Pengertian Energi Biofuel serta Jenis dan Manfaat

Diposting pada

Energi-Biofuel

Pengertian Biofuel

Bahan bakar hayati atau Biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian..Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Ada tiga cara untuk pembuatan biofuel: pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah tangga, limbah industri dan pertanian); fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas (mengandung hingga 60 persen metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester; dan energi dari hutan (menghasilkan kayu dari tanaman yang cepat tumbuh sebagai bahan bakar).


Proses fermentasi menghasilkan dua tipe biofuel: alkohol dan ester. Bahan-bahan ini secara teori dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil tetapi karena kadang-kadang diperlukan perubahan besar pada mesin, biofuel biasanya dicampur dengan bahan bakar fosil. Uni Eropa merencanakan 5,75 persen etanol yang dihasilkan dari gandum, bit, kentang atau jagung ditambahkan pada bahan bakar fosil pada tahun 2010 dan 20 persen pada 2020. Sekitar seperempat bahan bakar transportasi di Brazil tahun 2002 adalah etanol.


Biofuel menawarkan kemungkinan memproduksi energi tanpa meningkatkan kadar karbon di atmosfer karena berbagai tanaman yang digunakan untuk memproduksi biofuel mengurangi kadar karbondioksida di atmosfer, tidak seperti bahan bakar fosil yang mengembalikan karbon yang tersimpan di bawah permukaan tanah selama jutaan tahun ke udara. Dengan begitu biofuel lebih bersifat carbon neutral dan sedikit meningkatkan konsentrasi gas-gas rumah kaca di atmosfer (meski timbul keraguan apakah keuntungan ini bisa dicapai di dalam prakteknya). Penggunaan biofuel mengurangi pula ketergantungan pada minyak bumi serta meningkatkan keamanan energi.


Ada dua strategi umum untuk memproduksi biofuel. Strategi pertama adalah menanam tanaman yang mengandung gula (tebu, bit gula, dan sorgum manis [2]) atau tanaman yang mengandung pati/polisakarida (jagung), lalu menggunakan fermentasi ragi untuk memproduksi etil alkohol. Strategi kedua adalah menanam berbagai tanaman yang kadar minyak sayur/nabatinya tinggi seperti kelapa sawit, kedelai, alga, atau jathropa. Saat dipanaskan, maka keviskositasan minyak nabati akan berkurang dan bisa langsung dibakar di dalam mesin diesel, atau minyak nabati bisa diproses secara kimia untuk menghasilkan bahan bakar seperti biodiesel. Kayu dan produk-produk sampingannya bisa dikonversi menjadi biofuel seperti gas kayu, metanol atau bahan bakar etanol.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Perbedaan Minyak Dan Gas Beserta Penjelasannya


Karakteristik Biofuel

Biofuel merupakan bahan bakar yang berasal dari minyak nabati, baik berupa biodiesel, bioetanol, maupun bio-oil. Biodesel dalam unsur kimianya merupakan alkil ester (metil, etil, isopropyl dan sejenisnya) berasal dari asam-asam lemak, biasanya, biodiesel dihasilkan dari minyak kelapa sawit, minyak biji jarak, dan sebagainya. Biodiesel umumnya dibuat melalui reaksi metabolisis atau etanolisis minyak lemak nabati atau hewani dengan alkohol (metanol/etanol). Karena memiliki sifat fisika dan kimia yang mirip dengan BBM alternatif yang memiliki potensi besar untuk memenuhi sebagian kebutuhan BBM Diesel.


Adapun karakteristik dari biodiesel adalah sebagai berikut :

  1. Menurunkan tingkat opasitas asap
  2. Menurunkan emisi gas buang
  3. Memiliki sifat pelumas yang lebih baik dari BBM fosil
  4. Bila dicampurkan dengan BBM diesel dapat meningkatkan biodegradasibility hingga 500%
  5. Mirip dengan  BBM  diesel,  sehingga  penggunaanya  tidak  memerlukan  modofikasi mesin
  6. Tidak mengandung senyawa aromatik atau nitrogen
  7. Hanya mengandung sulfur dengan kadar kurang dari 15 ppm.
  8. Lebih efisien dalam pembakaran, karena mengandung 11 persen berat oksigen.

Sebagai bahan bakar cair, biodiesel sangat mudah digunakan dan dapat langsung dimasukkan  ke  dalam  mesin  diesel  tanpa  perlu  memodifikasi  mesin. Selain itu, dapat dicampur dengan solar untuk menghasilkan campuran biodiesel yang ber-cetane lebih tinggi. Menggunakan biodiesel dapat menjadi solusi bagi Indonesia untuk mengurangi ketergantungan pada impor bahan bakar solar sebesar 39,7 persen. Biodiesel pun sudah terbukti ramah lingkungan karena tidak mengandung sulfur.


Apabila Biodiesel memiliki banyak kemiripan dengan BBM diesel, lain halnya dengan bioetanol. Bioetanol memiliki banyak kemiripan dengan bensin. Bioetanol dihasilkan dari sumber nabati dari tumbuhan bergula, berselusa, atau berpati seperti tetes tebu, nira, sorgum, nira nipah, singkong, ubi jalar dan lain-lain.


