KESETIMBANGAN ENERGI PADA BUDIDAYA TANAMAN TEBU DAN INDUSTRI GULA THE ENERGY BALANCE IN SUGAR CANE CULTIVATION AND SUGAR INDUSTRY

Transkripsi

1 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 2 Desember 2015 : ISSN KESETIMBANGAN ENERGI PADA BUDIDAYA TANAMAN TEBU DAN INDUSTRI GULA THE ENERGY BALANCE IN SUGAR CANE CULTIVATION AND SUGAR INDUSTRY Adolf Leopold, I Made Agus DS, Dwi Rahmasari Pribadi Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi Jl. Cileduk Raya Kav. 109, Cipulir, Kebayoran Lama, Jakarta Selatan, leopoldsihombing@yahoo.com Abstrak Molase merupakan produk samping dari industri gula yang dimanfaatkan sebagai bahan baku produksi bioetanol. Keberadaan tetes tebu tidak terlepas dari proses yang terjadi pada budidaya tanaman tebu dan proses produksi pada industri gula. Studi ini bertujuan untuk menganalisa kesetimbangan energi berdasarkan masukan dan keluaran energi selama siklus hidup molase dengan menggunakan data yang diperoleh di Balai Besar Teknologi Pati (B2TP), PT. Gunung Madu Plantations (GMP) dan PG Djatiroto. LCA merupakan perangkat yang digunakan untuk melakukan evaluasi dari suatu sistem atau produk berdasarkan keseluruhan siklus hidupnya. Analisa juga akan menghitung net energy ratio (NER) dan net energy production (NEP). Industri gula PG Djatiroto memiliki nilai Net Energy Production (NEP) sebesar ,96 MJ dan nilai Net Energy Ratio (NER) sebesar 1,39. Sedangkan PT. GMP memiliki nilai NEP sebesar ,41 MJ dan nilai NER sebesar 1,88. Surplus energi yang terdapat dalam industri gula dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk listrik maupun integrasi ke pabrik spiritus. Kata kunci : kesetimbangan energi, etanol, tetes tebu Abstract Molasses is a by-product of the sugar industry which has been used as a raw material for bioethanol production. The existence of molasses comes from the processes of sugarcane cultivation and the production processes of sugar industry. The purpose of this study is to evaluate the energy balance based on the input and ouput energy throughout the molasses lifecycle using actual data collected from Balai Besar Teknologi Pati (B2TP), PT. Gunung Madu Plantations (GMP) and PG Djatiroto. LCA is a tool for evaluating a system or product based on its entire lifecycle. The analysis will also calculate the Net Energy Ratio (NER) and Net Energy Production (NEP). PG Djatiroto sugar industry has a Net Energy Production (NEP) value of 12,989, MJ and Net Energy Ratio (NER) of While PT. GMP has a NEP value of 43,699, MJ and NER value of The Surplus energy in sugar industry can be utilized as an energy source either for electricity or integration to ethanol factory. Keywords: energy balance, ethanol, molasses Diterima : 18 Juni 2014, direvisi : 30 Oktober 2015, disetujui terbit : 2 November

