BIOETANOL DAN RANCANG BANGUN ALAT DESTLASI SEDERHANA
Nama : Muhammad Furqan NIM : 1005106010043
MATA KULIAH RANCANGAN MESIN DAN PERALATAN PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA DARUSSALAM-BANDA ACEH
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Harga minyak dunia yang melambung, sudah lama diprediksi. Logikanya, minyak bumi (fossil fuel) adalah bahan bakar yang tak dapat diperbaharui. Cepat atau lambat, minyak dunia akan habis. Saat ini, harga minyak memang sedang booming karena kebutuhan negara-negara industri baru.
Kebutuhan akan bahan bakar minyak (BBM) saat ini semakin meningkat karena BBM sudah merupakan kebutuhan vital bagi manusia. Sebagian besar atau bahkan hampir semua teknologi yang digunakan menggunakan bahan bakar minyak sebagai sumber energi. Tetapi BBM yang kita gunakan saat ini semakin langka. Hal ini dikarenakan kuantitas minyak bumi pada lapisan bumi terus menipis akibat dari eksploitasi terus-menerus. Satu kelemahan dari minyak bumi adalah sifatnya yang tidak mudah diperbaharui. Proses pembentukan minyak bumi membutuhkan waktu berjuta-juta tahun. Hal tersebut mengakibatkan harga minyak bumi semakin meningkat.
Salah satu sumber energi yang bisa dimanfaatkan sebagai energi alternatif adalah bioetanol. Selain bisa menjadi pengganti BBM bioetanol juga mampu sebagai Octane Booster, artinya alkohol mampu menaikkan nilai oktan dengan dampak positif terhadap efisiensi bahan bakar dan menyelamatkan mesin. Fungsi lain adalah oxigenating agent, yakni mengandung oksigen sehingga menyempurnakan pembakaran dengan efek positif meminimalkan pencemaran udara. Bahkan berfungsi sebagai Fuel extender, yakni menghemat bahan bakar fosil. Campuran bioetanol 3% saja, mampu menurunkan emisi karbonmonoksida menjadi hanya 1,35%.
Seiring dengan menipisnya cadangan energi BBM, jagung menjadi alternatif yang penting sebagai bahan baku pembuatan ethanol (bahan pencampur BBM). Karenanya, kebutuhan terhadap komoditas ini pada masa mendatang diperkirakan mengalami peningkatan yang signifikan.
Bioetanol (C2H5OH) adalah cairan biokimia dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Produk bioetanol yang memenuhi standar, hampir bisa dikatakan, tidak mempunyai efek samping yang merugikan selama dipakai memenuhi kriteria.
Menurut Bustaman (2008), penggunaan etanol sebagai bahan bakar mempunyai beberapa keunggulan dibanding dengan bensin, yaitu :
1. Kandungan oksigen yang tinggi mencapai 35% sehingga jika dibakar sangat bersih. 2. Ramah lingkungan karena emisi gas karbon-mono-oksida lebih rendah yakni sekitar
19-25% dibanding BBM sehingga tidak memberikan kontribusi pada akumulasi karbon dioksida di atmosfer dan bersifat terbarukan, sedangkan BBM akan habis karena bahan bakunya fosil.
3. Sumber daya dapat diperbaharui (renewable resources).
4. Bioetanol aman digunakan sebagai bahan bakar, karena etanol karena titik nyala etanol 3 kali lebih tinggi dibandingkan.
5. Emisi hidrokarbon lebih sedikit.
6. Konsumsi bahan bakar mengalami pemurnian seiring dengan meningkatnya kandungan etanol.
glukosa, sukrosa dan fruktosa untuk menghasilkan etanol dengan jalur metabolisme Enter -deudoroff Pathway.
Keuntungan Zymomonas mobilis daripada S. cerevisia yakni; asupan gula dan hasil etanol lebih tinggi, produksi biomasa yang lebih rendah, toleransi terhadap etanol lebih tinggi, dan tidak memerlukan tambahan kontrol oksigen selama fermentasi.
Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol). Titik didih etanol murni adalah 78 C sedangkan air adalah 100 C (Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 - 100 C akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 % volume. Semakin murni etanol, semakin bagus untuk mesin. Harga jualnya pun lebih tinggi.
