Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Bioetanol

8,795 views

Published on

Bioetanol 2013

Published in: Technology
  • Login to see the comments

Bioetanol

  1. 1. 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. Bahan bakar etanol adalah etanol (etil alkohol) dengan jenis yang sama dengan yang ditemukan pada minuman beralkohol dengan penggunaan sebagai bahan bakar. Etanol seringkali dijadikan bahan tambahan bensin sehingga menjadi biofuel. Produksi etanol dunia untuk bahan bakar transportasi meningkat 3 kali lipat dalam kurun waktu 7 tahun, dari 17 miliar liter pada tahun 2000 menjadi 52 miliar liter pada tahun 2007. Dari tahun 2007 ke 2008, komposisi etanol pada bahan bakar bensin di dunia telah meningkat dari 3.7% menjadi 5.4%. Pada tahun 2010, produksi etanol dunia mencapai angka 22,95 miliar galon AS (86,9 miliar liter), dengan Amerika Serikat sendiri memproduksi 13,2 miliar galon AS, atau 57,5% dari total produksi dunia. Etanol mempunyai nilai "ekuivalensi galon bensin" sebesar 1.500 galon AS. Etanol digunakan secara luas di Brasil dan Amerika Serikat. Kedua negara ini memproduksi 88% dari seluruh jumlah bahan bakar etanol yang diproduksi di dunia. Kebanyakan mobil-mobil yang beredar di Amerika Serikat saat ini dapat menggunakan bahan bakar dengan kandungan etanol sampai 10%, dan penggunaan bensin etanol 10% malah diwajibkan di beberapa kota dan negara bagian AS. Sejak tahun 1976, pemerintah Brasil telah mewajibkan penggunaan bensin yang dicampur dengan etanol, dan sejak tahun 2007, campuran yang legal adalah berkisar 25% etanol dan 75% bensin (E25). Di bulan Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 juta kendaraan dan truk ringan bahan bakar fleksibel dan lebih dari 500 ribusepeda motor yang dapat menggunakan bahan bakar etanol murni (E100). Bioethanol adalah salah satu bentuk energi terbaharui yang dapat diproduksi dari tumbuhan. Etanol dapat dibuat dari tanaman-tanaman yang umum, misalnya tebu, kentang, singkong, dan jagung. Telah muncul perdebatan, apakah bioetanol ini nantinya akan menggantikan bensin yang ada saat ini. Kekhawatiran
  2. 2. mengenai produksi dan adanya kemungkinan naiknya harga makanan yang disebabkan karena dibutuhkan lahan yang sangat besar, ditambah lagi energi dan polusi yang dihasilkan dari keseluruhan produksi etanol, terutama tanaman jagung. Pengembangan terbaru dengan munculnya komersialisasi dan produksi etanol selulosa mungkin dapat memecahkan sedikit masalah. Etanol selulosa menawarkan prospek yang menjanjikan karena serat selulosa, komponen utama pada dinding sel di semua tumbuhan, dapat digunakan untuk memproduksi etanol. Menurut Badan Energi Internasional etanol selulosa dapat menyumbangkan perannya lebih besar pada masa mendatang. Glukosa (gula sederhana) dibuat oleh tumbuhan melalui proses fotosintesis. 6 CO2 + 6 H2O + cahaya matahari → C6H12O6 + 6 O2 Dalam fermentasi etanol, glukosa akan dipecah menjadi etanol dan karbon dioksida. C6H12O6 → 2 CH3CH2OH+ 2 CO2 + panas Ketika etanol dibakar (direaksikan dengan oksigen) maka akan dihasilkan karbon dioksida, air, dan panas: CH3CH2OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O + panas Setelah reaksi pembakaran digandakan (karena didapatkan 2 molekul etanol dari tiap molekul glukosa, dan ditambahkan 3 reaksi bersamaan, maka jumlah atom di sebelah kiri akan sama dengan jumlah atom di sebelah kanan pada persamaan tersebut, maka reaksi bersih dari produksi dan konsumsi etanol hanya berupa: Cahaya → Panas Panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol digunakan untuk menggerakkan piston pada mesin. Dapat dikatakan bahwa cahaya matahari digunakan untuk menjalankan mesinnya. Bukan hanya glukosa saja yang dapat difermentasi. Gula lainnya seperti fruktosa juga dapat digunakan untuk fermentasi. 3 macam gula lainnya
