidrolisat (hasil hidrolisis) asam memiliki pH yang sangat rendah dan kemungkinan ada juga senyawa-senyawa yang beracun untuk mikroba. Hidrolisat ini harus dinetralkan dan didetoksifikasi sebelum difermentasi menjadi ethanol. Tujuan dari netralisasi dan detoksifikasi adalah untuk menetralkan pH dan menghilangkan senyawa racun tersebut. Hidrolisat yang sudah netral tersebut siap untuk difermentasi menjadi ethanol. Cara kedua hidrolisis adalah dengan menggunakan enzyme selulase. Enzyme ini memiliki kemampuan untuk memecah selulosa menjadi glukosa. Penggunaan enzyme lebih efisien dalam menghidrolisis selulosa. Keuntungan lainnya adalah bisa digabungkan dengan proses fermentasi yang dikenal dengan metode SSF (simultaneous sacharification and fermentation). Namun untuk saat ini harga enzyme masih mahal. Proses fermentasi hidrolisat selulosa sama seperti proses fermentasi etanol pada umumnya. Mikroba yang umum digunakan adalah ragi roti (yeast). Setelah hidrolisat difermentasi selama beberapa waktu, maka tahap berikutnya adalah purifikasi ethanol. Proses purifikasi ethanol ini tidak jauh berbeda dengan purifikasi ethanol dari singkong. Prosesnya meliputi distilasi dan dehidrasi. Proses distilasi akan meningkatkan kandungan ethanol hingga 95%. Sisa air yang masih ada dihilangkan dengan proses dehidrasi hingga kandungan ethanol mencapai 99.5%.
