ABSTRACT
POTENTIAL OF GREENHOUSE GAS EMISSIONS FROM BIOETHANOL INDUSTRY WASTE WATER WITH CASSAVA
AND MOLASSES AS A RAW MATERIAL
by
RAHMAWATI NURMALASARI
Rahmawati using emission factors that have been agreed globally. The observation data were presented in table and graph then analyzed descriptively
Based on the calculations, the potential of greenhouse gas emissions from waste water bioethanol industry with molasses materials (4.66 ton CO2e/kL ethanol) was higher than potential of greenhouse gas emissions using cassava materials (0.91 ton CO2e/kL ethanol). Greenhouse gas mitigation in bioethanol industry with cassava and molasses material were able to be done by utilising the waste water as the source of ecofriendly energy.
ABSTRAK
POTENSI EMISI GAS RUMAH KACA DARI AIR LIMBAH INDUSTRI BIOETANOL BERBAHAN BAKU UBIKAYU (THINSLOP) DAN MOLASSES (VINASSE)
Oleh
RAHMAWATI NURMALASARI
Rahmawati
menggunakan faktor-faktor emisi yang sudah disepakati secara global. Data hasil pengamatan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik kemudian dianalisis secara deskriptif.
Berdasarkan perhitungan yang dilakukan, potensi emisi gas rumah kaca dari air limbah industri bioetanol berbahan baku molasses (4,66 ton CO2e/kL etanol) lebih besar dari pada potensi emisi gas rumah kaca dari air limbah industri biotanol berbahan baku ubikayu (0,91ton CO2e/kL etanol). Upaya mitigasi gas rumah kaca industri bioetanol berbahan baku ubikayu dan molasses dapat dilakukan dengan pemanfaatan air limbah menjadi sumber energi ramah lingkungan.
POTENSI EMISI GAS RUMAH KACA DARI AIR LIMBAH INDUSTRI BIOETANOL BERBAHAN BAKU UBIKAYU (THINSLOP) DAN MOLASSES (VINASSE)
Oleh
RAHMAWATI NURMALASARI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG
POTENSI EMISI GAS RUMAH KACA DARI AIR LIMBAH INDUSTRI BIOETANOL BERBAHAN BAKU UBIKAYU (THINSLOP) DAN MOLASSES (VINASSE)
(Skripsi)
Oleh
RAHMAWATI NURMALASARI
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman 1. Potensi emisi gas rumah kaca industri bioetanol berbahan baku
ubikayu dan molasses ... 5 2. Diagram alir pembuatan bioetanol ... 13 3. Bioreaktor dengan pengumpanan thinslop ... 23 4. Bioreaktor dengan pengumpanan vinasse dengan jumlah
load 2 g/L hari ... 24
5. Nilai rata-rata COD inlet dan outlet (mg/L) untuk
substrat thinslop dan vinasse pada industri bioetanol ... 31 6. Nilai load COD dan COD removal (g/L hari) untuk
substrat thinslop dan vinasse pada industri bioetanol ... 32 7. Alur konversi industri bioetanol berbahan baku
ubikayu dan molasses ... 33 8. Potensi emisi thinslop dan vinasse pada industri bioetanol ... 35 9. Perbandingan total emisi dan pengurangan emisi gas rumah kaca
DAFTAR PUSTAKA
Amelia, J. R. 2012. Rekayasa Proses Aklimatisasi Bioreaktor Akibat Perubahan Substrat dari Thinslop ke Vinasse (Tesis). Universitas Lampung. Bandar Lampung. 82 Halaman.
BPS. 2009. Tabel Luas Panen- Produktivitas- Produksi Tanaman Ubi Kayu Provinsi Lampung. http://www.bps.go.id/tnmn_pgn.php?eng=0. Diakses pada 10 Maret 2012.
Broto, W. dan N. Richana. 2007. Inovasi Teknologi Proses Industri Bioetanol dari Ubi Kayu Skala Perdesaan. http://balitkabi.bimasakti.malang.te. net.id/PDF/05-BB%20Pascapanen.Bioetanol.pdf. Diakses pada tanggal 10 Maret 2012.
Damayati, F. E. 2008. Kelayakan Usaha Bioetanol Ubi Kayu dan Molases di Kecamatan Cicurug Sukabumi (Kasus : PT. Panca Jaya Raharja).
http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/1872/A08fed.pdf? sequence=5. Diakses pada tanggal 10 Maret 2012.
IPCC. 2006. 2006 IPCC Guidelines for national Greenhouse gas inventories. http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/pdf/5_Volume5/
V5_1_Ch1_Introduction.pdf. diakses pada tanggal 25 Juni 2012.
Kementrian Negara Lingkungan Hidup Republik Indonesia. 2009. Pedoman Pengelolaan Limbah Industri Pengolahan Tapioka. Kementrian Negara Lingkungan Hidup Republik Indonesia. Jakarta. 45 Halaman.
Kuiper, L., E. Burcu, H. Carlo, H. Willem, M. Sebastian, and K. Klass. 2007. Bioethanol from Cassava. Journal or Ecofys Netherlands BV. 38 Halaman.
43
Maryanti. 2011. Peningkatan Kinerja Reaktor Biogas dalam Pengolahan Air Limbah Industri Bioetanol Berbahan Baku Ubi Kayu. Tesis. Universitas Lampung. Lampung. 114 Halaman.
Meilany, D., dan T. Setiadi. 2008. Pengaruh pH Pada Produksi Asam Organik Volatil dari Stillage Bioetanol Ubi Kayu Secara Anaerobik. http://ppprodtk.fti.itb.ac.id/tjandra/wp-content/uploads/2010/04/Publikasi-No-96.pdf. Diakses pada tanggal 16 Maret 2012.
