Teknik Produksi Biofuel Ubi Kayu
Ubi kayu dapat sebagai komoditas utama sebagai komoditas utama penghasil BBN atau lebih tepat sebagai penghasil FGE. Pengembangan BBN di Indonesia berprinsip pro-poor, pro – job, pro – growth, dan pro – planet. Dengan triple track plus tersebut, sejumlah pertimbangan positif pemilihan ubi kayu sebagai penghasil FGE diuraikan sebgai berikut. Ubi kayu merupakan tanaman sumber karbohidrat ketiga setelah padi dan jagung. Dengan menggeser kegunaan ubi kayu menjadi BBN (dari sumber daya karbohidrat ke sumber daya hidrokarbon), diharapkan harga ubi kayu akan meningkat sehingga pendapatan petani akan meningkat pula. Ubi kayu telah tersebar di Indonesia dan ditanam di sentra – sentra produksi di 55 kabupaten dan 36 propinsi, tetapi produktivitasnya rendah. Dengan program pengembangan BBN, diharapkan tidak hanya tersedia lapangan pekerjaan tetapi akan terjadi peningkatan teknologi pertanian dan agro industri di pedesaan. Harga Ubi kayu setiap tahun saat panen raya selalu sangat rendah. Melalui pembangunan pabrik –pabrik etanol skala pedesaan, diharapkan harga ubi kayu akan stabil.
Ubi kayu akan menguatkan security of supply bahan bakar berbasis kemasyarakatan. Memperbesar basis sumber daya bahan bakar nabati, karena ubi kayu adalah tanaman yang toleran terhadap tanah dengan tingkat kesuburan rendah, mampu berproduksi baik pada lingkungan sub – optimal, dan mempunyai pertumbuhan yang relative lebih baik pada lingkungan sub optimal dibandingkan dengan tanaman lain.
Secara umum, proses pengolahan bahan berpati seperti ubi kayu, jagung dan sagu dilakukan dengan proses urutan. Pertama adalah proses hidrolisis, yakni proses konversi pati menjadi glukosa. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan a-glikosidik. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas, fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus dengan ikatan a-(1,4)-D-glikosidik sedangkan amilopektin mempunyai struktur bercabang dengan ikatan a-(1,6)-D-glikosidik sebanyak 4-5% dari berat total.
Prinsip dari hidrolisis pati pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa (C6H12O6). Pemutusan rantai polimer tersebut dapat dilakukan dengan berbagai metode, misalnya secara enzimatis, kimiawi ataupun kombinasi keduanya. Hidrolisis secara enzimatis memiliki perbedaan mendasar dibandingkan hidrolisis secara kimiawi dan fisik dalam hal spesifitas pemutusan rantai polimer pati. Hidrolisis secara kimiawi dan fisik akan memutus rantai polimer secara acak, sedangkan hidrolisis enzimatis akan memutus rantai polimer secara spesifik pada percabangan tertentu.
Enzim yang digunakan adalah alfa-amilase pada tahap likuifikasi, sedangkan tahap sakarifikasi digunakan enzim glukoamilase. Berdasarkan penelitian, penggunaan a-amilase pada tahap likuifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 50.83 pada konsentrasi a-amilase 1.75 U/g pati dan waktu likuifikasi 210 menit, dan glukoamilase pada tahap sakarifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 98.99 pada konsentrasi enzim 0.3 U/g pati dengan waktu sakarifikasi 48 jam.
Tahap kedua adalah 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 yang dihasilkan akan didekarboksilasi menjadi asetaldehida yang kemudian mengalami dehidrogenasi menjadi etanol (Amerine et al., 1987).
Khamir yang sering digunakan dalam fermentasi alkohol adalah Saccharomyces cerevisiae, karena jenis ini dapat berproduksi tinggi, toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi (12-18% v/v), tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-32oC.
Setelah proses fermentasi selesai, dilakukan destilasi untuk memisahkan etanol. Distilasi merupakan pemisahan komponen berdasarkan titik didihnya. Titik didih etanol murni adalah 78oC sedangkan air adalah 100oC (Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 – 100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 % volume.
Terdapat dua tipe proses destilasi yang banyak diaplikasikan, yaitu continuous-feed distillation column system dan pot-type distillation system. Selain tipe tersebut, dikenal juga tipe destilasi vakum yang menggunakan tekanan rendah dan suhu yang lebih rendah untuk menghasilkan konsentrasi alkohol yang lebih tinggi. Tekanan yang digunakan untuk destilasi adalah 42 mmHg atau 0.88 psi. Dengan tekanan tersebut, suhu yang digunakan pada bagian bawah kolom adalah 35oC dan 20oC di bagian atas. Proses produksi FGE dari bahan berpati disajikan pada Gambar 49, sedangkan Gambar 50 menunjukkan proses produksi FGE dari ubi kayu.
Dari proses distilasi akan dihasilkan etanol dengan kadar etanol maksimal 95%. Untuk aplikasi bahan bakar, etanol hasil destilasi harus dimurnikan yaitu dengan cara dikeringkan. Pengeringan etanol dapat dilakukan dengan beberapa cara. Cara-cara pengeringan etanol yang ada adalah antara lain pengeringan menggunakan kapur (CaO), garam, benzene dan penggunaan ”molecular sieve”.
