BIOETANOL

Etanol adalah senyawa golongan alkohol dengan rumus kimia C2H5OH. Residu etanol yang ditemukan pada peninggalan keramik yang berumur 9000 tahun dari Cina bagian utara menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan manusia prasejarah dari masa neolitik (Roach, 2005). Pembuatan etanol secara sintetik bermula pada tahun 1825 ketika Michael Faraday menemukan bahwa asam sulfat dapat menyerap banyak gas arang (coal gas) (Faraday, 1825). Ia memberikan larutan yang diperolehnya kepada Henry Hennell, seorang ahli kimia Inggeris, yang pada tahun 1826 menemukan bahwa larutan tersebut mengandung sulphovinic acid (etil hidrogen sulfat) (Hennell, 1826). Pada tahun 1828, H. Hennell dan G. S. Serullas, seorang ahli kimia Perancis secara terpisah menemukan bahwa sulphovinic acid dapat diuraikan menjadi etanol (Hennell, 1828 dan Serullas, 1828). Ketersediaan etanol setelah Perang Dunia II menjadi berlimpah karena adanya bahan baku yang murah yaitu etilena yang diperoleh dari hasil samping produksi gas alam dan bensin. Etanol ini disintesis melalui reaksi esterifikasi-hidrolisis etilena dalam larutan asam sulfat pekat berair (Maiorella, 1985).

Etanol absolut mempunyai massa molar 46,07 g.mol-1, kerapatan 0,789 g.ml-1, dan titik didih 78,40C (Merck & Co., 1960). Etanol merupakan senyawa organik yang berwujud cair pada suhu kamar, jernih, tak berwarna, beraroma khas, mudah menguap dan mudah terbakar. Etanol dapat ditemukan pada banyak produk makanan dan minuman seperti tape, brem, wine, anggur, dan lain-lain (Prihandana dkk., 2007). Selain pada produk makanan dan minuman, etanol banyak digunakan sebagai pelarut, germisida, zat anti beku, bahan bakar, dan bahan baku pada pembuatan berbagai senyawa kimia lainnya (Maiorella, 1985).

Bioetanol adalah etanol yang diproduksi melalui fermentasi gula dari tanaman atau limbah makanan yang mengandung gula, pati atau selulosa. Bioetanol terutama dibuat dari gula karena ongkosnya paling murah. Di Brazil, yang merupakan negara penghasil etanol paling besar, etanol diproduksi dari tebu. Brazil adalah negara yang dapat memproduksi etanol dengan biaya paling murah dan menguasai pasaran bioetanol yang besar di seluruh dunia. India adalah salah satu negara penghasil sekaligus konsumen gula terbesar di dunia, menggunakan molasse sebagai bahan baku utama untuk memproduksi bioetanol (Singhania dkk., 2009).

Pada beberapa tahun terakhir, program biofuel mendapatkan momentum baru sebagai akibat dari meningkatnya harga bahan bakar minyak dan kehadiran kendaraan yang dapat menggunakan bahan bakar campuran etanol dan bensin. Pemerintah di beberapa negara memberikan subsidi dan pengurangan pajak untuk mempromosikan penggunaan bioetanol. Selanjutnya, penanaman, pengolahan, dan penggunaan bahan bakar rendah emisi CO2 dan dapat terdegradasi secara alami ini digalakkan (Singhania dkk., 2009).

Selama pembakaran, etanol bereaksi dengan oksigen menghasilkan karbondioksida, air, dan panas melalui reaksi:

C2H5OH(g) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l); (ΔHr = −1409 kJ/mol……(1)

Panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol digunakan untuk menggerakkan piston di dalam mesin melalui ekspansi gas panas (Rossini, 1937).

