BAB II bioetanol .docx

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Dasar Teori

Ethanol

Ethanol atau etil alkohol (lebih dikenal sebagai “alkohol”, dengan rumus kimia C2H5OH)

adalah cairan tak berwarna dengan karakteristik antara lain mudah terbakar, larut dalam

air,biodegradable, tidak karsinogenik, dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan

dampak lingkungan yang signifikan. Produksi bioethanol dengan bahan baku tanaman yang

mengandung pati atau karbohidrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi

gula (glukosa). Sumber bioetanol dapat berupa singkong, ubi jalar, tebu, jagung, sorgum biji,

sorgum manis, sagu, aren, nipah, lontar, kelapa dan padi.

Bioethanol diproduksi dari biomassa dengan proses hidrolisis dan fermentasi gula.

Biomassa mengandung polimer karbohidrat berupa cellulose, hemicellulose, dan lignin.

Biomassa diolah menggunakan asam dan enzim sehingga menghasilkan gula. Cellulose dan

hemi-cellulose terhidrolisa menjadi sukrosa, kemudian difermentasi menjadi ethanol.

Fermentasi gula menjadi ethanol dilakukan dengan menambah ragi (yeast). Ragi

mengandung enzim invertase, yang bertindak sebagai katalis untuk mengubah sukrosa

menjadi glukosa dan fruktosa (C6H12O6). Fruktosa dan glukosa kemudian bereaksi dengan

enzim zymase yang mengubah fruktosa dan glukosa menjadi ethanol dan karbondioksida.

Proses fermentasi berlangsung selama 3 hari dan berlangsung pada temperature 250-300 oC.

Ethanol yang dihasilkan dari proses fermentasi kemudian dipisahkan dari air menggunakan

proses distilasi.

Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan

berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu hidrolisa asam dan hidrolisa enzym.

Berdasarkan kedua jenis hidrolisa tersebut.Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula

(glukosa) dilakukan dengan penambahan air dan enzyme, kemudian dilakukan proses

peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi.

Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bioethanol secara sederhana ditujukkan

pada reaksi berikut ini :

(C6H10O5)n + H2O nC6H12O6

(pati) (glukosa)

I-1

Bioetanol

LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOFUEL, ATSIRI, NABATIPROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIAFTI - ITS

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

(glukosa) (ethanol)

(Indyah N, 2005)

Substrat yang dapat difermentasikan menjadi alkohol :

1. Bahan bergula (sugary materials)

Material yang di dalamnya terdapat karbohidrat (bahan yang sebenarnya dari mana

alkohol dibuat) dalam bentuk sederhana, enam dan dua belas molekul gula karbon

seperti glukosa, fruktosa, dan maltosa yang dapat langsung difermentasikan.tebu

dan sisa produknya (molase, bagase), gula bit, tapioca, kentang manis, sorghum

manis, dll. Molasses tebu digunakan besar-besarandi beberapa negara untuk

memproduksi alkohol.

2. Bahan-bahan berpati (starchy materials)

Mengandung karbohidrat yang lebih kompleks seperti pati dan inulin. Seperti

tapioka,maizena, barley, gandum, padi, dan kentang. Jagung dan ubi kayu adalah dua

kelompok substrat yang menarik perhatian, 11.7 kg tepung jagung dapat dikonversi

menjadi 7 liter ethanol.

3. Bahan-bahan lignoselulosa (lignosellulosic material) : sumber selulosa dan

lignoselulosa berasal dari limbah pertanian dan kayu. Akan tetapi, hasil ethanol dari

lignoselulosa sedikit karena kekurangan teknologi untuk mengkonversi pentosa

menjadi ethanol. 409 liter ethanol dapat diproduksi dari 1 ton lignoselulosa. Secara

singkat teknologi proses produksi ethanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap,

yaitu gelatinasi, sakharifikasi, dan fermentasi.

