1

BAB I

STRATEGI PERANCANGAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi Indonesia saat ini sebagian besar masih bertumpu pada

bahan bakar fosil. Kebutuhan energi nasional ditopang minyak bumi sekitar 51,66%,

gas alam 28,57%, dan batubara 15,3%. Persediaan bahan bakar tersebut semakin

berkurang. Cadangan minyak bumi akan habis sekitar 12 tahun lagi, gas 30 tahun dan

batu bara masih bisa dimanfaatkan hingga 70 tahun ke depan. Ketergantungan

terhadap bahan bakar fosil ini menjadi masalah besar dan perlu solusi yang

mendesak. Untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, pemerintah

mengeluarkan Peraturan Presiden (Perpres) No.5 Tahun 2006 tentang kebijakan

energi nasional untuk mendorong pengembangan sumber energi alternatif sebagai

pengganti bahan bakar minyak (Kemenristek, 2012). Salah satu langkah solusinya

adalah memanfatkan bioetanol sebagai alternatif pengganti.

Bioetanol merupakan bahan bakar terbarukan yang ramah lingkungan.

Bioetanol dapat dijadikan energi alternaif menggantikan bahan bakar fosil. Pendirian

pabrik bioetanol dapat mendukung progam pemerintah dalam mengembangkan

enregi baru dan terbarukan.

Kebutuhan etanol si Indonesia terus meningkat hingga saat ini Indonesia

masih mengimpor etanol untuk memenuhi kebutuhan etanol di Indonesia. Pendirian

pabrik etanol dapat mengurang kuota impor etanol inonesia. Kebutuhan impor etanol

dapat dilihat pada tabel 1.1.

2

Tabel 1.1 Impor Etanol Indonesia

Tahun Kapasitas Impor (Kl/tahun)

2007 2595596

2008 87760.26

2009 97515.38

2010 220252.6

2011 631015.4

2012 1772204

2013 1734238

(Kemenperin, 2013)

Bioetanol merupakan salah satu jenis biofuel dengan bahan baku tumbuhan.

Bioetanol dapat dihasilkan dari proses fermentasi gula, yang kemudian dilanjutkan

dengan proses purifikasi. Singkong dapat dijadikan bahan baku untuk memproduksi

bioetanol karena singkong mengandung pati 35 -40 %bb. Singkong tersebar hampir

diseluruh Indonesia sehingga tidak sulit untuk mendapatkannya. Di Inonesia,

singkong biasanya hanya digunakan sebagai pakan ternak dan bahan pangan

tradisional setelah beras dan jagung. Karena itu, harga singkong sangat fluktuatif dan

tidak memberikan keuntungan. Pengembangan bioetanol berbahan baku singkong

diharapkan dapat menjadi solusi sumber energi terbaharukan dan mengurangi impor

etanol Indonesia.

Sebagai bahan bakar, bioetanol mempunyai beberapa kelebihan diantaranya

lebih ramah lingkungan karena bahan bakar tersebut memiliki nilai oktan 92, lebih

tinggi dari premium (nilai oktan 88). Hal ini menyebabkan bioetanol dapat

menggantikan fungsi zat aditif yang sering ditambahkan untuk memperbesar nilai

oktan. Zat aditif yang sering digunakan seperti metal tersier butil eter dan Pb, namun

zat aditif tersebut sangat tidak ramah lingkungan dan bisa bersifat toksik. Bioetanol

3

merupakan bahan bakar yang tidak mengakumulasi gas karbon dioksida (CO2) dan

relatif kompetibel dengan mesin mobil berbahan bakar bensin. Kelebihan lain dari

bioetanol ialah cara pembuatannya yang lebih sederhana yaitu fermentasi

menggunakan mikroorganisme tertentu (Mursyidin, 2007).

