REVIEW PERBANDINGAN HASIL PEMBUATAN BIOETANOL DARI BIJI DURIAN,MENGKUDU DAN SINGKONG

Muhammad Kemilau Ramadhan

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

18 Oktober 2013

ABSTRAK

               Penelitian ini bertujuan untuk membuat bioetanol dari biji durian. Glukosa hasil hidrolisis difermentasi menjadi etanol dengan bantuan Saccharomyces cerevisiae dengan variasi pH fermentasi. Kadar etanol yang dihasilkan ditentukan menggunakan metode cawan conway. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari teknik produksi bioetanol dari singkong hingga menghasilkan bioetanol dari singkong dan menentukan nilai mutu dari bioetanol yang dihasilkan dengan menganalisis kadar etanol dan pH serta mengetahui rendemen yang dihasilkan dari proses bioetanol yang digunakan. Hasil penelitian telah diketahui berbagai macam kendala dalam proses produksi mulai dari penyimpanan bahan baku, fermentasi dan destilasi yang dapat mempengaruhi hasil akhir dalam memperoleh bioetanol dari singkong dengan menggunakan bahan baku 5 kg singkong dengan 3 kali proses destilasi. Mengkudu merupakan tanaman serba guna, banyak jenis produk yang bisa dikembangkan dari akar,batang, daun, maupun buahnya.Pada buah mengkudu mempunyai kandungan karbohidrat sebanyak 51,67 gr. Dengan adanya kandungan karbohidrat tersebut memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku produksi etanol. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan kondisi proses yang terbaik pada pembuatan etanol dengan bahan baku buah mengkudu.

A.Pendahuluan

Dalam zaman modern seperti sekarang ini, kebutuhan pangan dan sandang, kebutuhan energi secara global maupun nasional meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dan dipacu oleh pertumbuhan ekonomi secara global dan pengaruh perkembangan teknologi. Secara umum kebutuhan energi di dunia sampai saat ini masih bergantung pada sumberdaya fosil, terutama minyak dan gas bumi, serta batubara. Sumberdaya alam tersebut telah terbentuk dari ribuan tahun lalu. Tingkat konsumsi manusia terhadap energy fosil lebih tinggi dibandingkan dengan laju pembentukannya. Padahal, sumberdaya energi tersebut termasuk sumberdaya tak terbarukan (non renewables), yang berarti bila dilakukan pengambilan terus-menerus maka pada suatu saat ketersediaannya di alam akan habis. Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) menggunakan bantuan ragi/yeast terutama jenis Saccharomyces cerevisae. Pemisahan bioetanol selanjutnya dilakukan dengan destilasi. Indonesia memiliki 60 jenis tanaman yang berpotensi menjadi sumber energi BBN. Bioetanol dapat dihasilkan dari bahan bergula (molasses, aren dan nira lain), bahan berpati (singkong, jagung, sagu, dan jenis umbi lainnya), dan bahan berserat (lignoselulosa). Salah satu bahan pokok yang baik digunakan untuk menghasilkan bioetanol adalah singkong/ubi kayu. Selain itu juga bisa digunakan bahan lainnya seperti buah mengkudu dan biji durian untuk dibandingkan hasil dan prosesnya.

B. Hasil dan Pembahasan

Bahan yang digunakan dalam pembuatan bioethanol dari biji durian tentunya biji durian yang sudah kering bukan biji durian basah.

Proses ini memerlukan pengawetan dengan cara pengeringan agar meningkatkan efisiensi produksi bioethanol karena kadar air yang telah berkurang. Proses pembuatan bioethanol dari biji durian juga terdapat cara fermentasi tanpa ragi yang bertujuan untuk mengetahui apakah gas yang keluar dari wadah tempat proses hanya berasal dari fermentasi saja atau masih ada gas lain seperti gas hasil pembusukan. Dan setelah diamati ternyata hanya gas dari fermentasi saja yang keluar dari wadah dalam bentuk CO₂ yang volumenya dapat diketahui. Dengan demikian jumlah etanol dapat dihitung dari jumlah gas CO₂ yang keluar hasil proses fermentasi.

