Cara sederhana memproduksi Bio-Ethanol

Latar Belakang

Cadangan minyak bumi Indonesia kian hari semakin menipis karena peningkatan kebutuhan serta jumlah penduduk dunia yang juga terus meningkat (penduduk indonesia saat ini sekitara 270 juta jiwa) yang secara otomatis konsumsi akan kebutuhan bahan bakar dari minyak bumi terus meningkat dengan tajam. Semakin langkanya sumber daya mineral terutama cadangan minyak bumi telah mendorong giatnya ilmuwan dalam mencari sumber energi baru yang dapat diperbaharui, murah dan aman bagi lingkungan (terutama yang berasal dari nabati). Beberapa bahan bakar alternatif yang popular adalah biodiesel, biogas, biofuel, hydrogen dan energi nuklir. Biofuel adalah salah satu turunan dari biomassa. Biofuel merupakan bahan bakar yang berasal dari tumbuhan atau hewan, biasanya dari hasil pertanian.

Bioethanol adalah ethanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) yang dilanjutkan dengan proses destilasi. Bioethanol merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak premium. Bioetanol tidak saja menjadi alternatif yang sangat menarik untuk substitusi bensin, namun mampu juga menurunkan emisi CO₂. Bioetanol bisa didapat dari tanaman seperti tebu, jagung, gandum, singkong, padi, lobak, gandum hitam. Etanol dapat diproduksi secara petrokimia melalui hidrasi etilena ataupun secara biologis melalaui fermentasi gula dengan ragi.

Ethanol seringkali dijadikan bahan tambahan bensin sehingga menjadi bio-fuel. Produksi ethanol dunia untuk bahan bakar transportasi meningkat 3 kali lipat dalam kurun waktu 7 tahun. Bahan bakar ethanol adalah ethanol (etil alcohol) dengan jenis yang sama dengan yang ditemukan pada  minuman beralkohol dengan penggunaan sebagai bahan bakar. Ethanol merupakan salah satu sumber energi terbaharui karena energi ini didapatkan dari energi matahari. Jika ethanol ingin digunakan sebagai bahan bakar, maka sebagian besar kandungan air nya harus dihilangkan dengan cara distilasi. Tingkat kemurnian ethanol setelah didistilasi masih sekitar 95-96% (masih ada kandungan airnya 3-4%). Campuran ini dinamakan ethanol hidrat dan bisa digunakan sebagai bahan bakar, tapi tidak bisa dicampur sama sekali dengan bensin. Jadi, biasanya kandungan air dalam etanol hidrat dibuang habis terlebih dahulu dengan pengolahan lainnya sehingga baru bisa dicampurkan dengan premium.

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa  contoh  hasil  fermentasi  adalah ethanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan ethanol dalam bir, anggur, dan minuman beralkohol lainnya.

Dalam hal ini, saya akan memaparkan proses pembuatan bio-ethanol yang dihasilkan dari fermentasi singkong, proses pembuatannya akan dijelas dalam tahapan proses dibawah ini.

• Kupaslah ±125 kg singkong segar (segala jenis singkong  dapat dimanfaatkan untuk membuat ethanol). Bersihkan dan cacah kedalam ukuran kecil-kecil

• Singkong yang telah dikupas dan dan dipotong kecil-kecil teresebut kemudian dibersihkan setelah itu digiling untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik

• Rebuslah singkong hasil gilingan pada temperature 90^oC, hal ini adalah proses dimana karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula komplex (dextrin). Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup

• Dinginkan bubur, lalu masukkan ke dalam Tangki sakarifikasi. Sakarifikasi adalah proses penguraian pati menjadi glukosa. Setelah dingin, masukkan cendawan Aspergillus yang akan memecah pati menjadi glukosa. Untuk menguraikan 100 liter bubur pati singkong. perlu 10 liter larutan cendawan Aspergillus atau 10% dari total bubur. Konsentrasi cendawan mencapai 100-juta sel/ml. Sebelum digunakan, Aspergilhis dikuhurkan pada bubur singkong yang telah dimasak tadi agar adaptif dengan sifat kimia bubur pati. Cendawan berkembang biak dan bekerja mengurai pati