Karateristik bioetanol adalah sebagai berikut :

  1. Memiliki angka oktan yang tinggi
  2. Mampu menurunkan tingkat opasiti asap, emisi partikulat membahayakan kesehatan, serta emisi CO dan CO2
  3. Mirip dengan bensin, sehingga penggunaanya tidak memerlukan modifikasi mesin.
  4. Tidak mengandung senyawa timbal (Pb)

Sebagai salah satu bahan bakar alternatif, gasohol dengan porsi bioetanol hingga 20 persen bisa langsung digunakan pada mesin otomotif berbahan bakar bensin tanpa menimbulkan masalah teknis dan sangat ramah lingkungan. Kadar karbonmonoksida (CO) dari  hasil  uji  pada rpm  2.500,  untuk  gasohol  20 persen tercatat 0,76 persen gas CO, sedangkan premium mencapai angka 3,66 persen dan Pertamax 2,85 persen.


Proses dasar pembuatan etanol dari tumbuh-tumbuhan dalam skala besar adalah dengan menggunakan mikroba (ragi/yeast) yang mampu memfermentasikan gula yang terkandung didalamnya, setelah proses fermentasi terjadi, gula kemudian mengalami proses distilasi, dehidrasi dan denaturisasi sebagai tahap akhir, namun demikian ada beberapa jenis tanaman yang memerlukan proses tambahan pada saat fermentasi, yaitu proses hidrolisasi agar gula dapat berubah menjadi karbohidrat.


Krisis bahan bakar yang sejak lama telah diprediksi membuat sejumlah peneliti, dengan kondisi seperti ini hasil penelitiannya yang bertahun-tahun dapat dikembangkan. Balai Besar Teknologi Industri Pati (B2TP) BPPT telah mengembangkan Gasohol BE-10 untuk bahan bakar bensin. Etanol berasal dari alkohol yang strukturnya sama dengan bir atau minuman anggur. Untuk membuat alkohol dilakukan melalui proses fermentasi dari bahan baku tumbuhan yang mengandung karbohidrat tinggi, seperti ketela pohon.


Banyak ragam jenis energi yang dapat masuk kategori biofuel misalnya, biomassa, bioenergy dari sampah, minyak goreng bekas, biodiesel, bioalcohols, biogas (yang menafaatkan kotoran hewan maupun manusia), solid biofuels, syngas (synthetic gas-gas buatan) dan masih banyak lagi jenisnya.


Sedangkan bio-oil adalah biofuel yang berasal dari minyak nabati (straight vegetable oil) dan biomass yang diproses secara termokimia melalui pencairan langsung atau pirolisis cepat. Biomassa berasal dari sisa metabolisme makhluk hidup, limbah industri atau rumah tangga yang dapat  di  daur ulang,  misalnya kayu,  gabah  jerami, kotoran hewan bahkan sisa-sisa makanan. Bio-oil dapat juga digunakan sebagai pengganti minyak tanah dan minyak bakar.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Reaksi Kimia


Jenis – Jenis Biofuel

  • Energi Bahan Bio dari Limbah

Penggunaan limbah biomassa untuk memproduksi energi mampu mengurangi berbagai permasalahan manajemen polusi dan pembuangan, mengurangi penggunaan bahan bakar fosil, serta mengurangi emisi gas rumah kaca.Uni Eropa telah mempublikasikan sebuah laporan yang menyoroti potensi energi bio yang berasal dari limbah untuk memberikan kontribusi bagi pengurangan pemanasan global. Laporan itu menyimpulkan bahwa pada tahun 2020 nanti 19 juta ton minyak tersedia dari biomassa, 46% dari limbah bio: limbah padat perkotaan, residu pertanian, limbah peternakan, dan aliran limbah terbiodegradasi yang lain.


Tempat penampungan akhir sampah menghasilkan sejumlah gas karena limbah yang dipendam di dalamnya mengalami pencernaan anaerobik.Secara kolektif gas-gas ini dikenal sebagai landfill gas (LFG) atau gas tempat pembuangan akhir sampah.Landfill gas bisa dibakar baik secara langsung untuk menghasilkan panas atau menghasilkan listrik bagi konsumsi publik.Landfill gas mengandung sekitar 50% metana, gas yang juga terdapat di dalam gas alam.


Biomassa bisa berasal dari limbah materi tanaman.Gas dari tempat penampungan kotoran manusia dan hewan yang memasuki atmosfer merupakan hal yang tidak diinginkan karena metana adalah salah satu gas rumah kaca yang potensil pemanasan globalnya melebihi karbondioksida.Frank Keppler dan Thomas Rockmann menemukan bahwa tanaman hidup juga memproduksi metana CH4.


Proses pembuatan baku limbah buah papaya

Peralatan yang dibutuhkan:

  1. Mesin parut untuk menghancurkan buah. Kalau mesin parut susah didapat, bisa juga pakai manual dengan cara ditumbuk.
  2. Drum atau bak untuk menampung bahan baku.
  3. Drum atau bak fermentasi
  4. Timbangan kecil. Bisa pakai timbangan kue.
  5. Ethanol meter. Kalau alat ini perlu dibeli di kota. Biasanya ada di toko-toko yang menjual alat-alat laboratorium.
  6. Distilator. Alat ini harus dipesan ke produsennya.Sesuaikan kapasitas distilator dengan kapasitas produksi ethanolnya.
  7. Peralatan pendukunh lainnya, seperti: ember, gayung, parang, dan lain-lain.

Bahan-bahan

  • Limbah buah, jelas ini adalah bahan baku utamanya.
  • Ragi roti. Bisa pakai ragi roti yang banyak dijual di toko yang menjual bahan baku kue/roti.
  • Urea dan NPK (15-15-15), untuk nutrisi tambahan ragi.

