BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Indonesia merupakan negara agraris yang memiliki beragam kekayaan alam terbarukan yang sangat berpotensi menghasilkan bioenergi. Bahan bakar nabati seperti bioetanol, masih dibuat dari bahan berpati dan bergula yang merupakan bahan pangan. Hal ini akan berdampak buruk bagi penyediaan bahan pangan yang dibutuhkan masyarakat. Jika bahan bakar nabati (BBN) terus menerus dibuat dari bahan pangan, maka akan terjadi persaingan antara penyediaan pangan dan energi. Untuk menghindari persaingan tersebut, telah dikembangkan teknologi bahan bakar nabati generasi kedua. Teknologi bahan bakar nabati generasi kedua adalah teknologi yang mampu memproduksi bahan bakar nabati, seperti biodiesel atau bioetanol dari bahan lignoselulosa. Ketika hasil-hasil pertanian dan perkebunan dipanen, bahan lignoselulosa akan tertinggal sebagai limbah pertanian yang biasanya kurang termanfaatkan. Walaupun demikian, akan tetapi lignoselulosa tersebut dapat digunakan sebagai bahan baku produksi bahan bakar nabati.( Kristina, Evi Retno Sari, Novia*).
Pengolahan TKKS menjadi bioetanol pada prinsipnya sama dengan proses yang berbahan baku singkong yaitu melalui tahapan hidrolisis, fermentasi dan destilasi. Tetapi pada TKKS perlu adanya perlakuan tambahan berupa pretreatment .untuk dapat menghilangkan lignin yang dapat mengganggu proses hidrolisis selulosa. Kemudian dilanjutkan hidrolisis menggunakan enzim selulase dan dihasilkan cairan glukosa. Cairan glukosa difermentasi menggunakan khamir Saccharomyces cereviseae dengan kondisi anaerob fakultatif, suhu 30o C, pH 4,0 – 4,5 dan kadar gula 10 -18% selama 30 – 72 jam dan dihasilkan bioetanol. Bioetanol kemudian didestilasi sehingga mencapai kemurnian 95 – 98 %. Bioetanol siap digunakan sebagai bahan bakar pada kendaraan bermotor. Penggunaanya dapat dicampur dengan bensin tetapi bisa juga 100% bioetanol apabila mesin kendaraan bermotor tersebut didesain khusus untuk bahan bakar bioetanol (Hidayat, R. 2005).
1.2 ALASAN PENDIRIAN PABRIK
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan salah satu contoh dari lignoselulosa yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. TKKS merupakan limbah dari hasil panen tanaman kelapa sawit. Ketersediaan bahan ini sangat besar di Indonesia mengingat tanaman kelapa sawit sangat berlimpah dan menjadi sumber mata pencaharian masyarakat Indonesia, serta limbahnya belum dimanfaatkan secara maksimal
1.3 KAPASITAS PERANCANGAN PABRIK
Pabrik bioetanol direncanakan didirikan tahun 2023. Dalam penentuan perancangan pabrik ini, diperlukan beberapa pertimbangan, yaitu perkiraan kebutuhan bioetanol di Indonesia dan kapasitas rancangan minimum.
