PROSES BIOETANOL MOLASE TEBU

1.      Sampai saat ini produksi bioetanol dalam bentuk FGE (Fuel Grade Etanol) besar dilakukan oleh pabrik berskala besar. Sebaiknya masyarakat tidak hanya sekedar menjadi penonton dan menikmati bioetanol yang diproduksi oleh para industriawan besar,kita harus lebih kreatif untuk berinovasi menciptakan sumber daya alternatif guna mengurangi kelangkaan sumber daya alam lainnya dan kita dapat memanfaatkan sumber daya alam yang ada sekarang dengan sebaik- baiknya

Tanaman yang berpotensi untuk dijadikan bioethanol adalah tanaman yang mengandung karbohidrat atau glukosa.

Proses Produksi Bioetanol berlangsung sebagai berikut ;
     1. Hidrolisa Polisakarida / Pati
Hidrolisis adalah suatu proses antara reaktan dengan air agar suatu senyawa pecah terurai. Reaksi Hidrolisis:  
(C6H10O5)n   + n H2O           →          n C6H12O6 
Polisakarida         Air                               Glukosa  
Reaksi antara air dan pati berlangsung sangat lambat sehingga diperlukan bantuan katalisator untuk memperbesar kereaktifan air. Katalisator bisa berupa asam maupun enzim. Katalisator asam yang biasa digunakan adalah asam klorida, asam nitrat dan asam sulfat. Dalam industri umumnya digunakan enzim sebagai katalisator. Hidrolisa polisakarida (pati) menggunakan asam.
Salah satu proses hidrolisis yaitu hidrolisis asam, dimana katalisatornya menggunakan asam. 
Asam berfungsi sebagai katalisator dengan mengaktifkan air. Di dalam industri asam yang dipakai adalah H2SO4 dan HCl. HCl lebih menguntungkan karena lebih reaktif dibandingkan H2SO4.Dengan memakai asam akan menghasilkan konversi  35 – 65 % setara glukosa. 
Faktor-faktor yang berpengaruh pada hidrolisis pati antara lain : 
   a. Suhu   
Dari kinetika reaksi, semakin tinggi suhu reaksi makin cepat pula jalannya reaksi. Tetapi apabila proses berlangsung pada suhu yang tinggi, konversi akan menurun. Hal ini disebabkan adanya glukosa yang pecah menjadi arang.
   b. Waktu
Semakin lama waktu hidrolisis, konversi yang dicapai semakin besar dan pada batas waktu tertentu akan diperoleh konversi yang relatif baik dan apabila waktu tersebut diperpanjang, pertambahan konversi kecil sekali.  
   c. Pencampuran pereaksi 
Karena pati tidak larut dalam air maka pengadukan perlu diadakan agar persentuhan butir-butir pati dan air dapat berlangsung dengan baik
   d. Konsentrasi katalisator 
Penambahan katalisator bertujuan memperbesar kecepatan reaksi. Jadi semakin banyak jumlah katalisator yang dipakai makin cepat  reaksi hidrolisis. Dalam waktu tertentu pati yang berubah menjadi glukosa juga meningkat.  
   e. Kadar suspensi pati 
Perbandingan antara air dan pati yang tepat akan membuat reaksi hidrolisis berjalan cepat. 
   2. Hidrolisa pati menggunakan enzim / Proses Sakarifikasi  

Enzim yang dipakai untuk menghidrolisa pati adalah enzim  alfa   amylase dan amiloglukoamilase . Enzim alfa amylase dapat Hidrolisa menghidrolisis alfa-1,4-glukosida dan alfa 1,6 glukosida menjadi dextrin. (Tahap likuifaksi Pada suhu 100 C selama 1 jam).   Selanjutnya enzim amiloglukosidase akan merubah dextrin menjadi glukosa (tahap sakarifikasi pada suhu 60  C selama 3 hari).  

Proses sakarifikasi dengan enzim akan menghasilkan  konversi glukosa sampai 98 %. 

   3. Fermentasi
Fermentasi adalah suatu proses perubahan – perubahan kimia dalam suatu substrat organik yang dapat berlangsung karena aksi katalisator biokimia, yaitu enzim yang dihasilkan oleh mikrobia – mikrobia tertentu. (Tjokroadikoesoemo, 19860. Fermentasi gula oleh ragi, misalnya kultur tunggal  Saccharomyces cerevisiae dapat menghasilkan etil alkohol (etanol) dan CO2 melalui reaksi sebagai berikut: 
C6H12O6 →    2 C2H5OH   +  2 CO2           
Glukosa                  etanol 
Proses fermentasi dengan kultur tunggal ragi Saccharomyces cerevisiae   memerlukan waktu 4 hari. Lamanya proses adalah ketidak mampuan ragi Saccharomyces cerevisiae memecah pati menjadi glukosa 

