BAB I,II,III

5/28/2018 BAB I,II,III

1/39

1

BAB I

PENDAHULUAN

Ketersediaan sumber daya alam khususnya sumber daya minyak bumi (BBM)

yang semakin menipis dan tidak terbaharukan menyebabkan masyarakat mencari

alternatif pengganti minyak bumi yang lebih ramah lingkungan. Berbagai penelitian

para ahli, baik di luar maupun di dalam negeri menyimpulkan bahwa terdapat

berbagai jenis tanaman sebagai bahan bakar nabati (BBN) yang terbaharukan.

Penggunaan bahan bakar nabati lebih populer dengan sebutan biofuel atau

bioenergi. Penggunaan energi yang paling penting di sini aadalah pemanfaatan bahan

bakar pada kendaraan bermotor. Bahan bakar ini berupa bahan bakar cair. Bahan

bakar cair sebagai substitusi minyak bumi adalah penting untuk dikembangkan. Salah

satu contohnya adalah bioetanol.

Bioetanol adalah sebuah bahan bakar alternatif yang diolah dari tumbuhan

dengan cara fermentasi. Fermentasi adalah suatu proses perubahan kimia yang

disebabkan oleh aktivitas mikroba ataupun oleh aktiviatas enzim yang dihasilkan

mikroba. Jalur metabolisme karbohidrat yang pernah diselidiki adalah sistem

fermentasi etanol oleh khamir. Jenis khamir yang digunakan adalah Saccharomyces

cerevisiae.


2/39

2

Bioetanol sangat potensial untuk diolah dan dikembangkan karena bahan

bakunya merupakan jenis tanaman yang banyak tumbuh di negara ini dan sangat

dikenal masyarakat. Pada awalnya pembuatan bioetanol berbasis tetes tebu, namun

semakin berkembang dengan memanfaatkan bahan lain seperti singkong, sogum, nira

aren, sampai nira siwalan. Untuk mengantisipasi banyaknya permintaan bahan bakar

dan untuk memenuhi pasar minyak domestik Indonesia sedangkan kemampuan

produksi minyak fosil semakin berkurang.

Pemanfaatan tanaman aren di Indonesia sudah berlangsung lama, namun agak

lambat perkembangannya menjadi komoditi agribisnis karena sebagian tanaman aren

yang dihasilkan adalah tumbuh secara alamiah atau belum di budidayakan. Namun,

karena fungsi dan manfaatnya yang besar, pohon ini mulai dijadikan tanaman

budidaya di Indonesia.

Nira adalah bahan utama yang dimanfaatkan dalam pembuatan bioetanol. Hal

ini disebabkan karena nira aren memiliki kelebihan dibandingkan dengan bahan baku

bioetanol lainnya seperti singkong dan jagung (tanaman penghasil pati) dikarenakan

tahap yang dilakukan cukup satu tahap yaitu tahap fermentasi, sedangkan bioetanol

yang berasal dari tumbuhan berpati memerlukan tahap hidrolisis ringan (sakarifikasi)

untuk merubah polimer pati menjadi gula sederhana.

Nira Aren di beberapa daerah selain sebagai bahan pemanis, melalui proses

fermentasi, Nira diubah menjadi minuman beralkohol yang dikenal dengan nama

tuak. Alkohol yang dihasilkan secara ilmiah dikenal dengan nama Etanol Nira dapat


3/39

3

diubah menjadi bioetanol. Bioetanol merupakan bahan bakar dari minyak nabati

dengan bantuan fermentasi oleh bakteri ragi (Saccharomyces cereviseae) dimana

kandungan gula (sukrosa) pada nira dikonversi menjadi glukosa kemudian menjadi

etanol yang produknya disebut sebagai bioethanol.

Kegunaan alkohol bermacam-macam dalam berbagai kepentingan. Tidak

hanya sebatas sebagai bahan pembuatan minuman keras. Alkohol juga dapat

dimanfaatkan sebagai bahan kosmetik, obat-obatan, pelarut, antiseptik, maupun

bahan bakar kimia organik. Salah satunya juga sebagai bahan untuk mencampur

dengan BBM.

Ethanol yang dihasilkan dari proses fermentasi kemudian dilakukan destilasi

untuk memisahkan ethanol dan air sampai kadar 95-96%. Kemudian proses untuk

memisahkan ethanol dan air sampai kadar 99,5% dilakukan dengan menggunakan

dehidrasi (molecular sieve atau menggunakan membrane pervaporasi). Etanol 99,5%

ini yang bisa digunakan untuk menjadi bahan bakar energi alternatif dan jika

ditambah dengan bensin maka dapat menjadi bahan bakar alternatif pada kendaraan

yang lebih hemat sebagai pengganti premium.

Berdasarkan latar belakang di atas maka saya tertarik untuk membahas tentang

Pemanfaatan Aren sebagai Bahan Bakar Alternatif.

Adapun rumusan masalah dalam makalah ini adalah: 1) Bagaimana proses

pengolahan aren sebagai penghasil bioetanol?, 2) Apa metoda yang digunakan untuk


4/39

4

memanfaatkan aren sebagai bioetanol?, 3) Bagaimana cara memanfaatkan bioetanol

aren sebagai bahan bakar kendaraan?.

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah: 1) Mengetahui proses pengolahan

aren sebagai penghasil bioetanol, 2) Mengetahui metoda yang digunakan untuk

memanfaatkan aren sebagai bioetanol, 3) Mengetahui cara memanfaatkan bioetanol

aren sebagai bahan bakar kendaraan.

Manfaat yang didapatkan dari penulisan makalah ini adalah: 1) Kita dapat

mengatahui cara pemanfaatan aren sebagai penghasil bioetanol, dan 2) Kita dapat

megetahui bagaimana cara memanfaatkan bahan- bahan disekitar kita agar

menghasilkan nilai ekonomis yang tinggi.