Destilasi merupakan teknik pemisahan yang didasari atas perbedaan perbedaan titik didik atau titik cair dari masing-masing zat penyusun dari campuran homogen. Dalam proses destilasi terdapat dua tahap proses yaitu tahap penguapan dan dilanjutkan dengan tahap pengembangan kembali uap menjadi cair atau padatan. Atas dasar ini maka perangkat peralatan destilasi menggunakan alat pemanas dan alat pendingin.
Proses destilasi diawali dengan pemanasan, sehingga zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap. Uap tersebut bergerak menuju kondenser yaitu pendingin, proses pendinginan terjadi karena kita mengalirkan air kedalam dinding (bagian luar condenser), sehingga uap yang dihasilkan akan kembali cair. Proses ini berjalan terus menerus dan akhirnya kita dapat memisahkan seluruh senyawa-senyawa yang ada dalam campuran homogen tersebut.
1.2. Identifikasi Masalah
1. Bahan bakar minyak merupakan kebutuhan vital bagi manusia dan sekarang jumlahnya semakin berkurang.
1.3. Batasan Masalah
1. Limbah yang digunakan adalah buah dan sayur sisa yang tidak layak jual. 2. Mikroba yang digunakan untuk tahapan hidrolisis adalah Trichoderma reesei. 3. Mikroba yang digunakan untuk fermentsi adalah Zymomonas mobilis.
4. pH yang digunakan pada pertumbuhan mikroba adalah 3-6. 5. Suhu yang digunakan adalah suhu kamar (270C).
1.4. Rumusan Masalah
1. Berapakah kondisi hidrolisis optimum dari limbah pasar dengan menggunakan mikroba Trichoderma viride?
2. Berapakah kondisi fermentasi optimum dengan menggunakan mikroba Zymomonas mobilis 3. Berapakah kadar bioetanol yang dihasilkan dari satu Kg Limbah Pasar?
1.5. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui kondisi hidrolisis optimum dari limbah pasar dengan menggunakan mikroba Trichoderma viride
2. Mengetahui kondisi fermentasi optimum dengan menggunakan mikroba Zymomonas mobilis.
3. Mengetahui kadar bioetanol yang dihasilkan dari satu Kg limbah pasar. 1.6. Manfaat Penelitian
1. Dapat mengubah limbah sisa pasar menjadi bioetanol sebagai solusi alternatif pengganti bahan bakar minyak yang dapat diperbaharui.
2. Memberikan wawasan dan peluang bisnis.
BAB II
Limbah pasar tidak hanya plastic dan sejenisnya, tapi melainkan buah dan sayur. Buah dan sayur dapat membuat bau busuk yang sangat mengganggu indra penciuman manusia. Buah yang sering digunakan untuk bioetanol adalah Jeruk, Semagka, Pepaya, Selada, Sawi dan lain-lain. Seiring perkembangan zaman, bioetanol mulai digandrungi oleh negara-negara maju dan berkembang karena jika hanya bergantung pada bahan bakar fosil dunia akan kacau karena penggunaan bahan bakar fosil (Suprapto dan Rasyid, 2002).
2.2. Lignin
Lignin adalah polimer aromatik kompleks yang terbentuk melalui polimerisasi tiga dimensi dari sinamil alkohol (turunan fenil propane) dengan bobot melekul mencapai 11. Dengan kata lain, lignin adalah makromolekul dari polifenil. Polimer lignin dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami perubahan pada bentuk dasarnya. Lignin yang melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisis karena adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter.
Gambar 2.1. Struktur Lignin
2.3.Hemiselulosa
hemiselulosa dapat dibagi menjadi kompleks seperti pentosa, heksosa, asam keksuronat dan deoksi-heksosa (Fengel dan Wegener, 1995; Nishizawa, 1989).
Hemiselulosa ditemukan dalam tiga kelompok yaitu xylan, mannan, dan galaktan. Xylan dijumpai dalam bentuk arabinoxylan, atau arabino glukurunoxylan. Mannan dijumpai dalam bentuk glukomannan dan galaktomannan. Sedangkan galaktan yang relative jarang, dijumpai dala bentuk arabino galaktan.
Gambar 2.2. Struktur Hemiselulosa (Cole dan Fort, 2007)
2.5. Selulosa
Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan bahan alam yang paling penting yang dibuat oleh organisme hidup. Selulosa merupakan polimer linier dengan berat molekul tinggi yang tersusun seluruhnya atas ß-D-glukosa (Fenger dan Wegner, 1995).
