BIOETANOL

Etanol (C2H5OH) adalah zat organik dalam kelompok alkohol dan banyak digunakan

untuk berbagai keperluan. Ethanol dapat digunakan oleh industri kimia, dan industri farmasi.

Selain digunakan untuk keperluan industri, ethanol dapat digunakan sebagai bahan bakar.

Pada umumnya etanol diproduksi dengan cara fermentasi dengan bantuan mikroorganisme

oleh karenanya sering disebut sebagai bioetanol.

Bahan yang dapat digunakan untuk produksi etanol dapat dikategorikan menjadi 3

kelompok yaitu :

(1) Bahan yang mengandung gula seperti gula tebu, gula beet, sweet sorghum, nira

kelapa, nira aren, nira siwalan dan buah

(2) Bahan yang mengandung pati seperti jagung, ubi kayu, kentang, beras dan ganyong.

(3) Bahan yang mengandung lignoselulosa seperti kayu, jerami, ampas tebu dan rumput.

Lignoselulosa adalah polimer karbohidrat kompleks dari selulosa, hemiselulosa dan

lignin. Lignoselulosa diproses untuk produksi bioethanol melalui tiga tahap, yaitu:

a. pretreatment untuk delignifikasi yang diperlukan untuk membebaskan selulosa dan

hemiselulosa

b. hidrolisis selulosa dan hemiselulosa untuk menghasilkan gula seperti glukosa, xilosa,

arabinosa, galaktosa, mannose

c. fermentasi gula

Pretreatment

Pretreatment dilakukan dengan tujuan untuk membuka struktur lignoselulosa agar

selulosa menjadi lebih mudah untuk dihidrolisis menjadi monomer gula dengan cara

memecah lignin dan merusak struktur kristalin selulosa. Perubahan yang diharapkan terjadi

pada proses pretreatment adalah peningkatan luas permukaan bahan, dekristalisasi selulosa,

penghilangan hemiselulosa, penghilangan lignin dan membuka struktur lignin. Pretreatment

dapat dilakukan dengan perlakuan fisik, fisikokimia, kimia dan biologi.

Perlakuan fisik

1. Pengecilan ukuran : milling, grinding dan chipping. Pengecilan ukuran dapat

meningkatkan luas permukaan dan menurunkan kristalisasi selulosa.

2. Pirolisis pada suhu diatas 300oC menyebabkan dekomposisi selulosa menjadi gas dan

residual char. Leaching dari residual char menghasilkan cairan yang mengandung

sumber karbon (glukosa) yang cukup tinggi.

3. Microwave oven dan irradiasi elektron. Pemanasan dengan microwave oven

menyebabkan rusaknya struktur lignoselulosa dengan adanya autohydrolysis oleh

asam asetat yang dibebaskan dari bahan lignoselulosa. Radiasi elektron menyebabkan

peningkatan luas permukaan, penurunan derajat polimerisasi dan kristalisasi selulosa,

hidrolisis hemiselulosa dan depolimerisasi lignin.

Perlakuan fisikokimia

1. Steam explotion. Pemanasan menggunakan uap air bertekanan tinggi yang dihentikan

dengan mendadak yang menyebabkan terjadinya pemisahan matrik lignoselulosa

menjadi serat terpisah.

2. Liquid hot water menggunakan compressed hot liquid water yang menyebabkan

terjadinya hidrolisis hemiselulosa menjadi oligomersnya.

3. Ammonia fiber explotion merupakan penggabungan penggunaan cairan ammonia dan

steam explotion yang menyebabkan terjadinya peningkatan luas permukaan,

penurunan kadar lignin, penghilangan sejumlah hemiselulosa dan dekristalisasi

selulosa.

4. CO2 explotion dengan prinsip kerja seperti metode explotion yang lain.

Perlakuan kimia

1. Perlakuan asam menggunakan asam seperti asam sulfat, asam klorida, asam nitrat,

asam fosfat menyebabkan terjadinya hidrolisis hemiselulosa.

2. Perlakuan basa menggunakan NaOH menyebabkan rusaknya dinding sel melalui

proses pelarutan hemiselulosa, lignin dan silika ; hidrolisis ester uronat dan asetat ;

dan penggembungan (swelling) selulosa yang menurunkan kristalisasi selulosa.