Resep Bahan

  1. Ragi = 0.5% x kadar gula x volume sari buah
  2. Urea = 0.5% x kadar gula x volume sari buah
  3. NPK = 0.2% x kadar gula x volume sari buah

Sebagai contoh kadar gula sari buah adalah 10%, maka untuk setiap 1 drum volume 200 liter penambahan bahan-bahannya adalah:

  • 100 gr Ragi
  • 100 gr Urea
  • 40 gr NPK

Cara pembuatan

  1. Buah dihancurkan terlebih dahulu dengan menngunakan parutan atau ditumbuk.
  2. Masukkan Urea & NPK ke dalam drum dan dicampur hingga merata.
  3. Encerkan yeast dengan air hangat-hangat kuku, diaduk sampai muncul buihnya.
  4. Masukkan ragi ke dalam sari buah dan diaduk sampai tercampir merata.
  5. Campuran ragi roti dan NPK harus diaduk sampai tercampur merata.
  6. Sari buah difermentasi minimal selama 72 jam atau 3 hari, sampai tidak muncul buihnya lagi.
  7. Sari buah diperas dan diambil airnya.
  8. Air perasan ini kemudian didistilasi untuk mendapatkan ethanol.

  • Minyak sayur

Minyak sayur dapat digunakan sebagai makanan atau bahan bakar; kualitas dari minyak dapat lebih rendah untuk kegunaan bahan bakar.Minyak sayur dapat digunakan dalam mesin diesel yang tua (yang dilengkapi dengan sistem injeksi tidak langsung, tapi hanya dalam iklim yang hangat.Dalam banyak kasus, minyak sayur dapat digunakan untuk memproduksi biodiesel, yang dapat digunakan kebanyakan mesin diesel bila dicampur dengan bahan bakar diesel konvensional. MAN B&W Diesel, Wartsila dan Deutz AG menawarkan mesin yang dapat digunakan langsung dengan minyak sayur. Minyak sayur bekas yang diproses menjadi biodiesel mengalami peningkatan, dan dalam skala kecil, dibersihkan dari air dan partikel dan digunakan sebagai bahan bakar.

Siklus pengolahan minyak bekas


  • Biodiesel

Biodiesel merupakan biofuel yang paling umum di Eropa.Biodiesel diproduksi dari minyak atau lemak menggunakan transesterifikasi dan merupakan cairan yang komposisinya mirip dengan diesel mineral.Nama kimianya adalah methyl asam lemak (atau ethyl) ester (FAME).Minyak dicampur dengan sodium hidroksida dan methanol (atau ethanol_ dan reaksi kimia menghasilkan biodiesel (FAME) dan glycerol. 1 bagian glycerol dihasilkan untuk setiap 10 bagian biodiesel.


Biodiesel dapat digunakan di setiap mesin diesel kalau dicampur dengan diesel mineral.Di beberapa negara produsen memberikan garansi untuk penggunaan 100% biodiesel.Kebanyakan produsen kendaraan membatasi rekomendasi mereka untuk penggunaan biodiesel sebanyak 15% yang dicampur dengan diesel mineral.Di kebanyakan negara Eropa, campuran biodiesel 5% banyak digunakan luas dan tersedia di banyak stasiun bahan bakar.


Di AS, lebih dari 80% truk komersial dan bis kota beroperasi menggunakan diesel. Oleh karena itu penggunaan biodiesel AS bertumbuh cepat dari sekitar 25 juta galon per tahun pada 2004 menjadi 78 juta galon pada awal 2005. Pada akhir 2006, produksi biodiesel diperkirakan meningkat empat kali lipat menjadi 1 miliar galon.


Manfaat Keuntungan Pemakaian Biodiesel

  1. Dihasilkan dari sumber daya energi terbarukan dan ketersediaan bahan bakunya terjamin
  2. Cetane number tinggi (bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar berdasar sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin)
  3. Viskositas tinggi sehingga mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik daripada solar sehingga memperpanjang umur pakai mesin
  4. Dapat diproduksi secara lokal
  5. Mempunyai kandungan sulfur yang rendah
  6. Menurunkan tingkat opasiti asap
  7. Menurunkan emisi gas buang
  8. Pencampuran biodiesel dengan petroleum diesel dapat meningkatkan biodegradibility petroleum diesel sampai 500 %

Proses pembuatan biodesel mempunyai Senyawa utamanya adalah ester. Ester mempunyai rumus bangun sebagai berikut :

Rumus bangun ester

Biodiesel dapat dibuat dari transesterifikasi asam lemak.Asam lemak dari minyak lemak nabati direaksikan dengan alkohol menghasilkan ester dan produk samping berupa gliserin yang juga bernilai ekonomis cukup tinggi.


Biodiesel telah banyak digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar. Bahan baku biodiesel yang dikembangkan bergantung pada sumber daya alam yang dimiliki suatu negara, minyak kanola di Jerman dan Austria, minyak kedelei di Amerika Serikat, minyak sawit di Malaysia, dan minyak kelapa di Filipina Indonesia mempunyai banyak sekali tanaman penghasil minyak lemak nabati, diantaranya adalah kelapa sawit, kelapa, jarak pagar, jarak, nyamplung, dan lain-lain. Beberapa tanaman yang potensial untuk bahan baku biodiesel dapat dilihat pada Tabel di bawah.

tanaman yang potensial untuk bahan baku biodiesel


Agar dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar, biodiesel harus mempunyai kemiripan sifat fisik dan kimia dengan minyak solar.Salah satu sifat fisik yang penting adalah viskositas.Sebenarnya, minyak lemak nabati sendiri dapat dijadikan bahan bakar, namun, viskositasnya terlalu tinggi sehingga tidak memenuhi persyaratan untuk dijadikan bahan bakar mesin diesel. Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dengan minyak solar disajikan pada Tabel dibawah

Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel


Dibandingkan dengan minyak solar, biodiesel mempunyai beberapa keunggulan.Keunggulan utamanya adalah emisi pembakarannya yang ramah lingkungan karena mudah diserap kembali oleh tumbuhan dan tidak mengandung SOx. Perbandingan emisi pembakaran biodiesel dengan minyak solar disajikan dalam Tabel di bawah

Perbandingan emisi pembakaran biodiesel


Selain itu, beberapa keunggulan biodiesel yang lain adalah :

  • Lebih aman dalam penyimpanan karena titik kilatnya lebih tinggi
  • Bahan bakunya terbaharukan
  • Angka setana tinggi

Trigliserida

Minyak atau lemak adalah substansi yang bersifat non soluble di air (hidrofobik) terbuat dari satu mol gliserol dan tiga mol asam lemak.Minyak atau lemak juga biasa dikenal sebagai trigliserida (Sonntag, 1979).Struktur kimia trigliserida disajikan pada Gambar di bawah.

Trigliserida

R1, R2, dan R3 merupakan rantai hidrokarbon yang berupa asam lemak dengan jumlah atom C lebih besar dari sepuluh. Senyawa inilah yang akan dikonversi menjadi ester melalui reaksi transesterifikasi.


Indonesia memiliki banyak sekali tumbuhan penghasil minyak lemak nabati bahan baku produksi biodiesel. Kekayaan alam ini masih belum banyak dikembangkan.Kandungan dan komposisi asam lemak dari berbagai tumbuhan di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Kandungan dan komposisi asam lemak


  • Bioethanol

Alkohol yang diproduksi secarai biologi, yang umum adalah ethanol, dan yang kurang umum adalah propanol dan butanol, diproduksi dengan aksi mikroorganisme dan enzym melalui fermentasi gula atau starch, atau selulosa.Biobutanol seringkali dianggap sebagai pengganti langsung bensin, karena dapat digunakan langsung dalam mesin bensin.


Butanol terbentuk dari fermentasi ABE (aseton, butanol, etanol) dan eksperimen modifikasi dari proses tersebut memperlihatkan potensi yang menghasilkan energi yang tinggi dengan butanol sebagai produk cair. Butanol dapat menghasilkan energi yang lebih banyak dan dapat terbakar “langsung” dalam mesin bensin yang sudah ada (tanpa modifikasi mesin).Dan lebih tidak menyebabkan korosi dan kurang dapat tercampur dengan air dibanding ethanol, dan dapat didistribusi melalui infrastruktur yang telah ada. Dupont dan BP bekerja sama untuk menghasilkan butanol.


Bahan bakar etanol merupakan biofuel paling umum di dunia, terutama bahan bakar etanol di Brasil. Bahan bakar alkohol diproduksi dengan cara fermentasi gula yang dihasilkan dari gandum, jagung, bit gula, tebu, molasses dan gula atau amilum yang dapat dibuat minuman beralkohol (seperti kentang dan sisa buah, dll). Produksi etanol menggunakan digesti enzim untuk menghasilkan gula dari amilum, fermentasi gula, distilasi dan pengeringan. Proses ini membutuhkan banyak energi untuk pemanasan (seringkali menggunakan gas alam).


Produksi etanol selulosa menggunakan tanaman non-pangan atau produk sisa yang tak bisa dikonsumsi, yang tidak mengakibatkan dampak pada siklus makanan.


Memproduksi etanol dari selulosa merupakan langkah-tambahan yang sulit dan mahal dan masih menunggu penyelesaian masalah teknis. Ternak yang memakan rumput dan menggunakan proses digestif yang lamban untuk memecahnya menjadi glukosa (gula). Dalam laboratorium ethanol selulosik, banyak proses eksperimental sedang dilakukan untuk melakukan hal yang sama, dan menggunakan cara tersebut untuk membuat bahan bakar ethanol.


Beberapa ilmuwan telah mengemukakan rasa prihatin terhadap percobaan teknik genetika DNA rekombinan yang mencoba untuk mengembangkan enzym yang dapat memecah kayu lebih cepat dari alam, makhluk mikroskopik tersebut dapat tidak sengaja terlepas ke alam, tumbuh secara eksponensial, disebarkan oleh angin, dan pada akhirnya menyebabkan kerusakan struktur seluruh tanaman, yang dapat mengakhiri produksi oksigen yang dilepaskan oleh proses fotosintesis tumbuhan.


Ethanol dapat digunakan dalam mesin bensin sebagai pengganti bensin; ethanol dapat dicampur dengan bensin dengan persentase tertentu.Kebanyakan mesin bensin dapat beroperasi menggunakan campuran ethanol sampai 15% dengan bensin.Bensin dengan ethanol memiliki angka oktan yang lebih tinggi, yang berarti mesin dapat terbakar lebih panas dan lebih efisien.


Bahan bakar etanol memiliki BTU yang lebih rendah, yang berarti memerlukan lebih banyak bahan bakar untuk melakukan perjalan dengan jarak yang sama. Dalam mesin kompresi-tinggi, dibutuhkan bahan bakar dengan sedikit ethanol dan pembakaran lambat untuk mencegah pra-ignisi yang merusak (knocking).


Ethanol sangat korosif terhadap sistem pembakaran, selang dan gasket karet, aluminium, dan ruang pembakaran.Oleh karena itu penggunaan bahan bakar yang mengandung alkohol ilegal bila digunakan pesawat.Untuk campuran ethanol konsentrasi tinggi atau 100%, mesin perlu dimodifikasi.