Dari grafik hubungan antara mol etanol dengan lamanya waktu fermentasi terlihat bahwa rentan waktu 0-75 jam produksi etanol kian meningkat dan setelah lebih dari 75 jam hasilnya cenderung konstan yang artinya proses fermentasi cukup dilakukan selama kurang lebih 3 hari. Jumlah mol etanol dapat dihitung dari jumlah mol gas CO₂ yang dihasilkan menggunakan persamaan gas ideal yang nantinya akan sebanding dengan mol etanol karena penguraian 1 mol glukosa menghasilkan 2 mol etanol dan 2 mol gas CO₂. Berdasarkan grafik lainnya juga disebutkan bahwa saat penambahan tepung biji durian kisaran 25-125 gram didapat hasil peningkatan etanol yang signifikan. Akan tetapi bila massa tepung biji durian ditingkatkan hingga 150 gram,produksi etanol malah menurun. Ini dikarenakan takaran massa tepung biji durian yang melebihi batas sehingga menghambat produksi gas CO₂. Pada saat fermentasi juga perlu diperhatikan perbandingan massa ragi dan massa tepung biji durian agar diperoleh hasil etanol yang optimum. Dari hasil yang didapat, produksi etanol akan optimum bila perbandingan massa ragi dan massa tepung biji durian 1:25 yang berarti 1 gram ragi untuk 25 gram tepung biji durian.

Dari pembuatan bioethanol menggunakan buah mengkudu,hubungan kadar alcohol,volume yang dihasilkan,waktu fermentasi dan kadar glukosa sisa didapatkan hasil bahwa semakin lama waktu fermentasi dan volume starter yang digunakan,maka semakin besar kadar alkohol yang dihasilkan dan tentunya berbanding terbalik dengan kadar glukosa sisa karena lamanya waktu fermentasi yang berakibat glukosa sudah banyak yang diubah menjadi etanol.

Akan tetapi,pada waktu fermentasi selama 3 hari,kadar alkoholnya malah menurun. Waktu yang optimum untuk fermentasi dari buah mengkudu adalah selama 2,5 hari dengan hasil terbaik memakai volume starter 10% dan hasil alcohol yang diperoleh 6,24%.

Produksi bioethanol dari tanaman singkong dengan massa 5kg yang diparut lalu dimasak dengan 20L dan diaduk hingga menyatu dengan air membentuk bubur pati. Setelah itu dilanjutkan dengan proses fermentasi menggunakan ragi yang ditambahkan secara perlahan sebanyak 500 gram. Proses fermentasi berlangsung selama 3 hari secara anaerob (tak memerlukan oksigen) yang selanjutnya hasil fermentasi dilakukan penyaringan bertujuan untuk memisahkan larutan campuran air dan etanol dengan endapan protein. Hasil penyaringan inilah campuran air dan etanol didapat sekitar 18,34L yang akan didestilasi. Destilasi bertujuan untuk memisahkan etanol dari larutan hasil fermentasi menggunakan alat destilasi sederhana. Pada proses destilasi dilakukan sebanyak 3 kali hingga larutan hasil fermentasi yang telah tersaring dibagi menjadi 3. Larutan hasil fermentasi dipanaskan hingga etanol menguap melewati pipa I dan akan terkondensasi melewati pipa II sehingga menetes dalam bentuk etanol cair dan hasil tersebut adalah bioetanol.

