bab 1 pabrik etanol
DESCRIPTION
pabrik etanolTRANSCRIPT
-
1
BAB I
STRATEGI PERANCANGAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi Indonesia saat ini sebagian besar masih bertumpu pada
bahan bakar fosil. Kebutuhan energi nasional ditopang minyak bumi sekitar 51,66%,
gas alam 28,57%, dan batubara 15,3%. Persediaan bahan bakar tersebut semakin
berkurang. Cadangan minyak bumi akan habis sekitar 12 tahun lagi, gas 30 tahun dan
batu bara masih bisa dimanfaatkan hingga 70 tahun ke depan. Ketergantungan
terhadap bahan bakar fosil ini menjadi masalah besar dan perlu solusi yang
mendesak. Untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, pemerintah
mengeluarkan Peraturan Presiden (Perpres) No.5 Tahun 2006 tentang kebijakan
energi nasional untuk mendorong pengembangan sumber energi alternatif sebagai
pengganti bahan bakar minyak (Kemenristek, 2012). Salah satu langkah solusinya
adalah memanfatkan bioetanol sebagai alternatif pengganti.
Bioetanol merupakan bahan bakar terbarukan yang ramah lingkungan.
Bioetanol dapat dijadikan energi alternaif menggantikan bahan bakar fosil. Pendirian
pabrik bioetanol dapat mendukung progam pemerintah dalam mengembangkan
enregi baru dan terbarukan.
Kebutuhan etanol si Indonesia terus meningkat hingga saat ini Indonesia
masih mengimpor etanol untuk memenuhi kebutuhan etanol di Indonesia. Pendirian
pabrik etanol dapat mengurang kuota impor etanol inonesia. Kebutuhan impor etanol
dapat dilihat pada tabel 1.1.
-
2
Tabel 1.1 Impor Etanol Indonesia
Tahun Kapasitas Impor (Kl/tahun)
2007 2595596
2008 87760.26
2009 97515.38
2010 220252.6
2011 631015.4
2012 1772204
2013 1734238
(Kemenperin, 2013)
Bioetanol merupakan salah satu jenis biofuel dengan bahan baku tumbuhan.
Bioetanol dapat dihasilkan dari proses fermentasi gula, yang kemudian dilanjutkan
dengan proses purifikasi. Singkong dapat dijadikan bahan baku untuk memproduksi
bioetanol karena singkong mengandung pati 35 -40 %bb. Singkong tersebar hampir
diseluruh Indonesia sehingga tidak sulit untuk mendapatkannya. Di Inonesia,
singkong biasanya hanya digunakan sebagai pakan ternak dan bahan pangan
tradisional setelah beras dan jagung. Karena itu, harga singkong sangat fluktuatif dan
tidak memberikan keuntungan. Pengembangan bioetanol berbahan baku singkong
diharapkan dapat menjadi solusi sumber energi terbaharukan dan mengurangi impor
etanol Indonesia.
Sebagai bahan bakar, bioetanol mempunyai beberapa kelebihan diantaranya
lebih ramah lingkungan karena bahan bakar tersebut memiliki nilai oktan 92, lebih
tinggi dari premium (nilai oktan 88). Hal ini menyebabkan bioetanol dapat
menggantikan fungsi zat aditif yang sering ditambahkan untuk memperbesar nilai
oktan. Zat aditif yang sering digunakan seperti metal tersier butil eter dan Pb, namun
zat aditif tersebut sangat tidak ramah lingkungan dan bisa bersifat toksik. Bioetanol
-
3
merupakan bahan bakar yang tidak mengakumulasi gas karbon dioksida (CO2) dan
relatif kompetibel dengan mesin mobil berbahan bakar bensin. Kelebihan lain dari
bioetanol ialah cara pembuatannya yang lebih sederhana yaitu fermentasi
menggunakan mikroorganisme tertentu (Mursyidin, 2007).
