BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Pertumbuhan populasi penduduk yang semakin meningkat mengakibatkan konsumsi energi semakin meningkat pula tetapi hal ini tidak sebanding dengan ketersediaan cadangan energi yang semakin menurun. Dari tahun 2010 hingga tahun 2019 terjadi peningkatan konsumsi energi sebesar 7,1%. Gambar 1.1 menunjukkan konsumsi energi hingga tahun 2019. Energi (M BOE) Gambar 1.1 Pertumbuhan Konsumsi Energi [25] Energi sangat diperlukan dalam menjalankan aktivitas perekonomian Indonesia, baik untuk kebutuhan konsumsi maupun untuk aktivitas produksi berbagai sektor perekonomian. Sebagai sumber daya alam, energi harus dimanfaatkan sebesar-besarnya bagi kemakmuran masyarakat dan pengelolaannya harus mengacu pada asas pembangunan berkelanjutan. Dari aspek penyediaan, Indonesia merupakan negara yang kaya dengan sumberdaya energi baik energi yang bersifat unrenewable resources maupun yang bersifat renewable resources. Namun demikian, eksplorasi sumberdaya energi lebih banyak difokuskan pada energi fosil yang bersifat unrenewable resources sedangkan energi yang bersifat renewable relatif belum banyak dimanfaatkan. Kondisi ini menyebabkan ketersediaan energi fosil, khususnya minyak mentah, semakin langka yang menyebabkan Indonesia saat ini menjadi net importir minyak mentah dan produk-produk turunannya [18]. 1
Peningkatan kebutuhan energi dunia dan kecenderungan penurunan sumber minyak memotivasi pencarian sumber energi alternatif, terutama dari bahan terbarukan seperti biomassa [15]. Salah satu alternatif pengganti bahan bakar fosil adalah dengan bioenergi seperti bioetanol. Bioetanol adalah bahan bakar nabati yang tak pernah habis selama mentari masih memancarkan sinarnya, air tersedia, oksigen berlimpah, dan kita mau melakukan budidaya pertanian [48]. Etanol adalah salah satu bahan bakar alternatif yang dapat diperbaharui, ramah lingkungan, serta menghasilkan gas emisi karbon yang rendah dibandingkan dengan bensin atau sejenisnya (sampai 85% lebih rendah) [24]. Bahan baku untuk pembuatan bioetanol berupa bahan mentah yang mengandung mono/disakarida (gula tebu dan tetes tebu), bahan berpati (padi, jagung, umbi, dll), dan bahan selulosa (kayu dan limbah pertanian) [43]. Selama ini ampas tebu digunakan sebagai energi utama pabrik gula [19]. Umumnya dalam pengolahan tebu, dihasilkan ampas tebu dalam skala besar (mencapai 240 kg bagas dengan 50% kelembapan per 1 ton tebu), yang sekarang dibakar di boiler untuk pembangkitan steam dan listrik. Teknologi yang baik untuk membangkitkan dan mengoptimalisasi proses produksi etanol memberikan nilai surplus ampas yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar untuk pembangkitan listrik atau bahan baku bioetanol dan produk berbasis bio lainnya [15]. Bioetanol dari bahan lignoselulosa, seperti ampas tebu telah dipelajari satu dasawarsa belakangan dengan ketertarikan yang besar, namun produksi skala industrial belum dapat berjalan [15]. Biaya produksi bioetanol lebih tinggi dibandingkan minyak bumi. Biaya adalah faktor penting untuk pengembangan produksi bioetanol skala besar [40]. Biaya bahan baku secara khusus menampilkan lebih dari 50% total biaya produksi, dan menjadikan faktor dalam pencarian biomassa lignoselulosa potensial berharga murah untuk fermentasi etanol. Setelah biaya bahan baku, biaya energi untuk fermentasi etanol sekitar 30% total biaya produksi. Sekitar 80% konsumsi energi terlibat dalam proses hilir setelah fermentasi, umumnya distilasi dan teknologi evaporasi bertingkat [51]. Tantangan lain adalah mereduksi biaya hidrolisis enzim (selulase) yang digunakan untuk lignoselulosa. Biaya selulase mencapai 6 kali biaya amilase yang digunakan untuk tepung. Biaya enzim untuk produksi bioetanol diestimasi dari $0,3 sampai $0,5 per gallon etanol [12]. Oleh karena itu, berbagai penelitian dilakukan, untuk memperbaiki proses produksi mulai dari tahap perlakuan pendahuluan, hidrolisis selulosa, fermentasi gula menjadi etanol sampai dengan pemurnian etanol [23]. 2
