BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bahan bakar memiliki peran yang penting dalam kehidupan manusia. Krisis energi yang terjadi di dunia dan peningkatan populasi manusia sangat kontradiktif dengan kebutuhan energi bagi kelangsungan hidup manusia beserta aktivitas ekonomi dan sosialnya. Sejak delapan tahun terakhir, Indonesia mengalami penurunan produksi minyak nasional akibat menurunnya cadangan minyak pada sumur-sumur produksi secara alamiah, kenyataanya dengan pertambahan jumlah penduduk, meningkat pula kebutuhan akan sarana transportasi dan aktivitas industri. Hal ini mengakibatkan harga bahan bakar minyak (BBM) meningkat, dimana kondisi ini akan memicu kenaikan biaya produksi yang berdampak pada kenaikan biaya hidup. Melihat kondisi tersebut, pemerintah telah mengeluarkan Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti BBM (Assegaf, 2009). Kebijakan tersebut telah menetapkan sumber daya yang dapat diperbaharui seperti Bahan Bakar Nabati (BBN) sebagai alternatif pengganti BBM. Bahan bakar berbasis nabati diharapkan dapat mengurangi terjadinya kelangkaan BBM sehingga kebutuhan akan bahan bakar dapat terpenuhi. Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar nabati yang dapat dijadikan alternatif pengganti BBM. Bahan baku pembuatan bioetanol dibagi menjadi tiga kelompok yaitu bahan bersukrosa seperti nira, tebu, nira nipah, nira sorgum manis, nira kelapa, nira aren, dan sari buah mete, bahan berpati (bahan yang mengandung pati) seperti tepung ubi, tepung ubi ganyong, sorgum biji, jagung, cantel, sagu, ubi kayu, ubi jalar, dan lain lain, serta bahan berserat selulosa/lignoselulosa (tanaman yang mengandung selulosa dan lignin) seperti kayu, jerami, batang pisang, dan lain-lain (Komarayati, Sri dan 1
Bab I Pendahuluan 2 Gusmailina,2010). Bioetanol diproduksi dengan teknologi biokimia melalui proses fermentasi bahan baku kemudian hasil prosesnya yaitu etanol dipisahkan dari air dengan proses destilasi dan dehidrasi. Tanaman sorgum (Sorghum bicolor, L Moench) sangat berpotensi sebagai bahan baku pada industri bioetanol. Sorgum merupakan tanaman yang multifungsi karena semua bagian tanaman dapat dimanfaatkan sebagai bahan pangan, pakan ternak dan bioetanol. Umumnya produksi bioetanol ini memanfaatkan nira sorgum manis sebagai bahan baku, kegiatan produksi ini telah banyak dilakukan oleh pabrik-pabrik kecil di berbagai daerah. Selain pemanfaatan nira sorgum sebagai bahan baku, dapat dimanfaatkan juga biji sorgum manisnya karena berpotensi untuk dijadikan bahan baku pembuatan bioetanol dengan metode yang efisien sehingga dalam pemanfaatan tanaman sorgum ini dapat optimal. Perbandingan potensi biji sorgum sebagai bahan baku bioetanol dengan bahan baku lainnya dapat dilihat pada Tabel 1.1 Tabel 1.1 Sumber, hasil panen dan rendemen alkohol sebagai hasil konversi Sumber karbohidrat Hasil panen ton/ha/th Perolehan alkohol liter/ton liter/ha/th Singkong 25 180 4500 Tetes tebu 3,6 270 973 Sorgum biji 6 333,4 2000 Ubi jalar 62,5 125 7812 Sagu 6,8 608 4133 Tebu 75 67 5025 Nipah 27 93 2500 Sorgum manis 80 75 6000 Sumber: Anonim (2005) dan Assegaf ( 2009) Berdasarkan Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa potensi perolehan alkohol dari biji sorgum pertahun lebih besar dibandingkan dengan tetes tebu, yaitu sebesar 2000 lt/ha/th, sedangkan dengan singkong perolehan alkohol dari biji sorgum lebih kecil.