Etanol murni jarang digunakan sebagai bahan bakar kendaraan, tetapi yang digunakan adalah campuran etanol dengan bensin. Yang paling populer adalah E85 yang terdiri atas 85% etanol dan 15% bensin (Singhania dkk., 2009). Berdasarkan referensi tersebut pula diketahui bahwa bioetanol memiliki kelebihan dibandingkan dengan bensin, karena: (1) etanol mengandung oksigen lebih banyak sehingga pembakarannya lebih sempurna, dan karena itu emisi hidrokarbon serta partikulatnya lebih rendah; (2) etanol memiliki bilangan oktan yang lebih tinggi daripada bensin sehingga dapat memberikan tenaga yang lebih efisien dan ekonomis bagi mesin kendaraan. Selain itu, disebutkan pula bahwa kebutuhan bioetanol meningkat akibat pelarangan penggunaan metil tersier butil eter (MTBE) pada bensin. Pelarangan ini berkaitan dengan adanya kemungkinan MTBE bersifat karsinogen (menyebabkan penyakit kanker) (Lyons, 2003). Kelebihan bioetanol juga sebelumnya telah diungkapkan oleh Nguyen dkk. (1996) yang menyatakan bahwa bioetanol memiliki dampak negatif yang lebih rendah terhadap lingkungan dibandingkan dengan dampak negatif yang ditimbulkan oleh bahan bakar fosil.

Produksi bioetanol dari bahan yang dapat diperbaharui akan mengurangi ketergantungan dunia pada minyak bumi. Penggunaan bioetanol dapat menyelamatkan atmosfir dari akumulasi karbondioksida, gas penyebab “efek rumah kaca” karena karbondioksida yang dihasilkan pada pembakaran etanol setara dengan karbondioksida yang diserap pada penanaman kembali biomassa untuk memproduksi bioetanol (Mc Millan, 1997).

Bioetanol dihasilkan dari reaksi fermentasi gula yang terdapat di dalam bahan baku. Reaksi fermentasi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:

C6H12O6    ————>  2 C2H5OH + 2 CO2 + energi …………………………… (2)

3C5H10O5 ——->  5C2H5OH + 2 CO2 + energi .…………………………..   (3)

Reaksi (2) terjadi pada fermentasi glukosa dan reaksi (3) terjadi pada fermentasi pentosa. Glukosa berasal dari hidrolisis amilosa, amilopektin, dan selulosa sedangkan pentosa berasal dari hidrolisis hemiselulosa. Reaksi fermentasi pertama menggunakan mikroba terutama khamir, Saccharomyces cerevisiae yang memperoleh energinya melalui jalur reaksi tersebut. Reaksi fermentasi kedua dapat dilakukan dengan menggunakan Zimomonas mobilis (Balat dkk., 2008).

Bahan baku untuk pembuatan bioetanol dapat dikelompokkan menjadi: (1) bahan yang mengandung gula sederhana (monosakarida dan disakarida) misalnya nira tebu dan nira sorgum manis (sweet sorghum); (2) bahan yang mengandung pati (starchy material) misalnya singkong dan jagung; (3) bahan yang mengandung serat atau selulosa dan lignin (lignoselulosa) seperti jerami padi, serpihan kayu, dan rumput-rumputan (Balat dkk., 2008; Prihandana dkk., 2007).

Bahan baku yang paling banyak digunakan sekarang adalah bahan yang mengandung banyak gula disakarida berupa sukrosa. Meskipun demikian, bahan-bahan tersebut juga mungkin mengandung gula monosakarida berupa glukosa, fruktosa dan jenis lainnya yang juga dapat dengan mudah dikonversi menjadi etanol.

Bahan baku utama yang mengandung gula untuk produksi bioetanol adalah tebu, baik dalam bentuk nira (perasan batang) tebu maupun molasse (hasil samping penggilingan tebu). Tebu (Saccharum officinarum) merupakan suatu tanaman tahunan dari golongan rumput-rumputan di daerah tropis yang dimanfaatkan karena kandungan sukrosanya (Kim dan Day., 2010). Sekitar 79% etanol di Brazil diproduksi dari nira tebu segar dan sisanya dari molasse (Sanchez dan Cardona, 2008).

Selain tebu, bahan baku yang juga banyak digunakan untuk produksi bioetanol adalah bit gula. Tanaman ini terutama digunakan untuk produksi bioetanol di Eropa. Bit gula mengandung 16-18% gula, sedikit lebih tinggi daripada kandungan gula pada tebu. Diperkirakan bahwa, di Uni Eropa, etanol dapat diproduksi dari bit gula dengan yield 86 L/MT bahan baku. (Drapcho dkk., 2008)