Ethanol yang meyebabkan korosif tidak dapat disalurkan melalui pipa bensin, oleh karena itu diperlukan truk tangki stainless-steel yang lebih mahal, meningkatkan konsumsi biaya dan energi yang dibutuhkan untuk mengantar ethanol ke konsumen. Banyak produsen kendaraan sekarang ini memproduksi kendaraan bahan bakar fleksibel, yang dapat beroperasi dengan kombinasi bioethanol dan bensin, sampai dengan 100% bioethanol.


Alkohol dapat bercampur dengan bensin dan air, jadi bahan bakar etanol dapat tercampur setelah proses pembersihan dengan menyerap kelembaban dari atmosfer. Air dalam bahan bakar ethanol dapat mengurangi efisiensi, menyebabkan mesin susah dihidupkan, menyebabkan gangguan operasi, dan mengoksidasi aluminum (karat pada karburator dan komponen dari besi).


Proses pembuatan bioethanol

Produksi ethanol/bioethanol (atau alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat dan tetes menjadi bioethanol ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Konversi Bahan Baku Tanaman Yang Mengandung Pati Atau Karbohidrat Dan Tetes Menjadi Bio-Ethanol

Konversi Bahan Baku Tanaman Yang Mengandung Pati

lukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam dan Hydrolisa enzyme. Berdasarkan kedua jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa enzyme lebih banyak dikembangkan, sedangkan hydrolisa asam (misalnya dengan asam sulfat) kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan dengan hydrolisa enzyme.


Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi 1 dan 2.

H2O
(C6H10O5)n —————————-N C6H12O6 (1)
enzyme
(pati) ———————————— (glukosa)
(C6H12O6)n —————————-2 C2H5OH + 2 CO2. (2)
yeast (ragi)
(glukosa) ——————————– (ethanol)


1. Persiapan Bahan Baku
Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya.


Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah dikupas dan dibersihkan dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik.


2. Liquifikasi dan Sakarifikasi
Kandungan karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula komplex (dextrin).Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup.


Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut :

  • Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase bekerja.
  • Pengaturan pH optimum enzim.
  • Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang dihasilkan).

3. Fermentasi
Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27 s/d 32 derajat celcius selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara anaerob).


Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak terkontaminasi oleh mikroba lainnya. Dengan kata lain,dari persiapan baku,liquifikasi,sakarifikasi,hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan. Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2. Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10 % ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi itu sendiri dan mematikan aktifitasnya.


4. Distilasi.
Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 95 derajat celcius. Uap ethanol didalam distillator akan dialirkan kebagian kondensor sehingga terkondensasi menjadi cairan ethanol. Kegiatan penyulingan ethanol merupakan bagian terpenting dari keseluruhan proses produksi bioethanol. Dalam pelaksanaannya dibutuhkan tenaga operator yang sudah menguasai teknik penyulingan ethanol.Selain operator, untuk mendapatkan hasil penyulingan ethanol yang optimal dibutuhkan pemahaman tentang teknik fermentasi dan peralatan distillator yang berkualitas.


Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :

  1. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional). Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20 s/d 30 %.
  2. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat). Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai 90-95 % melalui 2 (dua) tahap penyulingan.

5. Dehidrasi
Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau disebut ethanol kering. Untuk pemurnian ethanol 95 % diperlukan proses dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain : 1. Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping 2. Cara Fisika ditempuh melalui proses penyerapan menggunakan Zeolit Sintetis. Hasil dehidrasi berupa ethanol berkadar 99,6-99,8 % sehingga dapat dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak digunakan sebagai bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses pemurnian ini disebut Dehidrator.


6. Hasil samping penyulingan ethanol.
Akhir proses penyulingan (distilasi) ethanol menghasilkan limbah padat (sludge) dan cair (vinase). Untuk meminimalisir efek terhadap pencemaran lingkungan, limbah padat dengan proses tertentu dirubah menjadi pupuk kalium,bahan pembuatan biogas,kompos,bahan dasar obat nyamuk bakar dan pakan ternak. Sedangkan limbah cair diproses menjadi pupuk cair.Dengan demikian produsen bioethanol tidak perlu khawatir tentang isu berkaitan dengan dampak lingkungan.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Energi


Produk Dari BioFuel

Bio-Ethanol

digunakan sebagai pengganti BBM (Gasoline) pada transportasi, dengan target 10%. Bahan bakunya adalah dari Sugar cane (Tanaman Tebu) dan Cassava (Ubi Kayu).


Bio-Diesel

akan menjadi pengganti Bahan Bakar Diesel (Solar) yang akan digunakan untuk Transportasi (10%) dan Power Plant (50%). Bahan Bakunya adalah dari Kelapa Sawit dan jarak Pagar.


Bio-Oil

Bio-Oil mempunyai 3 turunan yaitu:

  1. Bio-Kerosin
    sebagai pengganti Minyak Tanah di rumah tangga (10%) dengan berbahan baku Kelapa Sawit dan Jarak Pagar
  2. Bio-Oi
    sebagai pengganti Automotive Diesel Oil (ADO) untuk transportasi (10%) dan Power Plant (10-50%), dan Bio-Oil sebagai pengganti Industry Diesel Oil (IDO) untuk Transportasi Laut dan Kereta Api (10%), juga bahan baku yang sama dengan Bio-Kerosin.
  3. Bio-Oil
    sebagai pengganti Minyak Bakar (Fuel Oil) untuk Industry sebanyak 50%. Bahan baku nya adalah Kelapa Sawit dan Jarak Pagar.
  4. Bio-Diesel
    sebagai pengganti Bahan Bakar Solar pada Transportasi (10%) dan Power Plant (50%). Bahan bakunya adalah Kelapa Sawit dan Jarak Pagar.