(Luthfia H.A,Indriyas Dwi C, 2008)Sifat Fisik dan Kimia Etanol

Tabel II.1 Sifat Fisik dan Kimia Etanol

Properti Nilai

Berat Molekul 46,1

Titik beku (oC) -114,1

Titik didih normal (ºC) 78,32

Densitas (g/ml) 0,7983

Viskositas pada 20ºC (Cp) 1,17

II-2

Bioetanol


Properti Nilai

Panas penguapan normal (J/kg) 839,31

Panas pembakaran pada 25ºC (J/kg) 29676,6

Panas jenis pada 25ºC (J/kg) 2,42

Nilai oktan (penelitian)* 106-111

Sumber : Kirk-Orthmer, Enyclopedia of Chemical Technolgy, vol 9, 1967)*

American Petroleum Institute

(http://zuuhandri.blogspot.com/2012/03/pengaruh-massa-ragi-dan-lama-fermentasi.html)

Sifat fisik

Bioetanol adalah etanol (C2H5OH) yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen

pati atau selulosa, seperti singkong, talas dan tetes tebu. Etanol bentuknya berupa cairan

yang tidak berwarna dan mempunyai bau yang khas. Berat jenis pada 150C adalah 0,7937

dan titik didihnya 78,320C pada tekanan 76 mmHg. Sifatnya yang lain adalah larut dalam air

dan eter, serta mempunyai panas pembakaran 328 kkal.

Sifat kimia

- Dapat mengalami reaksi asam-basa

Gugus hidroksil etanol membuat molekul ini sedikit basa. Ia hampir netral dalam air,

dengan pH 100% etanol adalah 7,33, berbanding dengan pH air murni yang sebesar 7,00.

Etanol dapat diubah menjadi konjugat basanya, ion etoksida (CH3CH2O−), dengan

mereaksikannya dengan logam alkali seperti natrium:

2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2

ataupun dengan basa kuat seperti natrium hidrida:

CH3CH2OH + NaH → CH3CH2ONa + H2

Reaksi seperti ini tidak dapat dilakukan dalam larutan akuatik, karena air lebih asam

daripada etanol, sehingga pembentukan hidroksida lebih difavoritkan daripada

pembentuk etoksida.

- Dapat mengalami reaksi Esterifikasi

Pada kondisi di bawah katalis asam, etanol bereaksi dengan asam karboksilat dan

menghasilkan senyawa etil eter dan air:

RCOOH + HOCH2CH3 → RCOOCH2CH3 + H2O.

II-3

http://zuuhandri.blogspot.com/2012/03/pengaruh-massa-ragi-dan-lama-fermentasi.html

Bioetanol


Agar reaksi ini menghasilkan rendemen yang cukup tinggi, air perlu dipisahkan dari

campuran reaksi seketika ia terbentuk. Etanol juga dapat membentuk senyawa ester

dengan asam anorganik. Dietil sulfat dan trietil fosfat dihasilkan dengan mereaksikan

etanol dengan asam sulfat dan asam fosfat. Senyawa yang dihasilkan oleh reaksi ini

sangat berguna sebagai agen etilasi dalam sintesis organik. Ethanol dapat bereaksi

dengan asam anhidrida atau asam halid untuk menghasilkan ester.

C2H5OH + (RCO)2 RCOOCH2CH3 + RCOOH

- Dapat mengalami reaksi Dehidrasi

Asam kuat yang sangat higroskopis seperti asam sulfat akan menyebabkan dehidrasi

etanol dan menghasilkan etilena maupun dietil eter:

2 CH3CH2OH → CH3CH2OCH2CH3 + H2O (pada 120'C)

CH3CH2OH → H2C=CH2 + H2O (pada 180'C)

Ethanol dapat didehidrasi untuk membentuk ethylene atau ethyl ester.

