Kamis, 30 Desember 2010

Teknologi Bioetanol

Latar Belakang Pemakaian Bioetanol

Berbagai isu lingkungan, isu sosial dan fakta akan terbatasnya sumber bahan bakar fosil telah menstimulasi upaya penggunaan dan pengembangan bahan bakar alternatif yang dapat diperbaharui dan ramah lingkungan (Ingram dan Doran,1995). Dewasa ini peningkatan dan ketidakstabilan harga minyak dalam pasar internasional telah memotivasi para ilmuan untuk memproduksi bahan bakar alternatif, seperti bioetanol yang penggunaannya lebih ramah lingkungan.

Produksi bioetanol sebagai alternatif sumber energi bahan bakar fosil menjadi obyek yang menarik sejak krisis minyak era 1970-an (Tao dkk., 2003). Bioetanol berfungsi sebagai penambah volume Bahan Bakar Minyak (BBM), peningkat angka oktan, dan sebagai sumber oksigen untuk pembakaran yang lebih bersih pengganti Metil Tersier-Butil Eter (MTBE). Bioetanol dapat juga meningkatkan efisiensi pembakaran karena mengandung 35 % oksigen, disamping itu ramah lingkungan karena emisi gas buangnya rendah kadar karbon monoksida, nitrogen oksida, dan gas-gas rumah kaca yang lain. Manfaat bioetanol tidak hanya sebagai bahan bakar tetapi juga digunakan sebagai pelarut serta terdapat dalam berbagai produk kosmetika, minuman, farmasi, industri kimia dan beragam produk industri lainnya (Goksungur dan Zorlu, 2001). Keunggulan sintesis bioetanol melalui fermentasi oleh mikroba adalah rendahnya biaya produksi, persentase rendemen yang tinggi, prosesnya relatif lebih cepat, penanganannya sederhana dan produk samping yang relatif lebih sedikit dan aman bagi lingkungan. Tren untuk meningkatkan teknologi fermentasi bioetanol mencakup eksplorasi substrat yang tepat dan murah, pencarian dan perbaikan galur mikroba, serta optimasi proses fermentasi.

Produksi Bioetanol di Dunia

Sesuai namanya, bahan baku utama dari bioetanol adalah bioetanol/etil alkohol. Alkohol yang digunakan sama dengan alkohol untuk bahan baku minuman karena keduanya membutuhkan alkohol dengan kemurnian yang tinggi. Jumlah produksi bioetanol meningkat hingga tiga kali lipat selama tahun 2000 hingga 2007 dari 17 miliar menjadi 50 miliar liter. Sedangkan sepanjang 2007 hingga 2008 pangsa pasar bioetanol meningkat dari 3,7 hingga 5,4 %.

Bioetanol digunakan secara luas di Brazil dan Amerika Serikat. Hampir seluruh mobil di AS dapat dijalankan dengan menggunakan bahan bakar campuran bioetanol 10%. Sementara sejak 1976 pemerintah Brazil membuat ketentuan untuk mencampur bensin dengan bioetanol, dan sejak 2007 ditentukan kadar bioetanol 25% bahan bakar. Brazil dan Amerika Serikat menguasai produksi bioetanol hingga 90%.

Tabel 1. Produksi bioetanol dunia tahun 2007-2008

Negara

Produksi tahun 2008

Produksi tahun 2007

Dalam juta US galon

Dalam juta liter

Dalam juta US galon

Dalam juta liter

USA

9000

33300

6498.6

24044.82

Brazil

6472.2

23947.14

5019.2

18571.04

Uni Eropa

733.6

2714.32

570.3

2110.11

China

501.9

1857.03

486

1798.2

Canada

237.7

879.49

211.3

781.81

Thailand

89.8

332.26

79.2

293.04

Colombia

79.29

293.373

74.9

277.13

India

66

244.2

52.8

195.36

Australia

26.4

97.68

26.4

97.68

Other

128.4

475.08

82.4

304.88

Total

17,335.20

64140.24

13101.1

48474.07

Sumber: Renewable Fuels Association. http://www.ethanolrfa.org/industry/statistics/#EIO.

Sumber Bahan Baku Produksi Bioetanol

Sekitar 5% dari produksi bioetanol pada tahun 2003 adalah turunan dari produk petroleum. Bioetanol dibuat menggunakan hidrasi katalitik dari etilen dengan menggunakan asam sulfat sebagai katalis. Bioetanol juga dapat diperoleh dari etilen atau asetilen, bersumber dari kalsium karbida, batubara, minyak, dan sumber lainnya. Produksi tahunan dari bioetanol jenis ini mencapai dua juta ton per tahun. Supplier utama dari bioetanol jenis ini berpusat di Amerika Serikat, Eropa, dan Afrika Selatan.

