Makalah SM Ampas Tebu

44
DAFTAR ISI DAFTAR ISI............................................i DAFTAR TABEL..........................................1 Halaman...............................................1 DAFTAR GAMBAR.........................................2 Halaman...............................................2 BAB I.................................................3 PENDAHULUAN...........................................3 A. Latar Belakang.................................3 BAB II................................................7 TINJAUAN PUSTAKA......................................7 A. Tanaman Tebu...................................7 BAB III..............................................13 PEMBAHASAN...........................................13 BAB IV...............................................29 DAFTAR PUSTAKA.......................................30

description

Makalah SM Ampas Tebu

Transcript of Makalah SM Ampas Tebu

Page 1: Makalah SM Ampas Tebu

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI.............................................................................................................i

DAFTAR TABEL....................................................................................................1

Halaman...................................................................................................................1

DAFTAR GAMBAR...............................................................................................2

Halaman...................................................................................................................2

BAB I.......................................................................................................................3

PENDAHULUAN...................................................................................................3

A. Latar Belakang..........................................................................................3

BAB II......................................................................................................................7

TINJAUAN PUSTAKA..........................................................................................7

A. Tanaman Tebu...........................................................................................7

BAB III..................................................................................................................13

PEMBAHASAN....................................................................................................13

BAB IV..................................................................................................................29

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................30

Page 2: Makalah SM Ampas Tebu

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Perkembangan Kebutuhan Bahan Bakar Solar di Indonesia.....................4Tabel 2. Kandungan Selulosa, hemiselulosa, dan lignin pada beberapa limbah

pertanian dan hasil hutan........................................................................16Tabel 3. Kandungan karbohidrat pada beberapa limbah biomassa (persentase

berdasarkan berat kering oven bahan)....................................................16

Page 3: Makalah SM Ampas Tebu

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Tanaman Tebu........................................................................................7Gambar 2. Ampas Tebu (Bagas)..............................................................................9Gambar 3. Selulosa................................................................................................13Gambar 4. Hemiselulosa........................................................................................14Gambar 5. Lignin...................................................................................................15Gambar 6. Diagram alir proses konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol......19

Page 4: Makalah SM Ampas Tebu

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Setiap manusia memanfatkan sumber daya hayati untuk memenuhi

kelangsungan hidupnya. Akan tetapi penggunaan tersebut haruslah memiliki

tujuan yang positif, sehingga nantinya tidak akan membahayakan manusia itu

sendiri. Jika terjadi kesenjangan antara kebutuhan dan persediaan energi maka

akan mengakibatkan suatu masalah dan perlu segera dicari pemecahannya.

Berdasarkan perkiraan dan perhitungan para ahli, produksi minyak akan menurun

tajam dan bisa menjadi titik awal kesenjangan energi, ditambah lagi dengan tidak

menentunya harga minyak di pasar Internasional yang mengakibatkan

melambungnya harga minyak dunia yang merupakan sumber energi primer yang

banyak digunakan. 

Situasi ini juga telah berpengaruh pada bangsa Indonesia. Dimana minyak

bumi menjadi sumber energi utama. Hal ini menyebabkan naiknya ongkos

produksi akibat adanya kenaikan harga Bahan Bakar Minyak (BBM). Untuk

itulah perlu solusi energi alternatif yang dapat menggantikan minyak bumi atau

bahan bakar fosil lainnya yang bersifat lebih efisien, ramah lingkungan dan

terbaharui. (Nugrohoadi, 2008)

Satu kelemahan dari minyak bumi adalah sifatnya yang tidak bisa

diperbaharui. Proses pembentukan minyak bumi di dalam perut bumi

membutuhkan waktu berjuta-juta tahun. Sebaliknya, pengeksploitasian minyak

bumi dilakukan setiap hari. Bisa dibayangkan jika pengambilan minyak bumi

Page 5: Makalah SM Ampas Tebu

dilakukan terus menerus pasti ketersediaannya semakin menipis. Risiko yang

mungkin dihadapi adalah habisnya cadangan minyak bumi di dalam perut bumi.

(Simamora, 2008)

Kebutuhan bahan bakar untuk Indonesia, misalnya, para pakar sudah

memperkirakan bahwa cadangan minyak dan gas bumi negeri ini tidak akan lebih

lama lagi dari 25 tahun ke depan. Penemuan cadangan besar baru, seperti gas

alam di Lapangan Tangguh, Teluk Bintuni, Papua, misalnya, tetap saja tidak

menutupi kenyataan bahwa cadangan tersebut tetap saja akan habis jika terus

menerus dieksploitasi. (Syarief . 2004)

Tabel 1. Perkembangan Kebutuhan Bahan Bakar Solar di Indonesia

TAHUN KETERANGAN

1996 – 1997

1997 – 1998

1999 – 2000

2000

2005

2007 - 2015

Kebutuhan solar 19,3 juta kilo liter

Kebutuhan solar 22,2 juta kilo liter

Impor BBM dalam negeri 31.707 juta barel

Indonesia sudah mengimpor 5-6 miliar liter pertahun

Subsidi solar sebagian besar dicabut dan harga disesuaikan

dengan harga minyak dunia

Kebutuhan solar 19,3 juta kilo liter

(Susilo. 2006)

Namun tanpa disadari, tingginya produktivitas ini juga berimplikasi pada

tingginya dampak lingkungan di satu sisi dan dampak penipisan sumber daya

alam di sisi lain. Dampak pencemaran lingkungan antara lain terbukti dengan

tingginya pencemaran udara ambient di kawasan perkotaan akibat penggunaan

Page 6: Makalah SM Ampas Tebu

bahan bakar fosil. Juga semakin masifnya gas-gas rumah kaca (CO2, CH4, N2O,

HFCS, PFCS, dan SF6) di lapisan luar atmosfer kita, sehingga menghalangi

transfer kembali sebagian panas matahari dari permukaan bumi ke angkasa luar.