Tabel 1.1 Data Impor Ethyl Alcohol (Bioetanol) di Indonesia Tahun Harga (US$) Kebutuhan (ton/tahun)
2012 $10,217,688 106.438
2013 $8,975,633 229.440
2014 $10,484,231 1.261.596
2015 $7,328,037 86.317
2016 $11,294,527 1.732.411
Sumber : Comtrade
Dari data pada tabel 1.1 dapat dibuat regresi linear hubungan antara tahun dengan impor etanol
0 2 4 6 8 10 12
0 200,000 400,000 600,000 800,000 1,000,000 1,200,000 1,400,000f(x) = R² = 0
Gambar 1.1 Regresi Linear Hubungan Antara Tahun dengan Impor etanol Kapasitas Produksi Etanol = data import
Y = 203.241.517/1000 Y = 203.241,52 ton/tahun
Dengan asumsi pabrik yang didesain dapat memenuhi 10 % dari total kebutuhan nasional, maka :
Kapasitas produksi = 203.241,52 x 0,1 = 20324.152 ton/ tahun = 20.000 ton/tahun
atau kapasitas produksi tugas pra desain sama dengan 20.000 ton/ tahun Tabel 1.2 Data Ekspor Ethyl Alcohol (Etanol) di Indonesia
Tahun Harga (US$) Kebutuhan (ton/tahun)
2012 $365,761 134,285
2013 $1,370,495 256,985
2014 $832,104 252,831
2015 $701,180 193,414
2016 $2,981,761 752,599
Sumber : Comtrade
1.3.2 Produksi dan Ekspor Minyak Kelapa Sawit di Indonesia
luas area perkebunan sawit. Didorong oleh permintaan global yang terus meningkat dan keuntungan yang juga naik, budidaya kelapa sawit telah ditingkatkan secara signifikan baik oleh petani kecil maupun para pengusaha besar di Indonesia (dengan imbas negatif pada lingkungan hidup dan penurunan jumlah produksi hasil-hasil pertanian lain karena banyak petani beralih ke budidaya kelapa sawit).Mayoritas hasil produksi minyak kelapa sawit Indonesia diekspor. Negara-negara tujuan ekspor yang paling penting adalah RRT, India, Pakistan, Malaysia, dan Belanda. Walaupun angkanya sangat tidak signifikan, Indonesia juga mengimpor minyak sawit, terutama dari India. Memang mayoritas dari minyak sawit yang diproduksi di Indonesia diekspor (lihat tabel di bawah). Namun, karena populasi perindustrian Indonesia terus bertumbuh (disertai kelas menengah yang berkembang pesat) dan dukungan pemerintah untuk program biodiesel, permintaan minyak sawit domestik di Indonesia juga terus berkembang. Meningkatnya permintaan minyak sawit dalam negeri sebenarnya bisa berarti bahwa pengiriman minyak sawit mentah dari Indonesia akan mandek di tahun-tahun mendatang jika pemerintah Indonesia tetap berkomitmen terhadap moratorium konversi lahan gambut.
Tabel 1.3 Produksi dan Ekspor Minyak Kelapa Sawit Indonesia:
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Produksi
Export
Sumber: Indonesian Palm Oil Producers Association (Gapki) & Indonesian Ministry of Agriculture
Tabel di atas menunjukkan bahwa produksi kelapa sawit naik drastis selama satu dekade terakhir. Gabungan Pengusaha Kelapa Sawit Indonesia (Gapki) menyatakan Indonesia bisa memproduksi paling tidak 40 juta ton kelapa sawit per tahun mulai dari tahun 2020.
Tabel 1.4 Sebaran Pabrik Kelapa Sawit di Indonesia Tahun 2014
Jawa Barat 1 30
Banten 1 60
Kalimantan Barat 65 5.475
Kalimantan Tengah 43 3.100
Kalimantan Selatan 15 770
Kalimantan Timur 29 1.545
Sulawesi Tengah 7 590
Sulawesi Selatan 2 150
Sulawesi Barat 6 260
Sulawesi Tenggara 3 260
Papua 3 140
Papua Barat 4 360
Indonesia 608 5034,275
Sumber: Kementrian BUMN Republik Indonesia
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIOETANOL
Bioetanol merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan. Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol bersifat multi-guna karena dicampur dengan bensin pada komposisi berapapun memberikan dampak yang positif. Bahan baku yang dapat dibuat bioetanol diantaranya:
Bahan ini ada pada tetes tebu / molasse, nira aren, nira kelapa, nira tebu, sari buah-buahan dan lain-lain.
2. Bahan yang mengandung pati / karbohidrat
Bahan ini terdapat pada umbi-umbian seperti sagu, singkong, ketela, gaplek, ubi jalar, talas, ganyong, jagung dan lain-lain.
3. Bahan yang mengandung selulosa
Selulosa terdapat dalam serat seperti serat kayu, serat tandan kosong kelapa sawit, serat pisang, serat nanas, ampas tebu dan lain-lain (UKM, 2009).
2.2 TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
Tandan kosong kelapa sawit merupakan limbah utama dari industri pengolahan kelapa sawit. Tandan kelapa sawit merupakan bagian dari pohon kelapa sawit yang berfungsi sebagai tempat untuk buah kelapa sawit. Setiap tandan mengandung 62 – 70% buah dan sisanya adalah tandan kosong yang belum termanfaatkan secara optimal (Naibaho, 1998).
