Produksi Biobuthanol dengan Proses FermentasiLatar Belakang Proses produksi Aseton-Butanol secara fermentasi merupakan salah satu

proses tertua yang pernah diterapkan di Industri yang dimana Butanol digunakan sebagai bahan baku Butil Asetat sebagai pelarut cat. Namun Butanol juga bisa digunakan sebagai pelarut dalam kosmetik, cairan hidrolik, cairan formulasi, obat obatan, antibiotik, kimia intermediate dalam produksi dan butil akrilat metakrilat, dan tambahan sebagai ekstraktan dalam pembuatan obat-obatan. Tetapi Butanol juga bisa dijadikan sebagai bahan bakar. Butanol ini bisa diolah dengan cara fermentasi biomassa dengan proses ABE ( Aseton-Butanol-Etanol ).Proses ini menggunakan bakteri Clostridium acetobutylicum , juga dikenal sebagai organisme Weizmann. Itu Chaim Weizmann yang pertama kali menggunakan bakteri ini untuk produksi aseton dari pati (dengan penggunaan utama dari aseton sebagai pembuatan mesiu ) pada tahun 1916.

 Jenis alkohol dengan empat atom karbon ini memiliki kandungan energi hampir menyamai premium, yaitu sebesar 29 MJ/liter dengan bilangan oktan 96.Nilai ini jauh di atas bioethanol sebesar 22 MJ/liter.

Keuntungan Biobutanol Dibandingkan Bioethanol Biobutanol memiliki beberapa karakteristik fisika dan kimia lebih

mirip ke bensin.Hal ini menyebabkan tidak perlu membangun infrastruktur baru untuk transportasi. Biobutanol juga tidak larut dalam air seperti bioethanol sehingga tidak mudah menyebabkan korosi.

Biobutanol dapat dicampur dengan bensin dalam kadar bervariasi. Hal yang sama tidak dimungkinkan dengan bioethanol. Campuran bioethanol bensin memiliki kadar bioethanol maksimum 10 %. Lebih daripada itu harus ada modifikasi khusus pada mesin kendaraan bermotor.

Akibat kandungan energi yang tidak jauh berbeda dengan bensin, maka bensin campur biobutanol lebih ekonomis daripada bensin campur bioethanol.

Secara lingkungan biobutanol lebih aman daripada bioethanol karena jika tumpah tidak mudah mencemari air tanah akibat sifatnya yang menolak air.

Kekurangan BiobutanolMudah terbakarMenyebabkan iritasi mataIritasi hidungIritasi tenggorokan

Pembuatan BiobutanolBiobutanol dibuat melalui proses yang dinamakan proses Oxo yang melibatkan reaksi propylene dengan karbon monoksida dan hidrogen dalam katalis yang tepat.

 Reaksi dari proses Oxo ini adalah :

 CH3CH–CH2+CO + H2→CH3CH2CH2CHO +(CH3)2CHCHO

(1) 

CH3CH2CH2CHO + H2→CH3CH2CH2CH2OH (2)

Pengenalan BiobutanolBiobutanol adalah alkohol 4-karbon yang dihasilkan dari bahan baku biomassa yang pada saat ini digunakan sebagai pelarut di Industri. Biobutanol juga banyak dibuat sebagai bahan bakar berupa bensin aditif atau campuran bensin. Biobutanol mempunyai karakteristik yaitu :

Titik Leleh : 89.30CTitk Didih : 117.70CPengapian Tempratur : 350CFlash Point : 3650CMassa Jenis pada 200C : 0.8098 gr/mlTekanan : 48.4 hPaTempratur : 2870CViskositas di 300C : 2.307 cP

Proses Pembuatan Biobutanol dengan Proses Fermentasi ABE

Biobutanol dapat dibuat dengan proses fermentasi biomassa dari substrat seperti biji jagung, alga, bahkan substrat yang mengandung lignin dan selulosa sekalipun dengan menggunakan proses ABE ( aseton butanol etanol ) yang dimana proses ini menggunakan bakteri Clostridium acetobutilycium yang berfungsi untuk memetabolisme gula, asam amino dan organik, polialkohol, dan senyawa organic lainya untuk pelarut butanol. Ataupun juga bisa dengan proses LP Oxo dengan bantuan katalis Rhodium (Rd). 