Selulosa hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni di alam melainkan selalu berikatan dengan bahan lain yaitu lignin dan hemiselulosa. Serat selulose alami terdapat di dalam dinding sel tanaman dan material vegetatif lainnya.
mikrofibril selulosa terdiri atas bagian amorf (15%) dan bagian berkristal (85%). Struktur berkristal dan adanya lignin serta hemiselulosa disekeliling selulosa merupakan hambatan utama untuk menghidrolisa selulosa (Sjostrom, 1995). Pada proses hidrolisa yang sempurna akan mengahasilkan glukosa, sedangkan proses hidrolisa sebagian akan menghasilkan disakarida selebiosa.
Gambar 2.3. Struktur Selulosa (Cole dan Fort, 2007)
2.6. Mikroba
Dalam proses hidrolisis mikroba yang digunakan adalah Trichoderma reesei, dan untuk proses fermentasi menggunakan Zymomonas mobilis. Komponen utama dari sistem selulase Trichoderma reesei adalah kedua jenis enzim selobiohidrolasenya, yaitu CBHI dan CBHII, yang berjumlah total 80% dari total protein selulase yang dihasilkan. Trichoderma reesei dapat tumbuh optimum pada suhu 35-37 °C, dengan suhu minimum 6-8 °C, dan suhu maksimum 45-47 °C. Selain itu, dalam proses pertumbuhannya fungi ini memerlukan oksigen yang cukup (aerobik). Dan pada proses fermentasi (mengubah glukosa menjadi etanol) digunakan Zymomonas mobilis. Keuntungan Zymomonas mobilis daripada S. cerevisia yakni: asupan gula dan hasil etanol lebih tinggi, produksi biomas yang lebih rendah, lebih tinggi toleransi terhadap etanol, dan tidak memerlukan tambahan kontrol oksigen selama fermentasi
2.7. Bioetanol
Bioetanol merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak premium. Untuk pengganti premium, terdapat alternatif gasohol yang merupakan campuran antara bensin dan bioetanol. Adapun manfaat pemakaian gasohol di Indonesia yaitu : memperbesar basis sumber daya bahan bakar cair, mengurangi impor BBM, menguatkan security of supply bahan bakar, meningkatkan kesempatan kerja, berpotensi mengurangi ketimpangan pendapatan antar individu dan antar daerah, meningkatkan kemampuan nasional dalam teknologi pertanian dan industri, mengurangi kecenderungan pemanasan global dan pencemaran udara (bahan bakar ramah lingkungan) dan berpotensi mendorong ekspor komoditi baru.
BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian ini akan dilakukan di laboratorium Pasca Panen, Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Syiah Kuala. Adapun yang menjadi alasan dari pemeilihan tempat bahwa calon peneliti merupakan mahasiswa Program Studi Teknik Pertanian sehingga untuk memudahkan akses penelitian. Waktu penelitian selama 4 bulan, mulai dari bulan Maret 2013 sampai bulan Juli 2013.
3.2. Alat dan Bahan
Alat-alat yang akan digunakan dalam penelitian ini terdiri dari: (1) Peralatan gelas seperti gelas piala, erlenmeyer, gelas ukur, gelas alroji, corong kaca, pengaduk, tabung reaksi, botol, dan pipet tetes, (2) Alat penunjang lain seperti neraca analitik, autoklaf, blender, termometer, alat destilasi, jarum ose, piknometer, cawan petri, spektronik-20, dan GC, (3) Alat Destilasi Sederhana.
Bahan- bahan yang akan digunakan pada penelitian ini adalah Limbah pasar; Jeruk; Semangka; Pepaya; Selada; dan Sawi, KI 10%, HCl 0,1M, H2SO4 25%, NaOH 0,1M, kapang Tricoderma reesei, bakteri Zymomonas mobilis, (NH4)2HPO4 10 %, alkohol, bakto pepton, NaCl, glukosa, sukrosa, Na2SO4 0,1N, larutan kanji, Pb-asetat, larutan Luff-Schoorl, dan aquades.