1.2 Penetapan Kapasitas Produksi

Dalam memenuhi program pemanfaatan bioetanol untuk bahan bakar

kendaraan, pemerintah telah membuat road map teknologi bioetanol, yaitu pada

periode tahun 2011 -2015 dapat memanfaatkan bioetanol sebesar 15% dari konsumsi

premium yaitu sebanyak 2.780.000 kL/tahun. Saat ini terdapat 15 pabrik bioetanol di

seluruh Indonesia dengan kapasitas produksi sebesar 360.000 kiloliter etanol per

tahun. Sementara kebutuhan etanol Indonesia mencapai 2,5 juta kiloliter per tahun.

Indonesai masih mengimpor etanol sebesar 1,7 juta kL/tahun. Oleh karena itu,

berdasarkan bahan baku yang tersedia kami berusaha untuk membantu pemerintah

mengurangi import bioetanol sebanyak 3,53% atau sekitar 60.000 kL/tahun.

Tabel 1.1 Produksi Tanaman Ubi Kayu di Seluruh Provinsi

Provinsi Luas Panen (Ha) Produksi (ton) Produktivitas (ton/Ha)

Indonesia 1091946 23627955 21.63839146

Aceh 2861 36491 12.75463125

Sumatera Utara 42915 1322301 30.81209367

Sumatera Barat 5810 240751 41.4373494

Riau 3904 100256 25.68032787

Jambi 2522 36017 14.28112609

Sumatera Selatan 9466 152519 16.11229664

Bengkulu 3805 49205 12.93166886

Lampung 352047 9148597 25.98686255

Bangaka Belitung 1053 18097 17.18613485

Kepulauan Riau 692 7929 11.45809249

4

DKI Jakarta 0 0 0

Jawa Barat 99941 2172924 21.74206782

Jawa Tengah 156709 3398454 21.68639963

DI Yogyakarta 61227 942880 15.39974194

Jawa Timur 146472 3209028 21.90881534

Banten 5993 88405 14.75137661

Bali 9305 153299 16.47490596

NTB 4588 60469 13.17981691

NTT 86707 868285 10.01401271

Kalimatan Barat 12952 206413 15.93676652

Kalimantan

Tengah

3971 47548 11.97381012

Kalimantan

Selatan

6450 104992 16.27782946

Kalimantan

Timur

4676 81863 17.50705731

Sulawesi Utara 4711 61328 13.01804288

Sulawesi Tengah 4860 97903 20.14465021

Seulawesi Selatan 23690 460639 19.44444913

Sulawesi

Tenggara

13206 243190 18.41511434

Gorontalo 394 4827 12.25126904

Sulawesi Barat 2429 50631 20.8443804

(BPS,2013)

Dalam 1 hektar lahan perkebunan ketela bisa didapat 21,638 ton, sehingga

total produksi yang akan tersedia di pulau Jawa adalah sebanyak 9.811.691 ton/tahun.

Dengan konversi per 1 ton ketela adalah sebanyak 150 liter bioetanol (Leen

5

dkk,2007). Untuk memproduksi bioetanol dengan kapasitas 60.000 kL/tahun

dibutuhkan singkong 400.000 ton/tahun. Lokasi pabrik pembuatan bioetanol

berbahan baku singkong adalah di pulau Jawa tepatnya di kota Banjarnegara, Jawa

Tengah. Kapasitas produksi salah satu pabrik bioetanol berbahan baku singkong

yang telah beroperasi di daerah Jawa Timur adalah sebanyak 14.400 kL/tahun,

sehingga atas referensi tersebut maka desain kapasitas produk yang kami punya

dinilai cukup untuk sebuah pabrik bioetanol beroperasi.

1.3 Bahan Baku dan Produk

1.3.1 Spesifikasi Bahan Baku

Singkong/ Ubi Kayu

Ketela pohon, ubi kayu, atau singkong (Manihot utilissima) adalah

perdu tahunan tropika dan subtropika dari suku Euphorbiaceae. Umbinya

dikenal luas sebagai makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya

sebagai sayuran. Singkong bisa mencapai 7 meter tinggi, dengan cabang agak

jarang. Akar tunggang dengan sejumlah akar cabang yang kemudian

membesar menjadi umbi akar yang dapat dimakan. Ukuran umbi rata-rata

bergaris tengah 2-3 cm dan panjang 50-80 cm, tergantung dari klon/kultivar.

