Oleh karena itu, sumber energi terbarukan (renewable) dibutuhkan untuk penyediaan sumber energi secara berkesinambungan (sustainable). Hal ini akan lebih baik lagi apabila berasal dari limbah, sehingga dapat menurunkan biaya produksi dan mengurangi efek negatif penumpukan limbah terhadap lingkungan.
Hal ini didukung dengan adanya peningkatan produksi pertanian yang didorong untuk memenuhi permintaan dalam maupun luar negeri jika dilihat dari satu sisi maka mampu menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Hal ini diakibatkan oleh hasil pengolahan dalam berbentuk bahan baku yang tidak terpakai lagi dan tidak diolah atau biasa disebut limbah. Istilah limbah, khususnya bagi hasil pertanian adalah bahan yang merupakan buangan dari proses perlakuan atau pengolahan untuk memperoleh hasil utama dan hasil samping. Namun demikian yang dimaksud limbah dalam dalam hal ini meliputi juga hasil samping, hal ini disebabkan karena masih sulit memberi garis pemisah yang jelas antara limbah dan hasil samping.
Limbah secara ekonomi tidak menguntungkan, tetapi beberapa jenis limbah yang mengandung senyawa tertentu dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan pangan. Seperti limbah tanaman pangan yang sudah banyak dimanfaatkan. Untuk bahan baku pembuatan produk pangan atau hanya sebagai pelengkap dan atau mixer.
Limbah kulit singkong adalah limbah yang berasal dari perkebunan singkong, pabrik tepung tapioka, pabrik produk olahan singkong, dan juga pabrik tape atau peuyeum di berbagai daerah di Indonesia. Produksi singkong di Indonesia sangat besar karena Indonesia termasuk sebagai negara kelima terbesar di dunia yang menghasilkan singkong. Jumlah industri pengolahan singkong di Indonesia banyak sehingga dapat ditarik korelasi positif bahwa tingginya jumlah olahan singkong akan menghasilkan semakin banyak limbah kulit singkong. Setiap singkong dapat menghasilkan 10 – 15% limbah kulit singkong. Limbah kulit singkong dalam jumlah besar ini dapat menyebabkan penumpukkan yang berakibat pada perusakan lingkungan.
Jumlah kulit singkong yang berada dalam jumlah masif ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku energi terbarukan yang ramah lingkungan, karena berperan sebagai sumber energi terbarukan, pemanfaatan limbah kulit ubi kayu yang dapat berdampak negatif pada lingkungan serta memberikan nilai tambah pada limbah.
Kulit singkong merupakan salah satu sumber bioetanol dari bahan berserat. Kulit singkong bisa berpotensi untuk diproduksi menjadi bietanol yang digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak. Adapun kulit singkong merupakan limbah dari tanaman singkong yang memiliki kandungan serat yang dapat digunakan sebagai sumber energi. Persentase jumlah limbah kulit bagian luar (berwarna coklat dan kasar) sebesar 0,5-2% dari berat total singkong segar dan limbah kulit bagian dalam (berwarna putih kemerah-merahan dan halus) sebesar 8-15%.
Teknologi pembuatan bioetanol dari limbah kulit singkong melalui proses hidrolisa asam dan enzimatis merupakan suatu alternatif dalam rangka mendukung program pemerintah tentang penyediaan bahan bakar non migas yang terbarukan yaitu BBN ( bahan bakar nabati ) sebagai pengganti bensin, sehingga perlu dilakukan penelitian tentang proses pembuatan bioetanol dari limbah kulit singkong melalui proses hirolisa asam dan enzimatis yang berkualitas baik dan ramah lingkungan.
Berikut merupakan proses pembuatan bioetanol dari kulit singkong:
1. Isolasi pati kulit singkong
Kulit singkong sebagai bahan baku pati dibersihkan dari kotoran. Kulit singkong kemudian dipotong kecil-kecil lalu dikeringkan dengan cara dijemur dan diangin-anginkan sampai kering. Kulit singkong dibuat kering bertujuan agar lebih awet dan menghilangkan kandungan airnya sehingga diperoleh kulit yang kering dan dapat disimpan sebagai cadangan bahan baku.
