Produksi Bioethanol dari Ampas Tebu (Baggase)Anna Farida* (21030111120020) dan Dina Nur Azyyati (21030111120017)Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang 50239

Abstrak

Ampas tebu sebagai limbah pabrik gula merupakan salah satu bahan lignoselulosa yang potensial untuk dikembangkan menjadi sumber energi seperti bioetanol. Konversi bahan lignoselulosa menjadi bioetanol mendapat perhatian penting karena bioetanol dapat digunakan untuk mensubstitusi bahan bakar bensin untuk keperluan transportasi. Bahan lignoselulosa, termasuk dari ampas tebu terdiri atas tiga komponen utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol terdiri atas pretreatment, hidrolisis selulosa menjadi gula, fermentasi gula menjadi etanol, dan pemurnian etanol melalui proses distilasi. Etanol yang dihasilkan memiliki kemurnian sekitar 95-96%. Proses pemurnian lebih lanjut akan menghasilkan etanol dengan tingkat kemurnian lebih tinggi (99% / ethanol anhydrous). Ampas tebu dapat menghasilkan 6800-8000 L/ha ethanol.

Department of Chemical Engineering, Diponegoro University, Semarang 2014Keywords: Bioethanol, ampas tebu, bagasse, purifikasiPendahuluanCitation: Farida A, Azyyati DN (2014) Bioethanol Production from Sugarcane Bagasse: AnOverview

Page 7 of 12

Indonesia memiliki banyak pabrik gula tebu, baik yang dikelola oleh negara (PT Perkebunan Nusantara/PTPN) maupunswasta. Data statistik dari Direktorat Jenderal Perkebunan, Kementerian Pertanian menunjukkan bahwa produksi gula meningkat dari tahun ke tahun. Direktorat Jenderal Perkebunan (2009b) juga melaporkan bahwa produksi tebu nasional adalah 33 juta ton/tahun dan saat ini terdapat 58 pabrik gula dengan kapasitas giling total 195.622 ton tebu per hari (TTH). Sementara itu, data P3GI (2010) menunjukkan terdapat 15 perusahaan dengan 62 pabrik gula dengan jumlah tebu yang digiling 29,911 juta ton [18].Proses ekstrasi (pemerahan) cairan tebu menghasilkan produk samping berupa ampas tebu. Dari satu pabrik dapat dihasilkan ampas tebu sekitar 35 40% dari berat tebu yang digiling [1]. Oleh karena ampas tebu yang dihasilkan banyak, maka perlu diolah menjadi produk yang lebih bermanfaat. Salah satu manfaatnya yaitu dapat dijadikan sebagai bahan lignoselulosa yang potensial untuk dikembangkan menjadi sumber energi.Bioethanol adalah ethanol yang bahan utamanya dari tumbuhan dan umumnya menggunakan proses farmentasi. Ethanol atau ethyl alkohol C2H5OH berupa cairan bening tak berwarna, terurai secara biologis (biodegradable), toksisitas rendah dan tidak menimbulkan polusi udara yg besar bila bocor. Ethanol yg terbakar menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air.Ethanol adalah bahan bakar beroktan tinggi dan dapat menggantikan timbal sebagai peningkat nilai oktan dalam bensin. Dengan mencampur ethanol dengan bensin, akan mengoksigenasi campuran bahan bakar sehingga dapat terbakar lebih sempurna dan mengurangi emisi gas buang (seperti karbonmonoksida / CO) [1].Hasil perhitungan menunjukkan bahwa potensi etanol yang dapat dihasilkan berkisar 467112.552 kL/ tahun, dan potensi total untuk seluruh Indonesia 614.827 kL/tahun [18] Hal inilah yang mendasari disusunnya overview mengenai produksi bioethanol dari ampas tebu (bagasse) yang harapannya dapat menjadi salah satu gambaran potensi energi terbarukan yang dapat direalisasikan di Indonesia.Adapun bagan proses produksi bioethanol dari ampas tebu secara garis besar disajikan pada Gambar 1.

Ampas TebuPretreatmentHidrolisisFermentasiPurifikasi BioethanolFisikaKimiaFisiokimiaBiologiAsamThermalEnzymatic

Gambar 1. Bagan Proses Pembuatan Bioethanol dari Ampas Tebu

Proses Pretreatment Ampas TebuLignocellulosic biomassa umumnya terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin. Selulosa secara alami diikat oleh hemiselulosa dan dilindungi oleh lignin. Adanya senyawa pengikat lignin inilah yang menyebabkan bahan-bahan lignoselulosa sulit untuk dihidrolisis. Oleh sebab itu, proses perlakuan awal dan hidrolisis merupakan tahapan proses yang sangat penting yang dapat mempengaruhi perolehan glukosa dan bioetanol.

Pre-treatment processYield of fermentable sugarsInhibitorsChemical recyclingWastesInvestment

Physical

-Mechanical-+++++++

Physio-chemical

-Steam ecplosion+--+++-

-Ammonia fiber explosion (APEX)+/-++--+-

-Carbonic Acid+++++++++

Chemical

-Dilute acid++-----+/-

-Concentrated acid++------

-Alkaline acid++/+++---++

-Wet oxidation+/-+++++

-Organosolv++++--+--

++: very good with regrad to; +: good with regrad to; -:bad with regrad to; --: very bad with regrad to(Inspired from de Bont J A M & Reith J H, The Netherlands, personal communication)

Tabel 1. Kelebihan dan Kekurangan berbagai Jenis Pre-treatment [4]

Perlakuan awal/pretreatment ini dimaksudkan untuk memecah struktur kristalin selulosa dan memisahkan lignin, sehingga mempermudah terurainya selulosa menjadi glukosa. Selain itu, hemiselulosa turut terurai menjadi senyawa gula sederhana, seperti glukosa, galaktosa, manosa, dll. Selanjutnya senyawa-senyawa gula sederhana tersebut yang akan difermentasi oleh mikroorganisme menghasilkan bioethanol.Proses pretreatment ampas tebu (biomassa) yang akan dikonversi menjadi bioethanol dapat diperlakukan secara fisika, kimia, fisiokimia, dan biologi.

