BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 BIOETANOL Bioetanol merupakan etanol yang dibuat dari tanaman [24]. Etanol dapat dibuat dari bahan-bahan pertanian diantaranya bahan-bahan yang mengandung turunan gula, mengandung pati dan mengandung selulosa melalui proses fermentasi [25]. Fermentasi merupakan salah satu cara untuk mengkonversi karbohidrat menjadi etanol dengan bantuan mikroorganisme [26]. Etanol disebut juga etil alkohol dengan rumus kimia C 2 H 5 OH merupakan cairan kimia yang tak berwarna dengan karakteristik lainnya yaitu mudah terbakar, mudah menguap, tidak karsinogenik dan jika terjadi pencemaran tidak memberikan efek yang buruk terhadap lingkungan secara signifikan [27]. Etanol dikategorikan menjadi 2 kelompok utama yaitu etanol 95-96 % v/v disebut etanol hidrat digunakan untuk desinfektan, pelarut serta dijadikan minuman yang berkualitas tinggi dan etanol >99,5 % disebut Ethanol Fuel Grade dan digunakan sebagai bahan bakar [24]. Bioetanol 97 % belum dapat dikatakan FGE namun dapat dijadikan bahan bakar mesin, serta bioetanol 95-99 % dapat dijadikan sebagai bahan substitusi bensin atau premium dengan rasio bensin-bioetanol 90:10 dan dapat menghemat bahan bakar sebesar 12,5-29 % dibandingkan dengan menggunakan bensin murni [28]. Bioetanol yang mudah menguap serta memiliki kalor bakar netto yang tinggi yaitu kira-kira 2/3 dari kalor bakar netto bensin. Etanol juga sangat mudah larut di dalam bensin dengan segala perbandingan sehingga menjadikan campuran tersebut memiliki nilai oktan yang tinggi (angka oktan riset 109 dan angka oktan motor 98) [29]. Oleh karena itu bioetanol dapat dijadikan alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil [24]. Kelebihan bioetanol yaitu bersifat lebih ramah lingkungan dan terbukti hemat dan efisien dalam proses pembakarannya [30]. 7
Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Etanol [31] Sifat Fisika dan Sifat Kimia Berat molekul, g/mol Titik beku, o C Titik didi normal, o C Densitas, g/ml Viskositas (20 o C), mpas (Cp) Panas penguapan normal, J/g Panas pembakaran pada 25 o C, J/g Panas jenis pada 25 o C, J (g o C) Nilai oktan Wujud pada suhu kamar Dicampur dengan natrium Kelarutan dalam air Dapat terbakar Nilai 46,1-114,1 78,32 0,7983 1,17 839,31 29676,6 2,42 106-111 Cair Bereaksi Larut sempurna ya 2.2 NIRA AREN Nira segar diperoleh dari tanaman aren (Arenga pinnata Merr) merupakan minuman alami yang manis dan transparan. Nira diperoleh dengan menekan ganggang dari tanaman aren tersebut. Kemudian puncak dari tangkai diiris sekitar 1-5 mm selama proses penyadapan. Pipa bambu digunakan untuk mengumpulkan getah/nira [32]. Tangkai dapat diiris setiap hari dan disadap sekali atau dua kali setiap hari selama periode aliran getah [14]. Nira yang transparan memiliki kandungan gula 100-144 g/kg dengan ph 7,0-7,4 [33]. Getah atau nira yang dikumpulkan dari pohon tanaman aren mengandung sekitar 10-12 % total gula yang terdiri dari sukrosa, lebih sedikit gula tereduksi, mineral lain dan vitamin [32]. Menurut Pontoh [13] nira segar megandung gula 13,9-14,9%, abu 0,04%, protein 0,2% dan kadar lemak 0,02%.Nira mengandung sukrosa yang melimpah dan sisi kutubnya merupakan rantai asam amino khususnya asparagin dan glutamin [34]. Nira merupakan minuman yang sangat manis dan non alkohol sebelum fermentasi. Namun memiliki tenggang waktu yang sangat singkat dimana setelah 8