Pengamatan dan pengukuran suhu dilakukan pada tiga titik yang berbeda pada alat destilasi. Titik yang pertama yaitu pada wadah destilasi dan bukan pada bahan di dalam wadah destilasi, kondisi ini memiliki kelemahan karena tidak memberikan informasi yang tepat untuk suhu bahan yang sementara didestilasi. Titik yang kedua yaitu pada pipa I, dan titik yang ketiga yaitu pada pipa II. Pada kedua titik ini pipa I dan pipa II telah diberikan lubang kecil yang berguna untuk pengukuran suhu uap di dalam pipa. Pengukuran suhu dilakukan setiap 3 menit selama 60 menit dan diukur pada masing-masing titik yang telah ditentukan. Ketika didapatkan suhu wadah destilasi telah menunjukan diatas angka 78°C maka besarnya api harus dikurangi. Semakin lama waktu memanaskan wadah destilasi, maka suhu cairan di dalam wadah destilasi akan semakin panas mendekati titik didih air. Sehingga, proses mendidihnya air akan mengakibatkan banyaknya air yang akan menguap bersama-sama dengan etanol jika suhu wadah destilasi telah mendekati titik didih air yaitu 100°C.

Pada hasil pengukuran suhu proses destilasi ke-1 dapat dilihat bahwa suhu wadah destilasi cukup baik karena suhu tertingginya hanya mencapai pada 89.6°C. Walaupun pada proses destilasi ini terdapat sedikit kesalahan yaitu tidak dipasangnya penyangga antara kompor dan wadah destilasi sehingga api yang dihasilkan kompor sedikit lama dalam proses naiknya suhu karena kurangnya udara dari luar yang masuk dalam ruang pembakaran di kompor dan api yang menyala kurang sempurna. Ini menyebabkan proses mendidihnya etanol, kondensasi, hingga menetesnya etanol ke dalam wadah penampung terjadi sedikit lebih lama yaitu pada menit ke 39 - 48. Namun adanya sedikit kesalahan tersebut, ada keuntungan yang bisa terlihat yaitu pada titik pengukuran di pipa 1 dan pipa 2 kenaikan suhu yang terjadi hanya mencapai 67,6°C pada pipa 1 dan 57,6°C pada pipa 2 dan ini sangat memudahkan proses terjadinya kondensasi yang terjadi pada pipa 2.

Pada hasil pengukuran suhu pada proses destilasi ke-2 dapat dilihat bahwa naiknya suhu disetiap titik lebih cepat terjadi sehingga menetesnya etanol setelah terkondensasi terjadi pada saat suhu wadah destilasi telah mencapai bahkan melewati titik didih etanol yaitu 78°C dan hal itu terjadi berkisar pada menit ke 21 - 33. Pada gambar 2 menunjukkan bahwa disetiap titik suhu yang diukur berangsur-angsur naik hingga menit ke 18 dan selanjutnya suhu di ketiga titik berada diantara 75,8°C - 93,5°C. Suhu tertinggi wadah destilasi yaitu pada menit ke 33 dimana suhu mencapai 93,5°C. Pada hasil pengukuran suhu disetiap titik yang telah ditentukan dalam proses destilasi yang ke-3 hampir sama dengan destilasi ke-2 yaitu naiknya suhu di setiap titik lebih cepat terjadi dan proses menetesnya bioetanol ke dalam wadah penampung yaitu pada menit ke 18 - 30.

Pengukuran kadar alkohol dilakukan dengan menggunakan alkohol meter. Sebelumnya alkohol meter telah dikalibrasi untuk mengetahui bagaimana akurasi/ketepatan (presisi) dengan mengukur alkohol 75% berlabel yang didapatkan dari apotek. Sedangkan untuk pengukuran pH yaitu dengan menggunakan pH meter, sedangkan kalibrasi untuk pH meter tak perlu lagi karena pH meter yang digunakan telah dilengkapi dengan buffer yang berguna untuk menstabilkan indikator pengukuran pada angka pH ±7.