Medco Energi Chemicals. 2007. Process Overview Multi Feedstock Ethanol Plant190 KLPD. 29 Halaman.
Metcalf dan Eddy. 2003. Wastewater Engineering : Treatment and Reuse (Fourth Edition). McGraw Hill Companies. 1819 Halaman.
Mulyanto, T. Widjaja, A. Hakim M., dan E. Frastiawan.. 2009. Produktivitas Etanol dari Molases dengan Proses Fermentasi Kontinyu Menggunakan Zymomonas Mobilis dengan Teknik Immobilisasi Sel K-Karaginan dalam Bioreaktor Packed-Bed. www.its.ac.id/personal/files/pub/2759-tri-w-chem-eng-TW24.pdf. Diakses pada tanggal 10 Maret 2012.
Nurdyastuti, I. 2005. Teknologi Proses Produksi Bio-Ethanol. http://www. oocities.org/markal_bppt/publish/biofbbm/biindy.pdf. 10 Maret 2012. Prihandana, R dkk. 2007. Bioetanol Ubikayu Bahan Bakar Masa Depan. Agromedia Pustaka. Jakarta.
Puri, R. A. 2011. Kajian Emisi CO2 Berdasarkan Tapak Karbon Sekunder dari Kegiatan Non Akademik di ITS Surabaya. http://digilib.its.ac.id/public /ITS-Undergraduate-16429-3307100055-Paper.pdf. Diakses pada tanggal 15 Maret 2012.
Rikana, H. dan R. Adam. 2009. Pembuatan Bioetanol dari Singkong Secara Fermentasi Menggunakan Ragi Tape. http://eprints.undip.ac.id/3674/1/ makalah_bioethanol_Heppy_R.pdf. Diakses pada tanggal 10 Maret 2012.
Savant, D. V., Y.S. Shounce, and S. Prakash. 2002. Methanobrevibacter acididurans sp. Nov., a novel methanogen from a sour anaerobic digester. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 52 : 1081–1087.
44
Communication%20under%20The%20UNFCCC%20(Summary%20for% 20Policy%20Makers).pdf. Diakses pada tanggal 23 April 2012.
Soeprijanto, T. Ismail, M. D. Lastuti, dan B. Niken. 2010. Pengolahan Vinasse dari Air Limbah Industri Alkohol Menjadi Biogas Menggunakan Bioreaktor UASB. Jurnal Purifikasi, Vol. 11, No. 1, Juli 2010: 11 – 20.
Suprihatin, N. S. Indrasti, dan M. Romli. 2003. Potensi Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca Melalui Pengomposan Sampah. http://repository.ipb.
ac.id/bitstream/handle/123456789/40324/potensi%20penurunan%20emisi. pdf. Diakses pada tanggal 15 Maret 2012.
Supriyanto. 2007. Prospek Pengembangan Industri Bioetanol dari Ubi Kayu. http://balitkabi.bimasakti.malang.te.net.id/PDF/07-SUPRIYANTO% 20BPPT.pdf. Diakses pada tanggal 10 Maret 2012.
Supriyanto dan Djuma’ali. 2005. Evaluasi Proses Liquifikasi dengan Pressure Batch Cooking di Pilot Plant Etanol, BPPT. Journal Sains dan Teknologi Indonesia, Volume 7: 119–122.
Trismidianto, E. Hermawan, T. Samiaji, Martono, M. Hadi, A. Indrawati dan R. Hamdan. 2009. Studi Penentuan Konsentrasi CO2 dan Gas Rumah Kaca (GRK) Lainnya di Wilayah Indonesia. http://www.dirgantara-lapan.or.id/moklim/exsumary/Studi%20Penentuan%20Konsentrasi%20CO 2%20dan%20Gas%20Rumah%20Kaca%20Lainnya%20di%20Wliayah%2 0Indonesia.pdf. Diakses pada tanggal 15 Maret 2012.
West, T. O. and G. Marland. 2002. A Synthesis Of Carbon Sequestration, Carbon Emissions, and Net Carbon Flux In Agriculture: Comparing Tillage Practices in the United States. Agriculture, Ecosystems and Environment 91 : 217–232.
DAFTAR ISI
Halaman
SANWACANA ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR ISTILAH ... vii
I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan Penelitian ... 3
C. Kerangka Pemikiran ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6
A. Bioetanol ... 6
B. Bahan Baku Pembuatan Bioetanol . ... 7
C. Proses Produksi Bioetanol ... 9
D. Air Limbah Industri Bioetanol ... 14
E. Pengelolaan Air Limbah secara Anaerobik ... 16
F. Gas Rumah Kaca ... 19
III. METODE PENELITIAN ... 22
B. Alat dan Bahan ... 22
C. Metode Penelitian ... 22
D. Pelaksanaan Penelitian ... 24
1. Pengumpulan Data ... 24
2. Penghitungan Potensi Emisi Gas Rumah Kaca ... 25
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 27
A.Karakterisasi Air Limbah Industri Bioetanol ... 27
B.Penghitungan Potensi Emisi Gas Rumah Kaca (GRK) ... 29
C.Penerapan dalam Mitigasi Emisi Gas Rumah Kaca di Industri Bioetanol ... 37
V. SIMPULAN DAN SARAN ... 41
A. Simpulan ... 41
B. Saran ... 41
DAFTAR PUSTAKA ... 42
Judul Skripsi : POTENSI EMISI GAS RUMAH KACA DARI AIR LIMBAH INDUSTRI BIOETANOL BERBAHAN BAKU UBIKAYU (THINSLOP) DAN
MOLASSES (VINASSE) Nama Mahasiswa : Rahmawati Nurmalasari No. Pokok Mahasiswa : 0814051064
Jurusan : Teknologi Hasil Pertanian Fakultas : Pertanian
MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing
Dr. Eng. Ir. Udin Hasanudin, M.T. Dr. Ir. Suharyono, A.S., M.S. NIP. 19640106 198803 1 002 NIP. 19590530 198603 1 004
2. Ketua Jurusan Teknologi Hasil Pertanian
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perubahan iklim merupakan tantangan paling serius yang dihadapi dunia pada saat ini. Penyebab utama naiknya temperatur bumi adalah akibat efek rumah kaca yang menurut sebagian ahli disebabkan oleh meningkatnya kandungan gas karbon dioksida dan partikel polutan lainnya di atmosfer bumi. Efek rumah kaca disebabkan karena naiknya konsentrasi gas-gas rumah kaca. Gas rumah kaca adalah gas-gas di atmosfer yang memiliki kemampuan untuk dapat menyerap radiasi matahari yang dipantulkan oleh bumi, sehingga menyebabkan suhu dipermukaan bumi menjadi hangat (Trismidianto dkk., 2009).
