TEORI DASAR PROSES PEMBUATAN BIOETANOL

     

Bioetanol adalah setiap bahan bakar yang dihasilkan dari bahan-bahan organik dengan cara di fermentasikan dan membutuhkan faktor biologis dalam prosesnya. 
Bioetanol adalah salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya terbarukan. 
     Bioetanol dapat digunakan sebagai substitusi / pengganti bahan bakar minyak (BBM) tergantung dari tingkat kemurniannya. Bioetanol dengan kadar 95-99% dapat dipakai sebagai bahan substitusi premium (bensin), sedangkan kadar 40% dipakai sebagai bahan substitusi minyak tanah. 

     Bioethanol adalah ethanol yang diproduksi dari tumbuhan.Secara umum produksi bioetanol mencakup 3 rangkaian proses yaitu persiapan bahan baku, fermentasi dan pemurnian. 

     A.   Bahan Baku 
    Dalam pembuatan adalah tanaman yang mengandung karbohidrat atau glukosa.Bahan Baku bioetanol yang dapat dipergunakan antara lain NIRA bergula (nira tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren, nira siwalan), Bahan berPati (sagu, singkong/gaplek, ubi jalar, ganyong dan garut), Lignoselulosa (kayu, jerami, batang pisang dan bagas) 
    Persiapan bahan baku beragam bergantung pada bahan bakunya, tetapi secara umum terbagi menjadi beberapa proses, yaitu 
    1. Bahan baku harus digiling untuk mengektrak gula 
    2. Tepung dan material selulosa harus dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik 
    3. Pemasakan, Tepung dikonversi menjadi gula melalui proses pemecahan menjadi gula kompleks (liquefaction) dan sakarifikasi (Saccharification) dengan penambahan air, enzyme serta panas (enzim hidrolisis). 
Tahap Liquefaction memerlukan penanganan sebagai berikut : 
    1. Pencampuran dengan air secara merata hingga menjadi bubur 
    2. Pengaturan pH agar sesuai dengan kondisi kerja enzim 
    3. Penambahan enzim (alpha-amilase) dengan perbandingan yang tepat 
    4. Pemanasan bubur hingga kisaran 80 sd 90 C, dimana tepung-tepung yang bebas akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly) seiring dengan kenaikan suhu, sampai suhu optimum enzim bekerja memecahkan struktur tepung secara kimiawi menjadi gula komplek (dextrin). Proses Liquefaction selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses menjadi lebih cair seperti sup.

     B.   Fermentasi Alkohol 
adalah proses penguraian karbohidrat menjadi etanol dan CO2 yang dihasilkan oleh aktivitas suatu jenis mikroba yang disebut khamir dalam keadaan anaerob. Perubahan ini dapat terjadi jika mikroba tersebut bersentuhan dengan makanan yang sesuai bagi pertumbuhannya

     C.   Pemurnian alkohol 
    Proses pemurnian ethanol menjadi bioetanol adalah dengan Evaporisasi.
Evaporasi merupakan perpindahan kalor ke zat cair mendidih yang sangat sering ditemukan sehingga biasanya ditangani sebagai satu operasi tersendiri. 
Tujuan evaporasi yaitu untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Evaporasi dilaksanakan dengan menguapkan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi.
Untuk digunakan sebagai bahan bakar (Biofuel) perlu lebih dimurnikan lagi hingga mencapai 99% yang lazim disebut Fuel Grade Ethanol (FGE). 

    Proses pemurnian dengan prinsip dehidrasi umumnya dilakukan dengan metode Molecular Sieve, untuk memisahkan air dari senyawa etanol.
Dari hasil tahap evaporasi, didapatkan hasil produksi fermentasi etanol (yield) Selanjutnya cairan hasil evaporasi tersebut diukur kadar etanolnya menggunakan alkoholmeter

PROSES PRODUKSI BIOETANOL

     1.   Hidrolisa Polisakarida / Pati

Hidrolisis adalah reaksi kimia antara air dengan suatu zat lain yang menghasilkan satu zat baru atau lebih dan juga dekomposisi suatu larutan dengan menggunakan air. 

Untuk memperbesar kecepatan reaksinya diperlukan penambahan katalisator.Penambahan katalisator ini berfungsi untuk memperbesar keaktifan air, sehingga reaksi hidrolisis tersebut berjalan lebih cepat. 
Katalisator yang sering digunakan adalah asam sulfat, asam nitrat, dan asam klorida.

    Faktor-faktor yang berpengaruh pada Hidrolisis Pati antara lain : 

     a. Suhu
   kinetika reaksi, semakin tinggi suhu reaksi makin cepat pula jalannya reaksi

     b. Waktu
Semakin lama waktu hidrolisis, konversi yang dicapai semakin besar 

     c. Pencampuran Pereaksi
Pati tidak larut dalam air maka pengadukan perlu diadakan 

     d. Konsentrasi Katalisator
katalisator bertujuan memperbesar kecepatan reaksi

     e. Kadar Suspensi Pati
Perbandingan antara air dan pati yang tepat

     f.  Proses Sakarifikasi dengan Enzim 

Enzim yang dipakai untuk menghidrolisa pati adalah enzim alfa amylase dan amiloglukoamilase.