Di samping tebu dan bit gula, sorgum manis merupakan salah satu tanaman yang paling potensial untuk dijadikan bahan baku produksi bioetanol terutama di negara-negara sedang berkembang (Balat dkk., 2008). Sorgum manis memiliki beberapa kelebihan daripada tebu karena tanaman ini dapat tumbuh pada kondisi kering, memerlukan air hanya satu per tujuh dari air yang diperlukan tebu. Meskipun etanol yang dihasilkan per unit berat bahan baku lebih rendah, biaya produksi sorgum manis yang lebih rendah dapat mengkompensasi kekurangan hasil etanol tersebut. Sorgum manis memiliki kelebihan dalam hal biaya produksi yang kompetitif. Biaya produksi etanol dari sorgum manis dan tebu berturut-turut adalah sekitar US$ 0,29 dan 0,33 per liter (Singhania dkk., 2009).

Jenis gula yang terdapat di dalam nira tebu sebagai bahan baku pembuatan bioetanol adalah sukrosa sebagai komponen terbesar, kemudian glukosa dan fruktosa. Selain itu, terdapat pula jenis gula lain dalam jumlah lebih sedikit, yaitu oligosakarida (kestose dan theanderose) serta polisakarida (Walford, 1996). Pada sorgum manis, selain sukrosa, glukosa, dan fruktosa, terdapat juga jenis gula lain dalam jumlah kecil seperti arabinosa, galaktosa, manosa, ribosa, silosa, dan sorbosa (FAO, 1994a).

Mikroorganisme yang paling banyak digunakan dalam fermentasi etanol adalah khamir S. cerevisiae karena kemampuannya menghidrolisis sukrosa dari tebu menjadi glukosa dan fruktosa yang kemudian dikonversi menjadi etanol (Sanchez dan Cardona, 2008). Z. mobilis dapat menghasilkan etanol lebih banyak (hingga 97%) dari maksimum teoritis, akan tetapi selama fermentasi bakteri ini membentuk polisakarida levan yang dapat meningkatkan kekentalan cairan fermentasi dan sorbitol yang dapat mengurangi efisiensi konversi sukrosa menjadi etanol (Sanchez dan Cardona, 2008).

Konversi karbohidrat dengan 5 dan 6 atom karbon (gula sederhana) menjadi etanol lebih mudah dibandingkan konversi pati dan lignoselulosa menjadi bioetanol karena konversi gula sederhana tidak memerlukan tahap hidrolisis maupun pretreatment, dua tahapan yang harus dilakukan pada konversi pati dan lignoselulosa menjadi etanol (Cardona dan Sanchez, 2007).

Referensi

Faraday, M., 1825, On new compounds of carbon and hydrogen, and on certain other products obtained during the decomposition of oil by heat, Philosoph. Transact. of the Royal Soc. of London, 115: 440-466.

Roach, J., 2005, 9000-years-old beer re-created from Chinese recipe, Nation. geograph. news.

Maiorella, B.L., 1985, Ethanol, In Comprehensive Biotechnology (H.W. Blanch, S. Drew, and D.I.C. Wang, eds), New York: Pergamon Press.

Hennell, H.,1828, On the mutual action of sulfuric acid and alcohol, and on the nature of the process by which ether is formed, Philosoph. Transact. of the Royal Soc. of London 118: 365-371.

Sérullas, G. S., 1828, De l’action de l’acide sulfurique sur l’alcool, et des produits qui en résultent, Annales de Chimie et de Physique, 39: 152-186.

Prihandana, R., Kartika, N., Praptiningsih, G.A., Dwi, S., Sigit, S., dan Roy, H., 2007, Bioetanol ubi kayu: Bahan bakar masa depan, Jakarta: Agromedia Pustaka.

Merck & Co, 1960, The Merck Index 7th edition, New Jersey.

Rossini, F.D, 1937, Heats of Formation of Simple Organic Molecules, Ind. Eng. Chem. 29: 1424-1430.

Singhania, R.R., Binod, P., Pandey,A., 2009, Handbook of Plant-Based Biofuels: An Introduction, New York: CRC Press Taylor & Francis Group.

Mc Millan, J.D, 1997, Bioethanol production: status and prospects, Renew. Energy, 10: 295-302.

Balat, M., Balat H., and Öz, C., 2008, Progress in bioethanol processing, J. Progr. Ener. Combust. Sci., 34: 551-573.