Bagian dalam umbinya berwarna putih atau kekuning-kuningan. Umbi

singkong tidak tahan simpan meskipun ditempatkan di lemari pendingin.

Gejala kerusakan ditandai dengan keluarnya warna biru gelap akibat

terbentuknya asam sianida yang bersifat meracun bagi manusia.

Umbi ketela pohon merupakan sumber energi yang kaya karbohidrat

namun sangat miskin protein. Sumber protein yang bagus justru terdapat pada

daun singkong karena mengandung asam amino metionina.

Singkong (Manihot utilissima) mengandung karbohidrat cukup tinggi

yaitu sebanyak 30% - 40% dalam 100 gram singkong, dengan demikian

6

singkong dapat dipakai sebagai pengganti beras. Pada dasarnya olahan

singkong dalam industri dapat digolongkan menjadi tiga yaitu hasil fermentasi

singkong (tape/peuyem), singkong yang dikeringkan (gaplek) dan tepung

singkong atau tepung tapioka. Tepung tapioka digunakan dalam industri

makanan atau pakan ternak, dekstrin, glukosa (gula). Dekstrin digunakan

dalam industritekstil, industri makanan dan industri kimia seperti etanol dan

senyawa organik lainnya.

Tepung tapioka tersusun atas granula-granula pati berukuran 5-35

mikron,memiliki sifat bieerefringent yang kuat serta tersusun atas 20%

amilosa dan 80% amilopektin sehingga mempunyai sifat mudah mengembang

(swelling) dalam air panas. Pati singkong sangat cepat dikenal dan telah

digunakan secara permanen dalam beberapa industri yang menggunakan pati,

sedangkan jenis pati yang lain kurang mendapat tempat penting. Salah satu

alasan mengapa hal ini terjadi adalah karena sifat pati singkong yang unik.

Pati ini dengan cepat akan tergelatinisasi oleh pemanasan dengan air dan

larutannya setelah pendinginan secara komparatif tetap cair. Selanjutnya,

larutan tersebut secara relatif lebih stabil dalam hal bahwa larutan tersebut

tidah cepat memisah kembali ke bentuk yang tidak larut (insoluble form)

seperti yang terjadi pada pati jagung dan pati kentang (retrogradasi)

(Novan,2012). Kandungan nutrisi dari singkong terdapat pada tabel 1.2

Tabel 1.3 Kandungan Nutrisi Singkong

Nutrisi Kandungan Nutrisi/100 g Singkong

Protein (g) 1,2

Lemak (g) 0,3

Karbohidrat (g) 38

Kalsium (mg) 33

7

Besi (mg) 0,7

Fosfor (mg) 40

Vit. B1 (mg) 0,06

(Novan, 2012)

1.3.2 Spesifikasi Produk

Etanol

Etanol atau disebut juga etil-alkohol (C2H6O, C2H5OH) adalah alkohol

yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari hari. Etanol banyak

dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan industri makanan serat

minuman karena sifatnye yang tidak beracun. Etanol tidak berwarna dan tidak

bersa tetapi memiliki bau yang khas.

Tabel 1.3 Spesifikasi Bahan Bakar Bioethanol

Parameter Uji Persyaratan

Kadar Etanol 99,5% - 99,9%

Kadar Metanol 0% - 0,5%

Kadar Cu 0 0,1 mg/kg

Kadar asam asetat 0 30 mg/L

Tampakan Jernig dan terang, tidak ada endapan dan kotoran

Kadar ion klorida (Cl) 0 20 mg/L

Kandungan belerang (S) 0 50 mg/L

Kadar washes gum 0 100 mg/100 ml

(Kementrian ESDM, 2013)

8

Sifat fisis etanol sebagai berikut:

Tabel 1.4 Sifat Fisis Etanol

Komposisi Etanol

Rumus Molekul C2H6O

Berat Molekul g/mol 46,7

Sp. Gravity 0,7939

Titik Didih (C) 78,65

Hv (kJ/kg) 845,12

Combustion heat (kJ/kg) -2,68.104

Carbon content (wt.%) 52,3

(Chemical Process Design,2008)

Sifat Kimia Etanol

1). Pelarut senyawa organic

2). Mudah menguap dan terbakar

3). Bila direaksikan dengan asam halida akan menghasilkan alkil halide

dan air.