Situasi ini pada gilirannya meningkatkan suhu atmosfer kita secara global (global

warming) yang bermuara pada situasi ketidakmenentuan keadaan iklim di

berbagai belahan dunia (climate change).

Melihat realitas lingkungan global dengan dampak global warming, kita

dapat memetik beberapa hal yang harus dilakukan selain mengusahakan adaptasi

untuk memperkecil risiko atas potensi bencana yang mungkin akan terjadi.

Pertama, mencari alternatif bahan bakar yang lebih bersih (cleaner fuels). Kedua,

mencari solusi diversifikasi bahan bakar sehingga ke depan negara kita tidak

bergantung pada bahan bakar fosil yang ketersediaannya semakin menipis.

Ketiga, mengembangkan bahan bakar baru dan terbarukan (new and renewable

fuels) yang potensial dapat dikembangkan dan dapat menjadi competitive

advantage bagi Indonesia di pasar Internasional. (Nugrohoadi, 2008)

Indonesia memiliki potensi limbah biomassa / limbah pertanian yang

sangat melimpah seperti ampas tebu (bagas). Berdasarkan data dari Pusat

Penelitian Perkebunan Gula Indonesia (P3GI) ampas tebu yang dihasilkan

sebanyak 32% dari berat tebu giling. Sebanyak 60% dari ampas tebu tersebut

dimanfaatkan oleh pabrik gula sebagai bahan bakar, bahan baku untuk kertas,

industri jamur, bahan baku industri kanvas rem dan lain-lain. Oleh karena itu,

diperkirakan sebanyak 40% dari ampas tebu tersebut belum dimanfaatkan.

(Binoto,et al., 2010)

Page 7: Makalah SM Ampas Tebu

Ampas tebu sebagai limbah pabrik gula merupakan salah satu bahan

lignoselulosa yang potensial untuk dikembangkan menjadi sumber energi seperti

bioetanol. Konversi bahan lignoselulosa menjadi bioetanol mendapat perhatian

penting karena bioetanol dapat digunakan untuk mensubstitusi bahan bakar bensin

untuk keperluan transportasi.

Berdasarkan kenyataan di atas, maka penulis ingin membahas tentang

pemanfaatan lignoselulosa ampas tebu untuk produksi bioetanol.

Page 8: Makalah SM Ampas Tebu

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Tanaman Tebu

Nama tebu hanya dikenal di Indonesia. Di lingkungan Internasional

tanaman ini lebih dikenal dengan nama ilmiahnya, Saccharum officinarum L.

Jenis ini termasuk dalam family Gramineae atau lebih dikenal sebagai kelompok

rumput-rumputan. Secara morfologi, tanaman tebu dapat dibagi menjadi beberapa

bagian, yaitu batang, daun, akar, dan bunga.

Gambar 1. Tanaman Tebu

Tebu merupakan yang dikenal sebagai penghasil gula, terdapat produk lain

yang merupakan produk samping dari pengolahan tebu menjadi gula. Hasil

samping tersebut tetes (molase), pucuk daun tebu, ampas tebu, blotong, dan

limbah pabrik. (Tim Penulis PS, 2000)

Agar bisa tumbuh baik tebu memerlukan tanah yang cukup subur, gembur,

mudah menyerap tapi juga mudah melepaskan air. Di Indonesia tanaman tebu

terdapat dimana-mana pada ketinggian dari 0-1300 m. Tanaman tebu dapat

diperbanyak dengan biji, setek batang, atau setek ujung. (Lembaga Biologi

Nasional, 1980)

Di Indonesia terdapat beberapa jenis tebu, di antaranya tebu (Cirebon)

hitam, tebu kasur, POJ 100, POJ 2364, EK 28, POJ 2878. Setiap jenis tebu

Page 9: Makalah SM Ampas Tebu

memiliki ukuran batang serta warna yang berlainan. Tebu termasuk tumbuhan

berbiji tunggal. Tinggi turnbuhan tebu berkisar 2-4 meter. Batang pohon tebu

terdiri dari banyak ruas yang setiap ruasnya dibatasi oleh buku-buku sebagai

tempat duduknya daun. Bentuk daun tebu berwujud belaian dengan pelepah.

Panjang daun dapat mencapai panjang 1-2 meter dan lebar 4-8 centimeter dengan

permukaan kasar dan berbulu. Bunga tebu berupa bunga majemuk yang berbentuk

m,-t 1 ai di puncak sebuah poros gelagah, sedang akarnya berbentuk serabut.

(Cahyono, 2010)

Tebu-tebu dari perkebunan diolah menjadi gula di pabrik-pabrik gula.