2
antropogenik berasal dari beberapa sumber dilihat dari beberapa sektor yaitu energi, proses industri, pertanian, tataguna lahan dan kehutanan, kebakaran lahan gambut dan limbah. Menurut Second National Communication (2009), total emisi Indonesia mencapai 1,38 Gton CO2e dan 11% berasal dari sektor limbah. Indonesia menargetkan reduksi emisi sebesar 41% dengan cara deforestation reduction, peningkatan kepasitas penyerap melalui reboisasi, pengelolaan lahan
gambut, mix energy, dan pengelolaan limbah. Pengelolaan limbah dilakukan dengan prinsip 3R (reuse, reduce, dan recycle).
Nilai GWP (Global Warming Potential) atau indek pemanasan global CH4 adalah 21 artinya 1 CH4 indeks pemanasannya sama dengan 21 kali CO2. Rata-rata pertumbuhan emisi CO2 adalah sekitar 4,67%/tahun, dan rata-rata pertumbuhan emisi N2O, dan CH4 adalah 3,32%/tahun dan 1,76%/tahun (Trismidianto dkk., 2009). Metana berkontribusi 15-20% terhadap efek rumah kaca. Salah satu sumber metana adalah air limbah industri bioetanol. Karena besarnya efek rumah kaca gas metana, usaha-usaha penanggulangan seharusnya diarahkan kepada pengendalian sumber-sumber emisi metana (Suprihatin dkk., 2003).
3
Air limbah harus ditangani menggunakan unit pengolahan limbah untuk memenuhi standar baku mutu lingkungan. Hal ini akan menjadi beban bagi industri bioetanol karena penanganan limbah memerlukan biaya investasi dalam bentuk instalasi pengolahan air limbah (IPAL). Agroindustri secara umum menggunakan air dalam jumlah yang besar untuk proses produksi sehingga akan dihasilkan air limbah dalam jumlah yang besar (Kementrian Negara Lingkungan Hidup Republik Indonesia, 2009). Air limbah industri bioetanol memiliki potensi untuk menurunkan kualitas lingkungan. Penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai acuan dalam perencanaan, pengelolaan, dan pemanfaatan air limbah industri bioetanol berbahan baku ubikayu dan molasses.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui potensi emisi gas rumah kaca dari air limbah industri bioetanol berbahan baku ubikayu dan molasses.
2. Mempelajari kemungkinan penerapan dalam mitigasi emisi gas rumah kaca di industri bioetanol.
C. Kerangka Pemikiran
4
berbahan baku ubikayu disebut thinslop. Thinslop memiliki kisaran pH antara 4,30-4,80 karena berasal dari tangki asidifikasi IPAL industri bioetanol yang banyak mengandung asam-asam organik volatile yang diproduksi oleh bakteri-bakteri pembentuk asam. Thinslop memiliki kandungan COD berkisar antara 35.000-50.000 ppm (Medco, 2007). Hasil penelitian laboratorium menunjukkan bahwa efluen untuk substrat thinslop memiliki nilai COD removal sebesar 84,55% (Maryanti, 2011).
Air limbah industri bioetanol berbahan baku molasses disebut vinasse. Vinasse memiliki pH rendah dan berwarna coklat kehitaman. Vinasse memiliki kandungan Biochemical Oxygen Demand (BOD) berkisar antara 35.000-50.000 mg/L dan Chemical Oxygen Demand (COD) berkisar anatara 100.000-150.000 mg/L (Kuiper et al., 2007). Vinasse dan thinslop memiliki nilai COD yang tinggi sehingga dapat menurunkan kualitas lingkungan dan mengganggu ekosistem hayati. Nilai COD menunjukkan kandungan bahan organik pada air limbah yang merupakan sumber karbon.
5
Penelitian yang akan dilakukan adalah mengumpulkan data untuk menghitung potensi emisi gas rumah kaca dari air limbah industri bioetanol berbahan baku ubikayu dan molasses. Potensi emisi gas rumah kaca industri bioetanol berbahan baku ubikayu dan molasses dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Potensi emisi gas rumah kaca air limbah industri bioetanol berbahan baku ubikayu dan molasses.
Thinslop
Nilai COD berkisar 35.000-50.000 mg/L
(Medco, 2007)
Nilai COD berkisar antara 100.000-
150.000 mg/L (Kuiper et al., 2007). Vinasse
Gas metana
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Bioetanol
Bioetanol adalah etanol yang bahan utamanya dari tumbuhan dan umumnya menggunakan proses farmentasi. Etanol atau ethyl alkohol (C2H5OH) berupa cairan bening tak berwarna, terurai secara biologis (biodegradable), toksisitas rendah dan tidak menimbulkan polusi udara yang besar bila bocor. Etanol yang terbakar menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air (Rikana dan Adam, 2005). Keuntungan penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak bumi yaitu penggunaan bahan bakar etanol dapat dikatakan tidak memberikan tambahan neto karbondioksida pada lingkungan. Hal ini karena CO2 yang dihasilkan dari pembakaran etanol diserap kembali oleh tumbuhan dan dengan bantuan sinar matahari digunakan dalam proses fotosintesis.