2 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 2 Desember 2015 : PENDAHULUAN Produksi dan penggunaan Bahan Bakar Nabati (BBN) sangat mendesak dalam merespon terbatasnya sumber energi fosil dan permasalahan lingkungan. Bahan Bakar Nabati merupakan satu-satunya energi yang dapat disediakan dalam tiga wujud yaitu cair (biodiesel, bioetanol, bio-oil), padat (biomassa) dan gas (biogas) [1]. Salah satu bahan bakar nabati cair yang dikembangkan di Indonesia adalah bioetanol dari sumber pati singkong dan tetes tebu. Keberadaan tetes tebu tidak terlepas dari proses yang terjadi pada budidaya tanaman tebu dan proses produksi pada industri gula. Beberapa dari industri etanol/alkohol yang ada di Indonesia tidak terintegrasi dengan industri gula, sehingga kebutuhan energi untuk produksi etanol/alkohol sebagian masih bergantung pada energi fosil baik dalam bentuk bahan bakar minyak, batubara maupun listrik. Studi mengenai kesetimbangan energi diperlukan guna mendapatkan informasi mengenai besar kebutuhan energi selama tahapan budidaya tanaman tebu hingga proses produksi gula serta kelebihan energi pada industri gula yang berpotensi untuk digunakan pada industri etanol/alkohol apabila dilakukan integrasi mulai dari budidaya tanaman hingga produksi etanol/alkohol. Beberapa studi mengenai kebutuhan energi pada budidaya tanaman tebu dan industri gula telah dilakukan. Karimi (2008) melakukan inventarisasi kebutuhan energi selama budidaya tanaman tebu di Iran. Hasilnya menunjukkan bahwa total kebutuhan energi (input energy) adalah sebesar 148,02 GJ/Ha. Kebutuhan energi ini berasal dari penggunaan bahan kimia, mesin, pemupukan, penggunaan bahan bakar dan listrik [2]. Sedangkan studi yang dilakukan oleh Isaias (2011) di Brazil diperoleh besar nilai input energi sebesar 189,87 MJ/Ha atau 15,18 GJ/Ha [3]. Studi Karimi memberikan nilai yang lebih besar karena telah mempertimbangkan kebutuhan energi listrik untuk pengairan. Tujuan dari studi ini adalah untuk menganalisa kesetimbangan energi pada proses budidaya tanaman tebu dan proses produksi pada industri gula yang menghasilkan produk samping berupa tetes tebu (molase). METODOLOGI Metodologi yang digunakan pada studi ini adalah penakaran daur hidup atau Life Cycle Assessment, (LCA) sebagaimana yang didefinisikan dalam ISO dan yaitu suatu teknik untuk penakaran semua aspek lingkungan dan dampak potensial yang berasosiasi dengan suatu produk. Langkah pertama dalam LCA adalah menetapkan tujuan dan lingkup kegiatan yang akan dianalisis. Pada penelitian ini lingkup kegiatan akan dibatasi mulai dari tahapan budidaya tanaman tebu sampai dengan tahapan proses produksi di industri gula seperti pada Gambar 1. Setelah itu dilakukan inventaris data dan analisis perhitungan penggunaan energi dan emisi CO 2 yang dihasilkan [4,5]. Pengumpulan data dilakukan melalui survei lapangan untuk mendapatkan data seperti kebutuhan energi (steam, listrik dan solar), kebutuhan material (pupuk dan bahan kimia) dan data transportasi. Lokasi pengumpulan data sebagai berikut: a. Data budidaya tanaman tebu : Balai Besar Teknologi Pati dan PT. Gunung Madu Plantations, 96

3 Kesetimbangan Energi Pada Budidaya Tanaman Tebu dan Industri Gula b. Data proses produksi industri gula : PT. Gunung Madu Plantations dan PG Djatiroto. Unsur transportasi dimasukkan dalam perhitungan guna menghitung konsumsi energi selama proses pengangkutan bahan baku dari lahan menuju pabrik. Selanjutnya akan dilakukan perhitungan pemakaian energi dan material pada masing-masing tahapan. Input energi didefinisikan sebagai energi dari lingkungan yang masuk dalam sistem. Energi yang masuk dalam sistem ini dapat berupa energi yang masuk secara langsung maupun tidak langsung seperti steam, diesel, listrik, pupuk, herbisida dan bahan kimia pendukung. Output energi didefinisikan sebagai energi yang dikeluarkan oleh sistem ke lingkungan. Energi yang keluar dari sistem ini didapatkan dari pemanfaatan produk samping seperti bagasse atau ampas tebu [6]. Evaluasi terhadap kesetimbangan energi dilakukan dengan membandingkan total input energi dan output energi dalam sistem. Analisa menggunakan net energy ratio (NER) dan net energy production (NEP) [7]. Satuan unit yang digunakan dalam analisa adalah jumlah kebutuhan energi untuk setiap produk utama dan produk samping. NER dan NEP dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : dimana, EF = output energi produk utama (MJ kg -1 ) atau (MJ ha -1 ) EB = output energi produk samping (MJ kg -1 ) atau (MJ ha -1 ) EI = total input energi (MJ kg -1 ) atau (MJ ha -1 ) HASIL DAN PEMBAHASAN Data perhitungan nilai input energi pada tahapan budidaya tanaman tebu dan proses produksi gula disajikan pada Tabel 1 dan 2. Studi ini menggunakan dua lokasi industri gula yaitu PG Djatiroto dan PT. Gunung Madu Plantations (GMP). Data budidaya tanaman tebu untuk PG Djatiroto diasumsikan sama dengan Bagasse Gambar 1. Batasan Studi 97