1. Perlakuan pendahuluan secara fisikaContoh: pencacahan secara mekanik, penggilingan, dan penepungan untuk memperkecil ukuran bahan dan mengurangi kristalinitas selulosa, dll [1,11]. Preteatment jenis ini cukup efektif dalam memecah lignin, akan tetapi dalam pengaplikasiannya dibutuhkan energy cukup besar, sehingga dapat meningkatkan biaya produksinya [1,12].2. Perlakuan pendahuluan secara kimiaContoh: ozonolisis, hidrolisis asam, hidrolisis alkali, delignifikasi oksidatif, dan proses organosolv, dll [1,11]. Dalam aplikasinya, pretreatment jenis inilah yang paling banyak digunakan karena kelebihannya yang mudah digunakan, efektif, cepat dan tidak membutuhkan energy yang terlalu besar. Namun, apabila senyawa kimia yang digunakan dalam pretreatment ini dipakai secara berlebihan, maka tentunya akan berdampak buruk bagi lingkungan. Hal tersebut dikarenakan, penggunaan senyawa kimia dapat memicu pembentukan senyawa toksik. Senyawa toksik sendiri juga dapat menghambat proses hidrolisis polisakarida pada tahap selanjutnya dalam pretreatment lignin. oleh karena itu, akibat dampak yang ditimbulkan dari penggunaan pretreatment ini, para peneliti mulai tergerak untukmengembangkan metode yang lebih ramah lingkungan [1].a. Hidrolisis Alkali: Pretreatment alkali akan meningkatkan kecernaan selulosa [11]. Tergantung pada katalis yang digunakan, pretreatments alkali dapat dibagi menjadi dua kelompok utama:a. Pretreatments yang menggunakan natrium, kalium, kalsium hidroksida atau;b. Pretreatments yang menggunakan ammonia [3].Contoh Pretreatment ampas tebu dengan menggunakan Alkali Peroksida Proses pretreatment dengan metode alkali peroksida (H2O2) ini dilakukan dengan berbagai konsentrasi dan berbagai variasi lama inkubasi dengan tujuan untuk mendapatkan kondisi yang tepat dalam mendegradasi lignin sehingga diperoleh kadar selulosa yang tinggi.Pretreatment dengan menggunakan H2O2 5% menunjukkan adanya penurunan kadar lignin pada bagas tebu awal sebelum pretreatment dan setelah pretreatme yaitu sebesar 21,11% menjadi 6,39% sehingga diperoleh persentase penurunan kadar lignin sebesar 69,73%. Kadar selulosa bagas tebu juga mengalami peningkatan dari yang semula 33,71% tanpa perlakuan pretreatment menjadi 56,67% setelah pretreatment dengan H2O2 5% dengan peningkatan kadar selulosa sebesar 68,11% sehingga lebih efektif memutus ikatan ester diantara lignin menjadi partikel yang lebih kecil [2].b. Hidrolisis AsamHidrolisis asam dapat dibagi dalam dua pendekatan umum:a. berdasarkan konsentrasi asam tinggi pada suhu rendah.b. berdasarkan konsentrasi asam rendah pada suhu tinggi [11].Contoh Pretreatment Bagas tebu dengan Menggunakan Asam Sulfat Proses pretreatment dengan menggunakan asam pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan asam sulfat dengan berbagai konsentrasi dan dilakukan pemanasan untuk mendapatkan waktu yang efektif dalam mendegradasi lignin oleh asam sulfat. Dimana lignin mengalami perubahan pada suhu dan asam yang tinggi. Suhu tinggi akan mempermudah dekomposisi senyawa lignin. Pretreatment menggunanakan asam sulfat menunjukan adanya penurunan kadar lignin pada bagas tebu awal sebelum pretreatment dan setelah pretreatment yaitu 21,11% menjadi 19,36% dengan persentase penurunan kadar lignin sebesar 8,29%. Kadar selulosa bagas tebu juga mengalami peningkatan dari yang semula 33,71% tanpa perlakuan pretreatment menjadi 51,17% setelah perlakuan pretreatment sehingga diperoleh persentase kenaikan kadar selulosa sebesar 51,79% [2].3. Perlakuan pendahuluan secara fisikokimiaContoh: steam explosion, ammonia fiber explosion (AFEX), dan CO2 explosion, dll [11]. Pada pretreatment ini adalah gabungan antara pretreatment fisika dan kimia, di mana memiliki kelebihan yang mirip dengan jenis pretreatment fisika dan kimia yakni, efektif memecah lignin, mudah efektif, dan cepat. Sedangkan kelemahannya memerlukan energy yang cukup besar namun masih di bawah pretreatment fisika. Selain itu, penggunaan senyawa kimianya juga berdampak buruk bagi lingkungan [1,14]. Pada pretreatment contoh metode yang sering digunakan adalah steam explosion.Contoh Pretreatment Bagas tebu dengan Menggunakan SteamPretreatment ampas tebu menggunakan uap jenuh yang dihasilkan oleh boiler listrik, pada temperatur