5/39

5

BAB II

KAJIAN TEORI

II.1 Deskripsi Tanaman Aren

Tanaman aren menurut klasifikasinya, yaitu:

Divisi : Spermatophyta

Subdivisi : Angiospermae

Kelas : Monocotyledone

Bangsa : Spadicitlorae

Suku : Palmae

Marga : Arenga

Jenis : Arenga pinnata Merr

Berikut merupakan contoh gambar pohon aren

Gambar pohon aren (sumber : Johan Arnold Monomutu)


6/39

6

Tanaman ini tumbuh pada beberapa daerah dengan nama yang berbeda. Di

Aceh diberi nama Bakjuk, Batak Karo dinamai Paula, Nias diberi nama Peto,

Minangkabau nama Biluluk, Lampung nama Hanau, Jawa Tengah diberi nama Aren,

Madura nama Are dan di Bali nama Hano. Untuk Nusa Tenggara diberi nama :

Jenaka, Pola, Nao, Karodi, Moka, Make, Bale dan Bone. Pemberian nama tanaman

ini untuk Sulawesi: Apele, Naola, Puarin, Onau, dan Inau. Sedang untuk kepulauan

Maluku diberi nama: Seko, Siho, Tuna, Nawa dan Roni.

(Rindengan dan Manaroinsong, 2009 ).

Berdasarkan habitus tanaman pohon aren berdiri tegak dan tinggi, berbatang

bulat warna hijau kecoklatan, daun terbentuk dalam reset batang dengan anak daun

menyirip berwarna hijau

muda/tua, bunga terdiri atas bunga jantan yang menyatu dalam satu tongkol ukuran

panjang 1- 1,2 cm. Bunga betina pada tongkol yang lain bentuk bulat yang terdiri atas

bakal buah tiga buah, warna kuning keputihan. Buah yang telah terbentuk berbentuk

bulat panjang dengan ujung melengkung ke dalam, diameter 3-5 cm. Di dalam buah

terdapat biji yang berbentuk bulat dan apabila sudah matang warna hitam.

Pohon aren akan mencapai tingkat kematangan pada umur 6-12 tahun.

Kondisi penyadapan terbaik pada umur 8-9 tahun saat mayang bunga sudah keluar.

Penyadapan dapat dilakukan pagi dan sore, setiap tahun dapat disadap 3-12 tangkai

bunga dengan hasil rata-rata 6,7 liter/hari atau sekitar 900-1600 liter/pohon/tahun.

Kualitas nira terbaik bila kadar sukrosa tinggi. (Balitka, 1992).


7/39

7

Tanaman aren dapat tumbuh dengan baik di dekat pantai sampai pada dataran

tinggi 1200 m dari permukaan laut. Tanaman aren sangat cocok pada kondisi landai

dengan kondisi agroklimat beragam seperti daerah pegunungan dimana curah hujan

tinggi dengan tanah bertekstur liat berpasir. Dalam pertumbuhan tanaman ini

membutuhkan kisaran suhu 20-25C, terutama untuk mendorong perkembangan

generatif agar dapat berbunga dan berbuah. Sedang untuk pembentukan mahkota

tanaman, kelembaban tanah dan ketersediaan air sangat diperlukan dimana curah

hujan yang dibutuhkan antara 1200-3500 mm/tahun agar kelembaban tanah dapat

dipertahankan.

(Effendi, 2009).

Pohon Aren disebut Enau, dalam bahasa Latin disebut Arengga pinnata Merill

atau sinonimnya Arenga saccarifera Labill, famili Arecaceae. Aren merupakan

tumbuhan multiguna, memiliki banyak manfaat bagi kehidupan masyarakat. Tahun

2007 / 2008 di Sulut luas areal pohon aren 74.844 hektar dengan produksi air nira

sebanyak 30.846,38 ton per tahun.

Daerah sentra aren di Sulut tersebar di Kabupaten Minahasa Selatan, Kota

Tomohon dan Kabupaten Minahasa. Di Sulawesi Utara populasi pohon Nira Aren

sekitar 3 juta. Rata-rata produksi nira aren ialah sebesar 10 liter nira/hari/pohon

bahkan pada masa suburnya untuk beberapa jenis pohon Aren (Aren Genjah) satu

pohon perhari dapat menghasilkan nira aren sebesar 40 liter, dengan kalkulasi

sederhana jika dalam satu hektar dapat tumbuh 200 pohon.


8/39

8

Fungsi istimewa pohon aren adalah sebagai pengawet sumber daya alam

terutama tanah, sebagai penyerap dan pengikat air yang besar, untuk kelestarian

lingkungan hidup tetutama untuk penghijauan pada daerah, daerah perengan

pegunungan dan sungai-sungai dan ini sangat cocok untuk dikembangkan di negara

tropis seperti indonesia. Secara umum pengembangan pohon aren berbasis industri

akan dapat menekan pengagguran, menambah penghasilan para petani dan secara

khusus dapat berfungsi sebagai sumber pendapatan negara.

Proses pembuatan bioetanol menggunakan bahan baku nira. Nira yang biasa

dideras dari berbagai jenis palma (Arenga pinnata, Borassus flabellifer, Cocos

Nucifera and Nypa Fruticans) kandungan total sugarnya berkisar 10-20%. Apabila

dibudidayakan dengan baik, akan sangat potensial dimanfaatkan untuk pembuatan

ethanol, karena produktifitasnya bisa mencapai 20 ton gula per hektar per

tahun.(Dalibard, 1997).

Pengolahannya untuk bahan baku bioethanol akan diperoleh 8,8 ton atau

setara 11.000 liter Fuel Grade Ethanol per hektar per tahun.Nira aren dihasilkan dari

penyadapan tongkol (tandan) bunga, baik bunga jantan maupun bunga betina. Akan

tetapi biasanya, tandan bunga jantan yang dapat menghasilkan nira dengan kualitas

baik dan jumlah yang banyak. Oleh karena itu, biasanya penyadapan nira hanya

dilakukan pada tandan bunga jantan.