Bab I Pendahuluan 3 Walaupun potensi perolehan alkohol biji sorgum lebih kecil dibandingkan singkong, namun pemanfaatannya dalam industri pangan di Indonesia masih belum berkembang sehingga penggunaan biji sorgum sebagai baku bioetanol tidak akan bersaing dengan kebutuhan pangan. Hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Rahmi E. dan Tri P. (2009) menunjukkan bahwa kandungan biji sorgum mempunyai karakteristik yang dapat dilihat pada Tabel 1.2. Tabel 1.2 Hasil analisis kandungan biji sorgum Zat Komposisi (%) Pati 86,56 Protein 8,65 Air 3,34 Sumber : Rahmi E. dan Tri P. (2009) Tabel 1.2 menunjukkan bahwa kandungan pati di dalam biji sorgum mencapai 86,56 %. Hal ini memperlihatkan bahwa kandungan pati yang tinggi memiliki potensi yang besar untuk dikonversikan menjadi bioetanol. Metode hidrolisis bertujuan untuk memecah molekul amilum menjadi bagianbagian penyusunnya yang lebih sederhana seperti dekstrin, isomaltosa, maltosa dan glukosa. Reaksi hidrolisis pada biji sorgum yang telah menjadi tepung sangat lambat sehingga diperlukan katalisator untuk mempercepat reaksi. Asam-asam yang biasa digunakan adalah asam klorida, asam asetat, asam fosfat, dan asam sulfat (Machbubatul, 2008). Reaksi hidrolisa yang terjadi dapat dilihat dibawah ini : (C 6 H 10 O 5 ) n + 1/2H 2 O 1/2n(C 12 H 22 O 11 ) Pati Maltosa 1/2n(C 12 H 22 O 11 ) +1/2nH 2 O 1/2n(C 6 H 12 O 6 ) Maltosa Glukosa
Bab I Pendahuluan 4 Pada saat fermentasi, glukosa dipecah menjadi etanol dan karbon dioksida. Selanjutnya dilakukan proses destilasi yang bertujuan untuk memperoleh etanol dengan kemurnian yang lebih tinggi, biasanya dapat mencapai 95%. Untuk dapat digunakan sebagai bahan bakar, etanol harus mempunyai kemurnian paling tidak 99%, yaitu dengan cara menggunakan zeolit untuk memisahkan air dan etanol (Anonim). Menurut Ojimori (2012) ragi roti atau yeast adalah mikroorganisme hidup jenis khamir yang sering disebut Saccharomyces cerevisiae, berkembang biak melalui cara membelah diri atau budding. Saccharomyces cerevisiae mengubah glukosa menjadi alkohol dengan memproduksi enzim zimase dan enzim invertase. Enzim zimase mengubah sukrosa menjadi glukosa, enzim invertase mengubah glukosa menjadi etanol. Melihat kemampuan Saccharomyces cerevisiae cukup baik dalam mengkonversi glukosa menjadi etanol maka pada penelitian ini dilakukan pengolahan biji sorgum menjadi bioetanol dengan metode hidrolisis asam dan fermentasi menggunakan ragi roti. Keberhasilan riset ini akan membawa dampak yang luas untuk mendukung jaminan ketersediaan Bahan Bakar Nabati dan terciptanya peluang kerja bagi masyarakat pedesaan (petani) sebagai penyedia bahan baku produksi bioetanol. 1.2 Tujuan Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah : 1. Menentukan pengaruh waktu pada proses hidrolisis terhadap kadar gula dan glukosa yang dihasilkan. 2. Menentukan pengaruh konsentrasi tepung sorgum berdasarkan %Dry Substrat (%DS) pada proses hidrolisis terhadap kadar gula dan glukosa yang dihasilkan.
Bab I Pendahuluan 5 3. Menentukan pengaruh jenis katalis HCl 1% dan H 2 SO 4 1% pada proses hidrolisis terhadap kadar gula dan glukosa yang dihasilkan. 4. Menentukan pengaruh volume katalis asam pada proses hidrolisis terhadap kadar gula dan glukosa yang dihasilkan. 5. Menentukan pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan. 1.3 Ruang Lingkup Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada : 1. Tanaman sorgum diperoleh dari daerah Banjaran Kabupaten Bandung. 2. Bagian sorgum yang digunakan adalah biji sorgum dengan usia 115 hari. 3. Biji sorgum dihaluskan menjadi tepung sorgum dengan ukuran 100 mesh (Rahmi E, S. & Tri P, A,2009). 4. Analisis awal tepung sorgum meliputi kadar pati, dan kadar air. 5. Hidrolisis tepung sorgum dilakukan pada temperatur 100 0 C. Variabel operasi yang divariasikan adalah waktu hidrolisis pada menit ke- 80, 100, dan 120, variasi konsentrasi tepung sorgum yaitu 10, 15, 20, 25, 30, dan 35% DS, pengunaan jenis katalis asam seperti asam klorida (HCl) 1% dan asam sulfat (H 2 SO 4 ) 1%, dan pengaruh volume katalis asam sebanyak 0,4, 0,6, dan 0,8 ml/gram tepung sorgum kering (Endah, R, Phiong, S & Berta, 2007). 6. Analisis glukosa dari hasil hidrolisis secara kualitatif dengan menggunakan benedict dan kuantitatif menggunakan metode DNS serta analisis gula dengan metode brix. 7. Sterilisasi bubur sorgum yang telah dihidrolisis pada suhu 121 0 C selama 15 menit dengan menggunakan autoclave (Alamsyah, 2007). 8. Pembuatan starter dari ragi roti dengan konsentrasi 3,5% terhadap substrat, penambahan nutrien urea 0,15 gr/l, NPK 0,026 g/l dengan menggunakan inkubator shaker pada suhu 30 0 C ± 2 selama 24 jam (Alamsyah, 2007).