1.2 Penetapan Kapasitas Produksi
Dalam memenuhi program pemanfaatan bioetanol untuk bahan bakar
kendaraan, pemerintah telah membuat road map teknologi bioetanol, yaitu pada
periode tahun 2011 -2015 dapat memanfaatkan bioetanol sebesar 15% dari konsumsi
premium yaitu sebanyak 2.780.000 kL/tahun. Saat ini terdapat 15 pabrik bioetanol di
seluruh Indonesia dengan kapasitas produksi sebesar 360.000 kiloliter etanol per
tahun. Sementara kebutuhan etanol Indonesia mencapai 2,5 juta kiloliter per tahun.
Indonesai masih mengimpor etanol sebesar 1,7 juta kL/tahun. Oleh karena itu,
berdasarkan bahan baku yang tersedia kami berusaha untuk membantu pemerintah
mengurangi import bioetanol sebanyak 3,53% atau sekitar 60.000 kL/tahun.
Tabel 1.1 Produksi Tanaman Ubi Kayu di Seluruh Provinsi
Provinsi Luas Panen (Ha) Produksi (ton) Produktivitas (ton/Ha)
Indonesia 1091946 23627955 21.63839146
Aceh 2861 36491 12.75463125
Sumatera Utara 42915 1322301 30.81209367
Sumatera Barat 5810 240751 41.4373494
Riau 3904 100256 25.68032787
Jambi 2522 36017 14.28112609
Sumatera Selatan 9466 152519 16.11229664
Bengkulu 3805 49205 12.93166886
Lampung 352047 9148597 25.98686255
Bangaka Belitung 1053 18097 17.18613485
Kepulauan Riau 692 7929 11.45809249
-
4
DKI Jakarta 0 0 0
Jawa Barat 99941 2172924 21.74206782
Jawa Tengah 156709 3398454 21.68639963
DI Yogyakarta 61227 942880 15.39974194
Jawa Timur 146472 3209028 21.90881534
Banten 5993 88405 14.75137661
Bali 9305 153299 16.47490596
NTB 4588 60469 13.17981691
NTT 86707 868285 10.01401271
Kalimatan Barat 12952 206413 15.93676652
Kalimantan
Tengah
3971 47548 11.97381012
Kalimantan
Selatan
6450 104992 16.27782946
Kalimantan
Timur
4676 81863 17.50705731
Sulawesi Utara 4711 61328 13.01804288
Sulawesi Tengah 4860 97903 20.14465021
Seulawesi Selatan 23690 460639 19.44444913
Sulawesi
Tenggara
13206 243190 18.41511434
Gorontalo 394 4827 12.25126904
Sulawesi Barat 2429 50631 20.8443804
(BPS,2013)
Dalam 1 hektar lahan perkebunan ketela bisa didapat 21,638 ton, sehingga
total produksi yang akan tersedia di pulau Jawa adalah sebanyak 9.811.691 ton/tahun.
Dengan konversi per 1 ton ketela adalah sebanyak 150 liter bioetanol (Leen
-
5
dkk,2007). Untuk memproduksi bioetanol dengan kapasitas 60.000 kL/tahun
dibutuhkan singkong 400.000 ton/tahun. Lokasi pabrik pembuatan bioetanol
berbahan baku singkong adalah di pulau Jawa tepatnya di kota Banjarnegara, Jawa
Tengah. Kapasitas produksi salah satu pabrik bioetanol berbahan baku singkong
yang telah beroperasi di daerah Jawa Timur adalah sebanyak 14.400 kL/tahun,
sehingga atas referensi tersebut maka desain kapasitas produk yang kami punya
dinilai cukup untuk sebuah pabrik bioetanol beroperasi.
1.3 Bahan Baku dan Produk
1.3.1 Spesifikasi Bahan Baku
Singkong/ Ubi Kayu
Ketela pohon, ubi kayu, atau singkong (Manihot utilissima) adalah
perdu tahunan tropika dan subtropika dari suku Euphorbiaceae. Umbinya
dikenal luas sebagai makanan pokok penghasil karbohidrat dan daunnya
sebagai sayuran. Singkong bisa mencapai 7 meter tinggi, dengan cabang agak
jarang. Akar tunggang dengan sejumlah akar cabang yang kemudian
membesar menjadi umbi akar yang dapat dimakan. Ukuran umbi rata-rata
bergaris tengah 2-3 cm dan panjang 50-80 cm, tergantung dari klon/kultivar.