  3. 3. juga dapat difermentasi dengan memecahnya melalui hidrolisis menjadi molekulmolekul glukosa atau fruktosa. Amilum dan selulosa adalah molekul yang terdiri dari ikatan-ikatan glukosa. Sukrosa (atau gula tebu) merupakan molekul glukosa yang berikatan dengan molekul fruktosa. Energi untuk membuat fruktosa berasal dari metabolisme glukosa yang diperoleh dari fotosintesis (yang membutuhkan sinar matahari). Maka dari itu, sinar matahari jga menyediakan energi yang dihasilkan oleh fermentasi dari molekul-molekul ini. Etanol juga dapat diproduksi dari etena (etilena). Dengan penambahan air ke dalam etena maka akan mengubah etena menjadi etanol: C2H4 + H2O → CH3CH2OH Ketika etanol dibakar di atmosfer (bukan di oksigen murni), maka akan ada reaksi kimia yang lain yang menghasilkan 4 komponen kimia lainnya, termasuk dengan gas nitrogen (N2). Gas nitrogen dapat menimbulkan munculnya nitrogen oksida, salah satu polutan utama di udara. Manfaat bioetanol Etanol merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang mempunyai kelebihan dibandingkan BBM. Berdasarkan siklus karbon, etanol dianggap lebih ramah lingkungan karena CO2 yang dihasilkan oleh hasil buangan mesin akan diserap oleh tanaman. Etanol dapat juga meningkatkan efisiensi pembakaran karena mengandung 35% oksigen, selain itu juga etanol ramah lingkungan karena emisi gas buangannya seperti kadar karbon monoksida, nitrogen oksida, dan gasgas lain rendah (19-25%). bensin premium memiliki angka oktan 88. Beberapa keunggulan lain yang dapat diperoleh dari bioethanol sebagai bahan bakar adalah nilai oktan yang tinggi menyebabkan campuran bahan bakar terbakar tepat pada waktunya sehingga tidak menyebabkan fenomena knocking, pembakaran tidak menghasilkan partikel timbal dan benzena yang bersifat karsinogen, serta mempunyai efisiensi yang tinggi dibandingkan bensin, mengurangi emisi fine-particulates yang membahayakan kehidupan manusia. Akan tetapi penggunaan bioetanol sebagai pengganti bahan bakar minyak memunyai kelemahan yaitu mesin memerlukan modifikasi terlebih dahulu jika
  4. 4. ingin meenggunakan etanol murni pada kendaraan dan juga ada kemungkinan etanol akan mengeluarkan emisi polutan beracun. Selain dapat menggantikan fungsi dari bahan bakar minyak bioetanol juga mempunyai banyak manfaat lainnya, yaitu : 1. Sebagai bahan dasar minuman beralkohol 2. Sebagai bahan kimia dasar senyawa organic, pelarut untuk parfum, cat dan larutan obat,antidote beberapa racun 3. Sebagai antiseptic, pengobatan untuk mengobati depresi dan obat bius 4. Digunakan untuk pembuatan beberapa deodoran Dampak Pembuatan Bioetanol Dampak positif-negatif dari pembuatan bioetanol terhadap lingkungan produksi bioetanol dari tanaman dan penggunaannya pada mesin mobil akan menciptakan siklus karbondioksida yang berarti akan mengurangi laju pemanasan global dan pembakaran yang lebih sempurna ketika dicampur etanol 10% saja akan memperbaiki kualitas udara di kota-kota padat lalu lintas bioetanol menjadi pilihan yang paling murah. Sisi negatifnya produksi bioetanol secara besar-besaran berpotensi menyebabkan penurunan keanekaragaman hayati melalui monokultur bahan baku berikut praktek-praktek pertanian yang merusak kualitas lahan. Keunggulan Bioetanol sebagai bahan bakar