Dalam tabel 1 memperlihatkan bahwa pada jumlah larutan sebelum destilasi dalam hal ini larutan tersebut adalah hasil fermentasi yang telah disaring dibagi tiga bagian yaitu 6 liter untuk destilasi ke-1, 6 liter untuk destilasi ke-2, dan 6,34 liter untuk destilasi ke-3. Keseluruhan larutan yang siap didestilasi tersebut sebelumnya telah diukur kadar etanolnya yaitu 6,7 %. Setelah destilasi, larutan yang masih terdapat di dalam wadah masak kemudian diukur berapa banyak yang tidak terdestilasi dan tetap berada dalam wadah masak. Dan hasil pengukuran tersebut yaitu pada proses destilasi ke-1 jumlah larutan yang tidak terdestilasi sebanyak 5,42 liter, pada proses destilasi ke-2 jumlah larutan yang tidak terdestilasi sebanyak 5,45 liter, dan pada destilasi ke-3 jumlah larutan yang tidak terdestilasi sebanyak 5,58 liter. Dalam proses destilasi ke-1, bioetanol yang dihasilkan yaitu sebanyak 215 ml dengan kadar etanol 53% dan pH 6,902. Pada proses destilasi ke-2, bioetanol yang dihasilkan yaitu sebanyak 185 ml dengan kadar etanol 74% dan pH 6,927. Sedangkan pada proses destilasi ke-3, bioetanol yang dihasilkan yaitu sebanyak 130 ml dengan kadar etanol 49% dan pH 6,573. Kadar etanol yang dihasilkan pada proses destilasi ke-2 lebih tinggi dibandingkan dengan destilasi ke-1 dan destilasi ke-3. Ini dikarenakan pada proses destilasi ke-1 terdapat sedikit kesalahan pada waktu penggantian wadah destilasi dimana saat etanol yang terkandung dalam larutan di dalam wadah masak kemungkinan telah habis dan yang menguap, terkondensasi dan menetes dari pipa 2 ke dalam wadah penampung bukan lagi etanol melainkan air sehingga tercampur bersama dengan bioetanol dan menyebabkan kadar air dalam bioetanol meningkat, jumlahnya semakin banyak, namun kadar etanolnya telah berkurang. Pada proses destilasi ke-2, beberapa faktor yang mempengaruhi proses destilasi telah diminimalisir karena berbagai kekurangan yang terjadi pada proses destilasi ke-1 tak lagi terulang pada destilasi ke-2 sehingga hasil yang didapatkan lebih baik dari hasil destilasi yang lain. Sedangkan pada proses destilasi ke-3 yang paling rendah kadar etanolnya dan paling sedikit jumlah bioetanol, hal ini disebabkan karena pada setiap pembagian larutan yang siap untuk didestilasi ini tidak didahulukan dengan pengadukan agar terbagi rata.

Mengingat jika larutan yang siap untuk didestilasi tersebut tidak diaduk dahulu, maka etanol yang terkandung didalamnya akan berada pada bagian atas larutan karena berat jenis etanol lebih rendah dibandingkan dengan air dan protein yang masih terkandung dalam larutan tersebut. Jadi, proses destilasi ke-3 ini mendapatkan bagian dari sisa pembagian, sehingga etanol yang terkandung pada larutan sebelum didestilasi telah banyak terbagi ke dalam proses destilasi ke-1 dan ke-2 yang telah dilakukan sebelumnya.

Untuk pengukuran pH yang telah didapatkan dari ketiga hasil tersebut telah memenuhi syarat dalam standar mutu bioetanol untuk bahan bakar. Namun untuk kadar etanol yang didapatkan dalam tiga kali destilasi masih belum memenuhi syarat untuk dijadikan sebagai bahan bakar.

Ada beberapa perhitungan rendemen yang telah dilakukan yaitu rendemen fermentasi, rendemen destilasi dan perhitungan hasil bioetanol dari per kilogram singkong. Tertulis bahwa rendemen fermentasi yaitu 67,93%. Perhitungan tersebut dihasilkan dari jumlah larutan campuran etanol dan air hasil fermentasi yang telah disaring dan terpisah dari endapan protein atau total dari ketiga bagian larutan yang siap untuk didestilasi yaitu 18,34 liter, kemudian dibagi dengan volume bubur pati yaitu 27 liter dan dikalikan dengan 100%. Perlu diketahui bahwa volume bubur pati tersebut adalah hasil campuran 5 kg singkong, 20 liter air dan 500 gr ragi.