CH3CH2OH CH2 = CH2 + H2O

2 CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2O

- Dapat mengalami reaksi halogenasi

Etanol bereaksi dengan hidrogen halida dan menghasilkan etil halida seperti etil klorida

dan etil bromida:

CH3CH2OH + HCl → CH3CCl + H2O

Reaksi dengan HCl memerlukan katalis seperti seng klorida.Hidrogen klorida dengan

keberadaan seng klorida dikenal sebagai reagen Lucas.

CH3CH2OH + HBr → CH3CH2Br + H2O

Reaksi dengan HBr memerlukan proses refluks dengan katalis asam sulfat. Etil halida juga

dapat dihasilkan dengan mereaksikan alkohol dengan agen halogenasi yang khusus,

seperti tionil klorida untuk pembuatan etil klorida, ataupun fosforus tribromida untuk

pembuatan etil bromida.

CH3CH2OH + SOCl2 → CH3CH2Cl + SO2 + HCl

(http://id.wikipedia.org/wiki/Etanol#Sifat-sifat_fisika)

Kegunaan Bioetanol

a. Minuman

"Alkohol" yang terdapat dalam minuman beralkohol adalah etanol. Spirit (minuman

II-4

http://id.wikipedia.org/wiki/Etanol#Sifat-sifat_fisika

Bioetanol


keras) bermetil yang diproduksi dalam skala industry. Etanol biasanya dijual sebagai

spirit (minuman keras) bermetil yang diproduksi dalam skala industri yang

sebenarnya merupakan sebuah etanol yang telah ditambahkan sedikit metanol dan

kemungkinan beberapa zat warna. Metanol beracun, sehingga spirit bermetil dalam

skala industri tidak cocok untuk diminum. Penjualan dalam bentuk spirit dapat

menghindari pajak tinggi yang dikenakan untuk minuman beralkohol (khususnya di

Inggris).

b. Sebagai bahan bakar

Etanol dapat dibakar untuk menghasilkan karbon dioksida dan air serta bisa

digunakan sebagai bahan bakar baik sendiri maupun dicampur dengan petrol

(bensin). "Gasohol" adalah sebuah petrol / campuran etanol yang mengandung

sekitar 10 – 20% etanol. Karena etanol bisa dihasilkan melalui fermentasi, maka

alkohol bisa menjadi sebuah cara yang bermanfaat bagi negara-negara yang tidak

memiliki industri minyak untuk mengurangi import petrol mereka.

c. Sebagai pelarut

Etanol banyak digunakan sebagai sebuah pelarut. Etanol relatif aman, dan bisa

digunakan untuk melarutkan berbagai senyawa organik yang tidak dapat larut dalam

air. Sebagai contoh, etanol digunakan pada berbagai parfum dan kosmetik.

(http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/sifat_senyawa_organik/alkohol1/kegunaan_alkohol/)

Keunggulan dan Kelemahan Bioetanol

Beberapa keunggulan yang dapat diperoleh dari bioethanol adalah sebagai berikut:

1. Nilai oktan yang tinggi menyebabkan campuran bahan bakar terbakar tepat pada

waktunya sehingga tidak menyebabkan fenomena knocking

2. Emisi gas buang tidak begitu berbahaya bagi lingkungan salah satunya gas CO2 yang dapat

dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan untuk proses fotosintesa serta emisi NO yang

rendah

3. Efisiensi tinggi dibanding bensin

Selain memiliki keunggulan yang begitu banyak bioethanol ini pun terdapat kelemahan,

kelemahan-kelemahan tersebut diantaranya:

1. Memerlukan modifikasi mesin jika ingin menggunakan bioethanol murni pada kendaraan

II-5

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/sifat_senyawa_organik/alkohol1/kegunaan_alkohol/

Bioetanol


2. Bisa terjadi kemungkinan ethanol mengeluarkan emisi polutan beracun.

kelebihan bioetanol dibanding minyak tanah adalah api berwarna biru sehingga tidak

menghanguskan alat masak. Bahan bakar dari bioetanol juga tidak berbau dan mudah

dipadamkan dengan air.