4 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 2 Desember 2015 : data dari Balai Besar Teknologi Pati (B2TP) Lampung, berdasarkan asumsi bahwa budidaya tanaman di Djatiroto dan B2TP memiliki input materi yang sama (Pupuk dan Bahan Bakar), walaupun besar jumlah input tergantung pada kondisi lahan. Besar kebutuhan energi sebagai input pada budidaya tanaman tebu berdasarkan data dari Balai Besar Teknologi Pati (B2TP) adalah ,24 MJ/Ha. Apabila mempertimbangkan jumlah produktivitas lahan maka akan diperoleh input energi sebesar 0,245 MJ/kg-tebu. Input energi pada budidaya tanaman tebu berdasarkan data dari PT. Gunung Madu Plantations (GMP) adalah ,97 MJ/Ha. Apabila mengikutsertakan jumlah produktivitas lahan maka akan diperoleh input energi sebesar 0,202 MJ/kg-tebu. Nilai input energi dari budidaya tanaman tebu pada B2TP dan PT GMP berada pada dengan rentang 0,202 0,245 MJ/kg tebu. Nilai ini masih lebih kecil bila dibandingkan dengan input energi untuk tanaman singkong yaitu sebesar 0,435-0,463 MJ/kg-singkong [5]. Nilai input energi pada budidaya tanaman tebu di B2TP dan PT.GMP lebih besar jika dibandingkan dengan studi yang dilakukan oleh Isaias di Brazil [3] yaitu sebesar MJ/kgtebu. Selisih tersebut disebabkan volume Tabel 1. Input Material Proses Produksi Gula di PG Djatiroto Proses/Material Nilai Satuan Energi (MJ) Input Material Produktivitas Lahan ,00 kg/ha Budidaya Tanaman Tebu Urea (CO(NH2)2) ,50 Kg ,00 TSP ,00 Kg ,00 KCl ,00 Kg ,50 Herbisida 568,75 Kg ,25 Solar untuk olah lahan 4.143,75 Kg ,88 Transpotasi kebun-pabrik 4.420,00 Kg Bahan baku tebu ,00 Kg Proses Produksi Gula Listrik ,00 kwh ,00 Solar untuk genset 40,30 Kg 1.748,19 Bagasse untuk boiler ,00 Kg , ,00 Alternatif untuk boiler ,00 Kg Kebutuhan uap 4.080,00 Ton Ca(OH)2 / lime 9.000,00 kg ,00 Belerang 3.600,00 kg 7.560,00 Soda cautic 6.300,00 kg ,00 Flokulan 20,00 kg 400,00 Output Material Gula ,00 kg ,60 Molase ,00 kg ,00 Ampas ,00 kg ,00 Blotong ,00 kg - 98