Perhitungan rendemen destilasi diperoleh dari jumlah bioetanol hasil destilasi dari ketiga proses destilasi yang telah dilakukan yaitu 0,53 liter bioetanol, dibagi dengan jumlah larutan campuran etanol dan air hasil fermentasi yang telah disaring dan terpisah dari endapan protein atau total dari ketiga bagian larutan yang siap untuk didestilasi yaitu 18,34 liter. Kemudian dikalikan dengan 100 % maka akan didapatkan hasilnya yaitu 2,89 %. Jadi persentase antara larutan hasil fermentasi yang telah disaring dan siap didestilasi dengan hasil destilasi adalah 2,89 %.

Perhitungan hasil bioetanol per kilogram singkong yaitu untuk mengetahui berapa banyak bioetanol yang dihasilkan dari per kilogram bahan utama singkong dengan menggunakan teknik produksi sesuai dengan prosedur penelitian yang dilakukan. Untuk mengetahuinya yaitu dengan cara, satu dibagi dengan jumlah bahan baku yaitu 5 kg singkong bersih dan dikalikan dengan total etanol yang telah dihasilkan dari tiga kali destilasi yaitu 0,53 liter, maka akan menghasilkan bioetanol sebanyak 0,106 liter/kg.

C. Kesimpulan

Produksi bioethanol menggunakan bahan baku biji durian memerlukan waktu fermentasi selama kurang lebih 3 hari agar didapatkan hasil yang optimum dan perbandingan massa ragi dengan tepung biji durian untuk menunjang hasil yang optimum pula digunakan perbandingan 1:25.

Pada produksi bioethanol dari bahan baku buah mengkudu agar mencapai kondisi yang terbaik diperoleh pada penambahan volume starter 10% dengan waktu fermentasi 60 jam dengan kadar glukosa sisa 1,99% volume dan kadar alkohol 6,24%.

Dari tiga kali proses destilasi yang telah dilakukan untuk produksi bioethanol memakai singkong dan hasil yang telah diperoleh yaitu, pada destilasi ke-1 menghasilkan bioetanol sebanyak 215 ml dengan kadar etanol 53% dan pH 6,902, pada destilasi ke-2 menghasilkan bioetanol sebanyak 185 ml dengan kadar etanol 74% dan pH 6,927, dan pada destilasi ke-3 menghasilkan bioetanol sebanyak 130 ml dengan kadar etanol 49% dan pH 6,573. Walaupun pH dari bioetanol yang dihasilkan telah memenuhi syarat dalam standar mutu bioetanol untuk bahan bakar, namun untuk kadar etanol yang didapatkan dalam tiga kali destilasi masih belum memenuhi syarat untuk dijadikan sebagai bahan bakar. Hasil penelitian menunjukkan rendemen dengan menggunakan bahan baku singkong 5 kg, air 20 liter dan ragi 500 gr, maka persentase hasil fermentasi yang akan dihasilkan dari campuran tersebut yaitu 67,93 %, sedangkan presentase antara larutan hasil fermentasi yang telah disaring dan siap didestilasi dengan hasil destilasi yaitu 2.89 % dan setiap 1 kg singkong akan menghasilkan bioethanol sebanyak 0,106 liter.

D. Daftar Pustaka

Badan Pusat Statistik (BPS). 2012. Tanaman Pangan. http://www.bps.go.id/tnmn_pgn.php?kat=3.

Mangunwidjaja, D dan Sailah, I. 2005. Pengantar Teknologi Pertanian. Penebar Swadaya. Depok.

Rahman,A.,1989.Pengantar Teknologi Fermentasi. Hal 108 – 110.Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi IPB.Bogor.

Rio,P.J.,2002. Mengenal Memanfaatkan Khasiat Buah Mengkudu. PT.Pionir Jaya. Bandung.

Soebijanto,T.P.,1986.HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya.PT.Gramedia, Jakarta.