(http://tombomumet.wordpress.com/2011/03/29/keunggulan-dan-kelemahan-bioethanol/)

Kelapa

Di Indonesia, kelapa merupakan tanaman yang cukup terkenal. Pada umumnya

kelapa yang dihasilkan di Indonesia sebagian besar diolah menjadi kopra atau di proses

sebagai bahan baku pembuatan minyak. Namun sampai saat ini daerah asal tanaman kelapa

belum dapat dipastikan. Kelapa dapat hidup ditanah yang tandus dengan curah hujan yang

rendah serta membutuhkan iklim yang panas. Daerah penghasil kelapa yang besar, seperti

Filipina, India, Indonesia, Malaysia, dan daratan pasifik dengan batas 1000 mil dari ekuator.

Daerah bermusim panas dan dingin kurang cocok untuk pertumbuhan kelapa. Tanaman

kelapa membutuhkan lingkungan hidup yang sesuai untuk pertumbuhan dan produksinya.

Faktor lingkungan itu adalah sinar matahari, temperatur, curah hujan, kelembapan, dan

tanah.

(Palungkun 1992)

Air Kelapa

Buah kelapa yang normal terdiri dari beberapa bagian, yaitu kulit luar (epikarium),

sabut (mesokarpium), tempurung (endokarpium), kulit daging (testa), daging buah

(endosperm), lembaga, dan air kelapa. Buah kelapa yang terlalu muda belum memiliki

daging buah. Yang ada hanya air yang disebut air degan (bahasa jawa). Air kelapa muda ini

rasanya manis, mengandung mineral 4 %, gula 2%, abu, dan air. Bila buah makin tua, maka

airnya makin kurang manis. Air kelapa dari buah muda merupakan hasil sampingan pada

pembuatan kopra masih terbatas pemanfaatannya, sering kali air kelapa ini dibuang begitu

saja baik ke sungai atau ke parit pembuangan. Sebagai akibat dari pembuangan ini adalah

timbulnya pencemaran lingkungan yang ditandai denga terbentuknya endapan yang

berwarna hitam dan berbau tajam dan tidak sedap. Apabila air kelapa dalam jumlah yang

II-6

http://tombomumet.wordpress.com/2011/03/29/keunggulan-dan-kelemahan-bioethanol/

Bioetanol


besar masuk ke sawah, dapat mengakibatkan pertumbuhan tidak normal pada padi, yaitu

tumbuh tinggi tetapi bulirnya sedikit

(Suhardiyono, 1995 & Palungkun, 1996)

Komposisi gizi air kelapa muda sangat bervariasi, tergantung kepada varietas kelapa dan

umur buah. Air Kelapa mengandung gula, mineral, asam amino dan vitamin dalam komposisi

yang seimbang (baca komposisi lengkap air kelapa). Jenis gula yang terkandung pada air

kelapa adalah glukosa, fruktosa, dan sukrosa. Beberapa jenis kelapa ada yang memiliki kadar

gula sebesar 3 persen pada air kelapa tua dan 5,1 persen pada air kelapa muda. Itulah yang

menyebabkan air kelapa muda berasa lebih manis daripada air kelapa tua. Asam amino yang

banyak terkandung pada air kelapa adalah asam glutamat, arginin, leusin, lisin, prolin, asam

aspartat, alanin, histidin, fenilalanin, serin, sistin, dan tirosin. Vitamin yang banyak

terkandung pada air kelapa adalah vitamin C, asam nikotinat, asam pantotenat, biotin,

riboflavin, dan asam folat. Jenis mineral terbanyak yang terdapat pada air kelapa adalah

potasium (kalium). Mineral lain yang terdapat dalam jumlah cukup banyak kalsium,

magnesium, dan klorida, sedangkan dalam jumlah sangat sedikit adalah sodium (natrium).