Sebelum penyadapan dimulai, dilakukan persiapan penyadapan yaitu :

a. Memilih bunga jantan yang siap disadap


9/39

9

Bunga jantan yang siap disadap yaitu bunga jantan yang tepung sarinya sudah

banyak yang jatuh di tanah. Hal ini dapat dilihat jika di sebelah batang pohon

aren, permukaan tanah tampak berwarna kuning tertutup oleh tepung sari yang

jatuh.

b. Pembersihan tongkol (tandan) bungaPembersihan ini dengan memukul-mukul serta mengayun-ayunkannya agar

dapat memperlancar keluarnya nira. Pemukulan dan pengayunan dilakukan

berulang-ulang selama tiga minggu dengan selang dua hari pada pagi dan sore

dengan jumlah pukulan kurang lebih 250 kali.

c. Menoreh (melukai) tongkol bungaBertujuan untuk mengetahui apakah bunga jantan yang sudah dipukul-pukul

dan diayun-ayun tersebut sudah atau belum menghasilkan nira. Dilakukan

dengan cara menorah (dilukai) tongkol (tandan) bunga tersebut. Apabila

torehan tersebut mengeluarkan nira maka bunga jantan sudah siap disadap.

d. Memotong tongkol (tandan) bunga pada bagian yang ditorehPenyadapan dilakukan dengan memotong tongkol (tandan) bunga pada bagian

yang ditoreh. Kemudian pada potongan tongkol dipasang bumbung bamboo

sebagai penampung nira yang keluar.

e. Penyadapan niraPenyadapan nira dilakukan 2 kali sehari (dalam 24 jam) pagi dan sore. Pada

setiap penggantian bumbung bamboo dilakukan pembaharuan irisan potongan


10/39

10

dengan tujuan agar saluran atau pembuluh kapiler terbuka, sehingga nira

dapat keluar dengan lancar.

f.

Pemanfaatan

Setiap tongkol (tandan) bunga jantan dapat dilakukan penyadapan selama 3

4 bulan sampai tandan mengering. Hasil dari air aren dapat diolah menjadi

gula aren, tuak, cuka, minuman segar dan etanol.

Aren dan tiap harinya disadap 100 pohon maka dalam satu hari dapat

menghasilkan nira aren sebesar 1000 liter/ha/hari dengan rule of thumb konversi

glukosa menjadi ethanol sebesar 0,51 g ethanol/g glukosa maka dalam satu hari

bioethanol perhektar yang dapat diperoleh ialah 500 liter/hari.Daerah sebaran pohon

nira yang paling banyak terdapat di Wilayah Sumatra (Sumatra Selatan, Sumatra

Barat, Sumatra Timur dan Aceh), Jawa (Jawa Barat dan Jawa Tengah), Sulawesi

(Sulawesi Utara, Tengah dan Tenggara), Maluku (Seram), Maluku Utara

(Halamahera dan Bacan) dan Papua.

Kandungan gizi yang terdapat Pada pohon aren diantaranya kadar air (87,66 -

88,85), kadar gula (12,04 10,02), kadar protein (0,23 - 0,36), kadar lemak (0,02),

kadar abu (0,3 - 0,21), Anonim (1981). Dengan kandungan dimiliki aren inilah yang

membuat perbandingan dari bahan baku tebu untuk di jadikan bioethanol,dimana

produktivitas aren bisa 4-8 kali dibandingkan tebu dan rendemen gulanya 12%,

sedangkan tebu rata-rata hanya 7% .


11/39

11

Semua bagian pohon aren dapat diambil manfaatnya, mulai dari akar (untuk

obat tradisional), batang (untuk berbagai macam peralatan dan bangunan), daun

muda/janur untuk pembungkus kertas rokok. Hasil produksinya juga dapat

dimanfaatkan, misalnya buah aren muda untuk pembuatan kolang-kaling, pati/tepung

dalam batang.

Berbagai macam olahan yang berbahan baku nira aren yaitu : Nira Aren Segar

aneka rasa dan aroma, Sirup Aren Murni, Gula Aren Cetak Murni (aneka bentuk dan

ukuran), Gula Aren Serbuk (gula Aren semut) dengan aneka rasa & aroma, Aneka

minuman instan berkhasiat (kombinasi dengan beragam ramuan minuman berkhasiat

obat) dan juga dapat dibuat sebagai bahan baku bioethanol.

II.2 Bioetanol/Ethanol (C2H5OH)

Bioetanol (C2H5OH) merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan

bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan.

Merupakan bahan bakar alternatif yang diolah dari tumbuhan yang memiliki

keunggulan karena mampu menurunkan emisi CO2 hingga 18%, dibandingkan

dengan emisi bahan bakar fosil seperti minyak tanah (Anonim, 2007a).

Bioetanol dapat diproduksi dari berbagai bahan baku yang banyak terdapat di

Indonesia, sehingga sangat potensial untuk diolah dan dikembangkan karena bahan

bakunya sangat dikenal masyarakat. Tumbuhan yang potensial untuk menghasilkan

bioetanol antara lain tanaman yang memiliki kadar karbohidrat tinggi, seperti tebu,


12/39

12

nira, aren, sorgum, ubi kayu, jambu mete (limbah jambu mete), garut, batang pisang,

ubi jalar, jagung, bonggol jagung, jerami, dan bagas (ampas tebu).

Secara umum bioetanol dapat digunakan sebagai bahan baku industri turunan

alkohol, campuran untuk miras, bahan dasar industri farmasi, campuran bahan bakar

untuk kendaraan. Mengingat pemanfaatan bioetanol beraneka ragam, sehingga grade

etanol yang dimanfaatkan harus berbeda sesuai dengan penggunaannya. Untuk

ethanol/bio-ethanol yangmempunyai grade 90-96,5% vol dapat digunakan pada

industri, sedangkan ethanol/bioethanol yang mempunyai grade 96-99,5% vol dapat

digunakan sebagai campuran untuk miras dan bahan dasar industri farmasi. Berlainan

dengan besarnya grade ethanol/ bioethanol yang dimanfaatkan sebagai campuran

bahan bakar untuk kendaraan yang harus betul-betul kering dan anhydrous supaya

tidak korosif, sehingga ethanol/bio-ethanol harus mempunyai grade sebesar 99,5-

100% vol. Perbedaan besarnya grade akan berpengaruh terhadap proses konversi

karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air.