Bagian dalam umbinya berwarna putih atau kekuning-kuningan. Umbi
singkong tidak tahan simpan meskipun ditempatkan di lemari pendingin.
Gejala kerusakan ditandai dengan keluarnya warna biru gelap akibat
terbentuknya asam sianida yang bersifat meracun bagi manusia.
Umbi ketela pohon merupakan sumber energi yang kaya karbohidrat
namun sangat miskin protein. Sumber protein yang bagus justru terdapat pada
daun singkong karena mengandung asam amino metionina.
Singkong (Manihot utilissima) mengandung karbohidrat cukup tinggi
yaitu sebanyak 30% - 40% dalam 100 gram singkong, dengan demikian
-
6
singkong dapat dipakai sebagai pengganti beras. Pada dasarnya olahan
singkong dalam industri dapat digolongkan menjadi tiga yaitu hasil fermentasi
singkong (tape/peuyem), singkong yang dikeringkan (gaplek) dan tepung
singkong atau tepung tapioka. Tepung tapioka digunakan dalam industri
makanan atau pakan ternak, dekstrin, glukosa (gula). Dekstrin digunakan
dalam industritekstil, industri makanan dan industri kimia seperti etanol dan
senyawa organik lainnya.
Tepung tapioka tersusun atas granula-granula pati berukuran 5-35
mikron,memiliki sifat bieerefringent yang kuat serta tersusun atas 20%
amilosa dan 80% amilopektin sehingga mempunyai sifat mudah mengembang
(swelling) dalam air panas. Pati singkong sangat cepat dikenal dan telah
digunakan secara permanen dalam beberapa industri yang menggunakan pati,
sedangkan jenis pati yang lain kurang mendapat tempat penting. Salah satu
alasan mengapa hal ini terjadi adalah karena sifat pati singkong yang unik.
Pati ini dengan cepat akan tergelatinisasi oleh pemanasan dengan air dan
larutannya setelah pendinginan secara komparatif tetap cair. Selanjutnya,
larutan tersebut secara relatif lebih stabil dalam hal bahwa larutan tersebut
tidah cepat memisah kembali ke bentuk yang tidak larut (insoluble form)
seperti yang terjadi pada pati jagung dan pati kentang (retrogradasi)
(Novan,2012). Kandungan nutrisi dari singkong terdapat pada tabel 1.2
Tabel 1.3 Kandungan Nutrisi Singkong
Nutrisi Kandungan Nutrisi/100 g Singkong
Protein (g) 1,2
Lemak (g) 0,3
Karbohidrat (g) 38
Kalsium (mg) 33
-
7
Besi (mg) 0,7
Fosfor (mg) 40
Vit. B1 (mg) 0,06
(Novan, 2012)
1.3.2 Spesifikasi Produk
Etanol
Etanol atau disebut juga etil-alkohol (C2H6O, C2H5OH) adalah alkohol
yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari hari. Etanol banyak
dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan industri makanan serat
minuman karena sifatnye yang tidak beracun. Etanol tidak berwarna dan tidak
bersa tetapi memiliki bau yang khas.
Tabel 1.3 Spesifikasi Bahan Bakar Bioethanol
Parameter Uji Persyaratan
Kadar Etanol 99,5% - 99,9%
Kadar Metanol 0% - 0,5%
Kadar Cu 0 0,1 mg/kg
Kadar asam asetat 0 30 mg/L
Tampakan Jernig dan terang, tidak ada endapan dan kotoran
Kadar ion klorida (Cl) 0 20 mg/L
Kandungan belerang (S) 0 50 mg/L
Kadar washes gum 0 100 mg/100 ml
(Kementrian ESDM, 2013)
-
8
Sifat fisis etanol sebagai berikut:
Tabel 1.4 Sifat Fisis Etanol
Komposisi Etanol
Rumus Molekul C2H6O
Berat Molekul g/mol 46,7
Sp. Gravity 0,7939
Titik Didih (C) 78,65
Hv (kJ/kg) 845,12
Combustion heat (kJ/kg) -2,68.104
Carbon content (wt.%) 52,3
(Chemical Process Design,2008)
Sifat Kimia Etanol
1). Pelarut senyawa organic
2). Mudah menguap dan terbakar
3). Bila direaksikan dengan asam halida akan menghasilkan alkil halide
dan air.