5 Kesetimbangan Energi Pada Budidaya Tanaman Tebu dan Industri Gula penggunaan pupuk per hektar lahan yang lebih besar. Studi lainnya yang dilakukan oleh Karimi [2] di Iran menunjukkan hasil yang lebih besar yaitu GJ/Ha atau 1.58 MJ/kg-tebu. Akan tetapi Karimi telah memasukkan perhitungan penggunaan energi listrik untuk irigasi (43% dari total input energi). Volume penggunaan pupuk dan herbisida antara B2TP, PT.GMP dan studi oleh Karimi memiliki nilai yang tidak jauh berbeda sekitar 0,165-0,263 MJ/kg-tebu untuk pupuk dan 0,018-0,021 MJ/ kg-tebu untuk herbisida. Akan tetapi konsumsi solar untuk mesin dan transportasi berdasarkan studi Karimi jauh lebih besar yaitu 0,364 MJ/kg -tebu bila dibandingkan B2TP sebesar 0,060 MJ/kg-tebu dan PT.GMP sebesar 0,049 MJ/kgtebu. Besarnya konsumsi solar dipengaruhi oleh luas area kebun dan jarak dari kebun ke pabrik pengolahan (gula). Total input energi pada proses produksi gula di PG Djatiroto sebesar ,02 MJ atau 66,02 MJ/kg gula. Sedangkan total input energi untuk di PT Gunung Madu Plantations (GMP) sebesar ,59 MJ atau 41,31 MJ/kg gula. Kebutuhan energi terbesar pada dua lokasi ini berasal dari penggunaan baggase tebu sebagai bahan bahan boiler untuk menghasilkan listrik dan uap proses. Input energi pada PG Djatiroto lebih besar dibanding PT GMP dikarenakan bahan bakar baggasse digunakan untuk memenuhi kebutuhan uap pada pabrik gula dan pabrik etanol. Pada Tabel 1 dan 2 terlihat bahwa PG Djatiroto dan PT GMP baru memanfaatkan 43% dan 67% dari potensi Tabel 2. Input Material Proses Produksi Gula di PT.GMP Proses/Material Nilai Satuan Energi (MJ) Input Material Produktivitas Lahan ,00 kg/ha Budidaya Tanaman Tebu Urea (CO(NH2)2) ,69 kg ,06 TSP ,46 kg ,49 KCl ,69 kg ,91 Solar untuk olah lahan 3.269,23 kg ,23 Transpotasi kebun-pabrik ,70 kg ,97 Bahan baku tebu ,00 kg Proses Produksi Gula Listrik ,00 kwh ,39 Solar untuk alat berat 616,25 kg , ,00 Bagasse untuk boiler ,00 kg Kebutuhan uap 6.000,00 ton Ca(OH)2 / lime ,00 kg ,00 Belerang ,00 kg ,00 Flokulan 1.700,00 kg ,00 Output Material Gula ,00 kg ,00 Molase ,00 kg ,00 Ampas ,00 kg ,00 Blotong ,00 kg - 99

6 Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 14 No. 2 Desember 2015 : Tabel 3. Profil Sumber Energi pada Industri Gula Material Persentase Penggunaan Bahan Bakar PG DJT 1) GMP 2) Solar 0,01 0,06 Bagasse 51,19 99,94 BB Alternatif 48,81 0,00 Total 100, ) PG Djatiroto 2) PT. Gunung Madu Plantations energi pada bagasse, sehingga masih terdapat selisih potensi energi pada bagasse. Hal ini menunjukkan bahwa industri gula merupakan industri yang surplus energi sehingga sangat dimungkinkan untuk diintegrasikan dengan industri lanjutan seperti etanol/alkohol. Profil sumber energi pada industri gula tersaji pada Tabel 3 berikut. Suplai energi terbesar berasal dari penggunaan biomassa baik bagasse maupun bahan bakar alternatif seperti pellet kayu dan chopstick. Penggunaan solar hanya terbatas pada mesin genset dan alat berat. Perhitungan output energi dari produk hasil proses di industri gula mengacu pada asumsi bahwa setiap produk memiliki kandungan energi masing-masing yang nilainya berbeda seperti pada Tabel 4. Asumsi ini nantinya akan digunakan dalam perhitungan nilai NER dan NEP pada Tabel 5. Terlihat dalam tabel 5, baik PG Djatiroto dan PT GMP memiliki nilai Net Energy Production yang positif yang menunjukkan bahwa industri gula merupakan industri yang surplus energi. Kelebihan energi ini kemudian dapat dimanfaatkan untuk mendukung aktivitas lainnya. Sebagai contoh, PG Djatiroto memanfaatkan kelebihan energi dengan mensuplai energi untuk kebutuhan uap proses di pabrik spiritus. Sedangkan kelebihan energi pada PT. Tabel 4. Asumsi Nilai Kandungan Energi Produk Energi (MJ/kg) Gula [7] 15,5 Tetes Tebu [8] 12,3 Ampas Tebu [9] 19,2 Sumber : [8] Olver, 1989 [9] Bayley, 1983 [10] Ramjeawon, 2008 Tabel 5. Nilai NER dan NEP Industri Gula Industri NER NEP (MJ) PG. Djatiroto ,989, PT. GMP ,699,