7
ataupun sebagai campuran untuk bahan bakar gasolin (bensin). Kelebihan etanol dibanding bensin yaitu etanol memiliki angka research octane 108,6 dan motor octane 89,7 (Yuksel, 2004 dalam Broto dan Richana, 2005), angka tersebut
melampaui nilai maksimal yang mungkin dicapai oleh gasoline yaitu research octane 88.
Bioetanol diproduksi dengan cara fermentasi menggunakan bahan baku hayati, sedangkan etanol dapat dibuat dengan cara sintesis melalui hidrasi katalitik dari etilen atau bisa juga dengan fermentasi gula menggunakan ragi Saccharomyces cerevisiae. Beberapa bakteri seperti Zymomonas mobilis juga diketahui memiliki
kemampuan untuk melakukan fermentasi untuk memproduksi etanol. Substrat yang umum digunakan untuk fermentasi adalah pati. Harga substrat yang cukup mahal menyebabkan harga etanol sebagai bahan bakar pengganti minyak masih cukup tinggi mengingat 60% dari biaya yang digunakan dalam sistem produksi etanol adalah biaya substrat (Ingram dan Doran, 1995 dalam Broto dan Richana, 2005). Hidrolisis glukosa secara enzymatis akan menghasilkan etanol dan karbondioksida.
B. Bahan Baku Pembuatan Bioetanol
8
Menurut Prihandana (2007), bioetanol merupakan produk yang dapat dihasilkan oleh beberapa tanaman, yaitu:
1. Bahan berpati, antara lain ubikayu atau singkong, tepung sagu, biji jagung, biji shorgum, kentang, ganyong, garut, umbi dahlia.
2. Bahan bergula, antara lain molasses (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira batang sorghum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar. 3. Bahan berselulosa, antara lain limbah logging, limbah pertanian (jerami padi,
ampas tebu, tongkol jagung, onggok), batang pisang, serbuk gergaji.
Produksi etanol/bioetanol (alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat dan tetes menjadi bioetanol ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat dan tetes menjadi bioetanol
Bahan baku
Kandungan gula dalam bahan baku
Jumlah Hasil
Konversi Perbandingan Bahan Baku dan Bioetanol Jenis Konsumsi
(Kg) (Kg)
Bio-etanol (Liter)
Ubikayu 1000 250-300 166,6 6,5:1
Ubi jalar 1000 150-200 125 8:1
Jagung 1000 600-700 200 5:1
Sagu 1000 120-160 90 12:1
Tetes 1000 500 250 4:1
Sumber : Nurdyastuti (2005)
9
sebesar 8.637.594 ton. Penggunaan ubikayu sebagai bahan baku proses produksi bioetanol juga didasarkan pada pertimbangan ekonomi. Pertimbangan keekonomian pengadaan bahan baku tersebut bukan saja meliputi harga produksi tanaman sebagai bahan baku, tetapi juga meliputi biaya pengelolaan tanaman, biaya produksi pengadaan bahan baku, dan biaya bahan baku untuk memproduksi setiap liter etanol/bioetanol (Nurdyastuti, 2005).
Molasses adalah hasil sampingan yang berasal dari proses pembuatan gula tebu
(Saccharum officinarum). Molasses berupa cairan kental dan diperoleh dari tahap pemisahan kristal gula yang tidak dapat dibentuk lagi menjadi sukrosa namun masih mengandung gula dengan kadar tinggi (50-60%), asam amino dan mineral. Tingginya kandungan gula dalam bentuk molasses sangat potensial dimanfaatkan sebagai bahan baku bioetanol. Ketersediaan molasses sebagai bahan baku bioetanol di Indonsia cukup banyak. Ketersediaan molasses berkorelasi dengan luas perkebunan tebu yang semakin meningkat. Perkebunan tebu di Indonesia banyak ditemukan di Pulau Jawa baik Jawa Barat, Jawa Tengah, maupun Jawa Timur, Aceh, dan Sulawesi (Damayati, 2008).
C. Proses Produksi Bioetanol
10
dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi etanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi etanol/bioetanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi 1 dan 2.
H2O
(C6H10O5)n N C6H12O6 (1) enzyme
(pati) (glukosa)
(C6H12O6)n 2 C2H5OH + 2 CO2 (2) yeast (ragi)
(glukosa) (etanol)
Meskipun teknik produksi etanol/bioetanol merupakan teknik yang sudah lama diketahui, namun etanol/bioetanol untuk bahan bakar kendaraan memerlukan etanol dengan karakteristik tertentu yang memerlukan teknologi yang relatif baru di Indonesia antara lain mengenai neraca energi (energy balance) dan efisiensi produksi, sehingga penelitian lebih lanjut mengenai teknologi proses produksi etanol masih perlu dilakukan. Secara singkat teknologi proses produksi etanol/bioetanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu hidrolisis,fermentasi, dan destilasi (Nurdyastuti, 2005).
1. Proses Hidrolisis
11
rantai polimer secara acak, sedangkan hidrolisis enzimatis akan memutus rantai polimer secara spesifik pada percabangan tertentu. Enzim yang digunakan pada tahap likuifikasi adalah alpha-amilase dan tahap sakarifikasi digunakan enzim gluko-amilase. Proses liquifikasi adalah proses pemasakan bubur ubikayu
menjadi dekstrin dengan bantuan enzim alpha-amylase. Proses sakarifikasi adalah proses untuk merubah dekstrin menjadi gula dengan bantuan enzim gluko-amylase (Supriyanto, 2007).