Proses LP Oxo ini dilakukan dengan mereaksikan propylene dengan hidrogen dan karbon monoksida dengan katalis Rhodium Complex.Reaksinya : CH3CHCH2 + CO + H2 CH3CH2CH2CHO + (CH3)2CH2CHO

 Proses ABE itu sendiri adalah proses fermentasi yang

menggunakan bakteri untuk menghasilkan aseton, n-butanol, dan etanol dari pati. Proses ini dilakukan tanpa adanya oksigen ( anaerobik ) serupa dengan ragi ferment gula untuk memproduksi etanol untuk bahan bakar. Dan peranan dari bakteri Clostridium acetobutilycium yaitu dijelaskan pada skema di bawah ini..

Peranan Mikroba dalam Pembuatan Aseton Butanon Hidrolisa Tongkol Clostridium CH3(CH2)2CH2OH

Jagung acetobutylicum Aseton-Butanol

Hidrolisa Serbuk C. acetibutylicum H3(CH2) 2CH2OH

Kayu Aseon-Butanol Gergaji

Glukosa,Fruktosa C. aurianticum CH3(CH2)2CH2OH

Aseton-Butanol 

Proses ini menghasilkan pelarut dalam rasio 3-6-1, atau 3 bagian aseton, butanol 6 bagian dan 1 bagian etanol dan secara ekonomi bakteri clostridia mampu melakukan metabolism heksosa ( C6H14) dan pentose ( C5H12) melalui glikolisis dan jalur fosfat pentose nonoxidatif. Jalur sintetik Butanol dalam clostridium dimulai dari piruvat seperti yang ditunjukan gambar di bawah ini.

Sugar rich biomass Starch rich biomassLignocellulosic biomass

GrindingGrindingGrinding

Additional pretreatments Cooking

Hydrolysis

Detoxification

FERMENTATION

Product removal and purification

Upstream Proses

Downstream Proses

Tahap Proses ABE ( Aseton Butanol Etanol )

Struktur Selulosa

Gambar skema tujuan pretreatment biomassa lignoselulosa (Mosier, et al., 2005)

Tujuan Proses Pretreatment ini adalah untuk

membuka struktur lignoselulosa agar selulosa menjadi lebih mudah diakses oleh enzim yang memecah polymer polisakarida menjadi monomer gula.

Hidrolisis

Hidrolisis ini dilakukan oleh asam atau perlakuan enzimatik.atau kombinasi dari keduanya.Enzimatik hidrolisis biomassa lignoselulosa dilakukan oleh hemicellulase dan enzim selulase (hidrolisis glikosida).Enzim ini merupakan katalisator alam yang sangat spesifik yang diperoleh dari misalnya coklat, putih dan lembut membusuk jamur.

Faktor utama yang mempengaruhi enzimatik hidrolisis adalah kualitas dan konsentrasi substrat, perlakuan awal metode yang digunakan, loading enzim, aktivitas selulase dan kondisi hidrolisis termasuk pH, suhu dan pencampuran

Detoksifikasi Senyawa Penghambatan

Selama proses pretreatment dan hidrolisis degradasi produk yang tidak diinginkan yang memberi pengaruh negative terhadap hidrolisis enzimatik dan langkah fermentasi .

Penghambat dilepaskan selama degradasi biomassa lignoselulosa meliputi turunan furan(Furfural, 5-hidroksimetil-furfural (5-HMF)) alifatik asam,(Asam asetat, formiat dan levulinic), dan senyawa fenolik.

Downstreaming Proses

Proses ini adalah proses pemulihan butanol yang di contohkan melalui kaldu fermentasi yaitu melalui proses gas stripping. Proses ini adalah proses dimana gas dilewatkan melalui kaldu fermentasi untuk menangkap pelarut.

Perpavorasi

Pervaporasi adalah system pemisahan membran. Tahapan ini sangat bagus karena dapat memulihkan produk fermentasi dari ekstraktan.

Sistem ini didasarkan pada permeasi selektif komponen ABE melalui membran

dalam preferensi air. Para ABE dalam kaldu fermentasi di adsorbsi

ke dalam / ke membran, meresap melalui membran dan 

menguap ke fase uap, dimana setelah uap tersebut terkondensasi untuk mengambil

produk.