4). Bila bereaksi dengan asam karboksilat akan membentuk ester dan air.

5). Dehidrogenasi etanol meghasilkan asetaldehid.

Etanol dan alkohol membentuk larutan azeotrop kerena itu pemurnian

etanol dengan cara distiliasi biasa hanya mampu menghasilkan etanol dengan

kemurnian 96%. (Andrew,1976)

Syarat dan Mutu Etanol (SNI 06-3565-1994)

1). Alkohol teknis (96,5%) digunakan untuk kepentingan indusrtri dan

sebagai pelarut bahan bakar.

2). Alkohol murni (96% 96,5%) digunakan untuk kepentingan farmasi.

3). Spiritus (88%) merupakan alkohol terdenaturasi.

9

4). Alkohol absolute (99,5% - 99,8%) tidak mengandung air sama sekali,

digunakan untuk kepentingan farmasi dan bahan bakar kendaraan.

Etanol dapat diproduksi secara petrokimia melalui hidrasi etilena ataupun

secara biologis melalaui fermentasi gula dengan ragi (Mills,1987).

Hidrasi Etilena

Etanol yang digunakan untuk kebutuhan industri sering kali dibuat

dari senyawa petrokimia, utamanya adalah melalui hidrasi etilena:

C2H4(g) + H2O(g) CH3CH2OH(l)

Fermentasi

Etanol untuk kegunaan konsumsi manusia (seperti minuman

beralkohol) dan kegunaan bahan bakar diproduksi dengan cara fermentasi.

Spesies ragi tertentu (misalnya Saccharomyces cerevisiae) mencerna gula

dan menghasilkan etanol dan karbon dioksida:

C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2.

Proses membiakkan ragi untuk mendapatkan alkohol disebut sebagai

fermentasi. Konsentrasi etanol yang tinggi akan beracun bagi ragi. Pada

jenis ragi yang paling toleran terhadap etanol, ragi tersebut hanya dapat

bertahan pada lingkungan 15% etanol berdasarkan volume.

Untuk menghasilkan etanol dari bahan-bahan pati, misalnya serealia,

pati tersebut haruslah diubah terlebih dahulu menjadi gula. Dalam

pembuatan bir, ini dapat dilakukan dengan merendam biji gandum dalam

air dan membiarkannya berkecambah. Biji gandum yang beru berkecambah

10

tersebut akan menghasilkan enzim amilase. Biji kecambah gandum

ditumbuk, dan amilase yang ada akan mengubah pati menjadi gula.

Untuk etanol bahan bakar, hidrolisis pati menjadi glukosa dapat

dilakukan dengan lebih cepat menggunakan asam sulfat encer,

menambahkan fungi penghasil amilase, atapun kombinasi dua cara

tersebut.

1.4 Lokasi

Pemilihan lokasi pabrik adalah berdasarkan asal ketersediaan bahan baku

singkong,

yaitu di pulau Jawa tepatnya di daerah Jawa Barat (2172924 ton/tahun), Jawa Tengah

(3398454 ton/tahun), Jawa Timur (3209028 ton/tahun), Banten (88405 ton/tahun) dan

D.I. Yogayakarta (942880 ton/tahun), sehingga untuk memudahkan akses daerah

daerah di Jawa, maka kami akan mendirikan pabrik bioetanol ini di kota

Banjarnegara, Jawa Tengah. Banjarnegara merupakan kota penghasil singkong di

Jawa Tengah. Tanaman singkong umumnya banyak ditemukan di kawasan yang

mengalamikesulitan air, seperti kabupaten Banjarnegara dan sekitarnya, dikarenakan

bahan baku yang lebih berat dibandingkan dengan produknya (weight loosing),

sehingga lokasi pabrik harus mendekati bahan baku.