REVIEW PEMANFAATAN BIOMASSA LIGNOSELULOSA MENJADI BIOETANOL

EKA PUTRI RAHAYU

1112096000042

UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

13 OKTOBER 2013

Ekaputri2808@gmail.com

ABSTRAK

Bahan lignoselulosa memiliki potensial untuk dikembangkan menjadi sumber energi seperti bioetanol. Konversi bahan lignoselulosa menjadi bioetanol mendapat perhatian penting karena bioetanol dapat digunakan untuk mensubstitusi bahan bakar bensin untuk keperluan transportasi. Biaya produksi etanol dari bahan lignoselulosa relatif tinggi, sehingga upaya penelitian telah dilakukan untuk meningkatkan hidrolisis bahan lignoselulosa . Perlakuan Pendahuluan bahan lignoselulosa untuk menghapus lignin dan hemiselulosa secara signifikan dapat meningkatkan hidrolisis selulosa . Optimasi enzim selulase dan pengisian enzim juga dapat meningkatkan hidrolisis. Sakarifikasi dan fermentasi simultan efektif menghilangkan glukosa, yang adalah inhibitor untuk selulase aktivitas, sehingga meningkatkan hasil dan laju hidrolisis selulosa.

ABSTRACT

Utilization of lignocellulosic biomass for bioethanol production

Lignocellulosic materials have the potential to be developed into a source of energy such as bio-ethanol. Of many conversion processes, lignocellulosic conversion to ethanol becomes focus of interest recently, since ethanol can be further used as biofuel to substitute gasoline for transportation. The cost of ethanol production from lignocellulosic materials is relatively high, Considerable research efforts have been made to improve the hydrolysis of lignocellulosic materials. Pretreatment of lignocellulosic materials to remove lignin and hemicellulose can significantly enhance the hydrolysis of cellulose. Optimization of the cellulase enzymes and the enzyme loading can also improve the hydrolysis. Simultaneous saccharification and fermentation effectively removes glucose, which is an inhibitor to cellulase activity, thus increasing the yield and rate of cellulose hydrolysis.

PENDAHULUAN

Penelitian konversi bahan-bahan lignoselulosa menjadi etanol telah banyak dilakukan dalam dua dekade terakhir. Kegiatan ini tampaknya akan dan harus terus berlanjut dalam upaya mencari alternatif bahan bakar pengganti minyak bumi yang semakin menipis ketersediaannya. Berdasarkan prakiraan kebutuhan gasohol untuk kendaraan bermotor di Indonesia pada tahun 2010 yang mencapai 200.000 kL, dan pada tahun 2015 dan 2020 masing-masing 600.000 dan 1,10 juta Kl (Kompas 2005).

Penggunaan etanol sebagai bahan bakar terus berkembang. Menurut Licht (2009), pada tahun 1999 produksi bahan bakar etanol mencapai 4.972 juta galon (setara 18.819 juta liter), dan pada tahun 2008 meningkat menjadi 17.524 juta galon (setara 66.328 juta liter). Namun, biaya produksi etanol sebagai sumber energi masih relatif tinggi dibandingkan dengan biaya produksi bahan bakar minyak. Saat ini, biaya produksi etanol dari selulosa diperkirakan antara USD1,15 dan USD1,43 per galon atau per 3,785 liter (DiPardo 2000). Namun, dengan meningkatnya harga minyak bumi yang cukup tinggi akhir-akhir ini diharapkan etanol dapat semakin bersaing dengan bahan bakar minyak.