Lyons, T.P., 2003, Ethanol around the world: rapid growth in policies, technology and Production, In The Alcohol Text book, 4th edition, (T. P. Lyons, ed), Kentucky: Alltech Inc.

Nguyen, M.H. and Prince, R.G.H., 1996, A simple rule for bioenergy conversion plant size optimization: bioethanol from sugar cane and sweet sorghum, Biomass and Bioenergy 10: 361-365.

Kim, S. and Day, D.F., 2010, Composition of sugar cane, energy cane, and sweet sorghum suitable for ethanol production at Louisiana sugar mills, J. Ind. Microbiol. Biotechnol.

Drapcho, C.M., Nhuan, N. P., and Walker, T.H., 2008, Biofuels engineering process technology, Singapore: Mc. Graw Hill Companies Inc.

Sanchez O´. J. and Cardona, C.A., 2008, Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks, J. Rev. Biores. Tech., 99: 5270-5295.

Walford, S.N., 1996, Composition of cane juice, Prog. S. Afs. Sug. Technol. Ass., 70: 265-266.

FAO, 1994, Ethanol production from sweet sorghum, dalam Integrated energy system in Cina – the cold northeastern region experience, http://www.fao.org/docrep/t4470E/t4470e01.htm# (diakses 14 Desember 2009).

Cardona, C.A, Sanchez, O.J., 2007, Fuel ethanol production: process design trends and integration opportunities, Biores. Technol. 98:2415-2457.

SORGUM MANIS (Sorghum bicolor (L.) Moench)

Klasifikasi ilmiah tanaman sorgum adalah sebagai berikut:

Kerajaan          : Plantae

Subkerajaan     : Tracheobionta

Superdivisi      : Spermatophyta
Divisi               : Magnoliophyta
Kelas               : Liliopsida

Subklas            : Commelinidae
Ordo                : Cyperales

Famili              : Poaceae
Genus              : Sorghum  Moench.

Species            : Sorghum bicolor

(USDA = United States Departement of Agriculture, 2008; Skinner, 2006).

Tanaman sorgum (Sorghum bicolor) merupakan tanaman graminae yang mampu tumbuh hingga 6 meter. Bentuk tanaman ini secara umum hampir mirip dengan jagung (Gambar 2.3a) tetapi tipe bunganya berbeda. Bunga sorgum merupakan bunga tipe panicle (susunan bunga di tangkai). Rangkaian bunga sorgum berada di bagian ujung tanaman (Gambar 2.3b). Bunga sorgum termasuk bunga sempurna yang kedua alat kelaminnya berada di dalam satu bunga sedangkan bunga jagung termasuk bunga tidak sempurna. Tanaman sorgum memiliki batang tunggal yang terdiri atas ruas-ruas, daunnya terdiri atas lamina(blade leaf) dan auricle, rangkaian bunga sorgum yang nantinya akan menjadi bulir-bulir sorgum.

            Daun sorgum memiliki lapisan lilin yang ada pada lapisan epidermisnya. Adanya lapisan lilin tersebut menyebabkan tanaman sorgum mampu bertahan pada daerah dengan kelembaban sangat rendah (USDA, 2008).

Sorgum manis termasuk tanaman C4 yang memiliki efisiensi fotosintesis dan produktivitas yang tinggi. Bijinya dihasilkan melalui penyerbukan sendiri di dalam bulir yang terdapat di atas puncak tanaman dan mengandung sel kelamin jantan dan sel kelamin betina (Nahar, 2011).

Sorgum manis dapat tumbuh pada tanah liat hingga tanah gembur. Tanah lempung dan berpasir biasanya menghasilkan sorgum manis yang paling baik untuk produksi nira. Permukaan tanah dengan drainase yang baik lebih disukai, meskipun tanaman ini juga tahan pada kondisi tanah basah dengan pH tidak kurang dari 6 (Nahar, 2011).