2. Fermentasi
Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi etanol (alkohol) dengan menggunakan yeast. Alkohol yang diperoleh dari proses fermentasi ini, biasanya alkohol dengan kadar 8-10% volume. Pada proses fermentasi dengan bahan baku molasses fermentasi berlangsung secara spontan, karena fermentable sugar sudah tersedia dalam media. Pembuatan etanol dari molasses tersebut juga
12
Pada umumnya hasil fermentasi adalah bioetanol atau alkohol yang mempunyai kemurnian sekitar 30-40% dan belum dapat dikategorikan sebagai fuel based ethanol. Akohol hasil fermentasi harus melalui proses destilasi agar dapat
mencapai kemurnian diatas 95%. Proses destilasi dilaksanakan melalui dua tingkat, yaitu tingkat pertama dengan beer column dan tingkat kedua dengan rectifying column (Nurdyastuti, 2005).
3. Destilasi
Proses destilasi adalah proses untuk menguapkan dan memisahkan komponen etanol dari cairan hasil fermentasi (umumnya mempunyai kadar alkohol 8-10% v/v) sehingga diperoleh produk etanol dengan konsentrasi 95-96% v/v. Proses destilasi yang banyak digunakan adalah multi pressure distillation yang lebih hemat energi dibandingkan proses destilasi dengan tekanan atmosphere (Supriyanto 2003). Proses dehidrasi adalah proses untuk menghilangkan kandungan air yang terdapat pada produk hasil destilasi untuk mendapatkan produk etanol anhydrous 99,5% (v/v). Proses dehidrasi dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu destilasi azeotrop menggunakan solvent, molecular sieve, dan membrane. Namun saat ini proses dehidrasi yang banyak digunakan untuk
13
Gambar 2. Diagram alir pembuatan bioetanol (Supriyanto, 2007).
Produksi bioetanol yang dikembangkan saat ini dapat dibuat dari bahan baku yang mengandung glukosa, pati, dan selulosa misalnya ubikayu. Glukosa dapat berasal dari kandungan molasses yang dikonversi secara langsung menjadi etanol. Penggunaan molasses lebih ekonomis ditinjau dari harga bahan baku yang relatif murah yang merupakan hasil samping dari pembuatan gula. Seperti diketahui bahwa molasses mengandung kadar gula (sekitar 50%-60%) dan sejumlah asam amino dan mineral dapat diolah menjadi beberapa produk termasuk sebagai produk utama adalah etanol (Paturau, 1982 dalam Mulyanto dkk., 2009). Produksi bioetanol berbahan baku molasses tidak perlu melalui proses pretreatment dan liquifikasi. Proses dimulai dari tahap fermentasi,destilasi, dan
dekantasi. Secara garis besar, perbedaan proses produksi etanol menggunakan bahan baku ubikayu dibandingkan dengan menggunakan molasses disajikan pada Tabel 2.
Ubi kayu
Liquifikasi Pretreatment
Alkohol 95% Sakharifikasi
& fermentasi
Alkohol derajat bahan bakar 99,98% Destilasi
Dehidrasi Molase
14
Tabel 2. Perbedaan proses produksi etanol menggunakan bahan baku ubikayu dibandingkan dengan menggunakan molasses
Proses Etanol dari ubikayu Etanol dari molasses Pretreatment Ubikayu menjadi bubur
ubikayudengan kadar TS 15% - Liquifikasi Pemasakan bubur menjadi
larutan dekstrin (butuh uap air) - Sakarifikasi Perubahan dekstrin menjadi gula - Fermentasi Proses fermentasi terjadi secara
simultan dengan sakharifikasi membutuhkan waktu 60-70 jam
Proses fermentasi terjadi secara spontan, membutuhkan waktu 60-70 jam
Sumber: Supriyanto, 2007.
D. Air Limbah Industri Bioetanol
Industri etanol dengan bahan baku ubikayu akan menghasilkan limbah padat dan limbah cair, sedangkan industri etanol yang berbahan baku molasses hanya menghasilkan limbah cair saja. Limbah padat yang keluar dari proses antara lain kulit, tanah dari proses pretreatment ubikayu, dan ampas dari hasil proses dekantasi. Limbah cair industri etanol dari molasses mempunyai kandungan BOD (Biological Oxigen Demand) dan COD (Chemical Oxigen Demand) hampir dua kali lebih tinggi dibandingkan dari ubikayu, sehingga limbah dari proses molasses (vinasse) mempunyai potensi menghasilkan biogas yang lebih besar pada pengolahan secara anaerob. Karakteristik limbah dari industri etanol dengan bahan baku molasses dan ubikayu disajikan pada Tabel 3.
15
salah satu bahan yang terdapat dalam air limbah dari industri etanol yang merupakan produk bawah (bottom product) pada proses distilasi etanol. Sifat fisik dan kimianya ditentukan oleh bahan baku awal produksi etanol. Untuk bahan baku dari sirup gula tebu (sugar cane juice), vinasse yang dihasilkan akan berwarna coklat muda dengan kandungan padatan 20.000- 40.000 mg/L. Apabila bahan baku alkohol berasal dari molasses maka vinasse akan berwarna hitam kemerahan dengan kandungan padatan 50.000-100.000 mg/L. Limbah vinasse rata-rata memiliki specific gravity antara 1,02-1,04 (Soeprijanto dkk., 2010).
Tabel 3. Karakteristik limbah industri etanol dari bahan baku ubikayu dan molasses
Jenis Limbah Parameter Jumlah kandungan
Limbah padat Kulit, tanah -
Sludge -
Air limbah thinslop* BOD 25.000 - 35.000 ppm
COD 35.000 - 50.000 ppm
Padatan total 5 - 6 % Air limbah vinasse** BOD 40.000 - 60.000 ppm
COD 80.000 - 100.000 ppm Padatan total 10-12 % Sumber: Chaikut et al. (1991)* dan Shaukat Ali (2002)**
dalam Supriyanto (2007).