Ada beberapa faktor yang mendorong makin intensifnya dilakukan penelitian pemanfaatan bahan lignoselulosa menjadi sumber energi, dalam hal ini etanol. Pertama, kebutuhan dan konsumsi energi terus meningkat dari tahun ke tahun, sementara sumber daya alam yang dapat menghasilkan energi makin terkuras karena sebagian besar sumber energi saat ini berasal dari sumber daya alam yang tidak terbarukan, seperti minyak, gas, dan batu bara. Kedua, bioetanol memiliki karakteristik yang lebih baik dibandingkan dengan bensin karena dapat meningkatkan efisiensi pembakaran (Hambali et al. 2007) dan mengurangi emisi gas rumah kaca (Costello dan Chum 1998; DiPardo 2000; Kompas 2005; Hambali et al. 2007). Ketiga, bahan lignoselulosa tersedia cukup melimpah dan tidak digunakan sebagai bahan pangan sehingga penggunaannya sebagai sumber energi tidak mengganggu pasokan bahan pangan. Di samping itu, etanol juga merupakan bahan kimia yang banyak fungsinya dalam kehidupan sehari-hari.

Senyawa lignoselulosa terdiri atas tiga komponen utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang merupakan bahan utama penyusun dinding sel tumbuhan. Konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol pada dasarnya terdiri atas tiga tahap, yaitu perlakuan pendahuluan, sakarifikasi, dan fermentasi. Untuk memperoleh fuel-grade ethanol, dilakukan pemurnian yang terdiri atas distilasi dan dehidrasi. Dengan mengamati potensi biomassa lignoselulosa, perlu dilakukan pengkajian terhadap berbagai upaya yang telah dilakukan para peneliti untuk memanfaatkan bahan tersebut. Tulisan ini mengkaji pemanfaatan biomassa lignoselulosa untuk produksi bioetanol.

PERLAKUAN PENDAHULUAN

Tujuan dari perlakuan pendahuluan adalah untuk menghilangkan lignin dan hemiselulosa, mengurangi kristalinitas selulosa, dan meningkatkan porositas bahan. Perlakuan pendahuluan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: (1) meningkatkan pembentukan gula atau kemampuan untuk kemudian membentuk gula oleh hidrolisis enzimatik, (2) menghindari degradasi atau kerugian karbohidrat, (3) menghindari pembentukan produk sampingan inhibitor untuk hidrolisis berikutnya dan fermentasi proses, dan (4) biaya efektif.  Perlakuan Pendahuluan bahan Lignoselulosa dilihat pada Tabel 1.

SAKARIFISASI

Pada tahap sakarifikasi, selulosa diubah menjadi selobiosa dan selanjutnya menjadi gula-gula sederhana seperti glukosa. Hidrolisis selulosa dilakukan secara enzimatis. Proses hidrolisis secara enzimatis biasanya berlangsung pada kondisi yang ringan (pH sekitar 4,80 dan suhu 45–50°C) dan tidak menimbulkan masalah korosi. Kelemahannya adalah harga enzim cukup mahal. Komponen biaya enzim dapat mencapai 53–65% dari biaya bahan kimia, dan biaya bahan kimia sekitar 30% dari biaya total.

Enzim selulase biasanya merupakan campuran dari beberapa enzim, Sedikitnya ada tiga kelompok enzim yang terlibat dalam proses hidrolisis selulosa, yaitu 1) endoglukanase yang bekerja pada wilayah serat selulosa yang mempunyai kristalinitas rendah untuk memecah selulosa secara acak dan membentuk ujung rantai yang bebas, 2) eksoglukanase atau selobiohidrolase yang mendegradasi lebih lanjut molekul tersebut dengan memindahkan unit-unit selobiosa dari ujungujung rantai yang bebas, dan 3) β-glukosidase yang menghidrolisis selobiosa menjadi glukosa. Jumlah enzim yang diperlukan untuk hidrolisis selulosa berbeda-beda, bergantung pada kadar padatan tidak larut air (water insoluble solids) pada bahan yang akan dihidrolisis. Sampai tahap tertentu, semakin banyak selulase yang digunakan, semakin tinggi rendemen dan kecepatan hidrolisis, namun juga meningkatkan biaya proses. Hidrolisis

selulosa juga dapat dilakukan dengan menggunakan mikrob yang menghasilkan enzim selulase, seperti Trichoderma reesei, Trichoderma viride, dan Aspergillus niger.