3. Oksidasi basah dengan air dan oksigen pada suhu diats 120oC menyebabkan

perubahan hemiselulosa dari wujud padat menjadi cair.

4. Perlakuan organosolv digunakan untuk delignifikasi. Pelarut organik yang dapat

digunakan antara lain metanol, etanol, asam asetat dan aseton.

Perlakuan biologi

Degradasi lignoselulosa juga dapat dilakukan oleh mikroorgaisme seperti kapang

brown rod, kapang white rot dan kapang soft rot. Kapang white rot mampu mendegradasi

lignin dan hemiselulosa sedangkan kapang brown rot mendegradasi selulosa dan kapang

white rot dan soft rot mendegradasi selulosa dan lignin. Umumnya delignifikasi biologi

membutuhkan waktu yang lama.

Hidrolisis

Sakarifikasi merupakan proses konversi karbohidrat kompleks menjadi gula

sederhana. Selain hidrolisis asam, sakarifikasi juga dapat menggunakan hidrolisis enzimatis.

Enzim yang digunakan adalah enzim selulase atau enzim hemiselulase. Selulosa dihidrolisis

menjadi glukosa sedangkan hemiselulosa dihidrolisis menjadi pentosa dan heksosa. Sejumlah

mikroba mampu menghasilkan selulase maupun hemiselulase. Trichoderma dilaporkan

mampu menghasilkan kedua enzim tersebut. Kondisi optimum selulase dilaporkan pada suhu

40-50oC dan pH 4-5.

Fermentasi

Fermentasi substrat hasil sakarifikasi dapat dilakukan menggunakan sejumlah

mikroba antara lain S. cereviseae, dan Z. mobilis. Mikroorganisme yang berbeda

memperlihatkan kemampuan menghasilkan etanol dalam jumlah yang berbeda pula

tergantung kemampuannya dalam menggunakan gula. Beberapa mikroba termo toleran

seperti K. marxianus, Candida lusitanieae dan Z. mobilis dilaporkan mampu menghasilkan

alkohol.

Beberapa metode telah dikembangkan untuk produksi etanol dari bahan lignoselulosa

seperti SHF (separate hydrolysis and fermentation) dan SSF (simultaneous saccharification

and fermentation). Kelebihan SHF : tiap proses memiliki sistem operasi yang optimum,

langkah yang satu dengan yang lainnya memiliki interaksi yang minimal. Kelemahan

SHF :penggunaan xylose lambat selama fermentasi karena adanya senyawa beracun yang

menghambat kegiatan pertumbuhan dan fermentasi mikroorganisme; adanya peluang

kontaminasi disebabkan proses yang lama. Sedangkan kelebihan SSF : biaya rendah, hasil

etanol tinggi, senyawa inhibitor lebih sedikit. Kelemahan SSF : kondisi suhu optimum saat

hidrolisis berbeda dengan kondisi suhu optimum saat fermentasi. Penggunaan Kluyveromyces

marxianus yang merupakan mikroba termo toleran dapat menanggulangi kelemahan SSF.

Alternatif metode lain yang telah dikembangkan adalah CBP (consolidated

bioprocessing) dan SSCF (simultaneous saccharification and co-fermentation). Pada CBP,

produksi selulase, hidrolisis selulosa dan fermentasi dilakukan bersamaan dalam satu reaktor.

Proses ini melibatkan mikroba yang mampu berperan dalam konversi selulosa menjadi etanol

secara langsung seperti bakteri Clostridium thermocellum, kapang Neurospora crassia,

Fusarium oxysporum dan Paecilomyces sp. Tetapi metode CBP tidak mampu menghasilkan

etanol yang banyak dan membutuhkan waktu yang lama (3-12 hari). Pada SSCF, hidrolisis

selulosa dan fermentasi dengan kultur campuran dilakukan pada satu reaktor. Kombinasi

kultur campuran Candida shehatae dan S. cereviseae dilaporkan sesuai untuk SSCF.

Untuk melengkapi proses produksi bioetanol, setelah proses fermentasi selesai

dilakukan downstream process seperti distilasi untuk mendapatkan etanol dengan tingkat

kemurnian yang tinggi.