Beberapa Producer Bio-Fuel yang sudah dikenal di Indonesia adalah:

  1. Eterindo Jawa Timur
  2. Molindo Raya
  3. Lampung Destileri
  4. Energi Alternatif Indonesia
  5. Sumi Asih
  6. Platinum
  7. Wilmar Bioenergi Indonesia

Data dari Department ESDM juga menyebutkan sejumlah Power Plant yang sudah menggunakan Biofuel sebagai bahan bakarnya.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Energi Alternatif


Keuntungan dan Kerugian Biofuel

Tidak bisa dipungkiri jika biofuel memiliki keuntungan karena merupakan sumber energi yang bisa diperbaharui (renewable energy resource) jika dibanding BBM fosil. Dengan harga minyak yang tinggi, biofuel mampu menawarkan alternatif yang lebih murah. Tetapi di sisi lain perlu dicermati adalah sisi negatif dari biofuel. Pada awalnya biofuel sering dipercaya sebagai sebagai sumber energi yang rendah polusi (green energy source). Tidak semua jenis biofuel ramah lingkungan. Misalnya, biofuel seperti biodiesel dari kelapa sawit justru meningkatkan emisi CO2 akibat penggundulan hutan terutama di negara tropis seperti Indonesia dan Malaysia.


Jutaan hektar hutan tropis di Sumatera dan Kalimantan punah akibat dikonversi menjadi perkebunan kelapa sawit. Bahkan diperkirakan dari setiap 1 ton minyak kelapa sawit yang diproduksi akan dihasilkan 33 ton CO2 akibat penggundulan hutan, drainase dan pengolahan tanah atau 10 kali lipat dari emisi CO2 per ton bensin. Namun di sisi lain, beberapa pakar meyakini biofuel menimbulkan dampak negatif bagi ketersediaan pangan dan kelestarian lingkungan. Secara umum, jenis bahan bakar alternatif dari bahan nabati tersebut dinamakan Biodiesel (bahan bakar pengganti solar) dan bioetanol (bahan bakar pengganti bensin).


Biofuel juga diduga sebagai salah satu faktor penyebab banyaknya hutan yang gundul dan mengurangi produksi pangan karena lahan-lahan digunakan untuk penanaman tanaman bahan-bahan baku  biofuel.  Penggunaan  lahan  pada  akhirnya  menjadi  pilihan  yang  sulit, karena di satu sisi para petani ingin memenuhi kebutuhan pangan kita dengan hanya mendapatkan keuntungan yang minimal. Di sisi lain, mereka juga ingin mendapatkan keuntungan yang lebih baik dengan menanam tanaman sumber biofuel.


Sehubungan dengan masalah lahan diketahui bahwa Indonesia memiliki sumber daya lahan yang sangat luas untuk pengembangan berbagai komoditas pertanian. Luas daratan Indonesia mencapai 188,20 juta hektar, yang terdiri atas 148 juta hektar lahan kering dan 40,20 juta hektar lahan basah, dengan jenis tanah, iklim, fisiografi, bahan induk (volkan) yang subur dan elevasi yang beragam. Kondisi ini memungkinkan untuk pengusahaan berbagai jenis tanaman. Luas lahan pertanian Indonesia sekitar 70,20 juta hektar dan sebagian besar berupa lahan perkebunan 18,50 juta hektar, tegalan 14,60 juta hektar, lahan tidur 11,30 juta hektar dan sawah 7,90 juta hektar. Perkembangan penggunaan lahan pertanian tidak banyak mengalami perubahan, terutama lahan sawah dan tegalan/humal ladang . Bahkan luas lahan sawah cenderung menurun akibat konversi lahan (Mulyani danLas, 2008) .


Lahan merupakan lingkungan fisik yang meliputi tanah, iklim, relief, hidrologi dan vegetasi, dimana faktor-faktor tersebut mempengaruhi potensi penggunaanya. Termasuk didalamnya adalah akibat-akibat kegiatan manusia (Rayes,2007). Konservasi keanekaragaman hayati sangat sedikit dilakukan sehingga banyak mengakibatkan polusi. Pemanfaatan lahan bukan hutan cukup pantas untuk pengembangan perkebunan dalam meningkatkan produksi yang besar tanpa penebangan hutan (Fitzherbertet.al.,2008).


Keuntungan dari biofuel, misalnya, sebagai salah satu sumber energi yang dapat diperbaharui, mengurangi ketergantungan negara-negara terhadap impor BBM, dapat memperpanjang umur mesin, mengurangi emisi polutan, meningkatkan perekonomian para petani, dan merupakan bahan bakar yang lebih bersih karena emisi CO2-nya dianggap nol. Pro dan kontra tentang biofuel terus berkembang sampai saat ini. Banyak juga orang yang  mengajukan  beberapa  solusi  dalam  mengurangi  dampak  dari  biofuel.  Di  antaranya adalah peran utama pemerintah sebagai regulator sangat penting agar tidak terjadi pemakaian lahan pangan bagi penanaman tanaman bahan baku biofuel. Pemerintah mengupayakan agar lahan yang dipakai sebagai lahan kebun biofuel adalah lahan kritis, bukan hutan atau lahan kebun. Dan jenis tanaman yang dipakai sebagai bahan biofuel adalah bukan tanaman untuk kepentingan pangan.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Minyak Bumi – Pengertian, Proses, Pencarian, Pengolahan, Kegunaan, Jenis, Perusahaan, Kelebihan dan Kekurangan


Manfaat dan Fungsi Biofuel

Fungsi atau manfaat dari biofuel, sebagai salah satu  sumber  energi  yang  dapat diperbaharui, mengurangi ketergantungan negara terhadap impor BBM, dapat memperpanjang umur mesin, mengurangi emisi polutan, meningkatkan perekonomian petani dan merupakan bahan bakar yang lebih bersih karena emisi CO2-nya dianggap nol.