II.2.1 Bahan Baku Bioetanol

Bahan baku pembuatan bioetanol dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu:

a. Bahan sukrosaBahan- bahan yang termasuk dalam kelompok ini antara lain: nira,

tebu, nira nipati, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren dan sari

buah mete.

b. Bahan berpati


13/39

13

Bahan- bahan yang termasuk dalam kelompok ini adalah bahan- bahan

yang mengandung pati atau karbohidrat. Bahan- bahan tersebut antara

lain sorgum biji, jagung, sagu, ubi kayu, ubi jalar, cantel dan lain- lain.

c. Bahan berselulosaBahan berselulosa (lignoselulosa) artinya adalah bahan tanaman yang

mengandung selulosa, antara lain ubi kayu, jerami, batang pisang dan

lain- lain.

Berdasarkan ketiga bahan baku tersebut, bahan berselulosa merupakan bahan

yang jarang digunakan dan cukup sulit untuk dilakukan. Hal ini karena adanya lignin

yang sulit dicerna sehingga proses pembentukan glukosa menjadi lebih sulit.

II.2.2 Sifat Ethanol

Ethyl alcohol atau ethanol adalah salah satu turunan dari senyawa hidroksil

atau gugus OH, dengan rumus kimia (C2H5OH). Istilah umum yang sering dipakai

untuk senyawa tersebut, adalah alkohol. Ethanol mempunyai sifat tidak berwarna,

mudah menguap, mudah larut dalam air, berat molekul 46,1, titik didihnya 78,3C,

membeku pada suhu 117,3 C, kerapatannya 0,789 pada suhu 20 C, nilai kalor

7077 kal/gram, panas latent penguapan 204 kal/gram dan mempunyai angka oktan

91105 (alico, 1982).

Sifat- sifat fisik etanol:


14/39

14

a. Rumus molekul : C2H5OHb. BM : 46,07 gram/molc.

Titik didih pada 760 mmHg : 78,4C

d. Titik beku : - 112Ce. Densitas : 0, 789 gr/ml pada 20Cf. Kelarutan dalam 100 bagian

i. air : sangat larutii. eter : sangat larut

Sifat- sifat kimia etanol:

a. Dihasilkan dari fermentasi glukosaC6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

b. Untuk minuman diperoleh dari peragian karbohidratAda dua tipe, yaitu :

1) Mengubah karbohidratnya menjadi glukosakemudian menjadi etanol

2) Menghasilkan cuka (asam asetat)c. Pembentukan etanol

C6H12O62CH3CH2OH + 2CO2

d. Pembakaran etanolCH3CH2OH + 3O22CO2+ 3H2O + energi


15/39

15

Bioetanol secara umum dapat digunakan sebagai bahan baku industri turunan

alkohol, campuran bahan bakar untuk kendaraan. Grade bioetanol harus berbeda

sesuai dengan pengunaanya. Bioetanol yang menpunyai grade 90% - 96,5% volume

digunakan pada industri, grade 96% - 99,5% digunakan dalam campuran untuk miras

dan bahan dasar industri farmasi. Besarnya grade bioetanol yang dimanfaatkan

sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan harus betul betul kering dan

anhydrous supaya tidak menyebabkan korosi, sehingga bioetanol harus mempunyai

grade sebesar 99,5% - 100% (Khairani, 2007).

II.2.3 Penggunaan Bioetanol

Bioetanol dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Setelah dicampurkan

dalam gasoline, digunakan sebagai bahan bakar di berbagai negara seperti Brazil,

Amerika Serikat, Argentina, Australia, Kuba, Jepang, Selandia Baru, Afrika Selatan,

Swiss dan lain-lain. Pada masa perang dunia I dan II industri alkohol berkembang

pesat, dengan tujuan utama sebagai bahan bakar.

Selain itu etanol banyak digunakan juga dalam industri minuman, kosmetik

dan industri parmasi seperti deterjen, desinfektan dan lain-lain. Alkohol dari produk

petroleum atau dikenal sebagai alkohol sintetis banyak dipakai untuk bahan baku

pada industri acetaldehyde, derivat acetyl dan lain-lain.

Pemanfaatan produk bioetanol :

1) Kadar 60% s/d 70%, sebagai substitusi produk alkohol (industrifarmasi) sebagai substitusi Bahan Bakar Minyak jenis minyak tanah.


16/39

16

2) Kadar 70% s/d 80%, sebagai substitusi produk alkohol (industrifarmasi).

3)

Kadar 70% s/d 90%, sebagai bahan pendukung produksi makanan &

minuman.

4) Kadar 99,5% sebagai substitusi Bahan Bakar Minyak jenis bensin.

II.2.4 Pembentukan Ethanol

Ethanol (C2H5OH) merupakan senyawa yang sangat penting dan antara lain

digunakan sebagai pelarut (Solvent), desinkfektan dalam industry kosmeik, farmasi,

medis kimia dan sebagai bahan baku untuk sintesa pembuatan bahan kimia seperti

aldehyde, asam asetat. Ethanol yang digunakan merupakan ethanol teknis dengan

kadar 95-96% ethanol sebagai bahan bakar memerlukan ethanol dengan kadar yang

lebih tinggi yaitu ethanol dengan kadar 99,5% atau Fuel Grade Ethanol (FGE).

Pembuatan ethanol secara garis besar dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :

a. Dengan cara sintesa dari etilenEthanol ini dihasilkan dari sintesa etilen yang merupakan derivate minyak

bumi dengan proses yang disebut hidrasi. Yaitu reaksi kimia etilen dengan air

:

C2H4 + H2O C2H5OH

Etilen Air Ethanol

b. Dengan proses fermentasi


17/39

17

Proses fermentasi dapat dilakukan pada bahan bergula seperti nira aren.

Proses reaksi fermentasi :

C6H12O62C2H5OH + 2CO2

Glukosa Ethanol Karbondioksida

Ethanol yang dihasilkan dari proses fermentasi kemudian dilakukan destilasi

untuk memisahkan ethanol dan air sampai kadar 95-96%. Kemudian proses untuk

memisahkan ethanol dan air sampai kadar 99,5% dilakukan dengan menggunakan

molecular sieve atau menggunakan membrane pervaporasi.

