Proses Pembentukan Biogas Dan Bioetanol.docx

Nama

: ANITA PRATIWI

NRP

: 03211850010001 PROSES PEMBENTUKAN BIOGAS DAN BIOETANOL

1. Pembentukan Biogas

Pembentukan biogas terjadi pada proses anaerob yaitu kedap udara. Pembentukan biogas terdiri dari empat tahapan yaitu :  Hydrolisis Pada tahap ini biomassa yang biasanya terdiri protein, karbohidrat, serta molekul rantai panjang yang lebih kompleks, dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana dan lebih pendek seperti monosakarida, peptide, asam amino dan asam lemak. Tahap ini merupakan tahap awal yang penting dalam fermentasi anaerob. Bakteri Fermentatif menghidrolisis bahan organik yang kompleks menjadi molekul yang lebih larut. Beberapa produk hidrolisis termasuk hydrogen dan asetat akan digunakan pada tahap metanogen pada proses Anaerobik Digestion. Mayoritas molekul yang masih relatif besar, harus dipecah lebih lanjut dalam proses asidogenesis sehingga dapat digunakan untuk pembuatan gas metan.  Acidogenesis Acidogenesis adalah langkah selanjutnya dari Anaerobik Digestion di mana mikroorganisme asidogenik kembali memecah biomassa dan produk organik setelah hidrolisis. Bakteri fermentasi ini menghasilkan asam dalam tangki yang akan menghasilkan amonia, H2, CO2, H2S, asam lemak volatil yang lebih pendek dan asam

organik, serta sejumlah kecil produk sampingan lainnya. Asam utama yang dihasilkan adalah asam asetat, asam propionat, asam butirat dan lainnya.  Acetogenesis Secara umum, acetogenesis adalah pembuatan asetat, turunan dari asam asetat, dari karbon dan sumber energi oleh asetogen. Mikroorganisme ini mengkatalisasi banyak produk yang dibuat dalam asidogenesis menjadi asam asetat, CO2 dan H2. Asetogen memecah biomassa ke titik di mana methanogen dapat memanfaatkan banyak bahan yang tersisa untuk membuat metana.  Methanogenesis Bakteri penghasil metana juga dikenal sebagai Methanogen yang dihasilkan dari tahap sebelumnya. Metanogenesis merupakan tahap akhir dari Anaerobik Digestion di mana metanogen menghasilkan metan dari produk akhir asetogenesis serta dari beberapa produk antara proses hidrolisis dan asidogenesis. Senyawa ini terurai dengan berat molekul rendah seperti hidrogen, karbon dioksida dan asam asetat yang dihasilkan pada langkah sebelumnya untuk membentuk metana dan karbon dioksida. Terdapat dua reaksi yang melibatkan penggunaan asam asetat dan karbon dioksida, dimana keduanya merupakan produk utama yang dihasilkan dari keempat tahap pada proses Anaerobik Digestion untuk membuat metan dalam metanogenesis yakni : CO2 + 4 H2 → CH4 + 2H2O CH3COOH → CH4 + CO2 Berdasarkan dari reaksi di atas CO2 dapat dikonversi menjadi metan setelah bereaksi dengan air, dan untuk mekanisme utama dalam menghasilkan metan pada tahap metanogenesis yakni dengan reaksi kimia dengan menggunakan asam astetat, karena pada tahap ini terjadi pembentukan metan dan CO2, yang merupakan dua produk utama pada Anaerobik Digestion. Berikut gambar tahap anaerobik Digestion dengan menggunakan 3 tahap, dimana tahap asinogenesis dan asetogenesis digabung menjadi satu tahap, namun hasil produk akhir tetap sama.