Kulit singkong kering digiling dengan mesin penggiling atau ditumbuk dengan penumbuk sehingga menjadi serbuk halus. Serbuk kulit pisang lalu disaring atau diayak sehingga diperoleh pati yang homogen.
2. Hidrolisis pati menjadi glukosa
Pati adalah salah satu jenis polisakarida yang amat luas tersebar di alam. Pati disimpan oleh tanaman sebagai cadangan makanan di dalam biji buah maupun di dalam umbi batang dan umbi akar. Pati merupakan polimer dari glukosa atau maltosa. Unit terkecil dari rantai pati adalah glukosa yang merupakan hasil fotosintesis di dalam bagian tubuh tumbuh-tumbuhan yang mengandung klorofil. Pati tersusun atas ikatan a-Dglikosida. Molekul glukosa pada pati dan selulosa hanya berbeda dalam bentuk ikatannya, a dan b, namun sifat-sifat kimia kedua senyawa ini sangat jauh berbeda.
Proses hidrolisis pati yaitu pengubahan molekul pati menjadi monomernya atau unit-unit penyususnya seperti glukosa. Hidrolisis pati dapat dilakukan dengan bantuan asam atau enzim pada suhu, pH, dan waktu reaksi tertentu. Pemotongan rantai pati oleh asam lebih tidak teratur dibandingkan dengan hasil pemotongan rantai pati oleh enzim. Hasil pemotongan oleh asam adalah campuran dekstrin, maltosa dan glukosa, sementara enzim bekerja secara spesifik sehingga hasil hidrolisis dapat dikendalikan. Enzim yang dapat digunakan dalam proses hidrolisis pati adalah amilase. Enzim amilase merupakan endoenzim yang menghidrolisis ikatan a- 1,4- glukosida secara spesifik.
Tahap ini merupakan tahap yang paling penting dalam proses pembuatan bioetanol, karena proses ini menentukan jumlah glukosa yang dihasilkan untuk kemudian dilakukan fermentasi menjadi bioetanol. Prinsip hidrolisis pati adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa atau monosakarida yaitu glukosa (C6H12O6). Pemutusan ikatan pada pati atau karbohidrat menjadi glukosa dapat menggunakan beberapa metode diantaranya yaitu metode kimiawi (hidrolisis asam) dan metode enzimatis (hidrolisis enzim). Metode kimiawi dilakukan dengan cara hidrolisis pati menggunakan asam-asam organik, yang sering digunakan adalah H2SO4, HCl, dan HNO3. Hasil pemotongan oleh asam adalah campuran dekstrin, maltosa dan glukosa.
Metode hidrolisis menggunakan asam ini memiliki kelemahan diantaranya tidak ramah lingkungan, karena residu yang dihasilkan dari proses hidrolisis asam akan mencemari lingkungan. Proses asam akan menghasilkan produk yang tidak ramah lingkungan, yaitu meningkatkan nilai COD dalam air. Hidrolisis asam juga bersifat toksik apabila terhirup dalam waktu yang lama sehingga terakumulasi dalam tubuh dan menyebabkan berbagai penyakit bahkan dapat menyebabkan kematian.
Kelemahan yang lain dari penggunaan asam adalah glukosa yang dihasilkan relatif kecil jumlahnya. Hidrolisis pati dengan asam hanya memperoleh sirup glukosa dengan ekivalen dekstrosa (DE) sebesar 55, hal ini disebabkan katalis asam hanya menghidrolisis secara acak. Konversi asam untuk membuat sirup glukosa dengan DE diatas 55 akan mengakibatkan molekul gula bergabung kembali dan menghasilkan bahan pembentuk warna seperti 5-hidroksimetil furfural atau asam levulinat.