Bioetanol umumnya diperoleh dari konversi tanaman pangan yang mengandung banyak karbon. Bioetanol dapat diproduksi dari bahan pangan yang beragam seperti tebu, bagas, miscanthus, gula bit, sorgum, switchgrass, barley, hemp, kentang, singkong, bunga matahari, molase, jagung, gandum, jerami.

Pada awalnya, generasi pertama di Amerika Serikat memproduksi bioetanol dari kernel jagung dan hanya memanfaatkan patinya (50% berat kernel kering) untuk dijadikan bioetanol. Generasi kedua sedang dikembangkan dan terdiri dari dua tipe. Tipe pertama memanfaatkan enzim dan ragi untuk mengonversi selulosa menjadi bioetanol sementara tipe kedua menggunakan pirolisis untuk mengonversi keseluruhan tanaman menjadi cairan bio-oil atau syngas.

Penggunaan dan Manfaat Bioetanol

Berikut adalah beberapa manfaat dan penggunaan etanol :

Penggunaan bioetanol :

· Bahan bakar kendaraan

· Bahan dasar minuman beralkohol

· Bahan bakar roket

· Sebagai antiseptik

· Antidote beberapa racun

· Sebagai pelarut untuk parfum, cat dan larutan obat

· Zat aditif pembuatan beberapa deodoran

· Salah satu zat untuk pengobatan depresi dan obat bius

Manfaat bioetanol:

· Mengurangi kebutuhan BBM, khususnya Premium.

· Mengurangi efek rumah kaca. Karena CO2 hasil pembakaran bioetanol masih termasuk dalam siklus karbon sehingga tidak menjadi polutan di lingkungan.

· Bebas zat berbahaya seperti Co, Nox dan UHC

· Diversifikasi Energi

· Menciptakan Teknologi berwawasan Lingkungan.

· Diversifikasi Industri, yang berujung pada penciptaan lapangan kerja.

Dari beberapa poin di atas, dapat dilihat bahwa banyak manfaat dan penggunaan bioetanol yang berguna bagi kehidupan sehari-hari. Oleh karena itu, adanya bahan baku yang dapat mengkonversi bioetanol sangatlah dibutuhkan.

Parameter Kualitas Bioetanol

Etanol yang hendak digunakan di industri biasanya ditambahkan suatu zat tertentu sehingga etanol tersebut tidak bisa digunakan sebagai bahan minuman (denaturasi). Zat-zat yang boleh dipakai untuk mendenaturasi etanol tersebut ditentukan oleh pemerintah. Syarat yang ditetapkan pemerintah untuk zat denaturan etanol adalah etanol yang sudah terdenaturasi tersebut tidak dapat diolah menjadi alkohol untuk minuman. Standar syarat mutu etanol sebagai bahan bakar terdenaturasi ditunjukkan dalam Tabel 2.

Tabel 2. Syarat Mutu Bahan Bakar Etanol Terdenaturasi

Parameter

Unit

ASTM D 4806

SNI-7390-2008

Metode Uji ASTM

Kadar etanol

%-v (min)

92,1 (pasca denaturasi)

99.5 (pradenaturasi)

94,0 (pascadenaturasi)

D 5501

Kadar metanol

mg/L (max)

500

300

D 1152

Kadar getah (gum)

mg/100mL (max)

5,0

5,0

D 381

Kadar air

%-v (max)

1,0

1,0 (pascadenaturasi)

E 203

E 1064

Kadar denaturan

%-v (min)

%-v (max)

1,95

4,76

2,00

5,00

Kadar ion klorida

mg/L (max)

40

40

D 512

Kadar tembaga

mg/kg (max)

0,1

0,1

D 1688-A

Keasaman sebagai asam asetat

mg/L (max)

70

30

D 1613

pHe

6,5 - 9,0

6,5 - 9,0

D 6423

Kadar belerang

mg/L (max)

-

50

D 2622

D 5453

Appearance

Jernih dan terang (bebas dari pengotor tersuspensi maupun terpresipitasi)

Penjelasan tentang parameter-parameter mutu bahan bakar etanol terdenaturasi tersebut akan dijelaskan di bawah ini :

· Kadar Etanol

Kadar etanol diukur untuk memastikan kualitas bioetanol yang dihasilkan. Makin tinggi konsentrasi etanol makin baik nilai angka oktan dan calorific value. Makin tinggi konsentrasi etanol, maka semakin kecil zat pengotor (impurities) dalam bioetanol tersebut.