2. Pembentukan Bioetanol

Secara umum, produksi bioethanol ini mencakup 3 (tiga) rangkaian proses, yaitu: Persiapan Bahan baku, Fermentasi, dan Destilasi (Pemurnian).  Persiapan bahan baku Persiapan bahan baku dilakukan untuk mendapatkan glukosa. Glukosa diperoleh melalui 2 tahap yaitu delignifikasi dan hidrolisa. Pada tahap delignifikasi akan menghasilkan selulosa. Selulosa akan diproses lebih lanjut dengan proses hidrolisa sehingga akan dihasilkan glukosa. Untuk bahan molase (tetes) dapat langsung ditambahkan yeast (ragi) tanpa perlu melalui proses delignifikasi dan hidrolisis.  Delignifikasi Dalam proses pembuatan bioetanol lignin merupakan salah satu bagian yang mengayu dari tanaman seperti janggel, kulit keras, biji, bagian serabut kasar, akar, batang dan daun. Lignin mengandung substansi yang kompleks dan merupakan suatu gabungan beberapa senyawa yaitu karbon, hidrogen dan oksigen. Pada tahap delignifikasi ini akandihasilkan selulosa. Selulosa merupakan polisakarida yang didalamnya mengandung zat-zat gula. Proses pemisahan atau penghilangan lignin dari serat-serat selulosa disebut delignifikasi atau pulping. Proses pemisahan lignin dapat dibedakan menjadi 3, yaitu : 1. Cara mekanis 2. Cara kimia 3. Cara semikimia

 Hidrolisa Prinsip dari hidrolisis ini pada dasarnya adalah pemutusan rantai polimer menjadi unit-unit dekstrosa (C6H12O6). Pemutusan rantai polimer tersebut dapat dilakukan dengan berbagai metode, misalnya secara enzimatis, kimiawi ataupun kombinasi keduanya. Hidrolisis secara enzimatis memiliki perbedaan mendasar dibandingkan hidrolisis secara kimiawi dan fisik dalam hal spesifitas pemutusan rantai polimer. Hidrolisis secara kimiawi dan fisik akan memutus rantai polimer secara acak, sedangkan hidrolisis enzimatis akan memutus rantai polimer secara spesifik pada percabangan tertentu. Sedangkan untuk pembuatan etanol dengan bahan baku selulosa, hidrolisisnya meliputi proses pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentose (C5) dan heksosa (C6). Hidrolisis dapat dilakukan secara kimia (asam) atau enzimatik. Meskipun demikian, produk akhir etanol yang dimaksudkan merupakan konversi dari glukosa yang didapat baik dari pati maupun selulosa. Di dalam metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan dengan asam pada suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu, dan menghasilkan monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa. Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam. Hidrolisis asam dapat dikelompokkan menjadi: hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer . Hidrolisa merupakan proses antara reaktan dengan menggunakan air supaya suatu persenyawaan pecah atau

terurai. Reaksi hidrolisa yaitu : Selulosa Air Glukosa Zat - zat penghidrolisa ada beberapa rnacam, antara lain : Air, Asam, Basa, Enzim  Fermentasi Tahap selanjutnya pada produksi bioetanol adalah proses fermentasi. Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi

dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Pada proses fermentasi penguraian bahan - bahan karbohidrat tidak menimbulkan bau busuk dan menghasilkan gas karbondioksida. Suatu fermentasi yang busuk merupakan fermentasi yang mengalami kontaminasi. Fermentasi pembentukan alkohol dari gula dilakukan oleh mikroba. Mikroba yamg biasa digunakan adalah Saccharomyces cereviseae. Perubahan yang terjadi biasanya dinyatakan dalarn persamaan berikut:

 Pemurnian / Destilasi Untuk memisahkan alkohol dari hasil fermentasi dapat dilakukan dengan destilasi.Destilasi adalah metode pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih. Proses ini dilakukan untuk mengambil alkohol dari hasil fermentasi.Destilasi dapat dilakukan pada suhu 80°C, karena titik alkohol 78°C. sedangkan titik didih air 100oC. Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol).

Berdasarkan penjelasan diatas antara proses pembentukan biogas dan bioetanol terdapat proses yang awalnya mengalami kesamaan pada proses hidrolisa, dimana pada proses biogas dilakukan dalam keadaan anaerobic begitupula pada proses bioetanol terutama pada tahap fermentasi yang juga dilakukan dalam kondisi anaerobic. Selain itu pada proses biogas dan bioetanol proses hidrolisis sama-sama bertujuan untuk memutuskan rantai-rantai panjang menjadi rantai pendek, dan tahap selanjutnya yaitu proses pembentukan alkohol dan karbondioksida, dimana dalam tahap biogas disebut proses asidogenesis dan tahap bioetanol dikatakan tahap fermentasi, inilah kesamaan tahapan pada proses biogas dan bioetanol, apabila dalam tahap hidrolisis dan asidogenesis dilanjutkan dengan proses anaerobik maka akan menhasilkan biogas, namun apabila dalah tahap hidrolisis dan fermentasi dilanjutkan dengan pemurnian maka akan menghasilkan bioetanol. Berikut gambar tahap proses gabungan biogas dan bioetanol.