4 jam terpapar suhu lingkungan, nira akan terfermentasi menjadi minuman beralkohol yang disebut tuak [32]. Nira adalah salah satu produk tanaman aren (Arenga pinnata Merr) yang bernilai ekonomis [35]. Dimana aren (Arenga pinnata Merr) dapat ditemukan tumbuh liar di hutan primer dan sekunder di Asia tenggara. Aren dapat tumbuh tinggi mencapai 12 meter dan memiliki batang yang tebal, berserat dan berbulu yang ditutupi daun lebat berwarna putih dibagian bawah. Keseluruhan aren tertutup oleh serat hitam yang disebut ijuk [36]. 2.3 FERMENTASI Fermentasi merupakan perubahan kimiawi dari senyawa-senyawa organik oleh enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Mikroorganisme yang berperan dalam proses fermentasi ini terutama dari golongan khamir (yeast), kapang (fungi) dan bakteri [37]. Reaksi fermentasi glukosa menjadi bioetanol ditunjukkan oleh persamaan reaksi di bawah ini: C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 [38] Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil fermentasi antara lain : 1. Nutrisi Merupakan bahan baku yang mengandung nutrien seperti karbohidrat yang menjadi sumber karbon dan nutrien lain seperti protein. Nutrien-nutrien ini berfungsi sebagai penghasil energi bagi mikroba untuk menghasilkan produk pada proses fermentasi. 2. Suhu Suhu akan mempengaruhi lamanya fermentasi. Suhu akan disesuaikan dengan kriteria mikroba yang digunakan. Jika suhu terlalu tinggi akan menyebabkan mikroba mati sehingga proses fermentasi tidak akan berlangsung, sedangkan jika suhu terlalu rendah maka fermentasi akan berlangsung lambat [39]. 3. Derajat Keasaman (ph) Sama halnya seperti suhu, maka ph juga harus dikontrol. ph substrat harus disesuaikan dengan kisaran ph mikroba yang digunakan untuk pertumbuhannya. Biasanya bakteri tumbuh pada ph 4-8, khamir ph 3-6, 9
kapang pada ph 3-7. Dengan mengontrol ph dapat meminimalkan kontaminan [40]. 4. Oksigen Oksigen secara tidak langsung mempengaruhi fermentasi. Secara aerob maka mikroba akan menghidrolisi gula menjadi air dan CO 2, tetapi pada kondisi anaerob gula akan diubah menjadi alkohol dan CO 2. 5. Mikroba Dalam fermentasi alkohol biasanya digunakan khamir karena khamir mampu mengkonversi gula menjadi alkohol karena adanya enzim zimase [39]. Ada beberapa jenis khamir yang digunakan seperti Saccharomyces cerevisiae [41], dry yeast [42], G. thermoglucosidasius [43], dan sebagainya. 2.4 SACCHAROMYCES CEREVISIAE Mikroorganisme yang paling banyak digunakan untuk memproduksi bioetanol adalah ragi, khususnya Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae sering dipilih untuk produksi etanol karena sangat baik dalam melakukan fermentasi dan kemampuannya untuk tumbuh dengan cepat dibawah kondisi anaerobik dan toleransi yang tinggi terhadap etanol [44]. Saccharomyces cerevisiae banyak diaplikasikan pada bioteknologi karena memiliki fitur penting yaitu genomik DNA nya tidak mengandung intron, urutan genom yang telah ditentukan dan teknologi fermentasi cukup berbeda [45]. Salah satu media untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah nira. Nira aren dapat mengalami fermentasi secara alami karena dari asalnya nira aren telah membawa sel ragi yaitu Saccharomyces tuac, Dengan itu Saccharomyces sangat aktif dalam mensintesa gula (glukosa) sehingga menghasilkan alkohol dan CO 2 [46]. 2.5 PUPUK MAJEMUK (NPK) Pupuk manjemuk (NPK) merupakan pupuk anorganik untuk menggantikan pupuk tunggal seperti urea, SP-36, dan KCl. Pupuk NPK sangat efisien dalam meningkatkan unsur hara makro (N, P, dan K) [47]. 10