  1. Sebagai bahan bakar cair, biodiesel sangat mudah digunakan dan dapat langsung dimasukkan ke dalam mesin diesel tanpa perlu memodifikasi mesin. Selain itu, dapat dicampur dengan solar untuk menghasilkan campuran biodiesel yang ber-cetane lebih tinggi. Menggunakan biodiesel dapat menjadi solusi bagi Indonesia untuk mengurangi ketergantungan pada impor bahan bakar solar sebesar 39,7 persen. Biodiesel pun sudah terbukti ramah lingkungan karena tidak mengandung sulfur.


  2. Berbagai dampak menguntungkan dapat diperoleh dengan masuknya biofuel sebagai komponen bahan bakar di Indonesia: (i) pengurangan kebutuhan impor bahan bakar minyak secara  nyata  akan  dapat    (ii)  berpotensi  memberikan  pendapatan kepada   masyarakat   dan   berpeluang   menyerap   tenaga   kerja   di   pedesaan   (iii) penanaman tanaman penghasil biofuel untuk menghasilkan biodiesel dan bietanol mampu memperbaiki areal lahan kritis menjadi lahan yang produktif; (iv) berpotensi mengurangi emisi karbon sebanyak 2.636 gram CO2 equivalent untuk setiap pembakaran 1 liter biodiesel, dengan demikian secara global berpotensi untuk mengurangi emisi gas rumah kaca.


  3. Merpertimbangkan banyaknya potensi dampak yang menguntungkan dengan pemakaian biodiesel dan bioetanol sebagai bahan bakar cair di Indonesia, dapatlah direkomendasikan penelitian lanjutan yang meliputi kajian khusus untuk meningkatkan produktivitas penanaman, aspek teknis penggunaan biodiesel dan bioetanol dan mempunyai potensi pasar untuk ekspor biodiesel dan bioetanol.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Eksplorasi Minyak Bumi – Komponen, Waktu, Penggolongan, Geologi, Geofisika, Proses, Jenis, Persumuran, Rig


Biofuel sebagai bahan bakar alternatif

Indonesia sedang giat-giatnya mengembangkan industri biofuel dengan memproduksi biodiesel dan bioetanol. Peranan industri ini semakin penting mengingat kondisi saat ini harga minyak mentah berfluktuasi dan cenderung naik dan ketersediaannya semakin terbatas. Kondisi dan kelangkaan BBM yang kini terjadi hendaknya dijadikan momentum bagi pemerintah  untuk  menyiapkan  kebijakan  yang  mendukung  penggunaan  biodiesel  dan bioetanol.


Biodiesel dibuat dari minyak nabati seperti minyak kelapa sawit, kelapa, jarak pagar, kapok, nyamplung dan sebagainya. Sedangkan bioetanol dibuat dari bahan-bahan bergula atau berpati seperti tetes tebu, nira sorgum, nira nipah, singkong, ganyong, ubi jalar dan tumbuhan  lainnya.  Peranan  kedua  jenis  bahan  bakar  alternatif  itu  ke  depan  akan  sangat penting dalam mengatasi masalah krisis energi di Indonesia. Selain mendukung mekanisme pembangunan bersih, sebagaimana dicanangkan dalam Protokol Kyoto, pemanfaatan kedua bahan bakar hayati itu juga akan meningkatkan perekonomian Indonesia.


Apabila pengurangan 720 ribu kilo liter impor solar untuk digantikan biodiesel dilaksanakan, maka akan dibutuhkan lahan sedikitnya 200 ribu hektar perkebunan dan akan menyerap tenaga kerja sebanyak 65 ribu orang di perkebunan dan lima ribu orang di pabrik. Dengan asumsi harga solar 30 sen dolar AS per liter, devisa sebesar 216 juta dolar AS (Rp 2 triliun) akan bisa dihemat. Sementara untuk bioetanol, jika 2 persen konsumsi premium disubsitusi dengan bioetanol, maka akan dibutuhkan sekira 420 ribu kiloliter bioetanol. Ini akan membutuhkan sekira 2,5 juta singkong yang dihasilkan dari 90 ribu hektar kebun dan akan menyerap tenaga kerja sebanyak 650 ribu orang di perkebunan dan seribu orang di pabrik. Jadi, devisa sebesar 126 juta dolar AS (Rp 1,16 triliun) akan bisa dihemat dari pengurangan impor premium, dengan asumsi harga premium impor 30 sen dolar AS per liter.