Selama proses produksi, gula yang termanfaatkan hanyalah 5%, ampas tebu yang

dihasilkan sebesar 90% dari setiap tebu yang diproses, sedangkan sisanya berupa

tetes tebu (molase) dan air. (Anonim, 2010)

A. Ampas Tebu

Ampas tebu sebagai limbah pabrik gula merupakan salah satu bahan

lignoselulosa yang potensial untuk dikembangkan menjadi sumber energi seperti

bioetanol. Konversi bahan lignoselulosa menjadi bioetanol mendapat perhatian

penting karena bioetanol dapat digunakan untuk mensubstitusi bahan bakar bensin

untuk keperluan transportasi. Bahan lignoselulosa, termasuk dari ampas tebu

terdiri atas tiga komponen utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

Konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol pada dasarnya terdiri atas perlakuan

pendahuluan, hidrolisis selulosa menjadi gula, fermentasi gula menjadi etanol, dan

pemurnian etanol melalui proses distilasi dan dehidrasi.

Page 10: Makalah SM Ampas Tebu

Gambar 2. Ampas Tebu (Bagas)

B. Bioetanol dari Ampas Tebu

Bioetanol merupakan cairan hasil proses fermentasi gula dari sumber

karbohidrat (pati) menggunakan bantuan mikroorganisme (Anonim, 2010).

Bioetanol dan biodiesel adalah energi alternatif yang banyak diproduksi di dunia

sampai saat ini. Laporan menunjukkan bahwa produksi bioetanol dunia

mengungguli produksi biodiesel karena bioetanol lebih ramah lingkungan.

Bioetanol dilaporkan dapat menghasilkan paling sedikit 20% energi lebih tinggi

dibandingkan dengan energi yang digunakan dalam proses produksinya. Selain

itu, proses produksi dan pembakaran etanol dapat menurunkan 12% gas rumah

kaca dibandingkan dengan ahan bakar fosil.

Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga grade sebagai

berikut:

Grade industry dengan kadar alkohol 90-94%

Netral dengan kadar alkohol 96-99,5%, umumnya digunakan untuk

minuman keras atau bahan baku farmasi.

Grade bahan bakar dengan kadar alkohol diatas 99,5% (Hambali. 2009)

Bioetanol direkayasa dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi

(enzimatik dan fermentasi). Bahan baku bioetanol sebagai berikut:

Page 11: Makalah SM Ampas Tebu

Bahan berpati, berupa singkong atau ubi kayu, ubi jalar, tepung sagu, biji

jagung, biji sorgum, gandum, kentang, ganyong, garut, umbi dahlia, dan

lain-lain.

Bahan bergula, berupa molasses (tetes tebu), nira tebu, nira kelapa, nira

batang sorgum manis, nira aren (enau), nira nipah, gewang, nira lontar, dan

lain-lain

Bahan berselulosa, berupa limbah logging, limbah pertanian seperti jerami

padi, ampas tebu, tongkol jagung, onggok (limbah tapioka), batang pisang,

serbuk gergaji (grajen), dan lain-lain.

(Prihandana .2009)

Bioetanol memiliki karakteristik yang lebih baik dibandingkan dengan

bensin berbasis petrochemical.

Bioetanol mengandung 35% oksigen, sehingga dapat meningkatkan

efisiensi pembakaran dan mengurangi emisi gas rumah kaca.

Bioetanol memiliki nilai oktan yang lebih tinggi, sehingga dapat

menggantikan fungsi bahan aditif, seperti metal tertiary butyl ether dan

tetra etyl lead.

Bioetanol memiliki nilai oktan (ON) 96 – 113, sedangkan nilai oktan

bensin hanya 85 – 96.

Bioetanol bersifat ramah lingkungan, karena gas buangnya rendah terhadap

senyawa-senyawa yang berpotensi sebagai polutan, seperti karbon

monoksida, nitrogen oksida, dan gas-gas rumah kaca.

Bioetanol mudah terurai dan aman karena tak mencemari air.

Page 12: Makalah SM Ampas Tebu

Bioetanol dapat diperbaharui (renewable energy) dan prose

produksinyarelatif lebih sederhana dibandingkan dengan proses produksi

bensin. (Hambali. 2007).

Etanol yang berasal dari tebu dalam beberapa hal lebih prospektif

dibanding tanaman lain. Data Lamlet (Latin America Thematic Network on

Bioenergy) menunjukkan biaya produksi etanol paling murah. Untuk setiap m3

etanol yang dihasilkan dari tebu diperlukan biaya $160. Jika dibandingkan

dengan sumber lain, Dari jagung misalnya, untuk jumlah yang sama perlu $ 250-

420, dari gandum $ 380-480, dari kentang $ 800-900, dari singkong $ 700, dan

dari gula bit $300-400.

Produksi etanol asal tebu butuh energi relatif sedikit. Rasio output/input

energi etanol dari tebu sekitar 2,5-9,0. Sementara dari jagung 1,3, sorgum manis

2,5-5,0, dan gula bit 1,76. Selain itu, reduksi emisi CO2 dalam hal pemakaian

etanol asal tebu sebagai substitusi premium mencapai 50-90%. Untuk etanol dari

jagung hanya 20-40% dan gula bit 30-50%. (Toharisman, 2008)

Ampas (32% tebu) dan trash (14% tebu) merupakan senyawa

lignoselulosa. Lignoselulosa dipecah menjadi selulosa, lignin dan hemiselulosa.