II.2.4.1 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 fermentasi untuk mengkonversi glukosa (gula) menjadi etanol

dan CO2. Fermentasi etanol adalah perubahan 1 mol gula menjadi 2 mol

etanol dan 2 mol CO2. Pada proses fermentasi etanol, khamir terutama akan

memetabolisme glukosa dan fruktosa membentuk asam piruvat melalui

tahapan reaksi pada jalur Embden-Meyerhof-Parnas, sedangkan asam piruvat


18/39

18

yang dihasilkan akan didekarboksilasi menjadi asetaldehida yang kemudian

mengalami dehidrogenasi menjadi etanol.

(Amerine et al., 1987).

Proses fermentasi dapat dilakukan pada bahan bergula seperti nira

aren. Proses reaksi fermentasi :

C6H12O62C2H5OH + 2CO2

Glukosa Ethanol Karbondioksida

Faktor- faktor yang mempengaruhi fermentasi:

a. SuhuSuhu selama proses fermentasi sangat menentukan jenis mikroorganisme

dominan yang akan tumbuh.

b. Konsentrasi inokulumMempengaruhi jumlah produk yang dihasilkan, jika konsentrasi inokulum

yang digunakan sedikit maka proses fermentasi berjalan dengan lambat.

c. SubstratSubstrat sebagai sumber energy yang diperlukan oleh mikroba untuk

proses fermentasi.

d. Aerasi oksigenKetersediaan oksigen harus di atur selama proses fermentasi, hal ini

berhubungan dengan sifat organism yang digunakan.


19/39

19

e. Waktu inkubasiWaktu yang dibutuhkan dalam fermentasi adalah 2-3 hari, waktu yang

sesuai akan menghasilkan etanol yang optimum.

f. Ph substratDalam fermentasi control ph sangat penting, karena ph yang optimum

harus dipertahankan selama proses fermentasi.

II.2.4.2 Distilasi

Distilasi adalah proses pemisahan bahan cairan berdasarkan perbedaan

titik didihnya. Distilasi etanol berarti memisahkan etanol dengan air.

Air mendidih pada suhu 100C. Pada suhu ini air yg berada pada

bentuk atau fase cair akan berubah menjadi uap atau fase gas. Meskipun kita

panaskan terus suhu tidak akan naik (asal tekanan sama). Air akan terus

berubah jadi uap dan lama kelamaan habis. Etanol mendidih pada suhu 79C.

Seperti halnya air, etanol berubah dari cair menjadi uap. Ada perbedaan suhu

cukup besar dan ini dijadikan dasar untuk memisahkan etanol dari air.

Prinsip kerja distilasi etanol yaitu cairan fermentasi dipanaskan sampai

suhu titik didih etanol kurang lebih 79C, tapi biasanya pada suhu 80-81C.

Etanol akan menguap dan uap etanol ditampung dandisalurkan melalui

tabung. Di tabung ini suhu uap etanol diturunkan sampai di bawah titik

didihnya. Etanol akan berubah lagi dari fase gas ke fase cair. Selanjutnya

etanol yang sudah mencair ditampung di bak-bak penampungan.


20/39

20

Termometer akan bergerak ke suhu kesetimbangan air-etanol, sekitar

80C. Jarum termometer akan tetap pada suhu ini sampai kadar etanolnya

berkurang. Jarum termometer akan bergerak naik, ini menunjukkan kalau

kadar etanolnya mulai berkurang.

Dalam proses ini pengaturan suhu adalah bagian paling penting. Kalau

kita bisa mempertahankan suhu pada titik didih etanol, kadar etanol yang

diperoleh akan semakin tinggi. Meskipun kita sudah mempertahankan suhu

sebaik mungkin. Uap air akan selalu terbawa, ada sedikit air yang ikut

menguap. Ini yang menyebabkan distilasi tidak bisa menghilangkan semua

air. Kadar maksimal yang bisa diperoleh sekitar 95%. Ini dikerjakan oleh

tenaga yang sudah trampil. Kalau operatornya belum berpengalaman bisa

lebih rendah dari itu. Sisa air yang 5% bisa dihilangkan dengan proses

dehidrasi.

Meskipun tampaknya prinsip distilasi etanol tampak sederhana, pada

prakteknya tidaklah mudah. Apalagi dalam skala yang besar. Mendesain

distilator merupakan tantangan tersendiri. Saat ini banyak desain distilator di

pasaran. Distilator yang baik adalah distilator yang bisa menghasilkan etanol

dengan tingkat kemurnian tinggi. Selain itu lebih efisien dalam penggunaan

energi.


21/39

21

Alat distilator sederhananya terlihat seperti gambar di bawah ini :

Gambar distilator (sumber : Isroi,2009)

Bagian-bagian utama dari alat destilator adalah :

1. Pemanas listrik2. Erlemeyer untuk tempat cairan fermentasi3. Colom distilator pertama4. Colom distilator kedua5. Selang untuk mengalirkan air pendingin


22/39

22

Cara mengoperasikan alat destilator:

1) Masukkan terlebih dahulu cairan fermentasi ke erlenmeyer.2) Lalu ditaruh di atas pemanas.3) Alat-alat yang lain dipasang yang benar.4) Setelah itu hidupkan pemanas.5) Air dari kran dibuka sampai semua tabung distilator penuh oleh air.6) Biarkan air mengalir dengan pelan sekali.7) Perhatikan suhu pada termometer, suhu di sini dijaga dengan kisaran

7981C. Menjaga suhu inilah yang paling penting. Kalau suhu naik,

tambah debit air pendingin. Kalau suhu turun, kurangi debit air

pendingin kalau perlu dimatikan.

8)

Etanol yang keluar ditampung di bagian pengeluaran dengan

erlenmeyer atau botol.

II.2.4.3 Dehidrasi (Pemurnian)

Proses dehidrasi merupakan proses untuk membuang air

sampai menjadi 99,5%. etanol 99,5% ini yang bisa digunakan untuk

menjadi bahan bakar energi alternatif. Dehidrasi merupakan proses

pemurnian dengan cara mengurangi kadar air bioetanol dengan


23/39

23

menggunakan absorben tertentu. Proses dehidrasi ini ada tiga macam

yaitu proses azeotropic distillation, molecular sieve dan membran

pervoration.