Proses hidrolisis menggunakan katalis asam juga memerlukan suhu yang sangat tinggi agar hidrolisis dapat terjadi. Hidrolisis pati dengan asam memerlukan suhu tinggi, yaitu 120-160oC. Berdasarkan kelemahan tersebut proses hidrolisis pati menggunakan asam jarang digunakan.
Metode hidrolisis pati yang lebih sering digunakan adalah secara enzimatis dengan menggunakan enzim. Enzim yang umumnya digunakan adalah amilase, seperti a-amilase dan glukoamilase. a-amilase dapat menghidrolisis ikatan a-1,4-glukosida secara spesifik. Hasil hidrolisis tersebut diteruskan oleh glukoamilase yang dapat mengidrolisis ikatan a-1,4-glukosida dan a-1,6-glukosida menghasilkan glukosa. Glukoamilase ditambahkan dalam hidrolisis enzimatis agar proses pengubahan pati menjadi glukosa lebih banyak dihasilkan, karena glukoamilase dapat memutus ikatan pada pati yang belum terputus oleh penambahan a-amilase. Glukoamilase dapat menghidrolisis ikatan a-1,4- glukosida, tetapi hasilnya b-glukosa yang mempunya konfigurasi berlawanan dengan hasil hidrolisis oleh a-amilase, sehingga glukosa yang dihasilkan akan bertambah banyak atau melimpah.
Enzim amilase dapat diperoleh dari tanaman (kecambah barley, ubi jalar, kacang kedelai dan gandum), dan dari hewan yang terdapat dalam kelenjar pankreas. Kedua sumber enzim tersebut tidak potensial untuk memproduksi enzim, karena tanaman dan hewan memiliki beberapa kelemahan untuk dijadikan sebagai sumber enzim. Enzim dari tanaman bergantung pada variasi musim, konsentrasi rendah, dan membutuhkan biaya proses yang tinggi sedangkan enzim dari hewan memiliki persediaan yang terbatas dan adanya persaingan dengan manusia untuk pemanfaatan yang lain, sehingga perlu dicari sumber yang mampu menghasilkan enzim dalam jumlah yang tinggi dan menguntungkan secara ekonomis.
Mikroorganisme merupakan sumber yang paling banyak digunakan dalam menghasilkan enzim, karena mikroorganisme mudah untuk dikembangbiakan dan secara ekonomis menguntungkan. Mikroorganisme dapat dijadikan sebagai sumber enzim yang baik karena selain menguntungkan secara ekonomis, mikroorganisme memilki siklus hidup yang relatif lebih pendek sehingga produktivitasnya dapat ditingkatkan. Mikroorganisme penghasil enzim amilase dapat berupa bakteri dan kapang. Bakteri yang dapat menghasilkan amilase diantaranya B. Subtilis, B . licheniformis, Aspergillus sp., Bacillus sp., dan Bacillus circulans.
Bakteri tersebut menghasilkan amilase yang bersifat termostabil yaitu, enzim tersebut dapat aktif atau bekerja dalam suhu yang tinggi sehingga proses hidrolisis akan menjadi lebih mudah dan cepat dengan adanya bantuan panas atau suhu, sehingga proses pemutusan ikatan polisakarida lebih mudah. Produk hidrolisis yang dihasilkan glukoamilase memiliki rasa yang lebih manis dibandingkan produk hidrolisis menggunakan asam klorida maupun asam oksalat, disamping itu penggunaan glukoamilase dapat mencegah adanya reaksi sampingan karena katalis enzim sangat spesifik.
Penggunaan a-amilase dalam tahap likuifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 50,83 pada konsentrasi a-amilase 1,75 U/g pati dengan waktu likuifikasi 210 menit, serta glukoamilase pada tahap sakarifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 98,99 pada konsentrasi enzim 0,3 U/g pati dengan waktu sakarifikasi 48 jam.
Oleh karena itu, penggunaan hidrolisis secara enzimatis lebih prospek karena lebih ramah lingkungan, menguntungkan secara ekonomis, spesifik, sehingga jumlah glukosa yang dihasilkan melimpah dan tidak menghasilkan limbah dibandingkan penggunaan metode hidrolisis menggunakan katalis asam.