Selulosa diuraikan menjadi glukosa terus menjadi etanol. Selulosa didegradasi

menjadi silosa yang bisa diubah lebih lanjut menjadi silitol (silitol merupakan

pemanis alternatif yang baik bagi kesehatan karena berkalori rendah dan tidak

merusak gigi). Dengan cara ini, produksi etanol per ha tebu akan meningkat 2-3

kali lipat. Bila hanya mengandalkan tetes, produksi etanol per ha tebu kira-kira

Page 13: Makalah SM Ampas Tebu

1.200 liter. Dengan konversi ampas dan trash akan dihasilkan lebih dari 2.500

liter etanol per ha. (Cahyono, 2010)

Page 14: Makalah SM Ampas Tebu

BAB III

PEMBAHASAN

A. Karakteristik dan Potensi Biomassa Lignoselulosa

Komponen utama dalam bahan lignoselulosa adalah selulosa,

hemiselulosa, dan lignin. Ketiganya membentuk suatu ikatan kimia yang

kompleks yang menjadi bahan dasar dinding sel tumbuhan. (Hermiati, 2010)

Selulosa merupakan komponen struktural utama dinding sel. Selulosa

dicirikan dengan kekuatan daya tahannya yang tinggi terhadap zat-zat kimia dan

relatif tidak larut dalam air. Selulosa dapat dihidrolisis dengan enzim selulosa.

Karena tubuh manusia tidak memiliki enzim ini maka selulosa tidak dapat

dimanfaatkan atau dicerna oleh tubuh manusia. (Kusnandar, 2010)

Gambar 3. Selulosa

Selulosa merupakan polisakarida yang melimpah. Bila dihidrolisa

sempurna, maka selulosa menghasilkan D glukosa yang dihubungkan oleh ikatan

beta (1-4), namun selulosa tidak dapat dikonsumsi oleh manusia karena tidak

adanya enzim selulase dan selebiase dalam alat pencernaan manusia. (Azmi,

2008)

Page 15: Makalah SM Ampas Tebu

Hemiselulosa merupakan istilah umum bagi polisakarida yang larut dalam

alkali. Hemiselulosa sangat dekat asosiasinya dengan selulosa dalam dinding sel

tanaman. Lima gula netral, yaitu glukosa, mannosa, dan galaktosa (heksosan)

serta xilosa dan arabinosa (pentosan) merupakan konstituen utama hemiselulosa.

Berbeda dari selulosa yang merupakan homopolisakarida dengan monomer

glukosa dan derajat polimerisasi yang tinggi (10.000–14.000 unit), rantai utama

hemiselulosa dapat terdiri atas hanya satu jenis monomer (homopolimer), seperti

xilan, atau terdiri atas dua jenis atau lebih monomer (heteropolimer), seperti

glukomannan.Rantai molekul hemiselulosa pun lebih pendek daripada selulosa.

(Hermiati, 2010)

Gambar 4. Hemiselulosa

Hemiselulosa memiliki derajat polimerisasi yang lebih rendah, lebih

mudah terhidrolisis dalam asam, mempunyai suhu bakar yang lebih rendah

dibandingkan dengan selulosa, dan tidak berbentuk serat-serat yang panjang.

Hemiselulosa dapat dihidrolisis dengan enzim hemicellulase (xylanase).

(Kusnandar, 2010)

Page 16: Makalah SM Ampas Tebu

Lignin mempunyai struktur molekul yang sangat berbeda dengan

polisakarida karena terdiri atas sistem aromatik yang tersusun atas unit-unit fenil

propana. Kandungan lignin dalam kayu daun jarum lebih tinggi daripada dalam

kayu daun lebar. Di samping itu, terdapat beberapa perbedaan struktur lignin

dalam kayu daun jarum dan dalam kayu daun lebar. (Hermiati, 2010)

Gambar 5. Lignin

Lignin mempunyai peranan dalam memberikan kekerasan pada dinding

sel, bertindak sebagai zat pengikat antarsel dan bersama-sama dengan komponen

dinding sel yang lain menyebabkan sel mempunyai ketahanan yang baik, serta

memperlambat penyerapan air dari dinding sel dan melindungi sel dai serangan

mikroorganisme. Lignin bersifat sangat inert, tidak larut serta tahan terhadap

pencernaan. (Kusnandar, 2010)

Kandungan ketiga senyawa utama dalam bahan lignoselulosa

berbedabeda, bergantung pada sumbernya. Tabel 2 menunjukkan kandungan

selulosa, hemiselulosa, dan lignin pada beberapa biomassa limbah pertanian dan

hasil hutan, sedangkan Tabel 3 menyajikan kandungan karbohidrat pada beberapa

Page 17: Makalah SM Ampas Tebu

limbah biomassa. Dengan mengetahui kandungan karbohidrat yang terdapat

dalam bahan lignoselulosa, dapat diperkirakan berapa banyak etanol yang dapat

dihasilkan dari bahan tersebut dengan asumsi semua komponen karbohidrat

tersebut dapat dikonversi secara sempurna menjadi etanol. Dari data jumlah

karbohidrat yang ada juga dapat dihitung atau dinilai seberapa besar efektivitas

proses konversi yang dilakukan.