II.2.5 Bioetanol sebagai Bahan Bakar

Etanol bisa digunakan sebagai bahan bakar karena kalor dan energy yang

dihasilkannya cukup tinggi, yaitu sekitar 21,2 Mega Joule/Liter. Nilai ini hanya 30%

lebih rendah dibandingkan kalor yang dihasilkan oleh bensin. Etanol saling melarut

sempurna dengan bensin pada setiap perbandingan komposisinya, sehingga etanol

bisa digunakan sebagai bahan bakar campuran bensin. Keuntungan dari pencampuran

etanol ke dalam bensin adalah naiknya nilai angka oktan campuran etanol-bensin.

Angka oktan adalah perbandingan komposisi iso-oktana terhadap heptana

dalam bahan bakar. Angka oktan merupakan salah satu penanda unjuk kerja bensin

sebagai bahan bakar. Semakin tinggi angka oktan, maka akan semakin mudah bahan

bakar mengalami auto-ignisi (terbakar dengan sendirinya) sehingga daya bangkit

bahan bakar terhadap mesinnya semakin besar.

Etanol sendiri memiliki angka oktan rata-rata 104. Jika dicampur dengan

bensin, angka oktannya mampu mencapai 118. Bandingkan dengan bensin premium

yang angka oktannya hanya 87 atau pertamax yang berangka oktan 98.

(Anonim,2012).


24/39

24

Gasohol merupakan gabungan antara ethanol dan bensin, agar bisa

dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Kontribusi aren dalam pemanfaatan bioetanol

menjadi Gasohol E-10 mencapai 171%. Gasohol E-10 adalah campuran 10%

bioetanol dan 90% premium. Bilangan oktan etanol adalah 118, sedang premium 88.

Jadi bilangan oktan E-10 adalah (0,9 x 88) + (0,1 x 118) atau 91. Nilai oktan Gasohol

E-10 sebesar 91 hampir sama dengan Pertamax dengan nilai oktan 91,5.


25/39

25

BAB III

PEMBUATAN AREN SEBAGAI BIOETANOL

III.1 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan yaitu:

1. Tangki penampung2. Pompa nira3. Tangki boiler4. Tangki pembiakan (seeding tank)5. Tangki fermentor 3 buah6. Colling tower (pendingin air)7. Tangki broth8. Unit destilasi9.

Dehidrasi

10.Tangki penimbunan hasilBahan yang digunakan yaitu :

1. Bahan baku nira 8000 liter2. Khamir (Saccharomyces cerevisiae) 2 kg3. Urea 1 kg4. NPK 0.5 kg5. Air


26/39

26

III.2 Proses Pembuatan Nira Aren Menjadi Bioetanol

Proses Pembuatan nira aren menjadi adalah mengolah hasil sadapan air nira

melalui komponenkomponen yang akan diolah menjadi ethanol.

Alur proses pengolahan nira aren yaitu :

1. Penerimaan Bahan Baku Niraa. Pembelian Nira Aren

Pabrik bioetanol membeli nira aren dari gabungan kelompok tani

dan petani nira aren sekitarnya dengan harga nira yang berbeda.

Nira dari gabungan kelompok tani dibayar dengan harga Rp.

2000,- /liter, sedangkan untuk petani dibayar dengan harga Rp.

1500,- /liter. Sebelum dilakukan pemilihan nira, terlebih dahulu

nira yang masuk dari gabungan kelompok tani dan petani diukur

kadar alkohol apakah mencapi 4,5 %. Hal ini dilakukan untuk

mengetahui kadar mutu yang diperlukan dalam produksi.

b. PenampunganNira aren yang didapat dari Gapoktan dan para tani aren sekitarnya

yang sudah ditampung sebanyak 8000 liter ditampung ke dalam

tangki penampung kemudian dipompa (pompa nira) ke tangki

boiler.

2. Proses Pengolahan


27/39

27

a. Boiler1) Masukkan air sebanyak 50 cc ke dalam tangki boiler untuk

proses pemanasan di atas tungku pembakaran.

2) Panaskan selama 30 menit dengan ukuran suhu 2 bartermometer.

3) Diharapkan terjadi penguapan, agar air yang terkandung dalamnira dapat berkurang, sehingga didapatkan total gula 13%

w/v.

4) Dipompakan ke dalam tangki seeding untuk pembiakan ataupembibitan.

b. Seeding tank (tangki pembiakan/pembibitan)Cara kerja :

1)

Adonan sebanyak 8000 liter dengan kadar Ph 4,5 % yang total

gula 13% w/v dipompa masuk ke dalam tangki seeding.

2) Tambahkan ragi yang berupa ragi Saccharomyces cerevisiae(proses pembiakan).

Proses pembiakan khamir :

1) 2 kg yeast dimasukan ke dalam 80 liter nira aren ke tangkiseeding.

2) Tambahkan nutrient urea 1 kg, NPK 0,5 kg, dan pH dijagaantara 4,55,5 dan suhu 30 C.


28/39

28

3) Waktu pembibitan 24 jam.4) Bibit kemudian dimasukkan ke dalam tangki seeding untuk

proses pembibitan selanjutnya. Selama pembibitan atau

pembiakan dilakukan aerasi untuk proses aerob dengan

mengalirkan udara dengan kompresor ke dalam tangki seeding.

Proses seeding yaitu proses pembiakan khamir yang dilakukan

dalam seeding tank.

5) Khamir (Saccharomyces cereviseae) stock slant dipindahkanke dalam slant baru dan dibiakkan selama 48 jam.

6) Kemudian pindahkan ke dalam active test tube dan disimpanselama 24 jam.

7) Pindahkan ke flask medium dan diinkubasikan selama 24 jam,kemudian diinkulasikan. Waktu pembiakan ini sekitar 24 30

jam.

8) Proses seeding harus diatur sehingga saat pengumpanan yangpertama dimasukkan dalam fermentor,.