· Kadar Metanol

Pada proses fermentasi bioetanol dimungkinkan pembentukan metanol, oleh karena itu kadar metanol dalam bioetanol perlu ditentukan kadarnya.

· Kadar Getah (Gum)

Pengukuran getah (gum) dicuci, bertujuan untuk mendeteksi dan mengukur pengotor yang tak-larut pada heptan atau produk-produk oksidasi yang terbentuk pada bahan bakar sebelum atau selama tes berlangsung. Getah (gum) merupakan residu dari proses evaporasi bahan bakar bensin (gum tidak dicuci, unwashed gum content) yang kemudian dicuci dengan pelarut heptan. Berat residu sebelum dan sesudah pencucian ditimbang dan dilaporkan sebagai mg/100 mL bahan bakar. Gum yang dicuci mengandung gum yang larut dalam bahan bakar dan gum yang tak larut. Kedua-duanya dapat mengendap pada permukaan sistem induksi bahan bakar dan lengket pada katup masukan (intake valves). Gum yang tak larut (fuel-insoluble gum) dapat pula menyumbat saringan bahan bakar.

· Kadar Air

Air dapat menyebabkan korosi pada tangki dan peralatan. Bila ada deterjen, air juga dapat membentuk emulsi. Selain itu, keberadaan air dapat mempercepat pertumbuhan mikroorganisme pada sistem pembakaran. Kadar air dalam bioetanol dalam jumlah yang tinggi akan mengurangi angka oktan dan calorofic value.

· Kadar Denaturan

Denaturan merupakan bahan kimia yang sengaja dicampurkan ke dalam bioetanol agar tidak layak minum. Bioetanol terdenaturasi seharusnya tidak dapat diproses kembali menjadi alkohol layak minum. Denaturan untuk berbagai keperluan ditetapkan oleh Pemerintah. Denaturan khusus bioetanol harus produk dari fraksi minyak bumi, biasanya berupa komponen campuran (blending component) bensin dan dicampurkan dalam bioetanol dengan konsentrasi antara 2-5% volume. Hidrokarbon denaturan tidak boleh berttitik didih akhir melebihi 225oC.

· Kadar Ion Klorida

Kontaminasi bioetanol dengan klorida dalam bentuk anion anorganik dapat membentuk senyawa garam yang dapat menyumbat filter dan nozzle injektor bahan bakar. Garam ini juga dapat menyebabkan karat pada peralatan mobil yang kontak dengan dirinya.

· Kadar Tembaga

Tembaga (Cuprum = Cu) adalah katalis yang sangat aktif untuk oksidasi hidrokarbon pada temperatur rendah. Pada konsentrasi Cu > 0,012 mg/kg di dalam bensin dapat menyebabkan meningkatnya laju pembentukan getah (gum) secara signifikan.

· Keasaman sebagai Asam Asetat

Keasaman dapat bernilai rendah sampai tinggi, namun pada konsentrasi yang tinggi dapat menimbulkan masalah, sehingga perlu dilakukan analisis keasaman sebelum bioetanol digunakan. Keasaman dapat terjadi sebagai hasil kontaminasi, dekomposisi etanol selama penyimpanan atau distribusi ataupun pada saat pembuatan. Keasaman dalam bentuk CH3COOH (asam asetat) yaitu parameter jumlah total keasaman yang terdapat dalam bioetanol pada konsentrasi rendah (<>

· pHe

pHe merupakan indikator yang baik untuk mengetahui potensial korosi bioetanol sebagai bahan bakar. Digunakan sebagai ukuran kekuatan asam di dalam bahan bakar bioetanol. Bila nilai pHe bahan bakar bioetanol <> 9,0 maka bagian plastik dari pompa bahan bakar bisa rusak. Berbagai dampak buruk tersebut dapat dikurangi bila kadar bioetanol yang dicampur dengan bensin sekitar 10%-v.

· Kadar Belerang

Kontaminasi bioetanol dengan belerang dalam bentuk sulfat dapat membentuk senyawa garam yang dapat menyumbat filter dan nozzle injektor bahan bakar. Garam ini juga dapat menyebabkan karat pada peralatan mobil yang terpapar olehnya.


Sumber : Tugas Besar TK-3203 Dasar-Dasar Rekayasa Produk 2010

TK 3203 – Dasar-Dasar Rekayasa Produk


Tidak ada komentar:

Poskan Komentar