Tabel 2. Kandungan Selulosa, hemiselulosa, dan lignin pada beberapa limbah pertanian dan hasil hutan

Jenis Limbah Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%)

Batang kayu daun lembar 40-55 24-40 18-25

Batang kayu daun jarum 45-50 25-35 25-35

Daun 15-20 80-85 0

Tongkol jagung 45 35 15

Kulit kacang 25-30 25-30 30-40

Jerami gandum 30 50 15

Ampas tebu 50 25 25

Tandan kosong kelapa sawit 41,30-46,50 25,30-33,80 27,60-32,50

Tabel 3. Kandungan karbohidrat pada beberapa limbah biomassa (persentase berdasarkan berat kering oven bahan)

Jenis limbah Glukan (%) Xilan (%) Mannan (%) Arabinan (%)

Kayu (Pinus radiata) 47,1 3,2 9,7 0,1

Tongkol jagung 35,8 20,8 1,7 14,4

Kulit kedelai 34,2 7,5 2,0 3,2

Jerami gandum 36,5 18,4 0,0 2,2

Ampas tebu 42,7 21,0 - 0,6

Page 18: Makalah SM Ampas Tebu

Tandan kosong kelapa sawit 31,0 17,3 - 0,5

Teknologi Konversi Biomassa Lignoselulosa menjadi Bioetanol

Proses konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol terdiri atas tiga tahap,

yaitu perlakuan pendahuluan, sakarifikasi atau hidrolisis selulosa menjadi gula-

gula sederhana, dan fermentasi gula-gula sederhana menjadi etanol. Selanjutnya,

dilakukan pemurnian etanol melalui distilasi dan dehidrasi untuk memperoleh

fuel-grade ethanol.

Dalam proses konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol, dapat

dilakukan beberapa integrasi reaksi seperti yang disajikan pada Gambar 3. Reaksi

yang diintegrasikan antara lain adalah reaksi sakarifikasi atau hidrolisis selulosa

menjadi gula dan reaksi fermentasi gula heksosa menjadi etanol atau yang biasa

dikenal dengan proses sakarifikasi dan fermentasi serentak (simultaneous

saccharification and fermentation/SSF).

Perlakuan pendahuluan bertujuan untuk menghilangkan lignin,

mengurangi kristalinitas selulosa, dan meningkatkan porositas bahan. Proses ini

juga sangat berpengaruh terhadap biaya yang harus dikeluarkan pada proses

selanjutnya, misalnya penggunaan enzim pada proses sakarifikasi.

Perlakuan pendahuluan dapat dilakukan secara fisika, fisiko-kimia, kimia,

biologis maupun kombinasi dari cara-cara tersebut:

1) Perlakuan pendahuluan secara fisika antara lain berupa pencacahan secara

mekanik, penggilingan, dan penepungan untuk memperkecil ukuran bahan

dan mengurangi kristalinitas selulosa.

Page 19: Makalah SM Ampas Tebu

Biomassa(S+H+L)

Ket:S : selulosaH : hemiselulosaL : LigninP : PentosaI : InhibitorCF: Co-fermentationSSF : Simultaneous

saccharofication and fermentation

SSCF : Simultaneous saccharification and co-fermentation

CBP : Consolidated bioprocessing

2) Perlakuan pendahuluan secara fisikokimia antara lain adalah steam

explosion, ammonia fiber explosion (AFEX), dan CO2 explosion. Pada

metode ini, partikel biomassa dipaparkan pada suhu dan tekanan tinggi,

kemudian tekanannya diturunkan secara cepat sehingga bahan mengalami

dekompresi eksplosif.

3) Perlakuan pendahuluan secara kimia, di antaranya adalah ozonolisis,

hidrolisis asam, hidrolisis alkali, delignifikasi oksidatif, dan proses

organosolv.

4) Perlakuan secara biologis. Pada metode ini, digunakan mikroorganisme

jamur pelapuk coklat, jamur pelapuk putih, dan jamur pelunak untuk

mendegradasi lignin dan hemiselulosa yang ada dalam bahan

lignoselulosa. Di antara ketiga jamur tersebut, yang paling efektif untuk

perlakuan pendahuluan pada bahan lignoselulosa adalah jamur pelapuk

putih (white-rotfungi).

Gambar 6. Diagram alir proses konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol

Perlakuan Pendahuluan

Page 20: Makalah SM Ampas Tebu

b

b

Dibandingkan dengan bahan lignoselulosa lain yang banyak tersedia

sebagai hasil samping industri pertanian dan perkebunan, misalnya jerami padi

dan tandan kosong kelapa sawit, ampas tebu memiliki kelebihan, terutama dalam

Fraksi Padatan(S+L)

Fraksi Cairan(P+I)

Detoksifikasi

HidrolisisSelulosa

Pentosa

ProduksiSelulase

Selulase

CBP

SSF SSCF

Glukosa & lignin CF

Fermentasi heksosa

Khamir

CO2Etanol & lignin

FermentasiPentosa

Khamir

CO2 Etanol

Destilasi

Etanol (94%)LigninDehidrasi

PenangananLimbah cair

Limbah cairEtanol (99,5%)

Page 21: Makalah SM Ampas Tebu

hal bentuk dan ukuran bahan. Ampas tebu dari pabrik gula sudah merupakan

partikel kecil yang tidak lagi memerlukan proses perlakuan pendahuluan secara

fisika berupa pencacahan atau penggilingan untuk memperkecil ukuran bahan.

Ampas tebu dapat langsung diberi perlakuan pendahuluan lanjutan untuk

mendegradasi lignin dalam bahan.

Karena beragamnya bahan lignoselulosa, penelitian proses perlakuan

pendahuluan yang optimal terhadap bahan ini masih terbuka lebar. Bahan baku

yang berbeda akan memerlukan perlakuan pendahuluan yang berbeda pula. Oleh

karena itu, tidak ada satu metode umum yang berlaku untuk perlakuan

pendahuluan semua bahan lignoselulosa.