16
anaerobik terbuka akan merombak kandungan polutan karbon dan nitrogen menjadi gas metan, karbon dioksida, amoniak, hidrogen sulfida, dan senyawa lainnya oleh mikroorganisme anaerobik (Kiely, 1997 dalam Widyantoro dan Nugrahini, 2008). Gas-gas tersebut kemudian terdispersi ke atmosfir/udara terbuka secara alami. Selain gas metan, dispersi produk gas lain seperti CO2 ke lingkungan terbuka berpotensi menimbulkan pemanasan global dan meningkatkan polusi. Gas metan yang dihasilkan dari proses pengolahan limbah cair pabrik-pabrik tersebut dapat dijadikan sebagai sumber bahan bakar alternatif. Karena dapat menghasilkan biogas yang dapat diperbaharui dari sistem pengolahan anaerobik, limbah cair dipandang sebagai salah satu bahan yang dapat menyediakan sumber energi terbarukan (Chaiprasert dkk, 2003 dalam Widyantoro dan Nugrahini, 2008).
E. Pengelolaan Air Limbah secara Anaerobik
Proses pengolahan anaerobik adalah proses pengolahan senyawa – senyawa organik yang terkandung dalam limbah menjadi gas metana dan karbon dioksida tanapa memerlukan oksigen. Penguraian senyawa organik seperti karbohidrat, lemak dan protein yang terdapat dalam limbah cair dengan proses anaerobik akan menghasilkan biogas yang mengandung metana (50-70%), CO2 (25-45%) dan sejumlah kecil nitrogen, hidrogen, dan hidrogen sulfida. Penguraian dengan proses anaerobik secara umum dapat disederhanakan menjadi dua tahap yaitu tahap pembentukan asam dan tahap pembentukan metana.
17
menjadi senyawa organik sederhana (monomer) yang dilakukan oleh enzim-enzim ekstraseluler. Pembentukan asam dari senyawa-senyawa organik sederhana (monomer) dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasil asam yang terdiri dari sub divisi asids/farming bakteria dan asetogenik bakteria. Asam propionat dan butirat diuraikan oleh acetogenic bacteria menjadi asam asetat.
Pembentukan metana dilakukan oleh bakteri penghasil metana yang terdiri dari sub divisi asetocalstic methane bacteria yang menguraikan asam asetat menjadi metana dan karbon dioksida. Karbon dioksida dan hidrogen yang terbentuk dari reaksi penguraian tersebut disintesa oleh bakteri pembentuk metana menjadi metana dan air.
Lingkungan memiliki peranan yang besar pada laju pertumbuhan mikroorganisme baik pada proses aerobik maupun anaerobik. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik antara lain temperatur, pH, konsentrasi substrat, dan zat beracun.
1. Temperatur
18
2. pH (keasaman)
Bakteri penghasil metana sangat sensitif terhadap perubahan pH. Rentang pH optimum untuk jenis bakteri penghasil metana berkisar antara 6,4-7,4. Bakteri yang tidak menghasilkan metana tidak begitu sensitif terhadap perubahan pH dan dapat bekerja pada pH antara 5-8,5. Karena proses anaerobik terdiri dari dua tahap yaitu tahap pambentukan asam dan tahap pembentukan metana, maka pengaturan pH awal proses sangat penting. Tahap pembentukan asam akan menurunkan pH awal. Jika penurunan ini cukup besar akan dapat menghambat aktivitas mikroorganisme penghasil metana. Untuk meningkatkat pH dapat dilakukan dengan penambahan kapur.
3. Konsentrasi Substrat
Sel mikroorganisme mengandung Karbon, Nitrogen, Posfor dan Sulfur dengan perbandingan 100 : 10 : 1 : 1. Untuk pertumbuhan mikroorganisme, unsur-unsur di atas harus ada pada sumber makanannya (substart). Konsentrasi substrat dapat mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Kondisi yang optimum dicapai jika jumlah mikroorganisme sebanding dengan konsentrasi substrat. Kandungan air dalam substart dan homogenitas sistem juga mempengaruhi proses kerja mikroorganisme. Karena kandungan air yang tinggi akan memudahkan proses penguraian, sedangkan homogenitas sistem membuat kontak antar mikroorganisme dengan substrat menjadi lebih baik.
4. Zat Baracun
19
terdapat pada konsentrasi yang tinggi. Untuk logam pada umumnya sifat racun akan semakin bertambah dengan tingginya valensi dan berat atomnya. Bakteri penghasil metana lebih sensitif terhadap racun daripada bakteri penghasil asam (Manurung, 2004).
F. Gas Rumah Kaca
20
secara langsung berdampak pada makhluk hidup, sedangkan gas rumah kaca berdampak tidak langsung (Trismidianto dkk., 2009).
Melalui perantara proses di dalam lingkungan biogeokimia, gas-gas rumah kaca baru berdampak pada makhluk hidup. Sifat gas rumah kaca adalah menaikkan suhu bumi dengan cara menangkap radiasi gelombang pendek dari matahari dan memantulkannya ke bumi. Gas rumah kaca juga memantulkan radiasi gelombang panjang ke bumi, sehingga bumi seakan-akan mendapatkan pemanasan dua kali. Dampak dari gas rumah kaca adalah pemanasan global dan efek rumah kaca. Sedangkan dampak turunan dari pemanasan global salah satunya adalah perubahan iklim. Naiknya suhu rata-rata bumi adalah salah satu bukti telah terjadi perubahan iklim. Pemanasan global ini pun mendapatkan radiasi matahari tambahan lagi karena terdapatnya lubang ozon. Penipisan ozon mengakibatkan radiasi sinar ultraviolet dari matahari yang masuk ke bumi semakin besar intensitasnya (Trismidianto dkk., 2009).