3. Fermentasi glukosa menjadi bioetanol
Proses fermentasi sering didefinisikan sebagai proses pemecahan karbohidrat dan asam amino secara aerobik, yaitu tanpa memerlukan oksigen. Senyawa yang dapat dipecah dalam proses fermentasi terutama adalah karbohidrat, sedangkan asam amino hanya dapat difermentasi oleh beberapa jenis bakteri tertentu. Prinsip dasar fermentasi adalah mengaktifkan kegiatan mikroba tertentu dengan tujuan mengubah sifat bahan agar dihasilkan suatu yang bermanfaat.
Perubahan tersebut karena dalam proses fermentasi jumlah mikroba diperbanyak dan digiatkan metabolismenya didalam bahan tersebut dalam batas tertentu. Menyatakan bahwa beberapa langkah utama yang diperlukan dalam melakukan suatu proses fermentasi diantaranya adalah :
a. Seleksi mikroba atau enzim yang sesuai dengan tujuan.
b. Seleksi media sesuai dengan tujuan.
c. Sterilisasi semua bagian penting untuk mencegah kontaminasi oleh mikroba yang tidak dikehendaki.
Yeast merupakan fungsi uniseluler yang melakukan reproduksi secara pertunasan (budding) atau pembelahan (fission). Yeast tidak berklorofil, tidak berflagella, berukuran lebih besar dari bakteri, tidak dapat membentuk miselium berukuran bulat, bulat telur, batang, silinder seperti buah jeruk, kadang-kadang dapat mengalami diforfisme, bersifat saprofit, namun ada beberapa yang bersifat parasit.
Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang termasuk dalam kelas Hemiascomycetes, ordo Endomycetales, famili Saccharomycetaceae, Sub famili Saccharoycoideae, dan genus Saccharomyces. Saccharomyces cerevisiae merupakan organisme uniseluler yang bersifat makhluk mikroskopis dan disebut sebagai jasad sakarolitik, yaitu menggunakan gula sebagai sumber karbon untuk metabolisme. Saccharomyces cerevisiae mampu menggunakan sejumlah gula, diantaranya sukrosa, glukosa, fruktosa, galaktosa, mannosa, maltosa dan maltotriosa.
Saccharomyces cerevisiae merupakan mikrobia yang paling banyak digunakan pada fermentasi alkohol karena dapat berproduksi tinggi, tahan terhadap kadar alkohol yang tinggi, tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan aktivitasnya pada suhu 4 – 32oC.
Proses hidrolisis pati dengan metode enzimatis dan metode katalis asam akan menghasilkan glukosa sebagai bahan pembuatan bioetanol. Bioetanol yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk mengatasi krisis energi. Pembuatan bioetanol dari glukosa melibatkan proses fermentasi. Fermentasi adalah perubahan 1 mol glukosa menjadi 2 mol etanol dan 2 mol CO2.
Proses fermentasi dilakukan dengan menambahkan yeast atau ragi untuk mengkonversi glukosa menjadi bioetanol yang bersifat anaerob yaitu, tidak memerlukan okasigen (O2). Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroorganisme yang paling banyak digunakan pada fermentasi alkohol karena dapat berproduksi tinggi, tahan terhadap kadar alkohol yang tinggi, tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan aktivitasnya pada suhu 4 – 32oC.
S. Cereviceae akan memetabolisme glukosa dan fruktosa membentuk asam piruvat melalui tahapan reaksi pada jalur Embden-Meyerhof-Parnas. Asam piruvat, selanjutnya mengalami reaksi dekarboksilasi menjadi asetaldehid dan mengalami reaksi dehidrogenasi menjadi bioetanol.
4. Destilasi Bioetanol
Bioetanol hasil proses fermentasi dipisahkan dengan cara disaring, kemudian filtrat didestilasi sehingga dapat dihasilkan bioetanol yang bebas dari kontaminan atau pengotor yang terbentuk selama proses fermentasi. Bioetanol yang dihasilkan dari destilasi pertama biasanya memiliki kadar sebesar 95%.