Pada tahap sakarifikasi, selulosa diubah menjadi selobiosa dan selanjutnya

menjadi gula-gula sederhana seperti glukosa. Hidrolisis selulosa dapat dilakukan

menggunakan larutan asam atau secara enzimatis, masing-masing dengan

kelebihan dan kekurangannya.

Proses hidrolisis secara enzimatis biasanya berlangsung pada kondisi yang

ringan (pH sekitar 4,80 dan suhu 45–50°C) dan tidak menimbulkan masalah

korosi. Kelemahannya adalah harga enzim cukup mahal. Komponen biaya enzim

dapat mencapai 53–65% dari biaya bahan kimia, dan biaya bahan kimia sekitar

30% dari biaya total. Enzim selulase biasanya merupakan campuran dari beberapa

enzim, Sedikitnya ada tiga kelompok enzim yang terlibat dalam proses hidrolisis

selulosa, yaitu 1) endoglukanase yang bekerja pada wilayah serat selulosa yang

mempunyai kristalinitas rendah untuk memecah selulosa secara acak dan

membentuk ujung rantai yang bebas, 2) eksoglukanase atau selobiohidrolase yang

Page 22: Makalah SM Ampas Tebu

mendegradasi lebih lanjut molekul tersebut dengan memindahkan unit-unit

selobiosa dari ujung-ujung rantai yang bebas, dan 3) β-glukosidase yang

menghidrolisis selobiosa menjadi glukosa. Jumlah enzim yang diperlukan untuk

hidrolisis selulosa berbeda-beda, bergantung pada kadar padatan tidak larut air

(water insoluble solids) pada bahan yang akan dihidrolisis. Sampai tahap tertentu,

semakin banyak selulase yang digunakan, semakin tinggi rendemen dan kecepatan

hidrolisis, namun juga meningkatkan biaya proses. Hidrolisis selulosa juga dapat

dilakukan dengan menggunakan mikrob yang menghasilkan enzim selulase,

seperti Trichoderma reesei, Trichoderma viride, dan Aspergillus niger.

Proses hidrolisis selulosa menggunakan asam encer dilakukan pada suhu

dan tekanan tinggi dalam waktu yang singkat, beberapa detik sampai beberapa

menit, sehingga memungkinkan untuk dilakukan secara kontinu. Proses hidrolisis

selulosa menggunakan asam pekat dilakukan pada suhu yang relatif rendah dan

tekanan yang diperlukan hanyalah untuk memompa bahan dari satu alat ke alat

lain. Waktu reaksi hidrolisis biasanya lebih lama dibanding waktu reaksi

menggunakan asam encer. Selanjutnya dijelaskan bahwa metode ini pada

umumnya menggunakan asam sulfat pekat yang diikuti pengenceran

menggunakan air untuk melarutkan dan menghidrolisis substrat menjadi gula.

Berbeda dengan sakarifikasi menggunakan enzim yang bersifat spesifik,

proses sakarifikasi menggunakan asam bersifat tidak spesifik. Selain glukosa,

sakarifikasi dengan asam dapat menghasilkan produk samping seperti senyawa

furan, fenolik, dan asam asetat. Produk samping tersebut apabila tidak dihilangkan

dapat menghambat proses selanjutnya, yakni fermentasi. Sakarifikasi

Page 23: Makalah SM Ampas Tebu

menggunakan asam juga dapat memicu degradasi glukosa sehingga rendemen

glukosa dan etanol menurun. Oleh karena itu, proses menggunakan enzim

biasanya lebih disukai daripada proses menggunakan asam karena enzim bekerja

lebih spesifik sehingga tidak menghasilkan produk yang tidak diharapkan, dapat

digunakan pada kondisi proses yang lebih ringan, dan lebih ramah lingkungan.

Komponen hemiselulosa pada bahan lignoselulosa dapat pula dihidrolisis

dan selanjutnya difermentasi untuk menghasilkan etanol. Hidrolisis hemiselulosa

dapat menggunakan enzim yang menyerang hemiselulosa, seperti glukuronidase,

asetil esterase, xilanase, β-xilosidase, galaktomannanase, dan glukomannanase.

Beberapa mikroba dapat menghasilkan enzim tersebut, misalnya jamur

Trichoderma spp. dan Aspergillus niger, bakteri Bacillus spp. dan Streptomyces

spp. penghasil xilanase, jamur Thielavia terrestris dan Polyporus versicolor,

bakteri Bacillus, Aeromonas hydrophila, Streptomyces sp., dan Pseudomonas sp.

penghasil mannanase.

Beberapa peneliti melaporkan penggunaan beberapa enzim sekaligus

untuk proses sakarifikasi, antara lain selulase dan selobiase (β-glukosidase),

selulase, β- glukosidase, dan xilanase, serta selulase, pektinase, laccase, dan

lipase. Enzim β- glukosidase ditambahkan karena aktivitas pemecahan selobiosa

oleh selulase tidak memadai. Penambahan β-glukosidase akan mempercepat kerja

selulase karena selobiosa yang terbentuk langsung dikonversi menjadi glukosa

oleh β-glukosidase. Penambahan xilanase ke dalam substrat tongkol jagung

menghasilkan rendemen glukosa mendekati 100% dari rendemen yang dapat

dihasilkan secara teoritis. Hal ini diduga karena xilanase menghidrolisis

Page 24: Makalah SM Ampas Tebu

hemiselulosa yang masih berada bersama selulosa setelah perlakuan pendahuluan

sehingga meningkatkan aksesibilitas selulosa terhadap selulase.