• Dua jam kemudian, bubur gaplek berubah menjadi 2 lapisan: air dan endapan gula. Aduk kembali pati yang sudah menjadi gula itu, lalu masukkan ke dalam tangki fermentasi. Namun, sebelum difermentasi pastikan kadar gula larutan pati maksimal 17-18%. Itu adalah kadar gula maksimum yang disukai bakteri Saccharomyces untuk hidup dan bekerja mengurai gula menjadi alkohol. Jika kadar gula lebih tinggi, tambahkan air hingga mencapai kadar yang diinginkan. Bila sebaliknya, tambahkan larutan gula pasir agar mencapai kadar gula maksimum

to be continued

Referensi :

1. Astawan, J.K. 1991. Muhr Brem Berm Ketan yang Dibuat Dan Dua Macam Ragi dan Diperam Dalam Beberapa Wadah, Tesis Pasca Sarjana, IPB, Bogor.
2. Kasmidjo, R.B. 1999. Pembuatan dan Pemanf aatan Ragi. Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi, Universitas Gajah Mada.Yogyakarta.
3. Kuswanto, K.R. 1994. Food Fermentation of Cassava In Indonesia, Application and Conhol of Microorganism In Asia, Proceedings af The International Workrhop On Application and Control of Microorganism In Asia,  Science and Technology   Agency, RIKEN, Japan Intemational Science and Technology Exchange Cenhe.
4. Purwantari, S.E., Ari, S. dan Ratna.S. 2004. Fementasi I Ganyong (Canna edulis Ker.) untuk Produksi Etanol oleh Aspergillus dan Zymomonas mobilis. J. Bioteknologi 1(2):43-47.
5. Heppy Rikana & Risky Adam, PEMBUATAN BIOETHANOL DARI SINGKONG SECARA FERMENTASI MENGGUNAKAN RAGI TAPE, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro-Jawa Tengah, Indonesia.

Cara memurnikan Ethanol

Bio-ethanol dengan kadar antara 95% sampai 99.8%'Bioetanol berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Di Brazil saat ini sudah banyak kendaraan yang menggunakan bahan bakar yang 100% ethanol. Hanya saja tingkat kemurnian yang disyaratkan bagi ethanol untuk bisa dijadikan sebagai bahan bakar alternative adalah tingkat kemurniannya yang harus mencapai 99.5%. Tingkat kemurnian pada angka 99.5% ini adalah persyaratan mutlak untuk menjadikan ethanol sebagai alternative bahan bakar, karena jika berkadar di bawah 90%, mesin tidak bisa menyala karena kandungan airnya yang terlampau tinggi. Etanol dengan kadar kemurnian 95% masih layak dimanfaatkan sebagai bahan bakar motor. Hanya saja, dengan kadar kemurnian itu maka perlu penambahan zat antikorosif pada tangki bahan bakar agar tidak menimbulkan karat dan tentunya hal ini tidak effektif untuk pemakaian dalam jangka waktu lama bagi kendaraan bermotor.

Proses pembuatan ethanol sebenar sudah cukup familiar bagi masyarakat Indonesia, ethanol bisa diperoleh dari proses fermentasi yang dilakukan terhadap tumbuh-tumbuhan yang banyak tumbuh subur diindonesia seperti, singkong, nanas, tebu, dan lain sebagainya, ethaonol yang dihasilkan dri proses fermentasi tumbuh tumbuhan ini dinamakan Boi-ethanol. Hanya saja Bio-ethanol yang banyak dihasilkan dari home industry kebanyakan tingkat kemurniannya berkisar dibawah 95%. Oleh karenanya agar bisa memanfaatkan Bio-ethanol agar bisa dijadikan sumber bahan bakar alternative adalah dengan memurnikan bio-ethanol yang diperoleh dari hasil fermentasi tadi. Cara memurnikan bio-ethanol bisa dilakukan dengan dua metode, yaitu metode dan metode kimia dan metode fisika.