21
sisa-sisa pertanian. Dan dari sektor peternakan, emisi GRK berupa gas metana (CH4) dilepaskan dari kotoran ternak yang membusuk. GRK berupa metana juga dihasilkan dari sampah. Menurut IPCC (Intergovernmental On Panel Climate Change) menyatakan jika laju emisi gas rumah kaca ini dibiarkan terus tanpa
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Pengelolaan Limbah Agroindustri Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung pada bulan Mei-Juli 2012 untuk skala laboratorium.
B. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian tersebut adalah bioreaktor anaerobik tangki berpengaduk dengan kapasitas 50 L dan seperangkat komputer.
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian meliputi data primer dan data sekunder dari penelitian skala laboratorium dengan substrat thinslop dan vinasse menggunakan bioreaktor anaerobik tangki berpengaduk dengan kapasitas 50 L.
C. Metode Penelitian
23
Penelitian menggunakan dua bioreaktor dengan perlakuan perbedaan substrat yang digunakan yaitu thinslop dan vinasse. Thinslop dan vinasse dianalisa nilai pH dan COD.
Limbah berupa sludge dimasukkan ke dalam bioreaktor. Proses pengadaptasian dilakukan dengan cara pengeluaran air limbah dari dalam bioreaktor setiap hari dan digantikan dengan limbah baru. Perlakuan penambahan substrat thinslop dapat dimulai bila pH air limbah keluaran dari dalam bioreaktor telah stabil pada nilai 6,5-7,5. Setiap hari akan dikeluarkan air limbah dari dalam bioreaktor dengan penggantian limbah baru ke dalam bioreaktor sebanyak limbah yang dikeluarkan. Pengamatan pH dan suhu dilakukan setiap hari. Pengamatan COD dilakukan setiap 2 hari sekali (Maryanti, 2011).
Gambar 3. Bioreaktor dengan pengumpanan thinslop (Maryanti, 2011).
Limbah berupa sludge sebanyak 14,5 L dimasukkan ke dalam bioreaktor. Penambahan thinslop sebesar 1 L per hari dilakukan sampai dengan pH stabil. Apabila terjadi penurunan pH, maka akan ditambahkan sludge. Perlakuan penambahan vinasse dapat dimulai bila pH limbah keluaran dari dalam bioreaktor telah stabil berkisar antara 6,5-7,5. Perlakuan bioreaktor yaitu pemberian vinasse dengan jumlah load yang berbeda setiap minggu. Minggu pertama dilakukan load sebesar 0,5 g/L hari, minggu kedua sebesar 1,0 g/L hari, minggu ketiga 1,5 g/L hari, dan pada minggu keempat sebesar 2,0 g/L hari.COD. Setiap hari akan
28 0C 50 L Air limbah baru
24
dikeluarkan air limbah dari dalam bioreaktor dengan penggantian limbah baru ke dalam bioreaktor sebanyak limbah yang dikeluarkan. Pengamatan volume biogas, suhu, dan pH dilakukan setiap hari. Pengamatan COD dilakukan setiap 2 hari sekali. Pengamatan konsentrasi gas metana dilakukan satu kali yaitu setiap 7 hari sekali (Amelia, 2012). Load 2,0 g/L hari merupakan beban maksimum bioreaktor dan data yang diperoleh digunakan sebagai data utama untuk menghitung potensi emisi gas rumah kaca dan potensi biogas. Mekanisme pengumpanan vinasse dengan jumlah load COD 2,0 g/L hari per hari dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 4. Bioreaktor dengan pengumpanan vinasse dengan jumlah load 2,0 g/L hari (Amelia, 2012).
D. Pelaksanaan Penelitian
1. Pengumpulan Data
Pengumpulan data dilakukan dengan cara penelusuran pustaka yaitu semua data dan informasi, fakta, petunjuk, dan indikasi yang didapat dari hasil penyelidikan secara tidak langsung. Data diperoleh dari penelusuran pustaka dan berdasarkan penelitian Maryanti (2011) dan Amelia (2012). Perhitungan dilakukan menggunakan faktor-faktor emisi yang sudah disepakati secara global.
27 0C 50 L Air limbah baru
2,0 g/L.hari
25
2. Penghitungan Potensi Emisi Gas Rumah Kaca
Air limbah industri bioetanol yang berpotensi sebagai gas rumah kaca ditentukan karakteristiknya dengan menganalisis parameter yang berkaitan langsung dengan pembentukan gas metan yaitu nilai COD (Chemical Oxygen demand).
a. Nilai pembebanan COD Limbah
Keterangan :
Pembebanan COD = Nilai COD (kg/hari)
Laju alir = Jumlah air limbah (m3/hari) CODin = COD inlet (mg/L)
b. Potensi Gas Metana
Keterangan:
CH4 = Jumlah potensi gas metana (m3/hari) CODr = COD removal (kg/hari)
Berat CH4 = mol CH4 ** x Berat Molekul CH4 *) 1 kg CODr = 0,35 m3 CH4 (Metcalf dan Eddy, 2003)
**) 1 mol gas CH4 dalam keadaan STP yaitu setara dengan 22,4 L
c. Potensi Biogas
Keterangan:
Biogas = Jumlah potensi biogas (m3/hari) CH4 = Jumlah potensi gas metana (m3/hari) % metana = Konsentrasi gas metan dalam biogas
CH4 = CODr x 0,35*
Pembebanan COD = Laju alir x CODin
26
d. Potensi Emisi CO2e dari CH4
Keterangan:
Potensi Emisi = Potensi Emisi CO2e dari CH4 (g CO2e/hari) CH4 = Total metan dari biogas (g/hari)
GWPCH4 = 21 (IPCC, 2006)
e. Reduksi Emisi CO2e dari CH4
Keterangan :
RE = Reduction Emission (Reduksi emisi dari limbah cair)
BE = Baseline Emission (Emisi yang ditimbulkan apabila tidak ada pemanfaatan)
PE = Project Emission (Emisi yang ditimbulkan oleh adanya pemanfaatan)
Nilai emisi dasar (BE) dihitung berdasarkan perhitungan sebelumnya yaitu setara dengan potensi emisi CO2e dari CH4. Nilai emisi proyek (PE) dihitung dengan asumsi bahwa emisi proyek digester anaerobik sebesar 10% (IPCC, 2006).