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi
     a. Keasaman (pH) 
Tingkat keasaman sangat berpengaruh dalam perkembangan bakteri. Kondisi keasaman yang baik untuk pertumbuhan bakteri adalah  4 – 5.  
     b. Mikroba 
Fermentasi biasanya dilakukan dengan menggunakan kultur murni yang dihasilkan di laboratorium. Kultur ini dapat disimpan dalam keadaan kering atau dibekukan. Berbagai macam jasad renik dapat digunakan untuk proses fermentasi antara lain yeast. Yeast tersebut dapat berbentuk bahan murni pada media agar-agar atau dalam bentuk dry yeast yang diawetkan. 
     c. Suhu 
 Suhu fermentasi sangat menentukan macam mikroba yang dominan selama fermentasi. Tiap-tiap mikroorganisme memiliki suhu pertumbuhan optimal, yaitu suhu yang memberikan pertumbuhan terbaik dan perbanyakan diri secara tercepat. Pada suhu 30oC mempunyai keuntungan terbentuk alkohol lebih banyak karena ragi bekerja optimal pada suhu itu. 
    d. Oksigen  
Udara atau oksigen selama proses fermentasi harus diatur sebaik mungkin untuk memperbanyak atau menghambat mikroba tertentu. Setiap mikroba membutuhkan oksigen yang berbeda jumlahnya untuk pertumbuhan atau membentuk sel – sel baru dan untuk fermentasi. Misalnya ragi roti (Saccharomyces cerevisiae) akan tumbuh lebih baik pada keadaan aerobik, tetapi akan melakukan fermentasi terhadap gula jauh lebih cepat pada keadaan anaerobik. 
     e. Makanan  
Semua mikroorganisme memerlukan nutrient yang akan menyediakan: 
     1) Energi biasanya diperoleh dari subtansi yang mengandung karbon. 
     2) Nitrogen untuk sintesis protein. Salah satu contoh sumber nitrogen yang dapat digunakan adalah urea. 
     3) Mineral yang dipergunakan mikroorganisme salah satunya adalah asam phospat yang dapat diambil dari pupuk NPK. 
     4) Vitamin, sebagian besar sumber karbon dan nitrogen alami  sudah mengandung semua atau beberapa vitamin yang dibutuhkan mikroorganisme.

Pemakaian ragi dalam fermentasi

Ragi tape adalah salah satu alternative starter amilolitik untuk proses hidrolisa dan fermentasi untuk produksi etanol. Ragi tape adalah kultur starter kering terbuat dari campuran tepuing beras, ramuan bumbu, air, gula tebu. Ragi tape merupakan kultur kering yang terdiri dari konsorsium mikroba berupa yeast (Saccharomyces Sereviseae) atau khamir, kapang (mucor, rhizopus, amylomyces), dan bakteri dari jenis cocci. Ragi tape bisa menjadi alternative yang harganya  murah, selain itu mempunyai fungsi amilotitik.  

   3. Distilasi

Distilasi adalah suatu proses penguapan dan pengembunan kembali, yang dimaksudkan untuk memisahkan campuran dua atau lebih zat cair ke dalam fraksi – farksinya berdasarkan perbedaan titik didih. Pada umumnya, pemisahan hasil fermentasi glukosa/dektrosa menggunakan sistem uap-cairan, dan terdiri dari komponen – komponen tertentu yang mudah tercampur. Umumnya destilasi berlangsung pada  tekanan atmosfer, contoh dalam hal ini adalah sistem alkoholair, yang  pada tekanan atmosfer memiliki titik didih sebesar 78,6oC.  

1. BIOETANOL MOLASE TEBU

Cara paling mudah membuat bioetanol adalah dengan bahan yang banyak mengandung gula, contohnya adalah tetes tebu atau molases. Tetes tebu merupakan produk samping dari pabrik tebu yang memiliki kadar gula sangat tinggi (>50%). 
Pembuatan bioetanol dari tetes tebu secara umum adalah seperti berikut 

Bahan-bahan yang diperlukan untuk pembuatan bioetanol dari tetes/molasses antara lain adalah:
     1. Tetes Tebu/Molasses (kadar gula 50%)