Sorgum manis lebih tahan terhadap kekeringan dan kondisi yang panas dibandingkan dengan banyak tanaman lainnya. Karakteristik morpho-physiological tertentu yang dimiliki sorgum manis memberikan sifat toleransi yang tinggi terhadap kekeringan dan sistem fotosintesis C4 yang memungkinkan fiksasi CO2 paling efisien (Heichel, 1976). Hasil penelitian menunjukkan bahwa meskipun hasil biomassa yang diperoleh dengan adanya irigasi lebih tinggi, hasil yang dicapai tanpa irigasi juga cukup memuaskan, sehingga menjadikan sorgum manis sangat kompetitif di antara tanaman lahan kering yang lain (Habyarimana dkk., 2004)

Penanaman sorgum manis dimulai dengan menyemai biji pada cekungan atau lubang dengan jarak 60 cm antar baris dan 15 cm antar lubang di dalam baris. Sorgum manis tidak cocok dengan kerapatan tinggi, oleh karena itu disarankan agar kerapatan tanaman hanya sekitar 7000 tanaman/ha. Tanaman sorgum manis sebaiknya ditanam pada waktu tanah dapat mengikat banyak air. Tanaman ini tidak menyukai curah hujan yang tinggi karena kelembaban tanah yang tinggi atau hujan deras yang terus menerus setelah tanaman berbunga dapat mengurangi kandungan gula tanaman tersebut. Tanaman sorgum manis dapat dipanen pada umur 115-125 hari setelah ditanam. Untuk mendapatkan nira yang banyak dengan kualitas tinggi, tanaman sebaiknya dipanen pada saat bijinya sudah matang (Nahar, 2011).

Batang tanaman sorgum manis memiliki kandungan gula yang tinggi. Gula tersebut terutama terdiri atas sukrosa, fruktosa, dan glukosa, sama seperti tebu. Namun demikian, tidak tepat jika total gula di dalam nira sorgum manis dianggap sama dengan jumlah dari sukrosa, glukosa, dan fruktosa saja. Pengujian dengan teknik spektrofotometri menunjukkan bahwa jenis-jenis gula yang ada di dalam nira sorgum manis adalah xylosa, ribosa, arabinosa, fruktosa, sorbosa, galaktosa, manosa, sukrosa glukosa, poliglukosa, dan glukosa. Dengan demikian maka total kandungan gula di dalam nira sorgum manis dapat jauh lebih banyak daripada sekedar sukrosa, glukosa, dan fruktosa (FAO, 1994a).

Sorgum manis ditanam terutama untuk pakan ternak dan untuk menghasilkan gula. Nira yang diperoleh dari ekstrak batang selain cocok untuk produksi etanol, juga baik untuk membuat sirup. Ampas batang setelah diekstrak dapat digunakan sebagai bahan bakar, makanan ternak dan pupuk organik (Reddy dkk, 2006). Bahkan ampas batang tersebut juga dapat dikonversi menjadi etanol (cellulosic ethanol) (Mamma dkk., 1995). Analisis energi pada produksi etanol dari sorgum manis menunjukkan bahwa jika nira sorgum manis diuapkan menjadi sirup lalu digunakan untuk produksi etanol sepanjang tahun dan hasil sampingya digunakan untuk makanan ternak, rasio energy output/energy input mencapai 3,5. Jika nira sorgum manis yang diperoleh langsung difermentasi menjadi etanol setelah panen dan hasil samping bersama dengan material selulosic digunakan sebagai bahan baku untuk produksi etanol pada sisa waktu pada tahun tersebut, rasio energy output/energy input dapat mencapai 7,9. Nilai-nilai tersebut diperoleh dengan hanya memperhitungkan bahan bakar cair (Worley dkk., 1992)

            Selain gula, nira sorgum manis juga mengandung asam-asam organik dan mineral. Pengetahuan mengenai kadar senyawa-senyawa ini memungkinkan kita untuk memanfaatkan sorgum manis untuk tujuan-tujuan lain. Kadar gula nira sorgum manis rendah sebelum masa heading. Setelah itu, dengan pembentukan biji, derajat brix meningkat terus hingga mencapai maksimum pada masa panen. Derajat brix dalam batang naik selama sorgum tumbuh dan peningkatan brix terlihat nyata antara sepuluh hari pertama dan sepuluh hari ketiga masa heading. Derajat brix maksimum sangat tergantung pada masa panen. Jadi, sorgum manis sebaiknya dipanen pada masa kematangan biji karena dengan demikian, baik kandungan gula yang tinggi maupun hasil biji sorgum yang banyak dapat diperoleh. Percobaan memperkuat dugaan bahwa kandungan gula biasanya lebih tinggi daripada derajat brix. Analisis varians juga menunjukkan bahwa kandungan gula dari semua variaetas yang diuji mempunyai korelasi positif yang signifikan dengan derajat brix dari nira sorgum manis (FAO, 1994a).