Bab I Pendahuluan 6 9. Fermentasi dilakukan secara batch pada kondisi anaerob dengan suhu 30 0 C ± 2, ph 4-5, dengan penggunaan konsentrasi starter 5% dan penambahan nutrien urea 0,15 gr/l, NPK 0,026 g/l (Alamsyah, 2007) serta kecepatan pengadukan 100 rpm (Retnowati dan Sutanti, 2009). Variabel operasi yang divariasikan adalah waktu fermentasi pada 48, 72, 96 dan 120 jam (Alamsyah,2007). 10. Analisis kadar etanol dengan menggunakan khromatografi gas. 11. Analisis sifat fisika terhadap bioetanol antara lain indeks bias, dan massa jenis. 1.4 Tahap Penelitian Penelitian Tugas Akhir ini dibagi ke dalam beberapa tahapan, yaitu : 1. Tahap I adalah persiapan bahan baku berupa biji sorgum yaitu pelepasan kulit biji dengan alat penyosoh yang dimiliki petani sorgum dan penggilingan biji menjadi tepung sorgum. 2. Tahap II adalah pembuatan tepung sorgum meliputi proses pengayakan (sizing) untuk menyeragamkan ukuran partikel tepung sorgum,dan proses pengeringan tepung sorgum dengan menggunakan oven secara gravimetri. Dari tahap ini diperoleh tepung sorgum dengan ukuran partikel 100 mesh. 3. Tahap III adalah proses hidrolisis tepung sorgum dengan berbagai variasi,yaitu variasi waktu hidrolisis, variasi konsentrasi tepung sorgum, variasi jenis katalisator seperti asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H 2 SO 4 ), dan variasi volume katalis asam. Hal ini dilakukan untuk menentukan kondisi optimum proses hidrolisis, berdasarkan konsentrasi gula dan glukosa yang dihasilkan. 4. Tahap IV adalah analisis hasil hidrolisis yang terdiri dari analisis kualitatif meliputi uji benedict, dan analisis kuantitatif meliputi metode brix menggunakan refraktrometer dan metode DNS menggunakan spektrofotometer.
Bab I Pendahuluan 7 5. Tahap V adalah proses pembuatan bioetanol yang meliputi proses sterilisasi tepung sorgum dengan menggunakan autoclave, pembuatan strarter ragi roti dengan penambahan nutrien (NPK dan Urea) dengan menggunakan inkubator shaker, dan proses fermentasi dengan variasi waktu fermentasi yang sebelumnya dilakukan purging dengan menggunakan gas N 2. 6. Tahap VI adalah pemurnian produk bioetanol dengan proses destilasi. Hal ini dilakukan untuk memperoleh bioetanol dengan kadar yang lebih tinggi. 7. Tahap VII adalah analisis produk yang terdiri dari analisis kimia yang meliputi analisis kadar etanol, kadar gula dan glukosa sisa, dan analisis fisika yang meliputi analisis indeks bias, dan berat jenis. 1.5 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan laporan Tugas Akhir adalah sebagai berikut : 1. BAB I Pendahuluan BAB I Pendahuluan berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penelitian, ruang lingkup masalah, tahap penelitian, dan sistematika penulisan Tugas Akhir. 2. BAB II Tinjauan Pustaka BAB II Tinjauan Pustaka berisi tentang informasi yang diperoleh dari studi literatur sebagai rujukan yang berkaitan dengan pelaksanaan Tugas Akhir. 3. BAB III Metode Penelitian BAB III Metode Penelitian berisi tentang spesifikasi alat dan bahan yang digunakan, cara kerja penelitian,dan analisis yang akan dilakukan untuk penelitian ini. 4. BAB IV Hasil dan Pembahasan BAB IV Hasil Analisis dan Pembahasan berisi tentang data dan hasil penelitian yang telah diolah dan dianalisis serta pembahasan yang mengacu pada tujuan penelitian.
Bab I Pendahuluan 8 5. BAB V Kesimpulan dan Saran BAB V Kesimpulan dan Saran berisi tentang kesimpulan hasil penelitian Tugas Akhir dan saran yang dapat diberikan.