  5. 5. Biodiesel didapatkan dari minyak tumbuhan seperti sawit, kelapa, jarak pagar, kapok. Kadar sulfur yang relatif rendah serta angka cetane yang lebih tinggi menambah daya tarik penggunaan biodiesel dibandingkan solar. Seperti diketahui, tingginya kandungan sulfur merupakan slah satu kendala dalam penggunaan mesin diesel.Green Transport FuelDua minyak berbahan dasar tumbuhan tersebut (bioethanol & biodiesel) saat ini mendapat perhatian besar dan penggunaannya cukup besar di negara-negara maju. Faktor yang memicu peningkatan bahan bakar ethanol adalah berlakunya peraturan reduksi emisi gas rumah kaca, yaitu Clean Air Act 1990 (di Amerika Serikat) dan Kyoto Protocol. Bahan Baku Pembuatan Bioetanol Merujuk pada berbagai literatur dan jurnal maupun karya-karya ilmiah, ethanol/bioethanol (alkohol) dapat diproduksi dengan menggunakan bahan-baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, yaitu melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air. Beberapa jenis tanaman yang banyak dijumpai sebagai bahan baku produksi etanol/bioetanol antara lain; ubi jalar, ubi kayu, sorgum manis (cantel), jagung, molasse (tetes tebu - hasil samping produksi gula), dan aren (nira aren). Namun demikian, Bank Dunia merekomendasikan sorgum manis (sorghum bicolor) sebagai bahan-baku produksi bioetanol dan tidak menyarankan penggunaan bahan-baku yang saat ini merupakan konsumsi pangan dan pakan, sehingga dikemudian hari produksi bioetanol tidak menimbulkan konflik kepentingan yang mengganggu ketersediaan pangan dan pakan yang dapat memicu terjadinya krisis pangan (dan pakan) dunia. Analogi sederhana-nya, kalo harga bioetanol bergerak naik maka niscaya harga bahan bakunya akan bergerak naik. Dan, jika bahan bakunya juga digunakan untuk bahan pangan dan pakan maka harganya akan ikut terdongkrak naik. Bila dikaji lebih jauh dengan memperhatikan kondisi berbagai daerah di Indonesia, biaya produksi yang terkait dengan harga beli bahan-baku ditingkat petani untuk jenis tanaman yang sama antara satu daerah dengan daerah lain sangatlah mungkin terjadi perbedaan harga yang signifikan. Begitu pula
  6. 6. perbedaan upah kerja satu daerah dengan daerah lain (setingkat propinsi) serta besaran pembiayaan pada sisi transportasi-distribusi. Artinya, dalam konteks ini, harga pokok produksi (HPP) pembuatan bioetanol antara satu daerah dengan daerah lain jelas tidak otomatis sama, meskipun menggunakan bahan baku dari tanaman yang sama. Sumber Karbohidrat Singkong Hasil Panen Ton/ha/th 25 (236) Perolehan Alkohol Liter/to Liter/ha n /th 180 4500 (155) (3658) 270 973 333,4 2000 125 7812 608 4133 67 5025 93 2500 75 6000 Tetes 3,6 Sorgum Bici 6 Ubi Jalar 62,5* Sagu 6,8$ Tebu 75 Nipah 27 Sorgum 80** Manis *) Panen 2 ½ kali/th; $ sagu kering; ** panen 2 kali/th. Sumber: Villanueva (1981); kecuali sagu, dari Colmes dan Newcombe (1980); sorgum manis, dari Raveendram; dan Deptan (2006) untuk singkong; tetes dan sorgum biji (tulisan baru) Mikroba yang Berperan Dalam Pembuatan Bioetanol Bakteri pada pembuatan bioetanol terbentuk pada proses fermentasi dengan menggunakanyeast. Yeast merupakan fungsi uniseluler yang melakukan reproduksi secara pertunasan (budding) atau pembelahan (fission). Yeast tidak berklorofil tidak berflagella, berukuran lebih besar dari bakteri, tidak dapat membentuk miselium beruukuran bulat, bulat telur, batang, silinder seperti buah jeruk, kadang-kadang dapat mengalami diforfisme, bersifat saprofit, namun ada beberapa yang bersifat parasit yaitu saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang termaksud dalam kelas Hemiascomycetes, ordo Endomycetales, family saccharoycoideaedan genus saccharomyces.