Referensi:

FAO, 1994a, Ethanol production from sweet sorghum, dalam Integrated energy system in Cina – the cold northeastern region experience, http://www.fao.org/docrep/t4470E/t4470e01.htm# (diakses 14 Desember 2009).

FAO, 1994b, Breeding and cultivation of sweet sorghum, dalam Integrated energy system in Cina – the cold northeastern region experience, http://www.fao.org/docrep/t4470E/t4470e01.htm# (diakses 14 Desember 2009).

Habyarimana, E., Bonardi, P., Laureti, D., di Bari,V., Cosentino,S., Lorenzoni,C., 2004, Multilocational evaluation of biomass sorghum hybrids under two stand densities and variable water supply in Italy, Ind. Crops and Prod., 20: 3-9.

Heichel, G.H., 1976, Agricultural production and energy resources, Am. Scientist 64: 64-72.

Mamma, D., Christakopoulos, P., Koullas, D., Kekos, D., Macris, B.J and Koukios,E., 1995, An alternative approach to the bioconversion of sweet sorghum carbohydrates to ethanol, Biomass and Bioenergy 8: 99-103.

Nahar, K., 2011, Sweet sorghum: an alternative feedstock for bioethanol, Iran. Jour. of Energy & Environ., 2: 58-61.

Reddy, B.V.S, Ramesh, S., Reddy, P.S., Kumar, A.A., Sharma, K.K., Chetty, S.M.K., and Palaniswamy, A.R., 2006, Sweet Sorghum: Food, Feed, Fodder and Fuel Crop, India:ICRISAT.

USDA, 2008, Conservation Plant Characteristics, http://plants.usda.gov/ (diakses 10 Nopember 2008).

Skinner, W., 2006, The Plants Database, National Plant Data Center USDA Los Angeles, http://plants.usda.gov,(diakses tanggal 6 Maret 2006).

Worley, J.W., Vaughan, D.H., and Cundiff, J.S., 1992, Energy analysis of ethanol production from sweet sorghum, Biores. Technol. 40:263-273.

TENTANG BIOETANOL

Etanol adalah senyawa golongan alkohol dengan rumus kimia C2H5OH.. Residu etanol yang ditemukan pada peninggalan keramik yang berumur 9000 tahun dari Cina bagian utara menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan manusia prasejarah dari masa neolitik (Roach, 2005). Pembuatan etanol secara sintetik bermula pada tahun 1825 ketika Michael Faraday menemukan bahwa asam sulfat dapat menyerap banyak gas arang (coal gas) (Faraday, 1825). Ia memberikan larutan yang diperolehnya kepada Henry Hennell, seorang ahli kimia Inggeris, yang pada tahun 1826 menemukan bahwa larutan tersebut mengandung sulphovinic acid (etil hidrogen sulfat) (Hennell, 1826). Pada tahun 1828, H. Hennell dan G. S. Serullas, seorang ahli kimia Perancis secara terpisah menemukan bahwa sulphovinic acid dapat diuraikan menjadi etanol (Hennell, 1828 dan Serullas, 1828). Ketersediaan etanol setelah Perang Dunia II menjadi berlimpah karena adanya bahan baku yang murah yaitu etilena yang diperoleh dari hasil samping produksi gas alam dan bensin. Etanol ini disintesis melalui reaksi esterifikasi-hidrolisis etilena dalam larutan asam sulfat pekat berair (Maiorella, 1985).

Etanol absolut mempunyai massa molar 46,07 g.mol-1, kerapatan 0,789 g.ml-1, dan titik didih 78,40C (Merck & Co., 1960). Etanol merupakan senyawa organik yang berwujud cair pada suhu kamar, jernih, tak berwarna, beraroma khas, mudah menguap dan mudah terbakar. Etanol dapat ditemukan pada banyak produk makanan dan minuman seperti tape, brem, wine, anggur, dan lain-lain (Prihandana dkk., 2007). Selain pada produk makanan dan minuman, etanol banyak digunakan sebagai pelarut, germisida, zat anti beku, bahan bakar, dan bahan baku pada pembuatan berbagai senyawa kimia lainnya (Maiorella, 1985).