Teknologi dan peralatan yang diperlukan untuk proses fermentasi gula dari

selulosa pada prinsipnya sama dengan yang digunakan pada fermentasi gula dari

pati atau nira yang tersedia secara komersial. Pada proses ini, gula-gula sederhana

yang terbentuk difermentasi menjadi etanol dengan bantuan khamir seperti

Saccharomyces cerevisiae dan bakteri Zymmomonas mobilis. Fermentasi

biasanya dilakukan pada suhu 30°C, pH 5, dan sedikit aerobik. Pada proses

fermentasi glukosa, satu molekul glukosa meng hasilkan dua molekul etanol dan

dua molekul karbon dioksida (CO2).

Fermentasi hasil hidrolisis komponen hemiselulosa seperti xilosa menjadi

etanol dapat menggunakan khamir Pichia stipitis atau Candida shehatae.. Pada

fermentasi xilosa, tiga molekul xilosa menghasilkan lima molekul etanol, lima

molekul CO2, dan lima molekul air. Fermentasi pentosa yang berasal dari

hemiselulosa dilakukan pada reaktor terpisah karena mikrob yang menggunakan

pentosa bekerja lebih lambat dalam mengubah heksosa dan pentosa menjadi

etanol dibanding mikrob yang hanya mengubah heksosa menjadi etanol, serta

bersifat lebih sensitif terhadap senyawa inhibitor dan produk etanol

Etanol dan CO2 yang terbentuk dapat menghambat proses fermentasi, atau

biasa dikenal dengan end-product inhibition. Selain itu, sel hidup khamir hanya

toleran terhadap etanol pada konsentrasi tertentu. Pada media di mana khamir

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

Glukosa Etanol Karbondioksida

Page 25: Makalah SM Ampas Tebu

bekerja mengubah gula menjadi etanol, jika konsentrasi etanol mencapai 12%, sel

khamir akan mati dan proses fermentasi berhenti. Beberapa cara dapat dilakukan

untuk mengatasi masalah tersebut, antara lain dengan mendaur ulang khamir yang

terdapat dalam aliran produk untuk meningkatkan densitas sel dalam reaktor, atau

dengan menggunakan teknologi fermentasi kontinu . Dengan cara ini, produk

yang terbentuk segera dipindahkan dari reaktor dan dalam waktu yang bersamaan

memasok substrat. Karbon dioksida yang dihasilkan dikeluarkan dan ditangkap

dengan gas scrubber. Karbon dioksida dapat diolah dan dijual, misalnya

dimurnikan untuk digunakan sebagai bahan baku minuman berkarbonat.

Pada proses SSF, hidrolisis selulosa dan fermentasi gula tidak dilakukan

secara terpisah atau bertahap, tetapi secara simultan. Mikrob yang digunakan pada

proses SSF biasanya adalah jamur penghasil enzim selulase, seperti T. reesei,

T.viride, dan khamir S. cerevisiae. Suhu optimal proses SSF adalah 38°C, yang

merupakan perpaduan suhu optimal hidrolisis (45–50°C) dan suhu optimal

fermentasi (30°C). Konsentrasi substrat biasanya sekitar 10% (padatan tidak larut

air), dosis enzim 10–20 FPU/g selulosa, dan konsentrasi khamir 1,50–3 g/L.

Proses tersebut dilakukan selama 72 jam. Proses SSF memiliki keunggulan

dibandingkan dengan proses hidrolisis dan fermentasi bertahap. Beberapa

keunggulan tersebut adalah: 1) meningkatkan kecepatan hidrolisis dengan

mengonversi gula yang terbentuk dari hasil hidrolisis selulosa yang menghambat

aktivitas enzim selulase, 2) mengurangi kebutuhan enzim, 3) meningkatkan

rendemen produk, 4) mengurangi kebutuhan kondisi steril karena glukosa

Page 26: Makalah SM Ampas Tebu

langsung dikonversi menjadi etanol, 5) waktu proses lebih pendek, dan 6) volume

reaktor lebih kecil karena hanya digunakan satu reaktor.

Proses SSF lebih toleran terhadap senyawa inhibitor yang terbentuk atau

yang berasal dari proses perlakuan pendahuluan, yang biasanya terdapat dalam

fraksi cairan. Inhibitor yang terbentuk, misalnya asam asetat, berpengaruh negatif

terhadap hidrolisis enzimatis. Pengaruh negatif ini menurun jika digunakan SSF.

Oleh karena itu, pada proses SSF, bahan hasil perlakuan pendahuluan dapat

langsung diproses tanpa harus memisahkan dulu fraksi cairan dari fraksi padatan.

Beberapa kendala yang perlu diatasi pada proses SSF adalah: 1) suhu

hidrolisis dan fermentasi yang tidak sama, 2) toleransi mikrob terhadap etanol, 3)

penghambatan kerja enzim oleh etanol, dan 4) kesulitan memisahkan sel khamir

dari sisa lignin dan serat yang dapat mengakibatkan kebutuhan khamir meningkat

sehingga menurunkan produksi etanol .

Setelah proses fermentasi dan sakarifikasi selesai, masukkan cairan ke

dalam evaporator. Panaskan evaporator dan suhunya dipertahankan 79 –

810C. Pada suhu ini, etanol sudah menguap, sedangkan air tidak menguap.