4). Bila bereaksi dengan asam karboksilat akan membentuk ester dan air.
5). Dehidrogenasi etanol meghasilkan asetaldehid.
Etanol dan alkohol membentuk larutan azeotrop kerena itu pemurnian
etanol dengan cara distiliasi biasa hanya mampu menghasilkan etanol dengan
kemurnian 96%. (Andrew,1976)
Syarat dan Mutu Etanol (SNI 06-3565-1994)
1). Alkohol teknis (96,5%) digunakan untuk kepentingan indusrtri dan
sebagai pelarut bahan bakar.
2). Alkohol murni (96% 96,5%) digunakan untuk kepentingan farmasi.
3). Spiritus (88%) merupakan alkohol terdenaturasi.
-
9
4). Alkohol absolute (99,5% - 99,8%) tidak mengandung air sama sekali,
digunakan untuk kepentingan farmasi dan bahan bakar kendaraan.
Etanol dapat diproduksi secara petrokimia melalui hidrasi etilena ataupun
secara biologis melalaui fermentasi gula dengan ragi (Mills,1987).
Hidrasi Etilena
Etanol yang digunakan untuk kebutuhan industri sering kali dibuat
dari senyawa petrokimia, utamanya adalah melalui hidrasi etilena:
C2H4(g) + H2O(g) CH3CH2OH(l)
Fermentasi
Etanol untuk kegunaan konsumsi manusia (seperti minuman
beralkohol) dan kegunaan bahan bakar diproduksi dengan cara fermentasi.
Spesies ragi tertentu (misalnya Saccharomyces cerevisiae) mencerna gula
dan menghasilkan etanol dan karbon dioksida:
C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2.
Proses membiakkan ragi untuk mendapatkan alkohol disebut sebagai
fermentasi. Konsentrasi etanol yang tinggi akan beracun bagi ragi. Pada
jenis ragi yang paling toleran terhadap etanol, ragi tersebut hanya dapat
bertahan pada lingkungan 15% etanol berdasarkan volume.
Untuk menghasilkan etanol dari bahan-bahan pati, misalnya serealia,
pati tersebut haruslah diubah terlebih dahulu menjadi gula. Dalam
pembuatan bir, ini dapat dilakukan dengan merendam biji gandum dalam
air dan membiarkannya berkecambah. Biji gandum yang beru berkecambah
-
10
tersebut akan menghasilkan enzim amilase. Biji kecambah gandum
ditumbuk, dan amilase yang ada akan mengubah pati menjadi gula.
Untuk etanol bahan bakar, hidrolisis pati menjadi glukosa dapat
dilakukan dengan lebih cepat menggunakan asam sulfat encer,
menambahkan fungi penghasil amilase, atapun kombinasi dua cara
tersebut.
1.4 Lokasi
Pemilihan lokasi pabrik adalah berdasarkan asal ketersediaan bahan baku
singkong,
yaitu di pulau Jawa tepatnya di daerah Jawa Barat (2172924 ton/tahun), Jawa Tengah
(3398454 ton/tahun), Jawa Timur (3209028 ton/tahun), Banten (88405 ton/tahun) dan
D.I. Yogayakarta (942880 ton/tahun), sehingga untuk memudahkan akses daerah
daerah di Jawa, maka kami akan mendirikan pabrik bioetanol ini di kota
Banjarnegara, Jawa Tengah. Banjarnegara merupakan kota penghasil singkong di
Jawa Tengah. Tanaman singkong umumnya banyak ditemukan di kawasan yang
mengalamikesulitan air, seperti kabupaten Banjarnegara dan sekitarnya, dikarenakan
bahan baku yang lebih berat dibandingkan dengan produknya (weight loosing),
sehingga lokasi pabrik harus mendekati bahan baku.