Penggunaan  biodiesel  sebagai  bahan  bakar  alternatif  nantinya  akan  memberikan banyak benefitas bagi bangsa ini. Apalagi, sumber daya hayati di Indonesia begitu berlimpah sehingga tidak akan kehabisan bahan baku. Jenis energi terbarukan ini memiliki sumber daya energi yang secara alamiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik. Misalnya, panas bumi, biofuel, aliran sungai, panas surya, angin, ombak laut dan suhu kedalaman  laut.  Seperti  diketahui,  biofuel  didapatkan  dari  minyak  nabati  seperti  minyak kelapa sawit atau CPO (Crude Palam Oil) dan minyak pohon jarak pagar atau CJCO (Crude Jatropha Curcas Oil), minyak nyamplung, biogas yang dapat dihasilkan dari hasil fermentasi dari kotoran hewan, manusia dan tanaman gulma lainnya seperti eceng gondok, kayambang, dan lain-lain.


Mengingat pada saat ini bahan baku biofuel banyak yang berasal dari tanaman jagung, tebu dan kelapa sawit, maka sementara pengamat beranggapan bahwa pengembangan biofuel telah menimbulkan dampak negatif, yaitu berkurangnya lahan pertanian pangan dan kenaikan harga pangan. Padahal kebutuhan pangan meningkat seiring peningkatan jumlah penduduk dan kemajuan pola makan negara-negara besar seperti China dan India. Sungguh amat disayangkan jika untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar yang murah dan ramah lingkungan bagi negara maju di belahan bumi Utara, negara-negara berkembang di belahan bumi selatan menjadi korban akibat krisis pangan.


Sejalan dengan itu, keamanan pangan (food security) merupakan salah satu dari 3 (tiga)  target utama pembangunan pertanian di Indonesia. Dua lainnya  adalah  kenaikan pendapatan  petani (increase farmers income)  dan  pembangunan  agribisnis  (agribusiness development). Keamanan pangan menjadi isu penting di Indonesia yang harus diwujudkan dalam program pembangunan untuk memenuhi persediaan pangan atau hal lain misalnya energi. Lima komoditas telah dicanangkan dalam program keamanan pangan ini yaitu (1) padi, (2) jagung, (3) kedelai, (4) gula dan (5) daging. Padi adalah komoditas utama yang pernah dikembangkan sangat intensif dan telah menghasilkan swasembada pangan tahun 1984. Target swasembada pangan untuk jagung, kedelai, gula dan daging secara berturut- turut ditetapkan tercapai pada tahun 2008, 2010, 2012 and 2010.


Sumberdaya pertanian berpotensi besar untuk mendukung kebutuhan akan energi (biogas, biofuel, biodiesel), untuk maksud konservasi dan kelestarian lingkungan (kompos, bio-fertilizer, bio-urine) dan untuk tujuan utama keamanan pangan (food security) itu sendiri. Oleh karena pangan dan energi menjadi isu penting dalam skala global, pembangunan pertanian juga harus dipercepat untuk mencapai maksud tersebut dengan tetap menjaga kelestarian kondisi lingkungan.


Sumber daya pertanian yang terdiri dari bahan pangan (crop) limbah pertanian dan kotoran hewan dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Limbah pertanian dan kotoran hewan dapat diproses menjadi pupuk organik atau kompos yang sangat berguna untuk meningkatkan kesuburan tanah dan menjaga keberadaan air untuk tanaman karena bahan organic meningkatkan kemampuan dalam penahanan air tanah (soil water holding capacity). Kotoran hewan juga berpotensi untuk dikembangkan menghasilkan biogas yaitu merupakan energi alternatif.


Dalam mengantisipasi adanya dampak-dampak negatif terhadap tanaman sebagai pangan dan sebagai sumber/bahan energi maka ada beberapa hal yang bisa dilakukan.

  1. Perlu regulasi yang jelas terhadap jenis-jenis biofuel apa saja yang menjadi prioritas. Dalam produksi biofuel berbasis bioproses, bahan baku harus bukan bahan pangan, misalnya cellulosic material (sisa sawmill, jerami, batang padi, dan sejenisnya). Proses pembuatannya menggunakan teknologi fermentasi dengan penggunaan jenis mikroorganisme yang unggul. Adapun produk biofuel harus yang memiliki kandungan energi tinggi, misalnya butanol. Dalam produksi biofuel yang berbasis non-bioproses, biodiesel dari minyak jarak yang juga merupakan pilihan menarik.
  2. Perlu analisis antara biofuel dengan biodiversity guna mencegah kerusakan lingkungan
  3. Pemerintah harus memperkuat proteksi terhadap pertanian nasional.
  4. Di samping biofuel, pemerintah juga perlu mengembangkan produksi energi alternatif seperti energi surya dan geothermal.

Daftar Pustaka

  • Fitzherbert, E. B., M. J . Struebig, A . Morel, FDanielsen,C . A.Bruhl, P. F . Donald and B.Phalan. 2008. How will oil palm expansion affect biodiversity?Journal Trends in Ecology and Evolution.
  • Kardono “Teknologi Road Map Teknologi Rekayasa Atmosfir (Global Warming) 2007-2014” Rapat Koordinasi BPPT 2008.
  • Mulyani, A. Dan I. Las. 2008. Potensi Sumber Daya Lahan dan Optimalisasi Pengembangan Komoditas Penghasil Bioenergi di Indonesia. Jurnal IStbang Pertanian.
  • Rayes, M . L., 2007. Metode Inventarisasi Sumber Daya lahan, Penerbit Andi Yogyakarta .
  • Unggul, Priyanto (Teknologi Pengembangan Sumberdaya Energi BPPT), “Bahan Bakar Nabati Alternatif Pengganti Bbm Untuk Meningkatkan Ketahanan Suplai Energi Nasional”.
  • Unggul, Priyanto, “Teknologi Road Map Energi Untuk Bahan Bakar 2007-2014” Rapat Koordinasi BPPT 2008.