Uap etanol dialirkan ke distilator. Bioetanol akan keluar dari pipa

pengeluaran distilator. Distilasi pertama biasanya kadar etanol masih di bawah

95 %. Apabila kadar distilasi masih di bawah 94 % maka perlu dilakukan

distilasi ulang hingga kadar etanolnya 94 %. Setelah kadar 94 % tercapai,

selanjutnya dilakukan dehidrasi atau penghilangan air. Untuk menghilangkan

air bisa menggunakan kapur tohor atau zeolit sintetis. Larutan dibiarkan

Page 27: Makalah SM Ampas Tebu

semalam. Etanol hasil dehidrasi memiliki kemurnian hingga 99,5%. (Fatimah,

2011)

Page 28: Makalah SM Ampas Tebu

BAB IV

KESIMPULAN

Ampas tebu sebagai limbah pabrik gula merupakan salah satu bahan

lignoselulosa yang potensial untuk dikembangkan menjadi sumber energi seperti

bioetanol. Konversi bahan lignoselulosa menjadi bioetanol mendapat perhatian

penting karena bioetanol dapat digunakan untuk mensubstitusi bahan bakar bensin

untuk keperluan transportasi.

Komponen utama dalam bahan lignoselulosa adalah selulosa,

hemiselulosa, dan lignin. Ketiganya membentuk suatu ikatan kimia yang

kompleks yang menjadi bahan dasar dinding sel tumbuhan.

Proses konversi bahan lignoselulosa menjadi etanol terdiri atas tiga tahap,

yaitu perlakuan pendahuluan, sakarifikasi atau hidrolisis selulosa menjadi gula-

gula sederhana, dan fermentasi gula-gula sederhana menjadi etanol. Selanjutnya,

dilakukan pemurnian etanol melalui distilasi dan dehidrasi untuk memperoleh

fuel-grade ethanol.

Page 29: Makalah SM Ampas Tebu

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Pemanfaatan Limbah Ampas Tebu. From:

http://www.scribd.com/doc/38170864/Pemanfaatan-Limbah-Ampas-

Tebu-Sebagai-Sember-Energi-Alter-Nat-If-Potongan , 19 Juni 2011

Azmi, Johni. 2008. Biokimia 1(Biomolekul). Pekanbaru : Universitas Riau

Binoto, et al.2010. Hidrolisis Ampas Tebu Secara Enzimatis Menggunakan

Trichoderma reesei. From: http://eprints.undip.ac.id/16660/4/9-

BAB_IV_Hasil_dan_Pembahasan.pdf

Cahyono, E. 2010. Pembuatan Bioetanol dari Ampas Tebu. From:

http://www.dokterkimia.com/2010/06/pembuatan-bioetanol-dari-ampas-

tebu.html, 10 Juni 2011, 9:58

Cahyono. Eko. 2010. Pembuatan Bioetanol dari Ampas Tebu. From:

http://eckhochems.blogspot.com/2010/04/pembuatan-bioetanol-dari-ampas-

tebu.html , 10 Juni 2011, 10:09

Fatimah, Nur. 2011. Bioetanol Molase Tebu.

http://ditjenbun.deptan.go.id/bbp2tpsur/images/stories/perbenihan/

bioetanol.pdf, 10 Juni 2011, 10:19am

Hambali, Erliza, Siti Mujdalipah, Armansyah Halomoan Tambunan, Abdul

Waries Pattiwiri, & Roy Hendroko. Teknologi Bioenergi. 2007. Jakarta:

Agromedia.

Page 30: Makalah SM Ampas Tebu

Hermiati, at al. 2010. Pemanfaatan Biomassa Lignoselulosa Ampas Tebu untuk

Produksi Bioetanol. From:

http://pustaka.litbang.deptan.go.id/publikasi/p3294101.pdf, 10 Juni 2011

Kusnandar, Feri. 2010. Kimia Pangan:Komponen Makro. Jakarta : PT. Dian

Rakyat

Lembaga Biologi Nasional. 1980. Tanaman Industri. Jakarta: Balai Pustaka

Nugrohoadi, 2008. Untuk Apa Minyak. From:

http://nugrohoadi.wordpress.com/2008/05/, 13 Juni 2011.

Prihandana Rama, Kartika Noerwijati, Praptiningsih Gamawati Adinurani, Dwi

Setyaningsih, Sigit Setiadi, & Roy Hendroko. Bioetanol Ubi Kayu Bahan

Bakar Masa Depan. 2009.

Simamora, Suhut. 2008. Membuat Biogas Pengganti Bahan Bakar Minyak & Gas

dari Kotoran Ternak. Jakarta: AgroMedia.

Stryer Lubert. Penerjemah dr. Mohammad Sadikin. 2000. Biokimia. Jakarta:

Penerbit Buku Kedokteran EGC.

Susilo, Bambang. 2006. Biodiesel. Surabaya : Trubus Agrisarana

Syarief Effendi. 2004. Melawan Ketergantungan pada Minyak. Yogyakarta.

INSIST PRESS.

Tim Penulis PS. 2000. Pembudidayaan Tebu di Lahan Sawah dan Tegalan.

Jakarta: Penebar Swadaya

Toharisman, Aris. 2008. Etanol dari Tebu.From: http://sugarresearch.org/wp-

content/uploads/2008/12/bietanol-agroobs.pdf, 10 Juni 2011, 9:57

Walker Denise. 2008. Bahan Bakar dan Lingkungan . Solo : Tiga Serangkai