(http://medis-update.blogspot.com/2011/04/komposisi-khasiat-dan-manfaat-air.html)

Perbandingan komposisi kimia air kelapa tua dan air kelapa muda dapat dilihat pada

tabel berikut:

Tabel II.2 Komposisi Kimia air buah Kelapa

Sumber air (dalam 100 gram) Air Kelapa Muda Air Kelapa Tua

Kalori 17,0 kal -

Protein 0,2 gram 0,14

Lemak 1,0 gram 1,50

Karbohidrat 3,8 gram 4,60

Kalsium 15,0 gram -

Fosfor 8,0 gram 0,50

Besi 0,2 mg -

Aktivitas Vitamin A 0,01 IU -

Asam Askorbat 1,0 mg -

Air 95,5 gram 91,5

Bagian yang dapat dimakan 100 gram -

II-7

http://medis-update.blogspot.com/2011/04/komposisi-khasiat-dan-manfaat-air.html

Bioetanol


Jumlah air kelapa dari jenis kelapa dalam lebih banyak daripada jenis hibrida. Air dari jenis

kelapa dalam rata-rata 300 cc, sedangkan jenis hibrida rata-rata 230 cc. Dan berat jenis air

kelapa umumnya sekitar 1,02 dengan pH sekitar 5,6. Penggunaan air kelapa dapat

multifungsi. Selain dapat difermentasikan sebagai minuman beralkohol, air kelapa juga

dapat menghasilkan nata de coco, sirup kelapa, dan juga kecap.

(Pratiwi, 2011)

Bioetanol dari Air Kelapa

Fermentasi

Fermentasi dapat terjadi karena adanya aktivitas mikroba penyebab fermentasi pada

substrat organik yang sesuai. Terjadinya fermentasi ini menyebabkan perubahan sifat

pangan, sebagai akibat dari pemecahan kandungan bahan pangan tersebut. Hasil-hasil

fermentasi terutama tergantung pada jenis bahan pangan (substrat), jenis mikroba dan

kondisi sekelilingnya yang mempengaruhi pertumbuhan dan metaboisme mikroba tersebut

(Winarno, dkk,1997). Tujuan fermentasi (sintesa) ini adalah memproduksi produk seoptimal

mungkin, berupa biomassa sel atau metabolit. Proses ini di lakukan dalam fermentor yang

berisi medium dengan kandungan gizi yang cukup dan kondisi medium misalnya suhu, pH,

nutrient, medium dan homogenitas yang optimal.

Proses fermentasi itu digunakan untuk menghasilkan produk tertentu dengan bakteri

yang spesifik yaitu fermentasi yang menghasilkan sel, enzim, pelarut, dan fermentasi yang

menghasilkan suatu produk. (Aziz, 1990). Fermentasi dapat berhasil dengan baik dengan

menggunakan media yang mengandung nutrisi untuk pertumbuhan bakteri, disamping itu

nutrient seperti karbohidrat sangat dibutuhkan untuk mengaktivasi bakteri yang digunakan

untuk menghasilkan suatu produk yang diharapkan. Walaupun media dan nutrien sudah

terpenuhi tetapi temperatur dan pH juga sangat mempengaruhi pertumbuhan bakteri.

Dalam hal ini bakteri Acetobacter xylinum mempunyai suhu optimum 26 – 28 0C, jika suhu

selama fermentasi berlangsung dibawah atau diatas kisaran diatas bakteri tidak akan

tumbuh sempurna sehingga tidak dapat mensintesis selulosa dengan sempurna. Hal yang

sama juga berlaku pada suasana pH. Disini pH Acetobacter xylinum adalah sekitar 3 – 4 .