Proses pemurnian bio-ethanol dengan metode kimia adalah dengan menggunakan batu gamping. Batu gamping adalah batu yang terbuat dari pengendapan cangkang kerang dan siput, foraminifera atau ganggang. Batu itu berwarna putih susu, abu-abu muda, abu-abu tua, cokelat, atau hitam, tergantung keberadaan mineral pengotornya. Mineral karbonat yang umum ditemukan berasosiasi dengan kapur adalah aragonit. Ia merupakan mineral metastable karena pada kurun waktu tertentu dapat berubah menjadi kalsit. Mineral lainnya siderit, ankarerit, dan magnesit, tapi ketiganya berjumlah sangat sedikit. Batu gamping bersifat higroskopis, artinya mempunyai kemampuan untuk menyerap air, karena itulah ia mampu mengurangi kadar air dalam bio-etanol. Sebelum digunakan sebaiknya batu gamping yang akan digunakan ditumbuk hingga menjadi tepung hal ini dimaksudkan agar penyerapan air bisa lebih cepat. Perbandingannya untuk 7 liter bio-etanol diperlukan 2-3 kg batu gamping, campuran itu didiamkan selama ± 24 jam sambil sesekali diaduk secara merata. Selanjutnya, campuran diuapkan dan diembunkan sehingga menjadi cair kembali dengan kadar kemurnian ethanol yang bisa mencapai lebih dari 99%. Bio-etanol inilah yang nantinya bisa dicampur dengan bensin atau digunakan murni sebagai bahan bakar alternatif. Walaupun prosesnya sangat mudah, tapi penggunaan batu gamping memiliki beberapa kelemahan. Di antaranyaadalah jumlah ethanol yang hilang sangat tinggi, mencapai 30%. Hal ini terjadi karena alkohol itu tidak dapat keluar dan terikat pada pori-pori gamping. Akibatnya ethanol pun hilang mencapai 30%. Motode pemurnian secara kimia sangat praktis diaplikasikan bagi produsen bio-etanol skala rumahan, selain caranya sederhana, biayanya pun relatif murah. 

Alternatif lain dari upaya untuk proses pemurnian bio-ethanol yaitu dengan zeolit sintetis. Proses pemurnian itu menggunakan prinsip penyerapan permukaan. Zeolit adalah mineral yang memiliki pori-pori berukuran sangat kecil. Sampai saat ini ada lebih dari 150 jenis zeolit sintetis. Di alam, zeolit terbentuk dari abu lahar dan materi letusan gunung berapi. Zeolit juga bisa terbentuk dari materi dasar laut yang terkumpul selama ribuan tahun. Zeolit sintetis berbeda dengan zeolit alam. Zeolit sintetis terbentuk setelah melalui rangkaian proses kimia. Namun, baik zeolit sintetis maupun zeolit alam berbahan dasar kelompok alumunium silikat yang terhidrasi logam alkali dan alkali tanah (terutama Na dan Ca). Struktur zeolit berbentuk seperti sarang lebah dan bersifat negatif. Sifat pori-porinya yang negatif bisa dinetralkan dengan penambahan ion positif seperti sodium.

Kedua zeolit itu sama-sama memiliki kemampuan menyerap air. Pada zeolit alam, air yang sudah terserap perlahan-lahan dilepaskan kembali; zeolit sintetis, air akan terikat kuat. Zeolit sintetis yang paling sederhana adalah zeolit A. Artinya, perbandingan antara molekul silika, alumina, dan sodium adalah 1:1:1. 'Untuk pemurnian bio-etanol, sebaiknya digunakan zeolit sintetis 3A, maksudnya zeolit yang berukuran 3 angstrom (1 angstrom = 1,0 x10^-10 m). Dibandingkan zeolit alam dan sintetis lainnya, zeolit sintetis 3A memiliki beberapa keunggulan. Di antaranya ruang terbuka pada pori-porinya mencapai 47% lebih banyak, memiliki kemampuan untuk menukar molekul sodium, dan mampu mengikat air. Zeolit sintetis bisa menyerap dan mengikat air karena partikel air lebih kecil daripada partikel ethanol. Partikel air yang berukuran 3 angstrom akan dapat diserap zeolit. Sedangkan partikel ethanol berukuran lebih besar (4.4 angstrom) tidak bisa diserap oleh zeolite oleh karenanya ketika ethanol 95% dilewatkan pada sebuah tabung berisi zeolit, kadar ethanol bisa meningkat karena kadar airnya diikat oleh zeolit. Proses itu terjadi karena pori-pori zeolit bersifat molecular shieves. Artinya, molekul zeolit hanya bisa dilalui oleh partikel-partikel berukuran tertentu. Karena itulah proses pemurnian bio-ethanol dengan zeolit sintetis dinamakan juga proses molecular shieves. 

Referensi :