Tahap sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan proses sebagai berikut :
     1. Pendinginan bubur sampai suhu optimum enzim sakarifikasi bekerja
     2. Pengaturan pH optimum enzim
     3. Penambahan enzim (glukoamilase) secara tepat
     4. Mempertahankan pH dan temperature pada rentang 50 sd 60 C sampai proses sakarifikasi selesai (dilakukan dengan pengetesan gula sederhana yang dihasilkan).

     2.  Fermentasi

Fermentasi adalah suatu proses oksidasi karbohidrat anaerob jenih atau anaerob sebagian. Dalam suatu proses fermentasi bahan pangan seperti natrium klorida bermanfaat untuk membatasi pertumbuhan organisme pembusuk dan mencegah pertumbuhan sebagian besar organisme yang lain. Fermentasi pemecahan gula-gula sederhana menjadi etanol dengan melibatkan enzim dan ragi
Suatu fermentasi yang busuk biasanya adalah fermentasi yang mengalami kontaminasi, sedangkan fermentasi yang normal adalah perubahan karbohidrat menjadi alkohol.
     Fermentasi Bioethanol dipengaruhi oleh faktor-faktor antara lain :

     a. Media

Pada umumnya bahan dasar yang mengandung senyawa organik terutama glukosa dan pati dapat digunakan sebagai substrat dalam proses fermentasi bioethanol 

     b. Suhu

Suhu optimum bagi pertumbuhan saccharomyces cereviseae dan aktivitasinya adalah 25-35oC.

     c. Nutrisi

Selain sumber karbon, saccharomyces cereviseae juga memerlukan sumber nitrogen, vitamin dan mineral dalam pertumbuhannya. Pada umumnya sebagian besar saccharomyces cereviseae memerlukan vitamin seperti biotin dan thiamin yang diperlukan untuk pertumbuhannya. Beberapa mineral juga harus ada untuk pertumbuhan Saccharomyces cereviseae seperti phospat, kalium, sulfur, dan sejumlah kecil senyawa besi dan tembaga.Mineral yang dipergunakan mikroorganisme salah satunya adalah asam phospat yang dapat diambil dari pupuk NPK dan Urea

     d. Keasaman

pH substrat atau media fermentasi merupakan salah satu  faktor yang menentukan kehidupan saccharomyces cereviseae. Salah satu sifat saccharomyces cereviseae adalah bahwa pertumbuhan dapat berlangsung dengan baik pada kondisi pH 4 – 6.

     e. Jumlah Volume starter

Ragi adalah salah satu alternatif starter amilolitik untuk proses hidrolisa dan fermentasi dalam memproduksi etanol.
Volume starter yang ditambahkan 3-7% dari volume media fermentasi. Jumlah volume starter tersebut sangat baik dan efektif untuk fermentasi serta dapat menghasilkan kadar alkohol yang relative tinggi.Penambahan volume starter yang sesuai pada proses fermentasi adalah 5% dari volume fermentasi

Tetapi jika volume starter berlebihan akan mengakibatkan hilangnya kemampuan bakteri untuk hidup sehingga tingkat kematian bakteri sangat tinggi.

Volume starter yang terlalu sedikit akan mengakibatkan produktivitas menurun karena menjadi lelah dan keadaan ini memperbesar terjadinya kontaminasi.

    f. Waktu Fermentasi

Waktu fermentasi yang normal yaitu 3-14 hari, jika waktunya terlalu cepat, bakteri Saccharomyces cerevisiae masih dalam masa pertumbuhan, dan jika terlalu lama maka bakteri akan mati dan etanol yang dihasilkan tidak maksimal

     g. Konsentrasi Gula

Konsentrasi gula yang cocok adalah 10-18 %, jika konsentrasi gulanya rendah menyebabkan fermentasi tidak optimal sedangkan apabila konsentrasi gulanya terlalu tinggi akan menyebabkan terhambatnya perkembangan saccharomyces cereviseae.

    3.   Distilasi 
Distilasi adalah suatu proses penguapan dan pengembunan kembali, yang dimaksudkan untuk memisahkan campuran dua atau lebih zat cair ke dalam fraksi – fraksinya berdasarkan perbedaan titik didih.
Distilasi merupakan teknik pemisahan yang didasari atas perbedaan perbedaan titik didikh atau titik cair dari masing-masing zat penyusun dari campuran homogen. Dalam proses destilasi terdapat dua tahap proses yaitu tahap penguapan dan dilanjutkan dengan tahap pengembangan kembali uap menjadi cair atau padatan. Atas dasar ini maka perangkat peralatan destilasi menggunakan alat pemanas dan alat pendingin.

Proses destilasi diawali dengan pemanasan, sehingga zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap. Uap tersebut bergerak menuju kondenser yaitu pendingin, proses pendinginan terjadi karena kita mengalirkan air kedalam dinding (bagian luar condenser), sehingga uap yang dihasilkan akan kembali cair. Proses ini berjalan terus menerus dan akhirnya kita dapat memisahkan seluruh senyawa-senyawa yang ada dalam campuran homogen tersebut.
Umumnya destilasi berlangsung pada  tekanan atmosfer, dalam hal ini adalah sistem alkohol cair, yang pada tekanan atmosfer memiliki titik didih sebesar 78,6oC.