Bioetanol adalah etanol yang diproduksi melalui fermentasi gula dari tanaman atau limbah makanan yang mengandung gula, pati atau selulosa. Bioetanol terutama dibuat dari gula karena ongkosnya paling murah. Di Brazil, yang merupakan negara penghasil etanol paling besar, etanol diproduksi dari tebu. Brazil adalah negara yang dapat memproduksi etanol dengan biaya paling murah dan menguasai pasaran bioetanol yang besar di seluruh dunia. India adalah salah satu negara penghasil sekaligus konsumen gula terbesar di dunia, menggunakan molasse sebagai bahan baku utama untuk memproduksi bioetanol (Singhania dkk., 2009).

Pada beberapa tahun terakhir, program biofuel mendapatkan momentum baru sebagai akibat dari meningkatnya harga bahan bakar minyak dan kehadiran kendaraan yang dapat menggunakan bahan bakar campuran etanol dan bensin. Pemerintah di beberapa negara memberikan subsidi dan pengurangan pajak untuk mempromosikan penggunaan bioetanol. Selanjutnya, penanaman, pengolahan, dan penggunaan bahan bakar rendah emisi CO2 dan dapat terdegradasi secara alami ini digalakkan (Singhania dkk., 2009).

Selama pembakaran, etanol bereaksi dengan oksigen menghasilkan karbondioksida, air, dan panas melalui reaksi:

C2H5OH(g) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l); (ΔHr = −1409 kJ/mol……(1)

Panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol digunakan untuk menggerakkan piston di dalam mesin melalui ekspansi gas panas (Rossini, 1937).

Etanol murni jarang digunakan sebagai bahan bakar kendaraan, tetapi yang digunakan adalah campuran etanol dengan bensin. Yang paling populer adalah E85 yang terdiri atas 85% etanol dan 15% bensin (Singhania dkk., 2009). Berdasarkan referensi tersebut pula diketahui bahwa bioetanol memiliki kelebihan dibandingkan dengan bensin, karena: (1) etanol mengandung oksigen lebih banyak sehingga pembakarannya lebih sempurna, dan karena itu emisi hidrokarbon serta partikulatnya lebih rendah; (2) etanol memiliki bilangan oktan yang lebih tinggi daripada bensin sehingga dapat memberikan tenaga yang lebih efisien dan ekonomis bagi mesin kendaraan. Selain itu, disebutkan pula bahwa kebutuhan bioetanol meningkat akibat pelarangan penggunaan metil tersier butil eter (MTBE) pada bensin. Pelarangan ini berkaitan dengan adanya kemungkinan MTBE bersifat karsinogen (menyebabkan penyakit kanker) (Lyons, 2003). Kelebihan bioetanol juga sebelumnya telah diungkapkan oleh Nguyen dkk. (1996) yang menyatakan bahwa bioetanol memiliki dampak negatif yang lebih rendah terhadap lingkungan dibandingkan dengan dampak negatif yang ditimbulkan oleh bahan bakar fosil.

Produksi bioetanol dari bahan yang dapat diperbaharui akan mengurangi ketergantungan dunia pada minyak bumi. Penggunaan bioetanol dapat menyelamatkan atmosfir dari akumulasi karbondioksida, gas penyebab “efek rumah kaca” karena karbondioksida yang dihasilkan pada pembakaran etanol setara dengan karbondioksida yang diserap pada penanaman kembali biomassa untuk memproduksi bioetanol (Mc Millan, 1997).

Bioetanol dihasilkan dari reaksi fermentasi gula yang terdapat di dalam bahan baku. Reaksi fermentasi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:

C6H12O6      ————->  2 C2H5OH + 2 CO2 + energi …………………………… (2)

3C5H10O5  ——–> 5C2H5OH + 2 CO2 + energi .…………………………..   (3)

Reaksi (2) terjadi pada fermentasi glukosa dan reaksi (3) terjadi pada fermentasi pentosa. Glukosa berasal dari hidrolisis amilosa, amilopektin, dan selulosa sedangkan pentosa berasal dari hidrolisis hemiselulosa. Reaksi fermentasi pertama menggunakan mikroba terutama khamir, Saccharomyces cerevisiae yang memperoleh energinya melalui jalur reaksi tersebut. Reaksi fermentasi kedua dapat dilakukan dengan menggunakan Zimomonas mobilis (Balat dkk., 2008).