  7. 7. Jenis mikroba yang dapat digunakan dalam pembuatan bioetanol adalah sebagai berikut: 1. Saccharomyces cerevisiae merupakan organism uniseluler yang bersifat makhluk mikroskopis dan disebut menggunakan gula sebagai sebagai sumber jasad sakarolitik, yaitu karbon untuk metabolisme. Saccharomyces cerevisiae mampu menggunakan sejumlah gula diantaranya sukrosa, glukosa, fruktosa, galaktosa, mannose, maltose dan maltotriosa. Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroba yang paling banyak digunakan pada fermentasi alcohol karena dapat berproduksi tinggi, tahan terhadap kadar alcohol yang tinggi, tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan aktivitasnya pada suhu 4-320C. 2. Clostridium thermocellum adalah bakteri termofilik yang anaerobik memiliki kemampuan mendegradasi selulosa kompleks ke bentuk etanol. Selain Clostridium thermocellum, bakteri termofilik anaerob lain, Clostridium stercorarium, baru-baru ini diketahui mempunyai pula sifat selulolitik pula. Menutut Viljoen, et al. (1980) bahwa C thermocellum didapat setelah mengisolasi dari kotoran kuda. Bakteri Clostridium thermocellum tersebar luas di alam, habitatnya adalah bahan organik yang di dekomposisi. Clostridium thermocellum dapat pula ditemukan di pengolahan limbah pertanian, saluran pencernaan, lumpur, tanah, dan mata air panas . Clostridium thermocellum dapat tumbuh di lingkungan anaerobiosis dan temperatur termofilik. Suhu optimum untuk pertumbuhan adalah 60-64 °C dan pH optimum berkisar 6,1-7,5. 3. Zymomonas mobilis dapat mengubah gula menjadi etanol melalui fermentasi lebih cepat dari ragi dan tahan terhadap konsentrasi etanol yang tinggi. Jadi, akan lebih menguntungkan jika enzim-enzim yang digunakan untuk reaksi hidrolisis pati dan selulosa dapat dimasukkan ke dalam bakteri Zymomonas mobilis, sehinggal gula yang dihasilkan dapat langsung difermentasi menjadi etanol.
  8. 8. Pembuatan Bioetanol Secara umum, produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu: Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Destilasi (Pemurnian). a. Persiapan bahan baku Persiapan bahan baku dilakukan untuk mendapatkan glukosa. Glukosa diperoleh melalui 2 tahap yaitu delignifikasi dan hidrolisa. Pada tahap delignifikasi akan menghasilkan selulosa. Selulosa akan diproses lebih lanjut dengan proses hidrolisa sehingga akan dihasilkan glukosa. Untuk bahan molase (tetes) dapat langsung ditambahkan yeast (ragi) tanpa perlu melalui proses delignifikasi dan hidrolisis. b. Delignifikasi Dalam proses pembuatan bioetanol lignin merupakan salah satu bagian yang mengayu dari tanaman seperti janggel, kulit keras, biji, bagian serabut kasar, akar, batang dan daun. Lignin mengandung substansi yang kompleks dan merupakan suatu gabungan beberapa senyawa yaitu karbon, hidrogen dan oksigen. Pada tahap delignifikasi ini akandihasilkan selulosa. Selulosa merupakan polisakarida yang didalamnya mengandung zat-zat gula. Proses pemisahan atau penghilangan lignin dari serat-serat selulosa disebut delignifikasi atau pulping. Proses pemisahan lignin dapat dibedakan menjadi 3, yaitu : 1. Cara mekanis 2. Cara kimia 3. Cara semikimia c. Hidrolisa Prinsip dari hidrolisis pati ini pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa (C6H12O6). Pemutusan rantai polimer tersebut dapat dilakukan dengan berbagai metode, misalnya secara enzimatis, kimiawi ataupun kombinasi keduanya. Hidrolisis secara enzimatis memiliki perbedaan mendasar dibandingkan hidrolisis secara kimiawi dan fisik dalam hal spesifitas pemutusan rantai polimer pati. Hidrolisis secara kimiawi dan fisik akan memutus rantai polimer secara acak, sedangkan hidrolisis