( Azis, 1990)

II-8

Bioetanol


Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol merupakan kurangnya oksigen dalam tubuh, maka proses

pembongkaran zat dilakukan dengan cara anaerob. Sebagian besar dari energi yang

terkadung di dalam glukosa masih terdapat di dalam etanol (ini adalah alasan etanol sering

dipakai sebagai bahan bakar mesin). Proses fermentasi alkohol sangat berbahaya. Ragi

meracuni diri sendiri jika konsentrasi etanol mencapai kira-kira 19 %. Hal ini menjelaskan

kadar maksimum alkohol minuman hasil fermentasi seperti anggur, untuk membuat

minuman dengan kadar alkohol yang lebih tinggi. Alkohol yang dihasilkan dari proses

fermentasi hasilnya masih rendah kadarnya (dibawah 12%) sehingga diproses destilasi

secara bertahap supaya menghasilkan kadar alkohol 96%.

(Pratiwi, 2011)

Mikroba Fermentasi

Dalam fermentasi alkohol digunakan ragi (yeast) dari jenis Eumycetes spesies

Saccharomyces yang dapat hidup, baik dalam kondisi lingkungan cukup oksigen maupun

kurang oksigen. Organisme yang demikian disebut aerob fakultatif. Dalam keadaan cukup

oksigen, Saccharomyces akan melakukan respirasi biasa. Akan tetapi, jika dalam keadaan

lingkungan kurang oksigen Saccharomyces akan melakukan fermentasi. Saccharomyces

cereviseae (tumbuh sempurna pada suhu ± 300C dan pH 4,8 untuk mengubah glukosa

menjadi alkohol + CO2.

Dalam keadaan anaerob, asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis akan

diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol.

Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikuti pula dengan perubahan

NADH menjadi NAD+. Dengan terbentuknya NAD+, peristiwa glikolisis dapat terjadi lagi.

Dalam fermentasi alkohol ini, dari satu mol glukosa hanya dapat dihasilkan 2 molekul ATP.

Fermentasi alkohol, secara sederhana, berlangsung sebagai berikut.

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Alkohol Etanol

II-9

Bioetanol


Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu pemborosan.

Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa masih terdapat di dalam

etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan bakar mesin. Reaksi ini, seperti

fermentasi asam laktat, juga berbahaya. Ragi dapat meracuni dirinya sendiri jika konsentrasi

etanol mencapai 13%. Produk beralkohol sangatlah beragam mulai dari pangan hingga

energi. Produk pangan yang paling lama dikenal adalah wine dan bir. Mikroorganisme yang

terlibat terutama adalah khamir dari genus Saccharomyces sp. Saccharomyces yang paling

banyak digunakan adalah S. cerevisiae dan S. carlbergensis. Ragi ini akan mengubah gula

pada substrat menjadi alkohol pada kondisi anaerob. Jika khamir ini ditumbuhkan pada

suasana aerob maka akan dihasilkan sel lebih banyak daripada metabolitnya dan ini

dimanfaatkan untuk produksi ragi roti. Di dalam cairan tebu hanya glukosa jenis sukrosa yg

bisa dikristalkan menjadi gula pasir. Sedangkan glukosa lain meskipun manis rasanya tetapi

tidak bisa dikristalkan disebut gula reduksi/gula pecah . Disamping alkohol jenis etanol

terkandung pula sebagian kecil alkohol jenis metanol. Metanol ini sangat beracun bagi

manusia. Untuk indikasi biar tidak diminum, ditambahkan CuSO4 sehingga berwarna biru,

yang dipasaran kita kenal dengan nama spritus.Syarat-syarat ragi yang baik yaitu cepat

berkembang biak, tahan terhadap alkohol kadar tinggi, tahan terhadap suhu tinggi, dan

cepat beradaptasi terhadap media fermentasi.

(Pratiwi, 2011)

Faktor Lingkungan Yang Memengaruhi Fermentasi

Pada kondisi di alam, pengaruh faktor-faktor lingkungan tidak dapat dipisahkan satu

dengan lainnya, tetapi berpengaruh secara simultan saling mempengaruhi. Interaksi ini

berlangsung secara dinamis dan berubah berdasarkan tempat dan waktu. Interaksi antara

suhu, aktivitas air, pH, garam, gula, dan adanya bahan pengawet sering dipelajari dalam

upaya menghambat pertumbuhan khamir pada makanan atau digunakan untuk

mengoptimalkan pemanfaatan ragi dalam produksi alkohol.