9) Biakan khamir sudah siap untuk melakukan proses fermentasi.Kondisi operasi pada prosedur ini, yaitu:

- Suhu pembiakan adalah suhu (30C)

- pH dijaga antara 4,5

- waktu pembiakan adalah 24 jam

- kadar alkohol 4,5 %


29/39

29

c. Tangki fermentor (a,b dan c)1)

Memasukan adonan dalam kedalam satu fermentor, yang

jumlahnya tiga unit (a,b dan c).

2) Nira yang telah berkadar (gula 13%) dicampur dengan hasilbiakan khamir.

3) Kemudian dilakukan aerasi selama 4 jam yang dimaksudkanuntuk homogenisasi media serta untuk pertumbuhan khamir.

4) Pengumpan ke 2 dan ke 3 dilakukan dalam selang waktu 8 jam.5) Suhu fermentasi dijaga 30 - 35 C, untuk menjaga suhu

fermentasi maka dilakukan pendinginan memakai colling

tower dengan pendingin air.

6) Proses fermentasi telah selesai jka kadar ethanol dalam adonantelah konstan dengan mengambil sampling dari fermentor

untuk pengecekan.

7) Lalu adonan dimasukkan kedalam tangki broth sehingga kadaralkoholnya akan meningkat menjadi 90 %.

8) Fermentasi dianggap selesai bila kadar alkohol dalamfermented broth sudah stabil.

d. Unit distilasi


30/39

30

Untuk proses pemisahan atau pemurnian dengan distilasi. Maka

adonan hasil fermentasi dengan volume 8000 liter, kadar alkohol

4,5 %, dipompa ke 3 unit destilasi secara berturut - turut.

Unit distilasi terdiri dari :

1.Maische kolomCara kerja :

a) Hasil fermentasi dari fermentor dipompa ke maische kolommelewati voorwarmer untuk memanaskan umpan sebelum

masuk ke maische kolom dengan uap dari maische kolom.

b) Umpan di pompa secara bertahap masuk ke maische kolomdengan membuka valve dan menggunakan regulator uap

untuk pengaturan suhu di voorwarmer.

c) Cek tekanan pada pressure gage (tekanan meteran).d)

Pemanasan menggunakan steam dari boiler. Steam yang

dipakai mempunyai tekanan 0,4-0,7 kg/cm.

e) Cek suhu temperatur atas dan bawah kolom pada temperaturgauge. Suhu dijaga 78-80C.

2.Voorloop kolomCara kerja :


31/39

31

a) Dari maische kolom, uap diembunkan dalam kondensor danmasuk ke dalam voorloop kolom. Voorloop kolom berupa

kolom bubble cup tray dengan pemanas steam.

b) Hasil atas diembunkan dalam kondensor dan didinginkandalam pendingin hasil yang menggunakan air pendingin

sebagai pendingin. Kadar ethanol meningkat 5 % sehingga

menghasilkan 95% ethanol.

3. Rectifying kolomCara kerja :

a) Dari bagian bawah voorloop kolom, cairan dipompa kedalam rectifying kolom untuk dipisahkan lebih lanjut antara

ehanol dan air hingga kadar 95-96%.

b)

Cek suhu temperatur bawah kolom pada temperature gauge.

c) Hasil ethanol dengan kadar 95-96% didinginkan dalampendingin hasil yang menggunakan air pendingin.

d) Hasil ethanol kadar 95-96% kemudian dialirkan ke unitdehidrasi.

4. Dehidrasi (Pemurnian)


32/39

32

Pemisahan antara bioetanol dengan air, yang terdiri atas

molecular sieve dan membrane.

Cara kerja :

a) Dari rectifying kolom, ethanol dengan kadar 96% masuk kedalam unit dehidrasi untuk memisahkan ethanol dan air

sampai kadar 99,5% dengan menggunakan molecular sieve

atau menggunakan membrane.

b) Jika menggunakan molecular sieve,Ethanol dengan kadar 96% dilewatkan dalam unit molecular

sieve untuk menyerap kandungan air pada ethanol dan untuk

regenerasi molecular sieve dipakai tekanan vacuum.

c) Jika menggunakan membrane,Ethanol dan air dipisahkan dengan membrane pervaporasi

dan memakai pompa vacuum untuk proses pemisahan

hingga kadar 99,9% (Fuel grade ethanol).

d) Hasil ethanol dengan kadar 99,5 ditampung dalam tangkipenimbunan hasil.


33/39

33

Proses pembuatan aren sebagai bioetanol dapat dilihat pada diagram alir berikut ini :

Gambar diagram alir proses pembuatan bioetanol dari nira aren(sumber: Efendi,DS,2009)

Berdasarkan diagram alir di atas dapat dilihat bahwa proses pengolahan nira

menjadi etanol sama dengan pengolahan pati atau selulosa menjadi etanol.

Pengolahan bahan berpati (starchy biomass) atau berselulosa (cellulosic biomass)

dapat menggunakan cara enzimatis, tetapi untuk nira digunakan cara fermentasi.

Diagram alir fermentasi nira menjadi etanol 99,5% disajikan pada gambar di atas.


34/39

34

III.3 Pemanfaatan Bioetanol Aren Pada Bahan Bakar Kendaraan

Berdasarkan hasil analisis kelayakan usaha, diperoleh bahwa untuk

mencapai nilai IRR yang berada diatas bunga kredit bank, nilai NPV dan Net

B/C ratio yang berada diatas satu serta nilai Pb Period yang tidak terlampau

lama, maka harga jual bioetanol berada pada kisaran minimal Rp.12.500 per

liter. Dengan harga jual tersebut, maka investasi dibidang produksi bioetanol

yang berbahan baku nira aren, kelapa dan lontar dengan skala 600 liter per

hari dinyatakan sangat layak karena nilai IRR-nya 22 %, nilai NPV

1.545.673.519, Net B/C ratio 1.48 dan Pb Period 38 bulan.

Harga jual bioetanol sebesar tersebut dibandingkan dengan harga jual

bensin di tingkat SPBU yang hanya mencapai Rp.4.500 per liter (harga

subsidi) maka dapat dikatakan bahwa harga bioetanol tergolong sangat mahal.