Destilasi merupakan proses pemisahan komponen berdasarkan titik didihnya, titik didih etanol murni sebesar 78oC, sedangkan air adalah 100oC, dengan pemanasan larutan pada suhu rentang 78-100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95% volume. Bioetanol dengan konsentrasi 95% belum dapat dijadikan sebagai bahan bakar.
Bioetanol yang digunakan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan harus benar-benar kering dan anhydrous supaya tidak korosif, sehingga bioetanol harus mempunyai grade sebesar 99,5 – 100 % volume. Oleh karena itu, bioetanol hasil destilasi harus ditambahkan suatu bahan yang dapat menyerap atau menarik kandungan air yang masih terdapat dalam bioetanol, bahan yang sering digunakan diantaranya yaitu, CaCO3, dan zeolit atau dilakukan destilasi vakum, sehingga dapat dihasilkan bioetanol yang lebih murni yang dapat dijadikan sebagai bahan bakar.
Bioetanol memiliki banyak manfaat karena dicampurkan dengan bensin pada komposisi berapapun memberikan dampak yang positif dalam mengurangi emisi yang dihasilkan oleh bahan bakar minyak (bensin). Pencampuran bioetanol absolut sebanyak 10 % dengan bensin 90 % sering disebut gasohol E-10 yang memiliki angka oktan 92 dibanding dengan premium hanya 87-88. Bioetanol dikenal sebagai octan enhancer (aditif) yang paling ramah lingkungan dibandingkan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE).
Analisis berdasarkan http://www.nspe.org/resources/ethics/code-ethics
Analisis dari segi kesehatan dan keamanan
Penggunaan Bioetanol sebagai pengganti bahan bakar minyak merupakan solusi yang cukup efektif. Akibat konsumsi BBM yang meningkat dan BBM ini semakin hari semakin langka. Bioetanol merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan. Karena bioetanol tidak menghasilkan gas berbahaya dibandingkan dengan pembakaran BBM.
Analisis dari segi teknis
Ubi kayu layak dikembangkan sebagai bahan baku bioetanol. Dari segi teknis, kelayakan tersebut tercermin dari adanya peluang peningkatan produktivitas ubi kayu dengan laju pertumbuhan 1,3- 37,0% per tahun, tersedianya varietas unggul yang cocok dijadikan sebagai bahan baku industri bioetanol, terdapat lahan tidur dan lahan sawah tadah hujan yang sebagian besar hanya ditanami padi satu kali setahun dengan luas masing-masing 5,84 juta ha dan 1,2 juta ha (Sinar Tani Edisi 27 Juni-3 Juli 2007).
Analisis dari segi finansial
Kelayakan finansial ditandai oleh rasio B/C 1,49 dan 1,98 pada tingkat hasil 15 ton dan 20 ton/ha dengan harga ubi segar di tingkat petani Rp 250/kg. Kelayakan ekonomi/industri diindikasikan oleh tersebarnya sentra produksi ubi kayu di 55 Kabupaten dan tingginya minat petani untuk mengadopsi teknologi produksi dan mengembangkan varietas unggul ubi kayu.
Dalam pemanfaatan ubi kayu sebagai bahan bakar alternatif (bioetanol) masih membutuhkan penelitian yang lebih lanjut terutama pengaruhnya terhadap komponen mesin yang berdampak pada umur dari komponen mesin tersebut.
MASALAH DALAM KASUS DI ATAS:
Dalam penggunakan kulit singkong sebagai solusi pengganti bahan bakar minyak, namun supervisor Anda bahan bakar nabati ini perlu mendapat penelitian lebih lanjut secara kuantitatif. Tetapi Anda ingin lebih fokus terlebih dahulu terhadap pemasarannya.
Comments :
0 Komentar to “New solution for BBM”
Posting Komentar