”Molecular sieve” merupakan suatu metode purifikasi yang banyak digunakan di industri minyak serta laboratorium untuk memisahkan komponen dan untuk pengeringan. ”Molecular sieve” adalah suatu bahan yang memiliki pori-pori kecil dengan ukuran yang tepat dan seragam yang digunakan sebagai absorben cairan dan gas. Bahan ini dapat menyerap air hingga 20% dari berat bahan itu sendiri. Bahan-bahan yang termasuk ”molecular sieve” antara lain zeolit, lempung, karbon aktif, microporous charcoal dan porous glasses
Proses Pembuatan Bioetanol ubi kayu skala kerakyatan atau skala rumahan
Pembuatan bioetanol juga dapat dilakukan pada skala rumahan. Dengan memanfaatkan ubi kayu segar berkadar pati 28%, ditargetkan akan diperoleh 7 liter bioetanol. Langkah-langkah pembuatan bioetanol skala rumahan adalah sebagai berikut.
- Kupas Kasar ubi kayu segar sebanyak 50 Kg. Cuci dan giling dengan mesin penggiling listrik, mesin bensin, ataupun diesel.
- Saring hasil penggilingan untuk memperoleh bubur ubi kayu.
- Masukkan bubur ubi kayu ke dalam drum yang terbuka penuh bagian atasnya.
- Tambahkan air 40 – 50 liter dan aduk sambil dipanasi menggunakan kompor minyak tanah, gas, ataupun tungku batu bara dan limbah pertanian, baik yang dibakar langsung, seperti batok kelapa, cangkang, sabut, ranting – ranting kayu, maupun limbah pertanian dan peternakan yang diubah menjadi biogas.
- Tambahkan 1,5 ml enzim alfa – amylase (dapat dibeli di toko kimia khusus). Panaskan selama 30 – 60 menit pada suhu sekitar 900 C.
- Dinginkan hingga suhu menjadi 55 - 600 C. Gunakan alat penukar panas untuk mempercepat proses pendinginan (heat exchanger).
- Tambahkan 0,9 ml enzim gluko-amilase.
- Jaga temperatur pada kisaran 55 – 600 C selama 3 jam, lalu dinginkan hingga suhu di bawah 350 C. Gunakan alat penukar panas untuk mempercepat proses pendinginan.
- Tanbahkan 1 g ragi roti (dapat dibeli di toko bahan – bahan kue), urea 65 g, dan NPK 14 g. Biarkan selama 72 jam dalam keadaan tertutup, tetapi tidak rapat agar gas karbon dioksida yang terbentuk bisa keluar. Fermentasi yang berhasil ditandai dari aroma sepeti tape, suara gelembung gas yang naik ke atas, dan keasaman (pH) di atas 4.
- Pindahkan cairan yang mengandung 7 -9 % bioetanol itu ke dalam drum lain yang didesain sebagai penguap (evaporator).
- Masak menggunakan kompor minyak tanah, gas, tungku, briket batu bara, arang tau bahan bakar lain, hingga keluar uapnya menuju alat distilasi. Hal ini terindikasi melalui rambatan panas dalam pipa menuju alat distilasi dan kenaikan temperatur pada termometer. Nyalakan aliran air kondensor pengembun uap bioetanol.
- Tahan temperatur bagian atas kolom distilasi pada suhu 790C ketika cairan bioetanol mulai keluar. Kontrol temperatur dapat dilakukan dengan dua cara, yakni mengatur aliran air refluks dalam alat distilasi dan /atau mengatur api kompor.
- Keluarkan limbah melalui kran bawah drum, melewati saringan yang akan menahan limbah padat dan meloloskan limbah cair.
Hasil destilasi dengan cara destilasi di atas adalah etanol dengan kadar 95%. Untuk meningkatkan konsentrasinya hingga diperoleh FGE dapat dilakukan juga dalam skala kerakyatan dengan menggunakan peralatan dan bahan yang sederhana. Prosedurnya yaitu dengan mencampurkan etanol 95% dengan kapur gamping (CaO) yang ditepungkan dengan komposisi 1 : 4 atau 1 : 2 (1 bagian kapur dan 4 atau 2 bagian etanol 95%). Aduk secara periodik dan biarkan selama 24 jam. Selanjutnya diuapkan (gunakan pemanas tidak langsung) dan disuling dengan penyuling sederhana (alat distilasi satu tingkat) dan disuling dengan penyuling sederhana (alat distilasi satu tingkat).
Mutu dan Metode Uji Bioetanol
Mutu bioetanol sebagai bahan bakar cukup ketat yang mensyaratkan kadar etanol lebih dari 99% serta beberapa parameter lainnya. Hal ini berhubungan manfaatnya sebagai pengganti bahan bakar.
Pemanfaatan Limbah Bioetanol
Pemanfaatan limbah pabrik bioetanol menjadi biogas dapat meningkatkan efisiensi, yakni menekan harga pokok produksi bioetanol. Proses pembuatan bioetanol membutuhkan energi yang cukup besar. Tanpa mengintroduksi energi terbarukan yang murah di industri bioetanol (misalnya biogas), misi industri bioetanol untuk menghasilkan FGE (Fuel Grade Ethanol) tidak akan tercapai secara optimal. Tujuan pabrik bioetanol memproduksi FGE di antaranya untuk mengurangi pemanasan global dan pencemaran udara. Tujuan ini harus dapat dilaksanakan tanpa dampak lain, seperti pencemaran tanah, air tanah, dan sungai oleh limbah cair atau limbah padat pabrik bioetanol.
Limbah cair pabrik etanol tidak mengandung B3 (bahan dan limbah berbahaya serta beracun). Bioetanol tidak dihasilkan dari proses yang menggunakan bahan kimia, melainkan hanya proses biologi (enzimatik dan fermentasi). Namun, permasalahan utama terletak pada kandungan BOD dan COD yang tinggi.
Tag :
Pertanian
0 Komentar untuk "Teknik Produksi Biofuel Ubi Kayu"