7 Kesetimbangan Energi Pada Budidaya Tanaman Tebu dan Industri Gula GMP digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik pada komplek perumahan perkantoran. Kedua hal ini secara tidak langsung ikut mengurangi penggunaan bahan bakar fosil. KESIMPULAN Industri gula PG Djatiroto memiliki nilai Net Energy Production (NEP) sebesar ,96 MJ dan nilai Net Energy Ratio (NER) sebesar Sedangkan PT. GMP memiliki nilai NEP sebesar ,41 MJ dan nilai NER sebesar Tetes tebu sebagai produk samping dari industri gula berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Surplus energi yang terdapat dalam industri gula dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk membangkitkan daya listrik maupun integrasi ke pabrik spiritus. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Puslitbang KEBTKE. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Pimpinan PT. Gunung Madu Plantation (GMP) dan Pimpinan PG. Djatiroto atas kerjasama dalam penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA [1]. Kussuryani, Y., Anwar, C., Aplikasi Sni 7390:2008, Analisis Bioetanol Dan Campurannya Dengan Bensin. [2]. Karimi.M., 2008, Energy Analysis of Sugarcane Production in Plant Farms : A Case Study in Debel Khazai Agro-Industry in Iran, American-Eurasian J Agric and Environ Sci., 4(2): ,2008. [3] Isaias.C., 1998, Green House Gas Emission and Energy Balances in Bio-Ethanol Production and Utilization in Brazil, Biomass and Bioenergy Vol 14, No.1 pp [4]. International Organization for Standardization Organization (ISO) Environmental management-life cycle assessment -Principles and framework. ISO. [5]. International Organization for Standardization Organization (ISO) Environmental management-life cycle assessment -Requirements and guidelines. ISO. [6]. Leopold, A., Kesetimbangan Energi dan Emisi CO 2 Bioetanol Berbahan Baku Pati Singkong, Jurnal Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan, Vol.12 No.2 Desember 2013, ISSN [7]. Kamahara, H., Hasanudin, U., Widiyanto, A., Tachibana, R., Atsuta, Y., Goto, N., Daimon, H., and Fujie, K., Improvement Potential for Net Energy Balance of Biodiesel derived from Palm Oil : A Case from Indonesian Practice. Biomass and Bioenergy. [8]. Olver. M.D., 1989, Sugar as an Energy Source for Growing Ducklings., S.Afr.J.Anim.Sci [9]. Bayley. H.S., 1983, Utilization of Sugar Cane Final Molasses by the Pig:Energy Metabolism, Can.J.Anim.Sci.63: [10]. Ramjeawon. T., 2008, Life Cycle Assessment of Electricity Generation from Bagassein Mauritius, Journal of Cleaner Production 16 (2008) [11]. Joaqium.E., Isaias.C., 2011, Life Cycle Assessment of Brazilian Sugarcane Products: GHG Emissions and Energy Use, Biofuel,Bioprod. Bioref. 5: (2011). 101

8 HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN