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.

Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s