1. Nutrisi (Zat gizi)

Unsur C : pada karbohidrat

Unsur N : dengan penambahan pupuk N, ZA, Urea, Amonia dsb

Unsur P : penambahan pupuk fosfat dari NPK,TSP DSP dll

II-10

Bioetanol


Mineral-mineral

Vitamin-vitamin

2. Keasaman (pH)

Untuk fermentasi alkoholis dibutuhkan pH sebesar 4,8–5,0. Kalau substrat bersifat asam

ditambahkan NaCO3, sedangkan jika substrat bersifat basa ditambahkan H2SO4.

3. Temperatur

Temperatur optimum untuk perkembangbiakan adalah 28–30oC. Pada waktu fermentasi

terjadi kenaikan panas, karena bersifat eksoterm. Untuk mencegah agar suhu tidak naik,

perlu pendinginan.

4. Udara

Fermentasi berlangsung secara anaerobik (tanpa udara). Udara dibutuhkan pada proses

pembibitan, untuk pengembangbiakan ragi sel.

(Pratiwi, 2011)

Proses Pembuatan Etanol dari Bahan Padat

Proses pembuatan bioetanol dari bahan padat terdiri dari 5 tahapan proses yaitu :

1. Persiapan bahan baku

Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman,

baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane),

gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung

(corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya.

Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai

contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah

dikupas dan dibersihkan dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar

bisa berinteraksi dengan air secara baik.

2. Liquifikasi dan Sakarifikasi

Kandungan 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

II-11

Bioetanol


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.

Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula

sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut :

Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase

bekerja.

Pengaturan pH optimum enzim.

Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH

serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi

selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang

dihasilkan).

3. Fermentasi

Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa

dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan

selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan

mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27

s/d 32 derajat celcius selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara

anaerob). Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak

terkontaminasi oleh mikroba lainnya. Dengan kata lain,dari persiapan

baku,liquifikasi,sakarifikasi,hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan.

Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2.

Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar

rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10

% ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi

itu sendiri dan mematikan aktifitasnya.

4. Distilasi

Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk

memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada

suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap

lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 100 derajat celcius.

II-12

Bioetanol


Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :

a. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional).

Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20

s/d 30 %.

b. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat).

Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai

60-90 % melalui 2 (dua) tahapan penyulingan.

5. Dehidrasi

Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan

bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau

disebut ethanol kering. Untuk pemurnian ethanol 95 % diperlukan proses

dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain :

1. Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping

2. Cara Fisika ditempuh melalui proses penyerapan menggunakan Zeolit

Sintetis.

Hasil dehidrasi berupa ethanol berkadar 99,6-99,8 % sehingga dapat

dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak digunakan sebagai

bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses

pemurnian ini disebut Dehidrator.

(http://www.indobioethanol.com)

Proses Pembuatan Etanol dari Bahan Cair

Proses pembuatan bioetanol dari bahan baku cair terdiri dari 3 tahapan proses yaitu :

1. Persiapan Bahan Baku

Bahan baku dari bahan cair relative mudah diperoleh. Seperti tetes atau

molasses dapat diperoleh dari pabrik gula.

2. Proses pembuatan Stater dan Fermentasi

Proses pembuatan stater :

a. Air kelapa disaring dan kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer sebanyak 400

mL.

b. Selanjutnya, air kelapa dididihkan, lalu didinginkan hingga pada suhu kamar.

c. Bahan ragi roti (Saccharomyces cereviciae) diinokulasikan sebanyak 20 gram ke

dalam substrat tersebut.

d. Selanjutnya, diinkubasi selama ± 24 jam.