Padahal tandan kosong kelapa sawit berpotensi untuk dikembangkan menjadi barang yang lebih berguna, salah satunya menjadi bahan baku bioetanol. Hal ini karena tandan kosong kelapa sawit banyak mengandung selulosa yang dapat dihirolisis menjadi glukosa kemudidifermentasi menjadi bioetanol. Kandungan selulosa yang cukup tinggi yaitu sebesar 45% menjadikan kelapa sawit sebagai prioritas untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol (Aryafatta, 2008).
2.3 SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK 2.3.1 Spesifikasi Bahan Baku
Tandan Kosong Kelapa Sawit
sawit (PKO) sebanyak 0,05 ton (5%). Sisanya merupakan limbah dalam bentuk tandan buah kosong, serat dan cangkang biji yang jumlahnya masing-masing sekitar 23%, 13,5% dan 5,5% dari tandan buah segar.
Tandan kosong kelapa sawit yang merupakan 23 persen dari tandan buah segar, mengandung bahan lignoselulosa sebesar 55-60 persen berat kering. Dengan produksi puncak kelapa sawit per hektar sebesar 20-24 ton tandan buah segar per tahun berarti akan menghasilkan 2,5-3,3 ton bahan lignoselulosa. TKKS termasuk biomassa lignoselulosa, yang kandungan utamanya adalah selulosa 38,76%, hemiselulosa 26,69% dan lignin 22,23%. Komposisi dari TKKS dapat dilihat pada Tabel 1.
Abu Silika
0,7-4,0 0,2
Kandungan hemiselulosa dan pentosan serat TKKS yang relatif tinggi (34% dan 27%) akan memberikan pengaruh baik karena berkemampuan menyerap air yang besar sehingga memudahkan proses penggilingan pulp TKKS (fibrilisasi). Kelarutan dalam air panas dan alkohol-benzen yang juga besar menunjukkan zat ekstraktif dalam TKKS mengandung padatan larutan air dan sisa-sisa minyak. Analisa komposisi kimia TKKS juga telah dilakukan oleh Sreekala (1997), dimana diperoleh kadar selulosa 38,76%, hemiselulosa 29,11%, pentosan 26,67%, dan kadar abu 6,59%. (Anggraini, 201)
2.3.2 Spesifikasi Bahan Pendukung
Natrium Hidroksida
Letter name Uppercase
Rumus Molekul Berat Molekul
NaOH 40 g/mole
Titik Beku 323 °C
Spesifik Gravity 2,13
Tekanan Uap
-Densitas Uap
-Warna Putih
Temperatur Kritis
-Titik Nyala
-Keadaan fisik
Berbentuk Padat
Tidak berbau.
Mudah larut dalam air
Reaktif terhadap oksidator, reduktor, asam, alkali, kelembaban
Amonium Sulfat
Letter name Uppercase
Rumus Molekul Berat Molekul
(NH4)2SO4 132,14 g/mole
Titik Beku 280 °C
Titik Didih
-Spesifik Gravity 1,77
Tekanan Uap
-Densitas Uap
Temperatur Kritis
-Titik Nyala 93,3 OC
Berbentuk Padat (Kristal padat.)
Tidak berbau
Kelarutan: Larut dalam air dingin. Tidak larut dalam aseton.