1.5 Pemilihan Proses
Proses proses Produksi Bioetanol dari Singkong
a. Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF)
Pembuatan bioetanol berbahan baku singkong denga proses Separate
Hydrolysis and Fermentation (SHF) terdiri dari beberapa tahap yaitu persiapan
bahan baku, pembuatan slurry, liqufiksi, hidrolisa (saccaryfikasi), fermentasi,
dan pemurnian. Pada proses ini tahap hidrolisa dan fermentasi berlangsung
secara terpisah, keluaran dari proses liquifikasi dihidrolisis terledih dahulu
-
11
kemudian masuk ke fermentor setelah itu dipisahkan. Diagram alir proses SHF
dapat dilihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1 Diagram Alir Proses Separate Hydrolysis and Fermentation
b. Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)
Pembuatan bioetanol berbahan baku singkong denga proses Simultaneous
Saccharification and Fermentation (SSF) terdiri dari beberapa tahap yaitu
persiapan bahan baku, pembuatan slurry, liqufiksi, simultan hidrolisa
(saccaryfikasi) fermantasi, dan pemurnian. Pada proses ini tahap hidrolisa dan
fermentasi berlangsung secara simultan atau besamaan dalam satu wadah.
Setelah slurry melalui tahap liquifikai, keluran dari proses liquifikasi kemudian
masuk ke wadah tempat berlasungnya proses hirolisa dan fermetasi dan
kemudian proses pemisahan. Diagram alir proses SSF dapat dilihat pada gambar
1.2.
Potongan
Singkong
(chips)
Grinding
(proses
penggilingan)
Proses
pembuatan
slurry
Liquifikasi
Hidrolisa
(saccaharifikasi) Fermentasi Distilasi dehidrasi
Etanol
99,5%
-
12
Gambar 1.2 Diagram Alir Proses Simultaneous Saccharification and Fermentation
c. Simultaneous Liquefaction, Saccharification and Fermentation (SLSF)
Pembuatan bioetanol berbahan baku singkong denga proses Simultaneous
Liquefaction, Saccharification and Fermentation (SLSF) terdiri dari beberapa
tahap yaitu persiapan bahan baku, pembuatan slurry, simultan liquifikasi
hidrolisa (saccaryfikasi) fermantasi, dan pemurnian. Pada proses ini tahap
liquifikasi, hidrolisa, dan fermentasi berlangsung secara simultan atau besamaan
dalam satu wadah. Setelah chip digrinding dan dibuat slurry kemudian slurry
masuk ke wadah tempat berlasungnya proses liquifikasi, hirolisa dan fermetasi
dan kemudian proses pemisahan. Diagram alir proses SSF dapat dilihat pada
gambar 1.3.
Potongan
Singkong
(chips)
Grinding
(proses
penggilingan)
Proses
pembuatan
slurry
Liquifikasi
kasi
Hidrolisa (saccaharifikasi) dan
Fermentasi Distilasi dehidrasi
Etanol
99,5%
-
13
Gambar 1.3 Diagram Alir Proses Simultaneous Liquefaction, Saccharification and
Fermentation
Tabel 1.5 Perbandingan Proses proses Produksi Bioetanol
Jenis Proses Kelebihan Kekuranngan
Separate Hydrolysis and
Fermentation (SHF)
Yield tinggi
Biaya opersi lebih
murah
Biaya instalasi
tinggi
Simultaneous Saccharification
and Fermentation (SSF)
Biaya instalasi rendah Yield rendah
Biaya opersai
tinggi
Simultaneous Liquefaction,
Saccharification and
Fermentation (SLSF)
Biaya instalasi rendah Yield rendah
Biaya opersai
tinggi
Berdasarkan kelebihan dan kekurangan masing- masing proses, maka proses
yang paling menguntungkan untuk diaplikasikan pada pabrik bioetanol adalah
proses Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF) karena proses ini
menghasilkan yield yang lebih besar dengan biaya opersi yang rendah.
Potongan
Singkong
(chips)
Grinding
(proses
penggilingan)
Proses
pembuatan
slurry
Liquifikasi,
Hidrolisa
(saccaharifik
asi) dan
Fermentasi
Distilasi dehidrasi Etanol 99,5%