  9. 9. enzimatis akan memutus rantai polimer secara spesifik pada percabangan tertentu. Sedangkan untuk pembuatan etanol dengan bahan baku selulosa, hidrolisisnya meliputi proses pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentose (C5) dan heksosa (C6). Hidrolisis dapat dilakukan secara kimia (asam) atau enzimatik. Meskipun demikian, produk akhir etanol yang dimaksudkan merupakan konversi dari glukosa yang didapat baik dari pati maupun selulosa. Di dalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan dengan asam pada suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu, dan menghasilkan monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam. Hidrolisis asam dapat dikelompokkan menjadi: hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer (Taherzadeh & Karimi, 2007). Hidrolisa merupakan proses antara reaktan dengan menggunakan air supaya suatu persenyawaan pecah atau terurai. Reaksi hidrolisa yaitu : (C6H10O5)n + nH2O Selulosa Air nC6H12O6 Glukosa Zat - zat penghidrolisa ada beberapa rnacam, antara lain : 1. Air 2. Asam 3. Basa 4. Enzim d. Fermentasi Tahap selanjutnya pada produksi bioetanol adalah proses fermentasi. Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi
  10. 10. anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Pada proses fermentasi penguraian bahan - bahan karbohidrat tidak menimbulkan bau busuk dan menghasilkan gas karbondioksida. Suatu fermentasi yang busuk merupakan fermentasi yang mengalami kontaminasi. Fermentasi pembentukan alkohol dari gula dilakukan oleh mikroba. Mikroba yamg biasa digunakan adalah Saccharomyces cereviseae. Perubahan yang terjadi biasanya dinyatakan dalarn persamaan berikut: C6H12O6 + Saccharomyces cereviseae Gula sederhana + ragi (yeast) 2 C2H5OH + 2 CO2 alkohol + karbondioksida e. Pemurnian / Destilasi Untuk memisahkan alkohol dari hasil fermentasi dapat dilakukan dengan destilasi.Destilasi adalah metode pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih. Proses ini dilakukan untuk mengambil alkohol dari hasil fermentasi.Destilasi dapat dilakukan pada suhu 80°C, karena titik alkohol 78°C. sedangkan titik didih air 100oC. Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol).
  11. 11. Sesi tanya jawab. 1. Sebutkan 3 proses produksi bioetanol? Jawab: Produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu: Persiapan Bahan baku, fermentasi, dan destilasi (pemurnian). 2. Sebutkan proses pembentukan bioetanol? Jawab: Biodiesel didapatkan dari minyak tumbuhan seperti sawit, kelapa, tebu, kentang, singkong, jagung jarak pagar, kapok. ubi jalar, ubi kayu, sorgum manis (cantel), jagung, molasse (tetes tebu - hasil samping produksi gula), dan aren (nira aren). 3. Jelaskan keuntungan dan kekurangan dari bioetanol Jawab: Berdasarkan siklus karbon, etanol dianggap lebih ramah lingkungan karena CO2 yang dihasilkan oleh hasil buangan mesin akan diserap oleh tanaman. Etanol dapat juga meningkatkan efisiensi pembakaran karena mengandung 35% oksigen, selain itu juga etanol ramah lingkungan karena emisi gas buangannya. Bensin premium memiliki angka oktan 88. Beberapa keunggulan lain yang bioethanol sebagai bahan dapat bakar adalah nilai diperoleh oktan yang dari tinggi menyebabkan campuran bahan bakar terbakar tepat pada waktunya sehingga tidak menyebabkan fenomena knocking, pembakaran tidak menghasilkan partikel timbal dan benzena yang bersifat karsinogen, serta mempunyai efisiensi yang tinggi dibandingkan bensin, mengurangi emisi fine-particulates yang membahayakan kehidupan manusia. Akan tetapi penggunaan bioetanol sebagai pengganti bahan bakar minyak memunyai kelemahan yaitu mesin memerlukan modifikasi terlebih dahulu jika ingin meenggunakan etanol murni pada kendaraan dan juga ada kemungkinan etanol akan mengeluarkan emisi polutan beracun.
  12. 12. MAKALAH BAHAN BAKAR DAN PROSES PEMBAKARAN (BIOETANOL) OLEH: KELOMPOK IV AGUS MUH. ARSYAD (D211 09 324) RIZAL MUH. YUSUF (D211 09 268) AHMAD SHIDDIQ (D211 10 001) REYNOLD (D211 10 261) JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR 2013

×