2.3.3 Spesifikasi Produk
Etanol
Letter name Uppercase
Rumus Molekul Berat Molekul
C2H5OH 46.07 g/mole
Titik Beku -114.1°C
Titik Didih 78.5 C⁰
Densitas 785.3 kg/m3 – 809 kg/m3 at 25 C⁰
Spesifik Gravity 0.789
Tekanan Uap 5.7 kPa (@ 20°C) Densitas Uap 1.59 (Air = 1)
Warna Tidak berwarna
Temperatur Kritis 243°C
OPEN CUP: 17.78°C
Sifat Fisik Etanol
Uap dapat bercampur dengan udara Cairan mudah menguap, tidak berwarna
Kelarutan – air : Dapat bercampur dengan air
Kelarutan – pelarut : Dapat bercampur dengan eter, metanol, kloroform, dan aseton
2.4 DESKRIPSI PROSES SECARA UMUM
Pembuatan bioethanol dari Tandan Kosong Kelapa Sawit secara umum dapat digolongkan menjadi beberapa tahapan proses yaitu :
1. Proses Pre – Treatment
2. Proses Simultan Saccharification and Fermentation (SSF) 3. Proses Pemurnian
1. Tahap Pre Treatment Pretreatment Lignoselulosa
Tujuan dari pretreatment adalah untuk membuka struktur lignoselulosa agar selulosa menjadi lebih mudah diakses oleh enzim yang memecah polymer polisakarida menjadi monomer gula. Jika tidak dipretreatment terlebih dahulu, lignoselulosa sulit untuk dihidrolisis karena lignin sangat kuat melindungi selulosa sehingga sangat sulit melakukan hidrolisis sebelum memecah pelindung lignin. Gula yang diperoleh tanpa pretreatment kurang dari 20%, sedangkan dengan pretreatment dapat meningkat menjadi 90% dari hasil teoritis.
penyimpanan diangkut menggunakan conveyor (J01) yang berfungsi sebagai pencucian sekaligus untuk mengalirkan bahan baku menuju chipper (C01). Selain berfungsi sebagai pencuci, alat ini juga berfungsi sebagai alat transportasi/alat angkut menuju chipper (C01). TKKS dipotong hingga bentuknya seperti chip.
Setelah TKKS mengalami proses pencucian, maka sebelum masuk ke reaktor hidrolisa (R-01), bahan baku harus diperkecil ukurannya agar luas penampang TKKS semakin besar, sehingga dapat terhidrolisis secara maksimal. Didalam alat ini, terdapat 2 roda seperti gear yang berputar dengan cepat dan mempunyai ujung yang tajam sehingga dapat memotong TKKS dengan cepat. Bahan baku masuk lewat atas kemudian keluar lewat bawah yang selanjutnya masuk ke screw conveyor (J-01) untuk dialirkan ke reaktor hidrolisis (R-01) untuk proses hidrolisa menggunakan enzim. Reaktor hidrolis (R-01) merupakan suatu tangki terjadinya reaksi dimana hemiselulose terkonversi menjadi xylose dan xylose oligomer serta sebagian kecil dari selulose terkonversi menjadi glukose, glukose oligomer dan cellobiose. Sebelum proses terkonversinya hemiselulose dan selulose menjadi gula dan monomernya. konsentrasi padatan tak terlarut sebesar 30% dan waktu tinggal selama 32 jam.
2. Tahap Sakarifikasi dan Fermentasi Simultan (SFS)
Pra Inokulasi
Suhu 50 oC
Residence time 4 Jam
Sakarifikasi dan Fermentasi
Suhu 37 oC
Residence time 62 Jam
Konversi Selulosa menjadi Glukosa 0.85% Konversi Hemiselulosa menjadi Xilosa 0.50% konversi Glukosa menjadi Etanol 0.90% Konversi Xilosa menjadi Etanol 0.70%
Dua operasi yang berbeda dilakukan dalam proses ini yaitu saccharification untuk mengubah selulosa menjadi glukosa dengan menggunakan enzim selulase dan fermentasi untuk mengubah glukosa dan gula lainnya menjadi etanol menggunakan Z.Mobilis. Proses saccharification dan fermentation dilakukan secara terpisah. Hidrolisat detoxifikasi yang terdiri dari air, cellulose dan xylose masuk ke dalam tangki saccharification, dengan penambahan enzim selulase sehingga terjadi reaksi hidrolisa. Setelah proses sacharification dilanjutkan proses fermentation di dalam tangki fermentasi (R-02). Bubur Saccharified dialirkan ke fermentor dan pada saat bersamaan dimasukkan nutrisi dan mikroba. Dalam proses fermentation digunakan Z. mobilis bacterium rekombinan untuk mengkonvsersi glukosa dan xylose menjadi etanol.
2C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Setelah mengalami proses fermentasi, bahan yang sudah mengandung etanol ini kemudian ditampung didalam tangki penampung (F-02) yang kemudian akan dimurnikan dan ditingkatkan kadarnya melalui proses distilasi.
3. Tahap Distilasi