N, P, dan K merupakan unsur hara essensial bagi tanaman. Penyerapan salah satu unsur ke dalam tubuh tanaman dipengaruhi oleh adanya kecukupan unsur hara lainnya, misalnya nitrogen meningkatkan penyerapan posfor, sedangkan kalium yang tidak tersedia dalam jumlah cukup juga mengakibatkan efisiensi nitrogen dan posfor menjadi rendah [48]. Keuntungan pupuk NPK adalah: 1. Dapat dipergunakan dengan memperhitungkan kandungan zat hara sama dengan pupuk tunggal. 2. Apabila tidak ada pupuk tunggal dapat diatasi dengan pupuk majemuk. 3. Penggunaannya sangat sederhana. 4. Pengangkutan dan penyimpanan pupuk ini menghemat waktu, ruangan dan biaya. 5. Pupuk majemuk ini hampir seluruhnya larut dalam air, sehingga unsur hara yang dikandungnya dapat segera diserap dan digunakan oleh tanaman dengan efektif [47]. Pemberian pupuk ini bertujuan untuk menjaga ketersediaan nutrisi tanaman agar tetap seimbang selama proses pertumbuhannya serta dapat merangsang pertumbuhan tanaman [49]. Pemupukan NPK majemuk merupakan pemberian unsur hara pada tanaman yang efisien dibanding dengan pemupukan tunggal. Tergolong murah dibanding dengan pupuk tunggal [50], mudah dan cepat tersedia [49]. 2.6 POTENSI EKONOMI BIOETANOL DARI NIRA AREN Indonesia memiliki potensi tanaman aren yang cukup besar. Sentra pertanaman aren meliputi 14 provinsi dengan perkiraan total areal seluas 60.482 ha. Menurut Puslitbang Perkebunan Indonesia [51] Jumlah tanaman aren setiap hektar rata-rata 156 pohon. Kalau yang berproduksi 50% dari populasi, maka produksi nira 210.600 liter/ha/tahun dan rata-rata setiap 10 liter nira dapat menghasilkan 3,5 liter etanol. Penggunaan energi di Indonesia terus meningkat seiring dengan pertumbuhan penduduk dan pemanfaatan energi yang kurang baik. Penggunaan bioetanol di Indonesia diharapkan dapat memenuhi kebutuhan energi dalam negeri yang semakin tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan kajian mengenai potensi ekonomi bioetanol dari nira aren. Dalam hal ini akan dilakukan kajian potensi ekonomi 11
yang sederhana. Perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam pembuatan bioetanol yang juga mempengaruhi harga jual bioetanol. Berikut harga komersial bahan baku nira aren dan harga jual bioetanol. Harga nira aren = Rp. 13.333,-/liter Harga bioetanol = Rp. 35.750,-/liter Terlihat perbedaan harga jual bahan baku dan bioetanol yang cukup tinggi tanpa mengaitkan biaya produksi. Maka perlu dilakukan penelitian untuk ini agar dapat meningkatkan nilai ekonomi dari nira aren tersebut. Kebutuhan bahan bakar bioetanol dari bahan nabati yaitu nira aren akan bersaing dengan kebutuhan pangan yaitu gula. Dimana 10-20 liter nira aren akan menghasilkan gula 2-3 kg dengan kisaran harga Rp 15.000-20.000,-/kg [52]. Dilihat dari harga jual bioetanol dan gula merah, produksi bioetanol tampak lebih menguntungkan. Namun saat ini kebutuhan gula dan kebutuhan bahan bakar belum dapat memmenuhi kebutuhan konsumsi skala nasional [53,54], maka nira aren dapat dijadikan alternatif untuk mencukupi/menopang kebutuhan pangan maupun sebagai bahan bakar nabati. 12