1.5 Pemilihan Proses

Proses proses Produksi Bioetanol dari Singkong

a. Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF)

Pembuatan bioetanol berbahan baku singkong denga proses Separate

Hydrolysis and Fermentation (SHF) terdiri dari beberapa tahap yaitu persiapan

bahan baku, pembuatan slurry, liqufiksi, hidrolisa (saccaryfikasi), fermentasi,

dan pemurnian. Pada proses ini tahap hidrolisa dan fermentasi berlangsung

secara terpisah, keluaran dari proses liquifikasi dihidrolisis terledih dahulu

11

kemudian masuk ke fermentor setelah itu dipisahkan. Diagram alir proses SHF

dapat dilihat pada gambar 1.1.

Gambar 1.1 Diagram Alir Proses Separate Hydrolysis and Fermentation

b. Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)

Pembuatan bioetanol berbahan baku singkong denga proses Simultaneous

Saccharification and Fermentation (SSF) terdiri dari beberapa tahap yaitu

persiapan bahan baku, pembuatan slurry, liqufiksi, simultan hidrolisa

(saccaryfikasi) fermantasi, dan pemurnian. Pada proses ini tahap hidrolisa dan

fermentasi berlangsung secara simultan atau besamaan dalam satu wadah.

Setelah slurry melalui tahap liquifikai, keluran dari proses liquifikasi kemudian

masuk ke wadah tempat berlasungnya proses hirolisa dan fermetasi dan

kemudian proses pemisahan. Diagram alir proses SSF dapat dilihat pada gambar

1.2.

Potongan

Singkong

(chips)

Grinding

(proses

penggilingan)

Proses

pembuatan

slurry

Liquifikasi

Hidrolisa

(saccaharifikasi) Fermentasi Distilasi dehidrasi

Etanol

99,5%

12

Gambar 1.2 Diagram Alir Proses Simultaneous Saccharification and Fermentation

c. Simultaneous Liquefaction, Saccharification and Fermentation (SLSF)

Pembuatan bioetanol berbahan baku singkong denga proses Simultaneous

Liquefaction, Saccharification and Fermentation (SLSF) terdiri dari beberapa

tahap yaitu persiapan bahan baku, pembuatan slurry, simultan liquifikasi

hidrolisa (saccaryfikasi) fermantasi, dan pemurnian. Pada proses ini tahap

liquifikasi, hidrolisa, dan fermentasi berlangsung secara simultan atau besamaan

dalam satu wadah. Setelah chip digrinding dan dibuat slurry kemudian slurry

masuk ke wadah tempat berlasungnya proses liquifikasi, hirolisa dan fermetasi

dan kemudian proses pemisahan. Diagram alir proses SSF dapat dilihat pada

gambar 1.3.

Potongan

Singkong

(chips)

Grinding

(proses

penggilingan)

Proses

pembuatan

slurry

Liquifikasi

kasi

Hidrolisa (saccaharifikasi) dan

Fermentasi Distilasi dehidrasi

Etanol

99,5%

13

Gambar 1.3 Diagram Alir Proses Simultaneous Liquefaction, Saccharification and

Fermentation

Tabel 1.5 Perbandingan Proses proses Produksi Bioetanol

Jenis Proses Kelebihan Kekuranngan

Separate Hydrolysis and

Fermentation (SHF)

Yield tinggi

Biaya opersi lebih

murah

Biaya instalasi

tinggi

Simultaneous Saccharification

and Fermentation (SSF)

Biaya instalasi rendah Yield rendah

Biaya opersai

tinggi

Simultaneous Liquefaction,

Saccharification and

Fermentation (SLSF)

Biaya instalasi rendah Yield rendah

Biaya opersai

tinggi

Berdasarkan kelebihan dan kekurangan masing- masing proses, maka proses

yang paling menguntungkan untuk diaplikasikan pada pabrik bioetanol adalah

proses Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF) karena proses ini

menghasilkan yield yang lebih besar dengan biaya opersi yang rendah.

Potongan

Singkong

(chips)

Grinding

(proses

penggilingan)

Proses

pembuatan

slurry

Liquifikasi,

Hidrolisa

(saccaharifik

asi) dan

Fermentasi

Distilasi dehidrasi Etanol 99,5%