FERMENTASI

Teknologi dan peralatan yang diperlukan untuk proses fermentasi gula dari selulosa pada prinsipnya sama dengan yang digunakan pada fermentasi gula dari pati atau nira yang tersedia secara komersial. Pada proses ini, gula-gula sederhana yang terbentuk difermentasi menjadi etanol dengan bantuan khamir seperti Saccharomyces cerevisiae dan bakteri Zymmomonas mobilis. Fermentasi biasanya dilakukan pada suhu 30°C, pH 5, dan sedikit aerobik.

Pada proses SSF, hidrolisis selulosa dan fermentasi gula tidak dilakukan secara terpisah atau bertahap, tetapi secara simultan. Mikrob yang digunakan pada proses SSF biasanya adalah jamur penghasil enzim selulase, seperti T. reesei, T. viride, dan khamir S. cerevisiae. Suhu optimal proses SSF adalah 38°C, yang merupakan perpaduan suhu optimal hidrolisis (45–50°C) dan suhu optimal fermentasi (30°C) (Sun dan Cheng 2002).

Proses SSF memiliki keunggulan dibandingkan dengan proses hidrolisis dan fermentasi bertahap. Beberapa keunggulan tersebut adalah: 1) meningkatkan kecepatan hidrolisis dengan mengonversi gula yang terbentuk dari hasil hidrolisis selulosa yang menghambat aktivitas enzim selulase, 2) mengurangi kebutuhan enzim, 3) meningkatkan rendemen produk, 4) mengurangi kebutuhan kondisi steril karena glukosa langsung dikonversi menjadi etanol, 5) waktu proses lebih pendek, dan 6) volume reaktor lebih kecil karena hanya digunakan satu reaktor (Sun dan Cheng 2002).

KESIMPULAN

Proses atau teknologi konversi biomassa menjadi etanol atau bioetanol sudah cukup mapan untuk biomassa penghasil karbohidrat jenis pati atau sukrosa, seperti ubi kayu, tongkol jagung, ampas tebu, dan tandang kosong kelapa sawit. Biomassa lignoselulosa memiliki masalah agak berbeda karena dalam bahan lignoselulosa terdapat lignin yang terlebih dulu harus dipisahkan dari selulosa dan hemiselulosa. Selain itu, selulosa merupakan senyawa yang mempunyai bagian yang berstruktur kristal yang agak sulit didegradasi oleh mikrob atau enzim selulase.

DAFTAR PUSTAKA

DiPardo, J. 2000. Outlook for biomass ethanol production and demand. http://www.eia.doe.gov/oiaf/analysispaper/biomass.html. [20February 2005].

Eufrozina Niga. Biotechnological Production of Bioethanol from Different feedstocks. Universitatea Stefan Cel Mare Suceava. Rumania

Hambali, E., S. Mujdalipah, A.H. Tambunan, A.W. Pattiwiri, dan R. Hendroko. 2007. Teknologi Bioenergi. Agromedia Pustaka, Jakarta.      

Hayn, M., W. Steiner, R. Klinger, H. Steinmuller, M. Sinner, and H. Esterbauer. 1993. Basic research and pilot studies on the enzymatic conversion of lignocellulosics. p. 33–72. In

J.N. Saddler (Ed.). Bioconversion of Forest and Agricultural Plant Residues. CAB International, Wallingford.

Kim Olofsson, Magnus Bertilsson and Gunnar Lidén .2008. an interesting process option for ethanol production from lignocellulosic feedstocks. Biotechnology for biofuels.

Kompas. 2005. Emisi karbon gasohol lebih rendah dibanding pertamax. Kompas 15 Februari 2005. hlm. 10.

Licht, F.O. 2009. World ethanol production growth to hit five-year low. World Ethanol and Biofuels Rep. 7(18): 365.

Sun, Y. and J. Cheng. 2002. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: A review. Bioresour. Technol. 83: 1–11.

Sun, Y. and J. Cheng. 2005. Dilute acid pretreatment of rye straw and bermuda grass for ethanol production. Bioresour. Technol. 96: 1599−16