Berikut ini adalah ringkasan penelitian- penelitian yang terdahulu mengenai proses pembuatan etanol. Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Pembuatan Bioetanol No. Judul Penelitian Bahan Baku dan Proses Referensi 1 Sugarcane Baggase Prehydrolysis Using Hot Water 2 Hydrotermal Pretreatment of Sugarcane Baggase Using Response Surface Methodology Improves Digestibility and Ethanol Production by SSF 3 Optimasi Proses Perlakuan Awal Dalam Menyingkap Fraksi Hemiselulosa Enceng Gondok Menggunakan Metode Hidrolisis Termal 4 Optimasi Fermentasi Hasil Hidrolisis Ampas Tebu Menjadi Bioetanol Menggunakan Ragi Tape 5 Pengaruh Lama Fermentasi dan Berat Ragi Roti Terhadap Kadar Bioetanol Dari Proses Fermentasi Glukosa Hasil Hidrolisis Selulosa Jerami Padi Dengan HCl 30% Dimasak pada suhu 150-190 o C [1] selama 60-90 menit menghasilkan xylosa 35g/L, furfural 2,5 g/l, fenol 1,5g/L, dan hemiselulosa 3 g/l Pretreatment pada 190 o C selama [11] 17,2 menit lalu dihidrolisis dengan menggunakan Coniochaeta ligniaria dan difermentasi oleh S. cerevisiae YRH 400 menghasilkan 12,44 gr/l etanol Pre-treatment mekanik dan [26] diayak dengan ukuran 200 mesh lalu dihidrolisis termal dengan suhu 140-200 o C menghasilkan glukosa 10,225 % Dihidrolisis menggunakan [45] ekstrak kasar yang diisolasi dari Bacillus sirculans kemudian 500 ml hasil hidrolisis ditambahkan ragi tape 10% selama 1 hari menghasilkan etanol 175 ml/kg Hidrolisis dengan HCl 30% dan [38] difermentasi dengan ragi roti 6 gram selama 6 hari menghasilkan glukosa 9,55% dan etanol 7,43% 3
Penelitian ini dilatarbelakangi oleh Mandagi dkk (2010), Utami (2011) dan Sari (2012). Menggunakan hidrolisis termal dengan media pemanas air dan menggunakan ragi instan yaitu ragi roti dan ragi tape. Berdasarkan uraian, peneliti berharap dari fermentasi glukosa hasil hidrolisis termal ampas tebu menggunakan ragi roti atau ragi tape dan proses recycling dapat menghasilkan bioetanol yang maksimum. 1.2 PERUMUSAN MASALAH Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh ph fermentasi, jenis ragi, dan waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan dalam pembuatan bioetanol dari tepung ampas tebu menghasilkan yield etanol yang terbaik. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan keadaan terbaik (ph fermentasi, jenis ragi, dan waktu fermentasi) dari proses pembuatan bioetanol dari ampas tebu dengan hidrolisis termal dan fermentasi dan untuk mengetahui pengaruh daur ulang hasil sisa distilasi. Tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk: 1. Mengetahui pengaruh jenis ragi, ph fermentasi, dan waktu fermentasi terhadap kadar etanol yang dihasilkan melalui proses hidrolisis termal dan fermentasi 2. Mengetahui kadar etanol dari ampas tebu dengan perlakuan biologi 3. Mengembangkan proses pembuatan etanol dari ampas tebu yang ekonomis untuk diaplikasikan di pabrik gula ke pabrik bioetanol 1.4 MANFAAT PENELITIAN Adapun manfaat penelitian ini adalah: 1. Dapat mengetahui persentase kadar yield etanol dari ampas tebu yang dihasilkan 2. Dapat memberikan informasi khususnya kepada masyarakat tentang bagaimana kualitas bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi ampas tebu sebagai bahan bakar alternatif dan juga dapat menjadi salah satu solusi dalam penanganan limbah ampas tebu yang selama ini hanya dibuang begitu saja khususnya di wilayah Sumatera Utara agar lebih bernilai guna. 4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia dan Laboratorium Mikrobiologi, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini di laksanakan dengan 4 tahapan, yaitu : 1. Penyediaan selulosa ampas tebu Bahan baku adalah ampas tebu yang diperoleh dari pedagang es tebu disekitar Universitas Sumatera Utara Proses pendahuluan dilakukan dengan pengeringan dan penggilingan hingga diperoleh tepung ampas tebu Uji kuantitatif selulosa dan lignin dengan menggunakan metode Chesson 2. Penyediaan glukosa dari hidrolisis selulosa ampas tebu. Bahan baku adalah selulosa yang terdapat dalam ampas tebu. Proses perubahan selulosa menjadi glukosa dilakukan dengan hidrolisis termal. Kadar glukosa dianalisa dengan menggunakan spektofotometer uv-visible. 3. Fermentasi glukosa hasil hidrolisis selulosa ampas tebu untuk menghasilkan bioetanol Substrat yang digunakan pada fermentasi adalah glukosa hasil hidrolisis selulosa dari ampas tebu. Mikroba yang digunakan berasal dari ragi roti dan ragi tape. 4. Pemurnian bioetanol hasil fermentasi. Bioetanol dipisahkan dari sisa glukosa dengan menggunakan alat destilasi vakum Kadar bioetanol hasil pemisahan dihitung menggunakan interpolasi hubungan konversi berat jenis dan kadar etanol [32]. Kemudian dilakukan perhitungan specific gravity, derajat API, dan nilai kalor. Adapun variabel-variabel dalam penelitian adalah : 1. Proses persiapan selulosa ampas tebu sebagai bahan baku dengan hidrolisis termal sebagai variabel tetap. - % Berat ampas tebu : 4% - Suhu : 150 o C - Waktu hidrolisa : 1 jam 2. Proses fermentasi sebagai variabel berubah. - Waktu fermentasi : 2 sampai 10 hari 5
- ph : 4; 4,5; 5 - Temperatur : 30 o C - Kecepatan pengaduk : 150 rpm selama 1 jam - Ragi : Ragi roti dan ragi tape 6