Potensi Emisi = CH4 x GWPCH4
Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT
Atas nikmat, petunjuk dan ridho-Nya
Kupersembahkan karya kecil ini kepada:
Bapak dan Mamak (Almh.) tercinta, Bi Isah, Mas Dian,
Mas Heri, Mbak Mar, dan Mbak Mugi, sebagai ungkapan
rasa bakti dan hormat atas segala
do’a dan pengorbanan bagi keberhasilanku
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”
(QS. A Lam Nasyrah (94): 5-6)
Setiap kamu punya mimpi, taruh di depan keningmu. Jangan menempel. Biarkan dia menggantung, mengambang 5cm di depan keningmu.
Jadi dia tidak akan lepas dari matamu (Donny Dhirgantoro, 5CM)
Jarak antara sungguh-sungguh dan sukses hanya bisa diisi sabar. Sabar yang aktif, sabar yang gigih, sabar yang tidak menyerah, sabar yang penuh dari pangkal
sampai ujung yang paling ujung. Sabar yang bisa membuat sesuatu yang tidak mungkin menjadi mungkin, bahkan seakan-akan itu sebuah keajaiban dan
keberuntungan. Padahal keberuntungan adalah hasil kerja keras, do’a, dan sabar yang berlebih.
(Ahmad Fuadi, Ranah 3 Warna)
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sukabanjar pada tanggal 9 Juli 1989. Penulis merupakan anak kelima dari lima bersaudara buah hati pasangan Bapak Sudarno dan Ibu Khasngilah Hasanah (Almh.).
Penulis menyelesaikan pendidikan Taman Kanak-Kanak di TK Bhakti Kesuma pada tahun 1996, Sekolah Dasar di SD Negeri 1 Sukabanjar Gedong Tataan pada tahun 2002, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama di SLTP Negeri 26 Bandar Lampung pada tahun 2005, dan Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 3 Bandar Lampung pada tahun 2008.
Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) pada 2008. Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Matematika dan Teknologi Hasil Perikanan dan Perairan. Pada bulan Juli-Agustus 2011, penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) Tematik di Desa Sungai Langka Kabupaten Pesawaran dengan judul Pengembangan Bisnis Perikanan Secara Terpadu. Pada bulan Januari-Februari 2012, penulis melaksanakan Praktik Umum di PT. Phillips Seafoods Indonesia Lampung Plant dengan judul Mempelajari Proses Produksi Pasteurized Crab Meat Type Black Can di PT. Phillips Seafoods Indonesia
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, memberikan kekuatan jasmani dan rohani sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Potensi Emisi Gas Rumah Kaca dari Air Limbah Industri Bioetanol Berbahan Baku Ubikayu (Thinslop) dan Molasses (Vinasse).
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Dr. Eng. Ir. Udin Hasanudin, M.T. selaku pembimbing utama dan Ketua Jurusan THP atas bimbingan, arahan, bantuan, dan nasihat selama penelitian dan penyusunan skripsi.
2. Bapak Dr. Ir. Suharyono, A.S., M.S. selaku pembimbing kedua atas bimbingan, arahan, bantuan, dan nasihat selama penelitian dan penyusunan skripsi.
3. Bapak Dr. Ir. Tanto Pratondo Utomo, M.Si. selaku pembahas atas bimbingan, arahan, bantuan, dan nasihat selama penelitian dan penyusunan skripsi.
5. Bapak dan Ibu dosen pengajar, staf administrasi dan laboratorium di Jurusan THP atas bimbingan, pengetahuan, dan arahannya selama penulis menjadi mahasiswa.
6. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S. selaku Dekan Fakultas Pertanian Universitas Lampung.
7. Keluarga besar Laboratorium Penggelolaan Limbah Agroindustri THP FP Unila: Mbak Yanti, Mbak Amel, Dian, Siluh, Hartono, Garli, Vevi, Tifa, dan Fiqih atas dukungan, semangat dan nasehat kepada penulis.
8. Teman seperjuanganku Venti, Tina, Mpeb, Liana, Renny, Arin, Eni, dan Ayu, atas persahabatan, motivasi, dan kebersamaannya selama ini, semoga persahabatan kita akan selalu terjalin.
9. Teman-teman SOP 2008 dan adik-adik 2009 terimakasih atas perhatian dan bantuannya selama ini.
Semoga bantuan yang telah diberikan kepada penulis mendapat pahala dan ridho dari Allah SWT. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca Amiin.
Bandar Lampung, Agustus 2012
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Potensi emisi gas rumah kaca dari air limbah industri bioetanol berbahan
baku molasses (4,66 ton CO2e/kL etanol) lebih besar dari pada potensi emisi gas rumah kaca dari air limbah industri biotanol berbahan baku ubikayu (0,91ton CO2e/kL etanol).
2. Upaya mitigasi gas rumah kaca industri bioetanol berbahan baku ubikayu dapat dilakukan dengan pemanfaatan limbah menjadi sumber energi ramah lingkungan dengan pengurangan emisi sebesar 0,037 ton CO2e/kL etanol.
B. Saran
Thinslop dan vinasse memiliki potensi emisi gas rumah kaca yang cukup besar per