3.3. Pembuatan Bioetanol
Secara umum, produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu: 3.3.1. Persiapan Bahan Baku
Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal tebu atau yang menghasilkan tepung seperti jagung, singkong dan gandum disamping bahan lainnya. Pembuatan bioetanol melibatkan proses fermentasi yang menghasilkan etanol dan limbah organik. Selama proses pengolahan limbah memenuhi kriteria yang telah ditentukan, tidak ada dampak lingkungan yang akan tercemari. Persiapan bahan baku beragam bergantung pada bahan bakunya, tetapi secara umum terbagi menjadi beberapa proses, yaitu :
Tepung dan material selulosa harus dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik
Pemasakan, Tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula kompleks (liquefaction) dan sakarifikasi (Saccharification) dengan penambahan air, enzyme serta panas (enzim hidrolisis). Pemilihan jenis enzim sangat bergantung terhadap supplier untuk menentukan pengontrolan proses pemasakan.
Tahap Liquefaction memerlukan penanganan sebagai berikut : 1. Pencampuran dengan air secara merata hingga menjadi bubur 2. Pengaturan pH agar sesuai dengan kondisi kerja enzim
3. Penambahan enzim (alpha-amilase) dengan perbandingan yang tepat
4. Pemanasan bubur hingga kisaran 80 sd 90 C, dimana tepung-tepung yang bebas akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly) seiring dengan kenaikan suhu, sampai suhu optimum enzim bekerja memecahkan struktur tepung secara kimiawi menjadi gula komplek (dextrin). Proses Liquefaction selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses menjadi lebih cair seperti sup.
Tahap sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan proses sebagai berikut :
1. Pendinginan bubur sampai suhu optimum enzim sakarifikasi bekerja 2. Pengaturan pH optimum enzim
3. Penambahan enzim (glukoamilase) secara tepat
3.3.2. Fermentasi
1. Pada tahap ini, tepung telah sampai pada titik telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dimana proses selanjutnya melibatkan penambahan enzim yang diletakkan pada ragi (yeast) agar dapat bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini akan menghasilkan etanol dan CO2.
2. Bubur kemudian dialirkan kedalam tangki fermentasi dan didinginkan pada suhu optimum kisaran 27 sd 32 C, dan membutuhkan ketelitian agar tidak terkontaminasi oleh mikroba lainnya. Karena itu keseluruhan rangkaian proses dari liquefaction, sakarifikasi dan fermentasi haruslah dilakukan pada kondisi bebas kontaminan.
3. Selanjutnya ragi akan menghasilkan ethanol sampai kandungan etanol dalam tangki mencapai 8 sd 12 % (biasa disebut dengan cairan beer), dan selanjutnya ragi tersebut akan menjadi tidak aktif, karena kelebihan etanol akan berakibat racun bagi ragi.
4. Dan tahap selanjutnya yang dilakukan adalah destilasi, namun sebelum destilasi perlu dilakukan pemisahan padatan-cairan, untuk menghindari terjadinya clogging selama proses distilasi.
3.3.3. Destilasi
Gambar 3.1. Alat Destilasi Sederhana DAFTAR PUSTAKA
Bustaman, S., (2008), Kebijakan Pengembangan Bahan Bakar Nabati (Bioetanol) Di Maluku. Jurnal Ekonomi Dan Pembangunan 17: 89-106.
Cole, B. dan Fort, R., (2007), http:Chemistry_umeche_maine.edu/Fort/cole-Fort.html (diakses Februari 2011).
Fengel, D. dan Wegener, G., (1995), Kayu: Kimia, Ultra Struktur, Reaksi, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Gozan, M., (2007), Sakarafikasi dan Fermentasi Bagas Menjadi Etanol Menggunakan Enzim Sellulase dan Enzim Sellobiase, Jurnal Teknologi 8: 43-47.
Mulyono, (2005), Membuat Reagen Kimia, Bumi Aksara, Bandung.
Nishizawa, K., (1989), Degradation of cellulose and Hemicelluloses Biomass Handbook, Gordon & Breach Science Publisher, New York.
Prisanto,F.,(2009), Pemanfaatan Biomassa Tongkol Jagung Menjadi Bioetanol, http://eprints.undip.ac.id/3019/1/Abstrak_final.pdf.
Simamora, S., (2008), Membuat Biogas Penggaanti Bahan Bakar Minyak Dan Gas, Agromedia, Jakarta.
Sjostrom, E., (1995), Kimia Kayu: Dasar-dasar dan Penggunaan, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