     2. Natrium Phospat Kalium

     3.  Urea

     4. Fermipan 

5. Air 

Langkah-langkah pembuatan bioetanol adalah, sebagai berikut :
     1. Pengenceran Tetes Tebu
Kadar gula dalam tetes tebu terlalu tinggi untuk proses fermentasi, oleh karena itu perlu diencerkan terlebih dahulu. Kadar gula yang diinginkan kurang lebih adalah 14 %. Misal: larutkan 28 kg (atau 22.5 liter) molasses dengan 72 liter air. Aduk hingga tercampur merata. Volume airnya kurang lebih 94.5 L. Masukkan ke dalam fermentor. 
Catatan: jika kandungan gula dalam tetes kurang dari 50%, penambahan air harus disesuaikan dengan kadar gula awalnya. Yang penting adalah kadar gula akhirnya kurang lebih 14%.
     2. Penambahan Urea dan NPK
Urea dan NPK berfungsi sebagai nutrisi ragi. Kebutuhan hara tersebut adalah sebagai berikut:
     a. Urea sebanyak 0.5% dari kadar gula dalam larutan fermentasi.
     b. NPK sebanyak 0.1% dari kadar gula dalam larutan fermentasi.
Untuk contoh di atas, kebutuhan urea adalah sebanyak 70 gr dan NPK sebanyak 14 gr. Gerus urea dan NPK ini sampai halus, kemudian ditambahkan ke dalam larutan molasses dan diaduk.

     3. Penambahan Ragi

Bahan aktif ragi roti adalah khamir Saccharomyces cereviseae yang dapat memfermentasi gula menjadi etanol. Ragi roti mudah dibeli di toko-toko bahan-bahan kue atau di supermarket. Sebaiknya tidak menggunakan ragi tape, karena ragi tape terdiri dari beberapa mikroba. Konsentrasi sumber gula dalam tetes tebu berpengaruh terhadap pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae pembentuk flok. 

Syarat-syarat yang dipergunakan dalam memilih ragi untuk fermentasi, adalah:

     1. Cepat berkembang biak.
     2. Tahan terhadap alkohol tinggi.
     3. Tahan terhadap suhu tinggi.
     4. Mempunyai sifat yang stabil.
     5. Cepat mengadakan adaptasi terhadap media yang difermentasi.

Dalam prosesnya, ragi diberi air hangat-hangat kuku secukupnya. Kemudian diaduk-aduk perlahan hingga tempak sedikit berbusa. Setelah itu baru dimasukkan ke dalam fermentor. Fermentor ditutup rapat.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada konsentrasi sumber gula 15% dan 20%, sel mengalami pertumbuhan secara signifikan. Namun, pada konsentrasi sumber gula 25% tingkat pertumbuhan sel sangat rendah karena tingginya kandungan sumber gula mengakibatkan viskositas dan tekanan osmotik dalam medium meningkat sehingga sel mengalami stres dan metabolisme sel menurun.pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi gula hingga 20% dalam medium, tetapi meningkatnya konsentrasi gula lebih dari 20% mengakibatkan pertumbuhan sel terhambat. 

     4. Fermentasi

Proses fermentasi akan berjalan beberapa jam setelah semua bahan dimasukkan ke dalam fermentor. Maka akan tampak gelembung-gelembung udara kecil-kecil dari dalam fermentor. Gelembung-gelembung udara ini adalah gas CO2 yang dihasilkan selama proses fermentasi. Kadang-kadang terdengar suara gemuruh selama proses fermentasi ini. 

Selama proses fermentasi ini usahakan agar suhu tidak melebihi 36oC dan pH nya dipertahankan 4.5 – 5. 

Proses fermentasi berjalan kurang lebih selama 66 jam atau kira-kira 2.5 hari. Salah satu tanda bahwa fermentasi sudah selesai adalah tidak terlihat lagi adanya gelembung-gelembung udara. Kadar etanol di dalam cairan fermentasi kurang lebih 7% – 10 %. 

Pada prisipnya reaksi dalam proses pembuatan etanol dengan fermentasi adalah sebagai berikut: 

C6H12O6 C2H5OH + CO2

Monosakarida etanol gas karbon dioksida

     5. Distilasi dan Dehidrasi

Setelah proses fermentasi selesai, masukkan cairan fermentasi ke dalam evaporator atau boiler. Panaskan evaporator dan suhunya dipertahankan sekitar  90 derajat Celcius. Pada suhu ini etanol sudah menguap, tetapi air tidak menguap. Uap etanol dialirkan ke distilator. Bioetanol akan keluar dari pipa pengeluaran distilator. Distilasi pertama, biasanya kadar etanol masih di bawah 95%. Apabila kadar etanol masih di bawah 95%, distilasi perlu diulangi lagi (reflux) hingga kadar etanolnya 95%.

Apabila kadar etanolnya sudah 95% dilakukan dehidrasi atau penghilangan air. Untuk menghilangkan air bisa menggunakan kapur tohor atau zeolit sintetis.  Setelah itu didistilasi lagi hingga kadar airnya kurang lebih 99.5%.