II-13

Bioetanol


3. Proses fermentasi

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.

Proses fermntasi dijaga pada suhu ruangan (26-28 oC)

4. Proses Distilasi

Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk

memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada

suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap

lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 100 derajat celcius.

Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :

c. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional).

Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20

s/d 30 %.

d. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat).

Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai

60-90 % melalui 2 (dua) tahapan penyulingan.

(http://www.indobioethanol.com)

6.

II-14

Bioetanol


II.2 Aplikasi Industri

POTENSI NIRA KELAPA SEBAGAI BAHAN BAKU BIOETANOL

Penggunaan energi untuk berbagai keperluan seperti untuk industri, transportasi dan

rumah tangga di hampir semua negara sepenuhnya bergantung pada bahan bakar fosil

khususnya minyak bumi . Eksploitasi minyak sebagai bahan bakar yang tidak dapat

diperbaharui terus menerus dapat menyebabkan persediaan bahan bakar fosil semakin

langka. Perkembangan kebutuhan energi dunia yang semakin meningkat dan keterbatasan

energi fosil menyebabkan perhatian saat ini ditujukan untuk mencari sumber-sumber energi

terbarukan yang ramah lingkungan seperti energi surya, energy hidro, energi geotermal, dan

energi biomassa . Isu global tentang perubahan iklim juga mendorong penggunaan energi

biomasa sebagai pengganti bahan bakar atau sebagai bahan aditif.Biomassa merupakan

sumber energi terbarukan yang mempunyai potensi tinggi. Menurut Gubitz (1999), di negara

Brasil dan Jepang biomassa telah berhasil dikonversi secara efisien menjadi bioetanol, yang

sangat potensial sebagai campuran bahan bakar bensin. Bioetanol adalah cairan biokimia

hasil proses

Metode Penelitian

Bahan dan Alat Penelitian : Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

tuak hasil fermentasi nira kelapa selama ± 2 hari. Sedangkan peralatan yang digunakan

adalah: alat destilator (steroglass rotary evaporator) merk Strike 202, alkoholmeter merk

Alkoholmeter Nach Ricter&Tralles, gelas ukur 100 ml dan 500 ml merk IWAKI Pyrex, Gas

Chromatography merk Varian type G.C.3300, timbangan digital merk Sartorius cp 3235, dan

piknometer merk IWAKI Pyrex cap approx 25 ml.

Pelaksanaan Penelitian

Penelitian dilakukan dalam tiga tahap. Tahap pertama adalah proses fermentasi

selama 2 hari, agar nira kelapa mengalami fermentasi sempurna. Proses fermentasi

dilakukan pada suhu ruang (26-280C). Tahap kedua adalah proses destilasi yang dilakukan

pada suhu 780C, sampai volume hasil destilasi sebanyak 75% dari volume awal. Proses

destilasi dilakukan berulang-ulang sampai diperoleh bioetanol dengan kadar alkohol e” 90%

dan kadar etanol e”94%. Tahap ketiga adalah penentuan kualitas bioetanol yang dihasilkan.

II-15

Bioetanol


Parameter kualitas bioetanol yang diamati meliputi kadar etanol, densitas, specific gravity,

API Gravity, dan nilai kalor.

Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh pada penelitian ini dapat ditarik

kesimpulan sebagai berikut: Frekuensi destilasi yang dihasilkan dari nira kelapa untuk

mendapatkan kadar etanol sesuai SNI bioetanol sebesar e”94% adalah sebanyak 14 kali.

Bioetanol nira kelapa mempunyai potensi cukup tinggi untuk dikembangkan karena kualitas

bioetanol yang dihasilkan sesuai dengan standar SNI dan nilai kalornya lebih besar dari nilai

kalor bahan bakar cair pada umumnya.

II-16

BAB II bioetanol .docx

Documents

Transcript of BAB II bioetanol .docx