Untuk itu, maka dalam rangka menghemat sumber energi fosil, menghemat

devisa negara dan mengurangi polusi lingkungan, terutama lingkungan udara,

maka pemakaian bioetanol saat ini belum dapat dilakukan secara 100 % atau

tanpa pencampuran dengan bensin dari bahan baku fosil.

Pemanfaatan bioetanol sebagai energi alternatif masih dibutuhkan

strategi pemasaran dan yang sangat dimungkinkan adalah mencampurkan

bietanol dengan bensin pada perbandingan 1 atau 2 % berbanding 98 atau 99

%. Jika diputuskan 1 % bioetanol dicampurkan dengan 99 % bensin, maka

harga jual bensin yang mengandung 1 % bioetanol hanya sebesar Rp.4.650

per liter.


35/39

35

Dengan strategi pemasaran tersebut, total pendapatan bersih yang

diperoleh selama 10 tahun usaha untuk satu perusahaan bioetanol yang

berskala 600 liter per hari adalah sebesar Rp.867 miliar.

Hasil konversi nira aren menjadi minuman cap tikus dengan kadar

alkohol 45% dari 10 liter nira menghasilkan 1 liter cap tikus dan dari 10

liter cap tikus akan menghasilkan 4-5 liter alkohol tenis/kadar alkohol 70-

90% (Talumewo, 2004), atau 20-25 liter nira aren segar = 1 liter etanol (kadar

alkohol 70-90%).

Untuk satu pohon aren saja sudah bisa menghasilkan air nira sebanyak

30 liter per hari. Dari 30 liter nira ini bisa diolah lebih lanjut menghasilkan 2,5

liter etanol yang merupakan bahan bakar alternatif bagi kendaraan bermotor.

Sisanya diolah menjadi gula aren dan produk makanan lainnya. 2,5 liter etanol

murni ini jika dicampurkan dengan bahan bakar bensin dengan perbandingan

20% etanol dan 80% bensin sudah bisa membuat kendaraan menempuh jarak

sampai 15 Kilometer. Pemanfaatan etanol sebagai campuran bahan bakar

premium pada kendaraan bermotor bisa membuat kita berhemat cukup banyak

penggunaan premium yang pada akhirnya memberi kontribusi mengatasi

krisis BBM akhir-akhir ini.

Penggunaan etanol sebagai bahan bakar sudah marak dilakukan di

Brazil dan Amerika Serikat. Hampir semua mobil di Brazil menggunakan

bensin yang telah dicampur etanol. Bensin di Brazil mengandung 25%

alkohol kering (tanpa kandungan air) dan alcohol basah (campuran 95%


36/39

36

etanol dan 5% air) bisa dicampurkan dengan bensin sampai kadarnya

mencapai 90%. Di Amerika menggunakan gasohol dan E85 (campuran 85%

etanol dan 15% bensin).

Di Indonesia contohnya adalah innova hitam keluaran tahun 2006

melaju kencang dari Minahasa Utara menuju Manado. Kecepatan rata-rata

mobil tersebut 50-100 km per jam setiap hari menggunakan gasohol E10 (10-

15% bahan bakar bioetanol dari nira aren). (Johan Arnold Mononutu).


37/39

37

BAB IV

PENUTUP

Kesimpulan

1.Proses pengolahan aren sebagai bioetanol yaitu:

nira arenfermentasidestilasidehidrasietanol

2.Metoda yang digunakan untuk memanfaatkan aren sebagai bioetanol, yaitu:

a. Fermentasi merupakan proses produksi energi dalam sel dalam keadaananaerobik (tanpa oksigen) menggunakan khamir (Saccharomyces cerevisiae).

Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobic. Akan

tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi

sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron

eksternal. Alkohol 4,5 %.

b. Destilasi merupakan proses pembuangan air dari dalam etanol yang kadarairnya masih tinggi. Prinsip dasar dari proses destilasi adalah memisahkan dua

buah campuran cairan (dalam hal ini etanol dan air) dengan memanfaatkan

perbedaan titik didih dari kedua zat cair tersebut. Etanol yang titik didihnya

lebih rendah (80C) dari air (100C) akan diuapkan dengan jalan

memanaskanya. Air akan tinggal dan etanol akan menguap, uap etanol ini


38/39

38

dijadikan cairan lagi dengan cara mendinginkananya. Dalam proses destilasi

ini kadar etanol sampai 96%.

1)

Maische kolom barkadar Ethanol 90 %.

2) Voorloop kolom barkadar Ethanol 95-96 %.3) Rectifying kolom barkadar Ethanol.

c. Dehidrasi merupakan proses untuk membuang air sampai menjadi 99,5%.etanol 99,5% ini yang bisa digunakan untuk menjadi bahan bakar energi

alternatif. Proses dehidrasi ini ada tiga macam yaitu proses azeotropic

distillation, molecular sieve dan membran pervoration.

3. Cara memanfaatkan bioetanol aren sebagai bahan bakar kendaraan yaitu seperti 2,5

liter etanol murni ini jika dicampurkan dengan bahan bakar bensin dengan

perbandingan 20% etanol dan 80% bensin sudah bisa membuat kendaraan

menempuh jarak sampai 15 Kilometer. Pemanfaatan etanol sebagai campuran

bahan bakar premium pada kendaraan bermotor bisa membuat kita berhemat

cukup banyak penggunaan premium.

Saran

Pemerintah dan petani seharusnya lebih pro aktif dan mensosialisasikan

kegunaan bioetanol yang bahan bakunya berasal dari nira aren, sangat penting

menutupi kelangkaan BBM di Indonesia. Selain meningkatkan kualitas udara dan

ketahanan energi nasional, penggunaan bioetanol yang berasal dari produksi dan


39/39

39

limbah pertanian diharapkan dapat membantu petani meningkatkan penghasilannya

melalui intensifikasi budidaya dan perluasan lahan.

Diharapkan aren dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk produksi

bioetanol di masa mendatang sebagai pengganti bahan bakar pada kendaraan yang

lebih hemat dan ramah lingkungan.

BAB I,II,III

Documents

Transcript of BAB I,II,III