Bahan baku untuk pembuatan bioetanol dapat dikelompokkan menjadi: (1) bahan yang mengandung gula sederhana (monosakarida dan disakarida) misalnya nira tebu dan nira sorgum manis (sweet sorghum); (2) bahan yang mengandung pati (starchy material) misalnya singkong dan jagung; (3) bahan yang mengandung serat atau selulosa dan lignin (lignoselulosa) seperti jerami padi, serpihan kayu, dan rumput-rumputan (Balat dkk., 2008; Prihandana dkk., 2007).

Referensi:

Balat, M., Balat H., and Öz, C., 2008, Progress in bioethanol processing, J. Progr. Ener. Combust. Sci., 34: 551-573.

Faraday, M., 1825, On new compounds of carbon and hydrogen, and on certain other products obtained during the decomposition of oil by heat, Philosoph. Transact. of the Royal Soc. of London, 115: 440-466.

Hennell, H., 1826, On the mutual action of sulphuric acid and alcohol, with observations on the composition and properties of the resulting compound, Philsoph. Transact. of the Royal Soc. of London, 116: 240-249.

……………….., 1828, On the mutual action of sulfuric acid and alcohol, and on the nature of the process by which ether is formed,Philosoph. Transact. of the Royal Soc. of London 118: 365-371.

Maiorella, B.L., 1985, Ethanol, In Comprehensive Biotechnology (H.W. Blanch, S. Drew, and D.I.C. Wang, eds), New York: Pergamon Press.

McMillan, J.D, 1997, Bioethanol production: status and prospects, Renew. Energy, 10: 295-302.

Merck & Co, 1960, The Merck Index 7th edition, New Jersey.

Prihandana, R., Kartika, N., Praptiningsih, G.A., Dwi, S., Sigit, S., dan Roy, H., 2007, Bioetanol ubi kayu: Bahan bakar masa depan, Jakarta: Agromedia Pustaka.

Roach, J., 2005, 9000-years-old beer re-created from Chinese recipe, Nation.geograph. news.

Rossini, F.D, 1937, Heats of Formation of Simple Organic Molecules,Ind. Eng. Chem. 29: 1424-1430.

Sérullas, G. S., 1828, De l’action de l’acide sulfurique sur l’alcool, et des produits qui en résultent, Annales de Chimie et de Physique, 39: 152-186.

Singhania, R.R., Binod, P., Pandey,A., 2009, Handbook of Plant-Based Biofuels: An Introduction, New York: CRC Press Taylor & Francis Group.

SELECTION OF YEAST STRAINS FOR ETHANOL FERMENTATION OF GLUCOSE-FRUCTOSE-SUCROSE MIXTURE

Abstract

This study was aimed to compare the ability of some yeast strains to consume sugars (sucrose, glucose and fructose) and to convert them into ethanol during fermentation. The results of this comparison will be the basis of considerations in choosing the right strain to be used as a mixed culture to increase the production of ethanol from substrate containing a mixture of sucrose, glucose and fructose, such as juice of cane and sweet sorghum. The study was conducted using fermentation in substrate consisting of glucose, fructose, and sucrose separately, glucose-fructose mixture, and glucose-fructose-sucrose mixture using some yeast strains: FNCC3012, OUT7009, OUT7027, OUT7055, OUT7080, OUT7096, OUT7903, OUT7913, and OUT7921. Following the fermentation, analysis of the produced ethanol and the remaining sugar was conducted. The results of study indicated that the strains with the highest substrate consumption were OUT7921, OUT7096, OUT7055, OUT7027, and OUT7913 for glucose, fructose, glucose-fructose mixture, sucrose, and glucose-fructose-sucrose mixture, respectively. Strains that produced highest concentration ethanol were OUT7096 in glucose and sucrose substrates, OUT7921 in substrate of glucose-fructose mixture and sucrose, OUT7913 in substrate of glucose-fructose-sucrose mixture. Upon consideration of each strain capacity, both in consuming sugar and producing ethanol, the recommended strains for use in mixed culture in bioethanol fermentation using mixed substrate of glucose, fructose and sucrose are OUT7096, OUT7913, and OUT7921.